Recursos energéticos e os desafios ambientais Professor: Jonathan Kreutzfeld
Energia Elétrica Aula fundamentada nos dados do Atlas da ANEEL
ENERGIA As fontes de energia dividem-se em dois tipos: - fontes renováveis ou alternativas; - fontes não renováveis, fósseis ou convencionais.
RENOVÁVEIS
NÃO-RENOVÁVEIS
CONSUMO DE ENERGIA NO MUNDO
CONCENTRAÇÃO DE USO DE ENERGIA
CARVÃO MINERAL O carvão é uma mistura de componentes orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos, como ocorre com todos os combustíveis fósseis. Sua qualidade, determinada pelo conteúdo de carbono, varia de acordo com o tipo e o estágio dos componentes orgânicos. Há quatro tipos de carvão mineral: A turfa, de baixo conteúdo carbonífero, constitui um dos primeiros estágios do carvão, com teor de carbono na ordem de 45%. O linhito apresenta um índice que varia de 60% a 75%. O carvão betuminoso (hulha), mais utilizado como combustível, contém cerca de 75% a 85% de carbono. O antracito, apresenta um conteúdo carbonífero superior a 90%.
Os depósitos variam de camadas relativamente simples e próximas da superfície do solo e, portanto, de fácil extração e baixo custo, a complexas e profundas camadas, de difícil extração e custos elevados.
CARVÃO MINERAL O carvão é atualmente responsável por cerca de 7,9% de todo o consumo mundial de energia e de 39,1% de toda a energia elétrica gerada. No âmbito mundial, apesar dos graves impactos sobre o meio ambiente, o carvão ainda é uma importante fonte de energia. As principais razões para isso são as seguintes: - abundância das reservas - distribuição geográfica das reservas - baixos custos e estabilidade nos preços, relativamente a outros combustíveis.
PROBLEMAS DO CARVÃO MINERAL Os maiores impactos socioambientais do carvão decorrem de sua mineração, que afeta principalmente: - Recursos hídricos - Solo e o relevo das áreas circunvizinhas. A abertura dos poços de acesso aos trabalhos de lavra, feita no próprio corpo do minério, e o uso de máquinas provocam a emissão de óxido de enxofre, óxido de nitrogênio, monóxido de carbono e outros poluentes da atmosfera. Durante a drenagem das minas, feita por meio de bombas, as águas sulfurosas são lançadas no ambiente externo, provocando a elevação das concentrações de sulfatos e de ferro, tornando-a imprópria para consumo humano.
PROBLEMAS DO CARVÃO MINERAL A queima de carvão em indústrias e termelétricas causa graves impactos socioambientais, em face da emissão de material particulado e de gases poluentes, dentre os quais se destacam o dióxido de enxofre (SO2) e os óxidos de nitrogênio (NOx). Além de prejudiciais à saúde humana, esses gases são os principais responsáveis pela formação da chamada chuva ácida, que provoca a acidificação do solo e da água e, conseqüentemente, alterações na biodiversidade, entre outros impactos negativos, como a corrosão de estruturas metálicas.
CONSUMO DE CARVÃO MINERAL
O CARVÃO MINERAL NO BRASIL O Brasil possui atualmente 7 (sete) centrais termelétricas a carvão mineral em operação, totalizando 1.415 MW de potência instalada. A mais importante central termelétrica da América Latina, encontra-se no Brasil. Fica na cidade de Capivari de Baixo SC (Jorge Lacerda). Ela é administrada pela Multinacional SUEZ da Bélgica. Quanto aos novos empreendimentos, existem projetos que pretendem instalar mais 6 centrais no país que poderão adicionar ao sistema elétrico nacional cerca de 2.721 MW de potência instalada. Entre esses projetos, destaca-se o de Sepetiba, no Estado do Rio de Janeiro, com 1.377 MW.
USINA JORGE LACERDA I
PETRÓLEO
PETRÓLEO O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos (moléculas de carbono e hidrogênio) que tem origem na decomposição de matéria orgânica. Ao longo de milhões de anos, essa decomposição foi-se acumulando no fundo dos oceanos, mares e lagos e, pressionada pelos movimentos da crosta terrestre, transformou-se na substância oleosa denominada petróleo. Mas o petróleo não gera energia, e sim os seus derivados que após um processo de refino viram combustíveis. Os combustíveis mais comuns são: GASOLINA, DIESEL E QUEROSENE
- Com exceção de alguns poucos países, o uso de petróleo para geração de eletricidade tem sido decrescente desde os anos 1970. O obsoletismo das plantas de geração, os requerimentos de proteção ambiental e o aumento da competitividade de fontes alternativas são os principais responsáveis por isso.
