Estufas Geotérmicas e Passivas – Reduzindo as Emissões de Carbono na Agricultura

Abundância Insustentável

A disponibilidade de produtos frescos o ano todo é uma comodidade moderna. Mesmo com gelo e neve no exterior, encontramos tomates, alface e frutas nas lojas. Este artigo examina técnicas e exemplos de estufas pela perspectiva de 2023.

A produção e o transporte podem, porém, gerar emissões significativas de carbono. Produtos importados chegam por navio e por estrada, e alguns muito perecíveis por avião; não é correto afirmar que a maioria vem por via aérea. Outros são cultivados em estufas aquecidas, frequentemente com gás natural ou propano. A pegada depende tanto da produção quanto do transporte.

Uma opção é consumir mais alimentos sazonais e próprios para armazenamento. Em climas frios, gerações anteriores recorriam no inverno a cebolas, batatas, cenouras, queijos, conservas e carnes salgadas ou defumadas. Muitos consumidores, contudo, desejam a variedade atual.

Projetos melhores e o uso inteligente da energia solar e do calor do solo podem reduzir a necessidade de combustíveis fósseis na produção de inverno.

Estufas Passivas

A estufa deixa a luz solar entrar, protege as plantas do vento e limita as perdas de calor. Pode prolongar a estação de cultivo e oferecer temperaturas mais favoráveis. É útil para tomates e pimentões em regiões frias dos Estados Unidos, Canadá e Europa, mas não é indispensável em todo lugar e estação.

Aquecimento da estufa por radiação solar – Fonte: Hydroponics simplified

As estufas passivas aperfeiçoam essa ideia ao limitar perdas e aproveitar melhor o calor.

Massa Térmica

Uma estratégia é aumentar a inércia térmica. Uma geada breve pode danificar plantas sensíveis, como o tomateiro. A massa térmica armazena calor e suaviza as variações diárias: reduz os picos máximos e eleva as temperaturas mínimas.

No Hemisfério Norte, a parede norte pode ser de tijolos ou pedra em vez de material transparente. Ela absorve calor durante o dia e o libera à noite, reduzindo o risco de geada. A orientação deve ser ajustada ao hemisfério e à latitude.

Esse tipo de estufa solar foi amplamente utilizado na China e é estudado na literatura científica.

Estufas Passivas Chinesas – Fonte: Research Gate

O isolamento externo da parede opaca, por exemplo com poliestireno, reduz a fuga do calor armazenado para o exterior.

Tambores de água também podem fornecer massa térmica e armazenar calor. Pedras ao redor das culturas e pisos de pedra ou concreto podem ajudar. O benefício depende da disposição e deve ser comparado ao espaço de cultivo ocupado.

Reduzindo perdas

Reduzir as perdas noturnas também é importante. Em estufas solares chinesas, uma cobertura isolante é estendida sobre a superfície transparente à noite, manualmente ou com automação.

Fonte: Research Gate

Ventilação, sombreamento e controle de umidade continuam importantes. Em condições adequadas, o projeto pode reduzir muito ou evitar o aquecimento fóssil, mas não garante cultivo sem calor adicional em qualquer clima. Sua difusão na China contribui para a oferta de hortaliças.

Fonte: Research Gate

Estufas que aproveitam o calor do solo

Temperaturas do Solo

O projeto passivo pode reduzir o uso de combustíveis. Em invernos muito frios, nublados ou com neve, porém, a energia solar pode ser insuficiente. Pode ser necessário calor adicional ou outra escolha de culturas.

Bombas de calor de fonte subterrânea já são utilizadas em edifícios. Instalam-se tubos no solo, onde a temperatura varia menos que no ar externo. A bomba usa eletricidade para transferir calor e aquecer ou resfriar o ambiente.

Fonte: energy.gov

Em muitas regiões, o solo é mais quente que o ar no inverno e mais frio no verão. Isso pode melhorar a eficiência em relação a uma bomba de fonte aérea durante frio intenso. A temperatura do solo não é, contudo, perfeitamente constante nem sempre superior a zero: depende da profundidade, do local, da estação e das características do terreno.

