Energia geotérmica em Moçambique, Trabalhos de Distribuição e Utilização de Energia

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Timóteo José António

ENERGIA GEOTÉRMICA

Universidade Licungo Beira 2021

Timóteo José António

ENERGIA GEOTÉRMICA

Universidade Licungo Beira 2021

Trabalho apresentado a Faculdade de Ciências e Tecnologias do curso de Ensino de Física, na Universidade Licungo, Extensão da Beira, como requisito parcial na cadeira de Energias Renováveis IV, ministrada pelo dr. Jorge Pedro.

1. Introdução A produção de energia, a nível mundial, é oriunda maioritariamente pela queima do carvão, petróleo e gás natural, ou seja, por fontes não renováveis, que além de poluir o meio ambiente por meio do dióxido de carbono (CO2) lançado à atmosfera, tem prazo determinado para se extinguir. Como a população cresce em ritmo acelerado, observa-se um aumento no consumo dessas fontes não renováveis, provocando uma grande preocupação mundial. Assim, promover uma variabilidade no uso das fontes renováveis de energia se torna essencial no combate à redução de problemas como a emissão de gases poluentes na atmosfera. Desta forma, este trabalho é um estudo de revisão bibliográfica a respeito da Energia geotérmica ou geotermal. Essa energia é a obtida a partir do calor interno da Terra. É um recurso que pode ser aproveitado em locais com actividade vulcânica, onde existam águas ou rochas a temperatura elevada, e em zonas onde seja possível atingir estratos magmáticos. Com as indústrias em crescimento é preciso ter disponível os recursos básicos para seu funcionamento e a energia é um dos recursos mais importantes neste processo, portanto as actividades industriais devem ser incentivadas prioritariamente no país pelos programas de eficiência energética. 2. Objectivos 2.1. Geral  Realizar uma revisão do estado da arte a respeito da Energia Geotérmica. 2.2. Específicos  Abordar sobre energia geotérmica;  Apresentar uma breve história sobre a energia geotérmica;  Identificar as diferentes formas utilização da energia geotérmica;  Fazer uma breve abordagem sobre as possíveis vantagens e desvantagens;  Fazer uma breve abordagem sobre a Energia Geotérmica no mundo e em Moçambique em particular.

3. Fundamentação teórica Energia Geotérmica é a energia armazenada abaixo da superfície da terra na forma de calor, proveniente da radiação solar incidente na crosta terrestre e das altas temperaturas existente no núcleo da Terra (FERREIRA, 2013 apud SANCHES et al , 2019). Energia geotérmica é a energia calorífica contida debaixo da superfície sólida da Terra, evidenciada pelo afloramento de água quente em fontes termais, fumarolas, erupções vulcânicas, entre outros. Energia geotérmica é a energia adquirida a partir do calor que provém da Terra, mais justamente do seu interior. A Terra é formada por grandes placas, que nos mantém isolados do seu interior, no qual encontramos o magma, que se resume de forma básica a rochas derretidas.

Figura 1: Estrutura da Terra. Fonte: Geografia Legal, 2016 apud BENFENATTI, 2017.

O interior da Terra é constituído em sua maioria, por materiais como rochas e metais, basicamente formado por três camadas de composição com propriedades diferentes, sendo elas: a crosta, que compreende gigantescos blocos rochosos, onde a espessura varia de 5 e 70 quilómetros; o manto, que é denso, se divide em superior e inferior, e onde se encontra o magma; e o núcleo, que, assim como o manto, se divide em externo (de consistência líquida) e interno (de consistência sólida e densa, composta por ferro e níquel) (BRANCO, 2016).

produzidos e em 1963 somente 25 MW. México, Japão, Filipinas, Quénia e Islândia também têm expandido a produção de electricidade por meio geotérmico. Na Nova Zelândia o campo de gases de Wairakei , na Ilha do Norte, foi desenvolvido por volta de 1950. Em 1964, 192 MW estavam sendo produzidos, mas hoje em dia este campo está acabando. Portugal conta com três centrais geotérmicas em funcionamento nos Açores. Duas na Ilha de São Miguel, e uma na ilha Terceira, Açores. As centrais de São Miguel foram construídas pela multinacional israelita Ormat e a da Terceira por um consórcio Italiano e Português (Exergy-CME) (Wikipédia, 2021).

3.2. Tecnologia usada Existem diferentes tipos de tecnologias de extracção de calor geológico, podendo-se dividi-las em dois grandes grupos: os de uso do calor directo e indirecto. O uso directo consiste em bombas de troca de calor, sistema geralmente utilizado para aquecimento de residências e prédios comerciais (muito encontrado no Canadá e Finlândia). O uso indirecto consiste em utilizar o calor geológico para gerar vapor (geralmente água, já presente no subsolo) que posteriormente atravessará uma turbina gerando energia eléctrica. Os sistemas indirectos também são divididos conforme variações nas características geológicas e operacionais de cada planta. As principais características de um poço geotérmico são: gradiente de temperatura, profundidades e qualidade da água, e vapor de água disponível. Em todos os casos indirectos o vapor condensado e os fluidos remanescentes do processo são reinjectados no solo para obter mais calor. A maioria das fontes geotérmicas possui mais fluido do que o calor, portanto a reinjecção tem de ser manejada com muito cuidado para que não ocorra o esfriamento da fonte (JANNUZZI, 2008).

3.3. Princípio de funcionamento 3.3.1. Para aquecimento em residências Para aquecimento em residências usa-se a tecnologia directa, que consiste em bombas de calor. Este mecanismo utiliza o princípio básico de um refrigerador, ou seja, opera na premissa de que um fluido absorve calor quando evapora e que liberta calor quando condensa.

A função deste fluido de trabalho é absorver calor no subsolo e libertá-lo na divisão desejada, quando se pretende fazer um aquecimento (PÊGAS et al ., 2016). Os sistemas de captação que se aplicam às bombas de calor são os horizontais, verticais e em aquífero. O primeiro caso, captação horizontal, é usado quando há uma área consideravelmente extensa disponível, o que torna mais rentável a sua instalação residencial, sendo que a sua colocação deverá ser feita antes da construção do edifício, pois chega a ocupar cerca de 150 m2 de terreno, variando com a quantidade de volume que se pretende aquecer ou arrefecer (PÊGAS et al ., 2016).

Figura 2: Sistema fechado, captação horizontal. Fonte: PÊGAS et al ., 2016.

Na captação Vertical as sondas são colocadas em furos pequenos e com profundidades entre os 25 e os 250 metros. Dado que a sua expansão é feita verticalmente, comparativamente com o método anterior, pode ser aplicado em locais que haja limitação de áreas de aproveitamento, no entanto, é mais dispendioso. É mais utilizado em grandes edifícios comerciais e escolas ou quando o solo é demasiado liso para abertura de trincheiras, fora a diminuição do transtorno na sua aplicação (PÊGAS et al ., 2016).

3.3.2. Para geração de energia eléctrica A energia geotérmica pode ser convertida em energia eléctrica, o que é normalmente efetuado nas centrais geotérmicas, instalações dedicadas exclusivamente à exploração e conversão de energia calorífica proveniente do interior da terra. Existem três tipos de tecnologias típicas nas centrais geotérmicas: Central vapor directo ou vapor seco, central de vapor “ flash ” e central de ciclo binário.

3.3.2.1. Vapor directo ou vapor seco As centrais geotérmicas de vapor seco retiram vapor do subsolo, a aproximadamente 150°C, através de um poço de indução e direccionam-no directamente para uma turbina, que, por estar acoplada a um gerador, converte a energia mecânica proveniente da rotação da turbina em energia eléctrica que pode ser utilizada para diversos fins. Quando o vapor arrefece, existe um canal, o poço de injecção. Esta tecnologia apenas liberta vapor de água em excesso e uma quantidade irrisória de outros gases (PÊGAS et al ., 2016).

Figura 5: Esquema de funcionamento de uma central de energia a vapor directo. Fonte: PÊGAS et al ., 2016.

3.3.2.2. Central de vapor “ flash ” Outras centrais utilizam uma tecnologia chamada de vapor “ flash ”, ou de réevaporação, permite aproveitar o calor de líquidos geotérmicas a temperaturas relativamente

elevadas, ou seja, a mais de 180°C. Estes fluidos são retirados do subsolo através de um poço de indução, como no método anterior, mas são direccionados para o chamado tanque “ flash ”, que tem uma pressão mais baixa que a pressão do fluido, que é alta, uma vez que provém do subsolo. O vapor “ flash ” é libertado de um condensado quente quando a pressão é reduzida de forma muito drástica, uma vez que a pressões baixas o ponto de vaporização da água baixa também. No tanque “ flash ”, que tem uma pressão mais reduzida que a do fluido, há uma parte do fluido que evapora, e é dirigido para a turbina, onde gera electricidade. O condensado é dirigido para a turbina onde a pressão é muito baixa, e evapora por isso de uma maneira muito rápida – mudança de estado brusca que é então designada por “ flash ” – girando novamente a turbina acoplada a um gerador que converte energia mecânica em eléctrica. O vapor arrefece e ao condensar é dirigido de novo para o subsolo. Este método apresenta a vantagem de formar vapor de forma muito rápida a partir de líquidos geotérmicos, e permitindo aproveitar toda a energia do fluido (PÊGAS et al ., 2016).

Figura 6: Esquema de funcionamento de uma central de energia de “ flash ” de vapor. Fonte: PÊGAS et al ., 2016.

3.3.2.3. Central de Ciclo Binário Por último, existem centrais geotérmicas que aproveitam a energia do solo através de um processo denominado ciclo binário. Este método difere dos dois processos referidos anteriormente porque a água ou o vapor provenientes do reservatório geotérmico nunca chega a entrar em contacto com a turbina ou com o gerador. [4] Fluidos geotérmicos a temperaturas

benefícios, cabe destacar a vantagem de reutilizar o fluido extraído, reinjetando-o na crosta terrestre, o que torna o recurso geotermal uma fonte renovável de energia. Além disso, a inserção da energia geotérmica na matriz energética reduz custos com a exploração e utilização de outras fontes, como o carvão mineral e o petróleo, por exemplo, e contribui para a sustentabilidade (CUNHA et al ., 2020).

3.4.2. Desvantagens Ademais, o recurso geotermal também apresenta algumas desvantagens, entre elas destacam- se as condições de operações (as usinas só podem ser construídas em zonas geológicas propícias, presentes em menos de 10% do planeta), o custo inicial elevado para perfuração do poço, estudo e implantação da usina, a poluição sonora (na fase de implantação da usina), dentre outros. Os principais impactos ambientais resultantes do trabalho com a energia geotérmica são a liberação, mesmo que em pequenas quantidades, de gases dissolvidos na atmosfera, como o H2S (sulfeto de hidrogénio), por exemplo, o aluimento da terra, o ruído (poluição sonora), além do aumento da temperatura no entorno onde está instalada a usina, ocasionada pela liberação de vapores na atmosfera (CUNHA et al ., 2020).

3.5. Aplicações da EG em função da sua entalpia Entalpia Temperatura Aplicação Alta Uso indireto para Geração de energia Eétrica Média Uso direto para aquecimento Baixa Uso direto para aquecimento

3.6. Energia geotérmica no mundo Segundo Abbasy (2013), actualmente mais de 20 nações produzem energia geotermal e somente nos Estados Unidos existem mais de 60 plantas de produção de energia geotermal de produção significante operando e a Califórnia lidera como a maior produtora do mundo de energia geotermal, no qual, somente a Chevron Company tem a capacidade de fornecer energia para 7 milhões de residências (BENFENATTI, 2017). Segundo Herzog et al (2004) a quantidade de energia geotérmica é enorme e se fosse aproveitado apenas 1% do calor que é dissipado nos 10 km de crosta terrestre, teríamos o

