אנרגיה גיאותרמית לחקלאות ירוקה וביטחון המזון

אנרגיה גיאותרמית היא אחד המשאבים המתחדשים אמין ביותר שניתן לחקלאות המודרנית.על ידי הזז לתוך חום תת-קרקעי יציב של כדור הארץ, החקלאים יכולים להפוך את פעילות החממה למרכזי ייצור מזון יצרניים מאוד, לאורך כל השנה, שהם חסינים במידה רבה על מזג האוויר פנויות ותנודות דלק מאובנים. מאמר זה חוקר את המדע, היתרונות, אסטרטגיות יישום, והשלכות גלובליות של שימוש באנרגיה גיאומית עבור חקלאות מסוימת, עם טכנולוגיה מסוימת, עם בטיחותית, עם בטיחות מסוימת, עם בטיחותית, עם התפתחות בטוחה בעולם.

מה זה אנרגיה גיאותרמית?

אנרגיה גיאותרמית היא אנרגיה תרמית מאוחסנים בקרום כדור הארץ.הוא מקורו הליבה של כדור הארץ ומריקבון רדיואקטיבי של מינרלים, והוא מתפתל ברציפות, מה שהופך אותו למשאב מתחדש אמיתי בהתאם לעומק וטמפרטורה, משאבים גיאותרמיים יכולים לשמש עבור מערכות חשמל (מאגרי אנרגיה גבוהים מעל 150 מעלות צלזיוס), חימום ישיר (me-tempera-tempera, 150 ° C) או משאבה גמישה (טמפרטורה גבוהה) של חום (חום) הן באיכות גבוהה יותר, כולל חום (מחץ) או משאבה) נמוך יותר, כולל חום (מכסוך חום).

בניגוד לעוצמה סולארית או רוחית, אנרגיה גיאותרמית אינה לסירוגין.זה מספק היצע בסיס קבוע 24 שעות ביממה, 365 ימים בשנה, שהיא בעלת ערך מיוחד לפעילות ההולכת וגוברת של אקלים.סוכנות האנרגיה הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) מעריכה כי יכולת גיאוגרפית גלובלית לשימוש ישיר - כולל חקלאות - כולל חקלאות - צברה 100 ג'יגהוואטמוס תרמי (GWth)F:0(Iאחרת) פיתחו פחות אנרגיה גיאוותרמית) לעומת 1.

כיצד אנרגיה גיאותרמית מעצמה ירוקה

מערכות חממה גותרמיות ללכוד חום מתחת לאדמה ולהעביר אותו לחלל הצומח.השיטה שנבחרה תלויה בגיאולוגיה מקומית, עומק המשאב, ואת גודל המבצע.

המונחים: Gethermal Heating

באזורים עם מים חמים נגישים או קיטור ליד פני השטח - כגון אזורים געשיים או אגן סינדרארי - נוזל גיאותרמאל חם ניתן לצנרת ישירות לתוך קורנטורים, לולאות חימום מתחת לאדמה, או חילופי חום בתוך החממה. גישה זו יעילה מאוד כי זה מבטל את הצורך משאבת חום; נוזל גיאותרמל עצמו מספק את מדינות המעלית.

משאבות חום גאוותרמיות

עבור מיקומים ללא משאבים עתיריים גבוהים, משאבות חום מקור קרקע (GSHPs) הם הפתרון המועדף. המערכות האלה להפיץ נוזל דרך לולאה קבורה של צינורות (או עשבים אנכיים או תעלות אופקיות), שבו הוא סופג חום מן הקרקע. משאבת החום מתמקדת כי חום לטמפרטורה מתאימה עבור חממה או מים.

מערכות היברידיות ו-Crevet

כמה חממות מתקדמות משלבות חימום גיאותרמאל עם אחסון אנרגיה תרמי (למשל, מיכלי מים תת-קרקעיים או חומרי שינוי שלב) כדי לטבול נגד נדנדה טמפרטורה.מערכות היברידיות שמשלבות אספנים סולאריים עם לולאות גיאותרמיות גם צוברות מתח, צמצום העומק הנדרש היטב והורדת עלויות למעלה.

