Ciclo de Transposição de Bacias com Hidroelétricas e Biomassa Irrigada

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1 Ciclo de Transposição de Bacias com Hidroelétricas e Biomassa Irrigada Julian David Hunt 1 Resumo O Brasil gera a maior parte de sua eletricidade com usinas hidroelétricas. Isso torna o setor elétrico vulnerável a variações anuais no clima e mudanças climáticas permanentes, que estão se intensificando. Esse artigo propõe um mecanismo para controlar a intensidade de precipitação no Brasil, com a transposição de água das Bacias dos Rios Tocantins e Paraná para a Bacia do Rio São Francisco. Esta água seria consumida em plantações de biomassa irrigada ao redor do Rio São Francisco. A água resultante da transpiração da biomassa para geração de eletricidade na atmosfera é redirecionada para as Bacias dos Rios Tocantins e Paraná com os ventos alísios formando um ciclo climatológico artificial que pode ser controlado de acordo com as necessidades climatológicas do Brasil. Esse mecanismo foi chamado de Ciclo de Transposição de Bacias com Hidroelétricas e Biomassa Irrigada (CTBHBI) e se apresenta como uma alternativa para o desenvolvimento sustentável do Brasil, aumentando a geração hidroelétrica, aumentando a água disponível para a biomassa irrigada e criando um mecanismo para controlar o clima. Estima-se que uma produção de biomassa irrigada com capacidade de gerar 250 GW de eletricidade na Bacia do São Francisco aumentaria a geração hidroelétrica do Brasil em 6 GW. Palavras-Chave Transposição de Bacias, Desenvolvimento Sustentável, Adaptação às Mudanças Climáticas Abstract Watershed Transposition Cycle with Hydropower and Irrigated Biomass Brazil generates most of its electricity from hydroelectric plants. This makes the electricity sector vulnerable to annual climate variations and permanent climate change, which are intensifying. This article proposes a mechanism to control the rainfall intensity in Brazil, with the transposition of water from the basins of the Rivers Tocantins and Paraná River Basin to the São Francisco River. This water is consumed in biomass-irrigated plantations around the Rio São Francisco. The resulting water vapor from biomass transpiration is recycled to the basins of the Tocantins and Paraná Rivers by the trade winds forming an artificial climatic cycle that can be controlled according to the climatological needs of Brazil. This mechanism is called "Watershed Transposition Cycle with Hydropower and Irrigated Biomass" (CTBHBI in Portuguese) and is presented as an additional possibility for the sustainable development of Brazil, increasing hydroelectric generation, increasing the water for irrigated biomass and creating a mechanism to control the climate. It is estimated that the production of irrigated biomass with the capacity to generate 250 GW of electricity in the São Francisco Watershed would increase the hydroelectric generation in Brazil by 6 GW. Keywords Watershed Transposition, Sustainable Development, Climate Change Adaptation 1 Programa de Planejamento Energético / COPPE / UFRJ, julian.hunt@ppe.ufrj.br XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO O Brasil está passando por uma das piores estiagens na região Sudeste dos últimos 80 anos. Adaptações emergenciais estão sendo feitas para evitar o racionamento de energia. A expectativa de crescimento do setor elétrico foca em novas hidroelétricas na Amazônia, geração eólica, solar e termoelétrica a gás. Uma alternativa de geração elétrica pouco estudada, com grande potencial no Brasil, é a biomassa. A plantação de biomassa diretamente afeta a hidrologia de uma bacia por consumir grande quantidade de água. Por exemplo, caso exista uma plantação de eucalipto próximo ao reservatório de Nova Ponte com altitude de 795 metros em Minas Gerais, a água consumida pela plantação vira umidade na atmosfera que eventualmente precipitará em outro lugar com um potencial de geração hidroelétrica menor. Caso essa umidade venha precipitar próximo do reservatório de Ilha Solteira a 323 metros de altura, haverá uma perda de potencial de geração hidroelétrica de 477 metros com a água consumida pela plantação de biomassa. Porém, existe a possibilidade de plantar biomassa em locais de baixas altitudes, com baixo potencial de geração de hidroeletricidade, onde a umidade gerada pela transpiração da biomassa resulta em um aumento do potencial hidroelétrico desta água. Esse artigo apresenta a possibilidade de aumentar a geração hidroelétrica total do Brasil com a formação de um ciclo hidrológico artificial resultante da transposição de água das bacias dos Rios Tocantins e Paraná para o Rio São Francisco e o uso dessa água para irrigar a plantação de biomassa. A umidade resultante da transpiração e queima da biomassa voltará para as Bacias do