Aula 6: Energia e Meio Ambiente

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Depto. de Química Aula 6: Energia e Meio Ambiente Prof a. Lilian Silva 2018

2 Energia e Meio Ambiente Sustentabilidade é dar suporte a alguma condição, a algo ou alguém em algum professo ou tarefa Atualmente, o termo é bastante utilizado para designar o bom uso dos recursos naturais da Terra, como a água, as florestas e etc A palavra sustentável tem origem no latim sustentare, que significa sustentar, apoiar e conservar O conceito de sustentabilidade está normalmente relacionado com uma mentalidade, atitude ou estratégia que é ecologicamente correta, e viável no âmbito econômico, socialmente justa e com uma diversificação cultural Atualmente, a sustentabilidade virou um tema essencial, e é utilizado para chamar diversos produtos e serviços, por exemplo, existem carros com conceito de sustentabilidade, prédios, empreendimentos, e até mesmo roupas

3 Energia e Meio Ambiente É um conceito muito explorado pelas empresas para mostrar que o produto foi fabricado sem danificar ou prejudicar o meio ambiente, sendo classificado como ecologicamente correto, não poluente e etc Sustentabilidade ambiental e ecológica é a manutenção do meio ambiente do planeta Terra, mantendo a qualidade de vida e o ambiente em harmonia com as pessoas A sustentabilidade ambiental ainda é cuidar para não poluir as águas, separar o lixo, evitar desastres ecológicos, como queimadas e desmatamentos O próprio conceito de sustentabilidade é para longo prazo, trata-se de encontrar uma forma de desenvolvimento que atenda às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das próximas gerações de suprir as próprias necessidades

4 Energia e sustentabilidade As discussões ambientais giram em torno da sustentabilidade. Advém da percepção de que a atividade humana está consumindo os recursos naturais a uma velocidade que ultrapassa a capacidade de recuperação da natureza. O uso da energia levanta as questões mais dramáticas sobre sustentabilidade Queimar os depósitos de petróleo, gás e carvão da Terra é evidentemente uma prática não sustentável: a energia não pode ser recuperada! O que há de tão ruim no consumo de combustíveis fósseis?

5 Energia e sustentabilidade O conceito de sustentabilidade é mais uma maneira para levantar questões importantes do que um guia prático de ação As respostas envolvem escolhas morais e políticas, baseadas em uma clara compreensão de como o mundo material funciona. Raramente as coisas são tão simples como parecem

6 Energia O motor da vida moderna

7 O Uso da Energia Desde a revolução industrial, o uso generalizado de energia comercial tem aumentado a cada ano Vendida para os usuários e geralmente produzida em grande escala -Pela queima de combustíveis fósseis -Usinas hidrelétricas e nucleares Em oposição à energia associada a biomassa coletada e utilizada pelas famílias de modo individual Taxa de crescimento anual é de cerca de 2%

8 O Uso da Energia O período de crescimento mais rápido teve início após a Segunda Guerra Mundial, quando o consumo global era apenas um décimo dos níveis atuais O uso de energia comercial por um país depende de muitos fatores, que incluem não apenas sua população, situação geográfica e clima, mas também o custo da energia O fator mais importante no consumo total de energia parece ser o produto interno bruto (PIB) do país Embora o aumento no uso de energia esteja algumas vezes associado diretamente ao crescimento da população De um modo geral ele está mais fortemente relacionado com o desenvolvimento econômico

9 O Uso da Energia O aumento fantástico no consumo global de energia na segunda metade do século 20 foi devido principalmente expansão industrial e ao aumento no padrão de vida nos países desenvolvidos Entretanto, o crescimento econômico dos países em desenvolvimento (3/4 da população mundial) está se acelerando, e com isso o consumo total de energia Embora os países em desenvolvimento tenham utilizado apenas 30% da energia comercial mundial gerada em 1993 Acredita-se que eles venham a consumir mais do que a metade deste total em algum momento durante as duas primeiras décadas do século 21 O ano exato vai depender de suas taxas de crescimento econômico

10 O Uso da Energia Pelo fato de serem tão elevadas, torna-se útil discutir as quantidades globais de energia em termos do parâmetro denominado Q (10 21 joules) 2,8 x Quilowatt-hora Aproximadamente a quantidade de calor gerada pela queima de um bloco de carvão de 20 Km 3 A quantidade total de energia comercial consumida pelos habitantes do planeta é de cerca de 0,5Q (dados do ano de 2002)

