Det siste året har vist hvor utsatte vi er for ustabil energiforsyning. Mindre tilgang på olje og gass har sendt prisen til værs og gjør at mange europeere nå må spare inn på oppvarming, matlaging og annen energibruk.

Noen mener at dette burde få oss til å utvinne mer olje og gass. Men på litt lengre sikt må erstatningen være fornybar. Dette påpeker blant andre FNs generalsekretær António Guterres, som sier at «Å investere i ny infrastruktur for fossilt brennstoff er moralsk og økonomisk galskap».

Fornybare energikilder er ustabile

Utviklingen innen fornybare kilder som vind- og solenergi er heldigvis svært lovende. Men et sentralt problem vil alltid hefte ved disse energikildene: de varierer med værforhold og kan derfor ikke dekke energitilbudet til enhver tid. Vi kan imidlertid løse problemet ved å kombinere variable kilder med mer stabile energikilder.

Et kronksempel på en stabil energiressurs er jordvarme, som utvinnes ved å pumpe opp væske fra berggrunnen og utnytte varmeenergien som følger med. Varmen kan brukes til direkte oppvarming av bygningsmasse eller, hvis vannet er varmt nok, konverteres til elektrisk energi.

Tre kriterier for suksess

Oppskriften på en vellykket utvinning har tre hovedingredienser:

• Den første er tilgang på nok varmeenergi. Områder der temperaturen stiger fort ettersom vi beveger oss nedover i berggrunnen er altså særlig gunstige for utvinning av jordvarme. Men også i mindre gunstige områder vil man kunne oppnå høye temperaturer ved å borre dype nok brønner.
• Den andre ingrediensen er en væske som kan transportere varmen. Om området man vil utvinne fra ikke inneholder nok væske, kan man fylle på gjennom egne brønner. Dette kan ha en viktig tilleggsfordel, som jeg kommer tilbake til.
• Den tredje og siste ingrediensen er at berggrunnen er slik at væsken kan strømme gjennom den. Noen steder flyter væske lett gjennom steinens nettverk av porer og sprekker. Men veldig mange steder er steinen for tett. De sprekkene som finnes, er typisk lukkede fordi vekten av grunnfjellet rundt presser dem sammen. Dette gir store begrensninger på hvilke områder vi kan utvinne fra. En løsning på dette problemet er å åpne sprekkene, men hvordan få det til gitt den sterke sammenpressingen?

Åpner sprekker gjennom forskyvning

Åpningen oppnås, kanskje litt overraskende, ved å fremkalle forskyvninger sideveis mellom de to sprekkeveggene. Det vil si at den ene siden av sprekken beveger seg litt langs den andre siden. Fordi veggene er ujevne, vil de ikke passe like godt sammen som før forskyvningen. Det vil føre til at åpningen blir litt større økte åpningen fører til mye større væskeflyt gjennom sprekken.

La oss se litt nærmere på hvordan vi får til slik forskyvning. I tillegg til kreftene som presser sprekkene sammen, vil det ofte være sterke krefter i berggrunnen som kan hjelpe oss med å få sideforskyvning. Men sideveiskreftene motvirkes av friksjon mellom sprekkeveggene. Friksjon er det som hindrer to flater i å bevege seg fritt mot hverandre. Friksjonen henger sammen med sammenpressingskreftene: Jo større sammenpressing, jo mer friksjon.

Øker væsketrykket for å minske kontakt og friksjon

For å gi deg et bilde på hva som skjer kan du forestille deg at du prøver å trekke en kasse bortover gulvet. Da vil tyngdekraften dra kassen nedover, og det oppstår friksjon mellom kassen og gulvet. Er kassen for tung, vil du ikke få til å trekke den, altså ingen forskyvning.

Hvis friksjonskreftene mellom de to sidene av sprekken er for store har vi altså et problem. For å forstå hvordan vi løser problemet må vi se på en viktig detalj i kreftene som virker på sprekkeveggene. Det er nemlig sånn at i tillegg til kontaktkreftene som virker mellom de to veggene, har vi jo også væsketrykket som presser mot begge sider. Hvis vi øker væsketrykket, blir kontaktkraften mindre. Og det er nettopp det vi ønsker: Blir kontaktkraften mindre, da minker også friksjonskraften.

Vi må altså øke trykket i sprekkene ved å trykke inn mer væske i dem. Friksjonen reduseres da gradvis i takt med at væsketrykket øker. Og så kommer den siste dråpen som gjør at forskyvningskreftene overgår friksjonen: Sprekkeveggene slipper til slutt taket i hverandre, og vi har fått både sideveis forskyvning og større åpning. Dermed kan væsken strømme gjennom sprekken.

Når sprekkene først har forskjøvet seg, vil de normalt ikke endres tilbake. Det betyr at den økte gjennomstrømningen er varig. Så om vi får åpnet nok sprekker, får vi en stabil tilgang på jordvarmeenergi. Den kan brukes sammen med sol og vind, også i områder der det ellers ikke er tilstrekkelig mulighet for væskeflyt i bakken.

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap