A Energia e o Meio Ambiente Conceitos, fontes de energia, a questão energética no futuro

Uso de Energia pelo Homem Utilização de força física ou animal para o desenvolvimento das actividades humanas; Descoberta do fogo; Uso de madeira e demais combustíveis para aquecimento, iluminação e aprimoramento de ferramentas; Revolução industrial, uso de energia disponível em cursos d’água e vapor para movimentar máquinas.

Necessidades Actuais de Energia Actualmente, para que seja possível manter os nossos padrões de consumo e produção são necessárias grandes quantidades de energia; Nos países industrializados ocorre o maior consumo de energia; Isto leva a desequilíbrios económicos, sociais e ambientais.

Consumo de Energia no Mundo (2001) Continente Consumo (106 TEP)* % do Total Oriente Médio e África 922,3 8,44 Europa 3.606,4 32,98 América do Norte 2.529,6 23,13 América Central e Caribe 214,2 1,96 América do Sul 382,2 3,50 Ásia (Excepto Oriente Médio) 3.145,5 28,77 Oceania 133,9 1,22 Total 10.934,1 100 TEP – Tonelada equivalente de petróleo Fonte: World Resources Institute, 2005

Consumo de Energia Para satisfazer as necessidades relativas ao consumo de energia o Homem utiliza diversas fontes; A combinação entre as fontes de energia utilizadas para suprir as nossas necessidades é denominada de Matriz Energética; A matriz energética mundial é constituída, principalmente, pelas seguintes fontes: Térmica, hidroelétrica, geotérmica e nuclear. Além dos tipos mencionados existem, ainda, as fontes alternativas de energia.

Distribuição Mundial do Consumo de Energia por Sector Fonte: World Resources Institute, 1998

Principais Fontes de Energia As principais fontes de energia disponíveis são classificadas em: Não renováveis: Combustíveis fósseis; Nuclear; Geotérmica. Renováveis: Solar; Hidráulica; Eólica; Biomassa.

Considerações sobre as Fontes de Energia O aproveitamento das fontes de energia resulta em impactos sobre o meio ambiente;; O conceito de energia limpa é relativo, a menos que se considere apenas o processo de conversão de uma forma de energia em outra.

Combustíveis Fósseis Todos os materiais que foram capazes de armazenar energia solar; Todas as plantas são capazes de converter energia solar em química; Os combustíveis fósseis surgiram a partir da decomposição biológica incompleta de matéria orgânica morta; São considerados nossa fonte primária de energia, em função de sua participação na matriz energética.

Distribuição das Reservas de Petróleo no Mundo (1997)

Comércio de Petróleo no Mundo (1995)

Distribuição das Reservas de Carvão no Mundo (1997)

Impactos Associados aos Combustíveis Fósseis Alteração nas características do solo em função da abertura de minas; Construção de plataformas para poços de petróleo e gás, tubulações, depósitos e tanques de armazenagem; Infra-estrutura para transporte e beneficiamento; Poluição de águas superficiais; Poluição atmosférica; Subsidência do solo.

Fontes Alternativas de Energia É comum considerar que qualquer recurso energético, diferente dos combustíveis fósseis, seja uma fonte alternativa de energia; As fontes alternativas são divididas nas seguintes categorias: Não-renováveis: Nuclear e geotérmica; Renováveis: Solar, hidráulica, eólica e biomassa.

Energia Nuclear É a energia obtida do núcleo dos átomos de determinados elementos químicos; O aproveitamento pode ser feito por dois processos distintos: Fissão  Divisão do núcleo de átomos pesados; Fusão  União de dois átomos leves. Como consequência destes dois processos ocorre a liberação de energia;

Representação do Processo de Fissão Nuclear

Energia Nuclear 1942 - Primeira reação de fissão controlada pelo Homem; Conduziu ao uso do urânio como explosivo e como fonte de calor para produzir vapor e energia elétrica. Em média, um quilograma de óxido de urânio (U3O8), produz uma quantidade de energia equivalente a 11,36 m3 de petróleo ou 17,9 toneladas de carvão. O urânio natural é constituído de uma mistura de três isótopos, obedecendo a seguinte proporção: U – 238 99,3% U – 235 0,7% U – 234 0,005%

ENERGIA NUCLEAR O urânio 235 é o único material fissionável encontrado naturalmente, sendo essencial para a produção de energia. Na maioria dos reatores nucleares, principalmente nos PWR’s, o urânio 235 deve estar presente em uma concentração da ordem de 3%.