היתרונות של Govermal Greenhouses

הפקה שנתית ואיכות Crop

אולי היתרון המשמעותי ביותר של חימום גיאותרמאל הוא היכולת לשמור על משטר טמפרטורה מדויק ויציב ללא קשר לאקלים חיצוני.זה מבטל את הסיכון של נזק קפוא, מפחית מתח חום מקיצוניות מאוחרת, ומאפשר לצמחים לתכנן מחזורים רבים לקצירים בשנה. Crops כגון עגבניות, מלפפונים, פלפלים, ועלים ירוקים פורחים בתנאים חמים באופן עקבי, לייצר גבוה יותר באיכות גבוהה בהשוואה לדלקים לא מאובנים או ממאובנים.

עלויות היעילות והעצמאות האנרגיה

לאחר ההשקעה הראשונית בבירה, מערכות גיאותרמיות בעלות עלויות הפעלה נמוכות מאוד.מקור החום עצמו לא עולה דבר, ומשאבות חום דורשות רק כמות קטנה של חשמל כדי להעביר חום במקום לייצר אותו.מעל תוחלת חיים של 20 שנה, חממה באמצעות אנרגיה גיאותרמית יכולה לחסוך 50–80% בעלויות חימום בהשוואה לגז טבעי, פרון או שמן.

אחריות סביבתית

אנרגיה גיאותרמית מייצרת פליטות גזי חממה ישירות, גם כאשר כולל החשמל למשאבת חום כוח, טביעת הרגל פחמן נמוכה בהרבה מהתחממות מבוססת דלק מאובנים.על ידי פירוק פחם או גז, רק דונם אחד של חממה גיאותרמית יכול להפחית פליטות CO2 על ידי 100-300 טון מטר בשנה.

יעילות המים וצמצום הלחץ

חממות גיאותרמיות רבות משלבות חימום הידרוני ישירות למים השקיה, שמירה על טמפרטורות אזור שורש אופטימליות ללא אנרגיה נוספת.זה יכול לשפר את יעילות השימוש במים על ידי צמצום אובדן evaporative.יתר על כן, כי חימום גיאותרמאל מאפשר שליטה סביבתית הדוקה, החקלאים יכולים להפחית את רמות הלחות ואת צרכי האוורור, אשר מדכא מחלות פטריית ומפחית את הצורך בחומרי חומרים כימיים.

המונחים

המעבר לחימום חממה גיאותרמאל דורש תכנון זהיר והשקעה גדולה במעלה.עם זאת, עם בחירת אתר נאותה עיצוב מערכת, החזרות לטווח ארוך משכנעות.

מחקר הערכה והיתכנות

הצעד הראשון הוא הערכה גיאותרמית של משאבים.זה כולל ניתוח גיאולוגיה מקומית, מוליכות אדמה, זמינות מים קרקע, ועומק לטמפרטורות ניתנות לשימוש. עבור מערכות שימוש ישיר, בארות מבחן ניתן לקדוח כדי למדוד את שערי זרימת הרכב הכימי של נוזל גיאותרמאל.עבור מערכות משאבת חום, בדיקות תגובה תרמיות (TRTs) לקבוע מוליכות תרמית, אשר קריטי עבור מינוף הקרקע או חברות ייעוץ חיוני.

עיצוב מערכת ו Sizing

העיצוב חייב להתאים את העומס החימום של החממה (תלוי בסוג זוהר, בידוד, אזור האקלים, דרישות טמפרטורה יבול) עם היכולת של משאבים גיאותרמאל. oversizing מעלה עלויות באופן בלתי צפוי, בעוד תחת מינוף מוביל חימום לא מספיק. מודרני חממות להשתמש לוחות פוליקרבונט או סרט כפול כדי לשפר בידוד, צמצום הביקוש חימום על ידי עד 40% עד זכוכית בודד.

שכנוע ופיננסים

קידוח גיאותרמל עשוי לדרוש אישורים סביבתיים, זכויות מים, ורישיונות בנייה.בתחומים רבים, תוכניות ממשלתיות מציעות מענקים, הלוואות ריבית נמוכה, או תמריצים מס לאנרגיה מתחדשת בחקלאות.לדוגמה, האנרגיה הכפרית של USDA עבור תוכנית אמריקה (REAP) מספקת סיוע כספי לפרויקטים גיאותרמית בארצות הברית FLT:0(USDA REAPRLT:1).

