O que é a energia geotérmica?
Descubra como este recurso de energia limpa e renovável pode ajudar a reduzir a dependência mundial dos combustíveis fósseis.
O que é a energia geotérmica?
À medida que as pessoas, organizações e 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 o carvão, o gás natural e o petróleo, é fundamental para atingir estes objetivos. Para isso, as fontes de energia renováveis mais limpas como a solar, a hídrica, a eólica e a geotérmica estão a ganhar importância.
Atualmente, a energia geotérmica é considerada um dos tipos de energia mais eficientes e sustentáveis, porque é um recurso limpo, fiável e renovável. A energia geotérmica utiliza o calor armazenado na superfície da Terra para gerar eletricidade e fornecer aquecimento e arrefecimento geotérmico para casas e empresas. Os recursos geotérmicos têm sido utilizados na América do Norte há mais de 10 000 anos, uma vez que os paleo-índios americanos utilizavam as fontes termais geotérmicas para se aquecerem, cozinharem e tomarem banho.
A geografia desempenha um papel fundamental na capacidade de uma região para tirar partido da energia geotérmica. Os melhores recursos geotérmicos estão normalmente localizados perto dos limites das placas tectónicas. A atividade vulcânica e os sismos concentram-se perto destes limites devido ao movimento da crosta terrestre. Por exemplo, o Anel de Fogo em torno dos limites do Oceano Pacífico é uma cadeia de vulcões e de atividade sísmica, causada principalmente pela tectónica das placas. Como resultado, esta região tem as áreas geotérmicas mais ativas do mundo.
Atualmente, os Estados Unidos são o líder mundial na produção de energia geotérmica, embora a energia geotérmica seja apenas uma pequena percentagem do consumo de energia nos EUA. Como a energia geotérmica é comum perto dos limites das placas tectónicas, a maioria das centrais geotérmicas dos EUA situa-se nos estados do Oeste. A Califórnia tem a maior capacidade de produção de energia elétrica geotérmica, com 40 centrais geotérmicas em funcionamento.
A Islândia, as Filipinas e El Salvador são também líderes mundiais em energia geotérmica, que representa mais de 25% do total de energia utilizada em cada país.
Leia este artigo para explorar a energia geotérmica, avaliar os seus prós e contras e descobrir exemplos de energia geotérmica. Aprenderá também sobre o futuro da energia geotérmica e como a tecnologia pode ajudar a acelerar a inovação da energia geotérmica.
Tipos de energia geotérmica
A energia geotérmica é obtida a partir do calor gerado no interior da Terra. O termo "geotérmica" é proveniente das palavras gregas "geo", que significa Terra, e "thermos", que significa quente. Por baixo da crosta terrestre, que é constituída por rochas e água, existe uma camada de rocha fundida quente denominada magma. O magma atinge temperaturas de 705°C a 1315°C e pode borbulhar até à superfície da Terra sob a forma de lava. O magma também aquece rochas e camadas subterrâneas de água, que podem ser libertadas através de gêiseres, fontes termais, emanações vulcânicas, sendo que todos eles constituem exemplos de energia geotérmica.
No entanto, a maior parte da energia geotérmica da Terra permanece no subsolo sob a forma de bolsas de vapor e água quente e é recolhida ao utilizar vários métodos:
Energia geotérmica de baixa temperatura
- O calor obtido a partir do fluido geotérmico perto da superfície da Terra sobe por si próprio ou é acedido através de um poço.
- Pode ser acedida em quase todo o mundo.
- Aplicações geotérmicas de utilização direta, incluindo o aquecimento de casas, estufas, pescas e alguns processos industriais.
Energia geotérmica coproduzida
- Utiliza água aquecida como subproduto de poços de petróleo e gás.
- Gera eletricidade que é utilizada pela fábrica ou vendida à rede.
Aquecimento e arrefecimento geotérmico
- As bombas de calor geotérmico são perfuradas entre 3 e 91 metros na Terra.
- Aquece casas e edifícios no inverno e arrefece-os no verão.
