Gestão de Energias Renováveis

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1 Gestão de Energias Renováveis Brasília-DF.

2 Elaboração Tânia Oshiro Nosse Produção Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração

3 Sumário APRESENTAÇÃO... 5 ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA... 6 INTRODUÇÃO... 8 UNIDADE I ENERGIA RENOVAVEL: PANORAMA CAPÍTULO 1 ENERGIA RENOVÁVEL: CONCEITOS E DEFINIÇÕES CAPÍTULO 2 ENERGIA RENOVÁVEL: SUSTENTABILIDADE UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS CAPÍTULO 1 ENERGIA SOLAR CAPÍTULO 2 ENERGIA EÓLICA CAPÍTULO 3 ENERGIA HIDRELÉTRICA CAPÍTULO 4 ENERGIA DA BIOMASSA CAPÍTULO 5 OUTRAS FONTES: MAREMOTRIZ, GEOTÉRMICA, HIDROGÊNIO UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL CAPÍTULO 1 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL: INSUSTENTABILIDADE UNIDADE IV DESIGN COM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA CAPÍTULO 1 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA... 64

4 CAPÍTULO 2 CERTIFICAÇÕES E SELOS PARA (NÃO) FINALIZAR REFERÊNCIAS... 76

5 Apresentação Caro aluno A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da Educação a Distância EaD. Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade dos conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos específicos da área e atuar de forma competente e conscienciosa, como convém ao profissional que busca a formação continuada para vencer os desafios que a evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo. Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira. Conselho Editorial 5

6 Organização do Caderno de Estudos e Pesquisa Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam a tornar sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta, para aprofundar os estudos com leituras e pesquisas complementares. A seguir, uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos Cadernos de Estudos e Pesquisa. Provocação Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor conteudista. Para refletir Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões. Sugestão de estudo complementar Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso. Praticando Sugestão de atividades, no decorrer das leituras, com o objetivo didático de fortalecer o processo de aprendizagem do aluno. Atenção Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a síntese/conclusão do assunto abordado. 6

7 Saiba mais Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões sobre o assunto abordado. Sintetizando Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos. Exercício de fixação Atividades que buscam reforçar a assimilação e fixação dos períodos que o autor/ conteudista achar mais relevante em relação a aprendizagem de seu módulo (não há registro de menção). Avaliação Final Questionário com 10 questões objetivas, baseadas nos objetivos do curso, que visam verificar a aprendizagem do curso (há registro de menção). É a única atividade do curso que vale nota, ou seja, é a atividade que o aluno fará para saber se pode ou não receber a certificação. Para (não) finalizar Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado. 7

8 Introdução Atualmente, pode-se observar um crescimento no número de especialistas que relacionam o aumento da emissão de gases de efeito estufa estimulados pelo aumento da temperatura média anual da biosfera do planeta, fenômeno conhecido como aquecimento global. Este fator, associado à redução das reservas de fontes fósseis de energia, ao aumento da demanda energética mundial, principalmente nos países em desenvolvimento como o Brasil, Índia e China, têm incentivado a utilização de fontes renováveis de energia. A principal fonte de energia existente hoje no mundo, ainda é o petróleo, que além de não ser renovável, e ser um dos principais responsáveis pelo efeito estufa o petróleo ainda será motivo de muitas guerras e conflitos entre os países, principalmente aqueles países que dependem muito dessa fonte energética como os Estados Unidos. O elevado potencial das fontes renováveis no mundo evidencia a oportunidade de se utilizar aquelas com menores impactos ambientais, em particular no Brasil, onde os potenciais hidráulico, solar e eólico são elevados e o etanol da cana-de-açúcar é produzido a preços competitivos, além de se tratar de uma opção que apresentam menores impactos ambientais. A matriz energética brasileira vem se expandindo e se diversificando a partir de fontes renováveis, assegurando a não dependência de uma única fonte e caminhando em direção a reduzir cada vez mais suas fontes não renováveis. Nos últimos anos vem gradualmente diminuindo essa dependência. Incentivados pelas políticas governamentais e impulsionados pelas preocupações climáticas. A segurança energética e a redução dos impactos ambientais constituem os principais motivadores para a mudança de paradigma do setor energético. A transição da infraestrutura energética atual para uma infraestrutura baseada em fontes renováveis está sendo feita de forma gradativa. Os sistemas de produção, armazenamento, transporte, distribuição e conversão do dessas energias ainda enfrentam gargalos tecnológicos e econômicos, principalmente no que se refere à pequena escala. No Brasil, onde os recursos naturais renováveis são abundantes e a matriz energética possui elevada participação de fontes energéticas renováveis, o desenvolvimento de tecnologias certamente contribuirá para uma utilização mais eficiente dessas fontes energéticas, além de possibilitar uma participação importante no mercado mundial de equipamentos e serviços relacionados às energias renováveis e ao hidrogênio. Dessa forma, o engajamento do país na corrida para a implantação da economia das energias renováveis é altamente estratégico dos pontos de vista econômico, tecnológico e ambiental. 8

9 Objetivos Promover subsídios técnicos que levem ao desenvolvimento de tecnologias para a promoção das energias renováveis, bem como às ações aos tomadores de decisão. Analisar as características de cada fonte de energia renovável e fornecer um panorama de como estão inseridos no mercado mundial e brasileiro. Compreender a importância de se optar pelas fontes de energias renováveis. 9

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11 ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA UNIDADE I CAPÍTULO 1 Energia renovável: conceitos e definições O que é energia? Muitos denominam a palavra Energia como sendo a capacidade de realizar um trabalho ou uma ação. É ela que faz com que as coisas se realizem. Pela manhã, podemos perceber que o sol nos oferece luz e calor. À noite as lâmpadas da iluminação pública utilizam energia elétrica para iluminar nossas casas e as ruas. Com a energia elétrica usufruímos dos diversos benefícios dos dispositivos eletrônicos, como exemplo a geladeira, televisão, ventilador, computador e celulares. Para realizar qualquer tipo de trabalho, uma pessoa, um animal, uma planta ou um dispositivo utiliza energia. Nossos corpos utilizam a energia armazenada nas moléculas de substâncias como carboidratos e proteínas para que possamos nos movimentar, respirar, crescer e pensar. Os homens têm inventado centenas de máquinas e aplicações que utilizam energia para tornar nosso trabalho mais fácil, para aquecer e esfriar nossas casas e para permitir que nos desloquemos de um lugar para outro. Parte destas máquinas utiliza energia elétrica, enquanto outras, como os automóveis, utilizam a energia acumulada em substâncias como a gasolina. A energia está em todos os lugares e é abundante, não tem massa e não pode ser tocada. No entanto nós podemos ver e sentir os efeitos da energia. Tudo que acontece no universo, da germinação de uma semente à erupção de um vulcão, envolve energia. O Princípio da Conservação da Energia diz que a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída. É possível transferir energia de um corpo para outro, como por exemplo, o Sol nos transfere parte de sua energia sob a forma de luz. De fato, quando dizemos que estamos usando energia, isso significa que a estamos transformando para realizar o trabalho que queremos ver feito. Promover mudanças na energia de uma forma ou estado para outro é a maneira que temos de controlá-la e utilizá-la. É indiscutível a importância da energia no processo de desenvolvimento de uma nação. A forma como a energia será gerada e seus usos serão determinantes para garantir às gerações futuras possibilidades de aproveitamento dos recursos energéticos tal como é possível para as gerações atuais. 11

12 UNIDADE I ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA Para tanto, o planejamento energético torna-se imprescindível. E nessa linha, não se pode mais pensar apenas no planejamento da expansão da oferta. Muitas outras preocupações de ordem socioambiental fizeram o planejamento tradicional evoluir para um planejamento energético integrado. Integrar ações de planejamento da expansão da oferta a medidas de gerenciamento pelo lado da demanda em um processo participativo, contemplando riscos e incertezas com objetivos socioeconômicos e ambientais tornou-se fundamental na busca de boa parte dos problemas do setor energético que acometem os países em desenvolvimento. No Brasil, o evento do racionamento de energia elétrica em 2001 teve um importante papel em promover ainda que de maneira forçada, uma maior racionalidade no uso da eletricidade e estimular a eficiência energética. Mostrou que o potencial de conservação é enorme e que é possível atender às necessidades de energia a partir de medidas relativamente simples de substituição de equipamentos e racionalização do uso sem comprometer o conforto. Considerando que a construção de alternativas consistentes para conciliar as necessidades de energia e desenvolvimento com a melhoria das condições de vida da população e a preservação do meio ambiente é objetivo do planejamento energético. (BRASIL, 2007). Energias primária, secundária, final e útil A energia na forma direta, isto é, a energia como ela é extraída da natureza, é definida como energia primária. A maioria das fontes de energia primária não é consumida diretamente, sendo transformada em outra forma de energia. As principais fontes de energia primária são: energia solar (do Sol), energia eólica (do Vento), energia hidrelétrica (da queda d Água), petróleo, gás natural, carvão mineral, minério de urânio, lenha, resíduos (vegetais e animais), produtos da cana (Melaço, Caldo-de-Cana e Bagaço) entre outros. Embora os combustíveis fósseis tenham sua energia retirada são considerados uma fonte primária de energia. Para que as fontes de energia primárias sejam utilizadas nos equipamentos hoje disponíveis é preciso adequá-las ao uso nestes equipamentos. Assim, não dá para pegar o petróleo e jogá-lo diretamente no motor. É necessário transformar esse petróleo em gasolina para que ele possa ser utilizado. Quando a energia sofre algum tipo de transformação nos chamados centros de transformação: refinarias, centrais elétricas, destilarias de álcool etc., para adequá-la ao uso, denomina-se energia secundária. As principais fontes de energia secundária são: eletricidade, óleo diesel, óleo combustível, gasolina (automotiva e de aviação), GLP, nafta, querosene (iluminante e de aviação), carvão vegetal, álcool etílico, (anidro e hidratado) entre outras. A chamada Energia Final só é final do ponto de vista do setor energético e, a grosso modo, representa a forma em que a energia é recebida pelo usuário nos diferentes setores, seja na forma primária, seja na forma secundária. A energia final apenas representa a forma em que a energia é comercializada. 12

13 ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA UNIDADE I Nos setores de consumo ainda é necessário converter a energia final para o atendimento das necessidades de iluminação, força motriz, calor de processo etc. A energia na forma em que é demandada pelos consumidores recebe o nome de energia útil. Esta é a forma de energia que realmente interessa aos nossos estudos, porém, não é possível fazer a gestão da energia útil, sem estar com os conceitos bem claros em nossas mentes para se fazer a gestão energética proposta. O que é energia renovável? Energia renovável é toda energia produzida com o uso de recursos naturais que se renovam ou podem ser renovados e sua utilização e seu uso pode-se manter e ser aproveitado ao longo do tempo sem possibilidade de esgotamento dessa fonte. Ela pode ser reposta em períodos relativamente curtos ou seu uso pelo homem não implica necessariamente na sua exaustão. Uma energia para ser considerada renovável precisa ter origem em fontes naturais que tenham a capacidade de regeneração a curto e médio prazo, o que não é o caso dos combustíveis fósseis. Dois exemplos são a energia solar e a eólica, respectivamente provenientes da luz solar e dos ventos. Comparativamente, a exploração dessas duas fontes energéticas traria um menor prejuízo ao meio ambiente. Portanto, são excelentes alternativas ao sistema energético tradicional, principalmente numa situação de luta contra a poluição atmosférica e o aquecimento global. O que é energia não renovável? Energia não renovável tem possibilidade de esgotamento ao longo do tempo, ou seja, não podem ser renovadas pela ação humana ou pela natureza, a um prazo útil, pois suas reposições naturais podem levar milhares de anos e suas reposições artificiais são impraticáveis. Além disso, utilização destes energéticos, dados os ritmos atuais de consumo, em algum momento implicará na exaustão destes. Tanto os combustíveis fósseis como os nucleares são considerados não renováveis, pois a capacidade de renovação é muito reduzida comparada com a utilização que deles fazemos. As reservas destas fontes energéticas podem ser esgotadas, ao contrário das energias renováveis. O que é energia alternativa? Energia alternativa, em termos gerais, é toda e qualquer fonte energética que pode ser adotada como uma substituta a uma fonte convencional. E, por isso, fontes alternativas não são necessariamente renováveis. Por exemplo, podemos adotar o carvão mineral (combustível derivado do petróleo) no lugar da gasolina. O carvão seria, assim, considerado uma energia alternativa, mas não renovável. Já a energia solar e a eólica além de serem fontes de energias renováveis poderiam ser consideradas fontes alternativas. É possível a adoção da expressão energia alternativa renovável para classificá-las. 13

14 UNIDADE I ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA Portanto as energias renováveis são consideradas como energias alternativas ao modelo energético tradicional, tanto pela sua disponibilidade (presente e futura) garantida (diferente dos combustíveis fósseis que precisam de milhares de anos para a sua formação) como pelo seu menor impacto ambiental. O que é energia limpa? É aquela que durante seu processo de produção ou consumo, não libera ou libera baixas quantidades de resíduos ou gases poluentes geradores do efeito estufa e do aquecimento global. São exemplos de energias limpas: energia solar, eólica, e gás natural. Mas as fontes de energia limpa não são necessariamente renováveis. Por exemplo, se utilizarmos gás natural no lugar da gasolina, estaremos optando por uma fonte de energia limpa, porém, não renovável. O gás natural emite baixa quantidade de gases do efeito estufa, portanto é considerado uma fonte de energia limpa. Porém, ele é um combustível fóssil, portanto não é renovável. 14

