UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU AVM FACULDADE INTEGRADA

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1 UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU AVM FACULDADE INTEGRADA ENERGIAS ALTERNATIVAS: UMA ABORDAGEM SINTÉTICA DAS PRINCIPAIS FONTES RENOVÁVEIS PASSÍVEIS DE LARGA EXPLORAÇÃO NO BRASIL Aline Rocha de Alencar Orientadora: Maria Esther Rio de Janeiro 2012

2 2 UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU AVM FACULDADE INTEGRADA ENERGIAS ALTERNATIVAS: UMA ABORDAGEM SINTÉTICA DAS PRINCIPAIS FONTES RENOVÁVEIS PASSÍVEIS DE LARGA EXPLORAÇÃO NO BRASIL Apresentação de monografia à AVM Faculdade Integrada como requisito parcial para obtenção do grau de especialista em Gestão Ambiental. Por Aline Rocha de Alencar

3 3 AGRADECIMENTOS A minha família por todo o amor, suporte e ensinamentos que me proporcionaram e que me permitiram ir mais além. Em especial, a minha mãe Nadia e a meu pai, Pedro (in memorian) por acreditar em mim acima de tudo e estar presente em absolutamente todos os momentos da minha vida e, também, a minha doce vó Regina por todos os mimos que só você poderia dar. Aos meus amigos: Erick Frota, Fernanda Azevedo, Flávia Valim, Flávia Aguiar, Guilherme Matos, Isabel Lima, Jackeline Ayres, Juliana Soares, Letícia Barbosa, Mariana D Andrea, Rachel Leal, Renata Paiva, Angela Salles, Daniele Leda, Izabella Sepulveda, Jordélia Brandão e Tais Silva por construírem junto comigo uma vida de sonhos, alegrias, lágrimas, trabalho, questionamentos, sorrisos, amor e conquistas. Em especial ao meu amor, André Mimio, por completar tudo o que faltava na minha vida. Obrigado pela sua compreensão, suporte, amizade, carinho, amor e tudo o mais... Te amo!

4 4 RESUMO O presente modelo energético global baseado, principalmente, na utilização de fontes não renováveis e poluentes está, certamente, fadado à exaustão em algumas décadas. Seja por que as principais fontes de energia como, por exemplo, os combustíveis fósseis têm previsão de esgotamento dentro pouco menos de 100 anos, ou ainda, por causarem grande desequilíbrio ambiental (efeito estufa, aquecimento global, chuva ácida, etc). Com o delineamento de um quadro energético nada promissor para um futuro próximo, caso não sejam modificados os parâmetros atuais de reservas energéticas e de impactos ambientais, o maior desafio do século XXI será, provavelmente, o desenvolvimento e o aperfeiçoamento das técnicas de obtenção de energia de fontes renováveis. A solução é, portanto, a diversificação da matriz energética, baseada em fontes alternativas e limpas, cujo potencial é praticamente inexplorado.

5 5 METODOLOGIA Este estudo baseou-se na busca bibliográfica por artigos, livros, reportagens e demais textos de sites oficiais concernentes ao tema: fontes de energia alternativa, limpa e renovável. O foco deste trabalho foram as principais opções de fontes de energias alternativas, hoje, disponíveis no Brasil. Para cada uma das fontes, aqui abordadas, apresentamos um breve histórico, o funcionamento, as vantagens e desvantagens socioeconômicas e ambientais da sua implantação.

6 6 SUMÁRIO INTRODUÇÃO 8 CAPÍTULO 1 Energias Alternativas 1.1 Breve Histórico sobre Energia O que são Energias Alternativas? Panorama Energético Mundial Panorama Energético Nacional 15 CAPÍTULO 2 Energias Alternativas no Brasil 2.1 Energia Solar Energia Solar Fototérmica Energia Solar Fotovoltaica Energia Eólica Energia das Marés Biomassa Biocombustíveis Resíduos Sólidos Urbanos e Biogás 33 CAPÍTULO 3 Energia e Sustentabilidade 34 CONCLUSÃO 41 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 42

7 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Oferta de energia por fonte no mundo. Figura 2. Demanda de energia no mundo. Figura 3. Principais fontes de energias renováveis. Figura 4. Composição percentual de matrizes de energia mundial e brasileira. Figura 5. Oferta interna de energia por recurso primário no Brasil. Figura 6. Estrutura da matriz energética brasileira. Figura 7. Potencial anual médio de energia solar para as regiões brasileiras. Figura 8. Ilustração de um sistema de aquecimento de água solar. Figura 9. Ilustração de um sistema de geração fotovoltaica de energia elétrica. Figura 10. Desenho esquemático de uma turbina eólica moderna. Figura 11. Evolução tecnológica dos aerogeradores. Figura 12. Evolução da capacidade instalada de geração eólica de eletricidade no mundo. Figura 13. Mapeamento dos recursos eólicos no território brasileiro. Figura 14. Diagrama funcional simplificado de um sistema de grandes dimensões que produz energia a partir de uma barragem de marés oceânicas. Figura 15. Esquema de uma turbina subaquática. Figura 16. Diagrama esquemático dos processos de conversão energética da biomassa. Figura 17. Evolução e projeção do consumo de energia no mundo Figura 18. Quadro com as metas do milênio para energia e desenvolvimento. Figura 19. Participação das fontes renováveis no Brasil em três diferentes cenários.