Tocantins e Paraná carregada pelos ventos alísios. Esse mecanismo foi chamado de Ciclo de Transposição de Bacias com Hidroelétricas e Biomassa Irrigada (CTBHBI). Além de aumentar a geração hidroelétrica total do Brasil o mecanismo CTBHBI tem a possibilidade de auxiliar a adaptação às mudanças climáticas, com o controle da umidade atmosférica de acordo com a quantidade de água transposta para o Rio São Francisco e de biomassa irrigada plantada. O setor agrário, que também é vulnerável as mudanças climáticas e tem grande importância no produto interno bruto do país, também iria se beneficiar de um mecanismo para controle do clima. METODOLOGIA: CICLO DE TRANSPOSIÇÃO DE BACIAS COM HIDROELÉTRICAS E BIOMASSA IRRIGADA Focando na Bacia do São Francisco, de acordo com a Figura 1, considerando a seção do Rio São Francisco próximo de sua foz, pode-se perceber que a direção dos ventos alísios é oposta a direção do fluxo do Rio São Francisco. A intenção do mecanismo CTBHBI é aumentar a geração hidroelétrica com a plantação de biomassa irrigada. Para que isso ocorra a biomassa tem que ser plantada em altitudes baixas com a intenção de não diminuir a geração hidroelétrica e sim aumenta-la. Como a biomassa necessita de uma grande quantidade de água para crescer, a água próxima a foz do Rio São Francisco será removida do rio e, por via da transpiração da biomassa, será lançada na atmosfera na forma de umidade no ar. Como os ventos alísios próximos a foz do Rio São Francisco levam esta umidade para o continente, na direção oposta ao Rio São Francisco, parte da umidade retirada com a biomassa irrigada choverá na Bacia do São Francisco e consequentemente criar um ciclo hidrológico artificial, como descrito na Figura 1, aumentando a quantidade de geração hidroelétrica na bacia. A umidade removida na foz do Rio São Francisco não irá precipitar somente na Bacia do São Francisco. Ela irá precipitar nas Bacias do São Francisco, Tocantins, Amazonas, Paraná e outras. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Figura 1: Esquema demostrando o mecanismo CTBHBI focando na foz da Bacio do Rio São Francisco. Fonte Própria. As áreas disponíveis abaixo do nível da usina de Xingó tem uma área de aproximadamente km 2 próximo ao Rio São Francisco. Abaixo do nível da usina de Paulo Afonso tem uma área de aproximadamente km 2 próximo ao Rio São Francisco. Deve-se ressaltar que a foz do Rio São Francisco tem um clima litorâneo úmido, então a plantação de biomassa não necessitaria de irrigação intensiva. Porém, a plantação de biomassa diminuiria a quantidade de água que escoa para a foz do Rio São Francisco. É importante criar modelos climáticos e hidrológicos com o intuído de estimar onde a água removida pela biomassa precipitará. Esse artigo faz uma previsão preliminar com dado do Atlas dos Ventos desenvolvida pelo CEPEL (Amarante, et al., 2001). A Figura 2(a) apresenta a distribuição probabilística da umidade gerada pela transpiração e queima da biomassa na foz do rio São Francisco. A próxima seção apresenta um estudo preliminar de caso do mecanismo CTBHBI englobando todo o Brasil. As linhas pretas apresentam as rosas dos ventos de diferentes locais. As linhas vermelhas mostram prováveis trajetórias a umidade gerada. (a) (b) Figura 2: Distribuição probabilística e estimativa da direção dos ventos (a) na foz do Rio São Francisco e (b) depois da Usina de Três Marias (Amarante, et al., 2001). Fonte Própria. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 RESULTADOS: CTBHBI ENTRE BACIAS DO TOCANTINS, PARANÁ E SÃO FRANCISCO Expandindo o conceito de CTBHBI para as bacias hidrográficas do Brasil, aumenta ainda mais o potencial desse mecanismo. A Figura 3 apresenta o balanço hidrológico e a média de vazão das principais bacias do Brasil. As setas vermelhas representam a saída da água para o Oceano Atlântico e as setas azuis representam a entrada de umidade no Brasil com o ar. Onde o ar úmido entra no continente com os ventos alísios no Norte e Nordeste e ventos na Região Sul e Sudeste. Essa umidade precipita nas Bacias hidrográficas e sua maior parte volta para o Oceano Atlântico pelos rios. Figura 3: Ciclo Hidrológico das Principais Bacias do Brasil. Fonte Própria. A conformação mais apropriada observada para implementar o mecanismo CTBHBI é entre as bacias dos Rios Tocantins, Paraná, e o Rio São Francisco. A parte média da bacia do São Francisco tem uma área plana e apropriada para plantação de biomassa irrigada e a água retirada da bacia teria um potencial hidroelétrico de 330 metros com a Usina de Sobradinho, Luiz Gonzaga, Apolônio, Paulo Afonso e Xingó. De acordo com a Figura 2(b), a umidade retirada depois da usina de Três Marias com a transpiração da biomassa é direcionada com os ventos para a cabeceira da XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 