南アフリカは、 アフリカ最大の 炭素排出国であり、電力を生み出し炭素排出量を削減するために利用できる地熱資源を有しています。
しかし、 最近の研究 によると、強力なインセンティブが提供されない限り、潜在的なコストは法外に高いとされています。
南アフリカは石炭への依存度が高く、原子力発電所は一基のみです。政府の政策はエネルギー源の多様化であり、これには 原子力 の拡大や、一見広大な シェールガス 埋蔵量の探査が含まれる可能性があります。
また、大規模な再生可能エネルギー事業もあります。 インセンティブを付与されたことで 、国内外の民間部門から大きな技術と資金が集まっています。これらの 再生可能エネルギー には、日射量の多い北ケープ州の太陽光、沿岸部の風力、そしてドラケンスバーグ山脈の高地付近の水力が含まれます。
地熱はこのミックスに含まれていません。多くの再生可能エネルギーとは異なり、地熱は安定しており、ベースロード電力供給の一部として利用できます。また、 廃棄物を最小限に抑えた、効果的な長期エネルギー源となる可能性もあります。
地熱エネルギーはどのように利用されるか
地熱は、 地球の上部地殻内の熱から再生可能エネルギーを生み出します。この技術は、地下深部から上昇する高温のマントル対流と、火成岩内の元素の放射性崩壊によって生じる熱を利用します。
この熱は、活動的な地質プレート境界付近や、上部地殻が比較的薄い地域で特に顕著です。これらの場所は、火山や地震とほぼ同義であることが多いです。
上部地殻の熱はまた、大量の火成岩の噴出によっても生じます。これらの岩石は、ウラン、トリウム、カリウムなど、熱を生み出す元素を高濃度で含む鉱物をしばしば有しています。
これらの元素の放射性崩壊は、数百万年にわたって大量の熱を生み出します。この熱は、多くの場合、厚く断熱性のある堆積岩の層に覆われて閉じ込められています。
地熱資源からエネルギーを得る最も一般的な方法は、 自然に存在する熱水対流システム に接続することであり、そこでは比較的冷たい水が上部地殻へと浸透し、加熱されたのち地表へ上昇します。
地熱発電所は、より効果的な亀裂循環経路を作るために岩盤に坑井を掘削します。掘削には費用がかかるため、そのため熱源が浅いほど望ましいといえます。
南アフリカの再生可能エネルギーミックスから地熱が欠けている理由
南アフリカには活動的な火山活動がなく、大部分は非常に厚い上部地殻に覆われています。これは、東アフリカ諸国（例えば ケニア や エチオピア）とは異なります。これらの国では、上部地殻は絶えず 拡大しており 、薄いままです。これにより、マントルからの熱が地表近くまで伝わります。これらの地熱資源の掘削は浅く（3km超）、そのため費用は安価です。
火山活動の欠如、厚い上部地殻、そして深い マントル・キール により、南アフリカには地熱ポテンシャルが全くないという一般的な誤解が生まれました。
しかし、南アフリカには異常に高温の地域が存在します。これらの地域は地殻が薄く、熱を生み出す火成岩が大量にあり、多数の 温泉があります。ただし、南アフリカで地熱を利用するには最大5kmまでの掘削を前提とするため、非常に高コストです。
もう一つの理由は、南アフリカには地熱を対象とした再生可能エネルギーの固定価格買取制度がないことです。 ドイツは、例えば1～5 ZAR/KWhを提供しています。
地熱を経済的に成立させるには
一つの方法は、新しい高度な熱流量測定を用いることです。これらの測定は、地表下の正確な温度をより詳細に示し、最も浅い有望地域を特定できる可能性があります。これにより、掘削コストを大幅に抑えられる可能性があります。
しかし、地熱を本当に加速させるには、政府が研究開発への優れたインセンティブを用意する必要があります。これには、地熱に対する再生可能エネルギーの固定価格買取制度の提供が含まれる可能性があります。
この研究によると、地熱発電に対してUS$25/MWhの再生可能エネルギー税制優遇措置が付与されれば、事業化の可能性が実現しうることが示されました。
リンポポ州からの教訓
この研究では、リンポポ州における仮想的な低エンタルピー強化地熱バイナリー発電所を検討しました。地質条件は、 オーストラリア の有望な地熱ポテンシャルを示した地域のものと類似しています。
この研究では、総コストと潜在的な炭素削減シナリオを算出しました。結果は、75メガワットの地熱発電所による発電が石炭火力発電の2倍のコストになることを示唆しています。一方で、1.5g CO2/KWhの削減の可能性も示されており、同時に 炭素隔離が追加的に可能となる可能性もあります。
石炭の減少により、価格は徐々に上昇する可能性が高いです。これは最近すでに、国営電力会社エスコムの 申請 （南アフリカ国家エネルギー規制局宛て）によって示されています。経済的影響は、 炭素税 政策が施行されると、さらに増幅されるでしょう。
これは、南アフリカが再生可能エネルギーの選択肢の開発を加速させる必要性を浮き彫りにしています。
この研究が重要な理由
図：南アフリカ周辺の地熱エネルギーポテンシャル地域。
http://www.sajs.co.za/evaluation-harnessing-low-enthalpy-geothermal-energy-limpopo-province-south-africa/taufeeq-dhansay-maarten-j-de-wit-anthony-patt
この研究は、南アフリカの地熱エネルギーのポテンシャルに関する一般的な誤解に異議を唱えたという点で重要です。また、国内の有望な地域を浮き彫りにしました。
南アフリカは絶えず発展しており、 増大する エネルギー需要を抱えています。これらのエネルギー需要を満たすことは、発展を持続させるために重要です。同国はまた、気候変動への対策にも取り組んでいます。しかし、現在の再生可能エネルギーの建設計画では、同国を石炭依存から脱却させるには不十分です。
地熱技術への初期投資は、確かにその技術が大きな転換点となる能力に影を落としています。それでも、南アフリカがこれを真剣に検討し、革新的な研究開発を加速させるべき十分な理由があります。
本記事は、 研究 （『南アフリカ科学ジャーナル』掲載）に基づいています。
本記事は、 The Conversationとの提携により掲載されています。原文は 原文記事をご覧ください。。本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：Taufeeq Dhansay、Associate Research Scientist、Nelson Mandela Metropolitan University
画像：南アフリカ・ケープタウンの港の灯りに照らされた季節性の霧を捉えた長時間露光写真。ケープタウンは南半球の冬の始まりに備えています。REUTERS/Mike Hutchings
