Enegia Geotermica

Energia Geotérmica

Camila Gutierrez Bastos

Engenharia Ambiental e sanitária

Universidade da Amazônia – UNAMA

Resumo: Este artigo tem o objetivo de informar sobre a energia geotérmica como fonte geradora de energia elétrica, explicando seu histórico, seus benefícios e malefícios e suas aplicações. Energia geotérmica ou geotermal e a energia obtida através do calor da terra, tal energia era muito utilizada na antiguidade através das águas quentes em termas, os romanos a utilizavam para a medicina, aquecer edifícios e cozinhar. Neste arquivo vamos expor sua empregabilidade na atualidade, como essa energia e extraída do centro do planeta e transformada em energia elétrica e sua ligação com o meio ambiente.

Abstract: This paper aims to report on geothermal energy as a source of electricity explaining its history, its benefits and drawbacks and its applications. Geothermal or geothermal energy and energy obtained through the heat of the earth, so much energy was used in antiquity through the warm waters at Spa, the Romans used for medicine cooking and heating buildings. In this file we will expose their employability in today, and how this energy extracted from the center of the planet and transformed into electrical energy and its connection to the environment.

Palavra- chave: Energia geotérmica, Aplicações, Usinas geotérmicas, Bombas geotérmicas, Vantagens e desvantagens.

Introdução

A partir revolução industrial vem crescendo a demanda por energia elétrica, atualmente a maioria se não todos os aparelhos e máquinas utilizam a energia elétrica como fonte energética, crescendo cada vez mais a demanda por este recurso e tendo em vista que as fontes energéticas mais utilizadas atualmente pela sociedade são não renováveis como fontes os combustíveis fósseis como o petróleo e o carvão mineral que causam grandes problemas ambientais e com o objetivo de desenvolver fontes menos agressivas foram criadas as fontes alternativas ou renováveis que poluem pouco o ambiente onde se classifica a energia geotérmica. Além de ser confiável e totalmente renovável de eletricidade e calor. Ela está sempre disponível, ao contrário da energia solar ou eólica.

O Termo Geotermia vem do grego geo e therme e significam, respectivamente, terra e temperatura, sendo que Wicander (2009) pontua em sua obra “Fundamentos da Geologia” que esta energia “é qualquer energia produzida pelo calor interno da Terra”.

O Interior da terra

A Terra possui diversas camadas rochosas até o seu núcleo, estas camadas em conjunto denomina-se Manto Terrestre. Neste manto há uma camada localizada entre 15 e 150 quilômetros de profundidade, em relação à superfície terrestre, que possui magma (rochas fundidas no interior da terra) em abundância. O Magma em condições ideais de temperatura e pressão é capaz de alcançar uma temperatura máxima de aproximadamente 1.560 graus centígrados (°C), esta temperatura, como nota-se, é extremamente alta, sendo alta o suficiente para aquecer os lençóis freáticos. Ressaltando que lençóis freáticos são reservatórios de água localizados nas fraturas produzidas pelo movimento constante das placas tectônicas.

A água dos lençóis freáticos submetida a altas temperaturas passa do seu estado líquido para o gasoso através do processo de ebulição, este fenômeno formará reservatórios de vapor seco e água fervente, dando origem as águas termais essas águas possuem temperatura superior há 70°C, chegando no limite máximo de 150°C.Esse processo de aquecimento da água se da na maior parte por radiação onde o calor do magma e transferido para as camadas terrestres alcançando também os lençóis.

Há casos extremos em que a pressão é tão alta (o que significa a presença de altíssimas temperaturas) que acaba ocasionando “explosões” de água e vapor do interior da Terra para a sua superfície através de fissuras na crosta terrestre, este fenômeno é conhecido como: geyser. Alguns exemplos deste fenômeno são os encontrados nos Estados Unidos da América. Os jatos de águas são tão quentes que ao entrar em contato com a pele gera queimaduras, sendo o limite que estes jatos quentes podem alcançar é de 30 metros de altura.

