Geotermia: como o calor terrestre gera eletricidade e climatiza edifícios

Um mesmo recurso, diferentes usos

A energia geotérmica é o calor da Terra. Segundo o U.S. Department of Energy (DOE), os recursos geotérmicos incluem depósitos subterrâneos de água quente, naturais ou criados por intervenção humana, a diferentes temperaturas e profundidades. É possível perfurar poços que vão de alguns pés a várias milhas de profundidade para acessar vapor ou água quente e levar esse calor à superfície. O DOE descreve esses recursos e suas aplicações.

O uso não é único. O calor pode ser transformado em eletricidade; a temperatura estável do subsolo pode servir para aquecer ou resfriar edifícios; e a água quente pode ser aproveitada diretamente em edifícios ou processos industriais. São caminhos diferentes: nem toda instalação geotérmica produz eletricidade, e a climatização com bombas de calor não equivale a extrair vapor para movimentar uma turbina.

A diferença central está no que se obtém do subsolo e na transformação necessária. Para gerar eletricidade, o processo depende do tipo de usina: pode utilizar vapor do reservatório, converter parte da água quente em vapor ao reduzir sua pressão ou transferir o calor para outro líquido que se vaporiza e aciona a turbina. Para climatizar, uma bomba de calor troca energia com o terreno, que atua como fonte ou sumidouro térmico. No uso direto, a água quente é empregada para fornecer calor, sem que a finalidade descrita seja gerar eletricidade.

Das rochas quentes à eletricidade

Nos sistemas geotérmicos descritos pelo DOE, as rochas quentes, um fluido e a permeabilidade — a capacidade de esse fluido se mover entre as rochas — oferecem condições para gerar eletricidade. O DOE afirma que a permeabilidade pode ser natural ou criada; o fluido circula pelas rochas quentes, absorve calor e pode levá-lo à superfície por meio de poços. Sua explicação geral descreve a conversão dessa energia térmica em vapor para impulsionar turbinas; as configurações das usinas, porém, diferem na forma como o vapor é produzido. O DOE detalha essas condições e o processo geotérmico.

A EIA, como referência de contexto, descreve três tipos básicos de usinas geotérmicas. Nas de vapor seco, o vapor do reservatório aciona diretamente a turbina. Nas de vapor de expansão (flash steam), a água quente sob alta pressão chega à superfície e, quando a pressão diminui, uma parte se converte rapidamente em vapor. Nas de ciclo binário, a água geotérmica transfere calor para outro líquido cujo ponto de ebulição é menor; esse segundo fluido se vaporiza e movimenta a turbina. A EIA informa que, nesse último sistema, a água geotérmica não entra em contato com a turbina e é devolvida ao subsolo. EIA: tipos de usinas geotérmicas.

A tabela resume mecanismos descritos pelo DOE e pela EIA; não estabelece qual é mais eficiente nem qual é mais adequada para um lugar específico. A EIA informa que as usinas geotérmicas que descreve precisam de água muito quente ou vapor, em uma faixa de 300 °F a 700 °F. Esse intervalo é apresentado para as usinas em conjunto, não como requisito detalhado para cada tipo de tecnologia nem como requisito geral para todas as aplicações geotérmicas. EIA: recursos e aproveitamento geotérmico.

Aquecimento, resfriamento e calor de uso direto

As bombas de calor geotérmicas usam o terreno como meio de troca térmica. Quando as temperaturas na superfície são mais quentes, o subsolo atua como sumidouro que absorve calor; quando são mais frias, funciona como fonte de calor. O DOE distingue essa função dos sistemas de aquecimento e resfriamento distrital, que podem combinar várias tecnologias geotérmicas — por exemplo, uma série de bombas de calor — para atender edifícios, campus ou comunidades. O DOE explica esses usos térmicos.

O uso direto segue outra lógica: poços, geralmente mais profundos que os das bombas de calor, trazem água quente subterrânea para fornecer água quente a edifícios, aquecimento de ambientes ou calor a processos industriais. O DOE menciona entre os exemplos a piscicultura, as estufas e a secagem de polpa, papel, madeira e outros materiais. Nesses casos, o objetivo é aproveitar o calor diretamente, não descrever uma conversão em eletricidade.

A diferença prática entre essas opções depende do recurso disponível e da demanda que se pretende atender: eletricidade, climatização ou calor para um processo. As fontes consultadas explicam os mecanismos, mas não fornecem uma comparação quantitativa de custos, desempenho ou requisitos de instalação entre os três caminhos. Portanto, a descrição permite distinguir as funções, não decidir qual é superior em qualquer situação.

Abrangência e limites das informações

A página do DOE apresenta a geotermia como um recurso com múltiplos usos e descreve oportunidades, tecnologias e programas de trabalho. Também apresenta estimativas de potencial para os Estados Unidos: mais de 17.000 sistemas de aquecimento distrital e bombas de calor geotérmicas equivalentes a 28 milhões de residências até 2050. Para a capacidade elétrica, distingue duas análises: a análise GeoVision de 2019 indicou um potencial de até 60 gigawatts; a análise Enhanced Geothermal Shot™ de 2022 apontou um potencial de 90 gigawatts até 2050, condicionado à obtenção de reduções agressivas de custos em sistemas geotérmicos aprimorados. São projeções de potencial, não resultados já alcançados nem garantias de implantação. O DOE apresenta as estimativas e seu contexto.

O DOE também afirma que as usinas podem gerar eletricidade continuamente e ajustar sua produção diante de mudanças na demanda. Essas características descrevem o que a instituição atribui às usinas geotérmicas; o material fornecido não apresenta uma comparação independente de desempenho com outras fontes de energia. A EIA ajuda a contextualizar as tecnologias de geração, mas não constitui uma confirmação independente das estimativas ou afirmações do DOE.

Em suma, a geotermia não é uma única tecnologia: o calor terrestre pode ser convertido em eletricidade, trocado com edifícios por meio de bombas de calor ou fornecido diretamente para usos térmicos. As informações disponíveis permitem distinguir esses mecanismos, mas não estabelecer sua viabilidade, custo ou impacto em um local específico.