A energia do futuro tem milhares de anos

2022-09-23 12:22:02 by Lora Grem   energia geotérmica

Ouvimos muitas notícias terríveis quando se trata da crise climática. Mas também há pessoas muito inteligentes trabalhando em maneiras inteligentes de nos tirarmos do buraco em que estamos. UNAPOCALIPSE é uma série da LocoPort que destaca as maneiras pelas quais os humanos podem mitigar e se adaptar aos danos causados ​​por um clima em mudança.

A energia geotérmica é uma das tecnologias mais antigas da civilização e, aqui na modernidade, posicionada na vanguarda. Os humanos na China e na Europa têm aproveitado as fontes termais há milhares de anos, enquanto a usina geotérmica mais antiga foi construída em 1911 em Lardarello, na Itália. Atualmente, os Estados Unidos são o maior produtor mundial de eletricidade a partir de fontes geotérmicas, mas ainda representam apenas 0,4% de nossa geração total de eletricidade e 2% de fontes renováveis.

Há muito espaço para crescer, porque a tecnologia geotérmica convencional exigiu uma topografia muito particular. É por isso que a grande maioria da geração de eletricidade geotérmica acontece no oeste, particularmente em Nevada e na Califórnia. (Em geral, tem sido no tipo de paisagem onde você encontraria gêiseres e fontes termais.) Mas à medida que desenvolvemos os chamados “sistemas geotérmicos aprimorados” (EGS), podemos começar a explorar a energia sob os pés em todo o país, todos com um impacto de carbono muito pequeno em comparação com a maioria das fontes das quais dependemos agora. É limpo e, ao contrário da energia solar ou eólica, a geotérmica fornece o que é chamado de “energia de carga básica”. Está funcionando 24/7.

Para saber mais sobre onde está a geotérmica e para onde está indo, liguei para Lauren Boyd, que administra o programa EGS no Departamento de Energia dos Estados Unidos. Junto com os grandes ganhos tecnológicos que estamos obtendo no lado da energia, a Lei de Redução da Inflação, recentemente aprovada, também reservou US$ 500 milhões em incentivos fiscais para os americanos que decidem instalar bombas de calor em suas casas. Como Boyd explicou em nossa conversa (editado para maior extensão e clareza), as bombas permitem que as pessoas aqueçam e resfriem suas casas sem óleo ou gás, uma revolução em potencial para os consumidores.

Qual é a fonte da energia que estamos tentando aproveitar dessa maneira?

É o calor que está sendo reabastecido constantemente a partir do decaimento de elementos naturais no interior da Terra que chegaram lá quando nosso planeta se formou – calor que tem irradiado nos últimos 4 bilhões de anos ou mais. O que estamos fazendo com a geotérmica é apenas aproveitar o calor que fica preso no subsolo sob nossos pés e usá-lo para obter energia benéfica.

Qual é a mecânica de extrair esse calor e energia do solo?

Pode abranger muitos usos. Na extremidade mais baixa das temperaturas que você pode ver no subsolo, 10 pés abaixo de nossos pés, podemos usá-lo para aquecer e resfriar nossas casas. Mas então, à medida que você se aprofunda, você obtém temperaturas cada vez mais altas à medida que se aproxima dessas fontes de calor e, nesse caso, podemos realmente produzir energia. Você precisa de temperaturas mais altas, geralmente, para produzir energia, embora haja muitos avanços realmente significativos na produção de energia a partir de temperaturas cada vez mais baixas com o passar dos anos.

Quando estamos pensando em produzir energia que atravessa a rede – que nos ajuda a acender nossas luzes – a maneira como fazemos isso é, primeiro, precisamos entrar no subsolo. E assim perfuramos poços, e esses são basicamente da ordem de 8 a 13 polegadas de diâmetro. Imagine um canudo grande que perfuramos no subsolo e nos aproxima do fluido quente que queremos aproveitar para produzir nossa energia. E então vamos bombear esse fluido até a superfície, e então ele pode ser usado em alguns tipos diferentes de usinas de energia.

  na costa do mar de salton, ca O Projeto Geotérmico Imperial Valley é uma coleção de plantas principalmente de vapor seco no Mar de Salton, no sul da Califórnia.

