Potentiella miljörisker med geoenergisystems temperaturpåverkan i mark och grundvatten
(2020) MVEK02 20201Studies in Environmental Science
- Abstract
- The aim of this literature study was to answer whether the thermal impact of geothermal energy systems pose a potential environmental risk to groundwater quality and microorganisms in the sub surface and to above ground vegetation. This study shows that the thermal impact of high temperature systems operating with temperatures ≥25⁰C in groundwater could lead to adverse effects on groundwater chemistry and biodiversity, such as mobilization of arsenic and DOC. Elevated levels of DOC combined with a rise in temperature could lead to changes in microbial activity and a shift to anaerobic redox processes. Severe elevations of temperature in ground water might lead to reduced biodiversity and establishment of termophilic communities. However,... (More)
- The aim of this literature study was to answer whether the thermal impact of geothermal energy systems pose a potential environmental risk to groundwater quality and microorganisms in the sub surface and to above ground vegetation. This study shows that the thermal impact of high temperature systems operating with temperatures ≥25⁰C in groundwater could lead to adverse effects on groundwater chemistry and biodiversity, such as mobilization of arsenic and DOC. Elevated levels of DOC combined with a rise in temperature could lead to changes in microbial activity and a shift to anaerobic redox processes. Severe elevations of temperature in ground water might lead to reduced biodiversity and establishment of termophilic communities. However, many of the identified risks depend on site-specific factors, such as mineralogical composition of the aquifer, available amount of dissolved organic carbon and microbial communities. There is not enough data to state that the same effects occur with energy systems in bedrock. Small temperature differences can affect groundwater living organisms’ activity and biodiversity, though the effects vary with access to organic matter. Therefore, this should mainly concern horizontal systems, or ATES in the case the aquifer is polluted with organic matter. Vertical systems’ thermal exchange occurs below the ground water pressure surface. While microorganisms should occur at those depths, there are no studies confirming whether they are affected. Horizontal systems have been seen to lower the soil temperature resulting in reduced occurrence of earthworm and later flowering of vegetation. High temperature storage systems may elevate ground temperature levels. While no research has been made on such a site, persistent elevated temperatures in soil may affect the presence of soil living organisms and possibly lead to changed plant flowering pattern. Though, the response of both flora and fauna seem to be species and site dependent. The results of the literature review were compared to observed changes in temperature and groundwater chemistry at a HT-BTES site in southern Sweden. Changes in groundwater chemistry, such as elevated levels of iron, was in line with what could have been expected based on the literature review. To date no complete survey of the biological impact of the temperature changes have been done at the site and there are no reported visible effects on the vegetation at the site. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Geoenergisystems temperaturpåverkan i miljön – en allt hetare fråga
Geoenergisystem kan användas för att utvinna eller lagra energi i mark. Energin från marken bidrar inte med växthusgasutsläpp och räknas som förnybar. Energi kan också lagras, och möjliggör på så sätt hushållning med energi! Utvinning eller lagring av energi i mark kan ge upphov till att temperaturförändringar uppstår i marken. Denna temperaturpåverkan kan, om tillräckligt stor, eventuellt ge lokala effekter på grundvattenkvalitén, organismer i mark och grundvatten eller flora och fauna i markytan.
De vanligaste geoenergisystemen arbetar i låga temperaturer, under 15⁰C. Effekter på grundvattenkvalitet kan uppstå vid temperaturer över 25⁰C. Sådana lokala temperaturer... (More) - Geoenergisystems temperaturpåverkan i miljön – en allt hetare fråga
Geoenergisystem kan användas för att utvinna eller lagra energi i mark. Energin från marken bidrar inte med växthusgasutsläpp och räknas som förnybar. Energi kan också lagras, och möjliggör på så sätt hushållning med energi! Utvinning eller lagring av energi i mark kan ge upphov till att temperaturförändringar uppstår i marken. Denna temperaturpåverkan kan, om tillräckligt stor, eventuellt ge lokala effekter på grundvattenkvalitén, organismer i mark och grundvatten eller flora och fauna i markytan.
De vanligaste geoenergisystemen arbetar i låga temperaturer, under 15⁰C. Effekter på grundvattenkvalitet kan uppstå vid temperaturer över 25⁰C. Sådana lokala temperaturer kan orsakas av högtempererade system, som högtemperaturlager. Effekter kan till exempel vara ökad rörlighet av löst organiskt kol, vilket i kombination med en temperaturhöjning kan leda till förändring i mikrobiell aktivitet och artsammansättning, och leda till att syrefria förhållande skapas. Syrefria förhållande kan i sin tur leda till att exempelvis järn går i lösning, och förändring i den naturliga artsammansättningen skulle kunna leda till att patogener förökas. Hur vattnets kemi påverkas av temperaturförändringar beror på egenskaper specifika för just den platsen, som markens mineralogiska sammansättning, hur mycket organiskt material som förekommer och vilka mikroorganismer som lever i vattnet.
