俄亥俄州有數(shù)千座廢棄煤礦，這些煤礦將酸性污染物排放到附近的水道中，已成為公共安全和環(huán)境的危害。

俄亥俄大學的地質(zhì)學家迪娜·洛佩茲說:“我們在俄亥俄州有一個可怕的遺產(chǎn)，礦井的酸性廢水破壞了溪流的生命。”她研究這個問題已超過十年。

洛佩茲長期研究美國和薩爾瓦多的地熱能相關問題。她開始探索透水煤礦的可能性。這些礦山一般不會出現(xiàn)酸性排水問題，因為氧氣不會與硫化物發(fā)生反應。俄亥俄州有很多這樣的地方。

地熱系統(tǒng)利用地下穩(wěn)定的溫度，通常通過一個閉環(huán)管道循環(huán)流體，在地下與地面建筑物之間循環(huán)運行。在冬天，流體經(jīng)過地下時被加熱。在夏天，情況正好相反。

地質(zhì)學家馬代拉-馬托雷爾在讀研究生時，在估算一座透水煤礦的地源熱泵能量潛力時，曾與洛佩茲等人合作。10月，她在美國地質(zhì)學會2020年會議上介紹了這項研究。

這個俄亥俄州雅典市和平原之間的研究礦井，位于地表以下約99米處。這是該州131個古老的、大部分被水淹沒的廢礦之一，洛佩茲的前研究生約書亞·理查森曾將其定為地熱能生產(chǎn)的候選煤礦。其他具備潛力的礦址總數(shù)達到147個，遍布在俄亥俄州的21個縣內(nèi)。

馬代拉-馬托雷爾說：“有那么多被遺棄的，完全沒用的廢礦。他們只是在占用空間。”雖然俄亥俄州有更多的煤礦，但地熱能利用的可行性需要考慮地理位置上接近潛在用戶。由于存在塌陷的可能，各種設施不可能建在礦井上方。另一方面，“五英里以外的礦井基本是沒用的。”馬德拉-馬托雷爾說。隨著與礦井距離的增加，管道系統(tǒng)的成本也會增加，同時也會導致熱量或冷氣的損耗。

研究的礦井距離雅典市的一所高中和俄亥俄大學校園的幾棟建筑都很近。在她的研究中，她對她所研究的礦井附近現(xiàn)有的地下水測量了溫度和流量。這些數(shù)據(jù)使她能夠模擬出地下礦井的水流。

馬德拉-馬托雷爾總結說，這個礦井“絕對”是一個有價值的能源來源。她說，熱交換系統(tǒng)不足以滿足整個俄亥俄大學，但它可以完全取代其中幾座建筑的供暖和制冷。“進一步的研究將可以得出結論，看看高中是否也能受益，因為它是一個較小的建筑，而且距離礦井也非常接近。”

到目前為止，這項工作主要是學術性的，目前還不清楚俄亥俄大學或高中是否會推進這一項目。大學已經(jīng)承諾但要到2075年才能實現(xiàn)碳中和。其他學校和大學的研究人員也一直在研究減少碳足跡的途徑或如何實現(xiàn)碳中和。

“該州有巨大的地熱潛力。”俄亥俄州自然資源部的地質(zhì)學家弗蘭克·福吉特說。地熱能的足跡與大型的燃煤電廠、燃氣電廠、核電站、油井甚至太陽能或風力發(fā)電廠相比是非常小的。福吉特說，目前俄亥俄州的地熱能主要作為住宅和中型設施的供暖與制冷，如醫(yī)院、大學宿舍和倉庫等。

福吉特說，洛佩茲、馬德拉-馬托雷爾和理查森的工作提供了對透水礦井的地質(zhì)和能源潛力提供了重要見解。然而，還有許多工作要做，尤其是在了解巖土工程方面的挑戰(zhàn)。這包括建立選址標準、水化學分析和考慮對周圍地層的可能影響，包括化學、熱效應和沉降可能。

盡管如此，福吉特說，“利用透水廢棄地下礦井具有很大的潛力。這些礦井規(guī)模大，有效換熱容積很大。同樣重要的是，許多老煤礦“在煤炭生產(chǎn)高峰時期都曾緊鄰經(jīng)濟中心的社區(qū)。”

(編譯/中國地熱產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 鄭帆)