energia - Geociências - Universidade Federal do Recôncavo da Bahia

UFRB - Universidade Federal do
Recôncavo da Bahia
Centro de Ciências Exatas, Biológicas e Ambientais
Disciplina:
GEOLOGIA GERAL
ENERGIA
Professor:
Thomas Vincent Gloaguen – [email protected]
Geociências e Ecologia
Devemos ampliar o conceito corrente de ECOLOGIA, para ampliar o conhecimento sobre o
ambiente que nos cerca e complementar a compreensão do ciclo natural global. Este, é mais
amplo que o ciclo dos seres vivos, que ocorre numa escala de tempo muito restrita, e que tem
sido abordado na maioria dos trabalhos ambientais atuais.
O chamado "Reino Mineral" ou "Mundo Inanimado", que compreende os materiais das rochas e
solos, constituídos principalmente por minerais, além da água, participa muito mais
intensamente do ciclo dos seres vivos do que as informações divulgadas normalmente permitem
imaginar. Pois as hortências não mudam de cor de acordo com o solo em que se enraízam? E
as uvas não variam seu sabor da mesma forma? Estes são dois pequenos exemplos de todo um
universo de interações entre os seres vivos e o ambiente terrestre no qual se instalaram.
RECURSOS ENERGÉTICOS
1- Combustíveis fósseis (ou carbono geológico)
Definição
Sólido
Líquido
Gasoso
Localização
Previsão
2- Energias alternativas
Podemos ir mais longe, olhar numa escala maior e investigar as interações no Planeta, no
Sistema Solar e no Universo como um todo. Pois nossos cabelos não crescem mais se
aparados na lua cheia? E nossa agricultura não depende das estações do ano? Toda a matéria
e toda a energia que vêm sendo transformadas e recicladas desde que se formou o Universo tal
como nos é permitido conhecer hoje, tiveram uma origem comum, há pelo menos quinze bilhões
de anos atrás.
Depois disso, muita coisa já sabemos da história do Universo e, principalmente da história da
Terra e do Sistema Solar. Contudo, quanto mais sabemos, mais distante vemos a compreensão
completa.
Enquanto isto, cumpre, ao menos, utilizar o que já sabemos para manter o equilíbrio dinâmico
da superfície da Terra, que deu a oportunidade para a vida instalar-se, evoluir e chegar até esta
etapa que nos inclui. E é neste ponto que se justifica a inserção da Geologia na cultura básica
dos cidadãos e nas leituras e atividades das crianças.
Prof. Dra. Maria Cristina Motta de Toledo
Instituto de Geociências – Universidade de São Paulo
RENOVÁVEIS
2.1- GEOENERGIAS - Utilizando as forças naturais
Hidreletricidade / Energia solar / Energia eólica / Geotermia
2.2- BIOENERGIAS – A força do carbono biológico
Biomassa / Biodiesel / Álcool / Biogás
NÃO RENOVÁVEIS
2.3- Fissão nuclear
2.4- Fusão nuclear
3- Panorama internacional
1
RECURSOS ENERGÉTICOS
Consumo mundial : equivalente a
10.000 milhões de toneladas de
petróleo por ano
Panorama energético
Aumento da demanda de energia no mundo: 1,7% ao ano, de 2000 a 2030
até alcançar 15 bilhões de toneladas equivalentes de petróleo (TEP).
Corresponde a 13.340 reatores nucleares de 1GW,
24/24h, 365/365 dias.
No mundo, existem 500 reatores nucleares
Considerando somente a população “rica”, isso
significa 13,34 kW por pessoa, ou seja 1,36 L de
petróleo consumido por hora
Essa energia, mais cedo ou mais tarde, é liberada
na atmosfera efeito estufa.
Esgotamento progressivo das reservas mundiais de petróleo é uma
realidade cada vez menos contestada.
Reservas mundiais de petróleo: 41 anos (segundo Bristish Petroleum)
Reservas mundiais de gás: 67 anos
Reservas brasileiras de petróleo: 18 anos.
A matriz energética mundial tem participação total de 80% de fontes de
carbono fóssil, sendo 36% de petróleo, 23% de carvão e 21% de gás
natural.
Fonte: IEA (Mundo) e MME (Brasil).