Comparação entre os Sistemas Convencional e Nuclear para Geração de Energia Elétrica

Impactos Ambientais Associados à Energia Nuclear Com relação aos impactos ambientais associados à geração de energia pelo urânio, deve-se considerar as etapas relativas: à extração e beneficiamento do minério de urânio; fabricação dos elementos combustíveis; e queima destes nos reactores nucleares. Uma grande preocupação associada à energia nuclear esta relacionada aos rejeitos radioativos; Podem resultar em significativo impacto sobre a saúde da população e sobre o meio ambiente, devido a ação da radiação ionizante.

Energia Geotérmica Conversão do calor natural em energia para aquecimento ou geração de electricidade; Um exemplo do aproveitamento da energia geotérmica data de 1904, na Itália; É uma fonte não renovável de energia caso a taxa de utilização seja maior que a de geração de calor; O processo de geração de calor no interior do planeta é completamente compreendido; Está associado ao movimento de placas tectônicas e decaimento radioativo de isótopos naturais.

Energia Geotérmica O aproveitamento da energia geotérmica pode ser feito de duas formas: Utilização do calor para geração de energia elétrica a partir do vapor d’água; Utilização de água subterrânea, para aquecimento ou resfriamento de edifícios. Os impactos ambientais podem ser menos intensos que aqueles causados por outras fontes, mas não são desprezíveis: Poluição sonora, emissão de gases, alteração do solo e poluição térmica. O seu aproveitamento não depende do transporte e beneficiamento de grandes quantidades de materiais.

Fontes Renováveis de Energia São todas aquelas direta ou indiretamente derivadas da energia solar: Energia hidráulica, que é continuamente obtida devido ao ciclo hidrológico, que depende da energia do sol; Energia dos ventos, relacionada à movimentação de massas de ar; Energia acumulada nas plantas pelo processo de fotossíntese, das quais se pode obter combustíveis.

Uso da Energia Proveniente do Sol

Aproveitamento da Energia Solar Direta

Energia Solar Direta Sistemas ativos  necessitam de dispositivos mecânicos, para fazer com que o ar, a água, ou outro fluido, circule através de colectores solares; Coletores solares (aquecedores): são painéis planos constituídos por uma cobertura de vidro sobre uma caixa com as paredes internas pintadas de preto, dentro da qual a água circula no interior de tubos metálicos. Os raios solares de pequeno comprimento de onda atravessam a cobertura de vidro e são absorvidos pelo revestimento interno da caixa. A temperatura da água que circula no interior dos tubos pode variar de 38 oC a 93 oC. Painéis solares funcionam da mesma forma que as estufas utilizadas para o cultivo de determinados tipos de plantas.

Representação Esquemática de um Painel Solar

Luz International Solar Farm (capacidade de produção para atender 540 Luz International Solar Farm (capacidade de produção para atender 540.000 pessoas – USA) 1 – Coletores solares; 2 – Caldeira a gás; 3 – Sistema turbogerador; 4 – Gerador de Vapor e superaquecedor solar; 5 – Sistema de Controle; 6 – Torre de Resfriamento; 7 – Interconexão com a rede de distribuição.

Representação Esquemática da Central Luz International (Deserto de Mojave, Sul da Califórnia)

Energia Solar Direta Células fotovoltaicas são um outro tipo de dispositivo utilizado para o aproveitamento da energia solar; Estas convertem a luz do sol diretamente em energia elétrica, utilizando um material semicondutor sólido. São utilizadas células solares feitas de silício, ou outro material, e componentes eletrónicos, apresentando poucas ou nenhuma parte móvel. A eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica varia de 10% a 25%; Tem-se uma expectativa para o limite superior da eficiência de conversão da ordem de 30%.

Energia Solar Direta O aproveitamento desta energia é já uma realidade e cada vez mais competitiva em relação as outras fontes disponíveis; É uma alternativa para aproveitamento em pequena escala e locais remotos; Com relação aos impactos ambientais, pode-se dizer que o uso de energia solar direta não é significativo; Não ocorre a emissão de poluentes para o meio ambiente; Deve-se considerar os impactos ambientais resultantes da extracção dos recursos naturais para a fabricação e montagem dos sistemas coletores. Quando se fala em sistemas de grande capacidade, os impactos são mais significativos;

Energia Hidráulica

Energia Hidráulica O aproveitamento da energia hidráulica em centrais hidroeléctricas é bastante eficiente, chegando a 96 %; Isto resulta em um baixo custo de produção; Os principais impactos estão relacionados aos reservatórios; Grandes áreas alagadas, alteração das caraterísticas do fluxo e da qualidade da água. Além da centrais hidroelétricas tradicionais pode-se fazer o aproveitamento da energia das marés.

