Energias alternativas: Vantagens e desvantagens e viabilidades técnicas no Brasil

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1 Energias alternativas: Vantagens e desvantagens e viabilidades técnicas no Brasil Disciplina: Química ambiental/ Química do meio ambiente Profº Dr. Rafael Arromba de Sousa Grupo: Diego Lawandovski Juliana de Almeida Rodrigo Fraga

2 O que são energias alternativas? 2

3 Definição: São aquelas que se apresentam como alternativa ao uso das fontes tradicionais de energia (petróleo, gás natural, hídrica e carvão mineral principalmente). As fontes alternativas de energias são renováveis, pouco ou não poluentes, além de apresentar a vantagem de ter baixos índices de agressão ambiental. 3

4 Exemplos de fontes alternativas de energia: Energia eólica Energia solar Energia geotérmica Energia maremotriz (das marés) Biomassa Nuclear* 4

5 *Observação: Por definição, a energia nuclear se encaixa como uma energia alternativa, porém ela é uma das principais fontes produtoras de energia, sendo as outras duas a hidrelétrica (que utiliza a energia dos rios) e a termoelétrica (que utiliza combustíveis fósseis). A energia nuclear corresponde a 2,7% da matriz energética do Brasil. Dependência da energia nuclear França Bélgica Eslováquia 77,7% 54% 54% 5

6 O Brasil possui a matriz energética mais renovável do mundo industrializado e sua produção de energia é: 81,7% proveniente de usinas hidrelétricas 18,3% proveniente de outras fontes Matriz energética mundial: 13% de fontes renováveis no caso de países industrializados 6% entre as nações em desenvolvimento. 6

7 Energia Solar Fusão de átomos de hidrogênio no sol Liberação de energia que viaja pelo espaço na forma de ondas eletromagnéticas Parte da energia atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de cerca de W/m 2 Perdas por reflexão e absorção pela atmosfera Num dia de céu claro é possível medir junto à superfície terrestre num plano perpendicular, cerca de W/m 2. O total dessa energia que incide na superfície terrestre é superior a vezes o consumo anual de energia em todo planeta. 7

8 Presença da energia solar em nosso planeta Presente em várias formas: Radiação eletromagnética; Energia potencial da água da chuva que evapora do mar devido ao aquecimento da água pela radiação, que é carregada pelos ventos até uma região de altitude superior ao nível do mar; Nas ligações químicas nas estruturas das plantas criadas pela fotossíntese e logo na biomassa em geral; No petróleo e carvão mineral que um dia foram biomassa; No movimento dos ventos, pela alteração da temperatura e consequente alteração da pressão do ar atmosférico; 8

9 Há duas formas comuns de transformar a radiação solar em energia elétrica Solar térmica 9

10 Maior usina solar térmica do mundo localizada na Califórnia Capacidade de produção: 392 MW 140 mil casas Redução de emissão em CO 2 : 400 mil toneladas por ano Número de espelhos: 350 mil Custo da usina: 2,2 bilhões de dólares 10

11 Fotovoltaica Modificado de: 11

12 Como é usada a energia transformada pelo efeito fotovoltaico A eficiência das células solares comerciais está entre 15-20%. A bateria não é obrigatória. Pode-se direcionar a energia produzida em excesso para a rede elétrica reduzindo o valor pago na conta de luz. 12

13 Outros tipos de uso da energia solar Aquecimento de água de abastecimento (e.g. para banhos). Representa 1,03% da matriz energética do Brasil em 2013; Secagem de produtos agropecuários; Destilação solar para descontaminação de águas; Calor solar em processos industriais que ocorrem a baixas temperaturas (menores que 250 C). 13

14 Vantagens e Desvantagens Vantagens: A energia solar como todas as energias renováveis não polui. As centrais necessitam de manutenção mínima. Os painéis solares são a cada dia mais eficientes ao mesmo tempo que seu custo vem caindo. A energia solar não apresenta qualquer tipo de poluição sonora, contraditoriamente a certas energias. Dispensa quilômetros de cabeamento para levar energia a poucas moradias afastadas dos centros. Um sistema fotovoltaico ligado a rede elétrica com todos seus componentes, tem vida útil estimada entre 30 a 40 anos. 14

15 Desvantagens: Os preços são mais elevados Média anual da radiação solar diária / MJ(m 2.dia) -1 Usam materiais não renováveis A reciclagem de módulos fotovoltaicos teve início recente na Europa e somente 80% do que o compõe pode ser reciclado Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climática, posição geográfica, e estação do ano As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes A construção de uma usina ocupa um grande espaço TIBA, C.; FRAIDEINRAICH, N. Atlas Solarimétrico do Brasil, UFPE,

