O que é a energia geotérmica?
Descubra como este recurso energético limpo e renovável pode ajudar a reduzir a dependência mundial dos combustíveis fósseis.
O que é a energia geotérmica?
À medida que as pessoas, as organizações e as nações procuram formas de reduzir as emissões de carbono, os governos e as empresas avançaram com importantes compromissos de redução de carbono. Encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, incluindo carvão, gás natural e petróleo, é fundamental para alcançar esses objetivos. Para esse efeito, fontes de energia mais limpas e renováveis, como a solar, a hídrica, a eólica e a geotérmica, ganham cada vez mais importância.
Atualmente, a energia geotérmica é considerada um dos tipos de energia mais sustentáveis e eficientes porque é um recurso limpo, confiável e renovável. A energia geotérmica usa o calor armazenado dentro da superfície da Terra para gerar eletricidade e fornecer aquecimento e resfriamento geotérmico para residências e empresas. Os recursos geotérmicos estão em uso na América do Norte há mais de 10.000 anos, uma vez que os paleoíndios americanos usavam fontes termais geotérmicas para aquecer, cozinhar e tomar banho.
A geografia desempenha um papel crítico na capacidade de uma região de aproveitar a energia geotérmica. Os melhores recursos geotérmicos normalmente estão localizados perto dos limites das placas tectônicas. A atividade vulcânica e os terremotos estão concentrados perto desses limites devido ao movimento na crosta terrestre. Por exemplo, o Anel de Fogo ao redor dos limites do Oceano Pacífico é uma série de vulcões e atividades sísmicas, causadas principalmente pelas placas tectônicas. Como resultado, essa região tem as áreas geotérmicas mais ativas do mundo.
Atualmente, os Estados Unidos são líderes mundiais na produção de energia geotérmica, embora a energia geotérmica represente apenas uma pequena porcentagem do consumo de energia dos EUA. Como a energia geotérmica é comum perto dos limites das placas tectônicas, a maioria das usinas geotérmicas dos EUA estão em estados do oeste. A Califórnia tem a maior capacidade de geração de eletricidade geotérmica, com 40 usinas geotérmicas em operação.
A Islândia, as Filipinas e El Salvador também são líderes mundiais em energia geotérmica, sendo a energia geotérmica responsável por mais de 25% do consumo total de energia de cada país.
Leia esse artigo para explorar a energia geotérmica, avaliar seus prós e contras e descobrir exemplos de energia geotérmica. Você também aprenderá sobre o futuro da energia geotérmica e como a tecnologia pode ajudar a acelerar a inovação em energia geotérmica.
Tipos de energia geotérmica
A energia geotérmica é obtida a partir do calor gerado no interior da Terra. O termo "geotérmica" vem das palavras gregas "geo", que significa terra e "thermos", que significa quente. Abaixo da crosta terrestre, que é composta de rochas e água, existe uma camada de rocha quente derretida chamada magma. O magma atinge temperaturas de 704°C a 1315°C e pode borbulhar na superfície da terra como lava. O magma também aquece rochas e camadas subterrâneas de água, que podem ser liberadas através de gêiseres, fontes termais e fontes de vapor, todos exemplos de energia geotérmica.
No entanto, a maior parte da energia geotérmica da Terra permanece subterrânea como bolsas de vapor e água quente e é colhida através de vários métodos:
Energia geotérmica de baixa temperatura
- O calor obtido do fluido geotérmico próximo à superfície da Terra sobre por conta própria ou é acessado por meio de um poço.
- Ele pode ser acessado em praticamente qualquer lugar do mundo.
- Aplicações geotérmicas de uso direto, incluindo aquecimento doméstico, estufas, pesqueiros e alguns processos industriais.
Energia geotérmica co-produzida
- Usa água limpa como um subproduto de petróleo e gás.
- Gera eletricidade usada pela planta ou vendida à rede.
Aquecimento e resfriamento geotérmicos
- As bombas de calor geotérmicas são perfuradas entre 10 e 300 pés na terra.
- Aquece casas e edifícios no inverno e os resfria no verão.
Planta de energia geotérmica
- Explora reservatórios geotérmicos tão profundos quanto três quilômetros na terra.
- Gera eletricidade.
Prós e contras de energia geotérmica
Embora a energia geotérmica seja um recurso de energia renovável e limpa, há desvantagens no seu uso, incluindo altos custos iniciais e o potencial de causar terremotos e subsidência, o afundamento gradual de uma área de terra.
Os prós da energia geotérmica:
- Ambientalmente amigável: as plantas de energia geotérmica têmpegadas de carbono mínimas e a poluição associada a elas é muito baixa. O aquecimento e o resfriamento geotérmico reduzem as emissões de gases de efeito estufa.
