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

การค้นพบราแมลงชนิดใหม่ของโลก (new species) 47 สายพันธุ์

นักวิจัยจากไบโอเทคค้นพบ ราแมลง ชนิดใหม่กว่า 47 ชนิดพันธุ์ บ่งชี้ถึงความหลากหลายทางชีวภาพของประเทศไทย ความหลากหลายทางธรรมชาติเป็นหนึ่งในความสำคัญของระบบนิเวศ ซึ่งระบบนิเวศที่มีความหลากหลายสูงจะเกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต เป็นปฏิกิริยาทางชีวภาพที่ซับซ้อน และเกิดเป็นสายใยแห่งชีวิตที่หล่อเลี้ยงธรรมชาติให้ดำเนินต่อไปอย่างสมดุล โดยในหนึ่งระบบนิเวศมักประกอบไปด้วยสิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทแตกต่างกันทั้งผู้ผลิต เช่น พืชและสาหร่ายที่สังเคราะห์แสงได้ และผู้บริโภค เช่น สัตว์ชนิดต่างๆ และผู้ย่อยสลาย เช่น เชื้อรา และจุลินทรีย์ต่างๆ ราแมลง ในปี 2020 ที่ผ่านมา ทีมนักวิจัยชาวไทย นำโดย ดร.เจนนิเฟอร์ เหลืองสอาด จากทีมวิจัยปฏิสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ทางการเกษตร (APMT) กลุ่มวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพพืชและการจัดการแบบบูรณาการ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ค้นพบราแมลงชนิดใหม่รวม 47 สปีชีส์ โดยเป็นสกุลใหม่รวม 8 สกุล ถือเป็นการค้นพบราแมลงชนิดใหม่จำนวนมากของโลก ราแมลง คือ ราที่ก่อโรคในแมลงและแมง โดยราจะเข้าไปอาศัยในตัวแมลงเพื่อใช้เป็นแหล่งอาหาร ราจะค่อยๆ เจริญเติบโตจนแมลงเจ้าบ้านตายในที่สุด และจะพัฒนาโครงสร้างที่ใช้ในการสืบพันธุ์ที่เต็มไปด้วยสปอร์งอกบนซากของแมลง สปอร์ราที่มีการพัฒนาสมบูรณ์แล้วก็พร้อมเข้าทำลายแมลงเจ้าบ้านตัวใหม่ต่อไป ราแมลงสามารถพบได้ทั้งในพื้นที่ป่าอนุรักษ์ที่มีสภาพอุดมสมบูรณ์ และพื้นที่การเกษตรที่ปลอดสารเคมี การลงพื้นที่สำรวจและค้นหาเชื้อราในป่าธรรมชาติ / ภาพถ่าย […]

วงแหวนแห่งไฟ : จุดกำเนิดพสุธากัมปนาท

ด้วยพลังความร้อนใต้พื้นพิภพ และการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก นำไปสู่การเกิด วงแหวนแห่งไฟ ที่ทรงพลังและพร้อมจะปะทุได้ทุกเมื่อ วงแหวนแห่งไฟ (Ring of Fire) หรือที่รู้จักกันในชื่อ “แนวเทือกเขารอบมหาสมุทรแปซิฟิก” (Circum-Pacific Belt) คือ แนวภูเขาไฟที่ยังคงคุกรุ่นและร่องลึกก้นสมุทรที่มีความยาวรวมกันกว่า 40,000 กิโลเมตร ในมหาสมุทรแปซิฟิก ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของปรากฏการณ์แผ่นดินไหวกว่าร้อยละ 90 ที่เกิดขึ้นบนโลก วงแหวนแห่งไฟประกอบไปด้วยภูเขาไฟทั้งหมด 452 ลูก หรือกว่าร้อยละ 75 ของภูเขาไฟทั้งหมดที่ปรากฏอยู่บนโลก โดยครอบคลุมพื้นที่ในมหาสมุทรและประเทศในทวีปต่าง ๆ รวมกันถึง 31 ประเทศ ไม่ว่าจะเป็นประเทศโบลิเวีย บราซิล แคนาดา โคลัมเบีย ชิลี ฮอนดูรัส อินโดนีเซีย ญี่ปุ่น นิวซีแลนด์ ฟิจิ และสหรัฐอเมริกา การกำเนิด “วงแหวนแห่งไฟ” วงแหวนแห่งไฟ เกิดจากการเคลื่อนที่เข้าหากันของแผ่นเปลือกโลกหรือแผ่นธรณีภาค (Plate) เมื่อหลายล้านปีก่อน ซึ่งก่อให้เกิดการมุดตัวลงซ้อนกันในบริเวณที่เรียกว่า “เขตมุดตัวของเปลือกโลก” (Subduction Zone) ใต้มหาสมุทร และการมุดตัวลงของแผ่นธรณีภาคนี้ […]