8 8 INTRODUÇÃO Após a revolução industrial, o impacto das atividades humanas sobre o meio ambiente tornou-se ainda mais significativo devido ao aumento da população e do consumo pessoal, particularmente nos países desenvolvidos. Grande parte dessa problemática pode ser atribuída à exploração e utilização de energia, principalmente, a elétrica. Da eletricidade dependem a nossa produção, locomoção, eficiência, segurança, comunicação, conforto, entre outros fatores ligados a vida moderna. Temos então que a geração de energia é uma das principais preocupações globais desde o início do século XX, visto que ela mantém serviços essenciais à vida humana no meio urbano e rural (World Energy Council, 2007). O modelo econômico e o estilo de vida da sociedade moderna partilham processos que dependem diretamente de um abastecimento adequado e confiável de energia, ou seja, todas as atividades humanas, sejam elas domésticas ou industriais, estão subordinadas diretamente a uma crescente oferta de energia (Brundtland & Klhalid, 1991). O problema reside no fato de que o uso crescente da energia, provocado em parte pelo avanço tecnológico, provoca uma pressão crescente também a pressão sobre os recursos naturais, necessários para a sua produção (Guena, 2007). Infelizmente, a produção de energia no mundo se baseia, principalmente, em fontes não renováveis como a queima de combustíveis fósseis e carvão mineral (Goldemberg & Lucon, 2008), ou ainda, na utilização de recursos hídricos e matrizes nucleares que alteram e afetam diretamente o meio ambiente (Hinrichs e Kleinbach, 2003). Cerca de 80% da demanda mundial de energia primária tem, atualmente, como principais fontes: o petróleo, gás natural e carvão. A energia oriunda de hidrelétricas, usinas nucleares e a derivada de biomassa tradicional (etanol e biodiesel) correspondem por grande parte dos 20% restantes. Enquanto as fontes alternativas de energia como solar, eólica, geotérmica, entre outras representam menos de 3% (Figura 1).

9 9 Figura 1. Oferta de energia por fonte no mundo ano base 2010 (Fonte: BEN 2011). Entretanto, hoje, esse panorama tende a se modificar devido à preocupação com a limitação dos recursos mais amplamente utilizados como fontes de energia e com a qualidade ambiental. Recentemente, uma série de questionamentos sobre a forma como a energia é usada e como ela interfere no meio ambiente, provocando uma série de impactos ambientais, reforçam a necessidade da busca por fontes alternativas, renováveis e limpas. Hoje sabemos que uma série de problemas ambientais estão diretamente relacionados à geração ou utilização das principais fontes energia (Vanzin et al., 2005). A demanda energética mundial primária (energia elétrica, automotora, industrial, etc) depende quase totalmente das fontes não renováveis. O emprego dessas fontes de energia lança na atmosfera uma grande quantidade de poluentes, especialmente óxidos de carbono, que intensificam o efeito estufa e consequentemente aquecimento global. Contudo, ao lado da preocupação ambiental, existe uma preocupação estratégica decorrente da percepção de que estes recursos são limitados, isto é, trata-se de fontes de energia esgotáveis (Guarnieri, 2006). Estimativas sobre a demanda energética no mundo indicam que, em meados do século XXI, ultrapassará substancialmente a produção gerada pelos combustíveis convencionais (Figura

10 10 2). Esse défcit se tornará ainda maior com o esgotamento dos combustiveis fósseis e só poderá ser suprido com o incremento da participação de fontes alternativas de energia. Figura 2. Demanda de energia no mundo. Retirado de Santos & Mothé, No cenário atual, a política energética deve estar baseada nos conceito de desenvolvimento sustentável e responsabilidade socioambiental. Para tal política seja consistente, ela deve minimizar a dependência e vulnerabilidade de fontes energéticas não renováveis, ampliando a utilização de fontes renováveis e alternativas (Murray, 1994) para uma população que, de acordo com a ONU (Organização das Nações Unidas), já chegou a sete bilhões. Dessa forma, o maior desafio em termos de geração de energia é encontrar sistemas e fontes mais eficientes e renováveis que gerem pouco ou nenhum impacto ambiental e que atendam a uma demanda crescente. Por fim, podemos dizer que a ampliação dessas fontes de energia se torna ainda mais relevante, pois além de participarem fortemente na produção de energia elétrica juntamente com outras fontes alternativas (eólica, solar, hidráulica, etc), os combustíveis gerados por biomassa, por exemplo,

11 11 representam uma forte alternativa aos combustíveis convencionais à base de petróleo, utilizados largamente na frota automotiva e industrial. Portanto, este estudo tem por objetivo abordar o funcionamento, potencial, vantagens e desvantagens de quatro tipos de energia alternativa (energia solar, energia eólica, energia das marés e biomassa), pois são aquelas que melhor se ajustam aos parâmetros envolvidos na escolha das bases energéticas que envolvem não somente a disponibilidade dos recursos naturais, mas também a viabilidade estrutural e econômica de exploração.

12 12 CAPÍTULO 1 ENERGIAS ALTERNATIVAS Em ciência, energia (do grego έν dentro, εργον trabalho) refere-se a uma das duas grandezas físicas (a outra é o tempo) necessárias a correta descrição do interacionamento, sempre mutuo, entre dois entes ou sistemas físicos. A principal característica da energia é que ela não pode ser criada ou destruída, apenas transformada. Na natureza, os sistemas são abertos e o fluxo de energia é, portanto, continuo. Dessa forma, todos os processos envolvidos na transformação de energia formam ciclos que se renovam sem consumir recursos de forma irreversível. 1.1 BREVE HISTÓRICO SOBRE ENERGIA A tecnologia tem um papel fundamental na evolução de dinâmica energética, ou seja, na geração e uso da energia. As fontes de exploração são praticamente as mesmas há milênios: nuclear, solar, eólica, química, hidráulica e geotérmica. Houve apenas avanços nos dispositivos de conversão das diferentes fontes de energia para uso humano. A evolução" da humanidade sempre esteve intimamente ligada à nossa capacidade de capturar, coletar e aproveitar energia. O controle do fogo, a agricultura e a domesticação animais foram os fatores que possibilitaram que nossos ancestrais fizessem a transição de uma existência nômade para sociedades com raízes. Durante milênios, a energia em forma de biomassa e biomassa fossilizada foi utilizada para cozinhar, aquecer e criar materiais que iam do tijolo ao bronze. Após a Revolução Industrial, a manipulação da energia, principalmente dos combustíveis fósseis, nos propiciou grandes avanços quanto ao deslocamento e produção de bens e serviços. Hoje, por exemplo, podemos viajar grandes distâncias por vias marítimas, terrestres ou aéreas em poucas horas. Da mesma forma, somos capazes de produzir uma série de bens

