Havbunnsspredning gir fornybar energi

Mens de norske småkongene herjet og terroriserte store deler av befolkningen, valgte nybyggerne på Island en helt annen styreform. I 930 innstiftet de parlamentarismen (Altinget), og på Tingvellir møttes de to uker én gang i året for å diskutere konflikter, avgjøre stridigheter og vedta nye lover på fredelig vis.

Men Tingvellir ble også et sosialt møtested hvor venner møttes, der de heldige kunne finne en partner, hvor det ble inngått giftemål, og hvor handlekraftige menn inngikk forretningsavtaler. På Tingvellir finner vi derfor hjertet av islandsk kultur og historie, og dette pittoreske stedet har stått sentralt i mange av landets viktigste historiske hendelser. Mest kjent er innføringen av kristendommen i år 1000, en begivenhet som fant sted helt uten krigshandlinger ved at saken ble diskutert og avgjort i Altinget.

Da hadde det bare gått drøye 50 år siden nordmannen Ingolfur Arnarsson valgte å slå seg ned i den bukta han kalte Reykjavik («røyken i vika»). Arnarsson startet med det den permanente bosetningen på Island. Kanskje ble han tiltrukket av vanndampen som steg opp fra de varme kildene inne på land, og han så helt sikkert verdien av denne energikilden som kom helt gratis til ham. Slik sett stilte han på lik linje med dagens islendinger. De har også lært seg å utnytte denne energikilden som strømmer til overflaten over det meste av vulkanøya.

Tingvellir var neppe tilfeldig valgt som møteplass. Her var nok vann, varme kilder, beite for hestene, og det var lett å samle store folkemengder under den steile fjellhammeren som ga god akustikk. Fremfor alt var det relativt enkelt å komme hit for store deler av befolkningen, på en tid hvor hesten var det eneste fremkomstmiddelet som dugde. For besøkende i dag er det lett å forestille seg at dette var en idyll, også fordi stedet til en viss grad ligger beskyttet mot de sørvestlige, fuktige vindene som nesten alltid herjer over denne øya midt ute i Atlanterhavet.

Tingvellir har lenge vært en av Islands fire nasjonalparker, og i 2004 fikk stedet også status som verdensarvsted.

En ny plategrense

Riften som skjærer gjennom Island er en forlengelse av Reykjanesryggen i Atlanterhavet som utgjør grensen mellom Den eurasiske og Den amerikanske platen. Nord for Island fortsetter plategrensen som Kolbeinseyryggen helt opp til Jan Mayen. Her møter den en lang transformforkastning (Jan Mayen Fracture Zone, se artikkel om Jan Mayen i GEO 03/2004, side 14-18). Plategrensen er omtrent 65 mill. år gammel, og oppstod da Den eurasiske platen begynte å sprekke opp på overgangen mellom kritt og tertiær (se Geokalender 2008, oktober måned).

Det er langs denne plategrensen at havbunnsspredningen foregår. Strekk-krefter drar platene fra hverandre, hvorpå magma fra mantelen strømmer opp og danner osean skorpe (beskrevet i GEO 01/2008, side 35).

Både sør og nord for Island, og også i resten av Atlanterhavet, ligger grensen mellom Den eurasiske platen og Den amerikanske platen på dypt vann. På Island finner vi – som det eneste sted i verden – riften på land, og platene fjerner seg fra hverandre med ca. to cm per år (én cm i hver retning). Plategrensen manifesterer seg som en rygg med vulkaner, forkastninger og sprekker. Ute i havet, nord og sør for Island, finner vi i tillegg hydrotermale kilder («black smokers»). Universitetet i Bergen har i løpet av de siste tiårene påvist et yrende dyreliv i tilknytning til disse varme kildene (GEO 08/2007, side 12-20).

Plategrensen gjennom Island er atskillig mer aktiv enn plategrenser flest. Her er det flere vulkanutbrudd og jordskjelv enn noen andre steder på Den midtatlantiske ryggen. Forklaringen er at det ligger en såkalt «hot spot» under Island. Hot spoten er en slags pute av varmere og lettere mantelmateriale. Det er også den som er årsak til at plategrensen ligger på land.

Senteret for magmaputen ligger under Vatnajökull, og vulkanologene tror at den opptrer som en 200-300 km bred kolonne med viskøst magma som sakte stiger opp fra 400-700 km nede i mantelen. Når materialet nærmer seg overflaten, vil deler av kolonnen smelte og gi vulkanisme på overflaten.

Tingvellir-grabenen, eller riftdalen, er 10-20 km bred og begrenses av normalforkastninger på begge sider. Forkastningene er overflateuttrykket av dype normalforkastninger gjennom skorpen, og de har blitt dannet fordi platene beveger seg bort fra hverandre. De åpne sprekkene som gjennomskjærer riftdalen er et resultat av de samme prosessene.

Siden istiden har riftdalen utvidet seg i snitt med ca. 7 mm per år. Til sammen blir dette hele 70 m. Riftingen er imidlertid ikke en kontinuerlig prosess, den skjer i rykk og napp, og siste gang de to platene beveget seg bort fra hverandre var i 1789. Bunnen av riftdalen sank den gangen ned med 1-3 m.