16 Biomassa Definição: Resíduos biológicos de origem recente. Não se contabiliza os tradicionais combustíveis fósseis, pois requerem milhões de anos para se formarem. A biomassa pode ser considerada um recurso natural renovável, contrariamente aos combustíveis fosseis. Participa do ciclo do carbono não altera a composição da atmosfera. Nem toda a energia armazenada na biomassa pode ser utilizada, parte dela é usada pelo ecossistema para sua própria manutenção. 16

17 Classificação dos resíduos da biomassa: Sólidos urbanos; Animais; Vegetais; Industriais; Florestais. Resíduos sólidos urbanos: Usados por meio da queima direta que já é adotada nos países desenvolvidos. Resíduos animais: O método indicado para esse tipo de resíduo é a digestão anaeróbica. Resíduos vegetais: Necessitam de um pré tratamento Disponibilidade é sazonal 17

18 Transformação da Biomassa para facilitar extração de Energia 18

19 Formas de utilizar a energia proveniente da biomassa Combustão: Queima da biomassa a altas temperaturas na presença abundante de oxigênio; Produz vapor a alta pressão; Esse vapor geralmente é usado em caldeiras ou para mover turbinas. É uma das formas mais comuns hoje em dia e sua eficiência energética situa-se na faixa de 20 a 25%; Co-combustão: Substitui parte do carvão mineral utilizado em usinas termoelétricas por biomassa; Redução significativa da emissão de poluentes; Desempenho da biomassa encontra-se entre 30 e 37%; Atrativa e econômica atualmente. 19

20 Vantagens e Desvantagens Vantagens: Baixo custo de aquisição; Não emite dióxido de enxofre; As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de combustíveis fósseis; Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos); Menor risco ambiental; Recurso renovável; Emissões não contribuem para o efeito estufa; Dá utilidade à parcela do lixo não reciclável. 20

21 Desvantagens: Menor poder calorífico em comparação aos combustíveis fósseis; Maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera; Dificuldades no estoque e armazenamento. 21

22 Energia Eólica Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre através da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação com o emprego de turbinas eólicas, gerando energia elétrica. 22

23 Aerogerador 23

24 Aerogeradores 24

25 As usinar eolicas são viaveis em regiões onde a velocidade media dos ventos é superior a 6 m/s O maior potencial eólico disponível instalado no Brasil está na Região Nordeste. acesso em 15/02/

26 Vantagens da Energia Eólica É inesgotável; Não emite gases poluentes nem gera resíduos; não sendo necessário a implementação de linhas de transmissão para alimentar certas regiões. Desvantagens da energia eólica 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; O custo elevado desta energia, dificulta a sua implementação como energia alternativa. 26

27 Energia Geotérmica Energia geotérmica é a energia adquirida a partir do calor existente nas camadas subterrâneas da Terra, sendo convertido em energia cinética de rotação e posteriormente em energia elétrica. Hudson Ranch Geotermal Power Station (EUA) 27

28 Há três formas de utilizar a energia geotérmica: 1. Utilização direta: reservatórios geotérmicos de temperaturas baixas moderadas (20ºC-150ºC) podem ser aproveitadas diretamente para fornecer calor para a residências, indústria, termas e outros aproveitamentos comerciais 2. Bombas de calor geotérmicas (BCG): Aproveitam as diferenças de temperatura entre o solo e o ambiente, fornecendo calor e frio. 3. Centrais Geotérmicas: aproveitamento direto de fluidos geotérmicos em centrais a altas temperaturas (> 150 C), para movimentar uma turbina e produzir energia eléctrica. 28

29 Central geotérmica Encyclopedia Britannica, inc

30 Vantagens: Limpa. Não há contaminação em solos ou água: As instalações não precisam barrar rios ou de retirar florestas, não há minas, túneis, covas abertas... Fiável: Podem funcionar 24 horas por dia, sem problema de intermitencia. Flexível: As centrais geotérmicas podem ter desenhos modulares. 30

31 Desvantagens: Aproximadamente todos os fluxos de água geotérmicos são constituídos por gases dissolvidos, sendo que estes gases são enviados para a central de geração de energia junto com o vapor de água e enviados a atmosfera. Por exemplo o ácido sulfidrico (H 2 S). Em Zonas frias, as centrais geotérmicas utilizam de anti-gelificantes que produzem CFCs. Sistema de custo inicial elevado. Custo de manutenção de canos. Quando uma grande quantidade de fluido aquoso é retirada da Terra, há sempre uma hipótese de ocorrer subsistência na superfície. O mais drástico exemplo de um problema desse tipo numa central geotérmica está em Wairakei, Nova Zelândia. O nível da superfície afundou 14 metros entre 1950 e 1997 e está a deformar a uma taxa de 0,22 metro por ano, após alcançar uma taxa de 0,48 metros por ano em meados dos anos acesso em 15/02/

