美国俄亥俄大学(Ohio University)的地质学家正在探索将废弃煤矿转变为无碳供暖和制冷资源的可能性。
俄亥俄州有数千座废弃煤矿，这些煤矿将酸性污染物排放到附近的水道中，已成为公共安全和环境的危害。
俄亥俄大学的地质学家迪娜·洛佩兹说:“我们在俄亥俄州有一个可怕的遗产，矿井的酸性废水破坏了溪流的生命。”她研究这个问题已超过十年。
洛佩兹长期研究美国和萨尔瓦多的地热能相关问题。她开始探索透水煤矿的可能性。这些矿山一般不会出现酸性排水问题，因为氧气不会与硫化物发生反应。俄亥俄州有很多这样的地方。
地热系统利用地下稳定的温度，通常通过一个闭环管道循环流体，在地下与地面建筑物之间循环运行。在冬天，流体经过地下时被加热。在夏天，情况正好相反。
地质学家马代拉-马托雷尔在读研究生时，在估算一座透水煤矿的地源热泵能量潜力时，曾与洛佩兹等人合作。10月，她在美国地质学会2020年会议上介绍了这项研究。
这个俄亥俄州雅典市和平原之间的研究矿井，位于地表以下约99米处。这是该州131个古老的、大部分被水淹没的废矿之一，洛佩兹的前研究生约书亚·理查森曾将其定为地热能生产的候选煤矿。其他具备潜力的矿址总数达到147个，遍布在俄亥俄州的21个县内。
马代拉-马托雷尔说：“有那么多被遗弃的，完全没用的废矿。他们只是在占用空间。”
虽然俄亥俄州有更多的煤矿，但地热能利用的可行性需要考虑地理位置上接近潜在用户。由于存在塌陷的可能，各种设施不可能建在矿井上方。另一方面，“五英里以外的矿井基本是没用的。”马德拉-马托雷尔说。随着与矿井距离的增加，管道系统的成本也会增加，同时也会导致热量或冷气的损耗。
研究的矿井距离雅典市的一所高中和俄亥俄大学校园的几栋建筑都很近。在她的研究中，她对她所研究的矿井附近现有的地下水测量了温度和流量。这些数据使她能够模拟出地下矿井的水流。
马德拉-马托雷尔总结说，这个矿井“绝对”是一个有价值的能源来源。她说，热交换系统不足以满足整个俄亥俄大学，但它可以完全取代其中几座建筑的供暖和制冷。“进一步的研究将可以得出结论，看看高中是否也能受益，因为它是一个较小的建筑，而且距离矿井也非常接近。”
到目前为止，这项工作主要是学术性的，目前还不清楚俄亥俄大学或高中是否会推进这一项目。大学已经承诺但要到2075年才能实现碳中和。其他学校和大学的研究人员也一直在研究减少碳足迹的途径或如何实现碳中和。
“该州有巨大的地热潜力，”俄亥俄州自然资源部的地质学家弗兰克·福吉特说。地热能的足迹与大型的燃煤电厂、燃气电厂、核电站、油井甚至太阳能或风力发电厂相比是非常小的。
福吉特说，目前俄亥俄州的地热能主要作为住宅和中型设施的供暖与制冷，如医院、大学宿舍和仓库等。“你的邻居可能在用地热系统，但你可能根本没意识到，因为它们安静、干净，而且相对来说免维护。”
一份1906年的测井记录显示，里奇兰女子监狱可能是俄亥俄州首批采用地源制冷的中等规模的设施之一。记录显示该州有1800多个垂直供暖井和制冷井。同时也有一些水平地埋管系统。
2006年，当煤炭和天然气价格居高不下时，俄亥俄州的地热设施安装达到了214套的峰值。当化石燃料价格更便宜，以及各州没有可再生能源标准时，其经济性就变得更具挑战性。2019年和2020年，每年都只安装了20套系统。
福吉特说，洛佩兹、马德拉-马托雷尔和理查森的工作提供了对透水矿井的地质和能源潜力提供了重要见解。然而，“还有许多工作要做，尤其是在了解岩土工程方面的挑战。”这包括建立选址标准、水化学分析和考虑对周围地层的可能影响，包括化学、热效应和沉降可能。
尽管如此，福吉特说，“利用透水废弃地下矿井具有很大的潜力。这些矿井规模大，有效换热容积很大。同样重要的是，许多老煤矿“在煤炭生产高峰时期都曾紧邻经济中心的社区。”
福吉特说，“占地面积大、电力需求低的设施，如学校、档案记录设施、仓库，甚至可能是室内农业生产者，都可以得益于地热采暖与制冷解决方案提供的恒定温度。”
“从长远来看，我也在考虑对环境的影响，”洛佩斯说，并指出她对当前气候变化的担忧。使用地热可抵消一些化石燃料的使用，减少化石燃料导致的二氧化碳排放的问题。
