Het gebruik van vuile kolen als warmtebron maakt het leven in de Mongoolse winter zwaar. ETH-geofysici helpen aardwarmte te ontwikkelen als een schoon alternatief.

Veel Europeanen hebben een idyllisch beeld van Mongolië als een land van uitgestrekte, lege ruimtes en ongerepte natuur. Maar de waarheid is ingewikkelder, vooral in de winter. Dat is de tijd van het jaar waarin het leven allesbehalve idyllisch is voor de mensen die hier wonen. Hun nederzettingen zijn gehuld in dikke, roetachtige rook die het ademen bemoeilijkt. De inwoners worden geconfronteerd met vervuilingsniveaus die tot 80 keer hoger zijn dan de richtwaarden die zijn gespecificeerd door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) - een onaanvaardbare situatie aangezien de vuile lucht ernstige gezondheidsproblemen veroorzaakt bij de lokale bewoners.

Ondergronds potentieel

Een uitweg uit dit dilemma zou zijn om te stoppen met het verwarmen van huizen met verouderde kolenkachels die ongefilterde rook afgeven, in plaats daarvan overschakelen op hernieuwbare, schone energiebronnen. Mongolië biedt veel van de juiste voorwaarden om dit te bereiken, grotendeels te danken aan het hete magma dat onder het landoppervlak verborgen is. Talloze warmwaterbronnen - sommige met temperaturen tot 87 graden Celsius - duiden op de aanwezigheid van deze natuurlijke hulpbron. Mongolië maakt al voor verschillende doeleinden gebruik van aardwarmte, inclusief het verwarmen van kassen. Echter, voor een grootschaliger gebruik van deze energiebron zou veel meer water nodig zijn dan er momenteel aan de oppervlakte komt. Het probleem is dat het warme water alleen langs bepaalde ondergrondse lagen stroomt - en zonder te weten waar ze zijn, elke poging om in deze waardevolle geothermische reservoirs te boren, is uiteindelijk een gok.

Dit is een ervaring die veel lokale mensen in Tsetserleg kennen, de hoofdstad van de provincie Arkhangai in centraal Mongolië. Het water dat bij eerdere boorprojecten naar boven is gebracht, is nauwelijks heter geweest dan 40 graden Celsius. Dat is misschien acceptabel voor een warm bad, maar het is niet genoeg om een ​​hele stad te verwarmen, laat staan ​​elektriciteit opwekken. Lokale autoriteiten waren daarom sceptisch toen ETH-onderzoekers suggereerden dat ze een nieuwe poging moesten doen om de geothermische energiebronnen van de regio op grote schaal te exploiteren.

Maar Martin Saar, Hoogleraar Geothermische Energie en Geofluids bij de afdeling Aardwetenschappen, en Friedemann Samrock, Senior Assistent in de groep van Saar, zijn ervan overtuigd dat de stad kan worden verwarmd met geothermische energie. "De omstandigheden in Tsetserleg zijn ideaal, met warm water ondergronds, plus een bestaand stadsverwarmingssysteem om de warmte te verdelen, ", zegt Saar. Het systeem wordt momenteel aangedreven door energie uit kolengestookte, maar het zou relatief eenvoudig zijn om het te bedienen met heet water van onder het aardoppervlak.

Velden en fluctuaties

Saar en Samrock hebben goede redenen om er zeker van te zijn dat ze de juiste plekken kunnen vinden om toegang te krijgen tot deze reservoirs met heet grondwater. Hun plan is om gebruik te maken van magnetotellurica, een geofysische meetmethode die kan worden gebruikt om precies af te leiden waar ondergrondse watervoerende lagen zich bevinden. Deze methode is gebaseerd op het feit dat tijdelijke variaties in het aardmagnetisch veld wervelstromen induceren in elektrisch geleidende structuren onder het aardoppervlak. Fluctuaties in het magnetisch veld van de aarde kunnen worden veroorzaakt door verschijnselen zoals zonnewind en wereldwijde bliksemactiviteit. Het natuurlijk voorkomende elektrische veld dat door deze fluctuaties wordt opgewekt, produceert een secundair magnetisch veld dat - met de juiste meetapparatuur - aan het aardoppervlak kan worden gemeten en geanalyseerd. "De gemeten gegevens onthullen de variaties in elektrische geleidbaarheid van ondergrondse materialen. En aangezien de geleidbaarheid van watervoerende lagen anders is dan die van het droge gesteente eromheen, deze analyse vertelt ons waar we warm water kunnen vinden, ' zegt Samrock.

Een van de voordelen van Mongolië is dat er minder elektrische ruis is door menselijke activiteit dan in dichtbevolkte landen zoals Zwitserland. Dit heeft bijgedragen tot een snelle afronding van de eerste meetcampagne afgelopen zomer. De onderzoekers konden met hun meetapparatuur op in totaal 184 verschillende locaties ondergrondse constructies detecteren. "We zijn nu bezig met het analyseren van de gegevens, ", zegt Samrock. "Volgende zomer zijn we van plan een tweede meetcampagne te voeren om de locaties die volgens ons bijzonder veelbelovend zijn, nader te onderzoeken."

De ETH-geofysici hebben nog een troef te spelen als het gaat om het analyseren van de gegevens, namelijk hun samenwerking met de Earth and Planetary Magnetism-groep, die een aantal jaren onderzoek heeft gedaan in Mongolië. De groep heeft geavanceerde numerieke methoden ontwikkeld voor het analyseren van ondergrondse constructies. "Het rekenprogramma van onze collega's heeft twee belangrijke sterke punten. Het houdt rekening met de topografie van het aardoppervlak - in tegenstelling tot andere programma's die er gewoon van uitgaan dat het plat is - en het modelleert correct de variaties in resolutie die worden veroorzaakt door de ongelijke verdeling van de meetstations , ' zegt Samrock.

Onderzoek voor ontwikkeling

Toch gaat dit project niet alleen over geofysisch onderzoek, maar ook over kennisoverdracht. Dat komt omdat het deel uitmaakt van het Zwitserse programma voor onderzoek naar mondiale problemen voor ontwikkeling, wat betekent dat het gezamenlijke financiering ontvangt van de Zwitserse National Science Foundation en het Zwitserse Agentschap voor Ontwikkeling en Samenwerking SDC. Het omvat ook de deelname van de Mongoolse Academie van Wetenschappen. "Een van onze teamleden is een ETH-doctoraatsstudent in mijn groep, oorspronkelijk uit Mongolië, die daar zal blijven werken als hij is afgestudeerd als expert op dit gebied, ", zegt Saar. "We zullen onze apparatuur ook in Mongolië achterlaten zodra we onze meetcampagnes hebben voltooid, zodat lokale geofysici kunnen blijven zoeken naar heet grondwater in andere gebieden, ook." Dit zou de opmaat kunnen zijn voor enorme verbeteringen in de winterluchtkwaliteit in Mongolië en, tegelijkertijd, helpen om de CO . van het land te verminderen ₂ uitstoot.