美國地質(zhì)學(xué)家研究廢棄煤礦地熱潛力

俄亥俄州有數千座廢棄煤礦，這些煤礦將酸性污染物排放到附近的水道中，已成為公共安全和環(huán)境的危害。

俄亥俄大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家迪娜·洛佩茲說(shuō):“我們在俄亥俄州有一個(gè)可怕的遺產(chǎn)，礦井的酸性廢水破壞了溪流的生命。”她研究這個(gè)問(wèn)題已超過(guò)十年。

洛佩茲長(cháng)期研究美國和薩爾瓦多的地熱能相關(guān)問(wèn)題。她開(kāi)始探索透水煤礦的可能性。這些礦山一般不會(huì )出現酸性排水問(wèn)題，因為氧氣不會(huì )與硫化物發(fā)生反應。俄亥俄州有很多這樣的地方。

地熱系統利用地下穩定的溫度，通常通過(guò)一個(gè)閉環(huán)管道循環(huán)流體，在地下與地面建筑物之間循環(huán)運行。在冬天，流體經(jīng)過(guò)地下時(shí)被加熱。在夏天，情況正好相反。

地質(zhì)學(xué)家馬代拉-馬托雷爾在讀研究生時(shí)，在估算一座透水煤礦的地源熱泵能量潛力時(shí)，曾與洛佩茲等人合作。10月，她在美國地質(zhì)學(xué)會(huì )2020年會(huì )議上介紹了這項研究。

這個(gè)俄亥俄州雅典市和平原之間的研究礦井，位于地表以下約99米處。這是該州131個(gè)古老的、大部分被水淹沒(méi)的廢礦之一，洛佩茲的前研究生約書(shū)亞·理查森曾將其定為地熱能生產(chǎn)的候選煤礦。其他具備潛力的礦址總數達到147個(gè)，遍布在俄亥俄州的21個(gè)縣內。

馬代拉-馬托雷爾說(shuō)：“有那么多被遺棄的，完全沒(méi)用的廢礦。他們只是在占用空間。”雖然俄亥俄州有更多的煤礦，但地熱能利用的可行性需要考慮地理位置上接近潛在用戶(hù)。由于存在塌陷的可能，各種設施不可能建在礦井上方。另一方面，“五英里以外的礦井基本是沒(méi)用的。”馬德拉-馬托雷爾說(shuō)。隨著(zhù)與礦井距離的增加，管道系統的成本也會(huì )增加，同時(shí)也會(huì )導致熱量或冷氣的損耗。

研究的礦井距離雅典市的一所高中和俄亥俄大學(xué)校園的幾棟建筑都很近。在她的研究中，她對她所研究的礦井附近現有的地下水測量了溫度和流量。這些數據使她能夠模擬出地下礦井的水流。

馬德拉-馬托雷爾總結說(shuō)，這個(gè)礦井“絕對”是一個(gè)有價(jià)值的能源來(lái)源。她說(shuō)，熱交換系統不足以滿(mǎn)足整個(gè)俄亥俄大學(xué)，但它可以完全取代其中幾座建筑的供暖和制冷。“進(jìn)一步的研究將可以得出結論，看看高中是否也能受益，因為它是一個(gè)較小的建筑，而且距離礦井也非常接近。”

到目前為止，這項工作主要是學(xué)術(shù)性的，目前還不清楚俄亥俄大學(xué)或高中是否會(huì )推進(jìn)這一項目。大學(xué)已經(jīng)承諾但要到2075年才能實(shí)現碳中和。其他學(xué)校和大學(xué)的研究人員也一直在研究減少碳足跡的途徑或如何實(shí)現碳中和。

“該州有巨大的地熱潛力。”俄亥俄州自然資源部的地質(zhì)學(xué)家弗蘭克·福吉特說(shuō)。地熱能的足跡與大型的燃煤電廠(chǎng)、燃氣電廠(chǎng)、核電站、油井甚至太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)相比是非常小的。福吉特說(shuō)，目前俄亥俄州的地熱能主要作為住宅和中型設施的供暖與制冷，如醫院、大學(xué)宿舍和倉庫等。

福吉特說(shuō)，洛佩茲、馬德拉-馬托雷爾和理查森的工作提供了對透水礦井的地質(zhì)和能源潛力提供了重要見(jiàn)解。然而，還有許多工作要做，尤其是在了解巖土工程方面的挑戰。這包括建立選址標準、水化學(xué)分析和考慮對周?chē)貙拥目赡苡绊?，包括化學(xué)、熱效應和沉降可能。

盡管如此，福吉特說(shuō)，“利用透水廢棄地下礦井具有很大的潛力。這些礦井規模大，有效換熱容積很大。同樣重要的是，許多老煤礦“在煤炭生產(chǎn)高峰時(shí)期都曾緊鄰經(jīng)濟中心的社區。”

(編譯/中國地熱產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 鄭帆)