พลังงานความร้อนใต้พิภพ เกิดขึ้นได้อย่างไร และมนุษย์นำมาประยุกต์ใช้อย่างไร

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)

พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ซึ่งถูกกักเก็บอยู่ภายใต้พื้นผิวโลก และเป็นอีกหนึ่งแหล่งพลังงานสะอาด ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy) คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ซึ่งถูกกักเก็บอยู่ภายใต้พื้นผิวโลก และเป็นอีกหนึ่งแหล่งพลังงานสะอาดหรือพลังงานหมุนเวียน (Renewable Resource) ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า

จุดกำเนิดความร้อนใต้พื้นผิวโลก

ในธรรมชาติ ความร้อนใต้พิภพจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นตามระดับความลึกลงไปจากพื้นผิวดิน โดยที่ความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นราว 25 ถึง 30 องศาเซลเซียส ในทุก ๆ ระดับความลึก 1 กิโลเมตร อย่างเช่นในบริเวณส่วนล่างของชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) ที่ระดับความลึก 25 ถึง 70 กิโลเมตร มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ 250 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งความร้อนในบริเวณนี้มีค่าค่อนข้างแปรปรวนจากคุณสมบัติของแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่นที่ประกอบเข้าด้วยกัน แต่ในส่วนฐานของชั้นเนื้อโลก (Mantle) ที่ลงลึกไปกว่า 2,900 กิโลเมตร ความร้อนจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นไปจนถึง 3,500 องศาเซลเซียส และหากลึกลงไปถึงส่วนของแก่นโลก (Core) ความร้อนในบริเวณนี้จะมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงถึง 5,000 องศาเซลเซียส

โดยที่ความร้อนที่เกิดขึ้น ณ ตรงจุดศูนย์กลางของโลกนั้น เป็นพลังงานความร้อนส่วนน้อยที่ถูกสร้างขึ้นจากแรงเสียดทานและแรงดึงดูดของการก่อตัวขึ้นของโลก เมื่อกว่า 4 พันล้านปีก่อน ขณะที่ความร้อนใต้พื้นผิวโลกส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวอย่างต่อเนื่องของไอโซโทปหรือธาตุกัมมันตภาพรังสี (Radioactive Isotopes) ที่แผ่กระจายความร้อนจากแกนกลางของโลกไปยังส่วนต่าง ๆ ซึ่งทำให้เกิดการหลอมละลายของแร่ธาตุและหิน จนเกิดเป็นหินหนืด (Magma) ที่สามารถเคลื่อนตัวไปตามรอยแยกของแผ่นเปลือกโลกขึ้นมาสู่ผิวดิน และกลายเป็นหินหลอมเหลวหรือลาวา (Lava) ที่ไหลออกมาจากภูเขาไฟหรือตามรอยแยกใต้มหาสมุทร

นอกจากนี้ ความร้อนใต้พิภพยังสามารถทำให้น้ำที่ไหลและกักเก็บอยู่ใต้พื้นดินตามชั้นหินต่าง ๆ กลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำที่พยายามแทรกตัวขึ้นมาตามแนวรอยแตกของชั้นหินเหล่านี้ ก่อนปรากฏให้เห็นอยู่ในรูปของบ่อน้ำร้อน (Hot Springs) น้ำพุร้อน (Geysers) ไอน้ำร้อน (Fumaroles) และบ่อโคลนเดือด (Mud Pots) ในพื้นที่ต่าง ๆ ทั่วโลก ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Reservoir) ที่สามารถกักเก็บความร้อนได้สูงถึง 370 องศาเซลเซียส

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถจำแนกออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้