11 Reservas de Energia Estimativas das reservas mundiais de energia derivada de fontes não-renováveis Reservas confirmadas: aquelas das quais temos certeza de sua disponibilidade e podem ser definitivamente exploradas A principal reserva de combustíveis fósseis é o carvão: que está disponível em abundância no mundo É abundante inclusive em países desenvolvidos, sendo que sua extração e transporte são de baixo custo

12 Fontes de Energia Convencionais: -Petróleo; -Carvão mineral; -Lenha; -Carvão vegetal; - Gás natural; -Hidroeletricidade; -Energia nuclear.

13 Consumo de Energia no Mundo 21% 31,5% 36,5% 6% 5%

14 Fontes de energia nãorenováveis COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS(SUJAS): -CARVÃO MINERAL; -PETRÓLEO E DERIVADOS; -GÁS NATURAL. MINERAIS RADIOATIVOS: -URÂNIO

15 Recursos Energéticos Não - Renováveis

16 Petróleo 1 Vantagens: -O petróleo é um líquido e, portanto, tem fácil transporte; - Os combustíveis líquidos da era do petróleo possibilitaram o desenvolvimento de meios eficazes de transporte, do avião ao automóvel e as locomotivas à diesel; -Os combustíveis à base de petróleo são relativamente limpos, já que a refinaria produz frações de hidrocarboneto, deixando a maior parte dos compostos com enxofre e metal no resíduo; - Todo o sistema de extração do petróleo, transporte, refino e distribuição tem sido desenvolvido de acordo com um alto nível de integração e eficiência, tornando a busca por combustíveis alternativos um desafio extraordinário.

17 2 Desvantagens: Derramamentos de petróleo: Petróleo -A extração de petróleo do solo produz uma inevitável contaminação por derramamento. -As áreas costeiras são especialmente vulneráveis, por causa da fragilidade de seus ecossistemas e da importância da navegação no transporte de petróleo. -Navios-tanque percorrem continuamente as rotas de navegação, embarcando e desembarcando carga nos pontos do mundo. - Acidentes com esse tipo de embarcação constituem exemplos mais notórios de poluição causada pelo petróleo. - O óleo acaba invadindo praias e contaminando pássaros, animais marinhos e peixes.

18 Petróleo Emissões: -A queima de todo combustível fóssil produz CO 2 e contribui com o aquecimento da Terra. -Todos os processos de combustão produzem o poluente óxido nítrico, NO. -Embora o N 2 e o O 2 da atmosfera não reajam a temperaturas comuns, eles reagem às altas temperaturas de uma fornalha ou de um motor automotivo. Uma vez formado, o NO é lentamente oxidado até se transformar em dióxido de nitrogênio, NO 2, e depois em ácido nítrico, HNO 3, que é absorvido pela chuva e levado da atmosfera. - Em resumo, o petróleo se destaca como um dos principais fatores contribuintes para a intensificação do efeito estufa, da chuva ácida e da poluição do ar nas zonas urbanas.

19 Gás Natural Embora represente um recurso energético tão grande como o petróleo, o gás natural tem sido historicamente considerado um subproduto da exploração e produção do petróleo. 1 Vantagens: -O gás natural é um combustível limpo, que exige muito pouco processamento; -É de fácil transporte por dutos terrestres; -Sua taxa de emissão de CO 2 é inferior à de outros combustíveis fósseis. 2 Desvantagens: - O gás natural é muito mais difícil de transportar do que os hidrocarbonetos líquidos. - Compressões e/ou refrigeradores se fazem necessários, e o tanque de armazenamento deve ter paredes espessas ou isolamento.

20 Gás Natural -Requer um sistema de distribuição capaz de transferir o gás sob pressão. Esses requisitos constituem obstáculos significativos à substituição do petróleo pelo gás natural no transporte automotivo. Os problemas são mais gerenciáveis para frotas de caminhões ou ônibus, que podem carregar tanques grandes e são abastecidos em um depósito central. -Embora produza menos CO 2 do que outros combustíveis fósseis, o próprio metano constitui um potente gás do efeito estufa. Os vazamentos de metano representam uma grave preocupação ambiental. Eles podem ocorrer nos poços de gás, durante as transferências e no uso final.