bacia do Rio Tocantins (Usina da Serra da Mesa com 400 metros de potencial hidroelétrico), e para a cabeceira da bacia do Rio Paraná (com potencial hidroelétrico de até 475 m com a Usina da Serra do Facão, 515 m com a Usina da Emborcação e 666 m com a Usina de Nova Ponte). A transposição de água da Bacia do Paraná para a Bacia do São Francisco é relativamente simples. De acordo com a Figura 4(a), é necessário a construção de sete centrais hidroelétricas reversíveis para captar a precipitação da região contornada em vermelho e bombear para o reservatório de Furnas. Para fazer a transposição é necessário somente um duto de 15 km, como mostra a Figura 4(b). Esse duto teria um aproveitamento hidroelétrico de 100 metros. Outras hidroelétricas poderiam ser construídas na cabeceira do Rio São Francisco para fazer o aproveitamento energético da água transposta até o nível da Usina de Três Marias (equivalente a 100 metros de queda). (a) (b) Figura 4: (a) Transposição do Rio Paraná para o Rio São Franciscoa e (b) Tubulação necessária para conectar o reservatório de Furnas e o Rio São Francisco. Fonte Própria. A Figura 5 apresenta a transposição de água do Rio Tocantins para o Rio São Francisco. Essa transposição não é simples, mas possibilita a irrigação de vastas áreas nos estados do Maranhão, Piauí e, principalmente, o ao redor do Rio São Francisco. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 5: Transposição do Rio Tocantins para o Rio São Francisco e outros. A Figura 6 apresenta um exemplo de Ciclo de Transposição de Bacias com Hidroelétricas e Biomassa Irrigada. Onde a água transposta para a Bacia do Rio São Francisco, retorna em forma de precipitação para as Bacias dos Rios Tocantins, Paraná, Amazonas e outras. Assumindo que a irrigação anual para uma plantação de biomassa irrigada na Bacia do São Francisco seja equivalente a mm de precipitação ao ano (Confederação da Agricultura e Pecuária do Brasil, 2011), devido ao clima seco, e uma taxa média de crescimento de 80 m3/ha.ano. Desta forma, seria necessária uma área de km2 de plantio para retirar de m3/s de água do Rio São Francisco para irrigação. Assumindo que metade da água retirada do Rio São Francisco precipitará em outras bacias, incluindo a própria, haverá um reciclo de m3/s para as bacias do Rio Tocantins e Rio Paraná, como mostra a Figura 6. Figura 6: Exemplo de CTBHBI no Brasil. Fonte Própria. Essa quantidade de biomassa (900 milhões de toneladas por ano) seria capaz de gerar por volta de 250 GW de eletricidade a uma capacidade de 90%. Isso corresponde a 185% da capacidade instalada de geração elétrica no Brasil em A biomassa plantada poderia ser transportada por hidrovia para a foz do Rio São Francisco e exportada para outros países. Além disso, as áreas irrigadas poderiam produzir cana-de-açúcar, milho, algodão entre outros cultivos (dando preferência para cultivos que consomem muita água). Assumindo um ganho médio de queda de 150 metros com os 4,000 m 3 /s de água com o mecanismo CTBHBI, haverá um aumento de 6 GW médios de geração hidroelétrica. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 CONCLUSÃO Esse artigo apresentou um novo mecanismo chamado Ciclo de Transposição de Bacias com Hidroelétricas e Biomassa Irrigada que tem o objetivo de aumentar a geração hidroelétrica no Brasil com a plantação de biomassa irrigada e controlar as mudanças climáticas no Brasil. O CTBHBI é um ciclo artificial gerado pela transposição de água de uma bacia para a outra e o retorno dessa água com a transpiração de biomassa irrigada e carregamento de umidade para a bacia de origem. Um exemplo desse mecanismo é a transposição da Bacia do Tocantins e Paraná para a Bacia do São Francisco. A direção do vento ao longo da Bacia do Rio São Francisco carrega a umidade para dentro do Brasil, na direção das Bacias do Tocantins e Paraná. Isso permite o aumento da água utilizada para geração hidroelétrica e para a irrigação da biomassa. Além de ter um potencial de aumentar a geração hidroelétrica e a biomassa irrigada no Brasil, esse mecanismo pode ser utilizado para auxiliar a adaptação às mudanças climáticas por incluir uma variável artificial que impacta diretamente no clima do Brasil. Para dar continuidade a esta teoria é imprescindível a criação de modelos climáticos e hidrológicos com o intuído de estimar a quantidade de água que pode ser retirada do Rio São Francisco com a transpiração da biomassa irrigada e para estimar onde essa umidade precipitará. REFERÊNCIAS AMARANTE, O. A. C., BROWER, M., ZACK, J. & SÁ, A. L. (2001). Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, Brasília: CEPEL. CONFEDERAÇÃO DA AGRICULTURA E PECUÁRIA DO BRASIL (2011). Plantio de eucalipto no Brasil: Mitos e verdades, Brasilia: CNA. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7