13 13 materiais e serviços que variam dos essenciais ao conforto humano como aquecimento, refrigeração e iluminação até a produção em larga escala de televisores, computadores e celulares, por exemplo. O uso amplamente difundido da energia é a razão capital para centenas de milhares de humanos partilharem um alto padrão de vida. Isso só foi possível graças aos estudos de ciência e tecnologia ligados à exploração e uso da energia que desenvolveram as mais diversas formas de obter e explorar fontes de energia, especialmente no que tange os combustíveis fósseis. Estimativas afirmam que, atualmente, o consumo de energia mundial seja equivalente a cerca de mais de dezessete bilhões de cavalos trabalhando para o mundo 24 horas por dia, sete dias por semana, 365 dias por ano (Inter Academy Council, 2010). 1.2 O QUE SÃO ENERGIAS ALTERNATIVAS? No contexto atual, quando abordamos o termo energia alternativa estamos falando da obtenção de energia através de fontes renováveis que possam não somente complementar, mas também, substituir, em alguns casos, fontes convencionais de produção. cuja eficiência possa suprir a demanda crescente mundial. Convencionalmente diz-se que fontes renováveis de energia são formas de energia cuja taxa de utilização é inferior a sua taxa de renovação. As energias renováveis são provenientes de ciclos naturais de conversão da radiação solar, fonte primária de quase toda energia disponível na Terra e, por isso, são praticamente inesgotáveis. Como não alteram o balanço térmico do planeta se configuram como um conjunto de fontes de energia que podem ser chamadas de não alternativas, ou seja, aquelas não baseadas nos combustíveis fósseis e grandes hidroelétricas. A origem dessas fontes pode ser geotérmica, gravitacional (energia de marés e eólica), solar (radiação solar e armazenada em biomassa) e hidráulica (Figura 3).

14 14 Figura 3. Principais fontes de energias renováveis. Fonte: biodiselbr.com 1.3 PANORAMA ENERGÉTICO MUNDIAL Atualmente, a matriz energética mundial é formada principalmente por combustíveis fósseis, cerca de 80%, e a participação das fontes alternativas de energia ainda é pequena mesmo em países com forte participação de fontes limpas de energia como o Brasil (Figura 4). As projeções atuais são de um aumento na ordem de 1,7% ao ano na demanda de energia no mundial até 2030, de acordo com o cenário traçado pelo Instituto Internacional de Economia (Mussa, 2003). Nas condições atuais, sem qualquer alteração na matriz energética, os combustíveis fósseis responderiam por 90% do aumento projetado. Entretanto, o esgotamento das reservas de combustíveis fósseis é incontestável. Estimativas afirmam que as reservas de petróleo, por exemplo, durariam menos de 40 anos. Entretanto, após a criação da "Agenda 21" e dos acordos firmados no "Protocolo de Quioto" estabeleceu-se um compromisso mundial da busca de fontes renováveis de energia.

15 15 Figura 4. Composição percentual de matrizes de energia mundial e brasileira. Retirado de Santos & Mothé, PANORAMA ENERGÉTICO NACIONAL O Brasil tem uma posição ímpar no setor energético mundial, pois grande parte da energia utilizada no país é de origem hídrica e conta também com uma forte participação de fontes alternativas como o gás natural e a biomassa (Vichi & Mansur, 2009) (Tabela 1). Esses fatores destacam a matriz energética brasileira para geração de eletricidade no cenário global em termos de energia limpa, que é aproximadamente 46% renovável enquanto a média dos demais países é 12% (Figura 5) (Pacheco, 2006).

16 16 Tabela 1. Composição de matriz de energia no Brasil e no Mundo. Fonte: IEA (Mundo) e MME (Brasil). * Inclui lenha e derivados agrícolas como cana. FONTE BRASIL (%) MUNDO (%) Petróleo e derivados 37,4 35,0 Biomassa* 31,1 10,5 Hidraúlica 14,9 2,2 Carvão Mineral e derivados 6,0 2,2 Gás Natural 9,3 20,7 Nuclear 1,4 6,3 Renováveis 45,1 12,7 Entretanto, a demanda por energia cresceu exponencialmente com o atual panorama de crescimento da economia brasileira (Goldemberg & Villanueva, 2003). Segundo a EPE (Empresa de Pesquisa Energética), caso a demanda por energia cresça anualmente na ordem de 4,8%, o país precisará investir aproximadamente de R$ 125 bilhões para a ampliação de geração e transmissão de energia a fim de que haja fornecimento regular sem riscos de apagão. Segundo Silva & Cavaleiro (2004), após a crise energética de 2001, o interesse pela geração de energia a partir de fontes renováveis, especialmente as alternativas (energia solar, eólica, biomassa), vem apresentando uma nova fase de desenvolvimento no Brasil. Novos mecanismos legais têm sido criados para regulamentar o uso destas fontes como o PROINFA (Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica), que busca incentivar a geração de energia elétrica a partir de fontes alternativas, diversificando a matriz energética de modo a garantir o abastecimento e diminuir os impactos ambientais gerados pela produção e uso da energia. Isso significa que, da mesma forma que em outras partes do mundo, a solução para a questão energética no Brasil requer uma busca constante de fontes alternativas e renováveis de produção de energia que possam suprir a constante demanda energética de uma população em torno de 200 milhões de habitantes, de acordo com os dados mais recentes publicados pelo IBGE.

17 17 Figura 5. Oferta interna de energia por recurso primário no Brasil ano base 2010 (Fonte: Balanço Energético Nacional 2011). Dentro das principais opções de energia limpa e renovável, atualmente disponíveis no Brasil (solar, eólica, marés e biomassa), três aspectos importantes devem ser considerados na escolha e implantação de cada uma delas: viabilidade econômica, sustentabilidade e disponibilidade do recurso que variam de acordo no Brasil que possui dimensões continentais.

