Energia
Energia Geotérmica: Energia Verde que Está em Alta Temperatura
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A Busca por Energia de Base Renovável
À medida que a energia solar e eólica crescem, ainda dependemos fortemente dos combustíveis fósseis em nossa mistura global de energia, ao incluir transporte, manufatura, navegação, produção de fertilizantes, etc.
Em parte, isso se deve à enorme fome de energia da humanidade, com consumo em constante crescimento desde o início do século XX.
Fonte: OurWorldInData
Alguns outros fatores também desempenham um papel. O primeiro é que a energia solar e eólica só recentemente se tornaram competitivas em custo com os combustíveis fósseis. Portanto, há muito a recuperar em termos de investimento e infraestrutura energética, o que levará anos e décadas para ser alcançado.
Um segundo fator, mais problemático, é que o vento e a energia solar são fontes de energia inerentemente intermitentes.
Portanto, à medida que se tornam uma parte cada vez maior da rede elétrica, eles precisam cada vez mais ser acoplados a sistemas de armazenamento de energia caros, desde baterias até hidrelétricas de bombeamento ou compressão, algo que abordamos em mais detalhes em “O Futuro do Armazenamento de Energia – Baterias de Escala Utilitária” e “Alternativas Não Químicas às Baterias para a Transição Energética“.
Opções de Energia de Base
A energia hidrelétrica pode ser a única energia renovável de base/entregável sob demanda, mas é limitada em alcance pelos recursos naturais e geografia, com a maior parte do potencial já em uso.
Outra opção neutra em carbono que está retornando é a energia nuclear. Ela também é boa em fornecer energia de base independentemente do clima (embora a seca possa reduzir a produção).
Isso é em grande parte impulsionado pela inovação tecnológica, desde SMRs (Reatores Modulares Pequenos) até designs de reatores de 4ª geração (siga os links para relatórios completos sobre esses tópicos). Além disso, empresas de IA como a Microsoft (MSFT ) estão fechando acordos de energia nuclear para garantir eletricidade para seus data centers de IA nas próximas duas décadas.
Mas a energia nuclear ainda é controversa, potencialmente perigosa e improvável de dominar a matriz energética de muitos países céticos em relação a essa tecnologia.
Existe uma quarta forma de energia renovável, além da solar, eólica e hidrelétrica, que tem sido pouco explorada até agora: a energia geotérmica.
Energia Geotérmica
Todas as outras formas de energia renovável são, em última análise, energia solar, incluindo vento e hidro (chuva) criados a partir dos padrões climáticos alimentados pelo Sol.
Mas a energia geotérmica é diferente, pois é alimentada por reações radioativas no núcleo do planeta. À medida que esse calor emerge lentamente da profundidade da Terra, ele é notavelmente estável e previsível.
Dependendo da tecnologia utilizada, é até possível adiar em algumas horas a conversão do calor geotérmico → eletricidade. Isso o torna um complemento perfeito para o vento e a solar, com a geotérmica podendo suprir a deficiência quando eles estão com desempenho inferior.
Como todas as outras formas de energia renovável, o potencial da energia geotérmica depende muito da localização. Curiosamente, isso pode estar em regiões que são, de outra forma, pobres em recursos energéticos, tanto renováveis quanto fósseis, como, por exemplo, a Europa Central e o Japão.
Avaliando o Potencial da Geotérmica
A energia geotérmica depende da temperatura das camadas subterrâneas de rochas. Isso pode variar muito, com regiões vulcânicas ou montanhosas sendo muito mais quentes, assim como qualquer área com atividade sísmica.
Outro fator, pelo menos para perfurações profundas, é a presença de água subterrânea e a permeabilidade da rocha. Quanto mais, melhor, pois permite que o calor seja conduzido mais rapidamente e por uma distância maior ao redor do local de perfuração.
Em um estudo de 2020 do CNR na Itália, intitulado “Previsão da adequação geográfica de usinas geotérmicas”, foi elaborado um mapa global do potencial geotérmico (veja acima).
Ao ampliar os EUA, vemos que a maior parte do potencial geotérmico está localizada no Oeste do país, e alguns trechos do Texas e da Louisiana também são interessantes.
Fonte: EIA
Na Europa, o potencial geotérmico também é forte e distribuído por todo o continente. Curiosamente, é especialmente forte nos centros industriais do Vale do Reno e da Europa Central. O centro da Itália tem um potencial quase tão alto quanto a Islândia, notoriamente avançada em energia geotérmica, com outros pontos notáveis sendo a Córsega, Portugal e Grécia.
Fonte: International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics
Na Ásia, nações do “Cinturão de Fogo” (Japão, Indonésia, etc.) ao redor do Oceano Pacífico têm o maior potencial.
Escala da Energia Geotérmica
Ao falar de energia geotérmica, precisamos distinguir entre 3 níveis de profundidade e, portanto, complexidade técnica e energia.
Bombas de Calor Superficial
Bombas de calor geotérmicas são agora um sistema relativamente comum em muitos países. A ideia não é tanto aproveitar a energia geotérmica, mas usar a capacidade do solo de manter uma temperatura constante e possuir grande inércia térmica.
Se o solo for suficientemente profundo, sua temperatura se torna a média anual. Isso significa que você pode extrair calor dele no inverno e frio no verão.
Fonte: NPR
Existem muitas variantes dessa técnica, dependendo de como o circuito para extrair calor do solo é construído.
Fonte: GSI
Embora a maioria dos sistemas use uma bomba de calor para maximizar a transferência de energia e economizar energia, também é possível usar um sistema geotérmico passivo, notavelmente para aquecer estufas, como discutimos em “Geotérmica e Estufas Passivas – Reduzindo as Emissões de Carbono na Agricultura“.
Energia Geotérmica Profunda
Isso geralmente ocorre quando o calor é extraído de profundidades de 500 m ou mais (1.640 pés). Nessas profundidades, a temperatura aumenta de forma constante a cada quilômetro adicional, dependendo dos recursos geotérmicos locais.
Na Inglaterra, as temperaturas médias subsuperficiais a 1.000 m, 3.000 m e 5.000 m são cerca de 40 °C, 90 °C e 140 °C.
Normalmente de profundidade média, como “apenas” 1.000‑2.500 metros (0,6‑1,5 milhas) são geralmente perfurados apenas para produção de calor, como para aquecer diretamente edifícios ou instalações industriais, especialmente por meio de aquecimento distrital (aquecimento centralizado para um bloco inteiro, por exemplo).
Por exemplo, o Aeroporto Paris Orly, na França, extrai 300 metros cúbicos de água a 74 °C. Isso gera uma produção térmica de 10 megawatts, reduzindo o consumo de combustíveis fósseis em cerca de 4.000 toneladas métricas de equivalente de petróleo por ano.
Energia Geotérmica Ultra Profunda
Isso também pode ser chamado de energia geotérmica de alta temperatura.
Abaixo de 3.000 metros, a perfuração pode se tornar mais complexa, pois a rocha geralmente começa a ultrapassar a temperatura de ebulição da água, a pressão aumenta e máquinas de perfuração mais avançadas são necessárias para suportar as condições extremas.
É também onde o calor é mais intenso, permitindo a produção máxima de energia, incluindo geração de eletricidade.
Fonte: BGS
Produzindo Energia com Energia Geotérmica
Embora ainda seja um nicho na maior parte do mundo, alguns países demonstraram o potencial da energia geotérmica na produção de energia. Notavelmente, Quênia (50 % da geração nacional), Islândia (30 %) e Filipinas (17 %).
Em alguns desses casos, como na Islândia, pode-se argumentar que mais poderia ser extraído se houvesse uma forma de exportá-lo. Muitas nações como EUA, Japão, França e Itália têm um potencial geotérmico muito grande ainda não explorado.
Na maioria dos casos, a água ultra‑quente (>150 °C) pode ser usada tanto para geração de eletricidade quanto para cogeração de calor.
Geotermia Tradicional, Aprimorada e Avançada
Geotérmica Tradicional
A geração tradicional de energia geotérmica depende de encontrar a situação perfeita de rochas suficientemente quentes, água pré‑existente e alta permeabilidade da rocha.