15 CAPÍTULO 2 Energia renovável: sustentabilidade O Sol: origem de quase todas as energias renováveis. Constituem energias renováveis, por exemplo, a solar, a eólica, as ondas e a hidráulica. Todas elas, para além da sua presença ilimitada sobre a Terra e da sua inocuidade face ao meio ambiente, têm uma origem comum: o sol. O sol é o responsável direto pela energia solar (fotovoltaica e térmica), mas está também na origem da energia eólica, ao provocar as diferenças de pressão que dão origem ao vento e à energia das ondas. Para além destas, são ainda renováveis a biomassa, energia geotérmica e a das marés, que não dependem diretamente do sol. Obviamente que o sol também gera a energia para a fotossíntese para a geração da biomassa (o sol contribui também para o desenvolvimento da matéria orgânica de origem biológica (biomassa)), gera a diferença de fluxo para as energias geotérmicas e o movimento das marés. Matriz energética renovável: mundo Mesmo com as barreiras políticas e econômicas ainda existentes, o quadro mundial das energias renováveis e sua possibilidade de expansão são vistos com otimismo pelos pesquisadores. Observando a tendência mundial, a expectativa é de grande crescimento das energias renováveis, à medida que se vão reduzindo as barreiras e obtendo conhecimento, pesquisa e desenvolvimento de tecnologia na área. O aumento da demanda por energia tem incentivado o crescimento das renováveis no mundo, isso tudo aliado à questão da segurança energética, pois ninguém quer ficar refém de um tipo de energia que não é segura. Assim, percebe-se um movimento mundial muito significativo de investimento na área, como, por exemplo, na China e nos Estados Unidos. Nesse cenário de crescimento, entretanto, não aparece a predominância de uma renovável sobre a outra, apenas um quadro de tendências. Das seis fontes analisadas pelo relatório do IPCC (eólica, solar, biomassa, geotérmica, energias dos oceanos e hidrelétrica), estima-se que até 2050, as três primeiras sejam as que mais aumentem a sua contribuição global: a biomassa, através dos biocombustíveis, a energia eólica e a solar são as que terão maior importância mundial, pelas reduções de custos e ganhos de escala. A geotérmica tem um nicho de mercado particular, que no Brasil não é propício; as hidrelétricas têm limitações de espaços para crescer, já saturado em alguns lugares, e a energia dos oceanos ainda está no estágio mais embrionário, é uma tecnologia muito nova para chegar a se tornar mais importante em 40 anos. 15

16 UNIDADE I ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA Matriz energética renovável: Brasil No cenário brasileiro a tendência é de alta. Dados do relatório Revolução Energética do Greenpeace, considerados pelo estudo do IPCC, indicam o aumento das energias eólica, a solar e a biomassa no Brasil, respectivamente nessa ordem. Pois são as que mais tendem a se desenvolver aqui, principalmente pelo caráter descentralizado dessas fontes, com capacidade de geração de energia em várias partes do Brasil. Mesmo com o aumento dessas outras fontes, a hidrelétrica continuaria sendo a mais significativa na matriz energética brasileira, mas não pelo seu crescimento, e sim pela quantidade de usinas que já existem e as possibilidades de aumentar os seus potenciais. Quando se fala em energias dos oceanos se trata de diversas fontes limpas, que vão desde a energia das ondas, das marés, até os gradientes de temperatura. Nesse aspecto, o Brasil estaria na frente de muitos outros países, já que tem um potencial para explorar qualquer uma dessas fontes. Outro desafio a ser enfrentado pelo país está relacionado à biomassa, mais precisamente à questão do etanol. Embora o biocombustível tenha aparecido como um grande exemplo em todas as análises do relatório, a produção brasileira não será suficiente para criar um mercado internacional efetivo. Além disso, há problemas com a falta de fiscalização e controle do Governo Federal e seus órgãos no que diz respeito às usinas canavieiras. Pelo seu caráter de monocultura, a plantação de cana-de-açúcar tende a ocupar grandes áreas agrícolas incentivando o desmatamento e contribuindo para degradação da Amazônia e Cerrado bem como a utilizar mão de obra barata, praticamente escrava. O Brasil apresenta uma matriz energética (todos os tipos de energia) da ordem de 42,4% de origem renovável (ver gráfico de matriz energética), tendo a Biomassa a participação em 15,4%, a hidráulica e eletricidade em 13,8%, lenha e carvão vegetal em 9,1% e a lixívia??? e outras energias renováveis em 4,1%. Atualmente, a matriz energética mundial está baseada nas fontes de energia não renováveis, as quais têm tecnologia difundida, mas possuem um elevado impacto ambiental. Inverter esta tendência, tornando o seu consumo mais eficiente e substituindo-o gradualmente por energias renováveis é o caminho para um mundo mais sustentável. A matriz Energética de um país é o conjunto de todos os tipos de energia que este produz e consome. No Brasil (dados de 2010), 9,5% em lenha, uso em termelétricas. Embora seja dependente do petróleo como fonte de energia, o Brasil possui uma das matrizes energéticas mais renováveis do mundo (entre os países industrializados). Como podemos verificar nos dados acima, cerca de 36% da energia brasileira tem como origem fontes renováveis (hidráulica, biomassa, eólica e solar). Porém, o grande desafio é diminuir nos próximos anos o uso de fontes poluidoras como, por exemplo, petróleo e carvão mineral. Desta forma, garantiríamos menos poluição do ar (sério problema nas grandes cidades) e melhorias para o meio ambiente (diminuição do aquecimento global). 16

17 ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA UNIDADE I Participação de renováveis na matriz energética brasileira Em 2012, a participação de renováveis na Matriz Energética Brasileira manteve-se entre as mais elevadas do mundo, representando quase metade de toda energia oferecida no país: Figura 1. (in EPE_BEN 2013_sintese, pg 18) A participação interna de energia no ano de 2012 contabilizou na matriz energética brasileira 42% de fontes renováveis, sendo 15% biomassa da cana-de-açúcar, 14% hidráulica e eletricidade, 9% lenha e carvão vegetal e 4% outras fontes renováveis. Com relação à eletricidade, o Brasil apresenta uma matriz de geração elétrica de origem predominantemente renovável, sendo que a geração hidráulica responde por 70,1% da oferta interna. Somando as importações, que essencialmente também são de origem renovável, pode-se afirmar que 84,5% da eletricidade no Brasil é originada de fontes renováveis. Brasil tem primeiro leilão de energia renovável 429 projetos de geração de energia elétrica participam do processo licitatório que prevê o atendimento da demanda da população em 2016 por Portal Brasil Publicado: 18/11/ :44 Última modificação: 18/11/ :44. A fonte de geração eólica por meio dos ventos - corresponde a 381 empreendimentos habilitados, separados em 105 centrais localizadas na Bahia e 110 no Rio Grande do Sul. As outras se distribuem em diversos estados brasileiros como Ceará, Maranhão, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte e Santa Catarina. A fonte solar fotovoltaica, a grande novidade do leilão A-3, obteve 31 centrais concorrentes no certame de venda de energia. Fonte fotovoltaica se trata do processo de aproveitamento da energia solar para conversão direta em energia elétrica por meio dos painéis fotovoltaicos. As centrais de fotovoltaica estão distribuídas na Bahia, Minas Gerais, Paraíba, Piauí e Rio Grande do Norte. Para o Leilão A-3 também foram habilitados 10 projetos de pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), com 190 MW, e 7 termelétricas à biomassa, que somam 266 MW. (BRASIL, 2014) 17

18 UNIDADE I ENERGIA RENOVÁVEL: PANORAMA Energia renovável e o clima Esse quadro de predomínio dos combustíveis fósseis na matriz energética mundial fez surgir duas preocupações principais, especialmente entre os países mais desenvolvidos. São elas as questões relacionadas à segurança energética e à mitigação das mudanças climáticas, que serão abordadas a seguir. Figura 2. Parques Eólicos de Osório, no RS, têm uma potência instalada de 150 megawatts (MW), sendo capaz de produzir 425 milhões de quilowatt-hora (kwh) por ano de energia - Crédito: Inês Arigoni Se as energias de fontes renováveis alcançarem uma participação superior a 50% na produção de energia primária do mundo, até 2050, é possível conter o aquecimento global. Esta é uma das conclusões apresentadas pelo Relatório Especial sobre Energias Renováveis e Mitigação de Mudanças do Clima (SRREN), divulgado em maio de 2011 pelo IPCC (Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas). O Sumário Executivo do Relatório apresenta uma avaliação sobre os aspectos científicos, tecnológicos, ambientais, econômicos e sociais da contribuição que as fontes de energias renováveis têm na mitigação das alterações do clima. O relatório destaca que as fontes renováveis são as que têm maior potencial e melhor custo para lidar com as mudanças climáticas. Isso porque não há limitações técnicas ou escassez de potencial no mundo, mas apenas uma série de barreiras políticas e econômicas que precisam ser modificadas para que se invista mais nas energias limpas, declara Roberto Schaeffer, coordenador do capítulo sobre Potencial de Mitigação e Custos do relatório do IPCC e professor do Programa de Planejamento Energético da Coppe Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Dentre as principais características que relacionam as energias renováveis e o clima está o potencial de redução da emissão de dióxido de carbono (CO2) que as fontes limpas podem proporcionar: é possível reduzir entre 220 Gt (gigatoneladas) e 560 Gt, entre 2010 e 2050, utilizando essas energias. Ou seja, o crescimento da participação das renováveis no mundo pode levar a uma estabilização das emissões de gases de efeito estufa na faixa de 450 ppm (partes por milhão), limite previsto pelos cientistas como seguro, além do qual as mudanças do clima se tornam catastróficas e irreversíveis. 18

19 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II CAPÍTULO 1 Energia solar Figura 3. Foto: Daniela Silva Solo Sagrado de Guarapiranga O que é energia solar? Energia solar é aquela proveniente do Sol (energia térmica e luminosa). É utilizada, principalmente em residências, para o aquecimento da água, mas é crescente a demanda por utilização na produção de energia elétrica em pequena, media e grande escala por meio de parques e usinas solares em todo o mundo. O sol é a fonte de vida e origem da maioria das outras formas de energia na Terra. A cada ano a radiação solar trazida para a terra leva energia equivalente a vários milhares de vezes a quantidade de energia consumida pela humanidade. O Sol produz milhões de vezes mais energia do que consumimos. Essa radiação, porém, não atinge de maneira uniforme toda a crosta terrestre. Depende da latitude, da estação do ano e de condições atmosféricas como nebulosidade e umidade relativa do ar. 19

20 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS A energia solar é também absorvida pelas plantas, pela terra e oceanos. A energia restante, para manter o equilíbrio energético do planeta, é emitida sob a forma de radiação térmica. Tipos de energia solar As aplicações práticas da energia solar podem ser divididas em dois grupos: a energia solar térmica (coletores planos e concentradores) relacionada basicamente aos sistemas de aquecimento de água e a energia solar fotovoltaica (painéis fotovoltaicos), processo de aproveitamento da energia solar para conversão direta em energia elétrica. Energia solar térmica O aproveitamento da iluminação natural e do calor para aquecimento de ambientes, denominado aquecimento solar, decorre da penetração ou absorção da radiação solar nas edificações, reduzindose, com isso, as necessidades de iluminação e aquecimento. Assim, um melhor aproveitamento da radiação solar pode ser feito com o auxílio de técnicas mais sofisticadas de arquitetura e construção. A energia solar térmica pode ser implantada com sucesso em qualquer latitude. Mesmo regiões que apresentam poucos índices de radiação podem possuir grande potencial de aproveitamento energético. Conforme o Balanço de Energia Útil publicado pelo Ministério de Minas e Energia (MME) uma parcela significativa de toda a energia gerada no Brasil é consumida na forma de calor de processo e aquecimento direto. Parte desta demanda poderia ser suprida por energia solar, inclusive na forma de preaquecimento para processos que demandam temperaturas mais altas. Fica evidente a importância que a energia solar térmica poderia ter no sistema elétrico brasileiro, principalmente quando sabemos que somente com aquecimento doméstico de água para banho, via chuveiro elétrico, são gastos anualmente bilhões de kwh de energia elétrica que poderiam ser supridos com aquecedores solares, com vantagens socioeconômicas e ambientais. Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico. O grande argumento para a difusão e o desenvolvimento da tecnologia solar térmica é o fato de o aquecimento solar, para aquecimento de água, proporcionar medidas eficazes de conservação de energia, com atenuação e deslocamento do horário de ponta (entre 17h e 21h) das concessionárias de energia. No país, a energia térmica é mais encontrada nas regiões Sul e Sudeste. A energia solar térmica é obtida por meio de coletores planos ou de concentradores solares. Diferentemente das células fotovoltaicas, a solar térmica é usada para gerar calor, não somente para aquecimento de água no uso doméstico ou em piscinas, mas também para secagem ou aquecimento industrial, enfim, para uma série de aplicações. 20

21 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II O aproveitamento térmico para aquecimento de fluidos é feito com o uso de coletores ou concentradores solares. Coletores solares Os coletores solares são usados na produção de energia térmica, principalmente para aquecimento de água, a temperaturas relativamente baixas (inferiores a 100ºC). A sua aplicação ocorre em vários setores, tais como: residências, comércio (hotéis, restaurantes, clubes, hospitais etc.) para o aquecimento de água (higiene pessoal e lavagem de utensílios e ambientes). Como a incidência de radiação solar é intermitente, alternando dias e noites, além da ocorrência de períodos nublados e chuvosos, no caso de instalação termo solar, deve-se sempre prever uma forma de aquecimento auxiliar, normalmente elétrico ou a gás. Concentrador solar Os concentradores solares destinam-se a aplicações que requerem temperaturas mais elevadas, como a secagem de grãos e a produção de vapor. Os concentradores solares captam a energia solar incidente numa área relativamente grande e concentram-na numa área muito menor, de modo que a temperatura desta última aumente substancialmente. A superfície refletora (espelho) dos concentradores tem forma parabólica ou esférica, de modo que os raios solares que nela incidem sejam refletidos para uma superfície bem menor, denominada foco, onde se localiza o material a ser aquecido. Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas, podendo ser utilizada para a geração de vapor e, consequentemente, de energia elétrica. Energia solar fotovoltaica Além dos processos térmicos descritos acima, a radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica, por meio de efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais. Ela pode ser feita por meio de painéis solares fotovoltaicos. 21

22 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Painel solar fotovoltaico Figura 4. Painel Fotovoltaico: Solo Sagrado de Guarapiranga Foto: Acervo SOLO SAGRADO Também conhecidas por células solares ou fotovoltaicas, convertem a energia luminosa do Sol em energia elétrica. A composição de um painel solar consiste em células fotovoltaicas, estas com a propriedade de ter sensibilidade de absorver a energia solar e gerar a eletricidade. É mais encontrado nas regiões Norte e Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia elétrica. A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25% (GREEN et al., 2000). As principais barreiras para a adoção da tecnologia fotovoltaica são a baixa eficiência e os altos custos dos painéis. Espera-se que, nos próximos anos, o desenvolvimento da tecnologia venha a minimizar essas barreiras. A utilização de aquecimento solar já é economicamente viável e atraente, especialmente para grandes consumidores, como condomínios, hotéis e hospitais. No início da década de 1990, com os avanços adicionais da tecnologia e a significativa redução nos seus custos, além das urgências de ordem ambiental, a conversão fotovoltaica teve as suas aplicações ampliadas e inseriu-se crescentemente no mercado mundial. O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar (ou outras formas apropriadas de energia). Entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica, os quais são usualmente chamados de células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício. Um sistema fotovoltaico não precisa do brilho do Sol para operar. Ele também gera eletricidade em dias nublados, entretanto, a quantidade de energia gerada depende da densidade das nuvens. Devido à reflexão da luz do Sol, dias com poucas nuvens podem resultar em mais produção de energia do que dias completamente claros. 22

