Energia geotérmica, forma de conversão de energia na qual a energia térmica da Terra é capturada e aproveitada para cozinhar, tomar banho, aquecimento ambiente, geração de energia elétrica e outros usos.
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A ação humana desencadeou uma vasta cascata de problemas ambientais que agora ameaçam a capacidade contínua de florescer tanto os sistemas naturais quanto os humanos. Resolver os problemas ambientais críticos do aquecimento global, escassez de água, poluição e perda de biodiversidade talvez sejam os maiores desafios do século XXI. Vamos subir para encontrá-los?
O calor do interior da Terra gera fenômenos de superfície, como fluxos de lava, gêiseres, fumarolas, fontes termais e vasos de barro. O calor é produzido principalmente pela deterioração radioativa do potássio, tório e urânio na crosta e no manto da Terra e também pelo atrito gerado ao longo das margens das placas continentais. O fluxo de calor anual subseqüente de baixa qualidade para a superfície é em média entre 50 e 70 miliwatts (mW) por metro quadrado em todo o mundo. Por outro lado, a radiação solar recebida que atinge a superfície da Terra fornece 342 watts por metro quadrado por ano (consulte energia solar). A energia térmica geotérmica pode ser recuperada e explorada para uso humano e está disponível em qualquer lugar da superfície da Terra. A energia estimada que pode ser recuperada e utilizada na superfície é de 4,5 × 10 6 exajoules, ou cerca de 1,4 × 10 6 terawatt-ano, o que equivale a aproximadamente três vezes o consumo anual mundial de todos os tipos de energia.
A quantidade de energia utilizável de fontes geotérmicas varia de acordo com a profundidade e o método de extração. O aumento da temperatura das rochas e outros materiais subterrâneos fica em média 20 a 30 ° C (36 a 54 ° F) por quilômetro (0,6 milhas) de profundidade em todo o mundo na parte superior da litosfera, e essa taxa de aumento é muito maior na maior parte Áreas geotérmicas conhecidas da Terra. Normalmente, a extração de calor requer um fluido (ou vapor) para trazer a energia para a superfície. Localizar e desenvolver recursos geotérmicos pode ser um desafio. Isto é especialmente verdade para os recursos de alta temperatura necessários para gerar eletricidade. Tais recursos são tipicamente limitados a partes do mundo caracterizadas por atividade vulcânica recente ou localizadas ao longo dos limites das placas ou dentro de pontos quentes da crosta terrestre. Embora exista uma fonte contínua de calor na Terra, a taxa de extração dos fluidos e vapor aquecidos pode exceder a taxa de reabastecimento e, portanto, o uso do recurso deve ser gerenciado de forma sustentável.
Usos
O uso de energia geotérmica pode ser dividido em três categorias: aplicações de uso direto, bombas de calor geotérmicas (GHPs) e geração de energia elétrica.
Usos diretos
Provavelmente, o conjunto de aplicações mais utilizado envolve o uso direto de água aquecida do solo, sem a necessidade de nenhum equipamento especializado. Todas as aplicações de uso direto utilizam recursos geotérmicos de baixa temperatura, que variam entre 50 e 150 ° C (122 e 302 ° F). Essa água e vapor geotérmica de baixa temperatura foram usados para aquecer edifícios individuais, bem como distritos inteiros onde numerosos edifícios são aquecidos a partir de uma fonte central de suprimento. Além disso, muitas piscinas, instalações balneológicas (terapêuticas) em spas, estufas e lagoas de aquicultura em todo o mundo foram aquecidas com recursos geotérmicos. Outros usos diretos da energia geotérmica incluem culinária, aplicações industriais (como secagem de frutas, legumes e madeira), pasteurização do leite e derretimento da neve em larga escala.Para muitas dessas atividades, a água quente é frequentemente usada diretamente no sistema de aquecimento, ou pode ser usado em conjunto com um trocador de calor, que transfere calor quando existem minerais e gases problemáticos, como o sulfeto de hidrogênio misturado com o fluido.
Bombas de calor geotérmica
As bombas de calor geotérmica (GHPs) aproveitam as condições de temperatura moderada relativamente estáveis que ocorrem nos primeiros 300 metros (1.000 pés) da superfície para aquecer edifícios no inverno e resfriá-los no verão. Nessa parte da litosfera, rochas e águas subterrâneas ocorrem a temperaturas entre 5 e 30 ° C (41 e 86 ° F). Em profundidades mais rasas, onde a maioria dos GHPs é encontrada, como a 6 metros da superfície da Terra, a temperatura do solo mantém uma temperatura quase constante de 10 a 16 ° C (50 a 60 ° F). Consequentemente, esse calor pode ser usado para ajudar a aquecer edifícios durante os meses mais frios do ano, quando a temperatura do ar cai abaixo da do solo. Da mesma forma, durante os meses mais quentes do ano, o ar quente pode ser retirado de um prédio e circular no subsolo, onde perde muito calor e é devolvido.
Um sistema GHP é composto por um trocador de calor (um loop de tubos enterrados no chão) e uma bomba. O trocador de calor transfere energia térmica entre o solo e o ar na superfície por meio de um fluido que circula pelos tubos; o fluido usado é geralmente água ou uma combinação de água e anticongelante. Nos meses mais quentes, o calor do ar quente é transferido para o trocador de calor e para o fluido. À medida que se move pelos canos, o calor é disperso nas rochas, no solo e nas águas subterrâneas. A bomba é revertida durante os meses mais frios. A energia térmica armazenada no solo relativamente quente aumenta a temperatura do fluido. O fluido então transfere essa energia para a bomba de calor, que aquece o ar no interior do edifício.
Os GHPs têm várias vantagens sobre os sistemas mais convencionais de aquecimento e ar condicionado. Eles são muito eficientes, usam 25% a 50% menos eletricidade do que os sistemas convencionais de aquecimento e refrigeração, e produzem menos poluição. A redução no uso de energia associada aos GHPs pode se traduzir em uma redução de até 44% nas emissões de gases de efeito estufa em comparação com as bombas de calor de fonte de ar (que transferem calor entre o ar interno e o externo). Além disso, quando comparados aos sistemas de aquecimento por resistência elétrica (que convertem eletricidade em calor) juntamente com os sistemas de ar condicionado padrão, os GHPs podem produzir até 72% menos emissões de gases de efeito estufa.