Esta é de fato a situação ideal, mas também é o que tem dificultado o desenvolvimento da energia geotérmica. O risco de perfurar e não encontrar a rocha, ou a permeabilidade correta, pode abortar um projeto e gerar perdas financeiras massivas.
Portanto, a perfuração geotérmica tradicional não é muito diferente da perfuração de petróleo, onde a geologia subterrânea frequentemente mal compreendida determina a viabilidade econômica.
Geotérmica Aprimorada
Em contraste, as técnicas de geotérmica aprimorada utilizam “estimulação hidráulica”.
A ideia é injetar água nas fissuras pré‑existentes da camada rochosa para aumentar a permeabilidade. O que difere do fraturamento hidráulico na extração de petróleo e gás é que não requer a criação de fraturas adicionais (fracking), nem o uso de areias de fraturamento para manter as fraturas abertas.
Em teoria, a energia geotérmica aprimorada pode ser usada em todo o mundo. Na prática, as condições ideais são granitos profundos cobertos por uma camada de sedimentos isolantes de 3‑5 km (1,9‑3,1 milhas) que retardam a perda de calor e estão localizados em regiões de alta temperatura.
Ainda assim, a geotérmica aprimorada pode aumentar radicalmente os locais potenciais para atividade geotérmica e, talvez mais importante, gerar uma produção muito mais previsível.
Fonte: Think GoeEnergy
Geotérmica Avançada
Circuitos Fechados
Alguns pesquisadores e empresas buscam ir além da geotérmica aprimorada. Em vez de injetar água e recolhê‑la, eles desejam desenvolver um sistema totalmente de circuito fechado.
Fonte: Think GoeEnergy
Em teoria, um sistema de circuito fechado poderia ser instalado em qualquer lugar, com apenas a temperatura e profundidade da rocha local variando a produção final de energia.
Geotérmica Supercrítica
A ideia aqui é acessar rochas superquentes a 400 °C. Nessas temperaturas, espera‑se que o líquido do reservatório seja supercrítico, um estado da matéria onde os estados gasoso e líquido se fundem.
Líquidos supercríticos podem conter de 4 a 10 vezes mais energia que os normais. Assim, onde um projeto EGS de 200 °C poderia ter capacidade de 5 MW, um projeto supercrítico de 400 °C teria dez vezes essa capacidade, ou 50 MW. Três poços de 400 °C teriam maior capacidade do que 42 poços de 200 °C.
O Projeto Islandês de Perfuração Profunda (IDDP) é o projeto mais proeminente nessa área, embora não haja muitas atualizações desde 2022.
Outra empresa que trabalha neste projeto é a Quaise. Eles estão desenvolvendo uma plataforma de perfuração alimentada por um ‘gyrotrão’ de micro‑ondas que vaporiza furos através da rocha. Planejam usar a tecnologia para alcançar uma profundidade de 20 km e acessar calor de 500 °C, ou “energia em escala de terawatts”, com o objetivo aberto de substituir toda a energia de base por energia geotérmica supercrítica.
Extração de Minerais
Em alguns casos, a água subterrânea extraída por seu calor também é rica em salmoura dissolvida. Essas salmouras podem ser abundantes em minerais úteis e, como o processo de extração já está sendo realizado, fornece uma fonte de receita complementar ao produtor de energia geotérmica.
Por exemplo, a empresa Vulcan Energy (VUL.AX) está buscando gerar calor e energia, bem como lítio a partir da salmoura subterrânea no Vale do Reno (veja mais sobre a Vulcan abaixo).
Cogeração
O calor produzido com energia geotérmica geralmente é usado como aquecimento para residências ou para gerar eletricidade.
No entanto, outras aplicações poderiam ser desenvolvidas para maximizar o uso de energia no local, especialmente em áreas remotas. Por exemplo, poderia ser usado para dessalinizar água do mar ou produzir hidrogênio e/ou amônia, que poderiam então ser exportados onde são necessários.
Economia da Geotérmica
A energia geotérmica é, em geral, uma fonte de energia relativamente barata. O mercado deve crescer apenas 3,14 % CAGR no período 2023‑2033.