Se for um recurso muito quente, a água vai se transformar em vapor assim que chegar à superfície, e usamos um tipo especial de usina para isso chamado usina flash. ​​Se a água estiver em temperaturas mais baixas, usaremos o que costumamos chamar de sistema de energia binário. E basicamente o que ele faz é trazer o fluido quente para aquecer outro fluido de trabalho, todo o qual está dentro da tubulação, e esse fluido de trabalho pode ferver a uma temperatura mais baixa, e isso é usado para girar uma turbina e gerar energia . Então tudo volta a girar uma turbina e um gerador. Então pegamos o fluido [subsuperficial], ele esfria, e então o injetamos de volta.

Enfrentamos algum problema de emissões ao perfurar esses poços? Existem, digamos, problemas de metano?

Geralmente com geotérmica, nunca estamos tendo emissões de metano. Em alguns casos, apenas por causa dos tipos de ambientes em que a geotérmica existe, o sulfeto de hidrogênio é um gás que pode ser liberado durante a perfuração. Mas tudo isso é mitigado e diminuído durante a perfuração de maneira muito cuidadosa e regulamentada.

Como as emissões se comparam à solar ou eólica?

Não há emissões de uma usina de energia binária, que são a maioria das usinas de energia em todo o mundo, do processo de energia real. Depois, há as emissões do ciclo de vida, que são calculadas com base em toda a cadeia de suprimentos. Quando você começa a construir sua usina geotérmica, o que é necessário para gerar o aço que se torna o revestimento que colocamos em nossos poços? O que é preciso para construir o cimento que você colocou em nossa usina? Não tenho isso na ponta da língua aqui, mas acho importante ter isso em mente. Como a energia solar não está produzindo nenhuma emissão quando está operando, mas enviando os painéis, etc. – todas as energias renováveis ​​estão produzindo algumas emissões.

Eu entendo que agora, é bastante regional como fonte de energia - está concentrado principalmente no oeste dos Estados Unidos. Isso é por causa de nossas capacidades tecnológicas atuais?

A geotérmica convencional – que é o que você vê quando vê fontes termais, quando vai à Islândia, quando vai a Yellowstone – existe em regiões específicas. Eles são delineados por onde há calor e fluido suficientes já no subsolo e onde existem caminhos suficientes para que esse fluido flua para criar esses reservatórios naturais. Portanto, temos cerca de 3,6 gigawatts instalados nos Estados Unidos. Isso vem das regiões geográficas onde os recursos existem. Califórnia e Nevada, por exemplo, têm recursos tremendos. Nevada tem mais energia geotérmica do que muitos países, e eles contribuem com mais de 90% da energia geotérmica gerada nos EUA. Mas também há usinas de energia em Utah e Oregon, Novo México, Idaho, Alasca e Havaí.

A promessa de mover a geotérmica para o leste está na tecnologia em que me especializei, que são sistemas geotérmicos aprimorados. Você está basicamente criando uma versão artificial de um sistema natural, porque há calor em todos os lugares. Então, quanto mais fundo perfuramos, podemos chegar a esse calor. Só precisamos adicionar essas outras duas variáveis: você precisa desse calor, precisa de fluido e precisa de caminhos para o fluido fluir. E assim a ideia com o EGS é que podemos produzir energia geotérmica no leste dos EUA, onde não existe atualmente, se formos capazes de adicionar esse fluido ao subsolo, onde há rocha quente.

  bagnore, toscana, itália 20160521 vapor está surgindo da usina geotérmica de bagnore 3 na foto da manhã por frank bienewaldlightrocket via getty images O norte da Itália é outro centro geotérmico, junto com a Islândia. Isso é vapor, não CO2, subindo das chaminés.

Eu também li algumas coisas sobre novas técnicas de perfuração que nos permitiriam perfurar muito mais longe, essa coisa de girotron que eles estão fazendo no MIT. Isso também expandiria a viabilidade geográfica?

Na perfuração, tempo é dinheiro. Portanto, se você perfurar mais rápido, estará reduzindo significativamente seus custos. Quando usamos uma sonda de perfuração para nossas operações, pode custar cerca de US$ 30.000 por dia apenas para operações diárias da sonda, e geralmente precisaremos de uma sonda por pelo menos um mês. Em um projeto que gerencio, conseguimos perfurar nosso poço na metade do tempo que esperávamos. Então isso é uma grande economia de dinheiro, certo?

Estamos fazendo muito trabalho para melhorar a eficiência da perfuração agora porque a indústria geotérmica tem alguns desafios que são únicos. A indústria de petróleo e gás perfurou milhares de poços por ano, e perfuramos de 10 a 20. Houve muitos avanços na tecnologia para ambientes de petróleo e gás que não são exatamente aplicáveis ​​a nós, porque trabalhamos em diferentes rochas , trabalhamos em temperaturas realmente mais altas. Existem algumas tecnologias que podem ser adaptadas para nossos ambientes: para essas altas temperaturas, para essas rochas muito duras, abrasivas, fluidos diferentes e tal. Mas essa oportunidade é significativa, porque como eu disse, a perfuração pode ser bastante cara. Na verdade, é cerca de 50 por cento dos custos de desenvolvimento da geotérmica em geral.

Tivemos avanços na perfuração, desde como podemos desenvolver brocas melhores, como podemos desenvolver motores melhores. Porque basicamente você precisa de um motor para direcionar sua broca e coletar dados em um buraco, o que nos ajuda a perfurar melhor, ser mais precisos no que estamos fazendo. E então estamos financiando dentro de todos esses espaços, e há algumas outras partes do Departamento de Energia que estão financiando projetos realmente legais e muito, muito de ponta, como você mencionou, que estão procurando maneiras totalmente novas de perfuração. Podemos usar laser? Podemos atirar pequenas partículas com balística e então explodir a rocha?

A energia solar e a eólica serão uma grande parte do mix de energia, mas têm algumas desvantagens – o sol não brilha o tempo todo. Essa é uma vantagem central da geotérmica, que é uma situação 24 horas por dia, 7 dias por semana?

A geotérmica fornece o que é chamado de “energia de carga básica”. O DOE está usando terminologia como “poder firme” agora. A temperatura no subsolo é realmente consistente, e por isso somos capazes de produzir energia basicamente 24 horas por dia. Isso se traduz no que é chamado de fator de capacidade, e isso significa basicamente quanta energia estamos produzindo no tempo em que estamos produzindo. Nosso fator de capacidade é muito alto, em torno de 90%, então a energia geotérmica pode fornecer esse equilíbrio na rede.

A geotérmica fornece o que é chamado de 'energia de carga de base'. A temperatura no subsolo é realmente consistente, e por isso somos capazes de produzir energia basicamente 24 horas por dia.

E também tem esse outro atributo exclusivo, onde fornece o “seguimento de carga”, o que significa que pode flexionar e fornecer mais ou menos, especialmente nos momentos em que os operadores da rede precisam de mais energia, quando pode não haver outra energia suficiente. Então, o fato de ser 24 horas por dia, mas também ter essa flexibilidade, é muito, muito valioso. Então, estamos vendo isso entrar em ação na Califórnia, no Havaí, onde agora há contratos sendo escritos com empresas geotérmicas para fornecer essa energia que pode ser flexível.

Existem desvantagens que estamos lutando para superar, além do aspecto regional?

A energia geotérmica convencional é realmente um acéfalo. Existe esse recurso enorme. Não exploramos tudo isso no oeste dos EUA e sabemos como fazê-lo.

Em sistemas geotérmicos aprimorados, que é o que eu trabalho, definitivamente existem alguns desafios técnicos. Imagine que você está trabalhando 12.000 pés abaixo da superfície. É difícil saber exatamente o que você está fazendo, porque você não pode realmente ver nada. Assim, com sistemas geotérmicos aprimorados, os desafios estão relacionados exatamente a isso: como podemos visualizar, entender e prever melhor o que acontecerá quando tentarmos criar nossos reservatórios? E esse é o maior desafio técnico que estamos tentando resolver para que a energia geotérmica seja uma solução nacional.

No lado do aquecimento e resfriamento, novamente, um acéfalo absoluto. Há um custo inicial mais alto para bombas de calor geotérmicas, mas as economias de custo que as pessoas veem em suas contas de eletricidade e aquecimento e refrigeração mais tarde valem a pena, nas áreas do país onde isso faz mais sentido.

  standish, eu, 25 de setembro, dale bois, assisto da cozinha como aaron sinclair, de dave's world, installs a heat pump in her home on september 25, 2018 bois said she and her husband "tried everything" to heat their home they switched from oil to propane heat, and then tried a pellet stove before they looked into financing a heat pump through efficiency maine staff photo by brianna soukupportland portland press herald via getty images Dale Bois observa Aaron Sinclair instalar parte de um sistema de bomba de calor em sua casa no Maine, setembro de 2018.

As bombas de calor são algo que você teria em seu quintal?

Sim. Você poderia colocar isso no seu quintal, na sua garagem – no subsolo, é claro. Em geral, cerca de 10 pés abaixo da superfície abaixo de nossos pés, a temperatura é bastante constante ao longo do ano. Geralmente é em torno de 55 graus. E então a ideia da bomba de calor é que você está aproveitando essa temperatura constante. No verão, quando está muito quente lá fora, o chão ainda está a 55 graus. Então, circulamos o fluido através de tubulações que estão basicamente 3 metros abaixo de nossos pés, e ele esfria e o levamos para dentro de nossas casas. Em seguida, usamos a bomba para resfriar o ar que pode climatizar sua casa. E funciona no sentido inverso, onde, quando está frio [do lado de fora], está fazendo o oposto, aproveitando aquela temperatura quase constante realmente importante que está na terra rasa.

As bombas de calor geotérmicas são um dos três tipos principais de bomba os consumidores podem instalar para aquecer e resfriar suas residências. A Lei de Redução da Inflação inclui créditos fiscais para cobrir 30% do custo total de uma bomba de calor, incluindo mão de obra, até US$ 2.000. Há também US $ 1.750 para um aquecedor de água com bomba e US $ 8.000 para uma bomba para aquecimento e resfriamento de ambientes. Essas iniciativas fazem parte de um programa apoiado por US$ 4,5 bilhões em financiamento federal até 2031. Pessoas cuja renda seja 150% ou mais da média em seu estado não se qualificam.

Nos Estados Unidos, existem milhões de bombas de calor instaladas. O espaço de aquecimento e resfriamento é muito prevalente agora, e esperamos que ele cresça ainda mais, porque é uma oportunidade tão empolgante para reduzir as emissões. Pessoas que estão usando óleo combustível ou gás natural para aquecimento e resfriamento, se você usar uma bomba de calor geotérmica, estará reduzindo suas emissões dessa perspectiva. E agora cerca de 40% do uso de energia nos EUA é para aquecimento e resfriamento.

Como uma estimativa muito aproximada, quanto tempo levaria o americano médio para recuperar seu investimento em uma bomba de calor?

Existem algumas empresas por aí que fazem uma comparação lado a lado muito legal, porque depende da situação. Eu acho que leva alguns anos, mas isso pode variar de acordo com os incentivos. Mas também depende da aparência do seu sistema atual. Você está usando óleo de aquecimento? Você está usando gás natural? Tem ar condicionado ou não? Porque basicamente, quando estamos falando sobre como 10 pés abaixo da superfície é sempre em torno de 50, 55 graus, se a temperatura do ar geralmente for mais fria, você tem uma eficiência melhor para sua bomba de calor. E assim, em ambientes onde há temperaturas de ar mais frias, você pode obter eficiências excelentes, e esse é um ótimo mercado para bombas de calor. Então eles estão operando principalmente no norte do estado de Nova York, nessa área.

Na propriedade deles, ocupa espaço?

Dependendo de seu recurso e de suas limitações, a instalação pode ser diferente. Se você mora em um prédio de apartamentos, não está fazendo isso sozinho. Seu município ou sua comunidade tem que fazer isso, e há oportunidades para aquecimento e resfriamento em grande escala com bombas de calor.

É feito em toda a Europa. Na verdade, é um dos maiores focos atualmente dos países europeus para redução de emissões. Eles estão a todo vapor em aquecimento e resfriamento de geotérmica e de uso direto, que é basicamente a mesma coisa. Você está apenas usando água quente do subsolo para aquecer e resfriar as casas. Você definitivamente precisa ter espaço. Mas você pode instalar esse cano de PVC horizontalmente ou pode instalá-lo verticalmente para ter uma pegada um pouco menor.

Em um mundo ideal, seja em 2050 ou qualquer outra coisa, que porcentagem do mix de energia isso poderia representar nos Estados Unidos?

Quando modelamos como seria a energia geotérmica até 2030, 2040, 2050, nossa análise mostra que poderíamos fornecer mais de 60 gigawatts de energia à rede dos EUA. E de uma perspectiva de aquecimento e resfriamento, nosso estudo GeoVision descobriu que poderíamos ver a implantação de 28 milhões de bombas de calor geotérmicas em 2050. Acho que esses números podem realmente crescer, porque nossa análise é de 2019, então a tecnologia avançou desde então , e o mercado mudou um pouco. Há uma oportunidade para reduções significativas de emissões, equivalentes a 26 milhões de carros saindo das estradas, a partir desses números.