A Energia Geotérmica baseia-se justamente neste principio de funcionamento interno do planeta, o aquecimento dos lençóis freáticos a partir do magma, porém o homem a utiliza para processos específicos. Estes irão utilizar a água aquecida em prol de tratamentos médicos, usos cotidianos, aquecedores naturais, e, quando a temperatura for alta o suficiente, seu vapor quando em quantidade suficiente, principalmente, será utilizado para a geração de energia elétrica e na indústria.

Historia da geotermia para geração de energia elétrica

A primeira usina de energia geotérmica foi construída em Larderello, Itália, em 1904. Um grupo liderado por Prince Piero Ginori Conti desenvolveu uma forma de usar o vapor de fumarolas locais para movimentar turbinas e alimentar um gerador. Essa usina ainda está em operação. Na década de 1950, o governo da Nova Zelândia começou a estudar a possibilidade de usar o campo geotérmico de Wairakei para gerar energia. O campo incluía gêiseres, fumarolas, fontes termais e piscinas de lama. A usina geotérmica de Wairakei, a segunda no mundo, foi inaugurada em 1958. A maior usina de produção de eletricidade geotérmica é a The Geysers, próximo a Santa Rosa, Califórnia. A usina foi inaugurada em 1960. Embora na verdade não exista nenhum gêiser nessa localidade, bueiros de vapor existem em toda a região. A usina de Geysers produz cerca de 750 megawatts de energia suficiente para uma cidade do tamanho de São Francisco.

Desde 2000, a geração de energia geotérmica triplicou na França, na Rússia e no Quênia. Países tão diversos quanto Filipinas, Islândia e El Salvador produzem uma média de 25% de sua eletricidade a partir de fontes geotérmicas, ao passo que o Tibete suprem 30% de suas necessidade energéticas dessa forma.

Produção de energia elétrica.

As usinas geotérmicas usam um de três processos diferentes para gerar eletricidade. Usinas de vapor direto ou vapor seco são construídas em localidades onde os principais recursos hidrotérmicos são bueiros de vapor. Um poço de produção captura o vapor pressurizado que escapa do solo e o envia a uma turbina através de uma tubulação. A turbina consiste em uma série de pás anguladas montadas em um eixo central. O vapor pressurizado passa através da turbina, fazendo com que ela gire em seu eixo central. A turbina em movimento, por sua vez, alimenta um gerador. A água esfria e volta ao solo. Larderello e The Geysers são exemplos de usinas de vapor direto.

Uma usina de vapor flash utiliza água em temperaturas acima de 180ºC (360ºF) para fazer vapor. A técnica de flash pega água quente profunda, em alta pressão, e a pulveriza em tanques de baixa pressão. A água rapidamente volta ao estado de vapor, “em um flash,” criando algo chamado de “vapor flash.” Esse vapor em alta pressão movimenta as turbinas, que alimentam o gerador e produzem eletricidade. A água resfriada é injetada de volta ao solo.

Uma usina de ciclo binário utiliza água geotérmica moderadamente quente, de 107 a 182ºC (225 a 360ºF). A água geotérmica entra em um trocador de calor, onde passa por um fluido secundário com um ponto de ebulição muito mais baixo que o da água. O calor geotérmico faz com que o fluido secundário se transforme em vapor “em um flash”, movimentando as turbinas. A água geotérmica nunca chega à turbina diretamente; ela é injetada de volta ao solo a partir do trocador de calor. A maioria dos recursos geotérmicos recai na categoria de temperatura moderada; assim, a construção de usinas binárias é a mais provável no futuro.