21 Carvão Mineral 1 Vantagens: -As reservas de carvão são muito grandes, e tanto sua extração quanto o transporte ferroviário são relativamente baratos. 2 Desvantagens: -O deslocamento e o manuseio do carvão é muito menos conveniente que o petróleo; - Seu uso nos transportes desapareceu, quando o diesel substituiu a locomotiva a vapor; -Em países tecnologicamente avançados, o carvão não é mais diretamente usado para aquecimento de ambientes, mas no restante do mundo a queima de carvão em fogões e fornalhas cobrem o ar de fuligem e SO 2, contribuindo para a manifestação de doenças respiratórias.

22 Carvão Mineral - O SO 2 e o NO 2 emitidos pela queima do carvão em usinas termo elétricas são as principais fontes de chuva ácida; -As minas tradicionais de carvão, que exploram os veios de carvão até as profundezas do solo, são locais de trabalho de alto risco e o pó de carvão provoca a doença do pulmão negro nos mineiros.

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24 Impactos ambientais dos combustíveis Poluição do ar fósseis -A queima de combustíveis fósseis libera gases e partículas no ar: Óxidos de enxofre e nitrogênio Monóxido de carbono Pequenas quantidades de metais tóxicos Material particulado. Chuva ácida Além de riscos a saúde humana, os composto de enxofre e nitrogênio liberados pela queima de combustíveis fósseis causam danos aos ecossistemas e construções quando estes retornam a superfície da terra em forma de chuva ácida.

25 Chuva Ácida

26 Impactos ambientais dos combustíveis fósseis Mudanca climática e aquecimento global -Efeito Estufa; -Dióxido de carbono (CO 2 ) representa o mais importante gás causador do efeito estufa; -Dióxido de carbono é em grande parte gerado pela queima de combustíveis fósseis e no Brasil, pelo desmatamento de florestas. Metano -Liberado pelo uso de gás natural, e é um gás estufa muito mais potente do que o dióxido de carbono, entretanto permanece menos tempo na atmosfera.

27 Impactos ambientais dos combustíveis Impactos na fauna fósseis -Alterações no ecossistema causadas pela poluição do ar e da água. -A operação de hidroelétricas causa danos a fauna, especialmente no caso dos peixes.

28 Fontes de energia renováveis (limpas) -ENERGIA EÓLICA (VENTOS); -ENERGIA SOLAR; -ENERGIA HIDROELÉTRICA.

29 Fontes de Energia NOVAS OU ALTERNATIVAS: -Energia solar; -Energia eólica; - Biomassa (biogás, álcool etanol, biodiesel, etc).

30 Recursos Energéticos Renováveis

31 Energia Solar Energia solar: é a energia radiante do Sol que pode ser utilizada para aquecimento de água em residências e para a geração de energia elétrica por meio de células fotoelétricas.

32 Energia Solar Uma das restrições técnicas à difusão de projetos de aproveitamento de energia solar é a baixa eficiência dos sistemas de conversão de energia O que torna necessário o uso de grandes áreas para a captação de energia em quantidade suficiente para que o empreendimento se torne economicamente viável.

33 Energia Solar no Brasil

34 Biomassa Do ponto de vista energético, biomassa é toda matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia Assim como a energia hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos

35 Tecnologia de Aproveitamento da Biomassa

36 Biocombustíveis

37 Energia Eólica Seu aproveitamento ocorre através da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas (aerogeradores) para a geração de energia elétrica, ou através de cataventos e moinhos para trabalhos mecânicos, como bombeamento de água. Geração de eletricidade: as primeiras tentativas surgiram no final do Século XIX, mas somente um século depois, com a crise do petróleo, é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial. Recentes desenvolvimentos tecnológicos têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.

38 Fazendas Eólicas

39 Energia Eólica Entre os principais impactos sócio-ambientais de usinas eólicas destacamse os sonoros e os visuais. Os impactos sonoros são devidos ao ruído dos rotores e variam de acordo com as especificações dos equipamentos Os impactos visuais são decorrentes do agrupamento de torres e aerogeradores, principalmente, no caso de centrais eólicas com um número considerável de turbinas, também conhecidas como fazendas eólicas. Outro impacto negativo de centrais eólicas é a possibilidade de interferências eletromagnéticas, que podem causar perturbações nos sistemas de comunicação e transmissão de dados.

