Invloed op dichtheidsstroming
Uit de uitgevoerde metingen [MMB 3, 4] kan worden afgeleid dat op een aantal locaties sprake is van dichtheidsgedreven grondwaterstroming (Heuvelgalerie, Hederakwekerij Luttelgeest, Beijum en Zwammerdam). Dichtheidsstroming kan optreden bij een voldoende groot verschil in dichtheid tussen het opgeslagen water en het omringende grondwater. Bij hogere temperatuur neemt de dichtheid van water namelijk af. Daarom is dichtheidsstroming vooral van belang bij de opslag van hoge temperaturen [MMB 6]. Ook de doorlatendheid van het watervoerende pakket is van belang: als deze laag is wordt dichtheidsstroming gehinderd. Het is van belang om rekening te houden met dichtheidsstroming indien:
- de temperatuur hoger is dan 25 °C;
- de temperatuur hoger is dan 20 °C, en de doorlatendheid van de bodem meer dan 40 meter per dag bedraagt.
Dichtheidsverschillen kunnen ook het gevolg zijn van verschillen in zoutgehalte. Bij dichtheidsstroming zal het (zoetere) water met een lagere dichtheid naar boven stromen. Als het diepere grondwater een andere samenstelling heeft (bijvoorbeeld zouter is), dan kan daardoor de watersamenstelling op de diepte van het bodemenergiesysteem worden beïnvloed. Dit effect is duidelijk waargenomen bij het gesloten systeem in Beijum (opslag van 60 °C), waar in de eerste jaren een toename van de geleidbaarheid is gemeten. Dit is een sterke aanwijzing voor een toename van het zoutgehalte van het grondwater.
Invloed op mineraalevenwichten
De bodemdeeltjes waaruit de ondergrond is opgebouwd, bestaan uit verschillende mineralen. De oplosbaarheid van deze mineralen in water is afhankelijk van de temperatuur. Eén van de belangrijkste mineralen is kwarts. De oplosbaarheid van kwarts is bij natuurlijke grondwatertemperaturen zeer laag en neemt beperkt toe bij hogere temperaturen [MMB 2 en MMB 3, 4]. Kalk is een ander veel voorkomend mineraal. Bij een temperatuursverhoging neemt de oplosbaarheid van kalk juist af. Over het algemeen kan gesteld worden dat van alle aanwezige mineralen in Nederlandse aquifers kalk het ‘gevoeligst’ reageert op temperatuurveranderingen. Op basis van de metingen bij de veldlocaties wordt geconcludeerd dat bij systemen onder 25 °C de effecten van kalkneerslag of kalkoplossing verwaarloosbaar zijn. Bij systemen met hogere infiltratietemperaturen, zoals bij Zwammerdam, zou kalkneerslag hebben plaatsgevonden. Om dit te voorkomen is op deze locatie waterbehandeling toegepast.
zie verder Hogetemperatuuropslag (HTO).
Invloed op reactiesnelheden
De snelheid van geochemische en biologische reacties neemt met een factor 2 tot 3 toe bij een temperatuurverhoging van 10 °C naar 20 °C. Voor open grondwatersystemen zijn de reactiesnelheden daarom in de koude bron lager en in de warme bron hoger dan bij de natuurlijke grondwatertemperatuur. Hoe groter de temperatuurverandering, hoe groter de veranderingen in de reactiesnelheden. Doordat bij bodemenergiesystemen met een energiebalans ongeveer evenveel opwarming als afkoeling optreedt, is het netto effect op de reactiesnelheden echter klein [5]. De temperatuurverschillen hebben daarom een geringe invloed op de geochemische waterkwaliteit van de binnen MMB bestudeerde bodemenergiesystemen.
Relatie tussen de groeisnelheden en verschillende groepen micro-organismen
Voor elke groep is de optimale groeitemperatuur van een voorbeeld organisme weergegeven [6]. Het theoretisch kader [MMB 2] geeft voor temperaturen lager dan 20 °C geen aanleiding tot het verwachten van significante temperatuurseffecten op een tijdschaal van 20 jaar. De waterkwaliteitsveranderingen die te verwachten zijn, komen goed overeen met de veldwaarnemingen bij de Heuvelgalerie.