- Renovável: ao contrário dos combustíveis fósseis, os reservatórios renováveis de energia geotérmica na Terra são naturalmente reabastecidos e irão durar bilhões de anos.
- Confiável e estável: ao contrário da energia solar e eólica, a energia geotérmica está sempre disponível e não varia. A gestão pode prever com precisão a produção de energia das usinas geotérmicas, o que as torna ideais para atender às demandas de energia de base.
Os contras da energia geotérmica:
- Efeitos colaterais ambientais: a energia geotérmica faz com que alguns gases de efeito estufa abaixo da superfície da Terra escapem para a atmosfera. As usinas geotérmicas podem impactar a estabilidade do terreno e desencadear terremotos e causar subsidência.
- Gerenciamento necessário: uma vez acessados por uma usina geotérmica, os reservatórios geotérmicos devem ser gerenciados adequadamente para garantir que não se esgotem.
- As plantas são restritas a locais específicos: plantas geotérmicas só podem ser criadas em áreas próximas aos limites de placas tectônicas, onde os depósitos geotérmicos estão disponíveis.
Plantas de energia geotérmica
As usinas geotérmicas usam recursos geotérmicos de alta temperatura provenientes de vapor seco ou de poços de água quente. Semelhante à perfuração de petróleo, as usinas geotérmicas perfuram poços profundamente na terra. O vapor ou a água quente são bombeados para a superfície, onde são usados para girar turbinas que geram eletricidade.
Há três tipos de plantas de energia geotérmica:
Usinas a vapor seco
Usam fontes subterrâneas naturais de vapor. O vapor sobe até a superfície terrestre no poço de produção, transfere sua energia para a turbina, condensa e é bombeado de volta para a terra ou liberado na atmosfera. As usinas a vapor seco são o tipo mais antigo de usina geotérmica e são consideradas as mais simples e eficazes.
A mais antiga usina a vapor seco está localizada em Laredo, Itália. Construída em 1911, ela continua fornecendo eletricidade a mais de um milhão de moradores. Outra importante usina a vapor seco é a Área de Recursos Geotérmicos de Geysers, ao norte de São Francisco. Ela produz eletricidade desde os anos 1960 e fornece cerca de um quinto da energia renovável da Califórnia.
Plantas de energia de água dominante
Convertem água altamente pressurizada mais quente que 182 °C das profundezas da terra em vapor. Quando a água quente atinge a superfície, ela é enviada para um “tanque flash” que é mantido a uma pressão muito mais baixa. A pressão reduzida faz com que um pouco de água “se dissipe”, o que significa que ela evapora rapidamente em vapor para acionar as turbinas. O líquido restante pode ser dissipado novamente em um segundo tanque flash para extrair mais energia.
As usinas de água dominante são os tipos mais comuns de usinas geotérmicas em uso atualmente. A Islândia, uma ilha vulcânica, utiliza centrais elétricas geotérmicas de água dominante para fornecer quase toda a eletricidade de que o país necessita. As Filipinas, localizadas ao longo do Anel de Fogo, possuem a maior usina de água dominante do mundo.
Usinas de ciclo binário
Adotam uma abordagem diferente para gerar calor. Elas trabalham com água altamente pressurizada em temperaturas mais baixas, entre 107 °C e 165 °C. Esse método usa um trocador de calor para transferir o calor da água quente para um fluido secundário, que alimenta as turbinas.
Como a água de temperatura moderada está mais disponível, as plantas de ciclo binário devem se tornar o tipo mais comum de plantas de energia geotérmica no futuro.
Como a energia geotermal é usada?
Os três usos mais comuns para energia geotérmica são uso direto, geração de energia e aquecimento e resfriamento da fonte terrestre.
Sistemas de uso direto geotermal
Toque na água terrestre naturalmente quente que foi encontrada a alguns pés a menos de uma milha abaixo da superfície da Terra. Os poços são perfurados para extrair a água subterrânea, que pode estar a uma temperatura de 200°F ou mais. Em alguns casos, a água quente ou o fluxo de água pode aumentar por conta própria, sem a necessidade de aplicação ativa, e pode ser usado diretamente ou com ciclos por meio de um trocador de calor.
A água geotermal de uso direto dá suporte a muitos aplicativos, incluindo o aquecimento de fazendas de peixe, o gelo e a neve em vias e estradas, aquecimento de grandes pools, aquecimento de edifícios e fornecimento de água quente. Embora os sistemas geotermais de uso direto tenham custos de capital mais baixos do que os sistemas geotermais mais profundos, a tecnologia é limitada a áreas que têm corpos naturais de água terrestre quente perto ou na superfície da Terra, como regiões com atividade plana ou tectônica.