40 Energia Eólica

41 Energia Eólica no Brasil

42 Aspectos ambientais do uso de fontes Energia eólica renováveis -Podem coexistir com usos tradicionais da terra como agricultura e pecuária. -Pode causar morte de pássaros, principalmente se as turbinas forem instaladas em zonas de rotas migratórias. Energia solar -Considerações devem ser feitas quanto a composição dos módulos fotovoltaicos que podem incluir metais pesados. -Riscos podem ser minimizados com a adequação de procedimentos apropriados para manuseio, desmontagem e/ou reciclagem.

43 Combustíveis convencionais e alternativos e suas consequências ambientais

44 Energia e Meio Ambiente Já estamos familiarizados com o uso generalizado da gasolina para propulsão mecânica dos veículos Estamos também cientes de que grande parte dos problemas de poluição do ar nas cidades origina-se das emissões dos motores movidos à gasolina E que os combustíveis fósseis quando são queimados produzem grandes quantidades de gases indutores do efeito estufa Por essas razões, a atenção está se voltando para o desenvolvimento de fontes alternativas de combustíveis de combustão mais limpa

45 Energia e Meio Ambiente Algumas dessas alternativas são também renováveis No sentido de que sua produção pode ser sustentada por tempo indefinido no futuro sem que isso resulte na acumulação de grandes quantidades adicionais de dióxido de carbono Isto é importante dado que uma fração significativa da energia mundial é usada para o transporte Discussão gasolina x seus maiores rivais (alcoóis, biomassa e hidrogênio)

46 Energia e Meio Ambiente Os veículos podem ser movidos por diversos combustíveis: -álcool etanol diesel -gasolina (de diversos tipos) gás natural Questões como o aquecimento global, a busca por fontes renováveis de energia e a relação custo/benefício entram em pauta quando é preciso escolher um combustível a ser usado

47 Gasolina Energia e Meio Ambiente É o tipo de combustível mais utilizado em veículos de passeio, já que é extraída em grandes proporções do petróleo e possui rendimento superior a outros combustíveis fósseis Além disso, seu arranque na combustão do motor é mais eficiente, aquecendo o motor de maneira rápida, e alguns de seus aditivos conseguem limpar o motor Principal desvantagem: sua queima é uma das principais responsáveis pela emissão de gases de efeito estufa, que contribuem no aceleramento do aquecimento global Ela provém, ainda, de uma fonte não renovável e, futuramente, acabará

48 Energia e Meio Ambiente Por fim, ela é um combustível mais caro se comparado a outros, como o gás natural e o diesel

49 O Etanol O Brasil é o pioneiro no uso do etanol, álcool etílico, e o segundo produtor mundial, ficando atrás somente dos Estados Unidos Apesar de ser um combustível renovável, sua produção não é considerada totalmente ecológica Se de um lado o etanol emite até 25% menos poluentes do que a gasolina, de outro há a questão da necessidade de grandes áreas para plantação vegetal No Brasil, a cana-de-açúcar é a matéria-prima utilizada na produção do etanol, enquanto que os norte-americanos o obtém a partir do milho

50 Energia e Meio Ambiente Etanol é um álcool à base de grãos que vem sendo usado para suplementar a produção de petróleo desde a década de 1970 O etanol é um hidrocarboneto líquido, similar à gasolina, e portanto é considerado um substituto desta Vantagens: O principal benefício do etanol é ser uma alternativa limpa e renovável, se comparada com a gasolina, que é derivada do petróleo, um recurso mineral finito que libera gás carbônico e contribui com a poluição Com uma tecnologia simples, qualquer país pode produzi-lo, desde que haja condições mínimas, como terra para plantação, sol e chuvas

51 Energia e Meio Ambiente Podendo ser utilizado puro ou misturado aos combustíveis fósseis, este biocombustível também pode ser obtido a partir da soja, milho, mamona, canola e babaçu Outra vantagem do etanol é o preço mais baixo quando comparado ao dos combustíveis fósseis Desvantagens: Muitos indicam como desvantagem a necessidade de grandes extensões de terras para o plantio de matérias-primas, que podem contribuir para o aumento da fome no mundo, uma vez que estas áreas poderiam ser destinadas à produção de alimento para as pessoas