Troca de calor simplificada entre solo e ar

Em algumas estufas pequenas e bem isoladas, com baixa temperatura-alvo, a troca direta com o solo pode funcionar sem bomba de calor. Isso não se aplica a todas as estufas.

Para culturas resistentes, pode bastar evitar geada à noite e obter calor adicional do sol durante o dia. A temperatura e a luz necessárias dependem da planta e do objetivo produtivo.

Um ventilador circula o ar da estufa por tubos enterrados, onde troca calor com o solo antes de retornar. O solo também pode armazenar calor solar. Essa troca superficial difere do uso de água geotérmica quente e de recursos profundos.

Um exemplo em uma região de inverno frio é o cultivo de cítricos, figos e uvas em Nebraska. O resultado diz respeito a um projeto específico, pequeno e isolado, não a qualquer estufa.

O valor da simplicidade

Um sistema assim pode consumir relativamente pouca energia. Não é totalmente passivo, pois o ventilador precisa de eletricidade. A economia frente a outros aquecimentos depende do clima, isolamento, tamanho e temperatura-alvo.

A tecnologia pode ser relativamente simples, mas escavação, drenagem, tubulações e dimensionamento exigem execução adequada. Não é garantido que uma pessoa seja suficiente ou que o sistema dispense manutenção por décadas.

No verão, o solo mais frio pode absorver calor do ar da estufa. O resfriamento pode beneficiar as plantas e, conforme as condições, reduzir a necessidade de água.

Outras fontes de calor geotérmico

A troca direta solo–ar pode prolongar a estação de cultivo. Para temperaturas maiores e produção o ano inteiro, pode ser necessária uma bomba de calor ou fonte mais potente.

Uma opção são fontes ou poços com água a cerca de 60–150°C, equivalentes a 140–300°F. Esses recursos não estão disponíveis em todo lugar. Uma publicação de extensão agrícola de 2019 descrevia dezenas de estufas nos estados das Montanhas Rochosas e da Costa Oeste aquecidas por recursos geotérmicos de temperatura intermediária. Regiões adequadas dos Estados Unidos, Japão, Canadá e Chile também podem avaliar o uso direto desse calor.

A perfuração geotérmica profunda é outra possibilidade, mas custo e geologia são decisivos. A Eavor, por exemplo, já desenvolvia em 2023 tecnologia para eletricidade e aquecimento distrital, não apenas geração elétrica. O uso em estufas depende de calor disponível, distância e viabilidade econômica.

Conclusão

O aquecimento geotérmico de estufas não é um conceito inteiramente novo. Trocadores superficiais podem ser combinados com estufas solares passivas, enquanto outros sistemas utilizam bombas de calor ou água geotérmica quente.

Essas combinações podem apoiar uma produção mais local e resiliente e reduzir o uso de combustíveis fósseis. O benefício ambiental depende do projeto e da fonte de energia.

A pesquisa original do artigo em 2023 não identificou uma empresa listada em bolsa especializada exclusivamente nesses projetos; isso não prova que nenhuma existia. Há fornecedores privados, e a relativa simplicidade não significa ausência de propriedade intelectual: a Ceres descreve projetos e tecnologias patenteados.

Entre os fornecedores privados estão:

• Ceres Greenhouse Solutions (estufas de alto rendimento).
• SunCatcher (Estufa solar passiva).
• Atmos Greenhouse Systems (armazenamento térmico no solo, ou “bateria climática”).

Reduzir a dependência de combustíveis pode aumentar a resiliência, como mostrou a crise energética da produção holandesa em estufas em 2022. O artigo original indicava cerca de 24.000 acres, aproximadamente 9.700 hectares de estufas. Um relatório de 2022 informava consumo de 106 petajoules em 2019 e participações históricas na produção europeia de 21% dos pimentões, 20% dos pepinos e 17% dos tomates. São números referentes a diferentes períodos históricos, não estatísticas anuais atuais.

Sistemas padronizados e projetos melhores podem reduzir custos e aumentar eficiência e confiabilidade onde as condições locais forem adequadas.