Central elétrica geotérmica
- Utiliza reservatórios geotérmicos com uma profundidade de até 3,2 km na Terra.
- Gera eletricidade.
Prós e contras da energia geotérmica
Embora a energia geotérmica seja uma fonte de energia renovável e limpa, tem algumas desvantagens, incluindo os elevados custos iniciais e o potencial para causar terramotos e subsidência, o afundamento gradual de uma área de Terra.
Prós da energia geotérmica:
- Amiga do ambiente: As centrais de energia geotérmica têm uma pegada de carbono mínima e a poluição a elas associada é muito baixa. O aquecimento e arrefecimento geotérmico reduzem as emissões de gases com efeito de estufa.
- Renovável: Ao contrário dos combustíveis fósseis, os reservatórios renováveis de energia geotérmica no interior da Terra são reabastecidos de forma natural e durarão milhares de milhões de anos.
- Fiável e estável: Ao contrário da energia eólica e solar, a energia geotérmica está sempre disponível e não sofre flutuações. A gestão pode prever com exatidão a produção de energia das centrais geotérmicas, o que as torna ideais para satisfazer a procura de energia de base.
Contras da energia geotérmica:
- Efeitos secundários ambientais: A energia geotérmica provoca a libertação de alguns gases com efeito de estufa abaixo da superfície terrestre para a atmosfera. As centrais geotérmicas podem afetar a estabilidade da Terra e têm acionado terramotos e causado subsidência.
- Gestão necessária: Após serem explorados por uma central geotérmica, os reservatórios geotérmicos devem ser geridos de forma adequada para garantir que não se esgotam.
- As centrais estão limitadas a localizações específicas: As centrais geotérmicas só podem ser construídas em áreas próximas dos limites das placas tectónicas, onde existem reservatórios geotérmicos.
Centrais geotérmicas
As centrais geotérmicas utilizam recursos geotérmicos de alta temperatura provenientes de poços de vapor seco ou de água quente. À semelhança da perfuração de petróleo, as centrais geotérmicas perfuram poços profundos na Terra. O vapor ou a água quente é bombeado para a superfície, onde é utilizado para fazer girar turbinas que geram eletricidade.
Existem três tipos de centrais geotérmicas:
Centrais elétricas a vapor seco
Utiliza fontes subterrâneas naturais de vapor. O vapor desloca-se até à superfície da Terra no poço de produção, transfere a sua energia para a turbina, condensa-se e é bombeado de volta para a Terra ou libertado para a atmosfera. As centrais elétricas a vapor seco são o tipo mais antigo de centrais geotérmicas e são consideradas as mais simples e eficazes.
A central de vapor seco mais antiga está localizada em Laredo, Itália. Construída em 1911, continua a fornecer eletricidade a mais de um milhão de habitantes. Outra importante central elétrica a vapor seco é a Geysers Geothermal Resource Area, a norte de São Francisco. Produz eletricidade desde a década de 1960 e fornece cerca de um quinto da energia renovável da Califórnia.
Centrais elétricas a vapor de expansão
Converta em vapor a água altamente pressurizada a mais de 182°C a partir das profundezas da Terra. Quando a água quente chega à superfície, é enviada para um "tanque de expansão" que é mantido a uma pressão muito mais baixa. A pressão reduzida faz com que parte da água se expanda, o que significa que se evapora rapidamente e se transforma em vapor para acionar as turbinas. O líquido que sobra pode ser novamente expandido num segundo tanque de expansão para extrair mais energia.
As centrais elétricas de vapor de expansão são o tipo mais comum de centrais geotérmicas utilizadas atualmente. A Islândia, uma ilha vulcânica, utiliza centrais geotérmicas de vapor de expansão para fornecer quase toda a eletricidade de que o país necessita. As Filipinas, que se situam ao largo do Anel de Fogo, têm a maior central elétrica a vapor de expansão do mundo.
Centrais elétricas de ciclo binário
Adotam uma abordagem diferente para a produção de calor. Trabalham com água altamente pressurizada a temperaturas mais baixas - entre 107°C e 166°C. Este método utiliza um permutador de calor para transferir o calor da água quente para um fluido secundário, que alimenta as turbinas.
