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18.4: Energia geotérmica

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    A energia geotérmica se origina do calor que sobe à superfície do núcleo de ferro fundido da Terra criado durante a formação e compressão da Terra primitiva, bem como do calor produzido continuamente pela decomposição radioativa do urânio, tório e potássio na crosta terrestre. As usinas geotérmicas aproveitam essa energia térmica para produzir eletricidade da mesma forma que o calor da queima do carvão gera energia (figura\(\PageIndex{a-c}\)). A água é injetada no subsolo e aquecida. O vapor que emerge pode ser usado diretamente, o calor pode ser transferido para o sistema fechado de outro fluido, que então ferve (figura\(\PageIndex{c}\)). De qualquer forma, o vapor (ou outro gás de alta pressão) acaba girando uma turbina e alimentando um gerador.

    O vapor emerge de uma usina geotérmica, uma rede de estruturas metálicas
    Figura\(\PageIndex{a}\): O vapor é liberado de uma usina geotérmica. Imagem do Governo de Acesso Aberto (CC-BY).
    Um diagrama de usina geotérmica mostra vários poços para acessar o calor do subsolo
    Figura\(\PageIndex{b}\): Em uma usina geotérmica, o fluido geotérmico é injetado no subsolo. (Água geotérmica se refere à água quente/vapor usada nesse processo.) Ele aumenta a permeabilidade das rochas e é aquecido no subsolo. Ele sai para a superfície através de poços de produção, onde é usado para gerar eletricidade na usina geotérmica. O vapor de água é liberado da instalação de resfriamento da usina. Para reciclar o fluido geotérmico, ele é devolvido ao reservatório e injetado de volta no solo. Imagem do Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável/Departamento de Energia dos EUA (domínio público).
    Uma usina geotérmica mostra água quente do subsolo sendo convertida em vapor e girando uma turbina
    Figura\(\PageIndex{c}\): (1) Em uma usina geotérmica, a água quente é bombeada do subsolo através de um poço sob alta pressão. (2) Quando a água atinge a superfície, a pressão cai, o que faz com que a água se transforme em vapor. (3) O vapor gira uma turbina, que é conectada a um gerador que produz eletricidade. (4) O vapor esfria em uma torre de resfriamento e se condensa novamente na água. (5) A água resfriada é bombeada de volta para a Terra para iniciar o processo novamente. Imagem e legenda (modificadas) da EPA (domínio público).

    As bombas de calor geotérmicas (bombas de calor de origem subterrânea) dependem de temperaturas baixas no subsolo para resfriar ou aquecer casas (figura\(\PageIndex{d}\)). Às vezes, eles são considerados um segundo tipo de energia geotérmica, mas também são um meio de conservação de energia. As bombas de calor geotérmicas usam um sistema de troca de calor que funciona na subsuperfície cerca de 20 pés (5 metros) abaixo da superfície, que é consistentemente frio (cerca de 55° F ou 12,5° C). O fluido é bombeado para o subsolo e depois ao longo dos dutos da casa. Isso resfria a casa durante o verão, atuando como um dissipador de calor. Durante um inverno frio, ele aquece a casa a 55° F (atuando como fonte de calor), e os sistemas de aquecimento tradicionais fazem o resto. Isso reduz o consumo de energia necessário para gerar calor a partir de gás, vapor, água quente e sistemas convencionais de ar condicionado elétrico.

    O diagrama da bomba de calor da fonte subterrânea mostra o tubo com fluido indo para o subsolo, transferindo calor para o prédio.O diagrama da bomba de calor da fonte subterrânea mostra o tubo com fluido indo para o subsolo, removendo o calor do prédio.
    Figura\(\PageIndex{d}\): Uma bomba de calor de fonte subterrânea (bomba de calor geotérmica) no modo de aquecimento (durante o inverno; à esquerda) e no modo de resfriamento (durante o verão; à direita). Existem quatro etapas para o modo de aquecimento (à esquerda). (1) Circulação: A bomba de calor acima do solo move a água ou outro fluido através de uma série de tubos ou circuitos enterrados. (2) Absorção de calor: Quando o fluido passa pelo circuito do solo, ele absorve o calor do solo, rocha ou água subterrânea mais quente ao seu redor. (3) Calor troca e uso: O fluido aquecido retorna ao prédio onde é usado para aquecimento de espaço ou água. O sistema usa um trocador de calor para transferir calor para o sistema existente de tratamento, distribuição e ventilação de ar do prédio. (4) Recirculação: Depois que o fluido transfere seu calor para o prédio, ele retorna a uma temperatura mais baixa para o circuito de aterramento para ser aquecido novamente. Esse processo é repetido, movendo o calor de um ponto para outro. As quatro etapas para o modo de resfriamento (à direita) são semelhantes: (1) troca e absorção de calor, (2) circulação, (3) descarga de calor e (4) recirculação. Imagens e legenda (modificadas) da EPA (domínio público).

    Este vídeo explica a construção e o mecanismo das bombas de calor geotérmicas.

     

    A energia geotérmica não só tem várias aplicações (geração de eletricidade, aquecimento e resfriamento), mas também é confiável. Embora a energia solar e eólica seja intermitente, o calor é constantemente irradiado do subsolo profundo. Além disso, as temperaturas baixas mais próximas da superfície necessárias para bombas de calor geotérmicas estão presentes durante todo o ano e em todos os locais. As usinas geotérmicas para geração de eletricidade, no entanto, só podem ser construídas em locais específicos onde o magma quente esteja próximo o suficiente da superfície da Terra. Esses locais são normalmente associados a gêiseres, fontes termais ou vulcões (figura\(\PageIndex{e}\)). Além disso, usinas de energia geotérmica são caras de construir.

    Triângulos em um mapa-múndi marcam a localização dos vulcões do mundo.
    Figura\(\PageIndex{e}\): Localizações dos vulcões do mundo. Eles estão concentrados ao longo da costa oeste da América do Norte e da América do Sul, bem como no leste da Ásia e da Austrália. Essas regiões, que envolvem o Oceano Pacífico, formam o que é conhecido como o Anel de Fogo. Imagem de Salazar, S.S., Muñoz, Y. & Ospino, A. Análise da energia geotérmica como fonte alternativa de eletricidade na Colômbia. Geotherm Energy 5, 27 (2017). (CC-BY)

    O impacto ambiental da energia geotérmica depende de como ela está sendo usada. O uso de bombas de calor geotérmicas quase não tem impacto negativo no meio ambiente. As usinas geotérmicas não queimam combustível para gerar eletricidade, portanto, geram uma poluição atmosférica mínima. Eles liberam menos de 1% das emissões de dióxido de carbono de uma usina de combustível fóssil. As usinas geotérmicas usam sistemas de depuração para limpar o ar do sulfeto de hidrogênio que é encontrado naturalmente no vapor e na água quente. Eles emitem 97% menos compostos de enxofre (uma das causas da deposição ácida/chuva ácida) do que os emitidos pelas usinas de combustíveis fósseis. Depois que o vapor e a água de um reservatório geotérmico foram usados, eles são injetados de volta na Terra. Uma preocupação ambiental associada às usinas geotérmicas é que a perfuração geotérmica durante sua construção causou terremotos, semelhantes aos efeitos dos poços de injeção para fraturamento.

    Atribuição

    Modificado por Melissa Ha de Energia Renovável e Desafios e Impactos do Uso de Energia da Biologia Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado sob CC-BY)