Uma vantagem dessa tecnologia é que ela aproveita décadas de experiência em perfuração na indústria de petróleo e gás. Na prática, também pode ser uma boa forma de manter o emprego e as habilidades técnicas dos trabalhadores do petróleo durante a transição verde.
Quando comparada a outras fontes de energia, a geotérmica se mantém competitiva em relação à solar + armazenamento de energia em escala utilitária.
Fonte: Lazard
E isso sem levar em conta que a geotérmica pode ser mais adequada a regiões com baixo potencial solar, ou com grande demanda de calor e energia em invernos frios, quando a solar produz o mínimo (como Alemanha, Noruega e algumas partes da América do Norte).
Portanto, a geração de energia geotérmica pode ser lucrativa. No entanto, sofre com a necessidade de investimentos iniciais massivos, com o retorno do capital inicialmente gasto provavelmente levando uma ou duas décadas.
Este também é um tipo de energia verde pouco coberto por subsídios, incentivos fiscais e políticas verdes gerais, que historicamente favoreceram a solar e a eólica (veja o gráfico acima para observar o efeito dos subsídios que tornam a geotérmica mais cara que a solar).
Com a necessidade de armazenamento e os problemas relacionados à intermitência solar e eólica ganhando destaque na consciência dos formuladores de políticas, isso pode mudar.
Prós e Contras da Geotérmica
A Melhor Energia Verde?
A energia geotérmica é verdadeiramente renovável, além de ser fácil de produzir sob demanda e estável ao longo do dia e do ano, tornando-a um bom equivalente à energia hidrelétrica, mais do que à solar ou eólica.
Outra vantagem sobre todas as outras renováveis (incluindo hidrelétrica) é a pegada territorial muito limitada, com a maioria das instalações invisíveis subterrâneas. Isso leva a uma interrupção ecológica e ambiental mínima, onde a mesma capacidade cobriria hectares em painéis solares ou turbinas eólicas ou sob a água de uma barragem.
Fonte: Wikipedia
Por fim, a energia geotérmica utiliza principalmente a tecnologia de perfuração usada pela indústria de petróleo e gás. Se houver algo, essa é uma tecnologia mais avançada nos países ocidentais, reduzindo drasticamente o risco de dependência de cadeias de suprimentos localizadas na China, como no caso de painéis solares, turbinas eólicas (ímãs de terras raras) e baterias.
Problema da Geotérmica
Esgotamento de Recursos
O calor subterrâneo se repõe ao longo do tempo. No entanto, a extração de calor geotérmico pode remover calor mais rapidamente do que ele se acumula.
Portanto, a taxa real de produção deve ser calculada para evitar o esgotamento total ou para incorporar que os recursos precisam de uma pausa na produção de alguns anos/decadas após 30‑50 anos de extração.
Riscos de Terremotos
Qualquer perfuração, especialmente aquela que afeta camadas de água subterrânea profunda, pode teoricamente causar terremotos. Por exemplo, um projeto de energia geotérmica desencadeou um terremoto de magnitude 5,5 em 2017 em Pohang, Coreia do Sul.
Isso se deve principalmente ao mesmo fenômeno que liga o fraturamento hidráulico a terremotos. Ao adicionar fluidos subterrâneos, o processo lubrifica as camadas rochosas, facilitando seu movimento.
No geral, esses terremotos não são enormes, mas podem ser danosos localmente.
Portanto, em alguns casos, especialmente em regiões muito sismicamente ativas, pode ser melhor produzir energia com geotermia em áreas relativamente remotas ou desabitadas.
Alternativamente, regiões sísmicas porém ricas em geotermia podem se beneficiar mais de designs de circuito fechado, que não perturbam as rochas além da perfuração inicial, nem injetam água nas camadas rochosas subterrâneas.
Investindo em Energia Geotérmica
O setor ainda é relativamente pequeno comparado a outras renováveis e evolui rapidamente tecnologicamente.
Isso significa que muitas das startups mais avançadas do setor ainda são listadas privadamente. Por exemplo, a energia geotérmica de circuito fechado Eavor, a geotermia supercrítica Quaise, ou fundos acessíveis apenas a investidores credenciados como a Baseload Capital.