18 18 CAPÍTULO 2 ENERGIAS ALTERNATIVAS NO BRASIL O Brasil com uma matriz energética relativamente limpa, baseada principalmente na energia hidráulica, possui condições um de se tornar um país autossuficiente em termos energéticos. Entretanto, fontes renováveis com grande potencial de exploração (solar, eólica, biomassa e marés) ainda possuem pequena ou nenhuma participação na geração de energética brasileira (Figura 6). A participação dessas formas de geração de energia fazse necessária não somente para a diversificação da matriz energética brasileira, mas também, para garantir o abastecimento da crescente demanda do país e a sustentabilidade. Figura 6. Estrutura da matriz energética brasileira (a) participação das fontes de oferta de energia primária; (b) participação das fontes empregadas na produção de eletricidade. Retirado do Atlas de Brasileiro de Energia Solar, publicado em 2006.

19 Energia Solar O sol é a fonte de energia responsável por praticamente todas as outras de energia presentes na Terra e disponíveis para exploração. Quase todas as fontes de energia, hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos, são formas indiretas de energia solar, ou seja, a radiação emitida pelo sol participa, através dos ciclos biogeoquímicos, participa da formação dos outros tipos de energia (Pereira et al., 2006). Ainda que apenas parte da radiação solar atinja a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera, estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial. A energia total incidente sobre a superfície terrestre, ou seja, a disponibilidade de radiação solar para o aproveitamento energético varia de acordo com a latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do ano) devido à inclinação do eixo da Terra e dos movimentos de rotação e translação. A radiação solar também oscila segundo condições climáticas e atmosféricas (CRESESB, 1999). Em termos de fontes alternativas de energia, quando falamos de energia solar estamos nos referindo à captação da radiação solar que pode ser feita de forma ativa ou passiva. O método ativo consiste na transformação dos raios solares em outras fontes de energia (térmica ou elétrica) enquanto o passivo capta os raios solares para o aquecimento de edifícios com concepções sustentáveis de construções. Os sistemas passivos são, geralmente, diretos, ainda que em alguns casos envolvam fluxos de convecção, que é, tecnicamente, um tipo de conversão de calor em energia mecânica. Os sistemas ativos utilizam dispositivos elétricos, mecânicos ou químicos para ampliar a coleta efetiva de energia (CRESESB, 1999). A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre pelos efeitos da radiação solar (calor e luz) sobre materiais denominados semicondutores. O efeito termoelétrico caracteriza-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, gerada a partir da junção de diferentes materiais sobre

20 20 condições específicas enquanto o efeito fotovoltaico ocorre quando os fótons, contidos na luz solar, são convertidos em energia elétrica através de células solares. Atualmente, Japão, EUA e Alemanha são os países que mais tem participação da energia solar nas suas matrizes energéticas. Todavia, a energia solar ainda é pouco utilizada no mundo devido ao seu alto custo de fabricação e instalação, e dos problemas acerca do armazenamento da energia captada. Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados, hoje, no mundo, são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica. No Brasil, em particular, o primeiro é mais encontrado nas regiões Sul e Sudeste, devido a características climáticas, e o segundo, nas regiões Norte e Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia elétrica. As principais vantagens da energia solar são: (a) a abundância e ampla distribuição deste recuso em praticamente todas as partes do mundo, (b) possibilitar a sua utilização em áreas isoladas sem a necessidade de redes de transmissão de longa distância e, (c) o fato de não poluir durante a sua produção e uso. As maiores desvantagens da energia solar são: (a) o baixo rendimento das células solares (em torno de 25%, apenas); (b) o alto custo de sua geração devido aos tipos de materiais utilizados na construção dos painéis solares e fotovoltaicos e, (c) nos impactos gerados pelo descarte dos materiais utilizados na fabricação dos painéis fotovoltaicos. Ainda que a energia solar seja um recurso pouquissimo explorado no Brasil, estudos recentes como o Atlas Brasileiro de Energia Solar indicam o grande potencial de exploração desta fonte energética no país. Devido às características geomorfoclimáticas brasileiras, a radiação solar é abundante praticamente durante todo o ano e em todo o território, fato que favorece a utilização desse recurso. Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, a região Nordeste apresenta a maior disponibilidade energética, seguida pelas regiões Centro-

21 21 Oeste e Sudeste. As características climáticas da região Norte reduzem seu potencial solar médio a valores próximos da região Sul. (Figura 7). Figura 7. Potencial anual médio de energia solar para as regiões brasileiras, exemplificado através da radiação média. Retirado do Atlas Brasileiro de Energia Solar, publicado em Energia Solar Fototérmica O aproveitamento térmico para aquecimento de ambientes, denominado aquecimento solar passivo, ocorre através da absorção ou penetração da radiação solar nas edificações, reduzindo as necessidades de aquecimento e

22 22 iluminação. Melhor aproveitamento térmico da radiação solar pode ser feito com o auxílio de técnicas mais sofisticadas de arquitetura e construção. O aproveitamento térmico para aquecimento de fluidos é feito através do uso de coletores ou concentradores solares. Encontramos os coletores solares (Figura 8) em aplicações residenciais e comerciais (hotéis, restaurantes, clubes, hospitais, etc), para o aquecimento de água, enquanto os concentradores solares são usados em aplicações que requerem temperaturas elevadas como, por exemplo, a secagem de grãos e a produção de vapor (CRESESB, 1999). Figura 8. Ilustração de um sistema de aquecimento de água solar Energia Solar Fotovoltaica Os concentradores solares destinam-se a aplicações que requerem temperaturas mais elevadas, como a secagem de grãos e a produção de vapor. Neste caso, pode-se gerar energia mecânica, com o auxílio de uma

23 23 turbina a vapor, e, posteriormente, eletricidade, por meio de um gerador de corrente elétrica. A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre através de efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores (Figura 9). Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro caracteriza-se pelo surgimento de uma força eletromotriz, provocada pela junção de dois metais, em condições específicas. No segundo, os fótons contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica, através do uso de células solares (CRESESB, 1999). Figura 9. Ilustração de um sistema de geração fotovoltaica de energia elétrica. Retirado do Atlas de Energia Elétrica Brasil, publicado Agência Nacional de Energia Elétrica em Energia Eólica A conversão de energia cinética dos ventos em energia mecânica vem sendo utilizada pela humanidade há mais de 3000 anos, primeiramente em moinhos de vento e navegação. Entretanto, estudos para conversão da energia cinética dos ventos em eletricidade iniciaram-se a cerca de 150 anos na Dinamarca com a construçao das primeras turbinas por pequenas companhias de equipamentos agricolas (Martins et al., 2008).

24 24 Figura 10. Desenho esquemático de uma turbina eólica moderna. Retirado do Atlas de Elétrica do Brasil, publicado pela Agencia Nacional de Energia Elétrica em Posteriormente, estudos em Ciencia e Tecnologia (C&T) permitiram um aumento exponencial na capacidade de geração de energia por fontes eólicas com a evolução dos aerogeradores (Figura 10 e 11). Atualmente, apenas 1% da energia gerada no mundo provém de fontes eólicas porém, a curto prazo e considerando fatores como segurança energética, custo sócioambiental e viabilidade econômica, a energia eólica apresenta-se como a fonte renovável mais promissora para a produção de eletricidade (Figura 12) (de Vries et al. 2007). Ainda que a energia eólica seja uma fonte limpa e renovável, a sua produção também apresenta impactos ambientais, mínimos quando comparados aqueles gerados por outras fontes como os combustiveis fósseis e as hidrelétricas. Os impactos atribuídos aos parques e fazendas eólicas são: a alteração de paisagem, o ruído produzido pelas turbinas e interferência na rota de migratória de aves (Taoli, 2000).

25 25 Figura 11. Evolução tecnológica dos aerogeradores (D: diâmetro, P: potência, H: altura). Retirado de Martins et al., A participação da fonte eólica ainda é pequena nas matrizes energéticas da maior parte do mundo devido ao seu alto custo de geração. Todavia, recentemente esses custos tem caido de forma expressiva devido a evolução tecnológica dos aerogeradores e das linhas de transmissão. Em 2009, a capacidade mundial de geração de energia através de fontes eólicas era de aproximadamente 158 gigawatts (GW), quantidade suficiente para abastercer eletricamente dois países com o consumo energético atual do Brasil. Segundo o Global Wind Energy Council (2010), a energia eólica tem tido a maior taxa de expansão de todas as fontes renováveis de energia disponíveis, com um crescimento médio de 27% por ano desde Os países que apresentam, atualmente, a maior capacidade de produção de enegia eólica são os EUA e a Alemanha, entretanto é na Dinamarca que a demanda por energia elétrica é suprida significativamente por fontes eólicas (cerca de 23%).

26 26 Figura 12. Evolução da capacidade instalada de geração eólica de eletricidade no mundo. Retirado de Martins et al., No Brasil, a capacidade instalada ainda é muito pequena quando comparada a países como Dinamara, EUA, Holanda, Espanha e Alemanha. Entretanto, estudos e políticas de incentivos estão começando a mostrar os primeiros resultados e espera-se um crescimento na exploração deste recurso nos próximos anos. Entre, os estudos mais recentes, destacam-se o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro e a base de dados do projeto SONDA que demonstram o potencial energético e a viabilidade econômica de projetos aproveitando esse recurso no país. De acordo com o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, mais de 71 mil km² do território nacional possui ventos com velocidades superiores a 7 m/s a 50 m que proporcionam, atualmente, um potencial eólico da ordem de 272 TWh/ano de energia. Ainda segundo o atlas, grande parte do potencial eólico nacional está concentrado na costa dos estados do nordeste, devido a concentração de ventos alísios nessa região (Figura 13). Somente a região amazônica e central do Brasil não apresentam condições de vento adequadas para geração de

27 27 eletricidade. Além disso, o potencial da energia eólica no Brasil é mais intenso de junho a dezembro, coincidindo com os meses de menor intensidade de chuvas. Isso coloca o vento como uma potencial fonte suplementar de energia gerada por hidrelétricas. Figura 13. Mapeamento dos recursos eólicos no território brasileiro. Retirado do Atlas do Potencial Eólico Brasileiro (2001). Em 1992, foi instalada a primeira turbina de energia eólica do Brasil localizada em Fernando de Noronha. Dez anos depois, com a criação do Proinfa (Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica), a produção de energia eólica no Brasil vem crescendo substancialmente de 22 MW em 2003 para 602 MW em 2009, quase 1000 MW em Projetos, aprovados pela ANEEL, já estão em construção e devem ampliar o potencial para 2.139,7 MW. Considerando o potencial eólico, hoje, instalado e o os projetos em construção com entrega marcada para 2013, o país atingirá no

28 28 final de 2013 a marca dos MW. Estima-se que até 2014 deve ser atingida a capacidade de MW. 2.3 Energia das Marés Energia maremotriz é o modo de geração de eletricidade através da utilização da energia contida no movimento de massas de água devido às marés. Mais especificamente, essa energia é causada pela diferença de altura entre as marés alta e baixa. As marés podem ser traduzidas como variações periódicas do nível do mar que, também, estão associadas às correntes. Elas são resultado das interações gravitacionais entre a Terra e outros astros (principalmente a Lua e o Sol). A ideia de extrair a energia dos oceanos, utilizando a diferença entre marés, não é recente. Há relatos de moinhos submarinos instalados na entrada de baías estreitas já no século XII na Europa. Posteriormente, mais precisamente no início do século XX, a exploração das marés na produção de energia foi observada na Alemanha: tanques de cultivo de ostras ligados ao mar através de um canal continham turbinas que moviam um pequeno gerador eléctrico, as quais eram ativadas durante a passagem da água das marés. Hoje, apenas no Japão, França, Portugal e Inglaterra, observamos a utilização deste recurso na produção de energia. A energia das marés pode ser captada sob duas formas: (a) energia potencial pelas variações do nível do mar; (b) energia cinética pelas correntes marítimas. O aproveitamento da energia potencial das marés é bastante simples e dá-se através da construção de diques, barragens e reservatórios com turbinas que são acionadas pela passagem da água tanto na maré enchente quando na maré vazante (Figura 14). Os requisitos para a exploração da energia potencial são: (a) costa apropriada para a construção do reservatório; (b) marés e correntes fortes; (c) diferença de nível das marés de no mínimo 5,5 metros entre a maré baixa e a maré alta.

