Ontsluit het mondiale potentieel van geothermische energie: next-generation technologieën openen nieuwe wegen voor grootschalige uitrol.

Duurzaam aardwarmtepotentieel wereldwijd ontsluiten: volgende generatie technologieën bieden nieuwe route naar grootschalige uitrol

Aardwarmte staat op een historisch keerpunt. De schone energiebron die ooit beperkt was tot specifieke geologische hulpbronnen, laat nu, dankzij de vooruitgang in boortechnieken uit de Amerikaanse schalie-revolutie, een enorme wereldwijde potentie zien. Volgens recent onderzoek van de Carnegie Endowment for International Peace is het mondiale hulpbronnenpotentieel van de volgende generatie geothermische technologieën alleen overtroffen door zonne-energie, waarmee het de tweede pijler van hernieuwbare energie vormt. Dit artikel analyseert, op basis van dat onderzoek, de technologische doorbraken, marktvooruitzichten en beleidsroutes.

Sectorachtergrond: van de periferie naar het centrum

Geothermie maakt al meer dan honderd jaar gebruik van de warmte in het binnenste van de aarde om elektriciteit op te wekken. In 1904 werd in Italië voor het eerst stoom uit de grond gebruikt voor elektriciteitsopwekking; daarna volgden de Verenigde Staten, Nieuw-Zeeland, Japan en andere landen. De energiecrisis van de jaren zeventig stimuleerde IJsland om geothermie op grote schaal te ontwikkelen als afdekking van brandstofschokken. Eind 2022 bedroeg het wereldwijd geïnstalleerde geothermische vermogen ongeveer 16 gigawatt, verspreid over ten minste dertig landen op zes continenten, maar het aandeel in de wereldwijde elektriciteitsmix was slechts ongeveer 0,34%.

Lange tijd was de ontwikkeling van geothermie sterk afhankelijk van hydrothermale bronnen – natuurlijke reservoirs die tegelijkertijd warmte, vloeistof en permeabiliteit bezitten. Deze schaarste zorgde ervoor dat geothermische projecten zich vooral concentreerden in plaatgrensgebieden, zoals de Pacifische Ring van Vuur en de Oost-Afrikaanse Rift. Tegelijkertijd daalden sinds de jaren negentig de kosten van aardgas, wind- en zonne-energie snel, waardoor de economische aantrekkelijkheid van geothermie in het niet viel; de groei van het geïnstalleerde vermogen bleef traag en de apparatuurproductie kon moeilijk schaalvoordelen bereiken.

Huidige ontwikkelingen: de volgende generatie geothermische technologie breekt door

Het keerpunt komt door de transversale toepassing van boortechnieken uit de olie- en gassector. De volwassenheid van hydraulisch fracken en horizontaal boren stelt de mens in staat om kunstmatige warmtereservoirs te creëren in heet droog gesteente (hot dry rock); dit staat bekend als Enhanced Geothermal Systems (EGS). Daarnaast circuleren closed-loopsystemen (AGS) een warmteoverdrachtsmedium via een afgesloten boorput, zonder externe vloeistof, waardoor de toepassingsgrenzen van geothermie verder worden verlegd.

Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft in de jaren 2010 opnieuw meer steun gegeven aan dit domein, met onderzoeksfinanciering en openbare gronden als testterrein. Momenteel bevinden EGS en closed-loopsystemen zich in de eerste fase van commerciële demonstratie; naar verwachting worden de eerste installaties rond 2026 in gebruik genomen. Superkritische geothermie (superhot rock) richt zich op diepe warmtebronnen van meer dan 375 °C; de elektriciteitsopbrengst per put kan meer dan tien keer zo hoog zijn als bij conventionele geothermie, maar deze technologie bevindt zich nog in een vroege onderzoeksfase.