  • แหล่งที่มีไอน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก (Steam Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วยไอน้ำมากกว่าร้อยละ 95 ซึ่งโดยทั่วไป มักเป็นแหล่งที่อยู่ใกล้กับหินหลอมเหลวซึ่งดันตัวขึ้นมาใกล้ผิวโลก อุณหภูมิของไอน้ำร้อนอาจสูงถึง 240 องศาเซลเซียส จึงเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่นำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุด เนื่องจากสามารถนำเอาไอน้ำร้อนไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยตรง เช่น เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ (The Geyser Field) ในสหรัฐอเมริกา และลาร์เดอเรลโล (Larderello) ในอิตาลี แต่แหล่งพลังงานความร้อนลักษณะนี้ พบเห็นได้น้อยมากบนโลก
เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ของสหรัฐอเมริกา
  • แหล่งที่มีน้ำร้อนเป็นองค์ประกอบหลัก (Hot Water Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่สามารถพบเห็นได้ทั่วไปบนโลก ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไป อาจมีก๊าซธรรมชาติปะปนอยู่บ้าง เช่น เซอร์โรพรีโต (Cerro Prieto) ในเม็กซิโกและฮัตชูบารุ (Hatchobaru) ในญี่ปุ่น
  • แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) คือ แหล่งสะสมพลังงานความร้อนในรูปของหินเนื้อแน่นที่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำเกิดขึ้นเลย นับเป็นแหล่งที่มีค่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามระดับความลึก ดังนั้นในการนำพลังงานความร้อนมาใช้ประโยชน์จึงต้องมีการอัดน้ำลงไปตามหลุมที่ขุดเจาะ เพื่อให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อนเหล่านั้น ก่อนทำการสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

นอกจากนี้ ยังมีแหล่งพลังงานความร้อนจากหินหนืด (Magma) ตามแอ่งใต้ภูเขาไฟที่สามารถให้ความร้อนสูงถึง 650 องศาเซลเซียส แต่ในปัจจุบันแหล่งพลังงานจากหินหนืดยังอยู่ในขั้นตอนการศึกษาวิจัย เพื่อพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพส่วนใหญ่ ตั้งอยู่ในเขตการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Plate Tectonic) ที่มีภูเขาไฟซึ่งยังคงคุกรุ่นหรือบริเวณที่มีชั้นของแผ่นเปลือกโลกบาง อย่างเช่น พื้นที่ด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้และอเมริกาเหนือ รวมไปถึงกรีซ อิตาลี ไอซ์แลนด์ ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ อินโดนีเซีย และประเทศต่าง ๆ ตามแนวเทือกเขาหิมาลัย เป็นต้น

ผลกระทบจากการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพนับเป็นพลังงานที่ค่อนข้างสะอาด มีการปล่อยก๊าซพิษ เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) และอนุภาคต่าง ๆ ในปริมาณที่ต่ำมาก อีกทั้ง ยังนับเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สามารถคงอยู่ได้อีกหลายพันล้านปี โดยที่หลายประเทศทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้ง่าย และยังเป็นแหล่งพลังงานที่ค่อนข้างเสถียร เนื่องจากไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาพล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ทั้งทิศทางลมหรือปริมาณแสงแดด และหากมีการจัดการกับแหล่งกักเก็บอย่างเหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถอยู่ได้นานหลายทศวรรษเลยทีเดียว

แต่อย่างไรก็ตาม การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์ยังคงมีข้อจำกัดมากมาย ทั้งจากขั้นตอนและกระบวนการต่าง ๆ เช่น การฉีดน้ำแรงดันสูงลงสู่หลุมลึกใต้พื้นโลกที่อาจส่งผลให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็ก หรือการนำเอาน้ำร้อนจากใต้ดินขึ้นมาใช้ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการทรุดตัวของแผ่นดิน รวมไปถึงการปนเปื้อนแร่ธาตุและสารพิษของน้ำใต้ดิน ไม่ว่าจะเป็นสารหนู (Arsenic) ปรอท (Mercury) หรือซีลีเนียม (Selenium) ที่อาจรั่วไหลสู่แหล่งน้ำธรรมชาติบนผิวดิน เป็นต้น

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


อ้างอิง

National Geographic Society – https://www.nationalgeographic.org

National Geographic – https://www.nationalgeographic.com

สถาบันวิศวกรรมพลังงาน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ – http://www.eei-ku.com

