VULCÕES - FONTES DE ENERGIA GEOTÉRMICA

Energia e desenvolvimento social e econômico possuem correlações indissociáveis. Enquanto as nações desenvolvidas chegaram a um patamar estável referente ao consumo por pessoa/ano, caberá aos países emergentes o gigantesco desafio em crescer, para isso aumentar a demanda de energia em valores quatro vezes maiores do que o atual patamar.

Dentre os mais diversos desastres naturais ocorridos nos últimos anos em escala planetária, a atual sequência de erupções do vulcão Eyjafjallajökull na pequena Islândia despertou outros olhares além da catástrofe – o uso de energia geotérmica.

O planeta Terra é considerado um astro muito ativo. Uma de suas atividades é a liberação de energia pelos vapores de águas superaquecidas no interior da Terra. Este estudo é de competência da Geotermia [geo (grego) = Terra + thermo (grego) = calor, literalmente os termos significam, Calor da Terra]. Assim, podemos afirmar que a Geotermia é a ciência que estuda os fenômenos térmicos internos do globo terrestre e respectiva técnica que objetiva o seu uso, industrial e doméstico.

A energia geotérmica é conhecida desde a Antiguidade com o uso da água quente, aproveitada de fontes localizadas em regiões de intenso vulcanismo; como a presença dos gêiseres, oriundos de fendas nas rochas onde saem vapores de água; de aqüíferos que têm contato com o magma em fendas profundas na crosta terrestre etc.

A cada vez que descemos 100 m de profundidade, há um aumento médio de 2 a 3^o C em média, também, a radioatividade natural das rochas produz grandes quantidades de energia. Este calor se dirige para a superfície e aquece os aqüíferos freáticos. Se ele encontra uma falha ou fenda na rocha, esta água quente sobe em direção à superfície criando fontes termais naturais. Quando isso não acontece, ela precisa ser bombeada para uso na superfície.      

Esquema do Sistema de Energia Geotérmica

FONTE: http://csgmb.files.wordpress.com/2009/05/articles-3982_recurso_21.jpg

Outro sistema de obtenção de calor geotérmico é de origem solar. A cada dia, a Terra armazena energia solar no solo sob a forma de caloria. Este calor na superfície pode ser captado por meio de uma rede de tubos enterrados. O termo mais adequado para este tipo de sistema seria aquecimento geosolar. A recarga térmica é assegurada pela radiação solar e pela infiltração das águas de chuva.   

Quais utilizações podem fazer? 

De acordo com o nível de temperatura, distinguem-se diferentes tipos de geotermia, aos quais correspondem diferentes usos:

Tipo de geotermia	Características do “reservatório”	Utilizações
Energia Muito Baixa	Aquífero freático a menos de 100 m Temperatura < 30°C	Calefação e para refrescar o ambiente, utilizando a bomba de calor
Baixa Energia	30°C < Temperatura < 150°C	Calefação urbana, utilizações industriais, estação termal, balneaterapia
Média e Alta Energia	180°C < Temperatura < 350°C	Produção de eletricidade
Geotermia Profunda	Rochas quentes secas (HDR – hot dry rocks) a mais de 3 000 m de profundidade	Em fase de pesquisa para eletricidade ou aquecimento

A utilização direta da energia calorífica (Energia baixa ou muito baixa)

 Considera-se que quase 17.000 MWt (megawatt térmico) estão instalados no mundo, mais ou menos em partes iguais entre a América, a Ásia e a Europa. 

Para a Geotermia Baixa Energia, a temperatura das coberturas é compreendida entre 30 e 150 °C. Atualmente, cerca de 55 países exploram produção de calor geotermal. Esta exploração está em plena expansão uma que eram apenas cerca de trinta de países em 1995. Suas aplicações são muito diversificadas (residências, estufas, fontes termais, etc.).

Geotermia de Baixa Energia

FONTE: HTTP://www.ademe.fr

Geotermia de Muito Baixa Energia

A Geotermia de Muito Baixa Energia é explorada através bombas à calor denominadas Bombas Geotérmicas. Esta técnica é empregada quando um sistema necessita de baixas temperaturas (menor que 35°C) e perfurações pouco profundas (menos de 100 m) para captação de energia calorífica contida na água ou o ar próximo ao solo. É utilizada geralmente para aquecer e refrescar ambientes.