Kom sent i gang

I løpet av et knapt århundre har Island beveget seg fra den ytterste fattigdom til den aller største materielle rikdom. Det meste av forklaringen på dette fenomenet ligger i industrialiseringen av de enorme fiskeressursene ute i Atlanterhavet, men i stadig større grad er det Islands naturgitte forutsetninger for å produsere ren og fornybar energi som gjør at landet kan sikre velstandsutviklingen og dempe svingningene i et labilt fiskemarked. Landets unike geologiske posisjon, der havbunnspredning i Nord-Atlanteren deler landet i to, gir landet muligheten til å utnytte den geotermiske energien som er lagret like under overflaten. I tillegg er islendingene godt i gang med å utnytte potensialet for vannkraft som ligger i de mange elvene som renner fra isbreene ut mot havet.

Nordmannen Ingólfur Arnarsson kom altså til Island i 874, og vi må anta at denne modige vikingen ble den aller første som utnyttet landets naturlige energikilder til bading og vasking, og gjennom hele den senere historien har de varme kildene vært, og er fortsatt, viktig i husholdningen for islendingene.

Men den systematiske bruken av den geotermiske energien lot vente lenge på seg. Først tidlig på 1900-tallet ble varmt vann benyttet til oppvarming av drivhus, og omtrent samtidig ble de varme kildene utnyttet til svømmebasseng og oppvarming av hus. Storstilt bruk av geotermisk energi kom i gang i 1930 da kilden Laugardalur ble lagt i rør for å varme opp husene i Reykjavik. Den kilden som Ingólfur Arnarsson sikkert hadde mye glede av er derfor ikke lenger å finne.

Etter oljekrisen på 1970-tallet ble det enda viktigere å ta i bruk landets egne ressurser. Det ble vedtatt å sette i gang en storstilt utbygging, og i dag varmes nesten 90 % av husstandene på Island opp av varmt vann fra en rekke kilder fra såkalte lavtemperaturområder. Det betyr at temperaturen på kildevannet i all hovedsak er lavere enn kokepunktet, og at kildene i all hovedsak ligger utenfor riftsonen. Bare på enkelte isolerte steder, hvor det ikke er tilgang på varme kilder, er det nødvendig å benytte elektrisitet eller petroleum til oppvarming.

Midt i vulkansonen

Den første boringen etter geotermisk energi på Island fant sted i Mývatn-området nord på Island i 1974, og året etter begynte arbeidet med å bore produksjonsbrønner, bygge en kraftstasjon og legge en kraftledning til Akureyri. Men det skulle raskt vise seg at prosjektet var mer komplisert enn opprinnelig tenkt. Å benytte de geologiske ressursene i en aktiv riftsone kan gi store overraskelser.

Den 20. desember 1975 revnet jorden, og lava fløt i strie strømmer ut på overflaten. Et nytt vulkanutbrudd hadde rammet øya, og frem til september 1984 kom det ytterligere åtte utbrudd i området som senere er blitt kjent under begrepet «Kraflabrannene».

Kraftproduksjonen fra Krafla begynte likevel i 1978, men operatøren fikk mange vanskeligheter pga. jordskjelv og magmadamp som invaderte borehullene og korroderte foringsrørene. Per i dag er imidlertid situasjonen den at verket produserer jevnt og trutt og har planer om utvidelser.

Vulkanutbruddene for noen år siden vitner om at den glødene magmaen ligger like under Krafla. Temperaturen kan nå opp i 4-500 °C på 4-5 km dyp, og nå er det planer om å utnytte også dette potensialet. Når temperaturen kommer opp i 400 °C får vannet helt spesielle egenskaper, og energiinnholdet vil være mye større, som vi skal se nedenfor.

Geotermisk energi på Island

Geotermisk energi på Island hentes fra to forskjellige geologiske områder, lavtemperaturkilder i områdene med tertiære basalter og høytemperaturkilder innenfor riftsonen.

Lavtemperaturkildene finnes over hele Island, og til sammen er det funnet mer enn 250 kilder. Lavtemperaturkildene er definert ved at temperaturen på grunnvannet er under 100-150 °C på 1000 meters dyp. Temperaturen er høyest nærmest riften og avtar med avstanden. Vannet karakteriseres av at det er lite oppløste salter, og derfor kan det benyttes direkte til oppvarming. Av samme grunn vil heller ikke vegetasjonen påvirkes nevneverdig der kildevannet renner ut på overflaten.

For å kalles en høytemperaturkilde må grunnvannet ha en temperatur på mer enn 150-200 °C på 1000 meters dyp. På overflaten karakteriseres kildene av fumaroler, kokende vann, slamdammer og geysirer. Høytemperaturkildene ligger kun innenfor eller nært opp til riftsonen hvor det er aktiv vulkanisme. Antallet er anslått til mellom 20 og 30, og de fleste ligger i sørvest på Reykjaneshalvøya, i sør ved Vatnajökull og i nord rundt Mývatn.