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน – http://webkc.dede.go.th


เรื่องอื่น ๆ ที่น่าสนใจ : ทฤษฎีของ งานและพลังงาน

เรื่องแนะนำ

พี่น้องก็จริง แต่กลับมีดีเอ็นเอของบรรพบุรุษต่างกัน

แคทและเอ็ดดี้เข้ารับการตรวจสอบดีเอ็นเอ พวกเขาต้องประหลาดใจกับผลการทดสอบเมื่อผลการวิเคราะห์บ่งชี้ว่า ดีเอ็นเอของแคทมีบรรพบุรุษจากกรีซและอิตาลีราว 13% ส่วนเอ็ดดี้มี 23%

การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy Flow)

ในธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดต่างมีบทบาทที่แตกต่างกันเพื่อก่อให้เกิด การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ ในระบบนิเวศ (Ecosystem) การอาศัยอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ก่อให้เกิดความสัมพันธ์ที่แสนสลับซับซ้อน เกิดเป็นโครงสร้างสายใยอาหาร (Food Web) ขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชีวิตเข้ากับสิ่งแวดล้อม ผ่านลำดับขั้นของการบริโภคในห่วงโซ่อาหาร (Food Chain) ซึ่งทำให้เกิด การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy Flows) และการหมุนเวียนของสสารต่าง ๆ (Nutrient Cycles) ลำดับขั้นของการบริโภค (Tropic Levels) ในระบบนิเวศ ผู้ผลิต (Producer) คือ สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้ (Autotroph) เช่น พืช และสาหร่ายต่าง ๆ ผู้บริโภค (Consumer) คือ สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ (Heterotroph) เช่น ผู้บริโภคพืช (Herbivore) ผู้บริโภคสัตว์ (Carnivore) ผู้บริโภคทั้งพืชทั้งสัตว์ (Omnivore) และผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์ (Detritivore) ผู้บริโภคลำดับที่ 1 (Primary Consumers) เช่น ตั๊กแตน […]

ความรุนแรงของพายุ ที่เกิดขึ้นบนโลก

ความรุนแรงของพายุ สามารถจำแนกได้จากความเร็วลมใกล้จุดศูนย์กลาง พายุ (Storm) ขนาดใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นทั้งบนภาคพื้นทวีปและในมหาสมุทร เมื่อพัฒนาจนกลายเป็นพายุหมุนเขตร้อน (Tropical Cyclone) ที่สามารถสร้างความเสียหายต่อทรัพยากรธรรมชาติ สิ่งปลูกสร้าง และสิ่งมีชีวิต บนพื้นผิวโลก  นักพยากรณ์อากาศจะจัด ความรุนแรงของพายุ ตามมาตรวัดของสำนักงานหรือกรมอุตุนิยมวิทยาในแต่ละภูมิภาคที่พายุเหล่านั้นก่อตัวขึ้น ในเบื้องต้น พายุหมุนเขตร้อนจะถูกจัดประเภทตามหลักเกณฑ์พื้นฐาน คือ พายุดีเปรสชันเขตร้อน (Tropical Depression) มีความเร็วลมสูงสุดใกล้จุดศูนย์กลางไม่เกิน 63 กิโลเมตร/ชั่วโมง พายุโซนร้อน (Tropical Storm) มีความเร็วลมสูงสุดไม่เกิน 118 กิโลเมตร/ชั่วโมง ไต้ฝุ่น (Typhoon) หรือ เฮอร์ริเคน (Hurricane) มีความเร็วลมสูงสุดมากกว่า 118 กิโลเมตร/ชั่วโมง แต่เมื่อพายุหมุนเขตร้อนพัฒนาจนกลายเป็นพายุไต้ฝุ่น ไซโคลน หรือ เฮอร์ริเคน จะมีการจัดระดับความรุนแรงภายในขึ้นอีกครั้ง โดยพายุหมุนเขตร้อนที่ก่อตัวในมหาสมุทรแปซิฟิกหรือที่เรียกว่า “ไต้ฝุ่น” จะถูกจัดระดับความรุนแรงตามเกณฑ์ของคณะกรรมการไต้ฝุ่นและองค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (ESCAP/WMO) รวมถึงกรมอุตุนิยมวิทยาของแต่ละประเทศในภูมิภาคดังกล่าว ระดับความรุนแรง ความเร็วลมสูงสุด (กิโลเมตร/ชั่วโมง) ญี่ปุ่น จีนและฮ่องกง ทวีปแอฟริกา ไต้ฝุ่น/ไซโคลน […]

เกร็ดจากหนัง Black Panther อะไรเทียบเท่าได้กับไวเบรเนียม?

