A földkéreg alatt van egy forró és olvadt kőzetréteg, a magma. Ebben a rétegben folyamatosan termelődik hő, főként, 80%-ban természetesen radioaktív anyagok, például urán bomlásából. Jelenlegi ismereteink szerint a Föld belső hője 20%-ban egy nagyon korai, mintegy 4,5 milliárd éve bekövetkező kozmikus ütközés mozgási energiájának a maradványa, ami megolvasztotta a fiatal bolygót.
A földfelszín alatti hőmérséklet növekedés átlagosan 3°K/100m. Ami azt jelenti, a Föld belsejében lefelé haladva kilométerenként átlag 3°C-kal emelkedik a hőmérséklet. A Vezúv környékén ez az érték körülbelül 14°K/100 m. Azoknak a területeknek a legjobbak a geotermikus adottságai, amelyek magas termikus gradienssel rendelkeznek, ahol az átlagosnál magasabb a felszín alatti hőmérsékletnövekedés. A legmagasabb földalatti hőmérsékletű területek aktív vagy geológiailag fiatal vulkánokkal rendelkező régiókban vannak. Ezek a „forró pontok” a tektonikus lemezek határain vagy olyan helyeken fordulnak elő, ahol a kéreg elég vékony ahhoz, hogy átengedje a hőt. A csendes-óceáni perem például, amelyet gyakran neveznek tűzgyűrűnek, a sok vulkánja miatt számos forró ponttal rendelkezik. Ezek a régiók szeizmikusan is aktívak. A földrengések és a magma mozgása feltöri a kőzettakarót, lehetővé téve a víz keringését. Ahogy a víz a felszínre emelkedik, természetes meleg források és gejzírek fordulnak elő, mint például az Old Faithful a Yellowstone Nemzeti Parkban. Ezekben a rendszerekben a víz hőmérséklete meghaladhatja a 200°C-ot (430°F).
Európában Olaszországban a legaktívabb a vulkanikus tevékenység (Etna, Vezúv), nem véletlen, hogy ez az ország a kontinens legjelentősebb geotermikus energiahasználója. A Közép-Atlanti hátságon fekvő, tisztán vulkáni kőzetekből álló szigetország, Izland pedig a második.
A legfőbb geotermikus energiát hasznosító ország a csendes-óceáni lemezszegély mentén sorakozik. Ezt Csendes-óceáni tűzgyűrűnek is szokták emlegetni, utalva a vulkanikusan igen aktív területekre. Sajnos a kiváló geotermikus adottságok forrása, a „tűz” mellett ezek a vidékek rendkívül földrengés veszélyesek. Japán, Indonézia, a Fülöp-szigetek, Kalifornia, Közép-Amerika országai, Peru, Chile és Bolívia gyakran szerepel a híradások címoldalán földrengések és a nyomában kialakuló szökőárak okozta katasztrófák miatt.
A szeizmikusan aktív hotspotok nem az egyetlen helyek, ahol geotermikus energia található. Folyamatos az enyhébb hőellátás – amely közvetlen fűtési célokra használható – 10 és néhány száz láb közötti mélységben a felszín alatt, gyakorlatilag a Föld bármely pontján. Még a saját kertünk vagy a helyi iskola alatti talajban is. Ezenkívül hatalmas mennyiségű hőenergia áll rendelkezésre a felszín alatt nagyon mélyen (4–10 km) lévő száraz kőzetképződményekből.
A földből származó hő sokféleképpen felhasználható energiaforrásként, a nagy és összetett erőművektől a kis és viszonylag egyszerű szivattyúrendszerekig.