Usinas de energia geotérmica binárias não causam emissões de nenhum gás. Contudo, usinas de vapor flash e vapor seco emitem quantidades relativamente pequenas de CO2, dependendo do teor da água. Também é emitido um pouco de sulfeto de hidrogênio, mas não em quantidades significativas para contribuir para a chuva ácida. Em função dos compostos sulfúricos dissolvidos na água subterrânea, as usinas emitem um cheiro de enxofre que desagrada às pessoas. Nos Estados Unidos, as usinas de energia geotérmica precisam remover o sulfeto de hidrogênio, seja por sua queima ou por sua conversão em dióxido de enxofre. O dióxido de enxofre pode então ser dissolvido ou convertido em ácido sulfúrico e vendido. Sais e minerais retirados da água são injetados de volta ao reservatório subterrâneo. Um pouco de lama também é produzido; a lama está atualmente sendo processada para remover minerais valiosos.

Bombas de calor geotérmico

Como todos sabemos, a temperatura na superfície da Terra varia muito, dependendo da localidade, elevação, estação do ano e clima atual. No subterrâneo, a história é outra. A 30,5 a 122 metros abaixo da superfície da Terra, a temperatura se estabiliza em uma faixa entre 7 e 21ºC (45 e 70ºF), dependendo da latitude. A bomba de calor geotérmico pega esse calor subterrâneo e o traz à superfície, onde ele pode ser usado para aquecer um edifício em clima fresco. O sistema pode ser revertido, de forma que, em climas quentes, o calor é removido da casa e bombeado a uma porção subterrânea para resfriar. Parte do calor removido em um clima quente pode ser usado para aquecer água.

Esse conceito é antigo. O matemático e físico britânico Lord Kelvin concebeu a idéia de uma bomba para retirar calor do solo em 1852, mas nunca desenvolveu o conceito além disso. O primeiro sistema moderno de bomba de calor geotérmico foi instalado em uma casa em Indianapolis, Indiana, em 1945. O interesse nesse método de aquecimento permaneceu baixo até que os preços do petróleo subiram vertiginosamente, na década de 1970. Nessa época, houve interesse nesses sistemas também na Europa. Bombas de calor geotérmico continuam a ser usadas principalmente na América do Norte e na Europa.

A maioria das bombas de calor geotérmico utiliza um sistema de alça fechada. Uma série de tubulações é instalada no subterrâneo. Essas tubulações pode ser retas ou em alças, horizontais ou verticais, e podem ficar no solo, na água subterrânea ou sob um lago, se houver um por perto. Um fluido de troca de calor preenche as tubulações. O fluido pega o calor subterrâneo e o leva até o edifício. Dentro do edifício há um trocador de calor, que pega o calor do subterrâneo e o transfere para um sistema de compressão. O calor comprimido é então distribuído para todo o edifício através de dutos de aquecimento. O calor também pode ser usado para fornecer água quente.

O outro tipo de bomba de calor geotérmico é um sistema de alça aberta. Esse sistema utiliza água subterrânea como o fluido de troca de calor. Dois poços são perfurados: um para trazer a água subterrânea mais quente à superfície, e um para injetá-la de volta ao reservatório depois que o calor foi removido. Esse tipo de sistema exige uma água subterrânea facilmente acessível e muito limpa.

A bomba e o trocador de calor internos geram eletricidade, de forma que a bomba de calor geotérmico não substitui completamente os combustíveis fósseis. Contudo, ela torna um edifício mais eficiente em energia, reduzindo a dependência do petróleo, gás natural ou eletricidade para a geração de calor.

Energia geotérmica atualmente

A cidade islandesa de Reykjavik é uma das mais limpas do mundo em emissões de dióxido de carbono (CO2). Geológicamente privilegiado, o município de cerca de 200 mil habitantes tem o maior sistema de aquecimento geotérmico do planeta, que utiliza água quente natural para fornecer calor aos edifícios e casas desde 1930.

Todos os dias, a energia proveniente de fontes termais subterrâneas (geotérmica) é usada para gerar eletricidade e aquecimento a 95% das residências da cidade. Entre 1944 e 2006, foram reduzidas as emissões de 110 milhões de toneladas de CO2, diminuição que evitou o lançamento de até 4 milhões de toneladas do gás de efeito estufa por ano.