Panorama energético
Fonte: http://www.biodieselbr.com
Combustíveis fósseis
Combustíveis fosseis:
Material energético oriundo de restos de plantas e animais soterrados juntamente
com os sedimentos que formam as rochas sedimentares
Composição da matriz de energia (%)
Fonte
Petróleo
Mundo
Brasil
35,3
43,1
A- Vegetação: terrestre ou marinha (algas)
B- alagamento e depósitos de sedimentos
Carvão mineral
23.2
6,0
Gás natural
21,1
7,5
Biomassa tradicional
9,5
8,5
Energia Nuclear
6,5
1,8
Energia Hidroelétrica
2,2
14,0
Biomassa moderna
1,7
23,0
Outras energias renováveis
0,5
0,1
A/B
Aparição de condições anaeróbias / inibição da decomposição
C- Soterramento e início da diagênese
C
Compactação / aumento da pressão e temperatura
D- Perda dos elementos voláteis e da água / concentração de carbono
D
Combustíveis fósseis sempre associados a rochas sedimentares
Fonte: IEA (Mundo) e MME (Brasil).
Fonte: http://www.biodieselbr.com
2
Combustíveis fósseis
Combustíveis fósseis
vegetais
superiores
CARVÃO = Combustível fóssil sólido
Pântano
Matéria original: 95% do carvão oriundo de vegetais
superiores (terrestres).
Turfa
Local de formação de depósitos: deltas, pântanos,
estuários
Linhita
Alto conteúdo energético, que teve um ênfase na era
industrial pelo desenvolvimento das máquinas a vapor
Carvão
SOTERRAMENTO
Combustíveis fósseis
Antracita
Combustíveis fósseis
Algas
marinhas
PETRÓLEO = Combustível fóssil líquido
Matéria prima: matéria orgânica marinha ou lacustres,
sobretudo algas.
Local: precisa ter um ambiente que favorece a inibição da
decomposição
+ plataforma continental rasa: sedimentação rápida
+ planície abissal: falta de oxigênio e luz
3
Localização dos combustíveis fósseis fluidos
Combustíveis fósseis
GÁS NATURAL = Combustível fóssil gasoso
Migração Armadilhas
Algas
marinhas
Matéria prima: idem ao petróleo
Local: idem ao petróleo
Gás
Óleo
Água
Origem estrutural: anticlinal
Origem estrutural: falha
Diapir
de sal
Origem estratigráfica: discordância Origem mista. Ex: diapir
Localização dos combustíveis fósseis
Localização dos combustíveis fósseis
O que faz que um país investe para sua matriz energética em tal ou tal energia?
CARVÃO
LOCALIZAÇÃO MUITO DESIGUAL
preço de produção da energia. Isso inclui principalmente a localização:
facilidade de extração (profundidade) e de transporte (distância).
Carvão: voluminoso e denso somente 10% do carvão extraído no mundo é
exportado
Petróleo: otimização de estocagem (líquido) e mais leve 90% exportado
Exemplo:
Geração de energia em usinas termoelétricas funcionando na
queima de carvão: bastante difundida na Estados Unidos que possuem a
segundo maior reserva do mundo.
Uso de gás natural na industria paulistana, energia mais limpa.
Fonte: Bolívia, relativamente próximo.
Descoberta dos campos petrolíferos na Bacia de Campos (Rio de
Janeiro) : volta do uso do petróleo após o programe brasileiro Pró-álcool
4
Localização dos combustíveis fósseis
Localização dos combustíveis fósseis
PETRÓLEO / GÁS
PETRÓLEO / GÁS
LOCALIZAÇÃO MUITO DESIGUAL
Vantagens e desvantagens
Problemas ambientais dos combustíveis fósseis
Na extração
Combus
tível
Carvão
CARVÃO
mina aberta
oxidação da pirita Fe2S associada ácido sulfúrico nas águas de drenagem
oxidação dos sulfetos gás H2S chuvas ácidas
Petróleo
mina subterrânea
gases tóxicos em minas sob condições de ventilação precárias
Aspectos positivos
• Abundante, economicamente acessível,
uso seguro
• Fácil de transportar e de armazenar
• Amplamente distribuído
• Conveniente
• Alta densidade energética
• Fácil de transportar e de armazenar
• Co-evolução da fonte energética com os
equipamentos para seu uso
desmoronamento e afundamento
PETRÓLEO e GÁS
Vazamentos poluição superficial e liberação de CO2 na atmosfera
Na utilização
liberação de CO2: gás a efeito estufa que provoca o aumento da temperatura
global do planeta
Gás
• Eficiente e conveniente
• Combustível multiuso
• Alta densidade energética
Aspectos negativos
• Alta emissão de gases de efeito estufa
• Necessita portentosos investimentos para desenvolvimento de
tecnologias que reduzam as emissões de gases de efeito
estufa (GEE) a níveis aceitáveis
• Extração perigosa
• Fortemente poluidor da atmosfera
• Preços voláteis
• Concentração geográfica das jazidas
• Produto cartelizado e mercado manipulável
• Vulnerabilidade de interrupção de oferta e instabilidade
geopolítica
• Riscos de transporte e armazenamento
• Reservas em esgotamento
• Produto emissor de gases de efeito estufa
• Transporte e armazenamento caro e arriscado
• Requer infra-estrutura cara, própria e inflexível
• Volatilidade de preços
• Jazidas concentradas geograficamente
• Produto cartelizado e mercado manipulável
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Vantagens e desvantagens
O preço atual da energia
Custo de geração de eletricidade na Europa, por diversas fontes primárias
(centavos de euro / kWh).
Combustível
Aspectos positivos
Energia
Nuclear
• Não há emissões de gases de
efeito estufa
• Poucas limitações de recursos
• Alta densidade energética
Energia
Renovável
• Baixas emissões de gases de
efeito estufa
•Sustentabilidade
Aspectos negativos
• Baixa aceitação da sociedade
• Sem solução para eliminação dos resíduos
• Operação arriscada e perigosa
• Muito intensivo em capital
• Custos altos
• Fontes intermitentes
• Distribuição desigual
• Estágio tecnológico inferior às demais fontes em uso
Fontes de energia renovável
Produção de energia sustentável
Energias renováveis
Energias alternativas não renováveis
Geológicas (aproveitamento direto)
energia eólica
energia solar
Fonte limitada
fissão nuclear (urânio)
energia geotérmica
energia marémotriz
Antrópico-geológicas (aproveitamento
indireto)
Fonte ilimitada (na escala da sociedade
humana)
fusão nuclear (hidrogênio)
energia hidrelétrica
Energias renováveis
Biológico
Biogás
Antrópico-biológico
Biocombustível/ Biomassa
Fonte: http://www.biodieselbr.com
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Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia hidroelétrica - RIO
A energia hidroelétrica é uma energia obtido por conversão da energia hidráulica do fluxo de água:
rios ou mar.
No mundo, a potência das instalações hidroelétricas é de 715 gigawatts, aproximadamente 19% da
potência elétrica mundial.
Impacto no ambiente
Na produção
Na montante: lago de retenção: alagamento de mata, grandes perturbações do
ecossistema e da economia local / decomposição anaeróbia com liberação de
metano na atmosfera / ocorrência de terremoto / vida útil da barragem:
preenchimento do lago devido ao aporte de sedimentos pelo rio.
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia hidroelétrica - RIO
Pequenas centrais hidroelétricas – PCH
Este sistema é o mesmo utilizado nas grandes hidroelétricas, a diferença e
que são sistemas pequenos , de baixa potência, tipo Cross-flow de 5 a
100KW, e que podem ser instalados em locais próximos a regiões ribeirinhas,
aproveitando o fluxo natural de um rio ou riacho, sem acometer um grave
desequilíbrio para a fauna e flora do lugar, pois a o retorno ao rio ou riacho
após a geração. No Brasil existe a aplicação deste sistema em algumas
regiões principalmente nas regiões do sul, no nordeste este potencial ainda
não é muito aplicado.
Na jusante: redução drástica da vazante, alteração do ecossistema e impacto social.
Na utilização = energia elétrica : não polui.
Fonte: NEA - Núcleo de Energias Alternativas da Universidade Federal do Maranhão
http://www.nea.ufma.br/fae.php
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia hidroelétrica - MAR
ENERGIA MAREMOTRIZ
Tecnologia de geração de energia elétrica baseada no movimento de turbinas pelo fluxo das marés; um
sistema de conversão gera energia elétrica.
Poucos paises investiram na energia maremotriz:
França, La Rance: uma usina maremotriz de 240MW,
Grã-Bretanha: planejamento na costa ocidental de uma usina de 16km de comprimento. Objetivo: 7GW
de eletricidade.
ENERGIA DE ONDAS
O aproveitamento da energia das ondas é feito empregando um conjunto de bóias distantes uns poucos
quilômetros da costa, em que se transforma o movimento superficial do mar em eletricidade.
Calculou-se uma potência de 120GW para a costa ocidental da Grã-Bretanha, mais que o atual consumo
elétrico britânico. Não se indica prejuízos ambientais causados por tais instalações.
No norte da Noruega existe uma instalação desse tipo, em Kvaener-Brug, todas as instalações em
funcionamento tem uma potência individual menor que 50KW.
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia hidroelétrica - MAR
ENERGIA DAS CORRENTES MARÍTIMAS
Nova forma alternativa de energia explorada, que não gera nenhum impacto ambiental ou visual
Turbinas elétricas sub-marinhas de 15m de diâmetro, de potência de até 1 MW cada uma.