29 29 Figura 14. Diagrama funcional simplificado de um sistema de grandes dimensões que produz energia a partir de uma barragem de marés oceânicas. Retirado de O aproveitamento da energia cinética das marés utiliza os mesmo princípios bases do funcionamento das turbinas eólicas, entretanto a força que move as hélices são as correntes marinhas e não o vento (Figura 15). Os requisitos para a exploração da energia cinética são: (a) velocidade mínima da corrente, cerca de 1 m/s variando com a tecnologia; (b) instalação em profundidades baixas, geralmente na proximidade das costas. A principal vantagem da energia produzida a partir das ondas do mar e marés é estabilidade e alto potencial de produção energética devido a abundância do recurso cuja distribuição é ampla em todo o mundo e o fato de, praticamente, não sofrer alterações em função de mudanças climáticas. As principais desvantagens da energia produzida a partir das ondas do mar e marés são: (a) ser um meio de geração de energia com investimento inicial caro e com tecnologia ainda em desenvolvimento; (b) o impacto

30 30 ambiental que poderia provocar alterações na circulação de águas do ecossistema devido a modificações geradas pelas instalações dos sistemas. Figura 15. Esquema de uma turbina subaquática. Retirado de Biomassa Do ponto de vista energético, biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. A biomassa pode fornecer não somente energia elétrica, mas também, biocombustíveis como o biodiesel e o etanol. A demanda pelos biocombustíveis cresce fortemente em vista da necessidade de substituição dos derivados de petróleo como o óleo diesel e a gasolina que são muito mais poluentes e cuja geração provoca impactos muito maiores. Segundo o Atlas de Energia Elétrica do Brasil, a biomassa é uma das fontes para produção de energia com maior potencial de crescimento nos próximos anos. Tanto no mercado internacional quanto no mercado brasileiro,

31 31 ela é considerada uma das principais alternativas para a diversificação da matriz energética e redução da dependência dos combustíveis fósseis. Atualmente, a biomassa corresponde a 10% de toda energia produzida no mundo sendo que 8,4% desta, gerada a partir de fontes tradicionais e não sustentáveis como o carvão vegetal e apenas 1,6% provêm de formas modernas. Entretanto, a fração da biomassa usada nas diferentes partes do mundo varia muito, de 2% nos países da OCDE até 60% em algumas regiões da África. Projeções recentes indicam que a participação da biomassa aumentará para 20% nos próximos anos (Goldemberg, 2009). Existe um grande número de tecnologias de conversão energética da biomassa, adequadas a aplicações de pequeno, médio e grande porte que incluem gaseificação, produção de calor, eletricidade, recuperação de energia de resíduos sólidos urbanos e gás de aterros sanitários além dos biocombustíveis (Figura 16). Contudo, as tecnologias de conversão de biomassa para formas de energia utilizáveis comercialmente variam em escala, qualidade e custo. De acordo com dados do Balanço Energético Nacional, do Ministério das Minas e Energia (2004), a biomassa corresponde a 27% da matriz energética brasileira, com participação de 11,9% de carvão vegetal, 12,6% de bagaço de cana-de-açúcar e 2,5% para outras fontes. As principais vantagens do aproveitamento energético da biomassa são: (a) o desenvolvimento de regiões menos favorecidas economicamente, por meio da criação de empregos e da geração de receita, reduzindo o problema do êxodo rural e da dependência externa de energia, devido a sua disponibilidade local, (b) redução dos resíduos urbanos e agrícolas e (c) redução das emissões de carbono causadoras de fortes impactos ambientais.

32 32 Figura 16. Diagrama esquemático dos processos de conversão energética da biomassa. Retirado do Atlas de Energia Elétrica Brasil, publicado pela Agência Nacional de Energia Elétrica em Biocombustíveis Recentemente, os biocombustíveis tem despertado grande interesse diante da problemática envolvendo os combustíveis fósseis e o Brasil esta na vanguarda da produção deste tipo de energia. A atual produção de biocombustíveis engloba como matérias-primas não somente os grãos cultivados para este fim, mas também, a biomassa de lignocelulose de resíduos orgânicos (e.g., palha de arroz e trigo, resíduos de madeira, bagaço de cana-de-açúcar). Há diversos processos que podem ser utilizados na produção de biocombustíveis, o mais empregado consiste de um pré-tratamento que separa a lignina da longa cadeia de açúcares (celulose e hemicelulose), com a despolimerização em açúcar simples, e, finalmente, fermentação em álcool. Entretanto, estratégias alternativas estão sendo exploradas: (a) a combinação do pré-tratamento, despolimerização e fermentação num único processo; (b) a conversão da biomassa em gás sintético (mistura de monóxido de carbono e hidrogênio), o qual é, então,