Em 2004, a cidade de Reykjavik respondeu por 53,4% do consumo nacional oriundo de fontes subterrâneas. Em seguida, o petróleo representou 26,3%, as hidrelétricas representaram 17,2% e a queima de carvão outros 3%. O município produz ainda 26,5% da eletricidade da Islândia, onde 87% das necessidades de aquecimento para habitação e construção são supridas pela energia geotérmica.

A próxima meta do poder público da cidade em parceria com a empresa Reykjavik Energy é fazer com que a cidade seja 100% abastecida com energia renovável nos próximos anos.

As aplicações nos últimos anos não se resumem apenas a Islândia, mas também a França, Portugal, México, Japão, Filipinas e os Estados Unidos, além de outros países. O Brasil tem iniciado pesquisas para esta energia usando o Aquífero Guarani que faz parte do Brasil, Argentina, Paraguai e Uruguai, sendo este o maior aquífero do mundo, no entanto esta fonte chega a apenas 60°C, porém as pesquisas iniciadas em 1984 na Bahia, acabaram não prosperando, ao menos, não foram divulgadas.

As últimas notícias sobre essa pesquisa apontam que ela encontra-se em modo exploratório, apesar do material necessário para este tipo de pesquisa e perfurações ser muito caro podendo chegar a € 3600 euros/dia, o que provavelmente pode ter inviabilizado a pesquisa, mas estas são apenas especulações.

Vantagens e desvantagens

As centrais geotérmicas, como vento e centrais solares, não têm de queimar combustíveis para manufaturar o vapor para mover as turbinas. A geração de eletricidade com a energia geotérmica ajuda a conservar combustíveis fósseis não renováveis, e reduzindo o uso desses combustíveis, reduzimos emissões que prejudicam a nossa atmosfera. A área de terreno necessária para centrais geotérmicas é menor por megawatt do que para quase cada outro tipo de centrais. As instalações geotérmicas não precisam de barrar rios ou de colher florestas - e não há cabos de minas, túneis, covas abertas, pilhas de lixo ou derramamentos de óleo.

As centrais geotérmicas são projetadas para funcionar 24 horas por dia, durante todo o ano. Uma central geotérmica situa-se diretamente por cima da sua fonte de combustível. É resistente a interrupções de geração de energia devido a condições atmosféricas, catástrofes naturais ou cisões políticas que podem interromper o transporte de combustíveis. As centrais são flexíveis podem ter desenhos modulares, com unidades adicionais instaladas em incrementos quando necessário para se ajustar à crescente procura de eletricidade. Os projetos geotérmicos podem oferecer todos os benefícios acima mencionados para ajudar os países em desenvolvimento a crescer sem poluição. E as instalações em localizações remotas podem levantar o nível e qualidade de vida trazendo eletricidade a pessoas longe dos centros demográficos "eletrificados".

Aproximadamente todo o fluxo de água geotérmico contém gases dissolvidos, sendo que estes gases são enviados para a central geotérmica juntamente com o vapor de água, acabando por se libertar para a atmosfera.

Por outro lado, o odor desagradável, a natureza corrosiva, e as propriedades nocivas do ácido sulfídrico (H2S) são causas que preocupam. Nos casos onde a concentração de ácido sulfídrico (H2S) é relativamente baixa, o cheiro do gás causa náuseas. Em concentrações mais altas pode causar sérios problemas de saúde e até a morte por asfixia.

É igualmente importante que haja tratamento adequado a água vinda do interior da Terra, que invariavelmente contém minérios prejudiciais a saúde. Estes caudais não devem simplesmente ser eliminados para os cursos de água locais, por forma a que isso não prejudique a fauna local.

Quando uma grande quantidade de fluído aquoso é retirada da Terra, sempre existe a possibilidade de ocorrer subsidência na superfície. O mais drástico exemplo de um problema desse tipo ocorreu numa central geotérmica em Wairakei, Nova Zelândia. O nível da superfície baixou 14 metros entre 1950 e 1997 e continua a baixar a uma taxa de 0,22 metro por ano. Acredita-se que este problema pode ser atenuado com re-injeção de água no local.

