Mecânica

Perfuração termal substitui brocas por chama superquente

Perfuração termal substituir brocas por chama superquente
Modelo do reator experimental de perfuração térmica.[Imagem: ltr / ETH Zurich]

Energia geotérmica

Segundo o instituto MIT, dos Estados Unidos, a energia geotermal - uma forma de energia que usa o calor do interior da Terra para gerar eletricidade - é uma das fontes alternativas de energia mais promissoras para o futuro - veja Vem aí a mineração de calor para geração de eletricidade.

Enquanto explorar as fontes térmicas que jorram naturalmente não impõe nenhum desafio técnico, o grande potencial da energia geotérmica está nas grandes profundidades, onde a temperatura é muito mais elevada.

Mas os cálculos de viabilidade econômica mudam rapidamente conforme aumenta a profundidade dessa mineração de calor - os custos de perfuração crescem exponencialmente com a profundidade. Pelo menos quando se utiliza o sistema de perfuração rotativo tradicional.

Perfuração termal

Mas a solução parece estar a caminho. Engenheiros do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça estão desenvolvendo um novo conceito de perfuração, chamado perfuração termal, que promete alcançar profundidades maiores, mais rapidamente e a um custo menor do que as perfuratrizes rotativas atuais.

No lugar das brocas, um reator produz uma chama de altíssima temperatura, que pode atingir 2000° C. Curiosamente, a rocha não se funde, ela se quebra em minúsculas partículas. A rigor, se a rocha se fundir, o processo deixa de funcionar.

Perfuração termal substituir brocas por chama superquente
Falhas e microfissuras na rocha expandem-se a diferentes velocidades sob o efeito do calor, fazendo com que as rochas fraturem-se totalmente, resultando em partículas de poucos milímetros de diâmetro. [Imagem: ltr / ETH Zurich]

O rápido aquecimento da camada de rocha induz um acentuado gradiente de temperatura abaixo de sua superfície. "O calor da chama faz a rocha trincar devido à diferença de temperatura e à expansão termal linear decorrente desse gradiente termal," explica o pesquisador Tobias Rothenfluh, que está construindo a perfuratriz térmica.

A expansão da camada superior da rocha faz com que suas fendas naturais funcionem como novos pontos de origem para novas rachaduras ainda maiores. O resultado é uma fragmentação total e rápida da rocha, criando um resíduo que é praticamente uma areia. Essa areia é então sugada por um fluxo ascendente que a retira do buraco.

"Um dos principais desafios do processo de fragmentação é evitar que a rocha se funda mesmo sendo aquecida rapidamente," diz Tobias. "Quando maior for o gradiente de temperatura induzido na rocha, mais rapidamente você consegue furar.

Água supercrítica

O reator de perfuração é alimentado com oxigênio aquecido, etanol e água. O composto se inflama espontaneamente sob temperatura e pressão adequadas, que correspondem ao estado supercrítico da água.

Acima da temperatura de 374,12° C e da pressão de 221,2 bars, o vapor d'água e a água líquida não podem mais ser distinguidos um do outro em termos de densidade. Nesse estado, chamado supercrítico, a água é menos polar, não tem mais transições de fase e é um ótimo solvente para gases não-polares, como o oxigênio. Sob essas condições, o combustível e o oxigênio podem ser misturados sem ocasionar a formação de bolhas. No caso do uso do etanol como combustível, a autoignição ocorre a aproximadamente 450° C.

Crescimento linear dos custos

A nova técnica de perfuração é particularmente adequada para as rochas duras e secas normalmente encontradas abaixo dos 3.000 metros de profundidade. Nessas profundidades, as brocas desgastam-se rapidamente, precisando ser trocadas com grande frequência. No caso da perfuração termal, a "broca térmica" desgasta-se muito menos, porque ela não entra em contato mecânico direto com a rocha.

"Nossa expectativa é que os custos de perfuração subam linearmente com a profundidade, em vez de exponencialmente, como acontece com os métodos convencionais," diz o pesquisador.

Cuidados

Além das questões de custos, há uma séria preocupação sobre exploração da energia termal no tocante à possibilidade de que as perfurações causem terremotos e até mesmo vulcões, como aconteceu recentemente na Indonésia. Além do pouco conhecimento da geologia de grandes profundidades, as evidências mais recentes apontam que a exploração geotermal deve ser vista com o mesmo cuidado dirigido às propostas de geoengenharia.





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