เกร็ดจากหนัง Black Panther อะไรเทียบเท่าได้กับไวเบรเนียม? เมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมากระแสภาพยนตร์ Black Panther ฮีโร่เรื่องใหม่จากค่ายมาร์เวลมาแรงสุดๆ ภาพยนตร์เล่าเรื่องราวของประเทศวากานดาที่ปกครองโดยกษัตริย์นาม “ทีชัลลา” ซึ่งขึ้นครองราชย์หลังการสวรรคตของพระราชบิดา และใช้แร่ไวเบรเนียมสร้างเป็นชุดฮีโร่ไว้ใช้ในการต่อสู้ “วากานดา” เป็นประเทศสมมุติในโลกของการ์ตูนมาร์เวล ตั้งอยู่ในภูมิภาคแอฟริกาตะวันออก โดยผู้ชมสามารถเรียนรู้วัฒนธรรม ภาษา ตลอดจนองค์ประกอบอื่นๆ ของความเป็นแอฟริกาได้จากภาพยนตร์เรื่องนี้ที่นำเอาความโดดเด่นจากหลายภูมิภาคมาผสมรวมกัน แม้จะอยู่ในแอฟริกา แต่ประเทศวากานดานั้นร่ำรวยมหาศาลจากแร่ไวเบรเนียมที่มาพร้อมกับการตกของอุกกาบาตเมื่อราว 10,000 ปีก่อน ซึ่งนอกจากคุณสมบัติด้านความแข็งแรงแล้ว โลหะจากอวกาศนี้ยังสามารถดูดซับแรงสั่นสะเทือนได้อีกด้วย ชาววากานดาจึงนิยมนำไวเบรเนียมมาสร้างเป็นอาวุธและชุดเกราะ เช่นเดียวกับโล่ของกัปตันอเมริกา ฮีโร่อีกหนึ่งคนในจักรวาลมาร์เวล ที่ใช้อาวุธนี้ในการโจมตีและป้องกันกระสุน สำหรับในภาพยนตร์ Black Panther ไวเบรเนียมถูกใช้สำหรับทำชุด ซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะคือสามารถกันกระสุนได้ James Kakalios บล็อกเกอร์ผู้เขียนเกี่ยวกับฟิสิกส์ของซุปเปอร์ฮีโร่ ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับแร่ธาตุชนิดหนึ่งบนโลก ที่อาจมีคุณสมบบัติพอเทียบเคียงกับไวเบรเนียมในโลกการ์ตูนได้ โดยตัวเขานั้นเป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมินนิโซตา ผู้ชื่นชอบการหาข้อเท็จจริงบนหลักการวิทยาศาสตร์ในโลกแฟนตาซี และแน่นอนว่า เจ้าแร่ดังกล่าวนี้ปัจจุบันก็เป็นที่รู้จักในวงกว้างแล้วเช่นกัน แกรฟีนคือรูปแบบหนึ่งของผลึกคาร์บอน ที่อะตอมมีรูปทรงแบบหกเหลี่ยม และเป็นสารที่มีความบางที่สุดเท่าที่มนุษย์จะสามารถผลิตได้ กล่าวคือมันมีความหนาเพียงแค่หนึ่งอะตอมเท่านั้น ทั้งยังมีคุณสมบัติยึดหยุ่นและแข็งแรงกว่าโลหะ วัสดุดังกล่าวนี้ถูกผลิตจากกราไฟท์ที่แยกพันธะทางเคมีออกมาแล้ว ส่วนใหญ่มาในรูปแบบผงและขณะนี้บรรดานักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามทำมันให้ออกมาเป็นแผ่นคล้ายแผ่นพลาสติก ซึ่งหากสำเร็จล่ะก็ Les Johnson และ Joseph […]