23 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Atualmente, o Ministério de Minas e Energia desenvolve vários projetos para o aproveitamento da energia solar no Brasil, particularmente por meio de sistemas fotovoltaicos de geração de eletricidade, visando ao atendimento de comunidades rurais e/ou isoladas da rede de energia elétrica e ao desenvolvimento regional. Esses projetos atuam basicamente com quatro tipos de sistemas: I) bombeamento de água, para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura; II) iluminação pública; III) sistemas de uso coletivo, tais como eletrificação de escolas, postos de saúde e centros comunitários; e IV) atendimento domiciliar. Entre outros, estão as estações de telefonia e monitoramento remoto, a eletrificação de cercas, a produção de gelo e a dessalinização de água. Na tecnologia de conversão fotovoltaica existem impactos ambientais importantes em duas fases: na fase da produção dos módulos, que é uma tecnologia intensiva em energia; e no fim da vida útil, após 30 anos de geração, no momento do descomissionamento da planta, quando parte é reciclada e o restante disposto em algum aterro sanitário. Vantagens da energia solar É uma fonte inesgotável de energia, por isso é considerada uma energia renovável, pois nunca irá acabar. É considerada uma alternativa energética muito promissora para enfrentar os desafios da expansão da oferta de energia com menor impacto ambiental. Não polui durante seu uso, portanto é uma energia limpa. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controle existentes atualmente. Os painéis solares são cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem decaindo, provocado pelo aumento da demanda. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável. Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética sua utilização ajuda a diminuir a procura energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão. É uma excelente fonte de energia em locais não atendidos por outras fontes de energia. A energia hidrelétrica, mais consumida no Brasil, não chega em locais de difícil acesso ou com grandes dificuldades para instalação de torres e cabos de energia elétrica. As centrais necessitam de manutenção mínima. Permite a geração de energia, no mesmo local de consumo, por meio da integração 23

24 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS da arquitetura. Assim, é possível levar energia elétrica a sistemas de geração distribuída, e quase eliminar completamente as perdas ligadas aos transportes. O equipamento pode ser instalado em residências, baixando o custo da conta de energia elétrica. Desvantagens da energia solar Em dias com baixa incidência de sol (dias nublados), de chuva ou neve pode diminuir a geração de energia. No período da noite não ocorre a produção de energia, 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. As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas por exemplo aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás) e à energia hidrelétrica (água). Os painéis solares têm um rendimento de 25%. O custo para compra e instalação dos equipamentos ainda é alto no Brasil. Realidade e potencial no Mundo A participação da energia solar é pouco expressiva na matriz mundial. Ainda assim, ela aumentou mais de 2.000% entre 1996 e Em 2007, a potência total instalada atingiu 7,8 mil MW, conforme estudo do Photovoltaic Power Systems Programme, da IEA. A Alemanha é a maior produtora, com 49% da potência total instalada. Além disso, juntos, Alemanha, Japão, Estados Unidos, e Espanha concentraram, em 2007, 84% da capacidade mundial. Todos são países com programas fortes de diversificação e simultânea limpeza da matriz energética local. De certa forma eles se constituem, no entanto, em exceção. No geral, os projetos já implementados para produção de eletricidade a partir da energia solar ainda são restritos e destinados a abastecer localidades isoladas embora, nos projetos de expansão da fonte, este quadro esteja se alterando. Figura 5. Maiores potenciais instalados em células fotovoltaicas por país. Fonte: IEA,

25 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Realidade e potencial no Brasil Nos últimos anos a energia fotovoltaica tem sido vista internacionalmente como uma tecnologia bastante promissora. Experiências internacionais apresentam importantes contribuições para análise sobre expansão do mercado, ganhos na escala de produção e redução de custos para os investidores. Estima-se que o Brasil possua atualmente cerca de 20MW de capacidade de geração solar fotovoltaica instalada, em sua grande maioria (99%, segundo IEA, 2011) destinada ao atendimento de sistemas isolados e remotos, principalmente em situações em que a extensão da rede de distribuição não se mostra economicamente viável. Também se observa o uso destes sistemas em aplicações como suporte a antenas de telefonia celular e a radares de trânsito. Do ponto de vista estratégico, o Brasil possui uma série de características naturais favoráveis, tais como, altos níveis de insolação e grandes reservas de matéria-prima para a produção de equipamentos (quartzo e silício). Tais fatores potencializam a atração de investidores e o desenvolvimento de um mercado interno, permitindo que se vislumbre um papel importante na matriz elétrica para este tipo de tecnologia. Neste sentido, reconhecendo as suas vantagens, mas também os seus desafios, cabe ao Estado, em sua função de planejador, encontrar os meios de incentivar a tecnologia solar para que esta possa contribuir para o objetivo nacional de desenvolvimento econômico e de sustentabilidade da matriz energética. Dentre os instrumentos disponíveis, encontram-se modelos de contratação, modelos de financiamento, incentivos via desoneração tributária ou mesmo ofertas de tarifas-prêmio para determinadas tecnologias. Como um meio para atingir esse objetivo, poderia ser considerada a contratação da geração fotovoltaica centralizada, de maior porte, por leilões específicos, restritos a essa fonte. Se adotada essa estratégia, é importante que seja dada uma clara sinalização da continuidade de contratação num período futuro imediato. Os montantes de energia contratados deveriam ser reduzidos em relação à demanda total do Sistema Interligado Nacional, tendo em conta os preços não competitivos com outras fontes. < As vantagens da energia solar ficam evidentes, quando são comparadas aos custos ambientais de extração, geração, transmissão, distribuição e uso final às fontes fósseis de energia. Conforme dados do relatório Um Banho de Sol para o Brasil do Instituto Vitae Civilis, o Brasil, por sua localização e extensão territorial, recebe energia solar da ordem de 1013 MWh (mega Watt hora) anuais, o que corresponde a cerca de 50 mil vezes o seu consumo anual de eletricidade. Apesar disso, possui poucos equipamentos de conversão de energia solar em outros tipos de energia, que poderiam estar operando e contribuindo para diminuir a pressão para construção de barragens para hidrelétricas, queima de combustíveis fósseis, desmatamentos para produção de lenha e construção de usinas atômicas. 25

26 CAPÍTULO 2 Energia eólica Figura 6. Energia Eólica. Solo Sagrado de Guarapiranga_ Acervo Solo Sagrado O que é energia eólica? Energia eólica é aquela obtida pelo movimento do ar (vento). Atualmente, a energia eólica, embora pouco utilizada, é considerada uma importante e abundante fonte de energia, pois é renovável, limpa e disponível em todos os lugares. Por se tratar de uma fonte limpa (não gera poluição e não agride o meio ambiente). Na verdade é considerada a mais limpa entre as renováveis, pois é obtida por meio da ação do vento em cata-ventos, que ao serem acionados produzem corrente elétrica. A energia eólica tem sido utilizada desde a Antiguidade para mover os barcos movidos por velas e moinhos ou operação de máquinas para movimentação das suas fábricas de pás. 26

27 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Como é gerada a energia eólica? Os ventos são gerados pela diferença de temperatura da terra e das águas, das planícies e das montanhas, das regiões equatoriais e dos polos do planeta Terra. A quantidade de energia disponível no vento varia de acordo com as estações do ano e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo também tem grande influência na distribuição de frequência de ocorrência dos ventos e de sua velocidade em um local. Além disso, a quantidade de energia eólica extraível numa região depende das características de desempenho, altura de operação e espaçamento horizontal dos sistemas de conversão de energia eólica instalados. A avaliação precisa do potencial de vento em uma região é o primeiro e fundamental passo para o aproveitamento do recurso eólico como fonte de energia. Para a avaliação do potencial eólico de uma região é necessário a coleta de dados dos ventos com precisão e qualidade, capaz de fornecer um mapeamento eólico da região. A geração se dá por intermédio de grandes turbinas (aerogeradores), em formato de cata-vento, que são colocadas em locais abertos e com boa quantidade de vento. Através de um gerador, o movimento destas turbinas eólicas gera energia elétrica. As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque são mais aerodinâmicas e eficientes. As hélices têm o formato de asas de aviões e usam a mesma aerodinâmica. Estas em movimento ativam um eixo que está ligado à caixa de mudança. Por meio de uma série de engrenagens a velocidade do eixo de rotação aumenta. O eixo de rotação está conectado ao gerador de eletricidade que com a rotação em alta velocidade gera energia. Um aerogerador consiste num gerador elétrico movido por uma hélice, que por sua vez é movida pela força do vento. A hélice pode ser vista como um motor a vento, cuja quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro fatores: da quantidade de vento que passa pela hélice; do diâmetro da hélice; da dimensão do gerador; do rendimento de todo o sistema. A estrutura pode ser implantada em terra ou no mar e estar agrupada em parques ou isolada. A energia eólica é produzida por aerogeradores, equipamentos de até 120 metros de altura. São compostos essencialmente de uma torre, um gerador elétrico e uma hélice. O vento faz com que cada pá da hélice gire e esse movimento é transformado em energia elétrica pelo gerador. 27

28 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Em caso de tempestade as pás e o rotor são automaticamente travados quando a velocidade de vento for superior a 90 Km/h. Uma vez travado, o aerogerador pode suportar velocidades de 200Km/h sem sofrer danos. Possuem ainda proteção contra raios e microprocessadores que permitem o ajuste continuado do ângulo das pás às condições de vento dominantes e a manutenção de corrente elétrica uniforme, condição esta muito importante quando se encontram ligados à rede de distribuição elétrica. Os parques eólicos podem ser localizados em terra (onshore) ou no mar (offshore). Cada local apresenta características e comportamento diferentes, portanto turbinas diferenciadas podem aproveitar o máximo do potencial energético de cada sítio. Torres eólicas podem ser instaladas em áreas costeiras com maior abundância de ventos ou distantes do litoral. As eólicas offshore geram até mais energia do que os parques instalados em terra e os mais recentes desenvolvimentos tecnológicos focam tal potencial. Vantagens Fonte inesgotável de energia; abastece locais aonde a rede elétrica comum não chega. Não emite gases poluentes nem gera resíduos. Diminui a emissão de gases de efeito de estufa (GEE). Os parques eólicos são compatíveis com outros usos e utilizações do terreno como a agricultura e a criação de gado. Reduz a elevada dependência energética do exterior, nomeadamente a dependência em combustíveis fósseis. É uma das fontes mais baratas de energia podendo competir em termos de rentabilidade com as fontes de energia tradicionais. Os aerogeradores não necessitam de combustível e requerem escassa manutenção, uma vez que só se procede à sua revisão em cada seis meses. Excelente rentabilidade do investimento. Em menos de seis meses, o aerogerador recupera a energia gasta com o seu fabrico, instalação e manutenção. A exploração da energia eólica deve levar em conta cuidados ambientais: evitar ocupar regiões protegidas, sítios arqueológicos ou dunas e salvaguardar a população local de impactos visuais e sonoros esses reduzidos ao longo do tempo com a evolução dos aerogeradores. O problema da mortalidade de pássaros em decorrência de choques com aerogeradores pode ser equacionado com o aperfeiçoamento de estudos de rotas migratórias de aves. 28

29 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Desvantagem Provoca um impacto visual considerável, principalmente para os moradores em redor, a instalação dos parques eólicos gera uma grande modificação da paisagem. Impacto sobre as aves do local: principalmente pelo choque destas nas pás, efeitos desconhecidos sobre a modificação de seus comportamentos habituais de migração. Impacto sonoro: o som do vento bate nas pás produzindo um ruído constante. As habitações mais próximas deverão estar, no mínimo a 200m de distância. O custo para implantação dos geradores eólicos é elevado, porém o vento é uma fonte inesgotável de energia. E as plantas eólicas têm um retorno financeiro a um curto prazo. A intermitência, ou seja, nem sempre o vento sopra quando a eletricidade é necessária, tornando difícil a integração da sua produção no programa de exploração. Quando ocorrem chuvas muito fortes, há desperdício de energia. Realidade e potencial no Mundo Na última década, a energia eólica se tornou uma das fontes que mais crescem no mundo e tem atraído boa parte dos investimentos em renováveis. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo. Recentes desenvolvimentos tecnológicos (sistemas avançados de transmissão, melhor aerodinâmica, estratégias de controle e operação das turbinas etc.) têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos. O custo dos equipamentos, que era um dos principais entraves ao aproveitamento comercial da energia eólica, reduziu-se significativamente nas últimas duas décadas. (EWEA; GREENPEACE, 2003). A capacidade instalada mundial da energia eólica aumentou 1.155% entre 1997 e 2007, como registra a World Wind Energy Association (WWEA). Os maiores produtores foram Alemanha, Estados Unidos e Espanha que, juntos, concentravam, em 2007, quase 60% da capacidade instalada total. Estima-se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento (WINDPOWER; EWEA; GREENPEACE, 2003; WIND FORCE, 2003). Realidade e potencial produção de energia eólica no Brasil A importância da energia eólica para o Brasil está na possibilidade de complementariedade da oferta de energia elétrica de fonte hídrica através da energia eólica, uma vez que o maior potencial eólico, na região Nordeste, ocorre durante o período de menor disponibilidade hídrica. 29