Innenfor områder med høytemperaturkilder varmes grunnvannet opp av de vulkanske bergartene som det strømmer gjennom. Bergartene er varmet opp av magma som ligger nært overflaten, bare på noen få kilometers dyp. De høye temperaturene gjør at det løses mange forskjellige mineraler og gasser i vannet, og derfor kan det ikke benyttes direkte til oppvarming. I stedet benyttes energien til å varme opp ferskvann for varmtvannsdistribusjon og for å lage elektrisitet.

Det forskes nå på om det også finne en tredje mulighet for å utnytte den vulkanske energien under Island. For noen år siden ble det igangsatt et prosjekt for å utnytte de ekstremt høye temperaturene på steder hvor glohett magma ligger grunnere enn noen andre steder. Eller sagt på en annen måte: finne et grunnvannsreservoar tett over den evige varmekilden (Iceland Deep Drilling Project (IDDP); www.iddp.is).

Derfor er det i regi av IDDP satt i gang boring av et hull ned til 4-5 km. Formålet er å teste muligheten for å ta ut geotermisk energi fra dyp hvor temperaturen på vannet er høyere enn 400 °C. Det store spørsmålet er om det kan produseres fluider fra reservoarer hvor temperatur- og trykkforholdene tilsier at vannet er «superkritisk» (GEO 07/2006, side 26-29; GEO 01/2008, side 36-40).

Fordelen med å ta ut energi fra superkritisk vann er at fluidene har mer energi enn damp har fra konvensjonelle brønner. Det kan faktisk være snakk om så mye som ti ganger mer energi enn vanndamp fra høytemperaturkilder.

I 2004 startet boringen på Reykjanes, og i februar 2005 nådde boret ned til 3100 m. Dessverre kollapset hullet allerede i november samme år, og det ble besluttet å forlate hullet. I stedet vil det nå bli boret inn i «den sovende vulkanen» Krafla nord på Island, og like ved det geotermisk kraftverket som allerede er etablert i området. Planen er å påbegynne boringen senere i år. Lykkes islendingene med prosjektet, kan det bety en tidobling av energiuttaket fra Krafla-området.

Stort potensial

Geotermisk energi er utviklet til en viktig energikilde på Island i løpet av mindre enn 30 år. Også Filippinene, Indonesia, Mexico, Italia og New Zealand benytter geotermisk i stor stil til elektrisitetsproduksjonen. Det samme gjelder California, og de færreste er vel klar over at San Francisco langt på vei baserer sin elektrisitetsforsyning på geotermiske kraftverk.

Verdens energiforbruk domineres som kjent foreløpig av kull, olje og gass (i nevnte rekkefølge). Vannkraft er viktig i Norge, men denne rene og fornybare energikilden er ikke stor på verdensbasis.

I verdenssammenheng betyr geotermisk energi også lite. Men denne kilden kan bli mye større. I alle fall er det nærmest ingen grenser for hvor mye energi som strømmer opp fra Jordens indre. Vanskeligheten består i å få tak i den. Amerikanerne har gjort beregninger som viser at magmarike geotermiske systemer ned til et dyp på 10 km har 200 ganger mer energi enn deres egne kjente oljereserver, og i hht. andre kilder har geotermisk energi et større potensial for energiproduksjon enn hydroelektrisk kraft, biomasse, solenergi og vindkraft til sammen.

Ut av ren skjær nød har islendingene langt på vei temmet en liten del av de geotermiske ressursene. Hvor mye energi de kan få ut, vet vi ikke. Potensialet er imidlertid kolossalt, spesielt hvis de klarer å utnytte det superkritiske vannet i riftsonen.

Geotermisk energi

Begrepet geotermisk energi omfatter varmt vann og vanndamp ved å utnytte Jordens egen varme. Temperaturen stiger nedover i jordskorpen, og jo høyere den geotermiske gradienten er, jo høyere er temperaturen på et gitt dyp. I Norge stiger temperaturen i snitt med ca. 25 °C/km. På Island kan gradienten derimot være langt over 50 °C/km inne i riftsonen.

Der hvor den geotermiske gradienten er lav, benyttes energien til oppvarming. Varmt vann pumpes fra undergrunnen og inn i rørledninger frem til bolighus, kontorbygninger, fabrikker, veksthus og for eksempel svømmebasseng. Dette kjenner vi igjen fra hjemlige forhold hvor vi har tatt i bruk fjernvarme.

Der hvor den geotermiske gradienten er høy, vil det varme vannet gå over til vanndamp når trykket frigjøres. Fenomenet kjenner vi fra geysirer på for eksempel Island, New Zealand og Yellowstone National Park i USA (Old Faithful). Hvis vi i stedet kontrollerer denne energien ved å bore ned til det varme vannet, kan vanndampen benyttes til å drive turbiner på samme måte som vi her hjemme benytter vannkraft til å fremstille elektrisk kraft. Elektrisitet ble første gagn produsert på denne måten i 1904 i Toscana i Italia.

Med dagens sterke fokus på miljøet er det viktig å huske på at geotermisk energi er både ren og fornybar. Potensialet er også nesten ubegrenset på steder med høy geotermisk gradient.