Na Europa, a evolução desta técnica é importante nos países que não possuem reservatórios geotérmicos importantes, como na Alemanha e na Suíça. Há interesse na França, para utilização deste tipo de energia para uso em residências.

A Produção de Eletricidade (Média e Muito Alta Energia)

 A Geotermia Muito Alta atualmente é explorada no mundo até quase 8.000 MW (megawatt elétricos instalados), cabendo a América a fração majoritária de 42%, e 38% à Ásia. Mais de 20 países produzem hoje uma parte da sua energia elétrica a partir de reservatórios em aqüíferos, cujas temperaturas estão entre 180 e 350°C. Na Europa, a Itália é a nação mais engajada neste tipo de energia termal com 1,7% da sua produção de eletricidade procedente da Geotermia.

Foi na Itália, região de Toscana, precisamente em Larderello que em 1913 foi inaugurada a primeira Usina Geotérmica com produção de 250 KW. Na região existe um vulcão com o mesmo nome.

Larderello, Toscana início do Século XX

FONTE : http://www.reuk.co.uk/OtherImages/larderello-power-station.jpg

Central de Energia Geotérmica em Larderello

FONTE : http://www.industcards.com/larderello.jpg

Geotermia de Alta Energia

FONTE: HTTP://www.ademe.fr

Sistema Binário de Produção Geotérmica

 O Sistema Binário de Produção de Energia Geotérmica desenvolve-se hoje, permitindo produzir eletricidade a partir de aqüíferos freáticos com baixas temperaturas (entre 90 e 150 °C). A técnica consiste a utilizar um líquido intermédio que se vaporiza a uma temperatura mais baixa do que a da água.

Sistema HDR (Hot dry Rocks) – Rochas Quentes Secas[texto transcrito do “site” do Geólogo Nelson Custódio da Silveira Filho (http://www.Energia Geotérmica no Brasil e no exterior_2.mht)]

 Rochas quentes secas - fontes naturais de energia geotermal de alta entalpia. Uma alternativa  energética limpa,  praticamente inesgotável,  atualmente objeto de estudos em vários países, dentre eles o Brasil. Os sistemas HDR, classificados como de alta entalpia, são potencialmente adequados para a produção de energia elétrica.

Nos últimos vinte anos, a tecnologia para se extrair a energia dos sistemas HDR tem sido principalmente pesquisada e desenvolvida nos USA, no Laboratório Nacional de Los Alamos, situado no estado do Novo México.

Na década de 70, a possibilidade de se "minerar" a energia associada aos sistemas HDR foi demonstrada - em  pequena escala - pelas pesquisas desenvolvidas pelos USA no Laboratório de Nacional de Los Alamos, através de técnicas combinadas que envolveram: perfuração de poços profundos no sistema geotermal, fraturamento hidráulico das rochas quentes e a circulação de água comum,  injetada e circulada artificialmente no sistema em regime de circuito fechado.

Entre 1980 e 1986, um "reservatório HDR" maior, mais profundo e mais quente foi desenvolvido em Fenton Hills (New Mexico). Após a realização dos testes de produção, este reservatório foi então acoplado de maneira permanente à uma planta de produção de energia elétrica construída na superfície. Os testes de fluxo de calor  realizados entre 1991 e 1995 apresentaram resultados positivos interessantes, indicando claramente a possibilidade de se produzir energia elétrica de maneira econômica a partir de um sistema HDR.

Atualmente, alguns projetos de pesquisa visando o aproveitamento econômico da energia de sistemas geotermais do tipo HDR e outros estão sendo executados principalmente na Suíça, França e Austrália. A China, ultimamente vem demonstrando um crescente interesse no uso de recursos geotermais.

Algumas Considerações Finais

Iniciamos este tema com referência ao vulcão Eyjafjallajökull na Islândia e o seu potencial geotérmico. Lá, a energia é barata e eles pretyendem exportar energia para outros países. Há princípio de uma maneira tradicional, por baixa frequência, através de cabos submarinos.

Mas, no futuro esta transmissão de eletricidade será por alta frequência, isto é, por ondas de rádio. Este assunto será tema do nosso comentário. Breve, nesta Coluna.