Het onderzoek van de Carnegie Endowment for International Peace maakt gebruik van de GeoMap™-gegevens van Project InnerSpace en evalueert systematisch de hulpbronnen, industriële basis, het beleid en de marktomstandigheden van dertig landen wereldwijd. Het onderzoek toont aan dat naast traditionele geothermische landen als Duitsland, Indonesië, Kenia, Mexico en Turkije, ook Australië, Roemenië, Colombia en Vietnam kans maken om de tweede golf van technologiegebruikers te worden; terwijl Maleisië, Saoedi-Arabië, Tanzania en Argentinië potentieel hebben voor ontwikkeling op de lange termijn.Kosten: de genivelleerde elektriciteitskosten (LCOE) van EGS bedragen momenteel ongeveer 100 tot 240 dollar per megawattuur, vergelijkbaar met nieuwbouw van kernenergie. Volgens analyses kunnen deze tegen 2030 dalen tot 80 dollar en tegen 2035 verder tot 50 dollar; tegen die tijd zullen ze gelijk zijn aan thermische elektriciteitsopwekking en tussen onshore en offshore wind in liggen. De leercurve van vroege EGS-projecten bedraagt al 35% – meer dan die van lithium-ionbatterijen (ongeveer 30%) en fotovoltaïsche zonne-energie (ongeveer 24%) – wat wijst op aanzienlijke ruimte voor kostenreductie.

Voor gesloten-lussystemen varieert de huidige kostprijs sterk: van 105 dollar per megawattuur in regio’s met een hoge temperatuurgradiënt tot 321 dollar in regio’s met minder gunstige hulpbronnen. Maar bij gespecialiseerde productie zou deze kunnen dalen tot 64 à 160 dollar. Opmerkelijk is dat gesloten-lussystemen een uniek voordeel bieden in stadsverwarming: een rendement tot 90%, zonder stoomturbine, waardoor projectkosten met 30% tot 50% kunnen worden verlaagd. Dit biedt een alternatief voor markten zoals Europa, die terughoudend zijn ten aanzien van fracking.

Impact op het energiesysteem: onmisbare flexibiliteit

De kernwaarde van geothermie ligt in het 'flexibele en betrouwbare' karakter. In tegenstelling tot wind- en zonne-energie, die onderhevig zijn aan weersschommelingen, kunnen EGS- en gesloten-lussystemen 24/7 inzetbare output leveren en het elektriciteitsnet voorzien van een stabiele basislast en piekregulatie. Dit is vooral cruciaal in systemen met een hoog aandeel hernieuwbare energie, omdat het de afhankelijkheid van energieopslag en aardgas voor piekregulatie effectief vermindert.

Voor de energiezekerheid is de geografische spreiding van geothermische bronnen veel groter dan die van olie en gas; bijna elk land beschikt over benutbare diepe warmte. Dit draagt bij aan het verminderen van de afhankelijkheid van energie-invoer en vergroot de energieautonomie. Tegelijkertijd kunnen geothermische projecten de transitie van de olie- en gasservice-industrie stimuleren en duurzame nieuwe bedrijfsrichtingen bieden voor bestaande toeleveringsketens op het gebied van boren en fracking.

Vanuit het perspectief van de industriële keten zal de schaalvergroting van geothermie nieuwe sectoren voortbrengen, zoals apparatuurfabricage, boorputservice en geologische exploratie, en de opleiding van technisch personeel bevorderen. Wat koolstofreductie betreft zijn de emissies van geothermie over de gehele levenscyclus zeer laag en het ruimtebeslag is veel kleiner dan dat van wind- en zonneparken. Dit helpt om landbronnen te beschermen en tegelijkertijd decarbonisatiedoelen te realiseren.

Uitdagingen: meervoudige beproevingen van technologie tot instituties

Ondanks het veelbelovende vooruitzicht wordt de wereldwijde uitrol van de volgende generatie geothermie nog steeds geconfronteerd met talrijke belemmeringen.

Beperkingen door hulpbronnen en geografische ligging: Hoewel heet droog gesteente veel overvloediger is dan hydrothermische systemen, is het niet overal beschikbaar. EGS vereist specifieke gesteentepermeabiliteitsomstandigheden, en de meeste ultrahoogtemperatuurbronnen liggen diep onder de grond, waar de huidige boorapparatuur nog moeilijk bij kan.