Streaming Technology คืออะไร

ปัจจุบัน สื่อผสม หรือ Multimedia ถูกนำมาใช้ในงานนำเสนอหลายรูปแบบ เนื่องจากสามารถทำให้ผู้รับชมรับรู้และเข้าใจได้ดีกว่าการใช้สื่ออักษร ภาพ หรือเสียง อย่างใดอย่างหนึ่งเพียงอย่างเดียว โดยระบบเครือข่าย (network system) ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้สำหรับการนำเสนอข้อมูล เนื่องจากมีประสิทธิภาพการเข้าถึงผู้รับชมจำนวนมากในการนำเสนอเพียงครั้งเดียว และการสตรีม หรือ Streaming ก็กำลังเป็นวิธีที่นิยมสำหรับการนำเสนอข้อมูลในปัจจุบัน ย้อนกลับไปเมื่อหลายปีก่อน การนำเสนอสื่อเสียงและวิดีโอบนเครือข่ายมักใช้หลักการ Download-and-play ซึ่งผู้ชมจำเป็นต้องดาวน์โหลดข้อมูลทั้งหมดมาก่อน จึงสามารถรับชมสื่อนั้นได้ และแม้ว่าเป็นสื่อขนาดเล็กความยาวเพียง 30 วินาทีก็ตาม อาจต้องใช้เวลาดาวน์โหลดถึง 20 นาที ก่อนนำมาใช้ฟังหรือชมได้ ในทางกลับกัน การชมเสียงหรือวิดีโอจากสตรีมมิงมีเดียเซิร์ฟเวอร์ (Streaming Media Server) ในปัจจุบัน สร้างความแตกต่างออกไป โดยสตรีมมิงมีเดียไฟล์สามารถแสดงผลเกือบในทันทีที่ป้อนคำสั่ง หรืออีกนัยหนึ่งคือ ระหว่างที่มีการรับส่งข้อมูล ผู้ชมสามารถรับฟังหรือชมสื่อนั้นๆ ได้ทันที โดยไม่จำเป็นต้องรอให้ดาวน์โหลดข้อมูลทั้งหมดก่อน ไม่ว่าสื่อนั้นมีขนาดเพียง 30 วินาที หรือยาวถึง 30 นาทีก็ตาม โดยมีบัฟเฟอร์เป็นตัวช่วย การนำเสนอข้อมูลเสียงและวิดีโอผ่านระบบอินเตอร์เน็ตกำลังเป็นกระแสนิยมในปัจจุบัน จึงมีการพัฒนาวิธีการนำเสนอข้อมูลให้ทันสมัยมากขึ้น โดยวิธีการส่งข้อมูลแบบแรกคือการใช้ Web Server […]

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)

คาร์บอนเป็นธาตุพื้นฐานในทุกสิ่งมีชีวิตที่อุบัติขึ้นบนโลกใบนี้ วัฏจักรคาร์บอน จึงเป็นส่วหนึ่งที่ช่วยขับเคลื่อนชีวิตให้สามารถดำรงอยู่ได้ และมีวิวัฒนาการมากมายอย่างเช่นทุกวันนี้ วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) คือ การหมุนเวียนหรือการแลกเปลี่ยนธาตุคาร์บอน (Carbon) ในสถานะต่าง ๆ ระหว่างดิน หิน แหล่งน้ำ ชั้นบรรยากาศ และสิ่งมีชีวิต ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอน (Reservoir) ที่สำคัญของโลก วัฏจักรคาร์บอนจึงหมายถึงการหมุนเวียนของธาตุและสารประกอบคาร์บอน ทั้งที่อยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ และยังหมายถึงการเปลี่ยนถ่ายคาร์บอนระหว่างแหล่งกักเก็บต่าง ๆ ผ่านกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตและการเปลี่ยนแปลงของโลก เช่น กระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช การย่อยสลายของจุลินทรีย์ หรือแม้แต่การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก เนื่องจากโลกเป็นระบบปิด (Closed System) สสารต่าง ๆ จึงไม่สามารถถ่ายเทออกสู่ภายนอกระบบได้ ดังนั้น ปริมาณของคาร์บอนทั้งหมดบนโลกจึงไม่เคยเปลี่ยนแปลงมาก่อน มีเพียงการหมุนเวียนและเปลี่ยนถ่ายของคาร์บอนในสถานะต่าง ๆ ระหว่างแหล่งกักเก็บที่สำคัญเหล่านี้เท่านั้น การหมุนเวียนคาร์บอนในแหล่งกักที่สำคัญของโลก สามารถจำแนกออกเป็น 4 ระบบ ดังนี้ 1. คาร์บอนในชั้นบรรยากาศ หมายถึง คาร์บอนในสถานะก๊าซ โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) ที่นับเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของบรรยากาศโลก […]