화산 폭발의 원리와 지열 에너지에 관한 이야기

 지구의 중심부와 지각 사이에는 맨틀이라고 불리는 고체와 부분적으로 녹은 암석의 혼합층이 있습니다. 이곳의 기온은 섭씨 1,000도에서 3,500도 사이입니다. 이 열의 일부는 금속의 방사성 붕괴로부터 옵니다. 그러나, 그것의 대부분은 지구가 40억 년 전에 형성된 이래로 에너지를 방출하고 있는 지구 중심부에서 옵니다. 맨틀이 지구 지각 약 40km 아래를 돌며 천천히 움직이는 동안, 지표면 가까이에서 급상승하는 곳이 있습니다. 여기서 마그마는 땅 속에 주머니와 정맥을 형성하여 지하 강과 웅덩이를 300도에 이르는 온도로 가열합니다.  가열된 물을 조절하는 것은 지열 에너지를 이용하는 것의 핵심이며, 그것을 어떻게 하는가에 대한 두 가지 주요 모델이 있습니다. 하나는 전기를 생산하기 위해 이 뜨겁고 깊은 웅덩이를 사용하는 지열 발전소를 짓는 것입니다. 첫째, 기술자들은 사암이나 현무암과 같은 투과성 암석에 수 킬로미터의 우물을 뚫습니다. 뜨겁고 고압의 지하수가 우물로 흘러들어 가면서 압력과 온도의 빠른 변화는 엄청난 양의 증기를 만들어냅니다. 이 증기는 터빈의 날을 돌려 전기를 생산하죠. 마지막으로, 남은 냉각수와 응축된 증기가 땅속으로 다시 주입되어 물을 잃지 않고 전기를 공급하는 열린 루프를 만듭니다.

 

 

 하지만, 우리는 행성의 열을 이용하기 위해 이렇게 깊게 굴을 파지 않아도 됩니다. 태양 복사 덕분에 1.5미터 깊이의 흙은 섭씨 20도가 넘는 온도에 이를 수 있습니다. 지열은 에너지를 빨아들이기 위해 이 층의 흙을 통해 물이나 부동액을 펌프질 합니다. 그러고 나서, 이 액체들은 더 많은 에너지를 흡수하기 위해 땅을 통해 다시 이동하기 전에 열을 분산시키면서 지역 사회 기반 시설을 통해 펌핑됩니다. 펌프를 작동하기 위해서는 외부 전기가 필요하지만 제공된 에너지는 사용된 에너지보다 훨씬 큽니다. 이는 이 프로세스가 지속 가능한 루프이기도 하다는 것을 의미합니다. 실제로 지열 열펌프는 화석연료에 비해 운영비가 저렴하고 에너지 효율이 최소 2배 이상 높습니다. 지열에너지가 우리 발 바로 아래를 복사하든, 아니면 수 킬로미터 깊이의 물을 가열하든, 그 행성은 끊임없이 열을 방출하고 있습니다. 1년에 걸쳐 평균적으로 지구는 인류가 소비하는 에너지보다 대략 3배나 많은 에너지를 방출합니다.

 

그렇다면 왜 지열은 인류 에너지 생산의 0.2%만을 차지할까요?

 

답은 열, 위치, 그리고 비용과 관련이 있습니다. 지열 열펌프는 얕은 땅에서 발견되는 일관된 열에 의존하기 때문에 거의 모든 곳에서 실행할 수 있습니다. 그러나, 지열 발전소는 고온의 지열 밭을 이용해야 합니다. 180도 이상의 뜨거운 지역과 일반적으로 수 킬로미터의 지하에서. 이러한 고온 지대는 찾기가 어려우며, 공장 한 곳에 필요한 몇 개의 우물들 중 단 한 개만을 위해 이 깊이를 뚫는 것은 2천만 달러까지 비용이 들 수 있습니다. 더 얕은 지열장을 가진 지역들이 있습니다. 아이슬란드와 일본은 마그마가 지각을 통해 솟아오르는 활화산과 지각판 경계 근처에 있습니다. 그러나, 이와 같은 요소들은 또한 그 지역들을 지진이 일어나기 쉽게 만들며, 이것은 또한 강도 높은 시추에 의해 촉발될 수 있습니다. 게다가, 지열 에너지는 깨끗하고 재생 가능하지만, 완전히 무해한 것은 아닙니다. 시추는 메탄과 황화수소와 같은 오염물질을 함유한 증기를 방출할 수 있습니다. 그리고, 가압수를 사용하는 시추 도구는 지하수를 오염시킬 수 있습니다.

 

다행히 이러한 과제를 해결할 신기술이 속속 등장하고 있으며 배출가스 제어시스템은 오염물질을 포착할 수 있고, 전자파 감시는 지진 위험을 감지하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 만약 우리가 지구를 지탱하는 열을 안전하고 책임감 있게 이용할 수 있다면, 우리는 또한 인류를 지탱할 수 있을 것입니다.