A Energia Geotérmica - Geotermal

A Energia Geotérmica - Geotermal

• Em certos locais, fazendo furos de apenas 100 metros é possível alcançar calor útil, assim como existem zonas onde contém nascentes de água quente completamente espontâneas. Mas na maior parte do mundo é necessário fazer furos de quilômetros de profundidade para encontrar calor significativo. (Tipicamente na crosta terrestre o calor aumenta 25º a 30º celsius por cada quilômetro de profundidade em direção ao centro da terra.)

O calor da terra existe numa parte por baixo da superfície do planeta, mas em algumas partes está mais perto da superfície do que outras, o que torna mais fácil a sua utilização.Energia geotérmica, ou energia geotermal (geo: terra; térmica: calor), é a energia obtida a partir do calor proveniente do interior da Terra.

• A energia geotérmica tem muitas aplicações práticas, pode servir para aquecer habitações, piscinas, estufas de agricultura e Centrais geotérmicas para a produção de energia elétrica.

Devido à necessidade de se obter energia elétrica de uma maneira mais limpa e em quantidades cada vez maiores, existe um interesse renovado neste tipo de energia pouco poluente.

• Para que possamos entender como é aproveitada a energia do calor da Terra devemos primeiramente entender como nosso planeta é constituído. A Terra é formada por grandes placas, que nos mantém isolados do seu interior, no qual encontramos o magma, que consiste basicamente em rochas derretidas. 

Com o aumento da profundidade a temperatura dessas rochas aumenta cada vez mais, no entanto, há zonas de intrusões magmáticas, onde a temperatura é muito maior. Essas são as zonas onde há elevado potencial geotérmico.

História:

• A primeira tentativa de gerar eletricidade de fontes geotérmicas. O trabalho se deu em 1904 em Larderello na região da Toscana, na Itália. 

Contudo, esforços para produzir uma máquina para aproveitar tais fontes foram mal sucedidos pois as máquinas utilizadas sofreram destruição devido a presença de substâncias químicas contidas no vapor. Já em 1913, uma estação de 250 kW foi produzida com sucesso e por volta da Segunda Guerra Mundial 100 MW estavam sendo produzidos, mas a usina foi destruída na Guerra.

• Por volta de 1970, um campo de gêiseres na Califórnia estava produzindo 500 MW de eletricidade. A exploração desse campo foi dramática, pois em 1960 somente 12 MW eram produzidos e em 1963 somente 25 MW. México,Japão, Filipinas, Quênia e Islândia também têm expandido a produção de eletricidade por meio geotérmico.

Na Nova Zelândia o campo de gases de Wairakei, na Ilha do Norte, foi desenvolvido por volta de 1950. Em 1964, 192 MW estavam sendo produzidos, mas hoje em dia este campo está acabando.

• Portugal conta com uma moderna central geotérmica em funcionamento na Ilha de São Miguel, Açores. Esta central foi construída pela multinacional israelita Ormat. Isto para além outra mais antiga, e está a ser acabada uma nova na Ilha Terceira, Açores .

Fontes de energia geotérmica:

• Quando não existem gêiseres, e as condições são favoráveis, é possível "estimular" o aquecimento d'água usando o calor do interior da Terra. Uma experiência realizada em Los Alamos, Califórnia, provou a possibilidade de execução deste tipo de usina. Em terreno propício, foram perfurados dois poços vizinhos, distantes 35 metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo a que eles alcancem uma camada de rocha quente. 

Em um dos poços é injetada água, ela aquece-se na rocha e é expelida pelo outro poço e quando esta fusão acontece a água predominante na rocha penetra na mesma ocorrendo o processo de metabolização geotérmica. Esta é a melhor maneira de obter energia naturalmente. É necessário perfurar um poço que já contenha água e a partir daí a energia é gerada normalmente.

Vapor seco:

• Em casos raríssimos pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de "vapor seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de eletricidade. São encontradas fontes de vapor seco em Larderello, na Itália e em Cerro Prieto, no México.

Vantagens e desvantagens:

• 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.