Uma vez que a água a temperatura moderada tem uma disponibilidade mais alargada, é expectável que as centrais de ciclo binário se tornem o tipo mais comum de centrais geotérmicas no futuro.
Como é utilizada a energia geotérmica?
As três utilizações mais comuns da energia geotérmica são o uso direto, a produção de energia e o aquecimento e arrefecimento de origem subterrânea.
Sistemas geotérmicos de utilização direta
Aproveitam a água subterrânea aquecida de forma natural que se encontra a alguns metros ou menos de dois quilómetros abaixo da superfície da Terra. São perfurados poços para extrair a água subterrânea, cuja temperatura pode atingir os 93°C ou mais. Em alguns casos, a água quente ou o vapor podem subir por si próprios, sem necessidade de bombagem ativa, e podem ser utilizados diretamente ou através de um permutador de calor.
A água geotérmica de utilização direta suporta muitas aplicações, incluindo o aquecimento de explorações piscícolas, derretimento de gelo e neve em passeios e estradas, aquecimento de piscinas grandes, aquecimento de edifícios e abastecimento de água quente. Embora os sistemas geotérmicos de utilização direta tenham custos de capital mais baixos do que os sistemas geotérmicos mais profundos, a tecnologia está limitada a áreas com massas naturais de água subterrânea quente perto ou à superfície da Terra, tais como regiões com atividade vulcânica ou tectónica.
Geração de energia
Os três tipos de centrais elétricas geotérmicas descritos acima exploram os recursos geotérmicos nas profundezas da Terra para produzir eletricidade. A maioria tem sistemas de água em circuito fechado, nos quais é bombeada água extraída diretamente para o reservatório geotérmico depois de utilizada. Uma vez que grande parte da água foi convertida em vapor, as centrais precisam de reinjetar quantidades substanciais de água para manter um volume constante de água no reservatório. Embora a energia geotérmica seja um recurso renovável utilizado atualmente em cerca de 20 países, a maioria dos poços geotérmicos arrefece com o tempo, especialmente quando o calor é extraído mais rapidamente que o reabastecimento de água.
Aquecimento e arrefecimento geotérmico
Também conhecido como aquecimento e arrefecimento de origem subterrânea, esta é a forma mais comum de utilização da energia geotérmica nos dias de hoje. Para responder à pergunta "o que é o aquecimento geotérmico", é importante compreender como funciona uma bomba de calor geotérmica (também designada por bomba de calor de origem subterrânea). Em vez de gerar calor, a bomba utiliza o solo como origem de calor e move o calor entre o solo e a casa ou edifício.
A bomba é perfurada entre 3 e 90 metros no solo e liga-se a longos circuitos de tubos que fazem circular o líquido no subsolo e em todo o edifício. No inverno, o líquido absorve o calor da Terra e transporta-o para o edifício, onde o aquecimento geotérmico o liberta através de um sistema de condutas. No verão, o líquido absorve o calor do edifício e transporta-o para a Terra para arrefecimento.
Mais formas de utilização da energia geotérmica
- A agricultura utiliza a energia geotérmica para manter as plantas quentes no inverno, ao aplicar vapor no solo.
- Alguns spas utilizam aberturas geotérmicas para aquecer banheiras convencionais e de hidromassagem.
- As fontes termais são conhecidas pela sua capacidade terapêutica para melhorar a saúde das pessoas.
- Os gêiseres naturais podem ser atrações turísticas inspiradoras. O "Old Faithful", no Parque Nacional de Yellowstone, é uma maravilha geotérmica que entra em erupção a cada 60 a 90 minutos e é visitado por cerca de 4 milhões de pessoas todos os anos.