Velocidade: 20 rotações por minutos sem impacto
Localização: até 6 km do litoral.
Profundidade: min. 5m.
Preço ≈ preço aerogerador
Num litoral de 100km, estima-se que a potência de
energia das correntes marítimas pode chegar a 1 GW,
o que equivalente a um pequeno reator nuclear.
Fonte: NEA - Núcleo de Energias Alternativas da Universidade Federal do Maranhão
http://www.nea.ufma.br/fae.php
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Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia eólica
A produção de energia eólica é realizada através da conversão da energia cinética do ar, ou seja vento,
em energia elétrica. A energia “a mais antiga do mundo”. Exemplos comuns: barco, moinho a vento.
Considerada hoje uma das mais promissoras fontes naturais, principalmente porque é renovável, de
fácil instalação e eficiente energeticamente.
Em 2005, a geração mundial de energia elétrica eólica é de aproximadamente 59 GW (100% do
consumo de energia elétrica do Brasil, 1% do consumo mundial).
Tecnologia muito desenvolvida na Europa:
Dinamarca: energia eólica representa 23% da produção total de energia elétrica
Espanha: 8%
Alemanha: 6%
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia eólica
No Brasil
Apesar de possuir áreas e condições ótimas para instalações de aerogeradores, quase não se encontrava
usinas eólicas produtoras de energia elétrica até os anos 2000.
Utiliza-se energia eólica no Brasil principalmente para bombeamento de água para irrigação.
Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) –
Ministério das Minas e Energia
Projeto de instalação de novas usinas em diversas localidades do litoral nordestino e do litoral sul do Brasil.
Já foram instaladas úsinas em Fortaleza (CE), Rio do Fogo (RN) e Osório (RS - Parque eólico de Osório,
terminado em dez. 2006: produção potencial 150MW).
META: 1.100MW
A maioria das formas de geração de eletricidade de origem eólica requerem altíssimos
investimentos de capital, e baixos custos de manutenção. A construção de cada aerogerador pode
ficar em torno de alguns milhões de reais, enquanto os custos com manutenção são quase zero.
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia eólica
Detalhes : http://www.energiasrenovaveis.com/html/energias/eolica.asp
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia eólica
Moinhos: pouco eficiente. Usado antigamente para moer cereais ou bombear água
Aeromotores: Usado para bombear água de poço, principalmente nos E.U.
Aerogeradores (turbinas): Usado para conversão em energia elétrica. Diferentes tipos:
* Turbina eólica (eixo horizontal; três hélices) - São as mais utilizadas, trata-se de um sistema com grandes
palhetas auto ajustáveis de acordo com a posição e velocidade do vento, composta de um gerador interno e um
sistema de frenagem o qual controla a velocidade para que esta não venha a danificar o equipamento. Possuem
modelos de geração de 1KW/10Metros até 500KW/ 50 metros de altura. Há aplicações em todo o mundo, no
Brasil temos as chamadas fazendas eólicas nas regiões do Ceara, no Parque do Mucuripe que tem potência
nominal de 1200KW - 3,8 milhões de KWh por ano, energia suficiente para abastecer uma cidade de 15000
habitantes com 3000 residências.
* Turbina Darrileus (eixo vertical) - Sistemas formado por duas lâminas torcidas em forma de arco, colocadas
na vertical, ligando a base ao topo da turbina, e giram em torno do seu próprio eixo. São comumente usadas em
regiões da Europa.
Instalação de uma turbina eólica
Nova geração de turbina eólica
* Turbina Sarvonius - São no formato de duas conchas colocadas de lado uma da outra em posição contraria, e
ligadas onde se encontram num eixo vertical, interligado em dois mancais rotativos. Também de pouco uso,
mais utilizada em pequenos sistemas de medição anemografica (medição de velocidade de vento numa estação
meteorológica).
Fonte: NEA - Núcleo de Energias Alternativas da Universidade Federal do Maranhão
http://www.nea.ufma.br/fae.php
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Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia solar
Solar Fotovoltaico
+ Energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (efeito fotovoltaico).
+ Descoberto por Edmond Becquerel em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial, nos
extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz.
+ Célula fotovoltaica: a unidade fundamental do processo de conversão.
Termo Solar
+ Sistema que utiliza a energia do sol para o aquecimento de água, para as mais diversas aplicações
+ SEGS - Sistemas de geração de energia solar.
Sistemas baseados no mesmo principio de funcionamento e geração de energia das usinas hidroelétricas
Chamadas usinas Termosolares, tendo como principio ativo o sol e não a água.
