Energia Geotérmica

Primeiramente, o que significa “Geotérmica”?
Geotérmica significa terra calor ou calor a partir da Terra. Este calor origina no núcleo da Terra, onde as temperaturas atingem 7000 graus centígrados, e são continuamente conduzidas para a parte de fora da superfície. O calor no núcleo da Terra é mantido através do constante decaimento de elementos radiativos no núcleo.
Há cinco fontes potenciais de energia geotérmica: hidrotermal reservatórios hidrotérmicos, energia da terra, salmoura geopressurizada, pedra quente e seca e magma. As duas primeiras fontes já estão em uso generalizado enquanto os três últimos só podem ser acessados por tecnologias avançadas e técnicas de engenharia. Estas tecnologias são apenas teóricas ou experimentais atualmente.

Reservatórios hidrotérmicos são grandes piscinas de vapor ou água quente, aprisionado em rochas porosas, que têm sido aquecidos pela energia a partir do núcleo da Terra. Eles só podem ser encontrados em algumas áreas do mundo, por exemplo, Japão, Nova Zelândia, e de outros países situados na região do ‘Anel de Fogo’ no Pacífico. Há também pontos quentes geotérmicos em lugares como Hawaii e Parque Nacional de Yellowstone, no EUA. Outros importantes reservatórios hidrotérmicos podem ser encontrados em países como a Islândia, Itália ou aquelas, ao longo do cinto geotérmico do Himalaia.
A energia da Terra pode ser encontrada praticamente em qualquer parte do mundo, e remete para a "massa térmica" superficial do solo. Isto significa que o solo e águas subterrâneas, a uma profundidade superficial, de cerca de 10 metros abaixo da superfície, mantém uma temperatura constante de cerca de 10 a 16 graus Celsius durante o ano todo. Nós somos capazes de usar essa a nossa vantagem no fornecimento barato de calor e de frio.

História

A data do uso direto de energia geotérmica é datada de milhares de anos atrás.
Por exemplo, existem evidencias de que os japoneses usavam fontes térmicas para tomar banho e cozinhar desde 11.000 aC. É também conhecido que os Índios Nativos Americanos acampavam perto de fontes térmicas na América do Norte por volta de 3.000 depois e utilizavam as fontes para se banhar e para propósitos medicinais.
Grandes ‘banhos romanos’ utilizando água quente natural foram construídos durante o império Romano a mais de 2000 anos atrás. A água era usada para aspectos medicinais, assim como para aquecimento.
A partir do século IX dC, as pessoas na Islândia plantavam suas culturas em terreno naturalmente aquecido. Isso teve o efeito de promoção de crescimento vegetal e trazendo uma colheita mais cedo. Um pouco mais tarde, em áreas de atividade geotérmica importante na Nova Zelândia, o povo Maori utilizava o solo aquecido para a cozedura a vapor.
Quase setecentos anos atrás, água quente, de até 85 graus Celsius a partir da bacia sedimentar Paris, em França, foi utilizada para aquecer edifícios. Spas minerais se tornaram extremamente popular em toda a Europa durante os últimos trezentos anos.
A energia geotérmica foi primeiramente utilizada para gerar energia elétrica em 1904 na Itália, utilizando aquilo que é conhecido como um "vapor seco". O campo geotérmico, em Lardarello na Toscana, ainda está em uso hoje.

Uso direto da energia geotérmica

Água quente vinda do subterrâneo, mas perto da superfície da Terra é canalizado diretamente nas instalações onde será usado. Usos comuns incluem spas, aquecimento de edifícios, estufas, piscicultura, estradas e vias. Outros usos incluem lavagem de lã, pasteurização de leite, desidratação de fruta, produção de papel e vários processos industriais.
Às vezes, uma extensa rede de canos pode ser utilizada para entregar água quente para todos os edifícios em um subúrbio ou cidade. Isso é chamado de um "regime de aquecimento urbano" e o melhor exemplo é a atual cidade de Reykjavik, capital da Islândia, onde praticamente todos os residentes recebem água quente canalizada.
A energia da Terra é utilizada diretamente pelas bombas de calor geotérmico (GHP's) para fornecer aquecimento ou esfriamento de baixo custo para um edifício. Tal como referido acima, no terreno logo abaixo da superfície da Terra mantém uma temperatura constante durante todo o ano, que pode ser usado para a nossa vantagem.
Existem essencialmente três componentes de uma GHP. Em primeiro lugar existe um permutador de calor, que é um sistema de tubos chamado um loop, enterrado no solo superficial perto do edifício que está a ser aquecido ou resfriado. Uma mistura de água e anticongelante é circulada pelo tubo e este líquido ou absorve calor ou libera calor no solo. O segundo componente de uma GHP é um sistema de dutos no interior do edifício, através da qual ar quente ou frio pode ser circulado. O terceiro componente é uma bomba de calor, que transfere calor entre o circuito e os dutos.
No inverno, porque o solo é mais quente que o ar, o calor da terra é transferido para o edifício, e este processo é invertido no verão. Como a eletricidade está sendo usada apenas para mover o calor em vez de gerar ele, a GHP é mais eficiente e rentável do que os métodos tradicionais de controle da temperatura.