Centrais Termelétricas movidas a derivados de Petróleo. E potência das respectivas centrais.
PROBLEMAS DO PETRÓLEO Os principais impactos da geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo decorrem da emissão de poluentes na atmosfera, principalmente os chamados gases de efeito estufa (GEE). Os mais problemáticos são o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o óxido nitroso N2O. Entre outros poluentes atmosféricos decorrentes da queima de derivados de petróleo, principalmente em plantas termelétricas, destacam-se o dióxido de enxofre (SO2) e o chamado material particulado, constituído de pós e cinzas em suspensão nos gases emitidos durante a queima de combustíveis fósseis. Além de alterações na biodiversidade local, esses poluentes provocam diversos males à saúde humana, como distúrbios respiratórios, alergias, lesões degenerativas no sistema nervoso e em órgãos vitais, câncer etc.
GÁS NATURAL De modo similar aos demais combustíveis fósseis, o gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, originados da decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de milhões de anos. Outras características importantes são os baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis fósseis, rápida dispersão em caso de vazamentos, os baixos índices de odor e de contaminantes. Além de insumo básico da indústria gasoquímica, o gás natural tem-se mostrado cada vez mais competitivo em relação a vários outros combustíveis, tanto no setor industrial como no de transporte e na geração de energia elétrica.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS GÁS NATURAL É uma mistura de gás metano com pequenas quantidades de hidrocarbonetos gasosos mais pesados, como propano e butano. No aproveitamento do gás natural, os gases butano e propano são liquefeitos, gerando o gás liquefeito de petróleo (GLP). O GLP é armazenado em tanques pressurizados para uso em áreas onde não existe distribuição por rede. O restante do gás (metano) é distribuído em redes. O gás natural pode ser liquefeito a baixas temperaturas para transporte em navios. O maior produtor é a Rússia (40%) e, em seguida, vêm os países do Oriente Médio e alguns países africanos.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS GÁS NATURAL Estima-se que, mantidas as taxas de consumo atual, o suprimento mundial é suficiente para os próximos 60 anos. À medida que os custos de produção de gás convencional se tornarem altos, as fontes não-convencionais poderão se tornar economicamente viáveis. Essas fontes incluem veios de carvão, rochas sedimentares devonianas, depósitos subterrâneos profundos de areia e zonas profundas geopressurizadas.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS GÁS NATURAL
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS GÁS NATURAL O gás natural gera menos poluentes atmosféricos quando comparado com outros combustíveis fósseis. O CO 2 produzido por unidade de energia é inferior a outros combustíveis. O custo de aproveitamento do gás é baixo quando comparado com outras fontes, e seu rendimento é bastante alto. É um combustível versátil e pode ser queimado eficientemente em fornos, fogões, aquecedores de água, secadores, caldeiras, incineradores, aparelhos de arcondicionado, refrigeradores, desumidificadores etc. Em termos de geração de eletricidade, podem ser utilizadas turbinas a gás, operando como turbinas a jato. 28
PROBLEMAS DO GÁS NATURAL Apesar das vantagens relativas do gás natural, quando comparado ao petróleo e ao carvão mineral, seu aproveitamento energético também produz impactos indesejáveis ao meio ambiente, principalmente na geração de energia elétrica. Um dos maiores problemas é a necessidade de um sistema de resfriamento, cujo fluido refrigerante é normalmente a água. Nesse caso, mais de 90% do uso de água de uma central termelétrica podem ser destinados ao sistema de resfriamento.
Esta é uma termelétrica movida a gás natural, observe que até o aspecto da central é mais limpo.
GÁS NATURAL...
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA GEOTÉRMICA Essa energia está contida em alguns depósitos (renováveis e não-renováveis) em forma de vapor seco, vapor úmido e água quente. A exploração desses depósitos é feita pela perfuração de poços. A energia térmica produzida pode ser utilizada para aquecimento ambiental, produção industrial e geração de eletricidade. O uso desse tipo de energia restringe-se pela sua distribuição.
. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA GEOTÉRMICA Para alguns países, como a Finlândia, a energia geotérmica é a principal fonte de aquecimento de ambientes. As maiores vantagens desse tipo de fonte são a eficiência no seu uso e a não-emissão de CO 2. Como desvantagens, podemos citar poucas fontes de energia, emissão de amônia, gás sulfídrico e materiais radioativos, lançamento de compostos tóxicos em rios, além da produção de cheiro e ruído nos locais de exploração.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA GEOTÉRMICA
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA NUCLEAR Os reatores que se utilizam de nêutrons lentos são chamados reatores térmicos, e os que se utilizam de nêutrons rápidos para manter a reação em cadeia são os reatores rápidos. Além do combustível, os reatores devem ter um sistema de controle das partículas (absorvedores de nêutrons), um moderador e um sistema de refrigeração e blindagem de proteção. Os controladores são fabricados com materiais especiais, como o cádmio, o háfnio e o boro, geralmente na forma de barras que absorvem nêutrons, desacelerando a reação e reduzindo a produção de energia. Os moderadores desaceleram os nêutrons e podem muitas vezes fazer o papel também de refrigeradores.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA NUCLEAR Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na qual o aquecimento é produzido por reação de fissão nuclear.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA NUCLEAR O sistema de refrigeração deve ser altamente eficiente para evitar superaquecimento e principalmente a fusão do núcleo. São utilizados materiais abundantes, não corrosivos e que não absorvem nêutrons, geralmente o gás carbônico, o hélio, a água comum ou leve, a água pesada, alguns metais líquidos como o sódio e alguns compostos orgânicos. A proteção é feita com a colocação de uma blindagem, que pode ser feita de concreto e chapas metálicas, entre outros materiais.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA NUCLEAR A diferença básica entre os diversos tipos de usinas nucleares está no reator e na forma como o vapor é gerado para a movimentação das turbinas que irão acionar o gerador elétrico. O mais utilizado atualmente (85%) é o chamado reator de água leve pressurizado, RALP, e a principal diferença entre esse reator e os demais está no tipo de refrigerante e no tipo de moderador empregado, além de o vapor ser gerado em um circuito térmico que não tem contato com o fluido de refrigeração do reator (circuito secundário). Um reator RALP possui uma eficiência aproximada de 30%, menor que a usina térmica a carvão 40%) e muito menor que a usina hidrelétrica, cuja eficiência chega a até 96%.
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA NUCLEAR A segurança dos reatores é feita por vários dispositivos e obras, das quais destacam-se Paredes espessas e envoltório de concreto e aço que cobrem o vaso do reator; Sistema para inserção automática das hastes de controle na alma do reator para paralisar a fissão em condições de emergência, Edifício de concreto com aço reforçado para impedir que os gases radioativos e materiais escapem para a atmosfera na eventualidade de um acidente, Sistemas de filtro e de aspersores de produtos químicos dentro do edifício do reator para impedir que a poeira radioativa contamine o ar, Sistemas para condensar o vapor que pode escapar do vaso do reator e para prevenir que a pressão interna aumente além do limite de segurança do vaso do reator
FONTES NÃO-RENOVÁVEIS ENERGIA NUCLEAR
FONTES RENOVÁVEIS HIDROELETRICIDADE Esse tipo de aproveitamento é um dos mais eficientes e consiste em aproveitar a energia potencial ou cinética da água, transformando-a em energia mecânica, pela turbina, e finalmente em eletricidade, pelo gerador. O tipo de hidrelétrica é função, basicamente, da vazão do rio e da queda disponível. Na maioria dos países desenvolvidos, os recursos hidrelétricos já estão praticamente esgotados. Os países em desenvolvimento possuem grandes reservas ainda não exploradas. Em países como o Brasil e a Noruega, a hidroeletricidade é responsável por 92% da produção total de energia.
FONTES RENOVÁVEIS HIDROELETRICIDADE
FONTES RENOVÁVEIS HIDROELETRICIDADE A grande vantagem da hidroeletricidade é o seu altíssimo rendimento (em torno de 96%). Além disso, é um dos sistemas mais baratos de produção de eletricidade. São inúmeras as vantagens da hidroeletricidade; entretanto, o reservatório provoca impactos ambientais tanto na fase de construção como na fase de operação.
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA SOLAR DIRETA Existem poucas usinas térmicas para aproveitamento da energia solar direta. A mais conhecida encontra-se na França, em Odeillo, nos Pirineus. O calor produzido é intenso, podendo-se obter temperaturas da ordem de 2.760 C. Essa energia é utilizada para fabricar metais puros e outras substâncias. O calor excedente é usado para produzir vapor e eletricidade. Algumas torres, com potência de até 30 MW, foram construídas no deserto de Mojave, na Califórnia. São sistemas ineficientes e caros, porém com a vantagem de produzir poucos impactos no meio ambiente.
