FACULDADE DE ENGENHARIA

Transcrição

1 FACULDADE DE ENGENHARIA Engenharia, Meio Ambiente, Matéria e Energia Profa. Aline Sarmento Procópio Dep. Engenharia Sanitária e Ambiental

2 Lei da Conservação da Matéria Em qualquer sistema, físico ou químico, não se cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra. PODEMOS ACABAR COM A POLUIÇÃO AMBIENTAL? Poluentes serão sempre gerados e sempre teremos resíduos

3 Consequências dessa Lei resíduos incorporados ao meio reciclagem na natureza: CICLOS BIOGEOQUÍMICOS PODE HAVER EQUILÍBRIO OU NÃO CENÁRIO ATUAL desequilíbrio entre GERAÇÃO DE RESÍDUOS/POLUENTES e RECICLAGEM DO MEIO

4 Primeira Lei da Termodinâmica A energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada ou destruída. Entrada de energia = saída de energia

5 Segunda Lei da Termodinâmica Toda transformação de energia envolve rendimentos inferiores a 100%. degradação da qualidade de energia (geralmente na forma de calor transferido para o meio)

6 Exemplos da Segunda Lei Carros: somente de 20-25% 25% de gasolina produz energia útil (mecânica e elétrica) Imagem: azooptics.com Lâmpada incandescente: apenas 5% da energia é luz, o resto é calor de baixa qualidade

7 Leis de Troca de matérias e energia e Sustentabilidade Economias de alta produtividade não sustentáveis MAIORIA DAS NAÇÕES DESENVOLVIDAS - SOLUÇÃO? Energia de baixa qualidade (CALOR) Desperdício e poluição (MATÉRIA RESIDUAL) Economias de reciclagem e reaproveitamento de matéria em uma Economia de Alta Produtividade ou, como melhor saída: Economias de Baixa Produtividade Sustentáveis diminuição do DESPERDÍCIO Utilização eficiente de matéria e energia

8 TODAS AS FORMAS DE VIDA DEPENDEM DO FLUXO DE ENERGIA E DA RECICLAGEM DA MATÉRIA; SEUS PROCESSOS SÃO REGIDOS PELAS 3 LEIS BÁSICAS SOBRE MATÉRIA E TERMODINÂMICA.

9 Século XX oferta farta de energia Breve histórico (principalmente de combustíveis fósseis) Século XXI o cenário mudou necessidade do desenvolvimento sustentável: disponibilidade energética compatível com o acentuado aumento do consumo (principalmente nos países em desenvolvimento) necessidade de substituição de fontes tradicionais por recursos menos agressivos ao meio ambiente adesão a práticas mais eficientes obtenção do mesmo resultado utilizando menor quantidade de energia

10 Crise ambiental no setor energético Dois grandes problemas ambientais detectados nos anos 90: Aquecimento global combustíveis fósseis Esgotamento (a médio prazo) dos recursos naturais DESAFIO: REDUÇÃO DO IMPACTO AMBIENTAL SIMULTANEAMENTE AO AUMENTO DA OFERTA DE ENERGIA FOCO DIVERSIFICAR E LIMPAR A MATRIZ ENERGÉTICA

11 Altino Ventura Filho

12 Altino Ventura Filho

13 Altino Ventura Filho

14 Altino Ventura Filho

15 Altino Ventura Filho

16 Altino Ventura Filho

17 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Hidrelétrica - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Tucuruí

18 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Hidrelétrica - 2 tipos de reservatórios: acumulação ou fio d água RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

19 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Hidrelétrica - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Principais variáveis utilizadas na classificação de uma usina hidrelétrica: altura da queda d água vazão localização capacidade ou potência instalada fatores interdependentes tipo de turbina empregada tipo de barragem reservatório Altura da queda d água: baixa até 15 metros alta de 15 até 150 metros

20 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Hidrelétrica - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Potência instalada: Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH): até 1 MW Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH): entre 1,1 MW e 30 MW Usina Hidrelétrica de Energia (UHE): mais de 30 MW grandes linhas de transmissão em tensões alta e extra-alta (de 230 quilovolts a 750 quilovolts) BRASIL: 227 CGHs (120 MW de potência instalada total) 320 PCHs (2.400 MW de potência instalada total) 159 UHE ( MW de potência instalada total) (ANEEL, 2008)

21 USINA DE ITAIPU capacidade instalada de MW 20 unidades geradoras de 700 MW Altura da queda d água: entre 84 e 128 metros (abre-se o vertedouro)

22 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Hidrelétrica - PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS: - Grandes áreas alagadas perda de diversidade biológica local -Emissão de gases de efeito estufa pelos reservatórios (menor escala em relação às termelétricas)

23 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Biomassa - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Várias rotas tecnológicas para obtenção da energia elétrica a partir da biomassa EM TODAS: conversão da matéria-prima em um produto intermediário produção de energia mecânica que acionará o gerador de energia elétrica Origem da matéria orgânica utilizada: florestal (madeira, principalmente) agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outras) rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos) UMA DAS FONTES COM MAIOR POTENCIAL DE CRESCIMENTO

24 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Biomassa - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Ciclo a vapor com turbinas de contrapressão: o material orgânico é queimado em uma caldeira energia térmica (vapor) turbina energia mecânica gerador energia elétrica Ao fim do processo vapor atende à necessidades térmicas do processo produtivo: CO-GERAÇÃO DE ENERGIA Ciclo combinado integrado à gaseificação da biomassa: biomassa gaseificada (BIOGÁS) é usado em uma usina termelétrica Gaseificação: conversão da biomassa em gás energético por meio da oxidação parcial em temperatura elevada.