Funcionamento: aquecimento solar da água, depois entra em contato com um segundo elemento que é um tipo
de óleo, este e superaquecido, ocorre o processo de evaporação, o ar quente desloca-se por um duto até uma
turbina que é posta em funcionamento gerando assim, alguns kWs
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia solar
Materiais fotovoltáicos
A primeira geração fotovoltáica
+ Camada única de silício, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz
+ Tecnologia dominante, represente 86% do mercado.
A segunda geração de materiais fotovoltáicos
+ Películas finas de depósitos de semi-condutores. A vantagem de utilizar estas películas é a de
reduzir a quantidade de materiais necessárias para as produzir, bem como de custos.
+ Material: silício amorfo, silício poli-cristalino ou micro-cristalino, telurido de cádmio, selênio/cobre.
+ Tipicamente menos eficiente do que a 1ª geração, mas custos de manufactura são bem mais baixos
+ Peso bem menor: fácil uso nos telhados e permite dispor em materiais flexíveis, como os texteis.
Fonte: NEA - Núcleo de Energias Alternativas da Universidade Federal do Maranhão
http://www.nea.ufma.br/fae.php
Produção de energia sustentável – Origem geológico
Energia solar
Vantagens
A energia solar não polui durante seu uso. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários
para a construção dos painéis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controles existentes
atualmente.
As centrais necessitam de manutenção mínima.
Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que o custo dos mesmo vem decaindo. Isto
torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável.
A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não
obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.
Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em
locais longes dos centros de produção energética, e sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética
nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão.
Desvantagens
Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (chuvas, neve), além de que
durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia
produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de
energia.
Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da Argentina e Chile) sofrem
quedas bruscas de produção durante os meses de Inverno devido à menor disponibilidade diária de energia
solar. Locais com frequente cobertura de nuvens (Curitiba, Londres), tendem a ter variações diárias de produção
de acordo com o grau de nebulosidade.
As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas por exemplo aos
combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidroeléctrica (água) e a biomassa (bagaço da cana)ou
(bagaco da laranja)
Produção de energia sustentável – Origem biológico
Biomassa
Do ponto de visto energético, biomassa = conjunto das energias oriundas da degradação
da matéria orgânica produzida a partir da energia solar transformada pelas plantas
clorofiladas
Biomassa lignocelulósica
madeira e residuos verdes
capim
bagaço da cana-de-açucar
Biomassa a glicídios
cereais
cana-de-açucar
beterraba açucareira
Biomassa oleaginosa
Colza, dendê, mamona, amendoim, girassol, algodão
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Produção de energia sustentável – Origem biológico
Produção de energia sustentável – Origem biológico
Biomassa lignosa
Biogá
Biogás
Combustão da madeira. Transformação da energia química em energia térmica.
Metanização
Vantagens
+ Limita o uso de derivados de petróleo, gás e carvão nas centrais termoelétricas
Fermentação de matérias orgânicas animais ou vegetais na ausência de oxigênio.
Liberação de CH4 (50-70%), CO2, H2O, H2S e O2.
Biogás = substituto renovável do gás natural. uso idêntico
+ Fonte illimitada
Desvantagens
+ Impacto no ambiente na ausência de um planejamento preciso a longo prazo
+ Poluição atmosférica por partículas (problemas pulmonares)
+ Custo do transporte
Biodigestor - O biodigestor é um sistema utilizado para a produção de gás natural ( Metano - CH4 ), através de
um processo anaeróbico na degradação de polímeros orgânicos derivados de matéria biodegradável, resíduos
alimenticeis, esgoto, substrato da cana-de-açúcar , vinhaça, esterco orgânico e demais materiais biodegradáveis.
Equipamento este feito em alvenaria e localizado a alguns metros abaixo da terra, possui uma câmpula por onde
sai o gás, uma entrada de material e uma saída de emergentes, que na verdade é adubo químico de ótima
qualidade.
No Brasil a primeira aplicação foi na Granja do Torto em Brasília em 1976, de um biodigestor modelo chinês e que
vem funcionando contento. Não é justificativa que um país rico em biomassa, um dos maiores produtores de gado
e aves do mundo, grande produtor de resíduos vegetais (cereais), maior produtor de vinhaça do mundo, ainda
encontre regiões iluminadas a custo de querosene caro.
Produção de energia sustentável – Origem biológico
Biogá
Biogás
Produção de energia sustentável – Origem biológico
Biocombustí
Biocombustíveis
1 tonelada de resíduo orgânico gera 100 a 160 m3 de gas, equivalente a 65-95 litros de
gasolina.
Por ano, um habitante gera em torno de 42 kg. Em Cruz das Almas, isso equivale a
2500 toneladas, ou seja 240.000 litros de gasolina.