30 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS A energia eólica vem aumentando sua participação no contexto energético brasileiro nos últimos anos. Desde a criação do Proinfa (Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica), e, posteriormente, os sucessivos leilões de compra e venda deste tipo de energia, a capacidade instalada de geração passou de um pouco mais de 25 MW em 2005, para MW, ao final de Em dezembro de 2012, o Brasil contava com 84 parques eólicos em operação, distribuídos principalmente pelas regiões nordeste (64% da capacidade instalada), e sul (35% da capacidade instalada). Em 2012, foram gerados 86% acima da geração de e já respondendo por 1% da geração elétrica brasileira. No âmbito nacional, o estado do Ceará destaca-se por ter sido um dos primeiros locais a realizar um programa de levantamento do potencial eólico. < Graças aos desdobramentos da política nacional de incentivos ao desenvolvimento de fontes alternativas de energia, os investimentos em geração eólica se encontram em franca expansão, tornando-se uma das modalidades mais competitivas. O Rio Grande do Norte, como destaque entre as regiões melhores dotadas, vem atraindo, maciçamente, a construção de usinas eólicas. Não é só o Nordeste que apresenta um cenário promissor, recentemente, a Secretaria de Energia de São Paulo lançou um mapa que mostra o potencial de geração de energia eólica no Estado. O Brasil é favorecido em termos de ventos, que se caracterizam por uma presença duas vezes superior à média mundial e pela volatilidade de 5% (oscilação da velocidade), o que dá maior previsibilidade ao volume a ser produzido. Além disso, como a velocidade costuma ser maior em períodos de estiagem, é possível operar as usinas eólicas em sistema complementar com as usinas hidrelétricas, de forma a preservar a água dos reservatórios em períodos de poucas chuvas. Sua operação permitiria, portanto, a estocagem da energia elétrica. 30

31 CAPÍTULO 3 Energia hidrelétrica O que é energia hidrelétrica? Também conhecida como energia hidráulica ou hídrica ou hidroelétrica, é obtida a partir da energia potencial de uma massa de água. O fluxo de água através de um desnível ou queda d água passa por uma turbina que gera energia mecânica, que por sua vez pode ser utilizada no acionamento de um equipamento industrial ou um gerador elétrico, com a finalidade de prover energia elétrica. A utilização deste tipo de energia pela humanidade é muito antiga através da moagem de cereais. A água vem sendo empregada para a produção de eletricidade há mais de um século. Atualmente, cerca de um quinto da eletricidade mundial é produzida por energia hidrelétrica. Como é gerada a energia elétrica? Figura 7. A energia hidrelétrica é gerada principalmente em centrais hidrelétricas, que estão associadas a barragens de grande, média ou pequena capacidade, que represam a água dos rios, constituindo um reservatório de água, interrompendo pontualmente o fluxo de água. Estas centrais usam a energia da diferença de nível entre a montante (parte mais alta) e a jusante (parte mais baixa) do rio, que fazem rodar as turbinas e os respectivos geradores, gerando eletricidade. Para produzir a energia hidrelétrica é necessário integrar a vazão do rio, a quantidade de água disponível em determinado período de tempo e os desníveis do relevo, sejam eles naturais, como as quedas d água, ou criados artificialmente. 31

32 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS A estrutura da usina é composta, basicamente, por barragem, sistema de captação e adução de água, casa de força e vertedouro, que funcionam em conjunto e de maneira integrada. A barragem tem por objetivo interromper o curso normal do rio e permitir a formação do reservatório. Além de estocar a água, esses reservatórios têm outras funções: permitem a formação do desnível necessário para a configuração da energia hidráulica, a captação da água em volume adequado e a regularização da vazão dos rios em períodos de chuva ou estiagem. As principais variáveis utilizadas na classificação de uma usina hidrelétrica são: altura da queda d água, vazão, capacidade ou potência instalada, tipo de turbina empregada, localização, tipo de barragem e reservatório. Todos são fatores interdependentes. Assim, a altura da queda d água e a vazão dependem do local de construção e determinarão qual será a capacidade instalada - que, por sua vez, determina o tipo de turbina, barragem e reservatório. A potência instalada determina se a usina é de grande ou médio porte ou uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH). A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) adota três classificações: Centrais Geradoras Hidrelétricas (com até 1 MW de potência instalada), Pequenas Centrais Hidrelétricas (entre 1,1 MW e 30 MW de potência instalada) e Usina Hidrelétrica de Energia (UHE, com mais de 30 MW). O porte da usina também determina as dimensões da rede de transmissão que será necessária para levar a energia até o centro de consumo. Quanto maior a usina, mais distante ela tende a estar dos grandes centros. Assim, exige a construção de grandes linhas de transmissão em tensões alta e extra-alta (de 230 quilovolts a 750 quilovolts) que, muitas vezes, atravessam o território de vários Estados. Já as PCHs e CGHs, instaladas junto a pequenas quedas d águas, no geral abastecem pequenos centros consumidores inclusive unidades industriais e comerciais e não necessitam de instalações tão sofisticadas para o transporte da energia. Grandes hidrelétricas com barragens e lagos artificiais trazem sérias consequências, tais como inundação de áreas habitáveis, deslocamento de comunidades e perda de biodiversidade da área afetada. Uma alternativa menos agressiva é a construção de diversas pequenas e mini centrais hidrelétricas, as PCHs que utilizam o fluxo natural das águas dos rios para gerar eletricidade. As PCHs consistem na construção de pequenos açudes ou barragens, que desviam uma parte do curso do rio, para um local desnivelado (onde são instaladas as turbinas), produzindo assim eletricidade. As PCHs são usinas de menor porte em comparação com grandes hidrelétricas, mas suficientes para abastecer pequenas e médias cidades ou indústrias. Por outro lado, há que se ressaltar que a construção sequencial de PCHs em um mesmo rio pode causar impactos cumulativos até superiores aos de usinas de grande porte, no que se refere à alteração do fluxo desses rios e prejuízos a comunidades ribeirinhas. Daí a importância de um planejamento que leve em consideração a redução dos efeitos negativos. Vantagens da energia hidrelétrica Fonte renovável e inesgotável de energia. Não produz poluentes durante o processo. Criação de novos habitats para espécies aquáticas. 32

33 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Aumento de atividades como pesca e turismo. Proporciona desenvolvimento local (estabelecimento de vias fluviais, construção de vias de comunicação, fomento de atividades de lazer e de turismo etc.). O seu custo de produção é baixo. Desvantagens da energia hidrelétrica A barreira que as barragens constituem para peixes e outros seres aquáticos migratórios faz com que este processo leve à morte de muitas comunidades de seres aquáticos ou que dependem direta ou indireta deles. Provoca a erosão de solos, os quais consequentemente afetam a vegetação local. Pode provocar o deslocamento de populações ribeirinhas e o alargamento de terra (dependendo, claro, do tipo de relevo e da região onde se localiza o empreendimento). A sua construção exige a formação de grandes reservatórios de água que acabam por provocar profundas alterações nos ecossistemas. Elevados custos de instalação. Hidrelétrica no Brasil Em todo o mundo o Brasil é o país com maior potencial hidrelétrico. Grandes usinas já instaladas compõem a matriz brasileira majoritariamente renovável. A Usina Hidrelétrica de Itaipu, construída em parceria por Brasil e Paraguai (binacional) é hoje a maior hidrelétrica em operação do mundo. No Brasil a hidreletricidade chegou a representar no passado 90% da capacidade instalada no país. Esta redução tem três razões. Primeira, a necessidade da diversificação da matriz elétrica prevista no planejamento do setor elétrico de forma a aumentar a segurança do abastecimento. Segunda, a dificuldade em ofertar novos empreendimentos hidráulicos pela ausência da oferta de estudos e inventários. A terceira, o aumento de entraves jurídicos que protelam o licenciamento ambiental de usinas de fonte hídrica e provocam o aumento constante da contratação em leilões de energia de usinas de fonte térmica, a maioria que queimam derivados de petróleo ou carvão. Hoje o setor elétrico brasileiro possui uma matriz energética bem mais limpa, com forte participação de fontes renováveis já que o parque instalado é concentrado em usinas hidrelétricas que não se caracterizam pela emissão de gases causadores do efeito estufa (GEE). Mais de 70% das emissões de GEE do país estão relacionadas ao desmatamento e às queimadas. Tanto que a maior contribuição ao Plano Nacional de Mudanças Climáticas tende a intensificar projetos de eficiência energética. Desenvolver os projetos de maneira sustentável buscando os resultados econômicos e, simultaneamente, compensando os impactos socioambientais provocados pelas usinas tem sido uma tendência na construção das hidrelétricas. 33

34 CAPÍTULO 4 Energia da Biomassa O que é biomassa? Qualquer matéria orgânica de origem vegetal ou animal que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa. < Energetica.pdf> A Biomassa pode ser aplicada em usos finais como cocção, aquecimento de ambientes e movimentação de veículos, ou ainda utilizada para a geração de eletricidade. No Brasil, os principais exemplos de biomassa líquida, ou biocombustíveis, são o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar e o biodiesel. O biogás, oriundo de aterros sanitários, é outro exemplo de biomassa, no estado gasoso. No processamento da cana-de-açúcar, há alta demanda de energia térmica, mecânica e elétrica. Após a extração do caldo, é possível queimar o bagaço em caldeiras, produzindo vapor, que pode ser reutilizado na forma de calor ou na alimentação de turbinas para a geração de eletricidade. Esse processo recebe o nome de cogeração. O volume de bagaço e de palha da cana disponíveis nos canaviais representa uma quantidade energética expressiva. As usinas de cogeração a biomassa funcionam como termelétricas, mas o combustível queimado é renovável e as emissões de CO2 decorrentes dessa queima são reabsorvidas na safra seguinte. A produção de biocombustíveis, em particular, inspira cuidados e restrições de forma a evitar impactos na produção de alimentos e outras culturas agrícolas. Por isso, o respeito à biodiversidade e a preocupação ambiental devem estar sempre presentes. Na definição de biomassa para a geração de energia excluem-se os tradicionais combustíveis fósseis, embora estes também sejam derivados da vida vegetal (carvão mineral) ou animal (petróleo e gás natural), mas são resultado de várias transformações que requerem milhões de anos para acontecerem. A biomassa pode considerar-se um recurso natural renovável, enquanto que os combustíveis fósseis não se renovam a curto prazo. A queima de biomassa provoca a liberação de dióxido de carbono na atmosfera, mas como este composto havia sido previamente absorvido pelas plantas que deram origem ao combustível, o balanço de emissões de CO 2 é nulo. A biomassa pode ser considerada como uma forma indireta de energia solar. Essa energia é responsável pela fotossíntese, base dos processos biológicos que preservam a vida das plantas e produtora da energia química que se converterá em outras formas de energia ou em produtos 34

35 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II energéticos como carvão vegetal, etanol, gases combustíveis e óleos vegetais combustíveis, entre outros. A fotossíntese permite, também, a liberação de oxigênio e a captura de dióxido de carbono (CO2, principal agente do efeito estufa). Portanto, contribui para a contenção do aquecimento global. Como é gerada a energia a partir da Biomassa? Quanto às técnicas utilizadas para transformar matéria-prima em energia, existem várias. Cada uma dá origem a determinado derivado e está em um nível diferente do ponto de vista tecnológico. Há, por exemplo, a combustão direta para obtenção do calor. Ela ocorre em fogões (cocção de alimentos), fornos (metalurgia) e caldeiras, para a geração de vapor. Outra opção é a pirólise ou carbonização o mais antigo e simples dos processos de conversão de um combustível sólido (normalmente lenha) em outro de melhor qualidade e conteúdo energético (carvão). Este processo consiste no aquecimento do material original entre 300 C e 500 C, na quase ausência de ar, até a extração do material volátil. O principal produto final é o carvão vegetal, mas a pirólise também dá origem ao alcatrão e ao ácido piro-lenhoso. Um processo bastante utilizado no tratamento de dejetos orgânicos é a digestão anaeróbica que consiste na decomposição do material pela ação de bactérias e ocorre na ausência do ar. O produto final é o biogás, composto basicamente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). Já na agroindústria, o mais comum é a fermentação, pela qual os açúcares de plantas como batata, milho, beterraba e cana-de-açúcar são convertidos em álcool pela ação de micro-organismos (geralmente leveduras). O produto final é o etanol na forma de álcool hidratado e, em menor escala o álcool anidro (isto é, com menos de 1% de água). Se o primeiro é usado como combustível puro em motores de combustão interna, o segundo é misturado à gasolina (no Brasil, na proporção de 20% a 22%). O resíduo sólido do processo de fermentação pode ser utilizado em usinas termelétricas para a produção de eletricidade. Finalmente, a transesterificação é a reação de óleos vegetais com um produto intermediário ativo obtido pela reação entre metanol ou etanol e uma base (hidróxido de sódio ou de potássio). Vantagens da biomassa É uma energia renovável. É pouco poluente, gerando baixas quantidades de poluentes. A biomassa sólida é extremamente barata, sendo as suas cinzas menos agressivas para o ambiente. Verifica-se uma menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos etc.). A geração de energia por meio da biomassa pode contribuir para a diminuição do efeito estufa e do aquecimento global. 35

36 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Desvantagens da biomassa Desmatamento de florestas, além da destruição de habitats. Possui um menor poder calorífico quando comparado com outros combustíveis. Os biocombustíveis líquidos contribuem para a formação de chuvas ácidas. Dificuldades no transporte e no armazenamento de biomassa sólida. A produção da matéria-prima ocupa terras destinadas a plantio de alimentos. O uso em larga escala na geração de energia da biomassa esbarra nos limites da sazonalidade, uma vez que a produção de energia cai no período de entressafra. Destruição da fauna e da flora com extinção de certas espécies. Contaminação do solo e mananciais de água por uso de adubos e outros meios de explorações agrícolas intensivas (que utilizam fertilizantes e pesticidas muito poluentes em grande quantidade). Realidade e potencial no mundo A biomassa é uma das fontes para produção de energia com maior potencial de crescimento nos próximos anos. Tanto no mercado internacional quanto no interno, ela é considerada uma das principais alternativas para a diversificação da matriz energética e a consequente redução da dependência dos combustíveis fósseis. Dela é possível obter energia elétrica e biocombustíveis, como o biodiesel e o etanol, cujo consumo é crescente em substituição a derivados de petróleo como o óleo diesel e a gasolina. As estimativas mais aceitas indicam que representa cerca de 13% do consumo mundial de energia primária. A quantidade estimada de biomassa existente na Terra é da ordem de 1,8 trilhão de toneladas. Dada a necessidade de escala na produção de resíduos agrícolas para a produção de biocombustíveis e energia elétrica, os maiores fornecedores potenciais da matéria-prima desses produtos são os países com agroindústria ativa e grandes dimensões de terras cultivadas ou cultiváveis. Conforme relata estudo sobre o tema inserido no Plano Nacional de Energia 2030, a melhor região do planeta para a produção da biomassa é a faixa tropical e subtropical, entre o Trópico de Câncer e o Trópico de Capricórnio. Realidade e potencial da Biomassa no Brasil A utilização da biomassa como fonte de energia elétrica tem sido crescente no Brasil, principalmente em sistemas de cogeração (pela qual é possível obter energia térmica e elétrica) dos setores industrial e de serviços. Em 2007, ela foi responsável pela oferta de 3,7% da oferta total de energia elétrica, obteve a segunda posição na matriz da eletricidade nacional. Na relação das fontes internas, a biomassa só foi superada pela hidreletricidade, com participação de 85,4% (incluindo importação), como mostra o Gráfico 4.3. De acordo com o Banco de Informações de Geração da Agência Nacional 36