O futuro da energia geotérmica
Fraturação hidráulica para energia geotérmica
Na indústria do petróleo e do gás, a fraturação hidráulica ("fracking") é uma forma comum de aumentar a produção. A fraturação hidráulica injeta fluido a alta pressão nas formações rochosas para as fraturar e tornar permeáveis. A fraturação hidráulica para energia geotérmica adota uma abordagem semelhante e é também designada como "sistemas geotérmicos avançados" (ESG). Embora seja um processo semelhante ao tipo de fraturação hidráulica utilizado pela indústria do gás natural, existem algumas distinções importantes. A fraturação hidráulica geotérmica cria fraturas mais pequenas e mais controladas e utiliza um fluido que causa muito menos poluição.
Os ESG produzem vapor através da extração da energia de rochas que são suficientemente quentes, mas demasiado secas, para produzirem vapor por si próprias. Os promotores perfuram "poços de injeção" verticalmente a profundidades de cerca de 0,97 a 4,5 km na Terra para alcançar os reservatórios de rocha quente e seca. Em seguida, utilizam água a 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 para a superfície da Terra, que, à semelhança das centrais de ciclo binário, aquece um fluido secundário que se transforma em vapor. A central geotérmica utiliza o vapor para acionar as turbinas e criar eletricidade.
Barreiras ao crescimento da energia geotérmica
- Falta de recursos geotérmicos naturais. Como referido no início deste artigo, a disponibilidade de recursos geotérmicos está limitada a localizações próximas dos limites das placas tectónicas. A maioria dos países com acesso à energia geotérmica já está a tirar partido do recurso em certa medida.
- Custos e riscos da exploração de centrais elétricas geotérmicas. A realização de um programa inicial de exploração e perfuração de três a cinco poços geotérmicos custa entre 20 e 30 milhões de dólares. Este facto, associado ao risco de uma exploração mal sucedida, constitui um obstáculo para dimensionar a utilização da energia geotérmica a nível mundial.
- Custo e risco das instalações de sistemas geotérmicos avançados. Embora os ESG tenham o potencial de expandir a disponibilidade de recursos geotérmicos, a perfuração de poços geotérmicos é muito dispendiosa em comparação com a perfuração de petróleo ou gás. Outro obstáculo prende-se com o facto de que, tal como os métodos tradicionais de "fraturação hidráulica", os poços ESG têm causado terramotos. Em particular, se a fraturação hidráulica tiver lugar perto de uma falha pré-existente, existe o risco de terramotos maiores, que podem ser suficientemente fortes para danificar edifícios próximos.
- Custo inicial elevado dos sistemas de aquecimento e arrefecimento geotérmicos. As bombas de calor geotérmico custam entre 3500 USD e 7500 USD para uma unidade básica, sendo que os modelos mais caros, com opções como o aquecimento de água quente, custam ainda mais. Além disso, os custos de escavação e instalação podem fazer subir o preço para 12 000 USD a 15 000 USD. No entanto, alguns países podem oferecer descontos ou créditos fiscais para compensar alguns destes custos. Estes sistemas acabam por ter retorno sobre o investimento porque são muito eficientes em termos energéticos. As pessoas que investem em sistemas de aquecimento e arrefecimento geotérmicos podem esperar poupar entre 30 a 70 por cento nas suas faturas anuais de energia.
Como é que a energia geotérmica afeta o ambiente?
Sendo 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 formas diferentes. Em geral, os impactos positivos da energia geotérmica superam os negativos.
