Pod volnou či nízkopotenciální energií se dnes nejčastěji rozumí energie, obsažená v okolním prostředí.

Takovouto energii můžeme pro naše potřeby prostřednictvím moderních zařízení využívat. Kupříkladu teplo z venkovního vzduchu, vody a zeminy, vychytává tepelné čerpadlo. Základní princip je jednoduchý: zařízení odebere obnovitelnou energii vyskytující se v okolním prostředí a zhodnotí ji na úroveň odpovídající potřebám vytápění domu. Tedy nízkopotenciální energie ve formě tepla je zhodnocena okruhem tepelného čerpadla na vyšší využitelný teplotní potenciál vhodný pro vytápění, distribuovaný pomocí otopné soustavy do vnitřního prostředí domu. V létě lze tento proces obrátit, kdy pak tepelné čerpadlo odebírá teplo z budov a předává ho venkovnímu prostředí. Jenže současná, poměrně drahá tepelná čerpadla, ač to málo který jejich propagátor přizná, jsou poněkud kontroverzní.

Tepelné čerpadlo je ve skutečnosti typ elektrického vytápění, které využívá elektrickou energii ke zvýšení teplotního rozdílu mezi vnitřním a vnějším prostředím domu, kdy při vytápění domu oproti vytápění fosilním palivem má nižší energetickou spotřebu. Tudíž jsou tak tepelná čerpadla z ekonomického hlediska údajně výhodná, i když často skutek utek, jak se u nás říká. Nejpoužívanější tepelná čerpadla totiž produkují mnohem nižší teploty než vytápění plynem, dřevem či uhlím, což může vyřešit jen další investice. Z průzkumu provedeného ve Velké Británii vyplývá, že instalace tepelných čerpadel si zpravidla vyžádají úpravu topného systému, včetně nových ovládacích prvků, radiátorů či potrubí, nejen ve starých domech, ale i v novějších stavbách. Pouze 5% instalací tepelného čerpadla žádné další systémové komponenty nevyžadovalo. Širokou veřejnost s kontroverzí tepelných čerpadel, propagovaných Evropskou komisí, srozumitelnou formou obeznamuje toto video, kde si můžete nastavit české titulky: https://www.youtube.com/watch?v=94Th-uC8Oyg

Situaci by měla zlepšit na trh uváděná tepelná čerpadla nové generace, využívají chladivo R290, známé také jako propan, který má lepší termodynamické vlastnosti, což vede k vyšší účinnosti zařízení. Ve srovnání s běžně používanými typy chladiv na bázi fluorovaných uhlovodíků (HFC a PFC) pracuje propan za nižších tlaků, takže je na kompresorech zapotřebí menšího kompresního poměru, což vede k nižším provozním nákladům při nízkých venkovních teplotách. Díky výstupní teplotě až 78°C představuje propanové tepelné čerpadlo téměř ideální řešení pro starší budovy s radiátory. Specifickým problémem chladiva R290 je však jeho hořlavost a výbušnost, kdy riziko hrozí vždy, když chladivo unikne do uzavřeného prostoru a dostane se do kontaktu se zdrojem vznícení. Přičemž se u všech tepelných čerpadel k nejběžnějším problémům řadí právě únik chladiva. A tak se u vnitřních instalací propanového tepelného čerpadla často hovoří o senzoru detekce úniku chladiva a zajištění odvětrání, podobně jako o zabezpečení dostatečného odvětrání místnosti a instalace hlásiče úniku oxidu uhelnatého u zemního plynu. Zde více o chladivech využívaných v tepelných čerpadlech: Odkaz

Jinak řečeno, za zdroj volné energie ve formě tepla se považují přírodní obnovitelné zdroje, které jsou neustále doplňovány a nevyčerpávají se. To se týká jak tepla zemského nitra, které se projevuje v horkých pramenech nebo sopečných erupcích a stabilní teplotou v zemské kůře, tak i tepla ze slunečního záření, které dopadá na zemský povrch a je ukládáno do půdy a vod. Tedy nejde tu jen o teploty venkovního vzduchu, ale i o teplo obsažené v zemi a podzemních i povrchových vodách. Pro všechny formy tepla, vázané v okolním prostředí, pak vědecká obec při hledání náhrady fosilních paliv uvažuje jejich využití. Přičemž o využívání tepla zemského nitra hovoří jako o využívání geotermální energie, kdy geovědci odhadují, že celkové energetické zásoby v horních deseti kilometrech zemské kůry by postačily k pokrytí energetických potřeb lidstva po miliony let.