37 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II de Energia Elétrica (Aneel), em novembro de 2008 existiam 302 termelétricas movidas à biomassa no país. Figura 8. Matriz oferta de energia elétrica no Brasil em Fonte: MME, A cana-de-açúcar é um recurso com grande potencial, dentre as fontes de biomassa, para geração de eletricidade existente no país, por meio da utilização do bagaço e da palha. A participação é importante não só para a diversificação da matriz elétrica, mas também porque a safra coincide com o período de estiagem na região Sudeste/Centro-Oeste, onde está concentrada a maior potência instalada em hidrelétricas do país. A eletricidade fornecida neste período auxilia, portanto, a preservação dos níveis dos reservatórios das UHEs. Vários fatores contribuem para o cenário de expansão. Um deles é o volume já produzido e o potencial de aumento da produção da cana-de-açúcar, estimulada pelo consumo crescente de etanol. De acordo com estimativas da Unica (União da Indústria de Cana de Açúcar de São Paulo), em 2020 a eletricidade produzida pelo setor poderá representar 15% da matriz brasileira. Segundo o Plano Nacional de Energia 2030, o maior potencial de produção de eletricidade encontra-se na região Sudeste, particularmente no Estado de São Paulo. O experimento brasileiro não está limitado apenas à esfera dos transportes, o setor de energia elétrica tem sido favorecido com a injeção de energia procedente das usinas de álcool e açúcar, geradas a partir da incineração do bagaço e da palha da cana-de-açúcar. Outros detritos como palha de arroz ou serragem de madeira também sustentam algumas termoelétricas pelo país. Biomassa de resíduos sólidos urbanos Nas cidades a destinação dos resíduos sólidos urbanos (RSUs) muitas vezes é inadequada, em especial nos municípios menores, onde predominam os lixões. 37

38 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Os lixões são depósitos a céu aberto onde não há controle de chorume, poluente de elevada DBO. Perde-se ainda o gás metano gerado na fermentação, de elevado potencial de aquecimento global. Nesses depósitos, há ainda problemas decorrentes da presença de animais como ratos - que representam perigos à saúde - e urubus - que constituem risco às aeronaves, quando os depósitos se localizam próximos a aeroportos. Existem iniciativas bem-sucedidas na reciclagem de materiais como latas de alumínio e vidros, mas a destinação da matéria orgânica permanece, em geral, uma questão mal equacionada. Os RSU no Brasil são ricos em matéria orgânica - cerca de 50% a 60% - o que ofereceria oportunidades importantes na geração de energia e na compostagem, em vez da solução geralmente aceita, que é a disposição em aterros sanitários. O uso de áreas antes utilizadas como aterros sanitários é problemático - pois as emissões de metano podem perdurar até por cem anos, criando problemas de segurança (explosões etc.). Se considerado o valor mais conservativo, teríamos 82 mil ton/dia de matéria orgânica no RSU. Se considerada a possibilidade de fermentação anaeróbia, tem-se a geração de 350 a 500 m 3 de gás metano/ton, o que complementaria a demanda brasileira por gás combustível, do qual a principal fonte é o gás natural, com inconveniente dependência de fornecedores externos, além de se tratar de um recurso não renovável. Outra possibilidade é a incineração direta do resíduo, que gera um mínimo de 0,4 MW/ton. Se consideradas as 82 mil ton/dia, obter-se-ia uma potência de 1,36 GW. Desse modo, a incineração é um processo mais eficiente do que a geração por fermentação anaeróbia, mas apresenta o desafio de remoção de poluentes orgânicos persistentes (POP), objeto da Convenção de Estocolmo. Essa remoção é tecnicamente viável com a adoção de sistemas de tratamento de gases eficientes, com a possibilidade de conversão catalítica de poluentes. Representantes do governo federal e do setor privado se reuniram, este mês, em São Paulo (SP), para debater a viabilidade técnica e econômica da implantação, no Brasil, de uma usina de geração de energia elétrica a partir da incineração de resíduos sólidos urbanos tecnologia conhecida como mass burning. As discussões foram baseadas em dados iniciais de um estudo contratado pela Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI) e o Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC), que mostra como esse tipo de tecnologia é usado em outros países, o possível modelo de negócio nacional e o arcabouço legal necessário. Um dos pontos cruciais do debate é o custo de instalação e manutenção do empreendimento. Uma usina como essa tem capacidade para, através da incineração, converter os resíduos em vapor, por onde é gerada a energia elétrica. Além disso, ela opera com filtros destinados ao tratamento dos gases efluentes da combustão, antes que eles sejam dispersos na atmosfera. Segundo o estudo, realizado pela Proema Engenharia e Serviços Ltda, toda a estrutura envolve um investimento estimado em 140 milhões de euros, além do custo de manutenção, que pode ficar em 29 milhões por ano, conta Junia Motta, coordenadora da Área de Química da ABDI. 38

39 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Por outro lado, frente aos altos custos desse tipo de recuperação energética estão os impactos ambientais dos aterros sanitários, principal forma de tratamento utilizada no Brasil e que envolve alto risco de contaminação do solo no longo prazo. O grande destaque do projeto que estamos desenvolvendo aqui é a definição de um modelo técnico-econômico que torne viável a instalação de uma usina de mass burning no Brasil. Por meio do estudo e da colaboração de diversas instâncias envolvidas, estamos adequando esse objetivo à realidade do país e, com isso, tornando-o possível, afirma o gerente de projetos da ABDI, Miguel Nery. A versão final do documento deve ser apresentada em julho, mas empresas como Braskem, Foz do Brasil/Odebrecht, Foxx e Proema já estão inseridas no debate e participaram do encontro. Também estiveram presentes representantes do Instituto Socioambiental dos Plásticos (Plastivida), da Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (Abrelpe) e da Associação Brasileira de Resíduos Sólidos e Limpeza Pública (ABLP). Entre os dados mostrados no evento está o crescente uso do mass burning em países como Estados Unidos, Portugal, Inglaterra, França e, principalmente, Alemanha. Vemos que essas nações promovem cada vez mais a incineração, ainda que também realizem outros tipos de tratamento de resíduos, como reciclagem, compostagem e aterros sanitários. A Alemanha se destaca por promover os mass burning desde 1965 em 2009, o país já tinha cerca de 70 usinas e por já não possuir aterros, seguindo a diretriz da Comissão Europeia de eliminar todos os aterros sanitários até 2020, descreve Maria Helena Orth, diretora da Proema. Biocombustíveis O uso de biocombustíveis pode representar uma solução à redução do consumo de fósseis e, consequentemente, das emissões de carbono do setor de transportes. Portanto, se produzido dentro de rígidos padrões de salvaguardas socioambientais, o etanol pode ampliar sua participação no setor de transportes como alternativa ao diesel e à gasolina. Os principais impactos ambientais dos biocombustíveis devem-se à competição com culturas alimentares, ao uso de fertilizantes, à contaminação da água e do solo, à ocorrência de queimadas, à contaminação de lençóis freáticos pelo descarte indevido da vinhaça (resíduo da destilação da cana) e à pressão da fronteira agrícola para cima de florestas. Os impactos sociais estão relacionados às condições de trabalho dos agricultores temporários, incluindo impactos à saúde. Por isso, a substituição dos combustíveis fósseis pelos biocombustíveis é positiva, mas deve vir acompanhada de medidas de incentivo ao uso de transporte público e outras formas não poluentes, de modo a não gerar mais pressão ambiental no campo. Biocombustíveis: etanol O etanol é um combustível produzido pela fermentação do açúcar (de cana-de-açúcar ou de beterraba) ou pela quebra química do amido presente em grãos como trigo, centeio ou milho. No Brasil, o etanol é principalmente produzido a partir da cana-de-açúcar. Nos Estados Unidos, a 39

40 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS matéria-prima normalmente utilizada é o milho. Já na União Europeia, é produzido principalmente de grãos como o trigo. Nos transportes motorizados, o etanol pode ser utilizado de forma pura ou misturado à gasolina, em proporção de 20% a 25%. Além disso, no mercado internacional, o Brasil se destaca como o segundo maior produtor de etanol que, obtido a partir da cana-de-açúcar, apresenta potencial energético similar e custos muito menores que o etanol de países como Estados Unidos e regiões como a União Europeia. No caso das plantações de cana-de-açúcar, o uso dos resíduos para produção de eletricidade beneficia os aspectos ambientais da fase de colheita. O método tradicional é a colheita manual acompanhada da queima da palha (as conhecidas queimadas) que, além de produzir a emissão de grandes volumes de CO 2, se constitui em fator de risco para a saúde humana sendo responsável, inclusive, pela ocorrência de incêndios de grandes proporções nas áreas adjacentes. No entanto várias usinas têm optado pela colheita mecânica, não havendo necessidade das queimadas. Na utilização sustentável do bagaço da cana para a produção de eletricidade por meio de usinas termelétricas, aliás, o balanço de emissões de CO 2 é praticamente nulo, pois as emissões resultantes da atividade são absorvidas e fixadas pela planta durante o seu crescimento. O Pró Álcool praticado nos anos de 1970, consolidou a opção do álcool como alternativa à gasolina. Não obstante os problemas enfrentados como queda nos valores internacionais do petróleo e oscilações no preço do álcool, que afetaram por várias vezes a oferta interna do álcool, os efeitos da estratégia governamental sobrevivem em seus incrementos. A gasolina brasileira é uma mistura contendo 25% de álcool e a metodologia de fabricação do carro a álcool atingiu níveis de excelência. Os problemas enfrentados na década de 1990 de desabastecimento de álcool que geraram a queda na busca do carro a álcool deixaram de ser uma ameaça ao consumidor graças à recente oferta dos carros bicombustíveis. Vantagens do etanol Além de permitirem reduzir a dependência energética em relação aos combustíveis fósseis, os biocombustíveis são produzidos a partir de plantas que absorvem CO 2 e permitem a produção de combustíveis que não emitem gases com efeito de estufa. < Numa usina de álcool, por exemplo, os resíduos de cana-de-açúcar (bagaço) podem ser utilizados para produzir biomassa e energia. Substitui diretamente o petróleo (os vegetais usados na fabricação absorvem CO 2 em sua fase de crescimento). O álcool tem eficiência equivalente à da gasolina como combustível para automóveis. Produz quase três vezes menos emissões nocivas à camada de ozônio. 40

41 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Desvantagens do etanol Interferência no tipo natural do solo. Possibilidade da formação de monoculturas em grande extensão de terras o que competiria com a produção de alimentos. Elevado consumo de água e à perda da diversidade biológica e dos habitats alimentares. Biocombustíveis: biodiesel < O biodiesel é um combustível renovável, pois é produzido a partir de óleo vegetal. Óleos de cozinha e gorduras de origem animal também podem ser utilizados. A reciclagem de óleos vegetais para a produção de biodiesel pode reduzir a poluição do óleo descartado e apontar uma nova maneira de transformar resíduos em energia. Atualmente, o biodiesel é produzido no Brasil a partir da palma e babaçu (região Norte), soja, girassol e amendoim (regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste) e mamona (semiárido nordestino), entre outras matérias-primas de origem vegetal. A tecnologia de fabricação do biodiesel está em desenvolvimento avançado no Brasil. Acreditase que, para o futuro, este combustível possa, aos poucos, substituir nos veículos os combustíveis fósseis. Será um grande avanço em busca da diminuição da poluição do ar. Misturas de biodiesel e diesel convencional são os produtos mais comuns distribuídos no mercado de combustíveis de transporte. O combustível que contém 20% de biodiesel é rotulado B20, enquanto o biodiesel puro é referido como B100. Misturas de 20% de biodiesel com 80% de diesel geralmente podem ser utilizadas em alguns motores a diesel. < A produção de biodiesel também é crescente e, se parte dela é destinada ao suprimento interno, parte é exportada para países desenvolvidos, como os membros da União Europeia. Vantagens do biodiesel A queima do biodiesel gera baixos índices de poluição, não colaborando para o aquecimento global. Trata-se de uma fonte de energia renovável, dependendo da plantação de grãos oleoginosos no campo. Deixa as economias dos países menos dependentes dos produtores de petróleo. Produzido em larga escala e com uso de tecnologias, o custo de produção pode ser mais baixo do que os derivados de petróleo. 41

42 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Desvantagens do biodiesel Se o consumo mundial for em larga escala, serão necessárias plantações em grandes áreas agrícolas. Em países que não fiscalizam adequadamente seus recursos florestais, poderemos ter um alto grau de desmatamento de florestas para dar espaço para a plantação de grãos. Ou seja, diminuição das reservas florestais do nosso planeta. Com o uso de grãos para a produção do biodiesel, poderemos ter o aumento no preço dos produtos derivados deste tipo de matéria-prima ou que os utilizam em alguma fase de produção. Exemplos: leite de soja, óleos, carne, rações para animais, ovos entre outros. Biocombustíveis: biogás O Biogás é um biocombustível, portanto é considerado uma fonte de energia renovável. É uma fonte de energia limpa e renovável, portanto apresenta muitas vantagens para o meio ambiente e saúde das pessoas, pois há baixa emissão de gases poluentes. Esses gases são constituídos principalmente por metano e dióxido de carbono produzidos naturalmente em meio anaeróbico pela ação de bactérias a partir da matéria orgânica, que é fermentada dentro de determinados limites de temperatura, teor de humidade e acidez. O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor desagradável. A energia do Biogás pode ser produzida artificialmente com o uso de um equipamento chamado biodigestor anaeróbico. Pode ser utilizado para geração de energia elétrica, térmica ou mecânica em uma propriedade rural, contribuindo para a redução dos custos de produção Por exemplo no Brasil, os biodigestores rurais vêm sendo utilizados, principalmente, para saneamento rural, tendo como subprodutos o biogás e o biofertilizantes. É um combustível gasoso com um conteúdo energético elevado podendo ser utilizado em substituição a gases de origem mineral como, por exemplo, o GLP (conhecido popularmente como gás de cozinha) e o gás natural. As áreas potenciais principais de produção de Biogás são as do setor agropecuário, das agroindústrias, ETEs e dos resíduos sólidos urbanos (RSU). Vantagens da energia do biogás Não compete com a produção de alimentos, pois o biogás pode ser obtido de resíduos agrícolas, ou mesmo de excrementos de animais e dos homens. Ao contrário do álcool da cana-de-açúcar e de óleos extraídos de outras culturas. A produção de lixo orgânico pode ser revertida na geração de energia limpa. Portanto, dá uma finalidade útil aos aterros sanitários. A queima do metano, que faz com que não ocorra o seu lançamento na atmosfera, onde é fortemente nocivo em termos de efeito de estufa. 42