Há ainda o inconveniente da poluição sonora que afligiria toda a população vizinha ao local de instalação da central geotérmica, pois, para a perfuração do poço é necessário o uso de maquinaria semelhante àquela que se utiliza para a perfuração de poços de petróleo.

Conclusão

Conclui-se desta forma, que a Energia Geotérmica é toda energia proveniente do calor interno do planeta. Ao longo da história, tal energia foi utilizada por diversos povos tanto na sobrevivência, quanto na medicina e agricultura. Visto sua utilização por diversos povos da Antiguidade, percebeu-se que esta energia possuía um alto potencial, enquanto fonte limpa, o que levou, consequentemente, à uma série de estudos sobre a mesma.

Tal fonte energética, inegavelmente, possuía um dos maiores potenciais energéticos do mundo, porém apesar de uma excelente alternativa, há um ponto preocupante: o alto custo estrutural, de desenvolvimento e manutenção, além de planejamento. Esta é uma energia, que apesar de estudada, ainda é pouco conhecido e isto impossibilita o investimento por partes de empresas de pequeno e médio porte, limitando este mercado as empresas de grande porte e as gigantes da atualidade.

Para efetuar a extração e máximo aproveitamento dos 2.000 Zeta Joules extraíveis, são necessárias altas tecnologias e investimentos ainda mais elevados. Além dos métodos de perfuração semelhantes ao de extração do petróleo, há ainda os que utilizam de métodos que não necessitam de perfurações grandiosas, são os métodos diretos e de exploração do vapor seco e rocha quente. Para a geração de energia elétrica, indispensavelmente, é necessária a utilização do vapor seco, já que este é o único que consegue efetuar o funcionamento das bobinas com perfeição. Sendo os outros métodos utilizados principalmente na agricultura, medicina.

Sendo que para que a energia Geotérmica seja utilizada é necessário avaliar a potencialidade do local o qual pretende se implementar tal usina. Países como Nova Zelândia, que possuem um alto potencial geotérmico, tem 90% de sua energia elétrica sendo produzida por geotermia, sendo que apenas 10% é proveniente de outras fontes energéticas, sendo que no Brasil tais fontes não podem ser utilizadas, devido a baixa potencialidade no país.

Desta forma, a energia geotérmica apresenta-se como sendo uma excelente solução limpa, porém, a menos que se efetue altos investimento que em sua maioria não resultarão em um bom custo-benefício, esta energia deve ser utilizada em locais com alto potencial, afinal seus pontos positivos, à nível ecológico, são dos mais eficientes, apesar de economicamente ser, como já citado, inviável. Sendo assim, tal fonte energética pode, com os devidos estudos e melhor desenvolvimento, ser uma das mais eficientes soluções para suprir os, prováveis, problemas energéticos futuros.

Imagens

Planeta terra camadas

Autor da fotografia: Ricardo J. Promessa

Central Geotérmica - Islândia

Autor da fotografia: Gretar Ívarsson (Wikipédia)

Esquema da usina de vapor de flash Esquema da usina ciclo binário

Fonte:Desenhos cedidos pelo Departamento Americano de Energia

Referências

TEIXEIRA, Wilson; Org. Decifrando a Terra. São Paulo, Oficina de Textos, 2009

WINCADER, Reed. Fundamentos de geologia. Tradução por Harue O. Avritcher. São Paulo, cemcage Learning, 2009.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_geot%C3%A9rmica , Wikipédia, a enciclopédia livre. Acesso em 16/11/2013.

http://rd9centralelectrica.webnode.pt/desenvolvimento/centrais-geotermicas/como-funciona-uma-central-geotermica-/. Acesso em 16/11/2013.

http://www.ecodesenvolvimento.org/noticias/ecod-basico-2013-energia-geotermica. Acesso em 16/11/2013.

http://www.planetseed.com/pt-br/relatedarticle/fontes-alternativas-de-energia-geotermica. Acesso em 16/11/2013.