Energia Eólica Já é utilizada á longo tempo, remontando a época das antigas civilizações chinesas e persas, até aos nossos dias. Recentemente tem sido utilizada para a geração de energia elétrica; Os ventos são resultantes do aquecimento diferencial da superfície da Terra, o que dá origem a massas de ar com diferentes quantidades de calor e densidades; O potencial para a geração de energia a partir do vento é enorme; A sua exploração é já uma realidade ao nível mundial e no nosso país também.

Energia Eólica A partir de julho de 1992 começou-se a produzir energia elétrica a partir de turbinas eólicas, na ilha de Fernando de Noronha com uma turbina de 75 kW; A capacidade instalada em Portugal está em constante crescimento, pelo que não vamos arriscar qualquer número.

Energia Eólica O uso de energia eólica não irá solucionar todos os problemas relacionados à demanda de energia eléctrica; Com relação aos aspectos ambientais, o uso da energia eólica também apresenta algumas desvantagens, destacando-se as seguintes: Projectos de demonstração indicam que as vibrações dos moinhos de vento podem produzir ruídos significativos; Os moinhos de vento podem interferir nas transmissões de rádio e televisão; A paisagem local é alterada; Ocupação de grandes áreas para a instalação dos moinhos; Morte de pássaros que colidem com as pás dos moinhos.

Biomassa Combustível de biomassa é um novo nome dado ao mais antigo combustível utilizado pelo Homem; Matéria orgânica, como plantas e restos de animais que podem ser queimados diretamente ou convertidos para uma forma mais conveniente e depois queimados para o aproveitamento da energia. Pode-se queimar a madeira diretamente em um fogão a lenha, ou então, converter a mesma em carvão e depois queimá-lo. Até o final do século XIX a madeira foi a principal fonte de energia em todo o Mundo. Ainda hoje, mais de 1 bilião de pessoas utilizam a madeira como principal fonte de energia, seja para aquecimento ou para a preparação de alimentos.

Biomassa O aproveitamento de energia pode ocorrer por várias rotas: Queima directa para a produção de electricidade ou para aquecimento da água ou do ar; Aquecimento da biomassa para a obtenção de combustível gasoso; Destilação ou processamento da biomassa para produzir combustíveis como o etanol, metanol ou metano. Fontes de biomassa combustível incluem os produtos florestais e agrícolas e o lixo urbano que pode ser incinerado; A produção líquida de energia é baixa, sendo necessária uma considerável quantidade de energia para a sua coleta e transporte.

Células de Combustível Actualmente estão a ser desenvolvidas pesquisas visando a transformação direta da energia química dos combustíveis em energia elétrica; Entre os principais combustíveis que podem ser utilizados destacam-se: Hidrogénio (mais comum); Metanol; Etanol; Gás natural.

Células de Combustível O aproveitamento da energia é feita em dispositivos adequado; Estes dispositivos são constituídos por eletrodos metálicos, solução de eletrólito e membranas poliméricas, para manter a separação entre os reagentes; Oxigênio e hidrogênio ou outro combustível são alimentados à célula; Para que o processo ocorra é necessário uma quantidade inicial de energia para promover a ionização dos reagentes; No processo é gerado um fluxo de elétrões entre os eletrodos, o qual pode ser utilizado para carregar uma bateria ou accionar um motor elétrico.

Representação Esquemática de uma Célula de Combustível

Células de Combustível O hidrogênio e oxigênio podem ser obtidos pela eletrólise da água, utilizando-se energia eólica ou solar; A utilização de gás natural ou outro combustível que contenha hidrogênio, nas células de combustível gera menor poluição do que a queima em dispositivos convencionais; A eficiência das mesmas independe do seu tamanho e do nível de produção de energia.

Conclusões O Mundo está a mover-se para uma nova era, da quase total dependência dos combustíveis fósseis, para uma maior utilização de fontes alternativas e renováveis de energia; Cada alternativa oferece um caminho para sair do dilema energético, criado pelo crescimento populacional e desenvolvimento tecnológico; A avaliação das alternativas disponíveis e a seleção da combinação mais adequada entre as mesmas é o desafio que cada País deverá enfrentar; Deve-se desenvolver modelos específicos para cada região, visando o melhor aproveitamento dos recursos disponíveis, com o menor impacto sobre o meio ambiente.