Central de Energia Geotérmica na islândia

FONTE: http://sites.google.com/site/correiamiguel25/324731289_4dbc2dfd59.jpg

*defranca_v@hotmail.com

ENERGIA GEOTÉRMICA

Energia e desenvolvimento social e econômico possuem correlações indissociáveis. Enquanto as nações desenvolvidas chegaram a um patamar estável referente ao consumo por pessoa/ano, caberá aos países emergentes o gigantesco desafio em crescer, para isso aumentar a demanda de energia em valores quatro vezes maiores do que o atual patamar.

Dentre os mais diversos desastres naturais ocorridos nos últimos anos em escala planetária, a atual sequência de erupções do vulcão Eyjafjallajökull na pequena Islândia despertou outros olhares além da catástrofe – o uso de energia geotérmica.

O planeta Terra é considerado um astro muito ativo. Uma de suas atividades é a liberação de energia pelos vapores de águas superaquecidas no interior da Terra. Este estudo é de competência da Geotermia [geo (grego) = Terra + thermo (grego) = calor, literalmente os termos significam, Calor da Terra]. Assim, podemos afirmar que a Geotermia é a ciência que estuda os fenômenos térmicos internos do globo terrestre e respectiva técnica que objetiva o seu uso, industrial e doméstico.

A energia geotérmica é conhecida desde a Antiguidade com o uso da água quente, aproveitada de fontes localizadas em regiões de intenso vulcanismo; como a presença dos gêiseres, oriundos de fendas nas rochas onde saem vapores de água; de aqüíferos que têm contato com o magma em fendas profundas na crosta terrestre etc.

A cada vez que descemos 100 m de profundidade, há um aumento médio de 2 a 3^o C em média, também, a radioatividade natural das rochas produz grandes quantidades de energia. Este calor se dirige para a superfície e aquece os aqüíferos freáticos. Se ele encontra uma falha ou fenda na rocha, esta água quente sobe em direção à superfície criando fontes termais naturais. Quando isso não acontece, ela precisa ser bombeada para uso na superfície.      

Esquema do Sistema de Energia Geotérmica

FONTE: http://csgmb.files.wordpress.com/2009/05/articles-3982_recurso_21.jpg

Outro sistema de obtenção de calor geotérmico é de origem solar. A cada dia, a Terra armazena energia solar no solo sob a forma de caloria. Este calor na superfície pode ser captado por meio de uma rede de tubos enterrados. O termo mais adequado para este tipo de sistema seria aquecimento geosolar. A recarga térmica é assegurada pela radiação solar e pela infiltração das águas de chuva.   

Quais utilizações podem fazer? 

De acordo com o nível de temperatura, distinguem-se diferentes tipos de geotermia, aos quais correspondem diferentes usos:

Tipo de geotermia	Características do “reservatório”	Utilizações
Energia Muito Baixa	Aquífero freático a menos de 100 m Temperatura < 30°C	Calefação e para refrescar o ambiente, utilizando a bomba de calor
Baixa Energia	30°C < Temperatura < 150°C	Calefação urbana, utilizações industriais, estação termal, balneaterapia
Média e Alta Energia	180°C < Temperatura < 350°C	Produção de eletricidade
Geotermia Profunda	Rochas quentes secas (HDR – hot dry rocks) a mais de 3 000 m de profundidade	Em fase de pesquisa para eletricidade ou aquecimento

A utilização direta da energia calorífica (Energia baixa ou muito baixa)

 Considera-se que quase 17.000 MWt (megawatt térmico) estão instalados no mundo, mais ou menos em partes iguais entre a América, a Ásia e a Europa. 

Para a Geotermia Baixa Energia, a temperatura das coberturas é compreendida entre 30 e 150 °C. Atualmente, cerca de 55 países exploram produção de calor geotermal. Esta exploração está em plena expansão uma que eram apenas cerca de trinta de países em 1995. Suas aplicações são muito diversificadas (residências, estufas, fontes termais, etc.).

