Geothermische energie: warmte uit de aarde
Onder onze voeten, een paar kilometer diep, is het altijd warm. Dat komt doordat de aarde van binnen nog gloeiend heet is, een restje van haar ontstaan zo'n 4,5 miljard jaar geleden, aangevuld met warmte uit het verval van radioactieve stoffen in gesteente. Geothermische energie, ook wel aardwarmte genoemd, is de techniek om die warmte naar boven te halen en te gebruiken voor verwarming of om er elektriciteit mee op te wekken.
Een handige vergelijking: stel je de aarde voor als een gigantische, langzaam afkoelende thermoskan. Hoe dieper je boort, hoe warmer het water of gesteente wordt dat je tegenkomt. In Nederland stijgt de temperatuur gemiddeld zo'n 30 graden Celsius per kilometer diepte. Op 2 kilometer diepte is het dus al ruim 60 tot 70 graden warm — genoeg om kassen, huizen of hele wijken te verwarmen zonder aardgas te verbranden.
Wat is het precies?
Bij de meest gangbare vorm van aardwarmte, hydrothermische geothermie, boren bedrijven twee of meer putten naar een watervoerende laag diep in de ondergrond, een zogeheten aquifer. Door de ene put wordt heet water omhoog gepompt, dat vervolgens via een warmtewisselaar zijn warmte afgeeft aan een apart watercircuit dat gebouwen verwarmt. Het afgekoelde water gaat via de tweede put weer terug de grond in, zodat de druk in de aquifer op peil blijft en het systeem duurzaam blijft functioneren.
Is het water heet genoeg (doorgaans boven de 150 graden Celsius), dan kan de stoom die vrijkomt een turbine aandrijven en dus stroom opwekken, zoals in vulkanische gebieden als IJsland. In Nederland, waar de ondergrond minder heet is, wordt aardwarmte vrijwel uitsluitend gebruikt voor verwarming van gebouwen en kassen, niet voor elektriciteit.
Een nieuwere variant is 'enhanced geothermal systems' (EGS), oftewel verbeterde geothermische systemen. Daarbij wordt gesteente dat van nature niet doorlatend genoeg is, kunstmatig doorlaatbaar gemaakt door er onder hoge druk water in te persen, waardoor er scheurtjes ontstaan. Zo kan ook op plekken zonder natuurlijke warmwaterlagen aardwarmte gewonnen worden, mits het gesteente diep genoeg en dus heet genoeg is.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is het vervangen van fossiele brandstoffen, vooral aardgas, voor de verwarming van gebouwen en kassen. Verwarming is verantwoordelijk voor een groot deel van de CO2-uitstoot, en aardwarmte biedt daarvoor een bron die dag en nacht, het hele jaar door beschikbaar is, in tegenstelling tot zon en wind die afhankelijk zijn van het weer.
In Nederland ligt de nadruk sterk op de glastuinbouw. Kassen hebben enorm veel warmte nodig om gewassen het hele jaar te kunnen telen, en aardwarmte kan die warmte leveren zonder de stookkosten en uitstoot van aardgasketels. Daarnaast wordt aardwarmte steeds vaker gekoppeld aan stadsverwarmingsnetten in woonwijken, als alternatief voor de gasgestookte cv-ketel.
Op wereldschaal wordt ook gemikt op stroomopwekking in landen met veel vulkanische activiteit, zoals IJsland, Indonesië en delen van de Verenigde Staten. Daar kan aardwarmte een substantieel deel van de elektriciteitsvoorziening voor haar rekening nemen.
Voorbeelden uit de praktijk
Het oudste geothermische elektriciteitsproject ter wereld staat in Larderello, Italië, waar al sinds 1913 stroom wordt opgewekt uit aardwarmte. Het gebied draait nog altijd en levert een aanzienlijk deel van de Toscaanse stroom.
In IJsland verwarmt de Hellisheiði-centrale, een van de grootste geothermische installaties ter wereld, sinds 2006 zowel huizen in de hoofdstad Reykjavik als bedrijven, en wekt tegelijk elektriciteit op. Bijna alle verwarming in IJsland komt inmiddels uit aardwarmte.
Dichter bij huis is het Westland een voorloper. Sinds 2007 draaien daar diverse aardwarmteprojecten die kassen verwarmen, waaronder het project Trias Westland, een van de grotere installaties die meerdere tuinbouwbedrijven van warmte voorziet.
In Den Haag ging in 2021 een grote aardwarmtebron in gebruik die woningen in de wijk Zuidwest van stadsverwarming voorziet, een van de eerste grootschalige toepassingen van aardwarmte in een Nederlandse woonwijk.
Een voorbeeld van de nieuwere EGS-techniek is het project van het Amerikaanse bedrijf Fervo Energy in Utah, dat in 2023 en 2024 liet zien dat verbeterde geothermische systemen op commerciële schaal kunnen werken, ook buiten vulkanische gebieden.
Hoe ver is de techniek?
Hydrothermische aardwarmte, zoals toegepast in het Westland en Den Haag, is een bewezen techniek die al decennia wordt toegepast. De grootste uitdaging in Nederland is niet de techniek zelf, maar het vinden van geschikte, goed doorlatende aardlagen en het beheersen van de kosten en risico's van het boren, dat al snel enkele tientallen miljoenen euro's per project kost.
Een terugkerend risico is dat een boring minder warm water oplevert dan verwacht, of dat de put na verloop van tijd verstopt raakt. Ook lichte bodembeweging als gevolg van de waterstroming wordt gemonitord, al is dit tot nu toe beperkt gebleven in vergelijking met bijvoorbeeld gaswinning.
EGS-technologie staat nog in een vroeger stadium. Het project van Fervo Energy in Utah wordt gezien als een belangrijke doorbraak, omdat het technieken uit de schaliegasindustrie, zoals horizontaal boren en hydraulisch kraken, succesvol combineerde met geothermie. Toch is grootschalige, betaalbare toepassing van EGS elders nog niet aangetoond en blijft het een relatief jonge markt.
Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) groeit de wereldwijde geothermische capaciteit gestaag, maar wel langzamer dan zon- en windenergie, mede door de hoge aanloopkosten en het geologische maatwerk dat elk project vereist.
Wie werken eraan?
In Nederland zijn onder meer Energie Beheer Nederland (EBN), TNO en Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) betrokken bij respectievelijk de financiering, het onderzoek en het toezicht op aardwarmteprojecten. Brancheorganisatie Geothermie Nederland behartigt de belangen van bedrijven in de sector, waaronder tuinbouw- en energiebedrijven die actief zijn in het Westland en elders.
Internationaal lopen IJsland en de Verenigde Staten voorop, mede dankzij hun vulkanische ondergrond. Bedrijven als Fervo Energy en Eavor (met een demonstratieproject in Duitsland) experimenteren met nieuwe boortechnieken om geothermie ook buiten die gunstige gebieden mogelijk te maken. Ook Indonesië en de Filipijnen behoren tot de landen met een grote geothermische stroomproductie.
Op onderzoeksgebied speelt de International Geothermal Association een verbindende rol tussen wetenschappers en de industrie wereldwijd, terwijl in Frankrijk het project Soultz-sous-Forêts al sinds de jaren negentig geldt als een belangrijk testterrein voor EGS-technologie in Europa.