Energia geotérmica é um tipo de energia renovável obtida a partir do calor armazenado no interior da Terra.
É considerada uma fonte limpa e sustentável, pois não necessita da queima de combustíveis fósseis e gera baixa emissão de gases de efeito estufa. Essa energia pode ser usada diretamente na forma de calor ou convertida em eletricidade usando usinas geotérmicas.
Origem da energia geotérmica
A energia geotérmica se origina do calor interno da Terra, que vem de duas fontes principais:
- Decaimento de elementos radioativos : Isótopos como urânio-238, tório-232 e potássio-40 decaem naturalmente no manto da Terra, gerando uma quantidade constante de calor ao longo de milhões de anos. Esse processo contribui significativamente para manter altas temperaturas dentro do planeta.
- Calor residual da formação da Terra : Durante a acreção planetária, há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, a colisão de corpos celestes e a subsequente compactação de materiais liberaram enormes quantidades de energia térmica. Embora parte desse calor tenha se dissipado no espaço, uma grande fração permanece presa nas camadas internas do planeta, especialmente no núcleo e no manto.
A crosta terrestre atua como um isolante natural, mas em certas regiões, chamadas zonas geotermicamente ativas , o calor é mais acessível devido à presença de vulcões, falhas geológicas, gêiseres ou fontes termais.
Essas áreas são encontradas principalmente nos limites das placas tectônicas, onde a atividade magmática e a circulação de fluidos hidrotermais facilitam a transmissão de calor do interior da Terra para a superfície.
Como a energia geotérmica é extraída?
O calor geotérmico é obtido pela perfuração de poços subterrâneos para acessar o calor interno da Terra.
Dependendo da temperatura e da profundidade do recurso, existem diferentes métodos de exploração:
- Sistemas de vapor seco : são usados em campos onde o vapor emerge naturalmente do subsolo. O vapor é canalizado diretamente para uma turbina para gerar eletricidade. Exemplo: A usina geotérmica Geysers, na Califórnia, EUA.
- Sistemas de água quente ou fluidos geotérmicos : Neste caso, a água quente ou uma mistura de vapor e água é extraída do subsolo e passa por um separador que separa o vapor do líquido. O vapor aciona uma turbina e o excesso de água pode ser reinjetado no reservatório para manter a sustentabilidade do recurso.
- Ciclo ninário : Usado em fontes de temperatura média, onde a água extraída não está quente o suficiente para gerar vapor diretamente. Um fluido secundário com ponto de ebulição mais baixo é circulado, que se transforma em vapor e aciona a turbina.
- Sistemas de aquecimento e ar condicionado : Para temperaturas baixas ou muito baixas, são utilizadas bombas de calor geotérmicas, que extraem calor do subsolo para aquecer os edifícios no inverno e dissipar o calor no verão.
Processo de produção de energia geotérmica
Em casas e edifícios
Um dos principais usos da energia geotérmica é o ar condicionado de edifícios e casas. Usando bombas de calor geotérmicas, é possível extrair calor do solo no inverno para aquecer espaços e dissipar calor do interior no verão para resfriá-los.
Processo no inverno:
- A água dentro do circuito coletor geotérmico circula pelo subsolo e é aquecida.
- Um trocador de calor transfere energia térmica para o circuito emissor, que aquece a casa.
Processo no verão:
- O calor do interior do edifício é transferido para o subsolo, resfriando o ambiente interno.
- A energia geotérmica permite um sistema de resfriamento eficiente e sustentável.
Além disso, a energia geotérmica é usada em sistemas de aquecimento de piso e para a geração de água quente.
Em usinas geotérmicas
As usinas geotérmicas convertem o calor do interior da Terra em eletricidade por meio de um ciclo termodinâmico:
- Extração de calor : Poços geotérmicos são perfurados para extrair água quente ou vapor.
- Conversão em energia mecânica : O vapor aciona uma turbina conectada a um gerador elétrico.
- Produção de eletricidade : A energia mecânica é transformada em eletricidade, que é injetada na rede elétrica.
- Recirculação de água : Uma vez utilizada, a água resfriada é reinjetada no subsolo para manter o equilíbrio do aquífero.
Tipos de fontes geotérmicas
Essas fontes de energia renováveis são obtidas pela extração do calor interno da Terra por meio de poços geotérmicos. Existem várias áreas com fontes termais.
Essas águas termais podem ser aquelas utilizadas em spas ou outros centros. Essas águas são aquecidas pela temperatura do interior da Terra.