Podíl obnovitelné energie má, v souladu s předpisy Evropské komise, u nás činit 32–35 % do roku 2030, kdy postupné změny energetického mixu v ČR zahrnují především rozvoj solární a větrné energetiky. Rozvaha o potenciálu geotermální energie byla po několik let součástí cyklu nejrůznějších úvah o vývoji a možnostech české energetiky, nyní se má však geotermální energie prvně stát pevnou součástí české energetické strategie, neboť vláda schválila akční plán, který počítá s jejím aktivním rozvojem v nadcházejících letech. Tedy vláda ČR na začátku srpna 2025 schválila plán rozvoje využití nízkopotenciálního, obnovitelného a odpadního tepla, jehož součástí je i vůbec první strategická koncepce podpory geotermální energie. Cílem dokumentu je vytvořit podmínky pro využití hlubinného tepla Země jako stabilního, bezemisního a lokálního zdroje, který by měl hrát významnou roli v oblasti vytápění měst a průmyslu. Více zde: Odkaz

Geotermálních elektrárny se u nás neplánují, neboť při výstavbě moderních geotermálních elektráren se dnes zpravidla počítá s vysokoteplotním zdrojem. A vysokoteplotní (190°C - 374°C) zdroje, kterých se využívá k výrobě elektřiny, se nacházejí většinou na hranicích desek s vulkanickým intruzivním zdrojem tepla. Poněvadž má nadkritická pára mnohem vyšší energetickou hustotu, je pro výrobu elektřiny pak vhodnější. Ovšem jak se dnes ukazuje, systém geotermálních elektráren se dá vylepšit vrtáním do horkých suchých hornin (u nás v oblasti Českého středohoří a Doupovských hor), kdy je možné novými technologiemi zvýšit jejich propustnost a vstřikovaná voda se může zahřát natolik, že se stane superkritickou a dokáže nést desetkrát více energie. O geotermálních inovacích více zde:

Je pravda, že geotermální energie se již delší dobu využívá, i když není zcela bez rizik. Největší pozornost je třeba při nových geotermálních vrtech věnovat seismické aktivitě a úniku plynů, přičemž technická a provozní rizika zde představují vysoká teplota a tlak, když vrtací zařízení a potrubí pracují v extrémních podmínkách, což zvyšuje riziko havárie. Rizika představují i koroze a usazeniny, neboť minerály z horké vody mohou zanášet potrubí a turbíny. Za geologická a seismická rizika jsou pak označována indukovaná zemětřesení, kdy hluboké vrtání a injektování vody do podzemí může vyvolávat otřesy. Změny tlaku a teplot v horninách mnohdy vedou k drobným posunům nebo trhlinám, což má za následek nestabilitu podloží. U geotermálních vrtů navíc mnohdy dochází k únikům přirozeně se vyskytujících plynů, jako je oxid uhličitý (CO₂), sirovodík (H₂S), metan (CH₄) nebo radon (Rn), jehož radioaktivní částice při vdechnutí způsobují rakovinu. Pokud jde pak o lokality s významnými problémy při geotermálních vrtech, těch je známa celá řada.