equivalente a 500 vezes a capacidade total energética de todo óleo e gás da Terra (BENFENATTI, 2017). Devido às dificuldades de se estimar os recursos geotérmicos disponíveis no mundo para aproveitamento, estudos apontam intervalos desse potencial. Para o caso da geração de electricidade, pode-se variar de 35 GW a 240 GW. Há quem indique que pode chegar a 1- TW (JANNUZZI, 2008). A capacidade instalada mundial em 2004 foi de 8,9 GW (57 TWh/ano ou 0,32% da electricidade gerada) para geração de electricidade a partir da energia geotérmica, distribuída em 24 países. Dez países em desenvolvimento estão entre os quinze maiores produtores mundiais. Em cinco desses países, a electricidade proveniente desta fonte representou entre 15%-22% do total gerado. São eles: El Salvador, Quénia, Filipinas, Islândia e Costa Rica. Cenários apontam que, através de desenvolvimentos tecnológicos e aumentos do factor de capacidade das plantas, as capacidades instaladas para geração de electricidade serão de 24 GW em 2020 e 140 GW em 2050. De acordo com IEA (2006), a participação da capacidade instalada de plantas geotérmicas de geração de electricidade poderá atingir de 2% a 3% do total mundial em 2050 (JANNUZZI, 2008).

3.7. Energia geotérmica em Moçambique A energia geotérmica é a energia armazenada na forma de calor no interior da Terra, para fins de utilização directa (baixa entalpia), com aplicações primárias industriais, residenciais, agrícolas e outras, e utilização indirecta (alta entalpia), com aplicações na geração de energia eléctrica (BERTANI, 2015; OMENDA, 2018). Esta energia manifesta-se à superfície na forma de rochas, fluidos quentes ou ambos (SOUZA, 2015 apud FORTES et al. 2020). Moçambique é coberto parcialmente pelo grande Vale do Rifte Leste Africano (VRLA), sendo possível a ocorrência de emanações geotérmicas, sob a forma de nascentes termais, que atingem temperaturas em algumas zonas superiores a 600 ºC, existindo mesmo um registo histórico de temperatura de 950 ºC (GUEIFÃO et al ., 2013 apud FORTES et al. 2020). Recentemente, foram realizados estudos térmicos, em centenas de estações próximas as fontes termais com temperaturas acima de 60ºC e fluxo de calor de 70-170 mW/m2. Foram mapeados cinco locais com potencial geotérmico: Metangula (95ºC), Morrumbala (153ºC), Boroma (164ºC), Maganja da Costa e Namacurra (155ºC). O potencial total foi de 147 MW e

Figura 8: Potencial geotérmico em Moçambique Fonte: FUNAE-ATLAS, 2013 apud ALER,2017.

No País foram inventariados locais com fontes geotermais de alta entalpia e/ou temperatura em profundidades rasas, com potencialidades para geração de energia eléctrica e/ou calor. Com o avanço de estudos e pesquisas geotérmicas em altas profundidades, espera- se novas regiões apontadas como promissoras para a geração da geoeletricidade. Na região de Metangula há condições geológicas para aproveitamento energético das fontes geotérmicas (FORTES et al ., 2020).

4. Conclusão A energia geotérmica é uma fonte de energia renovável, sendo, por isso, inesgotável e uma alternativa muito válida aos combustíveis fósseis, cujo esgotamento se avizinha, segundo todas as previsões. No entanto, o seu aproveitamento comporta muitas limitações, que só podem ser ultrapassadas através de um trabalho exaustivo no qual os engenheiros desempenham um papel fulcral. A energia geotérmica é uma fonte muito limpa de energia, libertando uma quantidade muito reduzida de poluentes para a atmosfera, e tem servido para usos deveras variados. Aquele que provavelmente detém mais importância a nível energético e económico passa pela conversão em energia elétrica. Não obstante, certas aplicações menos conhecidas desta fonte de energia, como a climatização de uma casa, se aplicadas em larga escala, poderão reduzir significativamente o custo das famílias e as emissões de gases poluentes implicadas pelo uso de energias convencionais. Apesar disso, há muitas limitações e desafios para a implementação da energia geotérmica na vida quotidiana do cidadão comum. Existem poucos pontos onde a temperatura do subsolo seja alta o suficiente para permitir o seu uso de forma recorrente sem precisar de projetos elaborados de aproveitamento de calor, e, mesmo em zonas de alta entalpia, as temperaturas relativamente baixas do vapor significam que o rendimento do processo de conversão efetuado nas centrais geotérmicas é muito baixo.