A hőforrásokat fürdésre már a paleolit korban is használták, míg a legrégebbi ismert fürdő i. e. 3. században épült Kínában. Később a rómaiak is alkalmazták a geotermikus energiát, mind fűtésre, mind gyógyászati és pihenési célokra. Egykoron az antik római fürdővárosok a hévízforrásokat csőhálózat segítségével közvetlenül hasznosították. A rómaiak a termálvizet a szem és bőrbetegségek kezelésére, míg Pompeiiben az épületek fűtésére is használták. Új-Zélandon az első polinéziai betelepülők, akik az európai hatástól függetlenül éltek ezer éven keresztül a 18. századig, a hőforrások gőzét a főzésben, a termálvizet pedig a fürdésben, mosásban és a gyógyításban hasznosították.
A geotermikus energia ilyen jellegű felhasználása kezdetben olyan helyekre korlátozódott, ahol elérhető volt a meleg víz és a gőz. A hévizek fűtésben és gyógyászatban való alkalmazása a modern világban ismét aktuálissá vált.
Manapság a geotermikus tározókból származó termálvizet fúrt kutak segítségével termelik ki, amelyek elérhetik akár a 9000 méter mélységet is. Ezután a vizet és a gőzt erőműbe vezetik, hogy elektromos áramot állítsanak elő belőle, vagy szigetelt föld feletti/alatti csővezetékeken keresztül fűtési és hűtési alkalmazásokhoz továbbítják. Általánosságban elmondható, hogy az elektromos erőművek csővezetékei nagyjából ~1,6 km-re (1 mérföldre) korlátozódnak a gőz hőveszteségének minimalizálása érdekében. Ugyanakkor több tíz kilométeren átnyúló, közvetlen felhasználású csővezetékek telepíthetők, amelyek hővesztesége az áramlási sebességtől függően kevesebb, mint 2–5°C (3,6–9°F). A gazdaságilag leghatékonyabb létesítmények a geotermikus erőforrás közelében helyezkednek el, hogy minimálisra csökkentsék a hosszú vezetékek építésének költségeit. Villamosenergia-termelés esetén a költségek alacsonyan tarthatók, ha a létesítményt villamos távvezetékek közelében helyezik el, hogy a villamos energiát a leghatékonyabban a piacra juttassák.A világ első távfűtési rendszerét a franciaországi Chaudes-Aigues-ban telepítették a 14. században. Más városok és az ipar csak a 19. század végén kezdte felismerni a geotermikus energia gazdasági potenciálját. Ekkor a technika fejlődésével lehetővé vált a felszín alatt rejlő termikus erőforrások felfedezése és feltárása is. Toszkánában a természetes geotermikus energiát a bór és az ammónium vegyületek feldolgozására használták. Itt a geotermikus folyadékok voltak a legfontosabb bórforrások, míg a hőenergia kezdetben mellékes volt.
A földhő alapú villamosenergia-termelés a világon elsőként 1904-ben Olaszországban indult meg Piero Ginori Conti herceg munkássága által. 1913-ban a Larderello erőmű 250 kW villamos teljesítményre volt képes. A larderellói erőművek összes teljesítménye mára meghaladta a 400 MW-ot, és ezt egy fejlesztési program segítségével 880 MW-ra szeretnék növelni.
Másodjára Új-Zélandon, a Wairakei-térséget fejlesztették ezirányban az 1950-es évek elején, majd az Észak-kaliforniai „Gejzír-mezőt”, ahol 1960-ban indult meg a termelés. Ez utóbbi teljesítménye napjainkban 2800 MW. Az olasz és amerikai erőművek szárazgőz létesítmények voltak, ahol az alacsony áteresztőképességű tározók csak gőzt termeltek. Új-Zélandon azonban a magas hőmérsékletű és nagynyomású víz természetes keverékként jelenik meg, amely 80%-ban telített vízből és 20%-ban gőzből áll. A közvetlenül a földből érkező gőzt azonnal áramtermelésre használják fel, csöveken keresztül kerül az erőműbe. Ezzel szemben a túlhevített vizet leválasztják a keverékből, és gőzzé alakítják. A legtöbb geotermikus erőmű jelenleg ez utóbbi „nedvesgőz” típusú.