Aproximadamente todos os fluxos de água geotérmicos contém gases dissolvidos, sendo que estes gases são enviados a usina de geração de energia junto com o vapor de água. De um jeito ou de outro estes gases acabam indo para a atmosfera. A descarga de vapor de água e CO2 não são de séria significância na escala apropriada das usinas geotérmicas.

• É igualmente importante que haja tratamento adequado a água vinda do interior da Terra, que invariavelmente contém minérios prejudiciais a saúde. Não deve ocorrer simplesmente seu despejo em rios locais, para que isso não prejudique a fauna local.

Quando uma grande quantidade de fluido aquoso é retirada da Terra, sempre há a chance de ocorrer subsidência na superfície. O mais drástico exemplo de um problema desse tipo numa usina geotérmica está em Wairakei, Nova Zelândia O nível do superfície afundou 14 metros entre 1950 e 1997 e está deformando a uma taxa de 0,22 metro por ano, após alcançar uma taxa de 0,48 metros por ano em meados dos anos 70. Acredita-se que o problema pode ser atenuado com reinjeção de água no local.

Há ainda o inconveniente da poluição sonora que afligiria toda a população vizinha ao local de instalação da usina, pois, para a perfuração do poço, é necessário o uso de maquinário semelhante ao usado na perfuração de poços de petróleo.

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Utilização da Energia Geotérmica no Brasil:

• Com a possível escassez de combustíveis fósseis e as preocupações crescentes sobre os problemas ambientais que os mesmos causam, o uso de recursos energéticos renováveis tende a aumentar e diversificar. 

A energia geotérmica, definida como a energia térmica proveniente do interior da Terra, pode ser capaz de solucionar alguns desses problemas atuais de energia e do meio ambiente, se tornando um recurso fundamental para tornar a sociedade mais sustentável (OZGENER; HEPBASLI; DINCER, 2007). 

• No seu processo de arrefecimento, o calor do interior da Terra pode ser dissipado em qualquer ponto da superfície terrestre (BICUDO, 2010). 

Porém, de acordo com o autor, existem regiões onde a libertação deste calor é mais intensa, normalmente coincidente com zonas ativas das fronteiras das placas tectônicas do globo. No Brasil, ainda são poucos os estudos referentes a utilização do recurso geotérmico. 

• No entanto, segundo Lund, Freeston e Boyd (2011), muitos países vêm realizando estudos do potencial de utilização de energia geotérmica, os quais estão demonstrando que esta já pode ser desenvolvida praticamente em qualquer lugar, pois em países em que não existe atividade vulcânica, recursos geotérmicos de temperatura baixa ou moderada também podem ser executados através de uso direto, os quais estão demonstrando boa eficiência. 

Os recursos geotermais podem ser classificados como sendo de baixa entalpia, média e alta entalpia (SOUZA FILHO, 2012). Singhal e Gupta (2010) classificam em três grupos os sistemas geotermais: 

• I) Baixa entalpia ou sistemas por domínio de água quente – com temperaturas que variam de 50 a 150ºC, em que a água subterrânea, quente, é utilizada como fonte de calor; 
• II) Alta entalpia ou sistema por domínio de vapor – com temperaturas na faixa de 150 a 300ºC, em que o vapor é extraído do líquido, que é utilizado para mover turbinas de geração de eletricidade; 
• III) Sistemas de rochas secas e quentes (hot dry rock – HDR) – com temperaturas entre 50 e 300ºC, em que a água é circulada para níveis mais profundos em fraturas criadas artificialmente ou não, onde é aquecida, desse modo a água quente e o vapor movem-se para a superfície para serem utilizados como fontes de energia geotermal.

Entretanto, o aproveitamento das fontes geotermais está condicionado à verificação da coexistência das seguintes condições, que configuram um reservatório geotérmico: 

• I) a existência de uma fonte de calor, a qual poderá ser um corpo magmático ou rochas quentes; 
• II) um fluido transportador de calor, como a água, dispondo de adequada recarga face à extração; 
• III) uma sequência de rochas permeáveis, que constitui o reservatório e 
• IV) uma formação geológica não permeável e isolante de cobertura, resultante da atividade hidrotermal do geofluido, que concentra e retém toda a energia contida no reservatório (BICUDO, 2010). 