52 Energia e Meio Ambiente A busca por novos terrenos de plantio para atender a crescente demanda mundial também pode aumentar o desmatamento das florestas Outro ponto negativo é a degradação ambiental causada pelo uso de fertilizantes e pesticidas na lavoura da cana e pelo manejo de dejetos gerados na produção, como o vinhoto O rendimento energético do etanol em um automóvel também é inferior se comparado à gasolina, sendo vantajoso seu uso quando o valor do litro do álcool for inferior a 70% do preço da gasolina

53 O Hidrogênio O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo: é o que faz as estrelas entrarem em combustão e se faz presente em todas as formas de vida Carros movidos a hidrogênio vêm sendo cogitados como o próximo passo na tecnologia a motor e de transporte Vantagem: ele é abundante no planeta, levando em conta que 70% da superfície do planeta é coberto por água Não há emissões carbônicas associadas ao uso de células de hidrogênio e o único subproduto é a água pura

54 Energia e Meio Ambiente Desvantagem do hidrogênio como um combustível alternativo é a dificuldade de produção Exemplo: para extrair gás de hidrogênio da água, esta deve estar purificada, depois ter uma corrente elétrica forte passando por ela, e ter o gás captado e armazenado num recipiente selado e não condutor, para prevenir explosões acidentais

55 Biodiesel O biodiesel é derivado de como óleos vegetais e gorduras animais, para utilização em motores de ignição por compressão (diesel) É também um combustível alternativo ao diesel de petróleo criado a partir de fontes renováveis de energia, livre de enxofre em sua composição É obtido a partir de óleos vegetais, como o de girassol, nabo-forrageiro, algodão, mamona, soja A tecnologia de fabricação do biodiesel está em desenvolvimento avançado no Brasil Acredita-se que, para o futuro, este combustível possa, aos poucos, substituir nos veículos os combustíveis fósseis

56 Vantagens: Biodiesel - A queima do biodiesel gera baixos índices de poluição, não colaborando para o aquecimento global - Gera emprego e renda no campo, diminuindo o êxodo rural - Trata-se de uma fonte de energia renovável, dependendo da plantação de grãos oleaginosos 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

57 Desvantagens: Energia e Meio Ambiente 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 utilizam eles em alguma fase de produção. Exemplos: leite de soja, óleos, carne, rações para animais, ovos entre outros.

58 Energia e Meio Ambiente Você sabia? - O Brasil produz, atualmente, cerca de 50 mil barris de biodiesel por dia (fonte: Boletim Mensal de Energia - Ministério das Minas e Energia, dados de 2017). - Nosso país é o segundo maior produtor mundial de biodiesel (cerca de 4 bilhões de litros por ano). A região Centro-oeste é a maior produtora do Brasil.

59 Metanol O metanol é uma forma liquefeita do metano, um hidrocarboneto gasoso natural produzido pela decomposição Atualmente, o metano é queimado como gás de "resíduo" em plataformas de extração de petróleo, minas de carvão, aterros sanitários e usinas de tratamento de água Vantagem do metano e de seu derivado, o metanol, é que ele é bastante abundante: a extração de petróleo e de carvão, além da decomposição de matéria orgânica, já produzem metano (capim, bagaço de cana-de-açúcar, palha, etc.) Como um hidrocarboneto similar ao propano e ao petróleo, o metano é um gás poderoso e explosivo que pode facilmente substituir o petróleo sem decréscimo de energia ou grande substituição de tecnologias existentes

60 Desvantagens: Energia e Meio Ambiente -O metanol é altamente tóxico e a exposição intensa pode causar sérios problemas de saúde (isto afeta os trabalhadores nas fábricas deste combustível) -O metanol é corrosivo para alguns metais tal, mesmo de alumínio.

61 Conclusão Todos os tipos de energia afetam o meio ambiente em maior ou menor grau. Para um dado recurso, escolhas tecnológicas e práticas de gerenciamento podem reduzir os riscos de impactos no meio ambiente. Formas de energia renováveis são, na grande maioria dos casos, preferíveis aos combustíveis fósseis. A maioria de fontes provenientes da queima de combustíveis fósseis são insustentáveis.

62 Referências