43 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II É considerada uma fonte limpa de energia, pois a emissão de gases poluentes é bem menor em comparação com a queima de combustíveis fósseis. É um importante substituto para os combustíveis derivados de petróleo (gasolina e diesel). A substituição do GLP (gás de cozinha), um derivado de petróleo importado. Através de geradores, pode ser usado para geração de energia elétrica. Instalado em propriedades rurais, pode ser uma fonte alternativa de energia para agricultores. Possibilita a geração de fertilizantes. Desvantagens da energia do biogás O sistema de armazenamento é complexo e de valor elevado. O sistema de produção também de alto custo no Brasil. Embora haja menos emissão de dióxido de carbono (CO 2 ), o biogás emite uma certa quantidade desse gás na atmosfera. A quantidade de energia gerada pelo biogás não é constante, variando ao longo do período de produção. Em função da Política Nacional de Resíduos Sólidos, a tendência é minimizar a parcela orgânica nos aterros. Portanto, a recuperação de biogás de aterro terá um tempo limitado de existência. Alto período de recuperação do investimento. Energia no meio rural O Brasil possui uma propensão notável para a geração de energia por fontes renováveis. O meio rural, em especial, pode ser facilmente suprido total ou parcialmente pelo uso das formas alternativas de produção de energia. As condições de clima e relevo são favoráveis no país, tanto para a energia solar e eólica quanto para a potência hídrica e para os recursos de biomassa. A opção pelas fontes renováveis já é viável econômica e tecnicamente. Os processos e equipamentos contam com um elevado grau de qualidade e confiabilidade, e a implementação é rápida e fácil. A EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária), no entanto, recomenda uma análise detalhada das características da região antes da instalação de quaisquer equipamentos. Um exame prévio ajuda na decisão correta sobre a fonte apropriada, otimizando os recursos e obtendo um melhor aproveitamento do potencial de energia. Ainda segundo a EMBRAPA, os principais recursos utilizados no campo incluem o bombeamento de água, tanto mecânico (cata-vento, carneiro hidráulico) como elétrico (turbina eólica, célula fotovoltaica); a energização de cercas elétricas (célula fotovoltaica), de celulares rurais e monocanal (turbina, célula fotovoltaica) e de eletrodomésticos (turbina, célula fotovoltaica); a eletrificação de residências, escolas e postos de saúde (turbina, célula fotovoltaica); e o aquecimento de água (painel solar, biogestor). 43

44 CAPÍTULO 5 Outras fontes: maremotriz, geotérmica, hidrogênio Energia maremotriz O que é energia maremotriz? A energia maremotriz é uma forma de produção de energia proveniente da movimentação das águas dos oceanos, por meio da utilização da energia contida no movimento de massas de água devido às marés. Existem diversas maneiras de se aproveitar a energia proveniente dos oceanos. Assim como a que se origina dos ventos e do sol, a energia vinda das águas dos oceanos - por meio da energia térmica e da energia contida no fluxo das marés, nas correntes marítimas e nas ondas - é classificada como limpa e autossustentável. Como é gerada? Nos oceanos existem desníveis no solo abaixo da água. Instalando barragens e um sistema de geradores é possível gerar energia elétrica. A água é represada durante o período de maré alta num reservatório instalado no oceano (geralmente próximo ao litoral). No período de maré baixa a água sai e movimenta as turbinas. Um sistema de conversão possibilita a geração de eletricidade. Dois tipos de energia maremotriz podem ser obtidas: energia cinética das correntes devido às marés; e energia potencial pela diferença de altura entre as marés alta e baixa. O sistema de maremotriz é aquele que aproveita o movimento regular de fluxo do nível do mar (elevação e abaixamento). Funciona de forma semelhante a uma hidrelétrica: uma barragem é construída, formando-se um reservatório junto ao mar; quando a maré enche, a água entra e fica armazenada no reservatório, e, quando baixa, a água sai, movimentando uma turbina diretamente ligada a um sistema de conversão, gerando assim eletricidade. Realidade e potencial no Brasil e no Mundo A pesquisa vem se intensificando principalmente no Reino Unido, onde diferentes sistemas estão sendo testados no mar. O maior sistema conectado à rede está localizado na costa de Portugal. Barragens de marés foram construídas em estuários na França, no Canadá e na China, mas as projeções de custos elevados e as objeções aos efeitos nos habitats dos estuários têm limitado essa expansão. 44

45 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Diversas tecnologias de energia de ondas estão em fase inicial de desenvolvimento e testes. Os projetos variam de tamanho, de forma a lidar com os diferentes tipos de movimento de onda, lâmina d água e distância da costa. Porem, nenhuma tecnologia em especial tem se destacado. Os principais locais para aproveitamento das marés são Argentina, Austrália, Canadá, Índia, Coréia do Sul, México, Reino Unido, Estados Unidos e Rússia. Entre os países com projetos piloto para aproveitamento das marés ou das ondas estão Estados Unidos, Canadá, França e Rússia. No Brasil, estudos realizados pela Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia (Coppe) da Universidade Federal do Rio de Janeiro apontam para um potencial. A Coppe, por sinal, está em fase de implantação de um projeto piloto para geração de energia a partir das ondas no litoral do Ceará. Para a implementação desse sistema, é necessária uma situação geográfica favorável e uma amplitude de maré relativamente grande, que varia de local para local. O Brasil apresenta condições favoráveis à implementação desse sistema em locais como o litoral maranhense, em que a amplitude dos níveis das marés chega a oito metros. Os estados do Pará e do Amapá também apresentam condições favoráveis. Apesar disso ainda não há nenhuma usina maremotriz no Brasil. A utilização deste tipo de energia poderá ser uma opção para um futuro bem próximo, porém devem ser levados em conta, neste tipo de empreendimento, os possíveis impactos ambientais associados à construção das usinas, além da necessidade de análise econômica da viabilidade do sistema. Em termos ambientais, as usinas movidas a energia maremotriz apresentam emissões diretas quase nulas de gases de efeito estufa (JACOBSON, 2008). < O impacto ambiental é variável conforme o tipo de sistema e, especialmente, a sua localização. Para os sistemas na costa o impacto é essencialmente visual. O principal impacto dos sistemas offshore (...) está associado a interferências com a navegação e pesca. Nas explorações offshore em grande escala, é de prever alteração (embora provavelmente não muito significativa) do regime de agitação marítima que atinge a costa, com a consequente modificação do transporte de sedimentos. O impacto na vida marinha é provavelmente pouco significativo. Alguns sistemas que utilizam turbina, produzem ruído, que no entanto pode ser atenuado (se necessário) recorrendo a técnicas convencionais. De um modo geral, a utilização da energia das ondas é uma tecnologia relativamente benigna do ponto de vista ambiental. Apesar destas dificuldades a energia das ondas prova ser uma das fontes de energia renovável acessível num futuro próximo. 45

46 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Energia geotérmica O que é energia geotérmica? A energia geotérmica é resultado do aproveitamento da energia do interior da terra, como as águas quentes e vapores de vulcões e fontes terminais, na produção de energia térmica e elétrica. Em algumas partes do mundo as águas subterrâneas podem atingir altas temperaturas que impulsionam turbinas de eletricidade e aquecimento. É considerada uma fonte renovável e limpa, pois gera baixos índices de poluição no meio ambiente. Pode ser obtida por meio das rochas secas quentes, rochas úmidas quentes e vapor quente. A palavra geotérmica vem do grego geo (terra) e therme (calor) assim, geotérmico significa calor terrestre. Como é gerada? Existe uma grande quantidade de energia sob a forma térmica contida no interior do planeta. Esta é transmitida para a crosta terrestre, sobretudo por condução. Funciona graças à capacidade natural da Terra e/ou da sua água subterrânea em reter calor. Esta pode representar uma potência de vezes da energia consumida por ano no mundo atualmente. Os geólogos, geoquímicos, perfuradores e engenheiros fazem explorações e testes para localizar áreas subterrâneas que contêm esta água geotérmica, de forma a sabermos onde perfurar poços de produção geotérmicos, podendo essa energia ser usada para gerar a eletricidade em centrais geotérmicas ou para a energia para usos não elétricos. Realidade e potencial no Brasil e no Mundo Nos últimos anos, no esforço para diversificar a matriz, alguns países, como México, Japão, Filipinas, Quênia e Islândia procuraram expandir o parque geotérmico. Nos Estados Unidos também há iniciativas neste sentido. No Brasil, por exemplo, não há nenhuma unidade em operação, nem sob a forma experimental. O porte dos empreendimentos atuais, porém, é significativo. As instalações geotérmicas não precisam represar rios, nem derrubar florestas, não geram lixo ou derramamentos de óleo. Além de ser ecológico, exclui todos os inconvenientes desagradáveis dos combustíveis tradicionais: sem combustão, sem cheiros, sem poluição e sem contaminação. Este tipo de energia deve ser aproveitada através de medidas cuidadosas com relação ao meio ambiente, pois pode provocar instabilidade geológica caso seja feita de forma inadequada. Outra providência é o tratamento de água proveniente das camadas subterrâneas, pois pode conter grande quantidade de minérios que prejudicam a saúde. 46

47 TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS UNIDADE II Energia do hidrogênio O que é energia do hidrogênio? O uso do hidrogênio como fonte de energia é tão promissor que ele é hoje considerado o combustível do futuro. É fonte de energia renovável, inesgotável e não poluente, que trará benefícios para toda a humanidade, e o mais importante: para o meio ambiente. No estado natural e sob condições normais, o hidrogênio é um gás incolor, inodoro e insípido, quando é queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Indústrias petrolíferas estudam a adoção desse elemento para gerar energia elétrica e como combustível veicular. O hidrogênio é um composto com grande capacidade de armazenar energia, sendo um combustível de baixo peso molecular, possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido e, quando resfriado ao estado líquido, o hidrogênio ocupa um espaço equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso. Essa é uma das razões pelas quais a NASA já o utiliza em seu programa espacial, e a água resultante de sua reação é aproveitada pra o consumo dos astronautas. < A utilização energética do hidrogênio pode ocorrer em diversos sistemas e tecnologias. Há atualmente grande interesse nas aplicações veiculares e na geração distribuída de eletricidade. < O hidrogênio como combustível e fonte de energia está sendo pesquisado em vários países do mundo, constituindo uma terceira geração de combustíveis cuja entrada em operação comercial é prevista para o pós Como é gerada? O hidrogênio é abundantemente encontrado na natureza, mas combinado com outros elementos. Para se tornar energia, ele precisa ser isolado. Isso pode ser feito através da eletrólise, quando se usa energia elétrica para quebrar a molécula de H2, ou através de síntese, quando se obtém o hidrogênio a partir de substâncias como biomassa e carvão - o método mais utilizado hoje em dia. < Quando armazenado adequadamente, o hidrogênio combustível pode ser queimado tanto no estado gasoso quanto no líquido. O mundo todo anda interessadíssimo em desenvolver a técnica. < 47

48 UNIDADE II TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Quando produzido de fontes e tecnologias renováveis, como hidráulica, solar ou eólica, o hidrogênio torna-se um combustível renovável. Pode também ser gerado da gaseificação do bagaço da cana-deaçúcar, ou de fontes fósseis, como o gás natural, a nafta e outros hidrocarbonetos. Estudos revelam que o hidrogênio será fundamental na produção energética mundial dos próximos anos, devido às emissões de gases do efeito estufa na atmosfera e o aquecimento global, que precisam urgentemente de redução. Realidade e potencial no Brasil e no Mundo A economia do hidrogênio também é uma solução para a questão de segurança energética causada pela grande dependência energética desses países por combustíveis fósseis importados, além de ser uma alternativa estratégica em países que possuem outras fontes de energia. Neste ponto, pode-se destacar a existência de três blocos: EUA, Comunidade Europeia e Japão. Os EUA privilegiam a produção de hidrogênio em grandes centrais, utilizando gás natural, carvão e energia nuclear como insumos e aplicação em veículos particulares. A Comunidade Europeia visa à produção de hidrogênio com uma combinação de fontes renováveis e não renováveis com aplicação principal em transporte coletivo e geração distribuída de energia. O Japão visa a produção de hidrogênio com uma combinação de fontes renováveis e não renováveis com aplicação principal em veículos particulares e geração distribuída de energia. O Brasil considera que o hidrogênio será parte da matriz energética nacional nas próximas décadas. Diferentemente dos EUA, o Brasil prioriza a aplicações do hidrogênio no transporte coletivo, geração distribuída de energia e utilização do hidrogênio em conjunto com fontes renováveis de energia, tais como o etanol, energia eólica e solar fotovoltaica. O Brasil está consideravelmente mais distante da economia do hidrogênio. Ainda necessitamos de grandes esforços em pesquisa e desenvolvimento, se desejamos nos tornar detentores desta tecnologia. O arcabouço regulatório ainda é muito pequeno e a indústria nacional necessita de incentivos para desenvolver esta tecnologia. Há algumas barreiras à expansão do uso do hidrogênio como combustível e fonte de energia: não se trata de um combustível primário (não é encontrado na natureza em estado puro, em quantidade significativa); há dificuldades em seu armazenamento para uso veicular (é um composto de baixíssima densidade, que ocupa muito volume, mas uma alternativa é o seu armazenamento na forma de hidretos, compostos instáveis que o liberam lentamente); sua produção a partir de recursos renováveis ainda não é economicamente competitiva; e as tecnologias para eliminação completa de carbono do ciclo produtivo ainda estão em desenvolvimento. O hidrogênio apresenta algumas vantagens: traz benefícios ambientais (em sua combustão gera apenas vapor d água como subproduto, e não compostos de carbono que causam emissões de gases de efeito estufa); e é um recurso ilimitado (que, combinado com o oxigênio, na forma de água, existe em grande quantidade). 48