33 33 convertido em combustível hidrocarboneto e (c) a produção via microrganismos, como as algas ou bactérias Resíduos Sólidos Urbanos e Biogás Segundo Lima (1995), a crise de petróleo na década de 70 desencadeou, na Europa, o início de projetos utilizando de resíduos sólidos urbanos na produção de energia. Entretanto, a conversão dos resíduos sólidos para geração de energia ganhou destaque apenas recentemente no cenário energético quando da crescente problemática envolvendo a problemática do lixo urbano. Atualmente, a conversão dos resíduos sólidos em combustível é considerada uma fonte, praticamente, inesgotável de energia alternativa (Vanzin et al. 2005). Na produção de combustíveis a partir de resíduos, são utilizados métodos biológicos baseados em atividade microbiana. O metabolismo de bactérias anaeróbias transforma a matéria orgânica em combustível como, por exemplo, o gás metano (Lima, 1995). Segundo Ensinas (2003), o biogás contém aproximadamente 50% de metano e considerasse combustível de valor médio a baixo, que pode ser utilizado em numerosas aplicações, como o uso de combustível direto em aquecimentos, geração de energia elétrica e subprodutos químicos comerciais. Além da redução dos resíduos e dos gases emitidos em aterros, especialmente o metano, que podem causar explosões em quantidades relativamente pequenas no ambiente (5 a 15%), a utilização do biogás pode gerar receita não somente com a venda da energia gerada, mas também, com venda da energia verde e de outros produtos que podem diminuir os custos de operação e manutenção do próprio aterro. A energia do biogás obtida pela degradação anaeróbica em aterros sanitários e estações de tratamento possui baixo custo e pode substituir a combustão de combustíveis fósseis e, também, garantir créditos de carbono no sistema Mecanismo de Desenvolvimento Limpo pela reduz as emissões de metano (gás de efeito estufa).

34 34 CAPÍTULO 3 ENERGIA E SUSTENTABILIDADE A prestação de serviços de energia a preços acessíveis e ambientalmente sustentáveis são pré-requisitos para o desenvolvimento social e econômico no mundo (César & Sezar, 2005). Entretanto, este é um grande desafio se considerarmos que dois bilhões de pessoas, ainda hoje, não tem acesso a serviços energéticos adequados no mundo. Estes dois bilhões são, provavelmente, as mesmas pessoas que vivem na pobreza e não têm acesso a serviços essenciais como: água potável, saneamento, educação e saúde, mas que, contudo, sofrem igualmente com a degradação ambiental causada pelo consumo energético inadequado dos outros bilhões que têm acesso aos serviços energéticos (Tessmer, 2009). O relatório do Inter Academy Council (2007) assinalou que o maior dos desafios da humanidade neste século será a construção de um futuro de energia sustentável visto que o conceito de sustentabilidade energética abrange não somente a necessidade de garantir uma oferta adequada de energia para atender as necessidades futuras, mas fazê-lo de modo que: (a) seja compatível com a preservação dos sistemas naturais essenciais, inclusive impedindo mudanças climáticas catastróficas; (b) amplie os serviços básicos de energia aos mais de dois bilhões de pessoas em todo o mundo que atualmente não têm acesso às modernas formas de energia; e (c) diminua substancialmente os riscos à segurança e potenciais conflitos geopolíticos que possam surgir devido a uma competição crescente por recursos energéticos irregularmente distribuídos. O atual modelo energético global que se baseia, em grande parte, na utilização de fontes não renováveis e poluentes está, certamente, fadado ao colapso dentro de algumas décadas (Martins et al., 2008). Isto fica claro quando observamos a crescente demanda pelos recursos naturais para suprir uma população mundial em franca expansão numérica que consome dez vezes mais do que no início do século passado. Somado a este fato, temos

35 35 que as principais fontes de energia como, por exemplo, os combustíveis fósseis são apontados como os maiores causadores de impactos ambientais e das mudanças climáticas (Figura 17). Figura 17. Evolução e projeção do consumo de energia no mundo (Retirado de Castellani, 2008). Com o delineamento de um cenário energético catastrófico para os próximos 100 anos, o desenvolvimento e o aperfeiçoamento das técnicas de obtenção de energia a partir de fontes alternativas, limpas e renováveis, cujo potencial ainda é praticamente inexplorado, torna-se imprescindível. Entretanto, sabemos que a busca por fontes alternativas de energia está diretamente subordinada, a dois diferentes fatores: (a) diminuição das fontes convencionais (petróleo, carvão, etc) e (b) busca por autossuficiência energética baseada numa matriz diversa que incluam fontes renováveis e não poluentes de energia. A formação de uma matriz energética diversa é conduzida por quatro diferentes vertentes: (a) econômica, (b) social, (c) ambiental e (d) estratégica, tanto no que se refere ao desenvolvimento das fontes alternativas de energia

36 36 como na partilha dos recursos para sua geração que, como sabemos, não estão distribuídos uniformemente pelo globo. Na busca pelo desenvolvimento de matrizes energéticas diversificadas baseadas em energias renováveis, a vertente econômica tem como principal meta incentivar o aproveitamento de vocações energéticas locais que, dependendo do recurso explorado, resultará em ganhos financeiros e crescimento econômico local. Quando a diversificação da matriz energética é fomentada, a vertente social é direta e indiretamente atingida na medida em que o estímulo a fontes alternativas de energia permitem o abastecimento mais amplo, democrático e contínuo da população e do setor industrial que, por sua vez, promoverá a geração de novos postos de trabalho nas mais diferentes esferas. O principal objetivo da vertente ambiental é o aumento substancial da participação das fontes renováveis na matriz energética, pois produzem impactos ambientais menores e menos extensos do que aqueles gerados pelos recursos convencionais. Contudo, para garantir a oferta adequada e a qualidade ambiental, faz-se necessário também o aprimoramento das tecnologias de exploração e uso combustíveis fósseis e de outras formas largamente utilizadas para geração de energia como, por exemplo, a nuclear (no Japão e na Europa) e hidráulica (no Brasil) que poderão, então, assegurar a utilização desses recursos por mais tempo. Os propósitos da vertente estratégica na construção de uma matriz energética diversa estão diluídos, de certa forma, em todas as outras vertentes (econômica, social e ambiental). Contudo, podemos dizer que o seu foco é a redução na dependência em relação a uma fonte de energia particular, garantindo o abastecimento futuro e, também, a possibilidade de conflitos por conta de recursos que, como já dissemos, anteriormente, possui distribuição irregular no mundo.