Para Rabelo et al. (2002), a temperatura ideal para uso direto da energia térmica se encontra entre 35ºC e 148ºC, com aplicação residencial, na agricultura e na indústria, já em se tratando de produção de eletricidade, os autores relatam que as temperaturas devem girar em torno de 300º C ou mais. 

• Lund, Freeston e Boyd (2011) referindo-se aos usos diretos, em estudos de aproveitamento da energia geotérmica a nível mundial destacam diversas categorias de utilização, entre as principais estão: aquecimento de ambientes, usos industriais, bombas de calor geotérmicas, banho e natação, refrigeração, derretimento de neve, aquecimento de lagoas de aquicultura e aquecimento de estufas. 

Segundo Vichi e Mansor (2009), a energia geotérmica pode ser economicamente viável, e pode fazer uma significativa contribuição para um país ou região mix de energia, como é o caso do Brasil, que tem grande parte de sua matriz energética baseada em fontes renováveis. 

• Segundo os mesmos autores, o crescimento econômico recente tem ampliado a participação das fontes não renováveis na matriz energética brasileira, em razão disso, como forma de compensar os impactos causados por esse aumento, deverá ocorrer também a ampliação do uso de fontes renováveis já consolidadas, como as pequenas centrais hidrelétricas (PCH), os biocombustíveis, e as energias solar e eólica, além do investimento em pesquisa e desenvolvimento de fontes renováveis ainda não consolidadas, como é o caso da energia geotérmica. 

Diante do exposto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma revisão de literatura sobre a potencialidade de aplicação da energia geotérmica no Brasil, identificando estudos de potencial geotérmico e experiências de sucesso no país.

• No contexto mundial, o incentivo, o desenvolvimento de tecnologias e o aproveitamento do recurso geotermal se dão essencialmente nos países desenvolvidos, uma vez que nestes as fontes fósseis não podem mais assegurar sozinhas o desenvolvimento socioeconômico em consonância com a preservação do meio ambiente (CASTRO et al., 2009). 

Conforme Gomes (2009), no final de 2008, 25 países estavam produzindo eletricidade proveniente de recursos geotermais, com uma capacidade total instalada de 10.469,7 MW, sendo que os Estados Unidos tinham em desenvolvimento 86 projetos geotérmicos, pretendendo até o ano de 2015 gerar 6.300 MW com uso de energia geotermal, suficiente para fornecer energia para seis milhões de residências. 

• No Brasil, a situação já não é a mesma, tendo em vista dois motivos principais. Primeiro, o país apresenta sua matriz energética assentada em bases hídricas, além da disponibilidade de outras fontes de energia, como por exemplo, o gás natural (CASTRO et al., 2009). 

Essa realidade, de certa forma, relega a um segundo plano a necessidade de se desenvolver e promover outras fontes de energia. Segundo, porque a ausência de atividades tectono-magmáticas em tempos geológicos considerados relativamente recentes implica que o regime térmico da grande parte da crosta da plataforma Sul Americana seja considerado estacionário, e assim, condições desta natureza são favoráveis para a ocorrência de recursos geotermais de baixa entalpia, sendo por este motivo que no Brasil o aproveitamento está voltado mais para fins recreativos e de lazer (GOMES, 2009). 

• Deve se levar em consideração que, segundo a ANEEL (2008), a evolução da utilização da geotermia para geração de energia elétrica a nível mundial foi lenta e se caracterizou pela construção de pequeno número de unidades em poucos países, sendo que no Brasil não se tem conhecimento sobre a existência de usinas em operação, nem sob a forma experimental.

Contudo, segundo Hamza et al. (2010), foi identificado no Brasil o potencial para sistemas de alta temperatura geotérmica, embora esse potencial pareça estar restrito às ilhas atlânticas de Fernando de Noronha e Trindade. 