Impactos negativos
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Consumo de água
As centrais geotérmicas consomem muita água para arrefecimento e para reabastecer os reservatórios geotérmicos. De todas as centrais elétricas renováveis e não renováveis, a geotérmica tem o segundo maior consumo de água. -
Emissões atmosféricas
As centrais de energia geotérmica em circuito aberto libertam sulfureto de hidrogénio, dióxido de carbono, amoníaco, metano e boro para a atmosfera. No entanto, a maioria das centrais de energia geotérmica são sistemas de circuito fechado que injetam os gases removidos para a Terra, com emissões atmosféricas mínimas. -
Subsidência
Quando as centrais geotérmicas extraem água quente das profundezas da Terra, deixam bolsas vazias que podem diminuir com o tempo se não forem reabastecidas. Ao nível da superfície, tal poderá ter impacto tanto no ambiente como nos edifícios. -
Fraturação hidráulica ESG
A fraturação hidráulica ESG pode induzir terramotos, o que constitui um entrave para as centrais localizadas perto de áreas urbanas, empresas e casas. Além disso, muitas pessoas acreditam que a fraturação hidráulica ESG tem o potencial de criar impactos negativos semelhantes à fraturação hidráulica de gás, tais como fugas, derrames 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 ambiente. A central de energia geotérmica média liberta um oitavo das emissões de carbono libertadas por uma central de carvão de médias dimensões. -
Reduz a dependência de energias alternativas
A energia geotérmica tem o potencial de fornecer uma fonte fiável e estável de eletricidade que pode ajudar os Estados Unidos e outros países a abandonarem a sua dependência de combustíveis fósseis e outras energias térmicas, como o propano, o gás natural e o petróleo. Além disso, as centrais elétricas geotérmicas não necessitam de combustíveis fósseis para funcionar. -
Reduz a pegada de carbono
O aquecimento e arrefecimento geotérmico é altamente eficiente em termos energéticos. É uma forma eficaz de as pessoas reduzirem a quantidade de carbono das suas casas e edifícios. Por exemplo, o aquecimento e arrefecimento geotérmico pode reduzir as emissões de gases com efeito de estufa de uma casa em até 75%. -
As tecnologias ajudam a impulsionar a transformação energética
O mundo enfrenta um desafio extraordinário para estabilizar o nosso clima através da construção de uma economia de carbono zero. Estas tecnologias inovadoras estão a ajudar a suportar a transição global para uma energia mais limpa:
Microsoft Cloud for Sustainability
Concebido para dar às organizações as informações de que necessitam para registar, comunicar e reduzir o seu impacto ambiental.
Gestão de energia IoT
Através da gestão de energia IoT, as empresas podem aliviar a pressão da rede para suportar o seu compromisso com a sustentabilidade, melhorando a eficiência energética e o equilíbrio entre a oferta e a procura.
Internet das Coisas do Azure
Os fornecedores de energia, como a ENGIE, estão a utilizar a IA e a cloud para impulsionar a eficiência da produção de energia e reduzir os custos.
Computação Quântica
A computação quântica está preparada para acelerar a resolução de problemas relacionados com a mudança para fontes de energia renováveis como a solar, hídrica, eólica e geotérmica.
Acelere o seu percurso de sustentabilidade
Onde quer que esteja no seu percurso rumo à neutralidade climática, o Microsoft Cloud for Sustainability permite-lhe expandir o progresso e transformar a sua empresa através de funcionalidades ambientais, sociais e de governação (ESG).
Perguntas mais frequentes
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Considerada um dos tipos de energia mais sustentáveis e eficientes, a energia geotérmica é um recurso limpo, fiável e renovável. Utiliza o calor armazenado na superfície da Terra para gerar eletricidade e fornecer aquecimento e arrefecimento geotérmico para casas e empresas.
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A energia geotérmica oferece três vantagens principais:
- É amiga do ambiente.
- É renovável.
- É fiável e estável.
Este recurso de energia limpa e renovável pode ajudar a reduzir a dependência mundial dos combustíveis fósseis.
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Quando comparada com outras fontes de energia, a energia geotérmica tem três desvantagens:
- Provoca a libertação para a atmosfera de gases com efeito de estufa que se encontram abaixo da superfície da Terra e pode afetar a estabilidade da Terra.
- Os reservatórios geotérmicos devem ser geridos para garantir que não se esgotam.
- As centrais geotérmicas só podem ser construídas em áreas próximas dos limites das placas tectónicas, onde existem reservatórios geotérmicos.
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A energia geotérmica é utilizada para aquecer e arrefecer casas, aquecer estufas, suportar processos industriais e gerar eletricidade.
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Os quatro tipos de energia geotérmica são:
- Energia geotérmica de baixa temperatura.
- Energia geotérmica coproduzida.
- Aquecimento e arrefecimento geotérmico.
- Central elétrica geotérmica.
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