Poluarea termică subterană ar putea fi exploatată pentru a atenua schimbările climatice

Secretul încălzirii eficiente a unor clădiri s-ar putea ascunde sub picioarele noastre, în căldura pe care oamenii au stocat-o din greșeală în subteran.

La fel cum orașele încălzesc aerul din jur, dând naștere la insulele de căldură urbană, tot așa și infrastructura umană încălzește pământul de sub pământ (SN: 3/27/09). Acum, o analiză a puțurilor de apă freatică din Europa și din unele părți ale Americii de Nord și Australiei arată că aproximativ câteva mii de astfel de locații posedă un exces de căldură subterană care ar putea fi reciclat pentru a încălzi clădirile timp de un an, au raportat cercetătorii la 8 iulie în Nature Communications.

Mai mult, chiar dacă oamenii ar reuși să elimine toată această poluare termică acumulată, infrastructura existentă în aproximativ un sfert din locații ar continua să încălzească solul suficient de mult încât căldura să poată fi recoltată pentru mulți ani de acum înainte. Acest lucru ar putea reduce dependența de combustibilii fosili și ar putea contribui la atenuarea schimbărilor climatice.

Această lucrare prezintă impactul pe care reciclarea căldurii subterane l-ar putea avea dacă ar fi exploatată pe scară largă, spune hidrogeologul Grant Ferguson de la Universitatea din Saskatchewan din Saskatoon, Canada, care nu a fost implicat în studiu. „Există o mulțime de potențial neexploatat acolo”.

Căldura se scurge în subsol de la rădăcinile calde ale structurilor, cum ar fi clădirile, parcările și tunelurile, și de la suprafețele artificiale, cum ar fi asfaltul, care absorb radiația solară. În Lyon, Franța, de exemplu, cercetătorii au descoperit în 2016 că infrastructura umană a încălzit apele subterane cu peste 4 grade Celsius.

Oamenii de știință nu înțeleg pe deplin modul în care poluarea termică alterează mediile subterane. Dar încălzirea subsolului poate determina contaminanții, cum ar fi arsenicul, să se deplaseze mai ușor prin apele subterane.

Extragerea poluării termice ar putea fi realizată prin canalizarea apelor subterane către pompele de căldură de la suprafață. Apa, încălzită în subteran de toată căldura captată, ar putea apoi să încălzească clădirile pe măsură ce eliberează căldură în interiorul lor mai rece, spune Susanne Benz, cercetător în domeniul mediului la Universitatea Dalhousie din Halifax, Canada.

Exploatarea căldurii subterane în acest mod ar putea oferi unor comunități un mijloc fiabil și cu consum redus de energie pentru a-și încălzi locuințele, spune Benz. „Și dacă nu o folosim, va continua să se acumuleze”, spune ea.

Benz și colegii săi au analizat dimensiunea populației, cererea de încălzire și temperatura apelor subterane în peste 6.000 de localități, majoritatea din Europa. Cercetătorii au descoperit că în aproximativ 43% dintre locații – în principal cele din apropierea zonelor foarte populate – s-a acumulat suficientă căldură în cei 20 de metri superiori ai pământului pentru a satisface cererea locală de încălzire pe durata unui an.

Curioși în privința sustenabilității, cercetătorii au identificat, de asemenea, locurile în care fluxul continuu de căldură în subteran – și nu doar poluarea termică acumulată – era ridicat. Calculele lor arată că, dacă toată căldura acumulată a fost mai întâi extrasă, căldura care continuă să se scurgă din infrastructura existentă ar putea fi recoltată în aproximativ 25 la sută din cele 6.000 de locații. În 18 % din locații, această căldură reciclată ar putea satisface cel puțin un sfert din cererea de încălzire a populației locale.

Construirea unor sisteme care să profite de poluarea termică umană astăzi ar putea într-o zi să ajute locuitorii să recolteze căldura din cauza schimbărilor climatice, spun cercetătorii.

Folosind proiecții climatice pentru sfârșitul secolului, echipa a sondat fezabilitatea extragerii căldurii subterane într-o lume mai caldă. În cel mai optimist scenariu de încălzire luat în considerare, care presupune că emisiile de gaze cu efect de seră ating un vârf în jurul anului 2040, cercetătorii au constatat că schimbările climatice ar încălzi suficient de mult solul până la sfârșitul secolului pentru ca reciclarea căldurii subterane în 81% din locațiile studiate să poată satisface mai mult de un sfert din cererile de încălzire ale localnicilor. În cazul în care nu se depun eforturi pentru a reduce emisiile, acest număr crește la 99 % din localități.

Deși cercetătorii s-au concentrat mai ales pe Europa, Benz spune că și alte continente probabil că posedă căldură subterană abundentă care ar putea fi valorificată. În Europa și în alte părți, reciclarea căldurii ar putea fi cel mai fezabilă în zonele suburbane, spune ea, unde există suficientă căldură subterană acumulată pentru a ajuta la satisfacerea cererii locale de încălzire și spațiu pentru a instala sisteme de reciclare a căldurii.

Privind în viitor, Benz intenționează să investigheze dacă răcirea subsolului poate ajuta la reducerea temperaturilor de la suprafață în mediile urbane. „Acest lucru ar putea fi de fapt un mic instrument suplimentar pentru a controla [aboveground] căldura urbană”.