Térmica

Introdução - Energia Térmica

A geotermia é a ciência que estuda o calor proveniente do interior da terra. Sua matéria-prima, a energia geotérmica, existe desde que o nosso planeta foi criado e atualmente cerca de 99% da massa da terra se encontra em temperatura superior a 1.000 °C. Existem basicamente três tipos aplicações da energia geotérmica, sendo elas a geração de eletricidade, a utilização direta do calor e a utilização em bombas de calor (RENEWABLE ENERGY POLICY PROJECT, 2003). A utilização direta da energia geotérmica consiste basicamente em aplicações como aquecimento de estufas ou de casas de secagem de alimentos. Já as bombas de calor são usadas principalmente para aquecimento de residências. Por razões termodinâmicas, estes dois modelos são denominados de baixa entalpia. A utilização da energia geotérmica para a geração de energia elétrica é conhecida como geotermia de alta entalpia (RENEWABLE ENERGY POLICY PROJECT, 2003). Esta última será o tema principal deste texto cuja função é ressaltar seu papel no cenário energético, bem como seus impactos ambientais e econômicos, além de mostrar seu princípio básico de funcionamento.

Funcionamento

A temperatura do solo é mais baixa na camada superficial do planeta (crosta terrestre) e aumenta com a profundidade de forma progressiva: a cada 32 metros de profundidade da crosta a temperatura aumenta cerca de 1°C (JORNAL AMBIENTE BRASIL, 2010). Esse gradiente geotérmico pode ser bastante variável devido à heterogeneidade da crosta terrestre, sendo as zonas onde este é mais elevado, aquelas que mais interessam à geotermia. A Figura 5.1 ilustra com detalhes as principais camadas do interior da terra. As usinas geotérmicas possuem um funcionamento relativamente simples e similar às usinas termoelétricas. A diferença está na fonte de obtenção da energia utilizada para transformar a água líquida em vapor. No caso da geotermia, a energia térmica (calor) necessária é obtida das camadas mais profundas da terra, não havendo necessidade da queima de combustível fóssil, como ocorre nas usinas termoelétricas. No subsolo terrestre existem lençóis freáticos que muitas vezes estão em contato com rochas aquecidas por meio de magma vulcânico entre dois e três quilômetros da superfície. Essa água aquecida pode ser transportada para a superfície e utilizada de diversas formas. Quando essas rochas estão em profundidades muito elevadas, a água não consegue se infiltrar naturalmente. Assim, água é injetada por meio de dutos artificiais para repor este fluido que usado para conduzir calor até a superfície (HINRICHS; KLEINBACH, 2008). No sistema de alta entalpia, a água na fase gasosa é canalizada por meio de dutos apropriados até a superfície, onde está instalada a usina geotérmica. O vapor é conduzido através das turbinas de geração, onde a energia do vapor de água em escoamento é convertida em energia mecânica associada ao eixo da turbina. Este eixo fica acoplado a um potente gerador elétrico que por sua vez transforma esta energia mecânica em elétrica. Após passar pela turbina, o vapor é conduzido para um tanque onde será resfriado. A água que se condensa será novamente canalizada para o reservatório onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes (HINRICHS; KLEINBACH, 2008). O processo descrito acima está ilustrado na Figura 5.2.

Aspectos Econômicos

Economicamente falando, a energia geotérmica é uma das melhores fontes de energia disponível, pois a obtenção é mais barata quando comparada aos combustíveis fósseis. É uma fonte de energia alternativa, encontrada em locais especiais da superfície terrestre que ainda demanda muita pesquisa para melhor ser aproveitada. O rendimento que se consegue é ainda muito baixo devido às perdas de calor durante o transporte do fluido até a superfície. A turbina em si possui rendimento similar ao das turbinas termoelétricas. O alto custo das construções das usinas, da perfuração, e os possíveis impactos inviabilizam ainda muitos projetos pelo mundo. Os locais com maiores potenciais para instalação destas usinas concentram-se basicamente nas áreas onde existe encontro de placas tectônicas, ou seja, estão associados aos locais onde há maior atividade vulcânica, dobramentos modernos e incidência de terremotos. As principais centrais elétricas do mundo que funcionam com energia geotérmica de alta entalpia encontram-se na Itália, Estados Unidos, México, Japão, e Indonésia (PLANETA SABER, 2007). Como o Brasil está localizado no meio da plataforma continental, não existem meios para a obtenção de energia geotérmica de alta entalpia no país. No entanto, é comum a incidência de fontes energéticas de baixa entalpia. Uma região de ocorrência deste fenômeno é a Bacia Sedimentar do Paraná. Isso ocorre nessa região por causa da presença de rochas permeáveis de alta profundidade sobrepostas por uma camada de rocha impermeável que impede a perda de calor por convecção para a superfície. Assim, não se infere a ocorrência da fonte geotérmica por conta de câmaras magmáticas, mas sim por causa do gradiente geotérmico (BOSCARDIN BORGHETTI; ROSA FILHO, 2004).

Impactos Ambientais

Do ponto de vista ambiental, um dos maiores diferenciais da energia geotérmica está relacionado com a emissão de gases poluentes. As taxas de dióxido de carbono ( 2 CO ) e de dióxido de enxofre ( 2 SO ) emitidas (gases nocivos à atmosfera e, no caso do dióxido de enxofre, ao ser humano) são praticamente nulas, o que torna esta uma fonte de energia limpa. Porém, é considerada uma fonte de energia não-renovável, pois o fluxo de calor proveniente do centro da Terra é muito pequeno comparado com a taxa de extração requerida pelas usinas, o que pode ocasionar o esgotamento do campo geotérmico. O tempo de vida do campo é de décadas, mas sua a recuperação pode levar séculos (JORNAL AMBIENTE BRASIL, 2010). Quando o fluido geotérmico (água) é transferido por longas distâncias através de dutos, é observada uma perda de energia ao longo do percurso, ocasionando, além do desperdício, um aumento da temperatura média local, fenômeno conhecido como poluição térmica. Desse modo, a usina geotérmica deve ser instalada próximo ao campo geotérmico ou próximo deste. Assim, o impacto ambiental é muito reduzido e sentido somente nos arredores da usina (JORNAL AMBIENTE BRASIL, 2010). Outro impacto é observado quando uma grande quantidade de fluido é retirada do subsolo, aumentando a chance de ocorrer abalos e desmoronamentos no solo. Além disso, há a possibilidade de contaminação da água nas proximidades de uma usina geotérmica, devido ao contato com minerais provenientes das camadas inferiores da terra, que podem ser nocivos quando expostos ao meio ambiente. A descarga livre dos resíduos líquidos para a superfície pode resultar na contaminação de rios e lagos, prejudicando a fauna e a flora local (JORNAL AMBIENTE BRASIL, 2010).