Outros grandes vantagens
Gera adubo
Limita o uso de incinerador : Incinerador não resolve nada, pois
somente passa da fase sólida à fase líquida
Combustíveis de origem vegetal.
Substituto do petróleo
Conhecidos desde o início da automóvel: Rudolf Diesel usava óleo de amendoim para fazer funcionar
as suas máquinas. Nikolaus Otto concebeu o motor a explosão utilizando etanol.
Principais biocombustíveis:
Bioetanol (nome popular: álcool)
Produzido através da fermentação do açucar
Biodiesel
Detalhes
Tecnicamente, todos os óleos podem servir, mas o custo da produção, rentabilidade da
cultura, e a eficiencia energética (qualidade do óleo) limita o número de candidatos. Limitante ao
seu uso: geração de aerossóis gorduroso
http://www.energiasrenovaveis.com/html/energias/biomassa.asp
http://cbe.do.sapo.pt/APRESENTACAO.htm
http://www.biodieselbr.com/energia/biogas/biogas.htm
10
Produção de energia sustentável – Não renovável
Produção de energia sustentável – Não renovável
Fusão nuclear de hidrogênio
Fusão nuclear de hidrogênio
Célula a combustível : Energia (quase) limpa
Pilha onde a fabricação de eletricidade é realizada pela oxidação num eletrodo de um combustível reator
(deutério = isótopo do hidrogênio = átomo com 1 nêutron e 1 próton) acoplado à redução no outro eletrodo
de um oxidante (oxigênio do ar)
Temperatura operacional: 15 milhões de graus
Deutério + Deutério → 3Hélio + neutro
Deutério + Deutério → Trítio + próton
Deutério + Trítio → 4Hélio + neutro
Deutério + 3Hélio → 4Hélio + próton
Energia indiretamente poluente (atualmente):
O hidrogênio é presente em grandes quantidades na natureza, mas nunca existe no estado nativo.
Ele se situa dentro de uma molécula, e assim precisa de energia para quebrar esta molécula e
liberar H.
Hoje, 95% do H provém, da combustão de energia fóssil (por isso as grandes empresas petrolíferas
estão investindo nesta tecnologia).
Quem fornecerá a grande quantidade de energia necessária à produção de H? Esta tecnologia será
interessante somente se a energia provém de energias renováveis
Outro grande problema ambiental (potencial )
Liberação de H na atmosfera destruição >5% da camada de ozônio
Produção de energia sustentável – Não renovável
Vantagens e desvantagens das energias
Fissão nuclear
Gera em torno de 17% da
energia elétrica mundial
(370 MW)
Princípio
Um átomo de alto massa atômica se divide em 2
átomos de massa menor, com liberação de
energia
Energia
Renovável
Instalações
de baixo
custo
Fóssil
√
Urânio
√
Manutenção
de baixo
custo
Vantagens:
Produção de grandes quantidades de
energia
Desvantagens:
Custo
Com plutônio
Impacto
visual
mínimo
Modulável
√
√
Vento
√
√
√
Solar
√
√
√
Rios
√
Ondas
√
√
√
Correntes
marítimas
√
√
√
√
Previsível
√
Hidrogênio
Com urânio
Impacto
ambiental
mínimo
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Estocagem de resíduos radioativos
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UNIDADES ENERGÉTICAS......