Gerando eletricidade com a energia geotérmica

As centrais elétricas drenam vapor ou água muito quente de poços perfurados de reservatórios geotérmicos que estão pelo menos a uma milha abaixo da superfície. Atualmente existem três tipos diferentes de energia geotérmica em funcionamento comercial.

1. Plantas secas pelo vapor
O vapor é canalizado diretamente de um reservatório de energia geotérmica para ligar a turbina o gerador na superfície. Nota-se que o vapor seco é um recurso de alto grau mas relativamente raro. Por exemplo, nos EUA só existe uma área onde o vapor seco está disponível para uso comercial, sendo esta o campo de ‘Geysers’ no norte da Califórnia.

2. Plantas vaporizadas
Estes são os tipos mais comuns de energia geotérmica por plantas. Eles pegam água superaquecida, de pelo menos 182 graus C (360 graus F) de um reservatório bem fundo onde a água está sob alta pressão. A pressão previne a água de se tornar vapor, embora esteja mais quente do que o normal ponto de ebulição.
3. Ciclo de plantas binário
Neste ciclo a temperatura da água está na faixa de 107 e 182 graus C (ou 225 a 360 F). Isto não é suficientemente quente para a água se transformar em vapor mas o calor pode ser usado para ferver um fluido secundário. O fluido secundário tem um ponto de ebulição muito mais baixo do que o da água e normalmente é um composto orgânico como isopentano e isobutano. A água geotérmica é canalizada junto com o fluido secundário, em um permutador de calor, aquecendo o fluido secundário e tornando-se vapor, que é então utilizado para acionar as turbinas.
A água é injetada de volta ao solo para ser reaquecida enquanto o líquido secundário é recondensado em um líquido para ser re-utilizado. Não existem emissões causando poluição do ar desse tipo de energia.

Uso de energia geotérmica

Em 1999, a capacidade instalada total de eletricidade produzida a partir da energia geotérmica no mundo todo foi de pouco mais de 8000 megawatts (MW). Isso equivale a cerca de um quarto de um por cento do total da capacidade de geração de eletricidade instalada no mundo.
O EUA responde por pouco mais de um terço da capacidade mundial instalada geotérmica. A partir de 1998, o EUA tinha uma capacidade de cerca de 3000 MW. Dito de outra forma, aproximadamente 0,4% da eletricidade produzida na EUA anualmente provém de fontes geotérmicas. Tratar-se-ia ter queima 60 milhões de barris de petróleo para produzir a mesma quantidade de eletricidade.
As maiores centrais de energia geotérmica em todo o mundo estão localizadas na área dos Geysers, no norte da Califórnia, EUA. A produção começou aqui em 1960 e mesmo que a pressão do vapor e consequentemente da produção de eletricidade diminuíram desde 1989, os campos ainda tinham uma capacidade de cerca de 1100 megawatts em 1998.
Das tecnologias de energias renováveis, geotérmica é a terceira mais popular, depois de hidroeletricidade e da biomassa. Embora o potencial da energia geotérmica esteja praticamente ilimitado, ele irá exigir progressos significativos nos métodos de engenharia e tecnologia antes que seja possível ter acesso pleno a ele.
O uso direto de energia geotérmica para aquecimento e outros propósitos fornecem o equivalente a quase 10000 megawatts térmicos, em todo o mundo em 1998.

Aspectos Positivos e Negativos
Todas as formas de geração de energia elétrica apresentam algum tipo de impacto ambiental. Abaixo, são apresentadas os principais benefícios e as desvantagens das usinas geotérmicas.

Aspectos positivos:
-Umas das mais benignas fontes de energia.
-Mais barata que os combustíveis fósseis.
-A emissão de gases poluentes (CO2 e SO2) é praticamente nula.
-Produz energia independente de variações como chuvas, níveis de rios, etc.
-A área requerida para a instalação da usina é pequena.
-Estimula os negócios regionais.
-Pode abastecer comunidades isoladas.
-Baixo custo de operação, devido ao baixo custo do combustível. Geração de empregos (mão-de-obra barata e especializada).

Aspectos negativos:
-É uma energia muito cara e pouco rentável.
-Pode causar deterioração ao ambiente, ainda que a reinjeção de água seja feita.
-Pode levar o campo geotérmica ao esgotamento.
-A energia deve ser posta em uso no campo geotérmico ou próximo dele.
-O calor perdido aumenta a temperatura do ambiente.
-Emissão de H2S (ácido sulfídrico) com odor desagradável, corrosivo e nocivo à saúde. Altos custos para reconhecimento e pesquisa do local.