Geotermia de Baixa Energia

FONTE: HTTP://www.ademe.fr

Geotermia de Muito Baixa Energia

A Geotermia de Muito Baixa Energia é explorada através bombas à calor denominadas Bombas Geotérmicas. Esta técnica é empregada quando um sistema necessita de baixas temperaturas (menor que 35°C) e perfurações pouco profundas (menos de 100 m) para captação de energia calorífica contida na água ou o ar próximo ao solo. É utilizada geralmente para aquecer e refrescar ambientes.

Na Europa, a evolução desta técnica é importante nos países que não possuem reservatórios geotérmicos importantes, como na Alemanha e na Suíça. Há interesse na França, para utilização deste tipo de energia para uso em residências.

A Produção de Eletricidade (Média e Muito Alta Energia)

 A Geotermia Muito Alta atualmente é explorada no mundo até quase 8.000 MW (megawatt elétricos instalados), cabendo a América a fração majoritária de 42%, e 38% à Ásia. Mais de 20 países produzem hoje uma parte da sua energia elétrica a partir de reservatórios em aqüíferos, cujas temperaturas estão entre 180 e 350°C. Na Europa, a Itália é a nação mais engajada neste tipo de energia termal com 1,7% da sua produção de eletricidade procedente da Geotermia.

Foi na Itália, região de Toscana, precisamente em Larderello que em 1913 foi inaugurada a primeira Usina Geotérmica com produção de 250 KW. Na região existe um vulcão com o mesmo nome.

Larderello, Toscana início do Século XX

FONTE : http://www.reuk.co.uk/OtherImages/larderello-power-station.jpg

Central de Energia Geotérmica em Larderello

FONTE : http://www.industcards.com/larderello.jpg

Geotermia de Alta Energia

FONTE: HTTP://www.ademe.fr

Sistema Binário de Produção Geotérmica

 O Sistema Binário de Produção de Energia Geotérmica desenvolve-se hoje, permitindo produzir eletricidade a partir de aqüíferos freáticos com baixas temperaturas (entre 90 e 150 °C). A técnica consiste a utilizar um líquido intermédio que se vaporiza a uma temperatura mais baixa do que a da água.

Sistema HDR (Hot dry Rocks) – Rochas Quentes Secas[texto transcrito do “site” do Geólogo Nelson Custódio da Silveira Filho (http://www.Energia Geotérmica no Brasil e no exterior_2.mht)]

 Rochas quentes secas - fontes naturais de energia geotermal de alta entalpia. Uma alternativa  energética limpa,  praticamente inesgotável,  atualmente objeto de estudos em vários países, dentre eles o Brasil. Os sistemas HDR, classificados como de alta entalpia, são potencialmente adequados para a produção de energia elétrica.

Nos últimos vinte anos, a tecnologia para se extrair a energia dos sistemas HDR tem sido principalmente pesquisada e desenvolvida nos USA, no Laboratório Nacional de Los Alamos, situado no estado do Novo México.

Na década de 70, a possibilidade de se "minerar" a energia associada aos sistemas HDR foi demonstrada - em  pequena escala - pelas pesquisas desenvolvidas pelos USA no Laboratório de Nacional de Los Alamos, através de técnicas combinadas que envolveram: perfuração de poços profundos no sistema geotermal, fraturamento hidráulico das rochas quentes e a circulação de água comum,  injetada e circulada artificialmente no sistema em regime de circuito fechado.

Entre 1980 e 1986, um "reservatório HDR" maior, mais profundo e mais quente foi desenvolvido em Fenton Hills (New Mexico). Após a realização dos testes de produção, este reservatório foi então acoplado de maneira permanente à uma planta de produção de energia elétrica construída na superfície. Os testes de fluxo de calor  realizados entre 1991 e 1995 apresentaram resultados positivos interessantes, indicando claramente a possibilidade de se produzir energia elétrica de maneira econômica a partir de um sistema HDR.

Atualmente, alguns projetos de pesquisa visando o aproveitamento econômico da energia de sistemas geotermais do tipo HDR e outros estão sendo executados principalmente na Suíça, França e Austrália. A China, ultimamente vem demonstrando um crescente interesse no uso de recursos geotermais.

Algumas Considerações Finais

Iniciamos este tema com referência ao vulcão Eyjafjallajökull na Islândia e o seu potencial geotérmico. Lá, a energia é barata e eles pretyendem exportar energia para outros países. Há princípio de uma maneira tradicional, por baixa frequência, através de cabos submarinos.