Například Pohang, Jižní Korea (2017), kdy projekt způsobil zemětřesení magnitudy 5,5, které způsobilo rozsáhlé škody a zranilo mnoho lidi, čímž upozornilo na rizika hluboké fluidní injekce: Wikipedia+1mdpi.com. The Geysers, Kalifornie (USA), tato rozsáhlá oblast při geotermálních vrtech zaznamenala četná zemětřesení s incidenty magnitud kolem 4,5 (2014) až 5,0 (2016), jak uvádí i Wikipedia. Dále třeba Island, se zemětřesením při geotermálních vrtech v oblasti Svartsengi a v polích Hellisheidi–Hveragerdi–Hengill, Itálie (Larderello-Travale), se seismicitou při reinjekci kondenzátu, Nový Zéland (Wairakei, Rotokawa a další), se seismicitou během vysokotlakých injekcí i rutinního reinjektování, jak uvádí ResearchGate. Nebo El Tatio v Chile, kde dokonce roku 2009 došlo k výbuchu geotermálního vrtu a reakce místních obyvatel i vlády zde vedly k zastavení geotermálních aktivit. Z těch novějších pak za zmínku stojí Reichstett-Vendenheim (GEOVEN) ve Francii, kde byly od října 2020 zaznamenávány otřesy až do M 3,5 poblíž Štrasburku, historické metropole Alsaska, kdy následně byl geotermální projekt zastaven: Wikipedie.

Ovšem jedním z nejznámějších příkladů nemilého dopadu geotermálních vrtů je případ německého městečka Staufen im Breisgau. V roce 2007 zde bylo realizováno 7 vrtů o hloubce až 140 m za účelem využití geotermální energie pro potřeby „ekologického vytápění“. Tato činnost však vedla ke geologickým změnám, které způsobily rozsáhlé škody na historických budovách. Neboť vrty narušily hydrogeologický systém v oblasti, což vedlo k tomu, že podzemní voda pronikla do vrstvy anhydritu, což je minerál, který nemá vázanou vodu a pokud se dostává do kontaktu s vodou, přeměňuje se na sádrovec (gyps), kdy se jeho přeměna pojí s významným zvětšením objemu. Tedy když přirozená podzemní voda spolu s vodou z vrtů pronikla do anhydritové vrstvy pod městem, začal anhydrit bobtnat. Tento proces způsobil zvedání zemského povrchu, což vedlo k trhlinám, posunům a poškození budov na povrchu: Odkaz

Voda způsobila expanzi objemu anhydritu zhruba o 60 %, což zapříčinilo zvedání města, kdy v důsledku tohoto pohybu v budovách vznikaly trhliny. Více než 270 budov bylo poškozeno, přičemž dvě budovy nakonec musely být zbourány, jelikož u nich nebyly opravy možné. V důsledku těchto událostí městečko Staufen mezi lety 2007 a 2012 utratilo 2,5 milionu eur za opravy a zajištění budov, přičemž si radnice v roce 2011 musela vzít úvěr 1,2 milionu eur, aby předešla insolvenci. Celkové škody, způsobené vrty pro využití geotermální energie, zde byly experty nakonec odhadnuty na více než 50 milionů eur Wikipedia.

Inu, obecný předpoklad je, že obnovitelné či volné zdroje energie jsou nejenom čistší, ale i ekonomicky výhodnější než fosilní paliva. Kdy jejich dopad na obyvatele má být nulový a zprostředkovaně vedlejšími efekty vesměs pozitivní. Ovšem tento předpoklad neplatí nutně pro každý zdroj, natož vždy a všude.

Archivní snímek trhlin, objevujících se na Radniční kavárně ve Staufenu po geotermálních vrtech. Foto: Geolina, soubor je licencován pod licencí Creative Commons pro volné užití.

Odkazy na původní zdroje:

Škody na historickém městě Staufen: Odkaz

Konvenční geotermální systémy a nekonvenční geotermální vývoj: Odkaz

Využití superkritických geotermálních systémů: Odkaz

Švýcarská společnost Bor Robotics představila svůj projekt pro vertikální geotermální smyčky, využívané u tepelných čerpadel země-voda, kde se hovoří o mělké geotermální energii. Koncept kompaktního vrtného zařízení pro městské prostředí, které vyžaduje minimální prostor a dle současného trendu je poháněno elektřinou, si poradí i s extrémně tvrdými materiály jako je žula. Nejde tu jenom o rotační a příklepový pohyb vrtáku, ale i novou metodu stabilizace vrtu a recyklace použité vody. Více o tomto zařízení zde: