Energia Geotérmica: Como Funciona, Vantagens e Desvantagens

POR Pedro Coelho

Publicado: domingo, 17 de maio de 2015

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A energia do calor da terra pode ser utilizada como uma fonte de energia de varias maneiras, podendo ser utilizada por estações de força para a geração de energia elétrica, sendo essa geração de energia elétrica a partir do calor da terra chamada de energia geotérmica. Essa fonte de energia abundante pode ser encontrada em vários locais pelo mundo, podendo ser encontrada tanto em poços profundos como na Indonésia ou em locais próximos de nós aqui no Brasil.

Esquema de funcionamento de uma usina de energia geotérmica

Muitas regiões do mundo já estão usando a energia geotérmica como uma solução acessível e sustentável para a redução da dependência dos combustíveis fósseis e o aquecimento global, junto aos riscos de saúde pública que resultam da sua utilização.

Por exemplo, a partir de 2013 mais de 11.700 megawatts (MW) de potência de geração era a capacidade das estações geotérmicas que estavam operando pelo mundo, sendo que esse número aumenta muito, ano após ano. Estas instalações geotérmicas produziram cerca de 68 bilhões de quilowatts-hora de eletricidade, o suficiente para satisfazer as necessidades anuais de mais de 6 milhões de típicas famílias americanas. As usinas geotérmicas representam mais de 25 por cento da eletricidade produzida na Islândia e em El Salvador.

Na Islândia, praticamente todos os prédios no país são aquecidos com água termal. Na verdade, a Islândia recebe mais de 50 por cento de sua energia primária a partir de fontes geotérmicas. Em Reykjavik - cuja população é de 118.000 habitantes - por exemplo, a água quente é canalizada dentro de 25 km de distância, e os moradores podem usá-la para o aquecimento e em suas torneiras de água quente.

Usina de energia geotérmica de Nesjavellir, Islândia. Foto de Gretar Ivarsson

Os Estados Unidos é o líder global em capacidade geotérmica instalada, possuindo mais de 3.300 megawatts em oito estados, sendo que oitenta por cento dessa capacidade está localizada na Califórnia, em que mais de 40 usinas geotérmicas fornecem quase sete por cento da eletricidade do Estado.

Em milhares de casas e edifícios em todo o Estados Unidos, o calor geotérmico bombeado também é usado para controle de temperatura, podendo ser usado para aquecer ou refrigerar edifícios, de forma limpa e barata.

Como funciona a energia geotérmica

Abaixo da crosta da Terra, há uma camada de rocha quente e derretida, que é chamado magma. O calor é continuamente produzido nesta camada, fazendo com que ocorra a decomposição natural de compostos radioativos, como por exemplo, o urânio e o potássio. A quantidade de calor dentro de 10.000 metros da superfície da Terra contém 50.000 vezes mais energia do que todos os recursos de petróleo e gás natural do mundo.

As áreas com as temperaturas subterrâneas mais altas estão em regiões com vulcões ativos ou geologicamente jovens. Esses “hot spots” (pontos quentes) ocorrem nos limites das placas tectônicas ou em locais onde a crosta é fina o suficiente para deixar o calor passar. A costa do Oceano Pacífico, muitas vezes chamada de Anel de Fogo pelos seus muitos vulcões, têm muitos “hot spots”, incluindo alguns no Alasca, na Califórnia e no Oregon. Em Nevada tem centenas de “hot spots”, que cobrem grande parte da região norte do Estado.

Nessas regiões que são sismicamente ativas, os terremotos e o movimento do magma quebram a cobertura de rocha, permitindo que a água circule. À medida que a água sobe para a superfície, águas termais e gêiseres ocorrem, tais como Old Faithful em Yellowstone National Park, nos Estados Unidos. Os vapores nesses sistemas podem chegar a ter mais do que 200 ° C.

A fonte termal Morning Glory, que fica no Parque Nacional de Yellowstone (EUA), possui coloração em tons de marrom, laranja e amarelo, devido à presença de microrganismos termófilos

Os hot spots sismicamente ativos não são os únicos lugares onde a energia geotérmica pode ser encontrada. Existem lugares onde há um fornecimento de calor mais ameno, que é mais útil para fins de aquecimento direto, podendo ser encontrado em profundidades de qualquer lugar de 10 a algumas centenas de metros abaixo da superfície praticamente em qualquer local na Terra, sendo que até mesmo o chão abaixo de seu próprio quintal ou na escola local possa ter o calor suficiente para controlar o clima em sua casa ou outros edifícios na comunidade. 

Além disso, há uma grande quantidade de energia térmica disponível a partir de formações de rocha secas bem abaixo da superfície (cerca de 4-10 km), e usando a tecnologia emergente conhecida como Enhanced Geothermal Systems (EGS, ou em português, Sistemas Geotérmicos Aprimorados (SGA)), poderíamos ser capazes de captar esse calor para produção de eletricidade em uma escala muito maior do que as tecnologias convencionais atualmente permitem. No entanto, essa tecnologia ainda está em testes.

Sendo que se todo o potencial econômico dos recursos geotérmicos pudesse ser aproveitado, elas representariam uma enorme fonte de capacidade de produção de elétrica, podendo ser uma possível solução para os futuros problemas energéticos.

Como a energia geotérmica é transformada em energia elétrica

A tecnologia para a obtenção de energia geotérmica vem evoluindo muito com o passar dos anos. Atualmente, a forma mais comum de se obter energia geotérmica é a partir de fontes geotérmicas, em que ocorre naturalmente em um sistema hidrotermal de convecção, onde a água se infiltra na crosta terrestre, em seguida é aquecida e transformada, voltando para a superfície. Uma vez que esta água aquecida é forçada para a superfície, é uma questão relativamente simples, para capturar o vapor e usá-lo para impulsionar geradores elétricos. As centrais geotérmicas perfuram seus próprios buracos na rocha para capturar de forma mais eficaz esse vapor.

Existem três modelos básicos de usinas de energia geotérmica, os quais puxam água quente e vapor a partir do solo, usam-no, e depois o devolvem como água quente para prolongar a vida útil da fonte de calor. São eles:

Usinas de energia de vapor seco

Nesse tipo de usina, o vapor é a principal fonte de energia, sendo extraído do poço de produção e deslocado diretamente para uma turbina que aciona um gerador que produz eletricidade. Estas plantas emitem apenas vapor em excesso e quantidades muito menores de gases.

esquema de funcionamento de uma usina de energia de vapor seco

Sistemas de usinas de vapor seco foram os primeiros tipos de plantas de geração de energia geotérmicos construídos (eles foram usados pela primeira vez em Lardarello na Itália, em 1904). A Tecnologia a vapor ainda é eficaz até os dias de hoje, sendo atualmente usada na maior fonte mundial de energia geotérmica, o The Geysers, no norte da Califórnia.

Usina de energia geotérmica The Geysers

Usina de energia de flash de vapor

A Usina de energia de Flash de vapor é o tipo mais comum de usina de geração de energia geotérmica em funcionamento hoje. A água quente juntamente com vapor a temperaturas superiores a 180 ° C é bombeada em alta pressão para um tanque de Flash na superfície, onde se separa o vapor da água, e em seguida, o vapor é usado para acionar uma turbina que aciona um gerador de energia. A água que permanece no tanque pode ser aproveitada novamente em um segundo tanque de flash para extrair ainda mais energia.

Esquema de funcionamento de uma usina de energia de flash de vapor

Usina de energia de ciclo binário

A usina de energia de ciclo binário se difere dos outros dois tipos de usinas, onde água nunca entra em contato com as unidades de turbina / gerador. Nesse tipo de usina, a mistura bifásica água-vapor passa por um trocador de calor, em que troca calor com um fluido secundário, que se vaporiza e impulsiona as turbinas, acionando assim o gerador de energia elétrica.

Esquema de funcionamento de uma usina de energia de ciclo binário

As usinas de ciclos binários são sistemas de circuito fechado, e praticamente nada (exceto vapor de água) é emitido para a atmosfera. A mistura água-vapor abaixo de 149°C representa o recurso geotérmico mais comum, sendo que em um futuro próximo, uma proporção significativa de eletricidade poderá vir de usinas de ciclo binário.

Vantagens e Desvantagens da Energia Geotérmica

As vantagens dessa energia são: a extremamente baixa emissão de poluentes (quase nula), a área necessária para a utilização dessas instalações é pequena e pode abastecer muitas comunidades isoladas. 

Porém, a desvantagem dela é que essa fonte de energia é muito cara e pouco rentável, podendo ocasionar o esgotamento do campo geotérmico, e o calor perdido aumenta a temperatura do ambiente. Além disso, também  pode ocorre a emissão de ácido sulfídrico, que é extremamente nocivo à saúde.

O futuro da energia geotérmica

Os custos de eletricidade a partir de instalações geotérmicas também estão se tornando cada vez mais competitivos. Nos Estados Unidos, a Administração de Informação Energética (AIE, inglês EIA, Energy Information Administration) projeta que o custo nivelado de energia para as novas instalações geotérmicas (que vêm em linha em 2019) será inferior a 5 centavos de dólar por quilowatt-hora (kWh), e com isso, poderá ser mais econômica que as plantas de gás natural e carvão. Além disso, a energia geotérmica poderá ser mais usada como fonte de aquecimento para casas e edifícios.

Usina geotérmica de Salt Wells, Nevada, foto tirada pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos.

Hoje, os poços de petróleo e gás já em produção representam uma grande fonte em potencial de geração de energia geotérmica, pois em muitos reservatórios de petróleo e gás existentes, uma quantidade significativa de água a alta temperatura ou em condições de alta pressão adequadas estão presentes, o que poderia permitir a coprodução de energia elétrica juntamente com a extração de petróleo e gás natural. Em alguns casos, a exploração desses recursos geotérmicos poderia até mesmo aumentar a extração de petróleo e gás.

Segundo o Departamento de Energia Norte Americano, uma média de 25 bilhões de barris de água quente são produzidos em poços de petróleo e gás dos Estados Unidos a cada ano. Esta água, que tem sido historicamente vista como um inconveniente para os operadores, poderia ser utilizada para produzir até 3 gigawatts de energia limpa e confiável, pois, esta energia poderia não só reduzir as emissões de gases de efeito estufa, ela poderia também aumentar a rentabilidade e aumentar a vida útil econômica de infraestrutura dos poços de petróleo e gás existente.

O gabinete do Departamento está trabalhando em direção a uma meta de alcançar produção generalizada de energia geotérmica de baixa temperatura até 2020.

Referências

• Fontes alternativas de combustíveis para obtenção de energia elétrica, Carolina Sobral, Stephanie Telmo, Santos, São Paulo, 2014.
• http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/how-geothermal-energy-works.html#.VVJHi_lVhBc (acessado em 15/05/2015 as 15:31)
• http://geo-energy.org/pdf/reports/2013AnnualUSGeothermalPowerProductionandDevelopmentReport_Final.pdf (acessado em 15/05/2015 as 15:36)
• http://energy.gov/eere/geothermal/photos/geothermal-photo-gallery (acessado em 12/05/2015 as 15:40)
• http://geo-energy.org/events/2013%20International%20Report%20Final.pdf (acessado em 15/05/2015 as 16:13)
• http://www.energy.ca.gov/tour/geysers/ (acessado em 15/05/2015 as 16:31)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)