Påverkan på grundvattenlevande organismer kan uppstå även vid mindre temperaturförändringar, men effekter beror på tillgången av organiskt material. Eftersom det finns mycket organiskt material i jord är detta främst aktuellt för horisontella system, eller för akviferlager där akviferen är förorenad med organiskt material. Akviferlager, borrhål eller borrhålslager är system som går djupare ner i marken än horisontella system. Eftersom grundvattenlevande mikroorganismer förekommer på mycket höga djup borde de även förekomma vid dessa system. Effekter på sådana mikroorganismer är okända, men det kan antas att påverkan främst borde ske från högtempererade geoenergisystem.
Ett ensamt borrhål påverkar inte temperaturen i det ytligaste jordlagret. Lokal avkylning kan dock orsakas av horisontella system, som jordvärme, medan lokal uppvärmning kan orsakas av system som arbetar i högre temperaturer, som högtempererade borrhålslager. Ihållande temperaturhöjningar kan leda till att mikroorganismer som lever i ytlig mark kan få en ökad aktivitet och respiration, vilket kan leda till en utarmning av kol ur det yttersta jordlagret. Växter kan påverkas av både avkylning och uppvärmning av marktemperaturen, som kan resultera i senare respektive tidigare frögroning, blomning eller grönskning. Jordlevande djur, som daggmaskar, kan få minskad förekomst och aktivitet som resultat av en nedkylning, medan en uppvärmning av jorden kan ge upphov till en ökad, minskad eller oförändrad förekomst. De effekter som kan uppstå på flora och fauna varierar mellan arter och med de förhållande som finns på platsen, som jordfuktighet. De möjliga effekterna av uppvärmning har inte bekräftats i samband med användning av geoenergisystem.
En del frågetecken kvarstår. Exempelvis finns det inte tillräckligt med underlag för att säga om påverkan på grundvattenkvalitet och biodiversitet påverkas negativt av geoenergisystem i berggrunden. Inför den fortsatta utbyggnaden av geoenergisystem är det därför viktigt att undersöka vilka miljöeffekter som kan uppstå i mark- och grundvattenmiljöer till följd av temperaturförändringar från anläggningar – dels för att undvika påverkan på biodiversitet i mark och grundvatten, dels för att skydda den livsmedelresurs som grundvatten utgör.
Samtidigt är det viktigt att komma ihåg att även om vissa effekter kan uppstå utgör geoenergi en möjlighet att både utvinna klimatsmart energi såväl som hushållning med energi. Det är inte bara geoenergisystem som påverkar markens temperatur. Marktemperaturen varierar naturligt i ett ostört system, både dagligen och under året, på grund av solinstrålningen. Marktemperaturen påverkas också av exempelvis värmeläckage från byggnader och klimatförändringar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9018961
- author
- Nilsson, Julia LU
- supervisor
-
- Karl Ljung LU
- organization
- course
- MVEK02 20201
- year
- 2020
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Geoenergi, grundvattenkemi, mikroorganismer, flora, fauna
- language
- Swedish
- id
- 9018961
- date added to LUP
- 2020-06-18 14:41:51
- date last changed
- 2020-06-18 14:41:51
@misc{9018961,
abstract = {{The aim of this literature study was to answer whether the thermal impact of geothermal energy systems pose a potential environmental risk to groundwater quality and microorganisms in the sub surface and to above ground vegetation. This study shows that the thermal impact of high temperature systems operating with temperatures ≥25⁰C in groundwater could lead to adverse effects on groundwater chemistry and biodiversity, such as mobilization of arsenic and DOC. Elevated levels of DOC combined with a rise in temperature could lead to changes in microbial activity and a shift to anaerobic redox processes. Severe elevations of temperature in ground water might lead to reduced biodiversity and establishment of termophilic communities. However, many of the identified risks depend on site-specific factors, such as mineralogical composition of the aquifer, available amount of dissolved organic carbon and microbial communities. There is not enough data to state that the same effects occur with energy systems in bedrock. Small temperature differences can affect groundwater living organisms’ activity and biodiversity, though the effects vary with access to organic matter. Therefore, this should mainly concern horizontal systems, or ATES in the case the aquifer is polluted with organic matter. Vertical systems’ thermal exchange occurs below the ground water pressure surface. While microorganisms should occur at those depths, there are no studies confirming whether they are affected. Horizontal systems have been seen to lower the soil temperature resulting in reduced occurrence of earthworm and later flowering of vegetation. High temperature storage systems may elevate ground temperature levels. While no research has been made on such a site, persistent elevated temperatures in soil may affect the presence of soil living organisms and possibly lead to changed plant flowering pattern. Though, the response of both flora and fauna seem to be species and site dependent. The results of the literature review were compared to observed changes in temperature and groundwater chemistry at a HT-BTES site in southern Sweden. Changes in groundwater chemistry, such as elevated levels of iron, was in line with what could have been expected based on the literature review. To date no complete survey of the biological impact of the temperature changes have been done at the site and there are no reported visible effects on the vegetation at the site.}},
author = {{Nilsson, Julia}},
language = {{swe}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Potentiella miljörisker med geoenergisystems temperaturpåverkan i mark och grundvatten}},
year = {{2020}},
}