49 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III CAPÍTULO 1 Energia não renovável: insustentabilidade (BRASIL, 2007) Por que a energia não renovável é insustentável? A energia fóssil foi formada a milhões de anos a partir do acúmulo de materiais orgânicos no subsolo. A geração de energia a partir destas fontes costuma provocar poluição, e esta, contribui com o aumento do efeito estufa e aquecimento global. Isto ocorre principalmente nos casos dos derivados de petróleo (diesel e gasolina) e do carvão mineral. Já no caso do gás natural, o nível de poluentes é bem menor. Os combustíveis fósseis atualmente fornecem aproximadamente 70% de toda a energia que utilizamos. A queima de combustíveis fósseis gera poluição do ar, prejudicando a saúde das pessoas, principalmente nos grandes centros urbanos. Alguns gases poluentes, resultantes da queima destes combustíveis, 49

50 UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL são um dos principais fatores da geração do efeito estufa e do aquecimento global. Portanto, são extremamente prejudiciais ao meio ambiente. A queima destes combustíveis fósseis também é um dos principais geradores da chuva ácida. A extração e transporte do petróleo, principalmente em águas oceânicas, devem ser feitos com extremo cuidado. Já ocorreram vários acidentes ambientais provocados pelo derramamento de petróleo nas águas oceânicas, gerando problemas ambientais de grandes proporções nos ecossistemas marinhos. Já a energia nuclear provém do urânio que é um elemento químico que possui muita energia. Quando o núcleo é desintegrado, uma enorme quantidade de energia é liberada. As usinas nucleares aproveitam esta energia para gerar eletricidade. Embora não produza poluentes, a quantidade de lixo nuclear é um ponto negativo. Os acidentes em usinas nucleares, embora raros, representam um grande perigo. No caso do urânio (combustível nuclear) existe a desvantagem da complexidade de manipulação nas usinas nucleares. Em caso de acidentes nucleares, os riscos para a população e meio ambiente são elevadíssimos. O custo para a geração de energia proveniente desta fonte também e muito alto. Como são muito inflamáveis, os combustíveis de fontes não renováveis devem ser estocados com muito cuidado, pois o risco de explosão de reservatórios é elevado. A participação interna de energia no ano de 2012 contabilizou na matriz energética brasileira 58% de fontes não renováveis, sendo 39% petróleo e derivados, 11,5% gás natural, 6% gás mineral e 1,5% urânio. Petróleo Atualmente a maior fonte de energia utilizada, o petróleo é um combustível fóssil, produzido há milhões de anos pela pressão de material orgânico e encontrado em algumas zonas do subsolo da Terra. O petróleo e gás natural são encontrados tanto em terra quanto no mar, principalmente nas bacias sedimentares (onde se encontram meios mais porosos - reservatórios), mas também em rochas do embasamento cristalino. É de fácil transporte, porém gera grandes impactos ao meio ambiente, pois libera grande quantidade de CO2 na atmosfera. O que é o petróleo? O petróleo é considerado uma fonte de energia não renovável, de origem fóssil e é matéria prima da indústria petrolífera e petroquímica. É um óleo inflamável, formado a partir da decomposição, durante milhões de anos, de matéria orgânica como plantas, animais marinhos e vegetação típica das regiões alagadiças, e encontrado apenas nos poros das rochas sedimentares, cuja permeabilidade irá permitir a sua produção. A base de sua composição é o hidrocarboneto, substância composta por carbono e hidrogênio, à qual podem se juntar átomos de oxigênio, nitrogênio e enxofre, além de íons metálicos, principalmente de níquel e vanádio. 50

51 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III O petróleo cru não tem aplicação direta. A sua utilização exige o processo de refino, do qual se obtém os derivados que são distribuídos a um mercado consumidor pulverizado e diversificado. Assim, além da extração, a cadeia produtiva compreende mais três etapas: transporte do óleo cru (geralmente por oleodutos ou navios), refino e distribuição (entrega dos derivados ao consumidor final, geralmente por caminhões-tanques). Os derivados mais conhecidos são: gás liquefeito (GLP, ou gás de cozinha), gasolina, nafta, óleo diesel, querosene de aviação e de iluminação, óleo combustível, asfalto, lubrificante, combustível marítimo, solventes, parafinas e coque de petróleo. Para produção de energia elétrica, utiliza-se o óleo diesel e o óleo combustível e, em menor proporção, o óleo super viscoso. Importância do petróleo para a Matriz Energética Brasileira O petróleo e seus derivados transformaram-se, ao longo do século XX, não só na principal fonte primária da matriz energética mundial, mas, também, em insumo para praticamente todos os setores industriais. A partir de meados do século XIX o petróleo começou a ser aplicado em maior escala, nos Estados Unidos, como substituto do óleo de baleia na iluminação e do carvão mineral na produção do vapor. O crescimento exponencial de sua aplicação veio em 1930, com a invenção do motor a explosão, que deu origem à chamada Segunda Revolução Industrial. Derivados como gasolina e óleo diesel passaram a ser usados como combustível para os meios de transporte, o que fez com que a substância rapidamente se transformasse na principal fonte da matriz energética mundial. Ao longo do século XX, ao mesmo tempo em que provocou acentuado desenvolvimento econômico e social, o petróleo também gerou sucessivas guerras e crises internacionais. Estudo sobre petróleo que integra o Plano Nacional de Energia 2030, produzido pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), relata que no Brasil, assim como na União Europeia, os derivados são utilizados principalmente em usinas termelétricas complementares (acionadas em horários de pico ou em quadros de interrupção no fornecimento ou para complementar a oferta proveniente das hidrelétricas em períodos de estiagem, como aconteceu no início de 2008). Ou, então, para fornecer energia a sistemas isolados ou em áreas remotas. (Brasil, 2008) 51

52 UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL Por que é uma fonte não renovável? Por se tratar de um produto com alto risco de contaminação, o petróleo provoca graves danos ao meio ambiente quando entra em contato com as águas de oceanos e mares ou com a superfície do solo. Vários acidentes ambientais envolvendo vazamento de petróleo (seja de plataformas ou navios cargueiros) já ocorreram nas últimas décadas. Quando ocorre no oceano, as consequências ambientais são drásticas, pois afeta os ecossistemas litorâneos, provocando grande quantidade de mortes entre peixes e outros animais marítimos. Nem sempre as medidas de limpeza conseguem minimizar o problema. Nos últimos anos, a busca de fontes alternativas tornou-se mais premente. Um dos motivos é ambiental: a cadeia produtiva do petróleo e seus derivados é extremamente agressiva ao meio ambiente, inclusive produzindo em várias etapas, como na geração de energia elétrica e no consumo de combustíveis, emissões de gases que contribuem para o efeito estufa. Outro motivo é a perspectiva de esgotamento, a médio prazo, das reservas hoje existentes. Em relatório publicado em 2000, a IEA estimou que as reservas conhecidas seriam suficientes para o abastecimento mundial apenas por mais cerca de 40 anos, se mantidos o ritmo de produção e consumo da época. Na etapa de combustão dos derivados seja para a geração de energia elétrica, seja para utilização nos motores o maior fator de agressão é a emissão de gases poluentes, responsáveis pelo efeito estufa. Assim, desde a assinatura do Protocolo de Kyoto, nos anos 90, os grandes consumidores vêm sendo pressionados a reduzir a dependência do petróleo e, em consequência, o volume de emissões. No entanto, países como Estados Unidos, que assinaram o protocolo, mas não ratificaram, evitam se comprometer com metas mensuráveis. Atualmente, essas questões ambientais estão entre os principais limitadores da expansão de usinas termelétricas movidas a derivados de petróleo. De outro lado, se constituem no impulso para o desenvolvimento de mecanismos e tecnologias que atenuem ou compensem o volume de emissões. Um dos mecanismos em fase de consolidação mundial é o mercado de crédito de carbono (ou MDL, Mecanismo de Desenvolvimento Limpo) pelo qual o volume de emissões é compensado pela aquisição de títulos de projetos ambientais realizados por terceiros. Outro é o desenvolvimento de tecnologias específicas para redução das emissões. Gás natural É encontrado, geralmente, junto das reservas petrolíferas. É o mais barato e menos poluente dos combustíveis fósseis, mas de mais difícil extração. Utilizado principalmente pelas indústrias e automóveis, além de casas como gás de cozinha. O que é o gás natural? O gás natural é um hidrocarboneto resultante da decomposição da matéria orgânica durante milhões de anos. É encontrado no subsolo, em rochas porosas isoladas do meio ambiente por uma camada 52

53 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III impermeável. Em suas primeiras etapas de decomposição, essa matéria orgânica de origem animal produz o petróleo. Em seus últimos estágios de degradação, o gás natural. Por isso, é comum a descoberta do gás natural tanto associado ao petróleo quanto em campos isolados (gás natural não associado). No Brasil, o gás natural é encontrado, em geral, associado ao petróleo. A maior parte da capacidade instalada e o maior potencial de expansão estão localizados na região Sudeste. Assim como ocorre no petróleo, a composição básica do gás natural são as moléculas de hidrocarbonetos (átomos de hidrogênio e carbono) encontradas em estado volátil e de baixa densidade. O elemento predominante é o gás metano, mas também há, em proporções variadas, etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio, água, ácido clorídrico e metanol, além de outros. A proporção de cada um na composição final depende de uma série de variáveis naturais, como processo de formação e condições de acumulação no reservatório. Em seu estado bruto, o gás natural não tem cheiro e é mais leve que o ar. Assim, deve ser odorizado para que eventuais casos de vazamento sejam detectados. A versatilidade é a principal característica do gás natural. Este energético pode ser utilizado tanto na geração de energia elétrica, quanto em motores de combustão do setor de transportes, na produção de chamas, calor e vapor. Por isso, a aplicação é possível em todos os setores da economia: indústria, comércio, serviços e residências. O gás natural é uma fonte de energia limpa (gera pouca poluição comparada às outras fontes não renováveis). Porem é uma fonte não renovável, pois é um combustível fóssil formado a milhões de anos e não se renova num período de tempo útil. A utilização do gás natural como insumo energético apresenta algumas vantagens ambientais se comparada com outras fontes fósseis (carvão mineral e derivados de petróleo) de energia. Entre eles pode-se citar: baixa presença de contaminantes; combustão mais limpa, que melhora a qualidade do ar, pois substitui formas de energias poluidoras como carvão, lenha e óleo combustível, contribuindo também para a redução do desmatamento; menor contribuição de emissões de CO 2 por unidade de energia gerada (cerca de 20 a 23% menos do que o óleo combustível e 40 a 50% menos que os combustíveis sólidos como o carvão); maior segurança; por ser mais leve do que o ar, o gás se dissipa rapidamente pela atmosfera em caso de vazamento; contribuição para a diminuição da poluição urbana quando usado em veículos automotivos, um vez que reduz a emissão de óxido de enxofre, de fuligem e de materiais particulados, todos presentes no óleo diesel. 53

54 UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL Com relação ao transporte do gás natural, ele pode ser feito por meio de dutos, em cilindros de alta pressão - como o gás natural liquefeito (GNL) (que consiste em reduzir a temperatura do gás natural a -161º C, ponto em que ele se torna líquido, com uma redução de volume de cerca de 600 vezes) ou por meio de navios especiais chamados navios metaneiros, de barcaças ou de caminhões criogênicos (ANP, 2003). Importância na Matriz Energética Brasileira O interesse pelo gás natural está diretamente relacionado à busca de alternativas ao petróleo e de fontes menos agressivas ao meio ambiente. Este comportamento resultou na intensificação das atividades de prospecção e exploração, particularmente entre os países em desenvolvimento. O transporte é o maior entrave à disseminação do energético, visto necessitar de elevados investimentos, tanto na construção de dutos especiais quanto no processo de produção do GNL (gás natural liquefeito). Um exemplo é o próprio Brasil, cuja expansão acelerada do consumo está diretamente relacionada às importações da Bolívia que, desde os anos 80, está entre os países com maiores reservas da América Latina, junto à Argentina e Venezuela. Essa importação foi proporcionada pelo início de operação do gasoduto Bolívia/Brasil em A participação do gás natural na matriz energética nacional está quase em 10%: Após a crise do petróleo dos anos 1970, vários países menos desenvolvidos passaram a avaliar a aplicação do gás natural para a produção de energia elétrica, a exemplo do que ocorria com os países industrializados. No Brasil, a matriz da energia elétrica é predominantemente hidráulica e esta característica não deverá se alterar no médio prazo. No entanto, de acordo com o Plano Nacional de Energia 2030 produzido pela EPE, a participação das termelétricas movidas a gás natural deverá aumentar, no curto e médio prazos. Essas usinas operariam de maneira complementar às hidrelétricas. Em outras palavras, seriam colocadas em operação em momentos de acentuado aumento de demanda ou redução da oferta hidráulica por exemplo, nos períodos de estiagem, onde é necessário preservar os reservatórios. Segundo o Banco de Informações de Geração da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), dados de novembro de 2008, existiam 85 usinas termelétricas abastecidas a gás natural em operação no país, com um total instalado de 11 mil MW (megawatts) ou pouco mais de 10% da potência total instalada no país, de 103 mil MW. Além disso, havia um total de 30 usinas termelétricas em fase de construção ou outorga. A utilização de gás natural para geração eletricidade via usinas termelétricas, deve considerar o contexto em que se inserem essas usinas no Brasil. O sistema elétrico brasileiro é constituído de um parque gerador predominantemente hídrico, o que significa que sua operação está condicionada ao regime de chuvas. De uma forma geral, a usinas térmicas a gás, funcionam em regime de complementação à geração hidrelétrica, o que significa que o consumo de gás natural para termeletricidade depende, portanto, dessas condições. 54

55 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III No Brasil, a única companhia a operar na exploração e transporte de gás natural é a Petrobras, sozinha ou em parceria com a iniciativa privada (como é o caso do gasoduto Bolívia/Brasil). (BRASIL, 2008) Por que é uma fonte não renovável? Por ser um combustível fóssil, formado há milhões de anos, trata-se de uma energia não renovável. Porém o gás natural oferece menos riscos à natureza do que outros combustíveis mais tradicionais, como o petróleo e o carvão mineral, uma vez que em principio é isento de enxofre e de cinzas. Nesse sentido, mesmo apesar das vantagens relativas do gás natural, seu aproveitamento como combustível nas usinas termelétricas (UTEs), como qualquer outra intervenção humana, produz impactos indesejáveis ao meio ambiente, principalmente porque necessita de um alto consumo de água nos Sistemas de Refrigeração e porque emite gases que contribuem com o efeito estufa. (BALLESTIERI, 1994). Os principais poluentes atmosféricos emitidos pelas usinas termelétricas a gás natural são dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrogênio (NOX) e, em menor escala, monóxido de carbono e alguns hidrocarbonetos de baixo peso molecular, inclusive metano. Os gasodutos enfrentam também críticas principalmente de ambientalistas, que apontam para o seu alto impacto ambiental e social uma vez que o seu trajeto passa próximo a reservas indígenas. Carvão mineral É uma das fontes de energia mais abundante, mas também uma das mais poluentes, não apenas pela emissão de gases, mas também pela degradação resultante de sua exploração. Nas indústrias é amplamente utilizado como combustível principal. O que é carvão mineral? Existem dois tipos básicos de carvão na natureza: vegetal e mineral. O vegetal é obtido a partir da carbonização da lenha e é considerado uma fonte renovável de energia, uma vez que em pouco espaço de tempo é possível plantar e colher a madeira necessária para sua produção. O mineral é 55