Água quente com alta energia interna pode fluir naturalmente através de impulsos de fluxos de água e vapor ou por bombeamento. O método a ser utilizado deve ser selecionado com base no método que for mais rentável economicamente.
Não existe um método único para aproveitar esse tipo de energia. Houve projetos em alguns países que tiveram que ser rejeitados devido à sua inviabilidade econômica.
Magma (rocha derretida) é uma grande fonte de energia geotérmica, pois as rochas só são encontradas no estado líquido em temperaturas extremamente altas. Entretanto, com a tecnologia disponível, isso é economicamente inviável.
As operações de extração de água quente geralmente têm um número par de poços geotérmicos. Água quente é extraída de um e água resfriada é reinjetada no aquífero do outro.
Tipos de fontes geotérmicas
A energia geotérmica é classificada de acordo com a temperatura do recurso térmico, o que determina sua possível aplicação:
1. Alta temperatura (>150°C)
Essa fonte é encontrada principalmente em áreas vulcânicas ativas, onde o magma está relativamente próximo da superfície da Terra. Esse tipo de energia permite a geração eficiente de eletricidade por meio do uso de turbinas a vapor em usinas geotérmicas convencionais. Pode atingir temperaturas de até 400°C em alguns depósitos, o que maximiza a eficiência do processo de conversão de energia.
Um exemplo proeminente de sua aplicação é a usina geotérmica de Hellisheiði, na Islândia, uma das maiores do mundo.
2. Temperatura média (70°C - 150°C)
Fontes de temperatura média estão localizadas em regiões com atividade geotérmica moderada, onde as águas subterrâneas podem ser aquecidas a níveis adequados para a produção de energia. É usado principalmente em usinas de ciclo binário, que usam fluidos de baixo ponto de ebulição para gerar eletricidade em turbinas.
Ele também é usado em redes de aquecimento urbano, onde o calor é distribuído para vários edifícios por meio de um sistema centralizado. Um exemplo de sua aplicação são as instalações de aquecimento urbano na Alemanha e na França, que aproveitam esses recursos para reduzir o uso de combustíveis fósseis.
3. Temperatura do aço (50°C - 70°C)
Este tipo é comum em formações geotérmicas mais extensas, mas com menor intensidade térmica. É usado principalmente para aquecimento de casas, estufas e processos industriais, como secagem de produtos agrícolas e dessalinização de água.
Pode ser usado em combinação com bombas de calor para aumentar a eficiência energética em ambientes residenciais e comerciais.
Um exemplo desse uso é o uso de energia geotérmica em estufas na Holanda para otimizar o crescimento de plantações em climas frios.
4. Temperatura muito baixa (<50°C)
A energia geotérmica de temperatura muito baixa representa a forma mais acessível de energia geotérmica, pois mesmo em áreas não vulcânicas é possível aproveitar o calor do subsolo. É usado em sistemas de ar condicionado que utilizam bombas de calor geotérmicas, que permitem que o calor seja extraído no inverno e dissipado no verão.
Sua eficiência energética é superior à dos sistemas tradicionais de aquecimento e resfriamento, o que o torna uma opção sustentável para residências e edifícios comerciais.
Exemplos de sua aplicação incluem sistemas HVAC geotérmicos em aeroportos e shoppings nos EUA e Canadá.
Exemplos de usos e aplicações
A energia geotérmica tem uma ampla gama de utilizações:
- Ar condicionado em edifícios : Permite aquecimento eficiente no inverno e resfriamento no verão, reduzindo o consumo de energia convencional.
- Água quente sanitária : Utilizada em residências, hospitais e centros esportivos, proporcionando um fornecimento constante e eficiente de água quente.
- Geração de eletricidade : Em usinas geotérmicas que aproveitam altas temperaturas para produzir eletricidade de forma sustentável.
- Processos industriais : É utilizado na secagem de produtos agrícolas, destilação, pasteurização e esterilização em diversas indústrias, otimizando a eficiência térmica.
- Spas e turismo termal : Aproveitamento das águas termais com benefícios terapêuticos, promovendo o bem-estar e o turismo de saúde.
- Agricultura e estufas : Aquecer solos e ambientes para melhorar a produção agrícola, permitindo o cultivo em condições climáticas adversas e reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.
- Dessalinização de água : uso de calor geotérmico para dessalinizar água do mar, fornecendo uma solução sustentável para o fornecimento de água potável em regiões áridas.
- Descongelamento de estradas : Aplicação de calor geotérmico para evitar o acúmulo de gelo em estradas e aeroportos, melhorando a segurança rodoviária em climas frios.