התקנה וועדת

ההתקנה המקצועית היא קריטית.עבור מערכות סגורות אנכיות, מעמקי קידוח יכולים לנוע בין 50 ל-200 מטרים בהתאם לתנאי הקרקע.לעבורות Horizontal דורשות תעלות גדולות אך פחות יקר להתקין.לאחר הלולאה הקרקע ומשאב חום נמצאים במקום, מערכת ההפצה בתוך החממה - באופן רדיקלי קרנון קרנון או מחצני כפיל משומרים - אסור להיות מאוזנים בזהירות כדי להבטיח הפצה אחידה.

פיקוח ותחזוקה

מערכות גיאותרמאל הן פשוטות מבחינה מכנית ודורשות פחות תחזוקה מאשר תנורי חום.עם זאת, בדיקות תקופתיות של משאבת חום מחדש רמות קירור, לחץ לולאה הקרקע, ניקוי חליפין חום הם הכרחיים. מפעילים רבים להתקין מערכות ניטור מרחוק כי לעקוב אחר טמפרטורות צריכת אנרגיה, המאפשר התאמות יזום.

דוגמאות אמיתיות בעולם ו Case Studies

איסלנד: Gethermal Greenhouse Hub

איסלנד היא המובילה העולמית בחקלאות חממה גיאותרמית (Girthermalנוזלים געשיים בשפע), המדינה מייצרת כמעט את כל הירקות והפרחים המקומיים שלה לאורך כל השנה, למרות הקווי הרוח התת-גלקטיים שלה.עיירת רייקיאוויק, למשל, מארחת חממות גיאותרמיות שגדלות, מלפפונים ופלפלים עבור האומה כולה.

הולנד: אינטגרציה גבוהה-Tech Gethermal

למרות שהולנד אינה פעילה מבחינה וולקנית, יש לה אגן מסיבית של מים חמים (80 מעלות צלזיוס) בעומק של 2-4 ק"מ מפעילי חממה הולנדית, כבר מנהיגים עולמיים בחקלאות מבוקרת, השקיעו רבות במערכות כפולות גיאותרמיות גיאותרמיות.התוצאה היא צמצום צריכת גז טבעי עד 95% במקבץ חממה גדול, תוך שמירה על החום המדויק והלחות הדרושות לצמחים כמו עגבניות גבוהות.

קניה: ג'ותרמאל לחקלאות

בעמק ה-East African Rift, המשאבים הגיאוגרפיים מוזנים לא רק לחשמל, אלא גם עבור חקלאות כפרית.שדה הגיאוגרפי Olkaria מספק קיטור עבור ייצור חשמל, ואת המים החמים המשתנים משמשים לחימום חממות המייצרות ירקות לשווקים מקומיים.זה מקטין הפסדים לאחר ההארברסט ויוצר מקומות עבודה באזורים שבהם החקלאות הקונבנציונלית היא מחוסנת על ידי בצורת.

השפעה על אבטחת המזון

אבטחת המזון בנויה על ארבעה עמודי תווך: זמינות, גישה, ניצול ויציבות.חקלאות של חממה גיאותרמית משפיעה באופן חיובי על כולם.

הגדלת זמינות המזון המקומי

חממות גאוותרמאליות מאפשרות ייצור מזון באזורים שאחרת יהיו בלתי מתאימים לגידולים בשל חורף קר, קיץ קשה או אדמה ירודה.על ידי הפקת מזון מקומי, קהילות הופכות פחות תלויות בשרשראות אספקה מרוחקות פגיעות לשיבושים - כגון אלה הנגרמים על ידי מגפות, מלחמה, או אירועים קיצוניים.

גישה שנתית-Round Access

מכיוון שהתחממות גיאותרמית אינה תלויה במזג אוויר עונתי, ניתן לשמור על ייצור זה ברציפות.זה מייצב מחירי המזון ומונע את הספיקים עונתיים שמובילים לעתים קרובות לביטחון תזונתי עבור משקי בית בעלי הכנסה נמוכה.בצפון קנדה, למשל, פרויקטים של חממה גיאותרמית החלו לספק תוצרת טרייה בחודשי החורף ארוכים, ובכך להפחית באופן דרסטי את העלות והפחמן של ירקות מיובאים.