56 UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL formado pela decomposição da matéria orgânica (como restos de árvores e plantas) durante milhões de anos, sob determinadas condições de temperatura e pressão por isso é considerado uma fonte não renovável de energia. O carvão mineral, também conhecido como carvão de pedra e hulha, é uma substância sólida, de origem orgânica, resultante da transformação de restos vegetais soterrados há milhões de anos. Os principais depósitos de carvão mineral formaram-se durante os períodos Carbonífero e Permiano (Em Paleozoica), há cerca de 350 milhões de anos. Este é composto por átomos de carbono, oxigênio, nitrogênio, enxofre, associados a outros elementos rochosos (como arenito, siltito, folhelhos e diamictitos) e minerais, como a pirita. Pode ser usados na indústria (principalmente siderúrgica) e na produção de energia elétrica. No processo de formação do carvão mineral, isto é, da transformação dos vegetais em carvão, o primeiro estágio é a turfa, o segundo é o levito e o último é o antracito, sendo que o poder calorífico vai aumentando, respectivamente. Nesse processo, ocorrem gradativa perda de água e de oxigênio e aumento de carbono, adquirindo, assim, o carvão mineral, maior teor calorífico ou energético. A turfa pode apresentar até 90% de umidade e apenas 55% de carbono, ao passo que o antracito praticamente não possui umidade e pode apresentar até 96% de carbono. O carvão é uma das principais fontes de energia utilizadas pela Humanidade, em especial na Europa, a partir da Primeira Revolução Industrial. Atualmente, com o aumento do custo do petróleo, há uma tendência mundial ao aumento do consumo de carvão, tendo em vista as extensas reservas mundiais. Importância na Matriz Energética Brasileira Atualmente, a principal aplicação do carvão mineral no mundo é a geração de energia elétrica por meio de usinas termelétricas. Em segundo lugar vem a aplicação industrial para a geração de calor (energia térmica) necessário aos processos de produção, tais como secagem de produtos, cerâmicas e fabricação de vidros. Um desdobramento natural dessa atividade e que também tem se expandido é a cogeração ou utilização do vapor aplicado no processo industrial também para a produção de energia elétrica. O carvão mineral, de origem fóssil, foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas em larga escala pelo homem. Sua aplicação na geração de vapor para movimentar as máquinas foi um dos pilares da Primeira Revolução Industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII. Já no fim do século XIX, o vapor foi aproveitado na produção de energia elétrica. Ao longo do tempo, contudo, o carvão perdeu espaço na matriz energética mundial para o petróleo e o gás natural, com o desenvolvimento dos motores a explosão. O interesse reacendeu-se na década de 70, em consequência, sobretudo, do choque do petróleo, e se mantém em alta até hoje. Além da oferta farta e pulverizada, o comportamento dos preços é outra vantagem competitiva. De acordo com dados da International Energy Agency (IEA), o carvão é a fonte mais utilizada para geração de energia elétrica no mundo, respondendo por 41% da produção total (Gráfico

57 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III abaixo). Sua participação na produção global de energia primária, que considera outros usos além da produção de energia elétrica, é de 26%. A IEA também projeta que o minério manterá posição semelhante nos próximos 30 anos. A distribuição geográfica das jazidas carboníferas é muito irregular, pois cerca de 97% encontram-se no hemisfério norte, principalmente na União Soviética, nos Estados Unidos, na Europa e na China. No Brasil, as principais jazidas estão na Região Sul. No âmbito mundial, apesar dos graves impactos sobre o meio ambiente, o carvão ainda é uma importante fonte de energia. As principais razões para isso são as seguintes: I. abundância das reservas; II. distribuição geográfica das reservas; III. baixos custos e estabilidade nos preços, relativamente a outros combustíveis. (BRASIL, 2008) Por que é uma fonte não renovável? O carvão é um recurso de origem fóssil, não renovável e é uma das formas de produção de energia mais agressivas ao meio ambiente. O carvão provoca um forte impacto socioambiental em todas as etapas do processo desde a produção até o consumo. Ainda que sua extração e posterior utilização na produção de energia gere benefícios econômicos (como empregos diretos e indiretos, aumento da demanda por bens e serviços na região e aumento da arrecadação tributária), o processo de produção, da extração até a combustão, provoca significativos impactos socioambientais. A extração, por exemplo, provoca a degradação das áreas de mineração. 57

58 UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL A ocupação do solo exigida pela exploração das jazidas interfere na vida da população, nos recursos hídricos, na flora e fauna locais, ao provocar barulho, poeira e erosão. O transporte gera poluição sonora e afeta o trânsito. O efeito mais severo, porém, é o volume de emissão de gases como o nitrogênio (N) e dióxido de carbono (CO2), também chamado de gás carbônico, provocado pela combustão. Estimativas apontam que o carvão é responsável por entre 30% e 35% do total de emissões de CO2, principal agente do efeito estufa. A vida média do CO 2 na atmosfera é de cerca de cem anos. Como o carvão contém teores expressivos de enxofre, a sua queima provoca ainda o lançamento na atmosfera de dióxido de enxofre, um dos responsáveis pela chuva ácida, com graves problemas de poluição do meio ambiente. Considerando-se a atual pressão existente no mundo pela preservação ambiental principalmente com relação ao efeito estufa e às mudanças climáticas é possível dizer, portanto, que o futuro da utilização do carvão está diretamente atrelado a investimentos em obras de mitigação e em desenvolvimento de tecnologias limpas (clean coal technologies, ou CCT). Para a mineração, as principais medidas adotadas referem-se à recuperação do solo, destinação de resíduos sólidos e negociações com a comunidade local. É com vistas à produção de energia elétrica, porém, que ocorrem os grandes investimentos em P&D (pesquisa e desenvolvimento), focados na redução de impurezas, diminuição de emissões das partículas com nitrogênio e enxofre (NOx e SOx) e redução da emissão de CO2 por meio da captura e armazenamento de carbono. Energia nuclear Um quilo de urânio é capaz de produzir tanta energia como um milhão de quilos de carvão. Seu uso é bastante perigoso e complicado, e os casos de acidentes e vazão de materiais radioativos trouxeram grandes impactos sociais e ambientais, como o famoso caso Chernobyl (Rússia). Não existe um modo de tratamento ou isolamento eficiente para os dejetos resultantes do processo final da produção de energia, atualmente são estocados e não existe previsão para que deixem de ser radioativos e perigosos. O que é energia nuclear? A energia que o núcleo do átomo possui, mantendo prótons e nêutrons juntos, denomina-se energia nuclear. Essa energia pode ser liberada e aproveitada, mediante uma reação nuclear de fissão, que utiliza como matéria-prima o urânio enriquecido. O átomo de urânio que é utilizado na geração da energia nuclear é extraído minério de urânio. O minério de urânio é um metal pouco menos duro que o aço, encontrado em estado natural nas rochas da crosta terrestre. Quando uma energia externa é aplicada, o núcleo do átomo é desintegrado, liberando calor e radiação. Essa radiação, se descontrolada, pode provocar os acidentes nucleares. Se bem utilizada, é aplicada em atividades importantes e até mesmo vitais, como a medicina. 58

59 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III A maior aplicação do átomo de urânio é em usinas térmicas para a geração de energia elétrica as chamadas usinas termonucleares. De uma maneira muito simplificada, neste caso o núcleo do átomo é submetido a um processo de fissão (divisão ou desintegração) para gerar a energia. A extração do urânio não é a única forma para obtenção do combustível utilizado nas centrais nucleares. Existem também as fontes secundárias, compostas por: material obtido com a desativação de artefatos bélicos; estoques civis e militares; reprocessamento do urânio já utilizado e sobra do material usado no processo de enriquecimento. Seu comércio é rigidamente controlado tanto pelos governos nacionais quanto pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), uma vez que se trata de material radioativo. No Brasil, apenas a Indústrias Nucleares Brasileiras (INB) é autorizada pelo Governo Federal a extrair e processar o urânio e demais minerais radioativos. A companhia é vinculada à Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), uma autarquia federal subordinada ao Ministério da Ciência e Tecnologia e constituída para, em nome da União, exercer o monopólio da mineração de elementos radioativos e da produção e comércio de materiais nucleares. A INB também domina a tecnologia dos três principais ciclos de processamento do átomo de urânio. No entanto, o enriquecimento ainda é realizado em países como Holanda e Alemanha. Ao chegar ao Brasil em contêineres, o urânio 235 é enviado à Fábrica de Combustível Nuclear (FCN), em Resende (RJ), e, em seguida, às usinas nucleares Angra I e Angra II, em Angra dos Reis (RJ). O grande problema das usinas nucleares é que devem ser tomadas diversas medidas de segurança, pois em caso de acidente, as consequências para o homem e meio ambiente são trágicas e extremas. A energia nuclear também é utilizada para a fabricação de bombas nucleares. Vários países do mundo possuem esta tecnologia, sendo que Estados Unidos e a Rússia possuem os maiores arsenais nucleares do mundo. O poder de devastação destas bombas é enorme. Além de provocar a morte de grandes quantidades de pessoas e causar grande destruição material, provocam diversos tipos de doenças nos sobreviventes, entre elas o câncer. No final da Segunda Guerra Mundial ( ), os Estados Unidos lançaram bombas deste tipo nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki, causando grande destruição e milhares de mortes. Atualmente, vários países possuem usinas nucleares que produzem energia. Esta energia é considerada limpa, pois não polui o meio ambiente, porém o lixo radioativo deve ser armazenado em locais adequados, seguindo diversas normas rígidas de segurança. O lixo radiotivo ou nuclear é todo resíduo formado por compostos radioativos que perderam a utilidade de uso. O lixo nuclear pode levar de 50 a 100 anos para perder toda sua radiação. Este lixo é produzido por diversas fontes, sendo as principais: Usinas nucleares: após o processo de fissão nuclear, o que sobra do uso do urânio é considerado lixo nuclear. 59

60 UNIDADE III ENERGIA NÃO RENOVÁVEL Armas Nucleares: na fabricação, manutenção ou desativação deste tipo de arma, vários resíduos nucleares são gerados. Laboratórios de exames clínicos: alguns instrumentos de exames médicos usam produtos radioativos como, por exemplo, máquinas de raio-x. O lixo nuclear deve ser transportado, tratado e isolado com máximo rigor de cuidado, seguindo diversas normas de segurança internacionais, a fim de evitar qualquer tipo de acidente ou contaminação. Um dos principais problemas atuais é o destino deste tipo de lixo. O contato do ser humano com este tipo de lixo pode ter como consequência o desenvolvimento de várias doenças (câncer é a principal) e até a morte imediata. Explicações detalhadas de todo o ciclo do urânio podem ser encontradas no site da World Nuclear Association ( ou no site da Indústrias Nucleares do Brasil ( Qual a importância na Matriz Energética Brasileira? O urânio figura como fonte primária da matriz energética mundial desde meados dos anos 60. Entre este período e o final dos anos 1970, o mercado das usinas nucleares viveu um vigoroso ciclo de crescimento. A interrupção ocorreu em função de elementos negativos que coincidiram no tempo: a ocorrência de dois acidentes (Three Mille Island e Chernobyl) e os elevados investimentos necessários à instalação de uma central. Durante quase trinta anos, os novos investimentos foram praticamente paralisados e a produção de energia nuclear sofreu forte oposição, principalmente por parte dos ambientalistas. Além da ocorrência dos acidentes, outro fator que motivou a oposição às nucleares foi o fato de que o processo de fissão do átomo de urânio é o mesmo que dá origem à bomba atômica. Assim, o país que domina a tecnologia de processamento e transformação do minério pode utilizá-la tanto para a produção de energia elétrica quanto para fins bélicos. Nos últimos anos, porém, essa oposição tornou-se mais moderada. Lado a lado com os riscos, passaram a ser enumerados os pontos favoráveis à instalação de novas centrais. Entre eles, a disponibilidade de combustível (urânio) e a baixa emissão de dióxido de carbono (CO2) ou qualquer outro gás que contribua para o efeito estufa o que transforma a energia nuclear em energia limpa. Além disso, investimentos em desenvolvimento tecnológico buscam aumentar a segurança das unidades, embora ainda não exista uma solução definitiva para os rejeitos produzidos o elemento mais perigoso do processo nuclear. O principal fator de impulso à tendência tem, porém, caráter ambiental. Trata-se da necessidade de diversificação da matriz energética. A energia nuclear vem sendo apontada como uma alternativa para expansão e diversificação dessa matriz, de forma a atender ao consumo crescente de energia, poupar os combustíveis fósseis e enfrentar o aquecimento global. 60

61 ENERGIA NÃO RENOVÁVEL UNIDADE III Isto porque, de um lado, as reservas de urânio existentes no planeta são abundantes, de outro, porque o nível de emissão de CO2 (dióxido de carbono ou gás carbônico) ou qualquer outro gás que contribua para o efeito estufa é muito baixo em toda a cadeia produtiva da energia nuclear (da extração do urânio à geração de energia elétrica). Em 2006, a energia nuclear ocupou o penúltimo lugar entre as principais formas para produção de energia elétrica do mundo, segundo a International Energy Agency (IEA). Ainda assim, as usinas nucleares têm participação importante na matriz da energia elétrica. De acordo com as últimas estatísticas da IEA, em 2006 responderam por 14,8% da produção total. A geração nuclear de energia elétrica vive um novo ciclo de expansão. Além de novas unidades em construção, aumenta o número de países que buscam aderir a essa tecnologia ou expandir o parque já instalado. (BRASIL, 2008) Figura 9. Usina Nuclear Angra II (Fonte: Eletronuclear) 61

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