• Por outro lado, segundo os autores, recursos de baixa temperatura (< 90◦C) foram identificados no Brasil em número significativo, sendo que a maior parte dos recursos geotérmicos está localizada no centro-oeste do Brasil (nos estados de Goiás e Mato Grosso) e no sul (no estado de Santa Catarina). Os autores também relatam que o potencial para a exploração em grande escala de água de baixa temperatura geotérmica para utilização industrial e aquecimento de espaços é considerada significativa na parte central da bacia Paraná (situada nas regiões Sul e Sudeste do Brasil). 

Conforme Hamza, Gomes e Ferreira (2005) no município de Cornélio Procópio, no estado do Paraná, tem-se registro de uma indústria que se utiliza, desde de 1980, de dois poços, onde a água geotérmica bombeada a 50 ºC, é utilizada no pré aquecimento das caldeiras para produção de café em pó. 

• De maneira semelhante, em Taubaté, no interior de São Paulo, a água geotermal, com temperatura de 48 ºC, foi utilizada durante as décadas de 1970 a 1980 no processamento industrial da madeira.

De acordo com Cardoso, Hamza e Alfaro (2010), os recursos geotérmicos explorados no Brasil são estimados em 250 MWt (Mega Watt termal), sendo que o país apresenta uma localidade considerada de alta entalpia e 25 localidades consideradas de baixa entalpia. 

• Observa-se que, para o Brasil, os maiores valores (entre 80-100 mW/m2) se encontram nas regiões Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e Sul.

O Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE publicou em 2010 o Atlas Nacional do Brasil, onde estão disponíveis uma série de mapas geotermais, como os de recurso base e recurso recuperável,

• Há também indícios que apontam para a ocorrência de recursos geotérmicos de temperatura média em profundidades de 3 a 5 Km nas regiões nordeste e central do Brasil e existência de recursos de baixa temperatura no sistema Aquífero Guarani (CARDOSO; HAMZA; ALFARO, 2010). 

No entanto, atualmente, a energia geotérmica no Brasil é usada quase que unicamente para fins de recreação, em parques de fontes termais, como Caldas Novas (GO), Piratuba (SC), Araxá (MG), Olímpia, Águas de Lindoia e Águas de São Pedro (SP) (VICHI; MANSOR, 2009). 

• Estudos de Potencial Geotérmico no Brasil Conforme Hamza, Gomes e Ferreira (2005), as investigações sistemáticas dos recursos geotérmicos no Brasil começaram na década de 1970 e desde então, uma quantidade bastante significativa de informações tem sido adquirida. 

De acordo com Gomes (2009) os primeiros estudos de avaliação de recursos geotermais no Brasil foram realizados pelos trabalhos de Hamza e Eston (1981) e Hamza (1983). Mais recentemente, estudos em escala regional têm abordado a avaliação e o aproveitamento do recurso geotermal tanto para uso direto, como para geração de eletricidade. 

• Referente a isso, entre os poucos estudos desenvolvidos, destacam-se os trabalhos efetuados por Alexandrino, Couy e Rodrigues (2012), Gomes e Hamza (2005), Gomes (2009), Souza Filho (2012) e Rabelo et al. (2002), os quais são descritos a seguir. Alexandrino, Couy e Rodrigues (2012) avaliaram o potencial geotérmico no estado de Minas Gerais, através de estudos que demonstrassem a temperatura à profundidades de 3 e 5 Km. 

Os resultados indicam que as regiões de maior excesso de temperatura são a Bacia do São Francisco, o Triângulo Mineiro, e pequenos trechos na região Sul e Sudeste do estado que apontam temperaturas entre 150ºC e 180ºC, classificados como recursos térmicos de alta entalpia. Gomes (2009) através de dados geotérmicos e estudos geológicos e geofísicos pôde determinar o fluxo geotérmico e o seu mapeamento na Bacia do Paraná. 

• O autor constatou, de modo geral, que a Bacia é caracterizada por recursos geotérmicos do tipo de baixa entalpia. Assim, no que se refere ao aproveitamento de recursos geotermais destacam-se as possibilidades de utilização para fins balneológicos e turismo termal.