Geração de energia
Os três tipos de plantas de energia geotermal descritas acima se aprofundam nos recursos geotermais dentro da Terra para produzir eletricidade. A maioria tem sistemas de água de loop fechado, em que eles fazem a bomba da água extraída diretamente de volta para o depósito geotermal após o uso. Como grande parte da água foi limpa no fluxo, as plantas precisam injetar novamente quantidades substanciais de água para manter um volume estável de água no lago. Embora a energia geotermal seja um recurso renovável que é usado em cerca de 20 países atualmente, a maioria dos recursos geotermais será resfriada ao longo do tempo, especialmente quando o calor for extraído mais rapidamente do que a água é reabastecida.
Aquecimento e resfriamento geotérmicos
Também conhecido como aquecimento e resfriamento de fonte terrestre, essa é a maneira mais comum de usar a energia geotermal atualmente. Para responder à pergunta "o que é aquecimento geotermal", é importante entender como funciona uma bomba de calor geotermal (também chamada de bomba de calor de fonte de terra). Em vez de gerar calor, a bomba usa a Terra como fonte de calor e move o calor entre a Terra e a casa ou a construção.
A bomba é detalhada entre 10 e 300 pés na Terra e se conecta a longos loops de pipe que circulam o líquido e todo o edifício. No inverno, o líquido adote o calor da Terra e o transporta para o edifício, onde o aquecimento geotermal o libera por meio de um sistema de duto. No verão, o líquido adote o calor no prédio e o carrega até a Terra para resfriamento.
Mais maneiras de usar a energia geotérmica
- A agricultura utiliza energia geotérmica para manter as plantas aquecidas no inverno, aplicando vapor ao solo.
- Alguns spas usam fontes geotérmicas para aquecer banheiras e banhos.
- As fontes termais são conhecidas por sua capacidade terapêutica de melhorar a saúde das pessoas.
- Os gêiseres naturais podem ser atrações turísticas inspiradoras. A “Old Faithful” no Parque Nacional de Yellowstone é uma maravilha geotérmica que entra em erupção a cada 60 a 90 minutos e é visitada por cerca de 4 milhões de pessoas todos os anos.
O futuro da energia geotérmica
Fraturação hidráulica para energia geotérmica
No setor de petróleo e gás, a fraturação hidráulica é uma maneira comum de aumentar a produção. A fraturação hidráulica injeta fluido de alta pressão em formações rochosas para fraturá-las e torná-las permeáveis. A fraturação hidráulica para a energia geotérmica adopta uma abordagem semelhante e é também chamada de “sistemas geotérmicos melhorados” (ESG). Embora seja um processo semelhante ao tipo de fraturação utilizada pela indústria do gás natural, existem algumas distinções importantes. A fraturação hidráulica geotérmica cria regiões menores e mais controladas e usa fluidos que causam muito menos poluição.
O ESG produz vapor extraindo energia de rochas que são quentes o suficiente, mas muito secas, para produzirem vapor por si mesmas. Os desenvolvedores perfuram “poços de injeção” verticalmente a profundidades de cerca de 0,9 a 4,5 km na terra para alcançar os reservatórios de rocha quente e seca. Em seguida, eles usam água em alta pressão ou explosivos para fraturar as rochas e criar o reservatório geotérmico de fluido. Um poço de produção bombeia a água quente de volta à superfície da Terra, que, semelhante às usinas de ciclo binário, aquece um fluido secundário que se transforma em vapor. A usina geotérmica usa o vapor para acionar as turbinas e gerar eletricidade.
Barreiras para o crescimento da energia geotérmica
- Falta de recursos geotérmico naturais. Conforme discutido no início desse artigo, a disponibilidade de recursos geotérmicos é limitada a locais próximos aos limites da placa tectônica. A maioria dos países com acesso à energia geotérmica já está aproveitando o recurso até certo ponto.
- Custos e riscos de exploração de usinas geotérmicas. Custa entre 20 e 30 milhões de dólares conduzir um programa inicial de exploração e perfuração de três a cinco poços geotérmicos. Isso, juntamente com o risco de uma exploração mal sucedida, são barreiras à expansão da utilização de energia geotérmica a nível mundial.
- Custo e risco de plantas com sistemas geotérmicos aprimorados. Embora o ESG tenha potencial para expandir a disponibilidade de recursos geotérmicos, a perfuração de poços geotérmicos é muito dispendiosa em comparação com a perfuração de petróleo ou gás. Outra barreira é que, tal como os métodos tradicionais de “fraturação hidráulica”, os poços ESG podem causar terremotos. Notavelmente, se a fraturação hidráulica ocorrer perto de uma falha pré-existente, existe o risco de terremotos maiores, que podem ser fortes o suficiente para danificar edifícios próximos.