Isso também significa que algumas empresas avançadas de geotermia, como a Iceland Drilling, podem ser apenas uma pequena parte de uma empresa de perfuração de petróleo e gás muito maior (Archer Wells – ARCH.OL neste caso).
Ainda assim, algumas empresas são listadas publicamente e disponíveis para investidores de varejo. Você pode investir em empresas relacionadas à geotermia através de várias corretoras, e pode encontrar nossas recomendações para as melhores corretoras neste site nos EUA, Canadá, Austrália, Reino Unido e muitos outros países.
Se você não estiver interessado em escolher empresas específicas relacionadas ao espaço, também pode considerar ETFs como o Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), o First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) ou o ALPS Clean Energy ETF (ACES) para capitalizar o crescimento do setor de energia geotérmica.
Empresas de Geotérmica
1. Ormat Technologies, Inc.
Ormat é a segunda maior proprietária e operadora de energia geotérmica do mundo e a maior empresa de capital aberto. A empresa possui ativos nos EUA, Quênia, Indonésia e América Central + Caribe, com capacidade de 1,23 GW e 125 MW em desenvolvimento.
ORA Gráfico de preços
Ormat também está entrando no mercado de armazenamento de energia, com 190 MW em operação. A empresa pretende alcançar uma capacidade de 1 GW até 2028.
Fonte: Ormat
A empresa está visando um forte crescimento da capacidade de produção de energia, notadamente com projetos na Nova Zelândia e Indonésia.
Também é fornecedora de tecnologia geotérmica, com 3,4 GW de geotérmica instalada ao longo dos anos, tornando‑a o 3.º maior fornecedor de usinas geotérmicas, atrás da Fuji Electric e da Toshiba.
O Inflation Reduction Act apoia as metas agressivas de crescimento da Ormat, que devem gerar até US$ 125 milhões em receitas em dinheiro anualmente provenientes de benefícios fiscais.
Fonte: Ormat
A energia geotérmica é atualmente um setor de rápido crescimento, mas também ainda muito conservador devido à falta de familiaridade com a tecnologia para a maioria das concessionárias e empresas industriais.
Nesse sentido, isso posiciona a Ormat bem para capitalizar a demanda crescente, sendo também um dos players mais estabelecidos na indústria.
2. Vulcan Energy (VUL.AX)
Vulcan é uma empresa alemã que visa a produção de energia geotérmica no Vale do Reno, ao mesmo tempo extraindo lítio da salmoura geotérmica.
O projeto tem como objetivo a produção de calor renovável para 1 milhão de pessoas, lítio suficiente para 1 milhão de veículos elétricos por ano e a evitação de 1 milhão de toneladas de emissões de CO₂ por ano.
A produção de calor combina bem com o mercado local, com a Alemanha rica em sistemas de aquecimento distrital que atualmente dependem de carvão ou gás.
A primeira fase do projeto deve resultar em 275 GWh de energia e até 560 GWh de calor por ano.
Fonte: Vulcan Energy
A empresa ainda não produziu lítio, mas já garantiu acordos de compra com Stellantis, Volkswagen, LG, Umicore e Renault. Isso também se reflete na propriedade, com a Stellantis possuindo 6 % da empresa por meio de um investimento de US$ 50 milhões.
Espera‑se que o recurso de lítio diminua muito lentamente, com menos de 50 % de diluição mesmo até 2055. A produção deve começar no final de 2025. Também deve ter um dos menores custos de produção de lítio no mundo, superando todo o lítio extraído e quase todo o lítio de origem salmourada.
Vulcan é um projeto mais especulativo, sem fluxo de caixa significativo esperado antes de 2026. Ainda assim, a primeira produção de lítio em 2024 demonstra a viabilidade do projeto, e a perspectiva de baixos custos de extração combinados com geração de energia geotérmica é interessante.
Isso também poderia reduzir a pegada de carbono dos veículos elétricos fabricados na UE, já que atualmente a maior parte do lítio é extraída usando motores alimentados por combustíveis fósseis e instalações que operam ao menos parcialmente com combustíveis fósseis, tornando a Vulcan o único projeto de lítio neutro em CO₂ e sem combustíveis fósseis no mundo. Também é o maior recurso de lítio da Europa.