A fim de criar condições de aproveitamento da energia do interior da terra, cientistas dos Estados Unidos utilizaram o processo seguinte:

A uma determinada distância, algumas centenas de metros, dois furos foram abertos na crosta terrestre até uma profundidade de cinco mil metros, com um diâmetro aproximado de um metro cada furo, atingindo, na parte mais profunda dos furos, a temperatura de quinhentos graus centígrados e, sob pressão, forçava-se a passagem da água de um dos furos, através das fissuras da rocha, para o outro furo, havendo assim uma troca térmica, onde a água aquecida, subindo pelo segundo furo, será recebida, na superfície, em caldeiras ou captadores de vapor que irão acionar as turbinas geradoras de energia elétrica.
Esta metodologia fracassou pelo fato de ser praticamente impossível realizar perfurações até esta profundidade, utilizando-se brocas convencionais de vídia ou diamantes que rapidamente se desgastam e se danificam devido ao calor a tal profundidade, além da dificuldade na troca de hastes, brocas, barriletes e retirada do entulho proveniente da perfuração.
Este projeto foi inviabilizado devido ao custo e as dificuldades operacionais.
Na década de 80, foi proposto um método que veio, finalmente, criar condições de aproveitamento da energia térmica do interior da terra, método proposto por um cientista alemão.
Na prática, o método se parece muito com o dos americanos, variando apenas, o equipamento perfurante das rochas que consiste no seguinte:
Uma cabeça de broca, formada por uma liga de tungstênio, em forma de um projétil ou cone, com aproximadamente um metro de diâmetro por cinco de comprimento que funciona como maçarico, alimentado por uma chama de hidrogênio/oxigênio, sob pressão, capaz de produzir uma chama de três mil graus centígrados, temperatura capaz de fundir qualquer tipo de rocha.
O equipamento, o maçarico, é pressionado por um sistema hidráulico em direção à chama, contra a crosta da terra em inicio de fusão. Durante a operação, o equipamento é alimentado com hidrogênio e oxigênio a alta pressão que têm a função de combustível e comburente, respectivamente. A refrigeração do maçarico é feita por nitrogênio líquido que circula internamente no equipamento.
Apesar do calor de três mil graus centígrados, da fusão da rocha, da alta pressão dos gases de combustão, cerca de mil atmosferas, uma penetração contínua, sem falha de material, em profundidade de mais de dez mil metros, através da alta temperatura de fusão do raio focal do hidrogênio/oxigênio, a rocha será fundida com grande velocidade de perfuração, quase dez vezes a velocidade de perfuração pelos processos convencionais, quase duzentos metros por dia, caindo os gastos e custos na mesma proporção.
O produto da combustão do hidrogênio/oxigênio, vapor de água, produz no processo de fusão da rocha uma diminuição do ponto de fusão da rocha e causa, por isso, uma economia de energia porque o vapor de água será absorvido pela massa fundida ou deslocada durante o processo de perfuração.
O maçarico é refrigerado internamente com nitrogênio líquido, sob pressão, que além de aumentar a vida útil do equipamento, por ser um gás não combustível, protege-o contra possíveis vazamentos que poderiam causar acidentes com o combustível.
O sistema é capaz de agüentar o efeito corrosivo da massa fundida de rocha super aquecida. Assim, é possível realizar em qualquer subsolo uma perfuração contínua, mesmo com um diâmetro grande de furo, com alta velocidade de penetração, com qualquer seção ou forma de furo e, conforme a necessidade, vertical, horizontal ou inclinada, sempre apresentando, como produto final, um revestimento no furo, não corrosível ou desgastável pelo tempo ou pelo uso, perfeitamente impermeável, formado pela vitrificação da própria rocha fundida e cravada, sob pressão, nas fissuras e reentrâncias da própria rocha.

O futuro para a energia geotérmica

Existem recursos de rocha quente e seca em todos os lugares ao longo de todo o mundo a uma profundidade de 3 a 5 milhas. O futuro da energia geotérmica reside em ser capaz de chegar a esses recursos. Isso seria realizado pela perfuração de poços nas rochas em dois locais, injetando água fria em um poço antes de circulá-la pela rocha e retirando a água agora aquecida do segundo poço. Isto exigiria um processo de manter a rocha mais porosa, ou seja, quebrando ela. Uma usina experimental que utiliza rocha quente e seca existe hoje na Inglaterra.
Há também sugestões de um dia retirar energia diretamente da rocha fundida que existe embaixo da crosta da Terra. O aprofundamento de pesquisas e desenvolvimento é obviamente necessário antes que isto possa se tornar realidade, mas quando acontecer, iremos ter acesso à energia praticamente ilimitado.

O custo da produção de eletricidade a partir da energia geotérmica

Atualmente, o custo da geração de eletricidade varia de 5 a 8 centavos americanos por kilowatt/hora (kWh); este comprar a 1.5 centavos americanos por kWh de energia convencional. Centrais de energia geotérmica recentes são muitas vezes mais caras porque elas são obrigadas a utilizar reservatórios geotérmicos que são mais profundos e/ou mais frios que os recursos utilizados anteriormente por plantas anteriores. Mais e mais poços profundos têm que ser perfurados para produzir a quantidade equivalente de eletricidade das antigas centrais elétricas.

"A política energética deverá ser derivada da política ambiental no futuro."
Timothy Wirth