Kosten- en financieringsdruk: De initiële investeringen in exploratie en boringen zijn enorm en de risico’s zijn hoog. Ondanks de uitstekende leercurve kan de risicopremie op de kapitaalmarkt de uitvoering van projecten vertragen. Financiering van vroege commerciële projecten vereist steun van beleidsbanken en groene investeringsinstellingen.

Beleids- en reguleringsonzekerheid: Veel landen hebben nog geen regelgevingskader voor diepe geothermische hulpbronnen opgezet, waaronder eigendomsrechten van de ondergrond, milieunormen en aansprakelijkheid voor aardbevingsrisico’s. Sommige Europese landen zijn zeer gevoelig voor het risico van aardbevingen door fracking, wat de uitrol van EGS kan beperken, maar juist een beleidsvenster opent voor gesloten-lussystemen.Waterbronnen en milieueffecten: EGS-fracturering verbruikt veel water en kan in droge gebieden leiden tot concurrentie om waterbronnen. Bovendien is het risico op geïnduceerde aardbevingen zeer laag, maar strikte monitoring en publieke communicatie zijn noodzakelijk.

Technologische volwassenheid: De langetermijnduurzaamheid van gesloten-lussystemen, de hittebestendigheid van boorgatmaterialen en de efficiëntie van grootschalige boringen moeten nog verder worden gevalideerd. Superkritische geothermie bevindt zich nog in het laboratoriumstadium en is ver verwijderd van commercialisering.

Toekomstperspectief: een nieuwe variabele in de wereldwijde energiestructuur

De komende vijf tot tien jaar vormen een cruciale periode voor de volgende generatie geothermie om van demonstratie naar opschaling te gaan. Als de EGS-kosten zoals verwacht dalen tot onder de 80 dollar per MWh, zal het concurrentievermogen aanzienlijk toenemen, vooral in gebieden met onstabiele wind- en zonne-energiebronnen of schaarse grond. Gesloten-lussystemen zouden echter een eerste doorbraak kunnen realiseren op de Europese stadsverwarmingsmarkt, waarmee ze een nichemarkt voor gesloten-lussystemen vormen.

Wat investeringstrends betreft, betreden grote olie- en gasdienstverleners de geothermische sector dankzij hun voordeel in boortechnologie, en zij kunnen de kostenreductiecurve van de schalie-revolutie repliceren. Publieke financiering (zoals van het Amerikaanse ministerie van Energie) en multilaterale ontwikkelingsbanken zullen een hefboomeffect hebben en de risico's van vroege projecten verlagen. Carnegie-onderzoek beveelt landen aan om de kartering van hulpbronnen te verbeteren, vergunningsprocedures te vereenvoudigen, mechanismen voor risicodeling op te zetten en technologieoverdracht via internationale partnerschappen te bevorderen, zoals destijds de kennisdeling van IJsland naar Kenia.

Tegen 2040 zou de volgende generatie geothermie een niet te negeren schone basisstroombron kunnen worden in de wereldwijde elektriciteitsmix. Multilaterale instellingen zoals het Internationaal Energieagentschap (IEA) hebben geothermie al opgenomen in scenario's voor netto-nul op de lange termijn. De eigenschap van '24/7 koolstofvrije elektriciteit' zal in waarde blijven stijgen naarmate het aandeel van wind- en zonne-energie in elektriciteitssystemen groeit. Hoewel het moeilijk is om een exponentiële uitbreiding te realiseren zoals bij zonne-energie, zal geothermie met zijn unieke eigenschappen de tekortkomingen van hernieuwbare energie compenseren en een cruciale stabilisator worden in de energietransitie.

Op korte termijn zouden Australië, Roemenië, Colombia, Vietnam en andere landen de volgende doorbraakpunten kunnen zijn; op de lange termijn zal, naarmate superkritische technologie volwassen wordt, de wereldwijde dekking van geothermie zich verder uitbreiden. De diepe revolutie in de energiewereld vindt stilletjes onder de grond plaats.