Energia Geotérmica

Energia Geotérmica

Energia geotérmica é a energia térmica gerada e armazenada dentro da Terra. É a energia térmica que determina a temperatura da matéria. A energia geotérmica da Terra surgiu da formação original do planeta (20%) e do decaimento radioativo de minerais tais como o urânio e o potássio (80%). O gradiente geotérmico que é a diferença entre a temperatura do núcleo do planeta e a sua superfície origina uma condução contínua de energia térmica na forma de calor do núcleo para a superfície.

Esta energia em forma de calor pode ser usada praticamente em qualquer lugar: tão longe como nos profundos poços da Indonésia e tão próximo como nos fundos do seu quintal. Muitas regiões do mundo já vêem a energia geotérmica como uma solução barata e sustentável para diminuir a dependência em combustíveis fósseis, do aquecimento global e dos riscos a saúde pública que resultam do seu uso. Por exemplo: mais de 8900 MW de energia geotérmica são produzidas em grande escala, atualmente em 24 países, produzindo energia suficiente para suprir suas necessidades anuais que é o equivalente a suprir cerca de 12 milhões de domicílios. Usinas geotérmicas produzem 25% ou mais de eletricidade nas Filipinas, Irlanda e El Salvador. Os EUA possuem mais capacidade geotérmica do que muitos outros países, com mais de 3000 MW em oito estados, das quais 8% dessa capacidade encontram-se no estado da Califórnia, onde mais de 40 usinas geotérmicas fornecem aproximadamente 5% da eletricidade necessária. Em centenas de lares e prédios desse país bombas geotérmicas de calor empregam a temperatura estável do subsolo para aquecer e refrigerar de forma limpa e barata.

A palavra geotérmico tem raízes gregas: γη (ge), significando Terra, e θερμος (thermos), significando quente.

Fontes Geotérmicas

Abaixo da crosta terrestre existe uma camada de rocha quente e fundida chamada magma, onde o calor é continuamente produzido devido ao decaimento de materiais naturalmente radioativos. A quantidade de calor a 10000 m abaixo da superfície da Terra contém 50000 vezes mais energia do que todas as reservas de óleo e de gás natural do mundo!

As regiões com maiores temperaturas subterrâneas estão em áreas de vulcões ativos ou geologicamente jovens. Estes pontos quentes surgem em contornos de placas geológicas ou em locais onde a crosta é suficientemente fina para deixar o calor passar. A Coroa do Pacífico, também conhecida por Anel de Fogo, por causa de seus muitos vulcões, possui muitos pontos quentes, incluindo alguns nos estados americanos do Alaska, Califórnia e Oregon.

Estas regiões são também sismicamente ativas, pois movimentos causados por terremotos e o magma quebram as rochas de cobertura permitindo a circulação de água. Quando essa água brota na superfície, originam as fontes termais e geisers. Como exemplo podemos citar os geisers do parque Yellowstone, nos EUA. A água em tais sistemas pode chegar até os 200⁰ C. 

Geiser Old Faithful - Parque Yellowstone, EUA.

 

Pontos quentes sismicamente ativos não são os únicos locais aonde a energia geotérmica pode ser encontrada. Existe uma fonte permanente de moderado calor, adequada a qualquer projeto de aquecimento,, ou seja, de 10 a algumas centenas de metros abaixo da superfície, virtualmente, em qualquer lugar do planeta, no seu quintal, abaixo do chão de sua escola, existe calor suficiente para controlar a temperatura dentro de sua casa ou no interior de edifícios. Além disso, há uma vasta quantidade de energia calorífica disponível oriunda das formações de rochas secas bem abaixo da superfície (4 – 10 km). 

Utilizando um conjunto de modernas tecnologias conhecidas como “Enhanced Geothermal Systems (EGS)” é possível capturar esse calor para ser utilizado na produção de eletricidade em maior quantidade do que permite a atual tecnologia convencional.