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA SOLAR DIRETA
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA SOLAR DIRETA
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA SOLAR DIRETA
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA DAS MARÉS Uma das formas de aproveitamento da energia das águas dos oceanos é por meio das usinas maré-motrizes, as quais utilizam os desníveis criados pelas marés. Os projetos hoje existentes são quase experimentais e se mostraram antieconômicos. Além disso, são poucos os locais onde é viável o aproveitamento econômico das marés, mesmo no Brasil. Em algumas regiões do Nordeste, esse tipo de aproveitamento é possível.
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA DAS MARÉS
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA EÓLICA Desde a década de 1970, pequenas e modernas turbinas de vento estão sendo implantadas. A experiência tem mostrado que essas turbinas podem produzir energia a custos razoáveis em áreas onde a velocidade do vento varia de 25 km/h a 50 km/h. A primeira turbina eólica com capacidade para geração comercial de energia elétrica foi ligada à rede pública em 1976, na Dinamarca (ANEEL, 2002). Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo, sendo que, até outubro de 2000, a capacidade instalada era de 15.081 MW (ANEEL, 2002).
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA EÓLICA
FONTES RENOVÁVEIS ENERGIA EÓLICA O Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE), com apoio da ANEEL e do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), desenvolveu um estudo para avaliar o potencial eólico brasileiro e, em 2001( Atlas do Potencial Eólico Brasileiro). O potencial eólico no Brasil é da ordem de 147.500 MW, para ventos com velocidade média superior a 7,5 m/s (Amarante, Brovver, Zack e Sá, 2001). A grande desvantagem desse tipo de energia é que os centros de demanda necessitam de sistemas alternativos de produção para os períodos de calmaria. Em termos de meio ambiente, as turbinas eólicas podem interferir na migração de pássaros, na transmissão de sinais de rádio e TV e na paisagem.
FONTES RENOVÁVEIS BIOMASSA A biomassa é a matéria vegetal produzida pelo Sol por meio da fotossíntese. Ela pode ser queimada no estado sólido ou convertida para outros estados (líquido ou gasoso). A biomassa supre 15% da energia mundial, principalmente pela queima de madeira e estrume para aquecer prédios e fornos de cozinha. Ambientalmente, as grandes desvantagens do emprego da biomassa relacionam-se com o conflito do uso da terra para agricultura, o aumento da erosão, a poluição do solo e da água e a destruição do hábitat. Além disso, dada a sua grande umidade, a biomassa não é muito eficiente em termos de energia útil.
FONTES RENOVÁVEIS BIOMASSA 54
FONTES RENOVÁVEIS BIOMASSA As vantagens e desvantagens em termos ambientais dependem do tipo de biomassa empregada. Muitas pessoas que vivem em países subdesenvolvidos aquecem suas moradias e cozinham utilizando lenha e carvão vegetal. O grande problema da queima da madeira é a produção de CO (monóxido de carbono) e de material particulado.
FONTES RENOVÁVEIS BIOGÁS E BIOLÍQUIDO O biogás (metano) e o biolíquido são produzidos pela conversão de biomassa sólida em gás e líquido, respectivamente. Na China, existem cerca de 7 milhões de biodigestores para converter plantas e dejetos animais em metano. Os combustíveis são utilizados para aquecimento e cozimento, e os resíduos são empregados como adubo. A índia possui cerca de 750 mil digestores, metade deles construídos depois de 1986. O gás metano também é obtido pela decomposição da matéria orgânica (digestão anaeróbia) em aterros sanitários e também pode ser produzido em estações de tratamento de esgoto.
FONTES RENOVÁVEIS BIOGÁS E BIOLÍQUIDO
FONTES RENOVÁVEIS BIOGÁS E BIOLÍQUIDO A biomassa pode ser transformada em combustível líquido (etanol e metanol). A partir da crise do petróleo, o Brasil passou a utilizar o etanol como combustível nos veículos automotores, sendo o país com a maior frota do mundo. Na década de 1980, 30% da frota de carros da região metropolitana de São Paulo era movida a etanol; hoje, esse número caiu para menos de 5%. Além disso, a gasolina brasileira contém, aproximadamente, 22% de álcool, o que diminuiu muito a poluição do ar por monóxido de carbono, mas aumentou, entretanto, a emissão de oxidantes fotoquímicos.
FONTES RENOVÁVEIS BIOGÁS E BIOLÍQUIDO O grande problema da exploração da biomassa, do biogás e do biolíquído é o uso da terra para fins não tão nobres quando comparados com a produção de alimentos. Além disso, os impactos ambientais são todos aqueles característicos da agricultura (erosão, fertilizantes, agrotóxicos etc). Entretanto, se forem utilizadas terras improdutivas para produzir o biocombustível, essa solução poderá contribuir positivamente para a crise energética