32 Energia geotérmica no Brasil: No Brasil, a energia geotérmica é utilizada apenas na forma de água aquecida, como no caso dos parques termais de Caldas Novas (GO) e Poços de Caldas (MG). O territorio brasileiro está situado numa placa tectonica antiga, e não possui formações que tornam possíveis o uso de rochas aquecidas para gerar energia elétrica. Porém os aquíferos do Guarani e do Alter do Chão são classificados como fontes geotermicas de baixas temperaturas (entre 35 C e 148 C). Podendo ser utilizada em residências e sistemas de calefação. 32

33 Energia maremotriz A energia maremotriz produz eletricidade através da conversão da energia criada pelo movimento de ondulação das massas de água em energia elétrica. Ela pode ser obtida pelas ondas ou marés. A energia maremotriz pode ser obtida de duas formas: Energia potencial pelas variações do nível do mar; Energia cinética pelas correntes marítimas. 33

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36 Vantagens: É uma energia renovável. Não produz qualquer tipo de poluição. Estão menos dependentes das condições da costa. Desvantagens: Instalações de potência reduzida; Requer uma geometria da costa especial e com ondas de grande amplitude. Impossibilita a navegação (na maior parte dos casos). A deterioração dos materiais pela exposição à água salgada do mar. 36

37 Energia maremotriz no Brasil: A topografia do litoral brasileira não favorece a construção econômica de reservatórios, tendo pouquíssimo aproveitamento. Algumas cidades brasileiras possuem amplitudes de marés chegando de 6 8 metros, mas não é o suficiente para o Brasil produzir esse tipo de energia. No maranhão houve a tentativa de implantar a primeira usina maremotriz do Brasil. A barragem do Bacanga possui especificações idéias para gerar eletricidade. O local possui um extenso lago, a barragem, alta diferença de marés e as comportas, mas não há turbinas nem material para converter a energia da maré em energia elétrica. Ao final da obra, a energia gerada pela usina do Bacanga irá abastecer o campus da UFMA. 37

38 Fontes alternativas de energia no Brasil O Brasil ainda usa pouco as fontes alternativas de energia. Energia elétrica gerada no Brasil tem como fonte principal as usinas hidrelétricas. Esse é um grande problema, pois em casos de crise hídrica pode ocasionar necessidade de racionamento de energia, além do aumento do preço. A boa notícia é que vem aumentando no Brasil, nas últimas décadas, o uso de três importantes fontes alternativas de energia: eólica, solar e biomassa. 38

39 O Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) Objetivos: Aumentar a participação da energia elétrica produzida por empreendimentos concebidos com base em fontes eólica, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas no Sistema Elétrico Interligado Nacional (SIN); Promover a diversificação da Matriz Energética Brasileira; Buscar alternativas para aumentar a segurança no abastecimento de energia elétrica; Permitir a valorização das características e potencialidades regionais e locais. Como o PROINFA permitiu isso? Foi estabelecido que o valor pago pela energia elétrica adquirida, além dos custos administrativos, financeiros e encargos tributários incorridos pela Eletrobrás na contratação desses empreendimento, fossem rateados entre todas as classes de consumidores finais atendidas pelo SIN, com exceção dos consumidores classificados na Subclasse Residencial de Baixa Renda (consumo igual ou inferior a 80 kwh/mês). 39

40 Isso torna as energias de fontes alternativas economicamente viáveis no Brasil, principalmente aquelas construídas para suprir as necessidades das comunidades isoladas do país. O PROINFA é direcionado a unidades de maior porte, logo a energia solar que é direcionada a sistemas de pequenos porte para comunidades isoladas não é contemplada nesse programa. 40

41 Referências: 1. BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, Dias, A. dos S., Santos, T. A. R. PDIS Energia das Marés e Ondas. Livro didático Acessado em 22/02/ Acessado em 22/02/ Acessado em 22/02/ Acessado em 15/02/ acesso em 15/02/ Vanni S.R. Estudo de viabilidade econômica de fontes alternativas de energia de uma comunidade típica da região nordeste do Brasil. Dissertação, IPEN, São Paulo, Acessado em 09/02/ FROTA A.B.; SCHIFFER S.R. Manual do conforto térmico, 7ª ed, Studio Nobel,

42 11. Acessado em 10/02/ ia_solar.html. Acessado em 12/02/ Acessado em 12/02/ Acessado em 16/02/ Acessado em 18/02/ Acessado em 18/02/ Acessado em 19/02/ Acessado em 20/02/

43 Obrigado! 43