Mas, no futuro esta transmissão de eletricidade será por alta frequência, isto é, por ondas de rádio. Este assunto será tema do nosso comentário. Breve, nesta Coluna.

Central de Energia Geotérmica na islândia

FONTE: http://sites.google.com/site/correiamiguel25/324731289_4dbc2dfd59.jpg

*defranca_v@hotmail.com

ENERGIA E DESENVOLVIMENTO

O Plano Nacional de Energia 2030 não cria nada novo, apenas replica o planejamento iniciado nos anos 1960, sob a égide da CANAMBRA, empresa consultora canadense, que projetou mais de 600 hidrelétricas para as nossas províncias hidrográficas até meados deste século.

Energia e desenvolvimento são dois termos indissociáveis, da mesma forma, vida e energia. Informações quantitativas do uso de energia são um dos indicadores sobre a qualidade de vida em uma Nação, região ou comunidade, podendo reunir dados sobre a necessidade diária de calorias que o ser humano deve consumir.

A quantidade mínima de energia para que uma pessoa adulta permaneça viva é em torno de um mil kcal (1 kcal = 1 000 calorias), conforme uma dos nossos renomados cientistas e autoridade em Matriz Energética, o Dr. José Goldemberg. Para uma pessoa envolvida nas suas atividades normais, seu consumo cotidiano chega perto de dois mil kcal diárias. Para o trabalhador que realiza um trabalho pesado, são necessárias quatro mil kcal por dia. Ou, em escala macro, os indicadores de oferta e de demanda de energia como suporte para a dinâmica social e econômica, traduzidos na Matriz Energética Nacional, espelho da Política Energética Nacional em vigor.

Para as devidas comparações sobre os usos de energia utilizaremos como unidade representativa dos mais diversos tipos de energia, a tEP (Tonelada Equivalente de Petróleo = é aproximadamente equivalente à quantidade de calor existente em uma tonelada de petróleo cru, que por convenção, é igual a 10 000 kcal.kg^-1).

O consumo de Energia Primária (Produtos energéticos providos pela natureza na sua forma direta, como o petróleo, gás natural, carvão mineral, resíduos vegetais e animais, energia solar, eólica, dentre outras) nos países industrializados chega, em média, a 5 tEP por pessoa/ano, enquanto nos países em desenvolvimento este valor é de 0,85 tEP. No Brasil, o consumo médio é de 1,2 tEP por pessoa/ano.

O consumo de mundial energia cresceu em média 2% ao ano no período compreendido de 1960 a 1990, com acentuado contraste entre os crescimentos nos países desenvolvidos e nos emergentes. O consumo nos países 30 países mais ricos, integrantes da Organização de Cooperação e de Desenvolvimento Económicos (OCDE) se estabilizou em 1990, no patamar de 4 000 milhões de tEP anuais, crescendo a partir deste marco, a uma taxa inferior a 1% ao ano.

Na outra vertente, o consumo tem crescido a taxas elevadas nos países emergentes, e vai continuar crescendo pelas seguintes justificativas:

• Crescimento populacional em torno de 2% a.a., que no conjunto de todos os países emergentes, tem sido responsável por 50% do crescimento anual do consumo de energia.
• Crescimento econômico, que, na maioria dos países emergentes (exceto de alguns países africanos), é um resultado da independência política, integração na economia mundial e acesso à informação via rádio e televisão.

A associação destes dois fatores registrou um crescimento do consumo de energia comercial de 4% a.a. nestes países. O consumo de energia nos países em desenvolvimento continuará crescendo nestas próximas décadas, com projeções que em 2020 o consumo ultrapassará o dos países da OCDE. Também, estudos projetam a necessidade anual de 3 tEP por pessoa/ano como meta a ser atingida para que as Nações emergentes ofereçam para a sociedade, os benefícios para que tenham uma melhoria substancial em sua qualidade de vida. Se a Matriz Energética Mundial de Fontes Primárias permanecerem inalterada, este fato se traduzirá na emissão de poluentes, especificamente do CO₂ oriundo da combustão de combustíveis fósseis.