Souza Filho (2012) avaliou e estudou a exploração geotermal para geração de energia elétrica, através da injeção de fluidos circulantes no meio fraturado de rochas sedimentares na Bacia de Taubaté que ao serem aquecidos, retornam à superfície em forma de vapor, para então serem aproveitados. Em síntese, o autor chegou a conclusão de que duas áreas no vale do Paraíba despertaram interesse e serão objeto de novas prospecções. 

• Gomes e Hamza (2005) divulgaram os resultados de estudos geotérmicos efetuados em 72 localidades na avaliação de gradientes de temperatura e o fluxo geotérmico da crosta superior no Estado do Rio de Janeiro, os autores afirmam que de acordo com as estatísticas atuais, o Rio de Janeiro se destaca como o estado brasileiro com a maior densidade de dados para medições de energia geotérmica no Brasil. 

Já Rabelo et al. (2002), estudaram a potencialidade de aproveitamento da energia geotérmica proveniente da área de abrangência do Aquífero Guarani, encontrado nos estados de Goiás, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Segundo os autores, no Brasil, o aproveitamento de reservatórios geotérmicos do Aquífero Guarani restringe-se ao uso direto em aplicações agrícolas e industriais, mas apesar das baixas temperaturas (máx. 70ºC), estima-se uma reserva explorável de energia geotérmica equivalente a 50 bilhões de toneladas de petróleo. 

• Tendências para Utilização de Energia Geotérmica no Brasil A viabilidade de utilização da energia geotérmica no Brasil ainda é discutida, sendo necessários estudos que revelem, de forma mais aprofundada, a real potencialidade de aplicação desse tipo de energia no Brasil. Segundo Alves (2007), atualmente estão em pauta investimentos principalmente quanto à exploração do potencial geotérmico do Aquífero Guarani, cuja temperatura da água, inclusive pode ser capaz de aquecer a água de edifícios ou casas e sistemas de calefação e lareiras. Ainda, segundo Alves (2007), a expectativa para os próximos anos é que a utilização de bombas de calor se torne comum em condomínios brasileiros. Aquífero Guarani 

O Sistema Aquífero Guarani está situado na porção Centro-Leste do continente sul-americano, distribuído por uma área de cerca de 1.196.500 km², fazendo parte do território de quatro países, Argentina, Paraguai, Uruguai e Brasil, sendo que neste último o aqüífero se distribui por uma área em torno de 840.800 km², ao longo de oito Estados da Federação: Mato Grosso do Sul, Rio Grande do Sul, São Paulo, Paraná, Goiás, Minas Gerais, Santa Catarina e Mato Grosso (RIBEIRO, 2008). 

• Segundo o autor, o Brasil está em uma posição estratégica, pois além de conter a maior parte das reservas subterrâneas, também conta com muitas áreas de recarga. De acordo com Rabelo et al. (2002), devido ao fato de o Sistema Aquífero Guarani, conter reservatórios geotérmicos de baixa temperatura e com baixos gradientes térmicos, não existe a possibilidade de aproveitamento do mesmo para produção de energia elétrica, contudo, é conhecido o potencial para uso direto da água aquecida, que apresenta grande possibilidade de exploração, devido ao fato de existirem atividades diversificadas na área de abrangência, tanto agrícolas como industriais. 

Os autores citam 4 conjuntos de atividades efetivamente aplicáveis para aproveitamento do potencial geotérmico desse aqüífero, sendo elas: 

• I) como fonte de abastecimento público; 
• II) como meio para desenvolver as atividades agroindustriais que utilizam água normalmente entre 37 e 75 oC, especialmente aquelas destinadas à lavagem de couro de animais, secagem de grãos, pasteurizações e climatização de criatório de animais; 
• II) como integrante de processos industriais que exijam pré-aquecimento e 
• IV) como meio de desenvolver o turismo, facilitando a instalação de estâncias e parques hidrotermais. 