37 37 Os serviços de energia podem desempenhar uma gama de papéis diretos e indiretos para auxiliar a atingir as Metas de Desenvolvimento do Milênio: Reduzir a pobreza extrema pela metade. O acesso aos serviços de energia facilita o desenvolvimento econômico microempresas, atividades de subsistência que se estendem além das horas de luz do dia, negócios de proprietários locais, que criarão empregos, e contribui para diminuir a desigualdade digital. Reduzir a fome e melhorar o acesso à água potável de qualidade. Os serviços de energia podem melhorar o acesso à água potável bombeada e fornecer combustível para cozinhar os 95% dos alimentos que são a base da alimentação que precisam ser cozidos antes de serem consumidos. Reduzir a mortalidade materna e infantil; e reduzir as doenças. A energia é um componente-chave de um sistema de saúde funcional, contribuindo, por exemplo, para iluminar centros cirúrgicos, refrigerar vacinas e outros medicamentos, esterilizar equipamentos e fornecer transporte para clínicas de saúde. Garantir educação primária universal e promover igualdade de gêneros, com mais poder para as mulheres. Os serviços de energia reduzem o tempo gasto por mulheres e crianças (especialmente as meninas) em atividades básicas de sobrevivência (juntar madeira para fazer fogo, buscar água, cozinhar etc.); a iluminação permite que se estude em casa, aumenta a segurança e torna possível o uso de recursos educacionais de mídia e de comunicação em escolas, incluindo as tecnologias de informação e de comunicação. Assegurar a sustentabilidade ambiental. Mais eficiência em energia e o uso de alternativas mais limpas podem ajudar a atingir o uso sustentável de recursos naturais, bem como reduzir emissões, o que protege o meio ambiente local e global. O fornecimento dos serviços de energia necessários para sustentar o crescimento econômico e, inversamente, evitar uma situação na qual a falta de acesso a tais serviços restringe o crescimento e o desenvolvimento permanece sendo um objetivo programático central para todas as nações, um desafio particularmente importante para as nações em desenvolvimento, considerando-se os Figura 18. Quadro com as metas do milênio para energia e desenvolvimento. Retirado de Lighting the way: Toward a sustainable energy future, publicado pelo Inter Academy Council em 2007.

38 38 É importante lembrar que para atingir a sustentabilidade energética serão necessárias mudanças significativas que não se limitam a alterações nos tipos de recursos utilizados para sua geração, ou seja, não bastará a simples substituição ou redução no uso de fontes como petróleo e o urânio na geração de energia. Será necessário, também, o constante aperfeiçoamento das tecnologias de produção e utilização das formas de geração de energia já existentes. No Brasil, da mesma forma que nas outras partes do mundo, os métodos alternativos de geração de energia permitem a exploração sustentável dos recursos naturais, pois minimizam os impactos ambientais geradas na produção e uso da energia e, também, garantem o fornecimento para a crescente demanda nacional. O atual cenário energético brasileiro, ainda que apresente uma matriz prioritariamente renovável ainda precisa aumentar a participação das demais fontes renováveis de energia para assegurar a sustentabilidade e a fornecimento (Figura 18). Podemos dizer então que, em termos energéticos, a sustentabilidade implicará na exploração adequada dos recursos, ou seja, que as diversas fontes de energia (renováveis e não renováveis) sejam empregadas qualitativamente e quantitativamente de forma compatível com sua disponibilidade e capacidade de renovação. E que, o real desenvolvimento darse-á somente quando o crescimento econômico estiver subordinado à utilização racional e responsável dos recursos naturais que, então, não comprometerão o direito das futuras gerações a uma existência em um meio ambiente saudável (Figura 19).

39 39 Figura 19. Participação das fontes renováveis no Brasil em três diferentes cenários. Retirado de Agenda Elétrica Sustentável 2020, publicado em setembro de Recentemente, substanciais avanços, incluindo políticas públicas e ambientais favoráveis, fomentos públicos e privados e parcerias tecnológicas, têm impulsionado o crescimento da energia renovável. Entretanto, sabemos que nenhuma das fontes de energia alternativa possui vantagens econômicas claras em relação ao petróleo (Sachs, 2007), fato que dificulta a sociedade na adoção de tecnologias de energia renováveis e equipamentos mais eficientes (Hinrichs e Kleinbach, 2003). Dessa forma, melhorias na capacidade de armazenagem de energia, tecnologias de conversão e na capacidade de transmissão de longa distância

40 40 são essenciais na expansão da base de recursos e na redução dos custos associados ao desenvolvimento da energia renovável para torná-la realmente viável. Uma vez que os mercados não irão produzir os resultados desejados caso incentivos fiscais e suporte tecnológico adequado não sejam fornecidos, os governos terão inicialmente o dever de criar condições de infraestrutura, pesquisa e desenvolvimento para a implantação das energias alternativas até que estas se tornem estruturalmente e economicamente exequíveis.

41 41 CONCLUSÕES Desde os primórdios, a questão energética sempre teve papel de relevante na estruturação social e econômica humana e tornou-se ainda mais relevante após a Revolução Industrial no final do século XVIII com o aumento exponencial do consumo de recursos naturais para produção de energia. A crescente demanda energética por fontes convencionais de energia como, por exemplo, combustíveis fósseis nas sociedades modernas criaram um modo de vida pouco sustentável e que vem gerando significativos impactos ambientais. Além da degradação ambiental provocada por diversos tipos de acidentes ambientais relacionados ao petróleo, o consumo dessas fontes promove alterações na concentração atmosférica de gases de efeito estufa. Diversas alterações de origem antrópica podem ser atribuídas à produção e consumo energia. Estas alterações vêm gerando as chamadas mudanças climáticas que provocam não somente o aumento das temperaturas médias de inúmeras regiões do mundo, mas também, incalculáveis efeitos deletérios extremos no meio ambiente. Diante deste cenário, as fontes alternativas de energia surgem como uma proposta de produção e consumo mais sustentável de energia, pois causam menor impacto ambiental tanto no processo produtivo quanto no seu consumo. Para tal, estudos sobre o desenvolvimento de fontes renováveis de energia são cruciais para garantir o fornecimento de energia diante de uma crescente demanda mundial.