- Alto custo inicial de sistemas de aquecimento e resfriamento geotérmicos. As bombas de calor geotérmicas custam entre US$ 3.500 e US$ 7.500 por uma unidade básica, e modelos mais caros com opções como aquecimento de água quente custam ainda mais. Além disso, os custos de escavação e instalação podem elevar o preço até US$ 12.000 a US$ 15.000. No entanto, alguns países podem oferecer descontos ou créditos fiscais para compensar alguns desses custos. Esses sistemas acabam gerando retorno sobre o investimento porque são muito eficientes em termos energéticos. As pessoas que investem em sistemas de aquecimento e arrefecimento geotérmico podem esperar poupar entre 30 a 70 por cento das suas contas anuais de energia.
Como a energia geotermal afeta o ambiente?
Como é um recurso limpo e renovável, a energia geotérmica é cada vez mais vista como uma alternativa aos combustíveis fósseis. No entanto, a energia geotérmica afeta o ambiente de várias maneiras diferentes. Em geral, os impactos positivos da energia geotérmica superam os negativos.
Impactos negativos
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Consumo de água
As usinas geotérmicas consomem muita água para resfriamento e reabastecimento dos reservatórios geotérmicos. De todas as usinas renováveis e não renováveis, a geotérmica tem o segundo maior consumo de água. -
Emissões de ar
Usinas de energia geotérmica de circuito aberto liberam sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, amônia, metano e boro na atmosfera. No entanto, a maioria das usinas de energia geotérmica são sistemas de circuito fechado que injetam os gases removidos de volta para a terra com emissões atmosféricas mínimas. -
Subsidência
Quando as usinas geotérmicas extraem água quente das profundezas da terra, elas deixam bolsões vazios que podem diminuir com o tempo se não forem reabastecidos. No nível da superfície, isso pode afetar o ambiente e os edifícios. -
Fraturação hidráulica de ESG
A fraturação hidráulica de ESG pode induzir terremotos, o que é uma barreira para a adoção de usinas localizadas perto de áreas urbanas, empresas e residências. Além disso, muitas pessoas acredita que a fraturação hidráulica de ESG tem o potencial de criar impactos negativos semelhantes à fraturação de gás, como vazamentos, derramamentos e contaminação do solo e das águas subterrâneas.
Impactos positivos
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Baixas emissões de carbono
Em comparação com a maioria das fontes de energia, a energia geotérmica é amiga do meio-ambiente. A central geotérmica média liberta um oitavo das emissões de carbono libertadas por uma central a carvão média. -
Reduz a dependência de energias alternativas
A energia geotérmica tem o potencial de fornecer uma fonte estável e confiável de eletricidade que pode ajudar os Estados Unidos e outros países a abandonar a dependência de combustíveis fósseis e outras energias térmicas, como propano, gás natural e petróleo. Além disso, as usinas de energia geotérmica não precisam de combustíveis fósseis para funcionar. -
Reduz as pegadas de carbono
O aquecimento e o resfriamento geotérmicas são altamente eficientes em energia. É uma maneira eficaz para as pessoas reduzirem as pegadas de carbono de suas casas e edifícios. Por exemplo, o aquecimento e o resfriamento geotérmico podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa em até 75%. -
As tecnologias ajudam a impulsionar a transformação de energia
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Internet das Coisas do Azure
Provedores de energia como a ENGIE estão usando a IA e a nuvem para aumentar a eficiência da produção de energia, reduzindo os custos.
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Perguntas frequentes
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Considerado um dos tipos mais sustentáveis e eficientes de energia, a energia geotérmica é um recurso limpo, confiável e renovável. Ela usa o calor armazenado dentro da superfície da Terra para gerar eletricidade e fornecer aquecimento e resfriamento geotérmico para residências e empresas.
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A energia geotérmica oferece três benefícios principais:
- É amiga do meio-ambiente.
- É renovável.
- É confiável e estável.
Esse recurso energético limpo e renovável pode ajudar a reduzir a dependência mundial dos combustíveis fósseis.
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Em comparação com outras fontes de energia, a energia geotérmica tem três desvantagens:
- Faz com que os gases com efeito de estufa abaixo da superfície da Terra escapem para a atmosfera e podem afetar a estabilidade da terra.
- Os reservatórios geotérmicos devem ser geridos para garantir que não se esgotem.
- As usinas geotérmicas só podem ser construídas em áreas próximas aos limites das placas tectônicas, onde há reservatórios geotérmicos disponíveis.
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A energia geotérmica é usada para aquecer e resfriar casas, aquecer estufas, apoiar processos industriais e gerar eletricidade. eletricidade.
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Os quatro tipos de energia geotérmica são:
- Energia geotérmica de baixa temperatura.
- Energia geotérmica co-produzida.
- Aquecimento e resfriamento geotérmicos.
- Usina de energia geotérmica.
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