 

Se estas fontes pudessem ser canalizadas, elas seriam de enorme potencial na produção de energia elérica.. Segundo o U. S. Geologycal Survey (USGS), numa primeira estimativa, durante 30 anos as fontes geotérmicas convencionais daquele país, localizadas em terras do governo e privadas de mais de 13 estados do oeste americano, teriam o potencial de produzir cerca de 8000 a 73000 MW, com uma média estimada em 33000 MW! O Geothermal energy Association estima que 132 projetos, atualmente, em desenvolvimento nesse país, proverá mais de 6400 MW. Com a melhoria das tecnologias de EGS, maiores fontes de energia geotérmica poderão ser desenvolvidas. Estudos do USGS descobriram que fontes geotérmicas oriundas de rochas secas podem fornecer adicionais 345100 a 727900 MW, com uma estimativa média de 517800 MW, significando que estas fontes poderão um dia, suprir os EUA de energia elétrica quase que em sua totalidade.

Além do mais, segundo o Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA, essas fontes geotérmicas são capazes de fornecer energia continuamente. Medidas de produtividade levando em conta a relação energia gerada em relação ao tempo comparado com o que seria produzido se usinas à base de carvão e de energia nuclear produzissem sem parar durante o mesmo período de tempo, concluiu-se que a energia geotérmica é um recurso indispensável capaz de prover uma energia limpa e mais sustentável.

Como a Energia Geotérmica é Capturada

Fontes Geotérmicas Adequadas a Usinas de Elétricas – A maneira mais comum de se capturar a energia de fontes geotérmicas é aproveitar a ocorrência natural dos sistemas convecção hidrotérmica, no qual água fria é infiltrada na crosta terrestre, é aquecida e então sobe à superfície. Quando a água aquecida é forçada até a superfície, é relativamente simples recolher o seu vapor e usá-lo para mover geradores elétricos. Usinas geotérmicas perfuram os seus próprios poços nas rochas a fim de capturar o vapor de maneira mais proveitosa.

Existem três projetos de usinas geotérmicas de eletricidade e todos retiram a água quente e seu vapor do solo, usa-o e então o devolve como água quente a fim de prolongar a vida útil da fonte geotérmica.

No projeto mais simples, o vapor é dirigido diretamente para a turbina e depois para um condensador no qual o vapor é condensado em água.

Usina elétrica de vapor seco.

turbine – turbina.

Generator – gerador.

Load – eletricidade.

Production well – poço de produção.

Injection well – poço de injeção.

Rock layers – camadas rochosas

Em uma segunda abordagem, água a elevada temperatura é despressurizada ou abruptamente transformada em vapor que então é usado para mover uma turbina.

Usina elétrica de vapor despressurizado.

Flash tank – tanque de despressurização.

Na terceira abordagem, chamada de sistema binário, água quente passa por um trocador de calor, onde ela aquece um segundo líquido, por exemplo, o isobutano, num ciclo fechado. Como o isobutano ferve a uma temperatura inferior a da água, é mais fácil convertê-lo em vapor e fazer esse vapor acionar uma turbina.

Usina elétrica de ciclo binário.

Heat exchanger with working fluid – trocador de calor com fluido de trabalho.

Usina elétrica geotérmica- Imperial Valley, California.

Usina elétrica de vapor seco.

A escolha de qual projeto utilizar, vai depender da fonte. Por exemplo, se a água brota diretamente do poço na forma de vapor, ele pode ser diretamente aproveitado, como no caso da primeira abordagem. Se a água estiver quente na temperatura adequada, a segunda abordagem pode ser aplicada ou pode passar por um trocador de calor, conforme a terceira abordagem.

Uma vez que existem mais fontes com água quente do que de vapor, a terceira abordagem tem encontrado maior aplicabilidade.

Bombas de aquecimento – Uma maneira bem mais convencional de utilizar a energia geotérmica é usando bombas geotérmicas de aquecimento, que fornecem calor e refrigeração às edificações. Elas aproveitam a vantagem de que na maior parte do ano, a temperatura a alguns metros da superfície se mantém constante, dessa forma, tanto o ar como um líquido anti congelante é bombeado através de tubos que estão enterrados no subsolo e então re circulados dentro das edificações. No verão, o líquido retira o calor dos prédios, levando-o para o solo. No inverno, ocorre o oposto: fornece ar e água pré aquecidos para as edificações.

No vídeo abaixo, alguns exemplos de fontes geotérmicas