Segundo Rodrigues e Arruda (2006), o potencial térmico do Aquífero Guarani como fonte alternativa de energia tem sido pouco explorado, principalmente no contexto do turismo, sendo que atualmente o aproveitamento desse sistema está voltado principalmente para o consumo humano e industrial. Os autores destacam o potencial do hidrotermalismo como fonte de energia não convencional, que pode contribuir para o aproveitamento sustentável do Aquífero Guarani. Bombas de calor geotérmicas 

• Conforme descrito anteriormente, o Brasil apresenta fontes geotérmicas de baixa entalpia, sendo assim, o recurso presta-se para usos diretos, como aquecimento doméstico. Essa aplicação é possível através de bombas de calor ou Ground-Source Heat Pump - GSHP.

Uma bomba de calor é um dispositivo que extrai calor de um local (a fonte de calor) e o torna disponível para outro local (o dissipador de calor), utilizando um sistema mecanizado. Isso pode ser feito de modo a arrefecer uma área, através da remoção de calor da mesma, e também aquecer uma área através da liberação de calor para a unidade (LIVINGSTONE, 2010). 

• Segundo Tavares (2011), GSHP são equipamentos que aproveitam e transferem o calor, armazenado a poucos metros abaixo da superfície terrestre, possibilitando sua utilização para aquecimento de água e de edificações. Segundo o mesmo autor, nas estações frias, esses sistemas funcionam a partir da recuperação, através de tubos subterrâneos, do calor armazenado em subsuperfície, sendo que nas estações quentes esse processo é invertido, de modo que o calor da habitação é transferido e dissipado no subsolo. 

Um sistema GSHP tem três componentes principais, sendo: a bomba de calor propriamente dita (1), uma conexão com a terra (2) e um sistema interior de aquecimento ou resfriamento (3) (MINISTER OF NATURAL RESOURCES CANADA, 2005; ACEP e CCHRC, 2008).

• A vantagem de bombear o calor é que, quando isso é feito, uma quantidade menor de energia elétrica é utilizada, se comparada à necessária para converter energia elétrica em calor utilizando fornalhas e aquecedores elétricos ou em calefatores radiantes convencionais e, além disso, pelo aspecto ambiental, deve-se considerar o grande impacto na redução de emissões de CO2 (LOBO et al., 2004).

Esta tecnologia apresenta-se ainda incipiente no Brasil, mas desponta como uma alternativa energética bastante promissora. Há de se considerar que o potencial para exploração em larga escala de águas de baixa temperatura geotérmica, tanto para utilização industrial quanto para aquecimento de espaços é considerado significativo na parte central da bacia do Paraná (situada no sul e sudeste do Brasil), sob condições de clima subtropical (HAMZA et al., 2010).

Outras Considerações:

• O calor proveniente do interior da terra é uma fonte de energia limpa que está disponível em várias regiões do planeta, podendo ser utilizada para gerar eletricidade e para diversos usos diretos. 

Se obtivermos tecnologias sólidas e viáveis para a exploração e aproveitamento da energia geotérmica será possível alcançar uma revolução energética e reduzir de maneira significativa a dependência do homem por combustíveis fósseis. No mundo, um número considerável de países está produzindo energia elétrica a partir do recurso geotérmico. 

• No Brasil, a realidade não é a mesma, tendo em vista que os poucos estudos desenvolvidos apontam, predominantemente, a existência de baixas temperaturas em subsuperfície e, portanto, o aproveitamento se restringe para usos diretos, o que atualmente se dá principalmente para fins de lazer e recreação, com poucos relatos de usos industriais, como nos casos de Cornélio Procópio e Taubaté. 

Apenas algumas regiões no estado de Minas Gerais e as ilhas de Fernando de Noronha e Trindade parecem ter temperaturas subsuperficiais caracterizadas como de alta temperatura. 

• Muito embora, até o momento, no Brasil, não haja estudos experimentais que visem a exploração da energia geotérmica para fins de eletricidade, a utilização da energia geotérmica para usos diretos se mostra bastante promissora, destacando-se o aproveitamento da água do Aquífero Guarani para atividades agroindustriais, como integrante de processos industriais e como meio de desenvolver o turismo e também a utilização de bombas de calor geotérmicas, tanto para utilização industrial quanto para aquecimento de espaços.

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