Invloed op microbiële populaties
Elk type micro-organisme heeft zijn eigen optimale temperatuur, welke bepaald wordt door het optimale temperatuurbereik van de enzymen waarmee het soort organisme actief is. Bij kleine veranderingen in de temperatuur kunnen de organismen hun processen normaal gesproken blijven uitvoeren. Bij grotere veranderingen in temperatuur nemen andere groepen organismen met andere enzymen deze processen over. Dit gebeurt zowel bij verhoging als bij verlaging van de omgevingstemperatuur. Op het moment dat lokaal het temperatuurbereik van één van de groepen wordt overschreden, kunnen irreversibele effecten ontstaan. Wordt bijvoorbeeld de temperatuur tot meer dan 50 °C verhoogd, dan verdwijnen of inactiveren temperatuurgevoelige organismen. Daalt de temperatuur vervolgens weer naar 30 °C dan zijn deze organismen niet meer beschikbaar. MMB heeft echter laten zien dat de gemeten microbiologische functies zich weer kunnen herstellen, bijvoorbeeld door aanvoer via grondwater [MMB 3,4]. In de labtesten is bij een temperatuur van 18 °C geen effect op de aantallen en het functioneren van de microorganismen vastgesteld. Bij 30 °C zijn wel effecten op de activiteit van de micro-organismen gemeten. In het veld zijn deze effecten binnen het bemeten temperatuurbereik (tussen 11 °C en 35 °C) niet gevonden. De gemeten hoeveelheden en samenstelling van de bacteriën vallen binnen de totale natuurlijke variatie in de Nederlandse ondergrond die zowel binnen als buiten het bodemenergiesysteem gemeten is. De aantallen en samenstelling van de bacteriën zijn primair afhankelijk van de bemonsterde locatie [MMB 3,4]. Bij temperaturen hoger dan 30 °C (in labtesten en op de warmste onderzoekslocatie Beijum, 39 °C) zijn wijzigingen in de samenstelling van de microbiologische populatie gevonden. Maar hier bleek dat de functies die de microbiologische populatie verzorgt intact blijven. Deze effecten komen overeen met de theoretische verwachting (zie figuur optimale groeicurves). Rond deze temperatuur heeft een andere groep micro-organismen een selectief voordeel. De specifieke soorten die de verschillende functies uitvoeren kunnen naar gelang de temperatuur wel veranderen. Blijkbaar worden de functies overgenomen door de nieuwe soorten. Ook zijn er binnen het bemeten temperatuurbereik in het veld (tot 39 °C) geen aanwijzingen gevonden voor toe- of afname van de biodiversiteit door de temperatuur. Dit is van belang voor de veerkracht van het microbiologische systeem.
Effecten van Menging
Naast de effecten van temperatuur op de ondergrond, is binnen meer met bodemenergie ook gekeken naar effecten van menging. Bij menging van grondwater met een verschillende samenstelling wordt de grondwaterkwaliteit beinvloed. Bij opensystemen vindt op een aantal manieren menging plaats. De mate waarin reacties kunnen plaatsvinden als gevolg van menging hangt af van de waterkwaliteitsverschillen die aanwezig zijn. De effecten door menging bij open systemen zijn daardoor sterk afhankelijk van de locale omstandigheden en de systeemeigenschappen.
zie ook: Autonome opwarming ondergrond
zie verder: Effecten van menging
terug naar introductiepagina meer met bodemenergie
Literatuur
MMB 2 Literatuuronderzoek - Overzicht van kennis en onderzoeksvragen rondom bodemenergie.
MMB 3, 4 Effecten op de ondergrond - Effecten van bodemenergiesystemen op de geochemie en biologie in praktijk.
MMB 6 Hogetemperatuurwarmteopslag - kennisoverzicht en praktijkmetingen rondom hogetemperatuurwarmteopslagsystemen.