25 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Biomassa - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) BRASIL: 302 termelétricas (5.700 MW de potência instalada total) 252 usinas bagaço de cana (4.000 MW) 27 usinas madeira (232 MW) 13 usinas licor negro: resíduo da celulose (944 MW) 4 usinas casca de arroz (21 MW) 3 usinas biogás (45 MW) (ANEEL, 2008) Todas de pequeno porte: potência instalada de até 60 MW

26 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Biomassa - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS (biomassa de origem florestal e agrícola) : -NEGATIVO: risco de formação de monoculturas e competição de uso de solo com produção de alimentos -POSITIVO: BALANÇO DE GASES DE EFEITO ESTUFA PRÓXIMO DE ZERO

27 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Solar - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Dois sistemas: - heliotérmico irradiação solar é convertida em calor que é utilizado em usinas termelétricas - fotovoltaico (PV) painel de material semicondutor (geralmente o silício) Participação pouco expressiva na matriz energética, porém seu uso vem aumentando custo tende a diminuir

28 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Eólica - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Obtida da energia cinética gerada pela migração das massas de ar pás giram energia mecânica aciona o rotor energia elétrica Altura das torres pode superar 100 m BRASIL: Potencial eólico de MW - atualmente: 602 MW de potência instalada total

29 Fontes Renováveis de Energia Elétrica - Eólica - Potencial eólico brasileiro EPE, 2007 ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

30 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Gás Natural - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Usinas termelétricas: usado exclusivamente para geração de energia elétrica ou para co-geração de energia (elétrica e térmica) Composição básica: hidrocarbonetos voláteis e de baixa densidade (metano metano, etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio, água, ácido clorídrico, metanol e outros) É inodoro e mais leve que o ar deve ser odorizado para segurança Maiores reservas brasileiras: RJ e ES BRASIL: 85 usinas termelétricas (UTE) potência total instalada de MW

31 Fontes Não- Renováveis de Energia Elétrica - Gás Natural - PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS - NEGATIVO: emissão de poluentes atmosféricos principalmente o NOx (maior que caldeiras a óleo ou carvão) -POSITIVO: baixa emissão de SOx ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

32 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Derivados de Petróleo - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Aplicação: Usinas termelétricas para geração de energia elétrica (o vapor gerado é condensado e redirecionado para as caldeiras) Composição básica: hidrocarbonetos, enxofre, nitrogênio Quanto mais denso o óleo combustível maior o potencial de emissões atmosféricas

33 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Derivados de Petróleo - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

34 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Derivados de Petróleo - BRASIL: UTE a derivado de petróleo (óleo diesel, óleo combustível e gás de refinaria) tem função de geração complementar de energia participação pequena na matriz energética 626 usinas termelétricas (UTE) potência total instalada de MW PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS - NEGATIVOS: emissão de poluentes atmosféricos gases de efeito estufa alta emissão de SOx (menor que caldeiras a carvão e maior que a gás natural)

35 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Nuclear - ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Aplicação: Usinas termonucleares Combustível utilizado: urânio comercializado sob a forma de yellowcake (espécie de sal amarelo, o U 3 O 8 ) BRASIL: Angra I: potência instalada de 657 MW (operação desde 1985) Angra II: potência instalada de MW (operação desde 2000) Angra III: potência de MW (previsão 2014)

36 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Nuclear - PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS - NEGATIVO: geração de lixo radioativo -POSITIVO: não emite gases poluentes para a atmosfera ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

37 O acidente de Chernobyl ( Ucrânia) Visão do reator 4 Falha humana: desligamento do sistema automático de segurança para testes na parte elétrica com operação do reator em baixa potência

38 O acidente de Fukushima ( Japão) 3 isótopos de plutônio no solo Água do mar: altos índices de radioatividade Jornal O Globo, 23/03/2011 Iodo radioativo (baixas concentrações) detectados na Europa

39 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Carvão Mineral - Maior aplicação usinas termelétricas ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

40 Fontes Não-Renováveis de Energia Elétrica - Carvão Mineral - Maiores jazidas: RS e SC Reservas conhecidas: potencial estimado de MW ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL)

41 ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA 2008 (ANEEL) Fontes Não- Renováveis de Energia Elétrica - Carvão Mineral - PRINCIPAIS IMPACTOS AMBIENTAIS - NEGATIVO: Alto impacto ambiental Mineração (extração do carvão) Alta emissão de gases (principalmente o SOx) e partículas provenientes da sua queima