DEFINIÇÕES
1 J = 1 joule = 1 N.m (1 kg.m2.s-2)
Balanços e tendências energéticas
no mundo
no Brasil
1 W = 1 watt = 1 J.s-1
1 kWh = 1 kilowatt/heure = energia consumida durante 1 hora por um equipamento cuja potência é de 1 kW
(1000 W) = 1 000 J * 3600 = 3,6 MJ
1 Tep = 1 tonelada equivalente petróleo = energia liberada pela combustão de uma tonelada de petróleo
1 bl = 1 baril de petróleo = 159 litros = 6 GJ
CONVERSÕES
1 Tep = 11 600 kWh = 41,8 GJ = 10 Gcal
1 m3 petróleo ≈ 6,3 bl ≈ 38 GJ
1 m3 gasolina = 34,7 GJ
1 TWh = 1.000 GWh = 106 MWh = 109 kWh
1 TWh = 3.600 TJ
1 kWh = 3,6 MJ
1 m3 gás (pressão 70 bars) = 29,7 GJ
1 m3 etano líquido = 18 GJ
1 m3 butano líquido = 28 GJ
1 tonelada carvão = 27 GJ
1 tonelada lignita = 14 GJ
Consumo anual mundial
Região
Consumo
Milhões Tep
População
Milhões
Cons./hab
Tep/hab
Consumo anual mundial
Em milhões Tep
MUNDO
ENERGIA NÃO RENOVÁVEL
Petróleo e derivados
Gás natural
Carvão mineral e derivados
Urânio e derivados
10.400.000 Tep = 435.000 TJ = 120 TWh
ENERGIA RENOVÁVEL
Hidráulica
Lenha e carvão vegetal
Derivados da cana-de-açucar
Outros renováveis
10.400.000 Tep por ano = 0,31 Tep por segundo = 13,8 GJ.s-1 = 13,8 GW
TOTAL
BRASIL
EUROPA
CHINA
2005
2005
2005
2005
10.143
3.837
2.750
2.930
627
121
84
20
14
2
1.003
470
217
152
166
1.348
319
39
978
11
669
669
97
32
28
30
6
213
106
80
80
219
1.217
10.812
107
1.428
CHINA – considerando 8,46 Tep/hab 10660.106 Tep
12
Consumo energético mundial
Consumo energético brasileiro
100%
Outros
renováveis
Cana-deaçucar
Proporção de energias renováveis: 5,3% (1970) a 6,2% (2005)
80%
100%
Lenha
Hidráulica
Urânio
80%
Urânio
60%
Carvão mineral
Hidráulica
Carvão
60%
40%
Gás natural
Gás natural
40%
20%
20%
Petróleo
Petróleo
2005
2000
1995
1990
1985
1980
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
Consumo energético brasileiro
1975
1970
0%
0%
Crescimento das energias renováveis na Europa
100%
90%
Energia eólica
80%
Energias não
renováveis
70%
Potência eólica instalada no mundo até fim 2005 (em MW)
Petróleo e derivados
Carvão mineral e derivados
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
Gás natural
Urânio e derivados
100%
80%
60%
40%
20%
2005
2000
1995
1990
1985
1980
0%
1975
Energias
renováveis
1970
1970
60%
Hidráulica
Derivados da cana-de-açucar
Lenha e carvão vegetal
Outros renováveis
40.825 MW por ano = 31 milhões de Tep = 2,5% do consumo europeo
13
Crescimento das energias renováveis
Energia eólica
Crescimento das energias renováveis
Energia fotovoltaica
Potência fotovoltaica instalada na Europa até fim 2005 (em MW)
40.825 MW por ano = 31 milhões de Tep = 2,5% do consumo europeo
Crescimento das energias renováveis
Energia fotovoltaica
Evolução da produção mundial de energia fotovoltaica (em MW)
Crescimento das energias renováveis
Energia PCH
Potência das PCH instaladas na Europa até fim 2005 (em MW)
14
Crescimento das energias renováveis
Energia geotérmica
Crescimento das energias renováveis
Bioenergia - biomassa
Consumo de energia elétrica oriunda da biomassa
na Europa (em milhões de Tep)
Potência geotérmica instalada na Europa até fim 2005 (em MW)
Crescimento das energias renováveis
Bioenergia - biogás
Crescimento das energias renováveis
Proporção de energia renovável na matriz energética européia em 2004
Produção de energia elétrica a partir de biogás na Europa (em TWh)
15
Crescimento das energias renováveis
Crescimento das energias renováveis
Distribuição da energia renovável para produção de energia
elétrica na Europa em 2004
Distribuição da energia renovável para produção de energia
primária na Europa em 2004
Energias alternativas : aplicações modernas
Crescimento das energias renováveis
O livro branco: base para projeto de lei europeu de orientação sobre as energias
Energia renovável nem sempre é sustentável
Por Gustavo González*
Energias de origem geológica (MW)
80000
70000
2003
2004
2005
2010 : estimação
2010 : Livro Branco
60000
50000
40000
30000
Energias de origem biológica (milhões Tep)
120
100
20000
2003
2004
2005
2010 : estimação
2010 : Livro Branco
80
10000
0
60
Energia
eólica
Energia
hidraúlica PCH
Energia
fotovoltáica
40
20
0
Biomassa
Biocombustíveis
Biogás
A América Latina obtém mais de 20% de sua energia de fontes renováveis. Mas grande parte provém das
hidrelétricas, que podem causar danos a ecossistemas.
Santiago – A proporção de 10% de fontes renováveis para cobrir a oferta energética, fixada como meta mundial para
2010, se verifica atualmente na América Latina, mas, com alta participação de grandes centrais hidrelétricas, o que é
criticado por ambientalistas. Quando a região assumiu essa meta, em 2002, usava quase 26% de fontes renováveis,
das quais 15% eram hidroenergia, segundo dados da Comissão Econômica para a América Latina e o Caribe
(Cepal). Renovável não significa sustentável, alegam os que desejam menos represas gigantescas, controle do uso
de lenha (5,8% das fontes regionais em 2002) e que se dê lugar a fontes não convencionais, como fez a Costa Rica,
cuja matriz energética depende em quase 50% da geotermia, produtos de cana, biomassa e outros insumos
renováveis.
