Ondergrondse warmtevervuiling kan worden aangeboord om klimaatverandering te verminderen

Het geheim van het efficiënt verwarmen van sommige gebouwen kan onder onze voeten op de loer liggen, in de hitte die mensen onbedoeld ondergronds hebben opgeslagen.

Net zoals steden de omringende lucht opwarmen, waardoor stedelijke hitte-eilanden ontstaan, zo verwarmt ook de menselijke infrastructuur de onderliggende aarde (SN: 27-3-09). Nu blijkt uit een analyse van grondwaterputlocaties in Europa en delen van Noord-Amerika en Australië dat ruwweg: een paar duizend van die locaties beschikken over overtollige ondergrondse warmte die een jaar lang kan worden hergebruikt om gebouwen te verwarmen, rapporteren onderzoekers op 8 juli Natuurcommunicatie.

Sterker nog, zelfs als mensen erin zouden slagen om al deze opgehoopte thermische vervuiling te verwijderen, zou de bestaande infrastructuur op ongeveer een kwart van de locaties de grond voldoende blijven verwarmen zodat er nog vele jaren warmte kan worden geoogst. Dat kan de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen en de klimaatverandering helpen verminderen.

Dit werk laat de impact zien die ondergrondse warmterecycling zou kunnen hebben als het op grote schaal zou worden toegepast, zegt hydrogeoloog Grant Ferguson van de Universiteit van Saskatchewan in Saskatoon, Canada, die niet betrokken was bij het onderzoek. “Er is veel onbenut potentieel.”

Warmte lekt in de ondergrond van de warme wortels van constructies zoals gebouwen, parkeergarages en tunnels, en van kunstmatige oppervlakken zoals asfalt, die zonnestraling absorberen. In Lyon, Frankrijk, bijvoorbeeld, ontdekten onderzoekers in 2016 dat menselijke infrastructuur het grondwater met meer dan 4 graden Celsius.

Wetenschappers begrijpen niet volledig hoe warmtevervuiling ondergrondse omgevingen verandert. Maar door opwarming van de ondergrond kunnen verontreinigingen, zoals arseen, gemakkelijker door het grondwater bewegen.

Het extraheren van de thermische vervuiling kan worden bereikt door grondwater naar warmtepompen aan de oppervlakte te leiden. Het water, dat ondergronds wordt opgewarmd door al die opgesloten warmte, kan vervolgens gebouwen verwarmen terwijl het warmte afgeeft aan hun koelere interieur, zegt Susanne Benz, een milieuwetenschapper aan de Dalhousie University in Halifax, Canada.

Het op deze manier benutten van ondergrondse warmte zou sommige gemeenschappen een betrouwbare en energiezuinige manier kunnen bieden om hun huizen te verwarmen, zegt Benz. “En als we het niet gebruiken, blijft het zich ophopen”, zegt ze.

Benz en haar collega’s analyseerden de bevolkingsomvang, de warmtevraag en de grondwatertemperatuur op meer dan 6.000 locaties, waarvan de meeste in Europa. De onderzoekers ontdekten dat op ongeveer 43 procent van de locaties – meestal die in de buurt van dichtbevolkte gebieden – zich in de bovenste 20 meter van de aarde voldoende warmte had opgehoopt om een ​​jaar lang aan de lokale warmtevraag te voldoen.

Nieuwsgierig naar duurzaamheid, identificeerden de onderzoekers ook plaatsen waar de continue stroom van warmte naar de ondergrond – en niet alleen de opgeslagen thermische vervuiling – hoog was. Hun berekeningen laten zien dat als alle opgehoopte warmte eerst zou worden onttrokken, de warmte die bleef lekken uit bestaande infrastructuur zou kunnen worden geoogst op ongeveer 25 procent van de 6.000 locaties. Deze hergebruikte warmte zou op 18 procent van de locaties kunnen voldoen aan minimaal een kwart van de warmtevraag van de lokale bevolking.

Het bouwen van systemen om tegenwoordig te profiteren van menselijke warmtevervuiling, zou bewoners op een dag kunnen helpen warmte te oogsten van klimaatverandering, zeggen de onderzoekers.

Met behulp van klimaatprojecties voor het einde van de eeuw onderzocht het team de haalbaarheid van het winnen van ondergrondse warmte in een warmere wereld. In het meest optimistische opwarmingsscenario dat wordt overwogen, waarbij wordt uitgegaan van een piek in de uitstoot van broeikasgassen rond het jaar 2040, ontdekten de onderzoekers dat de klimaatverandering de grond tegen het einde van de eeuw voldoende zou opwarmen dat ondergrondse warmterecycling op 81 procent van de onderzochte locaties zou kunnen voldoen aan meer dan een kwart van de verwarmingsbehoefte van de lokale bevolking. Als er geen inspanningen worden gedaan om de uitstoot te beteugelen, loopt dat aantal op tot 99 procent van de locaties.

Hoewel de onderzoekers zich vooral op Europa richtten, zegt Benz dat andere continenten waarschijnlijk ook overvloedige ondergrondse warmte bezitten die kan worden benut. In Europa en elders is warmterecycling misschien het meest haalbaar in voorstedelijke gebieden, zegt ze, waar er voldoende ondergrondse warmte is om aan de lokale verwarmingsvraag te voldoen en ruimte is om warmterecyclingsystemen te installeren.

Vooruitkijkend is Benz van plan te onderzoeken of koeling van de ondergrond kan helpen de bovengrondse temperaturen in stedelijke omgevingen te verlagen. “Dit is misschien een beetje extra hulpmiddel om te controleren” [aboveground] stadswarmte.”