Időközben fejlesztették a geotermikus hő közvetlen felhasználásának lehetőségeit a távfűtésben és a mezőgazdaságban is. Franciaországban a XIV. századi „első fecske” óta több mint 200 000 lakás fűtését oldják meg termálvíz segítségével. A legnagyobb és leghíresebb geotermikus távfűtési rendszer az izlandi Reykjavíkban található, ahol az 1930-as évektől a város épületeinek 99 %-a kapott geotermikus fűtést.
A világon 2015-re több mint 80 ország használt geotermikus energiát fűtésre/hűtésre és egyéb célokra közvetlenül vagy hőszivattyúkkal együtt. Az elsők között Kína, Törökország, Franciaország, Izland, Japán, Magyarország és az Egyesült Államok áll. Ekkor a világ teljes beépített, közvetlen felhasználásra szánt geotermikus kapacitása körülbelül 73 290 MWth volt.
A geotermikus energiát a XXI. század elején 24 országban használták villamos energia előállítására, a vezető helyen az Egyesült Államok, a Fülöp-szigetek, Indonézia, Mexikó, Új-Zéland és Olaszország állt. 2016-ban a világ teljes beépített geotermikus villamosenergia-termelési kapacitása körülbelül 13 400 MW volt, 71 %-os kihasználtsági tényező mellett. Sok geotermikus mező kihasználtsága 95% körüli. Ez a legmagasabb arány a megújuló energia bármely formája esetében
Európában 2021-ben 6 db új geotermikus erőmű létesült – 4 db Törökországban, 2 db Németországban – összesen 35 MWe új teljesítménnyel. Ugyanebben az évben 14 db új geotermikus távfűtő rendszer – többségük Franciaországban – kezdte meg a működését összesen 154 MWth kapacitással.
Nemzetközi civil szervezetek, amelyek igyekeznek egyengetni a geotermikus energia útját és segíteni az ágazat szereplőit:
Global Geothermal Alliance (GGA)
A COP21 konferencián (Párizsi Klímacsúcs 2015) életre hívott Globális Geotermikus Szövetség az ENSZ szervezeteként platformként szolgál a geotermikus ipar, a politikai döntéshozók és az érdekelt felek közötti párbeszédhez, együttműködéshez és összehangolt fellépéshez világszerte. Működését a Nemzetközi Megújulóenergia Ügynökség (International Renewable Energy Agency – IRENA) koordinálja. Magyarország egyelőre nem tagja. Az alábbi két szervezet a partnerei közé tartozik.
International Geothermal Association (IGA)
A geotermikus energia vezető globális platformja. Elkötelezett amellett, hogy a geotermikus energiát mindenki számára megfizethető, elérhető energiává tegye. Az IGA összeköti a globális geotermikus közösséget, a globális geotermikus fejlődés előmozdítását és támogatását célzó hálózati lehetőségek központjaként szolgál. E célból geotermikus világtalákozókat szervez. Iparági partnereivel szabványokat állít fel, oktatja a technológiával foglalkozó vállalkozókat. Székhelye Hágában található. Elnöke 2023 májusa óta Sylvain Brogle (franciaország). Az MGtE 1995 óta tagja a szervezetnek.
European Geothermal Energy Council (EGEC)
A geotermia hangja Európában. 1998-ban alapították, hogy elősegítse az európai geotermikus ipart, és lehetővé tegye annak fejlődését Európában és világszerte a politika alakításával, az üzleti feltételek javításával, valamint a kutatás és fejlesztés ösztönzésével. Minden évben díjazza a leginnovatívabb európai geotermikus fejlesztéseket (Ruggero Bertani Díj). Székhelye Brüsszelben található. Elnöke jelenleg 2022 októbere óta Dr. Antics Miklós (Románia). Az MGtE 2000 óta tagja a szervezetnek.
(Forrás: MGtE, Encyklopedia Britannica, Sciencedirect, Wikipédia, IASPEI, IHFC, UCSUSZA, IGA, EGEC, Dr. Rybach László)