A Conferência Internacional de Energias Renováveis, realizada em Bonn, de 1 a 4 deste mês, reuniu delegados de
154 países que avaliaram o avanço rumo ao objetivo de substituir combustíveis fósseis na matriz energética
mundial, fixado em 2002, na Cúpula de Desenvolvimento Sustentável de Johannesburgo. A meta de 10% de energia
renovável em 2010 representa “a oportunidade de combater a pobreza ao usar recursos naturais locais de forma
descentralizada, a possibilidade de superar a dependência de combustíveis fósseis que significam um alto custo
para os países do Sul e a urgência em proteger o clima e o meio ambiente”, disse ao Terramérica Sara Larraín,
diretora do programa Chile Sustentável. Cerca de 23% da Oferta Total de Energia Primária (OTEP) da América
Latina surge de fontes renováveis, incluindo hidroeletricidade, segundo o estudo da Cepal “Sustentabilidade
energética na América Latina e no Caribe: a contribuição das fontes renováveis”, divulgado em outubro de 2003.
De acordo com esse documento, a Argentina, muito dependente do gás natural, é o único país da região abaixo dos
10% de fontes renováveis, mas há outros quatro em uma zona crítica, de 10% a 20%: México, Equador, Venezuela
e Chile. No outro extremo está Costa Rica, com 99,2%, seguida de Paraguai, Honduras, Haiti e El Salvador com
mais de 80%. Ativistas e especialistas afirmam que as grandes centrais hidrelétricas prejudicam os ecossistemas
associados aos cursos fluviais e alteram as condições de vida de comunidades locais, geralmente indígenas.
16
Energias alternativas : aplicações modernas
A lenha é renovável sempre que for compensada com um reflorestamento adequado. Coviello e Altomonte afirmam
que a dependência de lenha é “preocupante e, de certa forma, negativa, devido ao forte impacto e pressão
exercidos sobre os recursos florestais e o conseqüente aumento das emissões de dióxido de carbono derivadas da
queima de lenha”. As emissões de dióxido de carbono são as principais responsáveis pelo chamado efeito estufa. A
fonte renovável mais acessível parece ser, atualmente, a geotérmica, em razão dos altos custos que ainda
representa a utilização em grande escala da luz solar, dos ventos e das marés como insumos energéticos, embora a
biomassa (derivada de compostos orgânicos) também dê lugar às pequenas centrais hidrelétricas.
“O Brasil tem a matriz energética mais sustentável e limpa do mundo”, com 90% de seu OTEP baseados em fontes
renováveis, incluindo a hidroeletricidade, assegurou ao Terramérica Emilio La Rovere, professor de Planejamento
Energético de um programa de pós-graduação da Universidade do Rio de Janeiro. Depois da crise energética dos
anos 70, o Brasil desenvolveu o álcool a partir da cana-de-açúcar como combustível substituto da gasolina. Nos
últimos anos, as empresas automobilísticas desenvolveram motores que utilizam gasolina ou álcool alternadamente,
e, inclusive, ambos misturados, e se preparam para modelos tri-combustíveis, que também poderão utilizar gás. No
Brasil existem atualmente entre 700 mil e 800 mil automóveis movidos a gás natural, número superado apenas pela
Argentina.
Um caso destacado pelos ambientalistas é o de Cuba. A matriz energética desse país “é sustentável, por se
modificar e tender a alcançar um desenvolvimento energético sustentável”, disse ao Terramérica Luis Bérriz,
presidente da Cubasolar, organização não-governamental que estimula o uso de fontes renováveis. Cuba dependeu
do petróleo soviético até o início dos anos 90, quando a interrupção do fornecimento colocou a economia da ilha em
crise. Desde então, desenvolveu a exploração de recursos locais de hidrocarbonos, bem como planos de economia,
junto com o investimento na pesquisa de fontes renováveis. Porém, o documento da Cepal afirma que Cuba ainda
depende em alto grau do petróleo, que representa 56,1% de seu OTEP, enquanto as fontes renováveis constituem
37,9% e são majoritariamente produtos de cana (34,5% do total), que costumam ser usadas em “processos de
combustão
pouco
eficientes”.
* O autor é correspondente da IPS. Com as colaborações de Patrícia Grogg (Cuba) e Mário Osava (Brasil).
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