אבטחה תזונתית

חקלאות מבוקרת-סביבה מאפשרת תנאים גדלים מותאם שיכולים לשפר את צפיפות החומרים התזונתיים של גידולים. ירקות ירוקים שגדלו עם טמפרטורות עקביות וניהול אור לעתים קרובות יש רמות גבוהות יותר של ויטמינים ואנטי חמצון. יתר על כן, היכולת לגדל מגוון מגוון רחב של גידולים - כולל עליות ירוקות, עשבי תיבול, ופירות - תומך מגוון תזונתי.

עמידות לשינוי האקלים

כמו שינויי האקלים מאיצים, גלי חום, בצורתם, ושיטפונות יפריעו יותר ויותר לחקלאות בשטח הפתוח.גותרמאל חממות יספקו סביבה מבוקרת, מגנה, אשר בעיקר חסינה לאיומים אלה.הם גם משתמשים בפחות מים מאשר חקלאות שדה, כי בידוד והערכה יכולים להיות מנוהלים הדוקים.

אתגרים ופתרונות

עלויות הון גבוהות

בארות קידוח והתקנת משאבות חום יכולות לעלות בכל מקום מ-50,000 דולר ליותר מ- 500,000 דולר, בהתאם לעומק ולקנה המידה.זהו מחסום מרכזי עבור חקלאים קטנים בעלי מניות. Solutions, כולל מודלים של בעלות שיתופית, סובסידיות ממשלתיות, ומימון של צד שלישי (חוזה שירות אנרגיה) במדינות מסוימות, חברות קידוח גיאותרמליות מציעות "חימום כשירות" הסכמים, שבו החוואי משלם רק עבור החום, לא ציוד.

הגבלות גיאוגרפיות

משאבים גאותרמיים בטמפרטורה גבוהה מרוכזים באזורים פעילים טקטיים (למשל, טבעת האש, מזרח אפריקה Rift) עם זאת, משאבים דלת-טמפרטורה המתאימים למשאבת חום זמינים כמעט בכל מקום.התקדמות בטכנולוגיה גיאופילית נמוכה ומשאבת חום משופרים מרחיבים את הטווח הנתר.

קידום סיכונים ותקנות

קידוח כרוך באי ודאות גיאולוגית ונושא סיכונים של עמידה בתנאים בלתי צפויים.מוצרי הביטוח מתעוררים כדי להפחית את הסיכון הזה.בנוסף, תקנות סביב שימוש במים וסילוק נוזלי גיאותרמאל חייבים לנווט בזהירות.

תחזוקה ומומחיות

יש מחסור בטכנאים גיאותרמאליים מאומן באזורים חקלאיים רבים.בניית יכולת מקומית באמצעות תוכניות הכשרה מקצועית ושירותי הרחבה היא חיונית.אוניברסיטאות ומכללות חקלאיות הן יותר ויותר כולל עיצוב חממה גיאותרמית בתוכניות הלימודים שלהם.

עתיד החקלאות הגוותרמית

טכנולוגיות מתפתחות כדי להפוך את החקלאות הגיאו-תרמית לנגישה ויעילה יותר.שיפור מערכות הגותרמיות (EGS) מפותחות כדי ליצור מאגרים מלאכותיים בסלע יבש חם, פוטנציאל להפוך את הגיאו-רמי קיימא במיקומים רבים יותר. משאבות חום הדור הבא עם דחיסות מהירות משתנה ובקרות חכמות יכולים בקלות אספקת חום המבוססת על צרכי יבול בזמן אמת.

תנופה מדיניות בונה גם את הסכם הסחר הירוק האירופי, חוק ניכוי האינפלציה בארה"ב, ואסטרטגיות שונות של אקלים לאומי כוללות תמריצים משמעותיים לפיתוח גיאותרמאל במגזר החקלאי.כפי שעולה עלויות האנרגיה ותמחור הפחמן הופך נפוץ יותר, המקרה הכלכלי של חממות גיאותרמי הופך חזק יותר בכל שנה.

אבטחת המזון אינה רק על ייצור מספיק קלוריות – אלא גם על ייצור מזון מזין באופן אמין, באופן עצמאי, אנרגיה גיאותרמית מציעה דרך להשיג את החזון הזה.על ידי השקעה בטכנולוגיה זו כיום, קהילות יכולות לבנות מערכת מזון יעילה יותר ושווה למחר.