Este é um grande desafio aos planejadores estratégicos engessados por paradigmas tímidos e conservadores, ancorados em uma Matriz Energética ultrapassada e insustentável, e sem contabilizar os custos sociais. Deteremos-nos desta vez, na Matriz de Energia Elétrica, alimentada majoritariamente pela hidroeletricidade.

A Academia (as Universidades) acena para a necessidade premente de investimentos em pesquisas que tornem os usos energéticos alternativos, mais rentáveis, e ao mesmo tempo, a criação de novos conceitos e dimensionamentos para o uso racional de energia de forma sustentável, pois, o Plano Nacional de Energia 2030 não cria nada novo, apenas replica o planejamento iniciado nos anos 1960, sob a égide da CANAMBRA, empresa consultora canadense, que projetou mais de 600 hidrelétricas para as nossas províncias hidrográficas até meados deste século.

Fontes energéticas alternativas estão disponíveis para comporem uma Matriz de Energia Elétrica sob a ótica do desenvolvimento durável. Em primeiro lugar, o Brasil ocupa uma grande área na Região Tropical, que recebe irradiação solar durante uns 300 dias por ano. Esta posição geográfica é traduzida em potencial bioenergético, disponível para todo o nosso planeta na ordem de 40.10¹²watts.

Saindo um pouco dos modelos tradicionais, o litoral maranhense tem uma amplitude de maré em torno de sete metros. No litoral norte de Portugal esta amplitude máxima chega a cinco metros e lá, se usa energia oriunda da maremotriz, isto é, de uma usina que gera energia elétrica a partir do movimento dos flutuadores causado pelas marés.

Outro fato importante são as áreas onde ocorre maior freqüência de relâmpagos, energia que poderá ser armazenada na superfície. Nos anos 1960 cientistas ingleses realizavam estudos sobre tecnologias para armazenar este gigantesco potencial energético e existem atualmente laboratórios com os mesmos objetivos.

Aliada a uma nova Matriz de Energia Elétrica, os estrategistas devem, paralelamente, implementar novos conceitos em infraestrutrura que reduzam sistematicamente o consumo de energia. Desde a concepção de edificações construídas no contexto do “edifício verde”, a fabricação de equipamentos com baixo consumo e excelente desempenho. Uma política de transporte que priorize a multimodalidade conforme os potenciais regionais, sem perder de vista o conceito de “continentalidade”, onde o planejamento e gestão requerem níveis de custo & benefício relacionados à tonelada transportada, por quilômetro, por consumo e tipo de combustível.

O setor transporte coletivo urbano deve pautar as idéias dimensionadas às escalas locais, com os mesmos conceitos regionais. Devemos restabelecer os trilhos; identificar rotas entre pólos com maior densidade demográfica, ou de serviços ou de indústrias; planificar moradias próximas aos locais de postos de trabalho, etc. Projetar também o uso intermodal no transporte urbano, com ênfase no conforto, na segurança e na qualidade, e com isso reduzir a frota de veículos automotores individuais.     

Abordei, desta vez, alguns aspectos gerais que requer um planejamento estratégico no setor energético como capítulo para um Plano de Metas governamental, instrumento fundamental de gestão pública para os executivos dos três níveis, como proposta da Academia para racionalizar o uso de energia e justificar a necessidade premente de uma nova Matriz de Energia Elétrica para o Brasil e para o MERCOSUL.

• A Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico ou Organização de Cooperação e de Desenvolvimento Econômico (OCDE; OECD em inglês) é uma organização ingternacional dos países comprometidos com os princípios da democracia representativa e da economia de livre mercado. A sua sede fica em Paris, França. 

 O "site"oficial da OECD é:

http://www.oecd.org/home/0,2987,en_2649_201185_1_1_1_1_1,00.html

 Este artico (ensaio) teve como fonte principal a seguinte obra: GOLDEMBERG, José; VILLANUEVA, Luz Dondero; tradução André Koch. 2ª. Ed. Rev. São Paulo, SP: Editora Universidade de São Paulo. 2003.

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Organiza%C3%A7%C3%A3o_para_a_Coopera%C3%A7%C3%A3o_e_Desenvolvimento_Econ%C3%B3mico

Publicado no mês de outubro de 2009 – Coluna CIÊNCIA EM FOCO/JORNAL CAIÇARA “ON LINE”