Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 07 Recursos energéticos e meio ambiente Profª Heloise G. Knapik 2º Semestre/ 2015 1
Energia e Meio Ambiente Fontes e tipos de energia Alternativas sustentáveis Eficiência no aproveitamento energético
Tipos de Energia
Fontes de Energia Renováveis Energia das marés Energia geotérmica Energia solar Energia eólica Hidroenergia Biogás Biocombustível líquido Gás hidrogênio Não-renováveis Combustíveis fósseis (petróleo, gás natural, carvão) Derivados de combustíveis fósseis (gasolina, óleo diesel, querosene) Óleos pesados (xisto, alcatrão) Energia nuclear Depósitos geotérmicos confinados
Tipos de Energia
Energia nuclear Obtenção: A partir da quebra de átomos de urânio Processo: a energia térmica liberada pelo processo de fissão nuclear é utilizada em caldeiras, gerando vapor que movimenta turbinas (geração de energia elétrica) Vantagens: Não emite poluentes na geração Requer menores áreas Maiores reservas Desvantagens: Resíduos radioativos Acidentes Custos de construção e operação
Energia nuclear Fusão nuclear Fissão nuclear
Energia nuclear Acidentes de importância ambiental Chernobyl, 26 de abril de 1986 Explosão de reator durante um teste de segurança 25 mil mortos Nível 7 (máximo) Intensidade equivalente a mais de 200 Hiroshima 3/4 da Europa teve contaminação EUA, 28 de março de 1979 Falha humana na operação do resfriador Nível 5 140 mil pessoas evacuadas Japão, 12 de março de 2011 Explosão de reatores da usina de Fukushima após grande terremoto Nível 5 EUA, agosto de 1979 Vazamento de urânio 1000 pessoas contaminadas
Energia nuclear Acidentes de importância ambiental
Energia nuclear Acidentes de importância ambiental Caso brasileiro: Contaminação por Césio 137 Ano: 1987 Local: Goiânia, Goiás Nível 5 Causa: descarte inadequado de equipamento de radioterapia (abandonado no prédio, exposição no ferro-velho 11 mortes e 600 pessoas contaminadas
Energia fóssil Formas: depósitos naturais de petróleo, gás natural e carvão (decomposição de organismos - carbono armazenado) Obtenção/ processo: Depósitos fósseis no fundo no mar ou em grandes profundidades Produção de combustíveis derivados (gasolina, diesel) Energia química liberada da queima de C e transformação em outras formas de energia (mecânica, elétrica) Vantagens: Facilidade de transporte e distribuição Rendimento Desvantagens: Emissão de gases poluentes (efeito estufa) Poluição de rios, oceanos Vulnerável a interrupções internacionais
Energia geotérmica Formas: depósitos em formas de vapor seco, vapor úmido e água quente Obtenção/ processo: Perfuração de poços e aproveitamento da energia térmica para aquecimento ou acionamento de turbinas (energia mecânica) e produção de energia elétrica Vantagens: Aproveitamento de um processo natural e pequena área de instalação Não emite CO2 (efeito estufa) Desvantagens: Grande investimento Localização Emissão de ácido sulfídrico (H2S)
Energia geotérmica recursos disponíveis
Energia geotérmica recursos disponíveis Conversão em eletricidade é ineficiente Útil para aquecer água e ar Interessante em pequena escala, junto com outros esquemas, como os solares Aplicação limitada Fonte: geni.org
O que move esse escoamento? Ramsey Sound, costa sudoeste do Reino Unido canal estreito entre a costa e a ilha de Ramsey sujeito a uma variação de maré de até 5 metros
Energia das ondas e marés Formas: marés, ação de ondas e corrente oceânica Obtenção: Alteração do nível das marés (energia potencial) Corrente oceânica (energia cinética) Processo: conversão da energia potencial ou cinética em energia mecânica (turbinas) e energia elétrica (geradores) Vantagens: Aproveitamento de um processo natural e contínuo Não emite poluentes Desvantagens: Grande investimento Localização favorável (amplitude de maré grande)
Recurso maremotriz Foto anterior Fontes: googlemaps & http://energiasalternativa-celpc.blogspot.com.br Abandonada
Recurso maremotriz Foto anterior Barragem maremotriz de Bacanga (MA) Fontes: googlemaps & http://energiasalternativa-celpc.blogspot.com.br Abandonada
Tecnologia maremotriz SeaGen 1.2 MW Strangford Lough (Irlanda do Norte, 2008)
Tecnologia de energia por ondas Pelamis 750 kw
Tecnologia de energia por ondas https://www.youtube.com/watch?v=f0mzrbfzupm Pelamis 750 kw 120 m (comprimento) e 3,5 m (diâmetro) Ocean Power Delivery (Escócia) - 2004
Energia das ondas e marés Tecnologia nacional Flutuadores instalados no porto de Pecém, Ceará Movimento dos discos flutuantes aciona uma bomba hidráulica, que proporciona um fluxo equivalente a uma queda de 400 m de coluna d água, acionando a turbina e os geradores. Custo: R$ 18 milhões Potência gerada: 100 KW (± 60 famílias) (vídeo)
Biodiesel Formas: plantas (óleos vegetais) ou animais (gordura animal) Obtenção: Óleos vegetais girassol, mamona, soja (energia química) Gordura animal (energia química) Processo: mistura dos óleos com álcool (ou metanol), sob ação de um catalisador (provoca a reação química entre óleo e álcool. A energia química gerada pode ser convertida em energia térmica, mecânica e elétrica. Vantagens: Consumo (fotossíntese) do CO2 gerado Desvantagens: Grandes escalas necessitam de grandes áreas de cultivo
Energia eólica Obtenção: Força dos ventos captados por hélices de turbinas ligadas a geradores Processo: conversão da energia cinética (velocidade do vento) em energia mecânica (turbinas) e energia elétrica (geradores) ou mecânica (p. ex. bombeamento de água) Vantagens: Aproveitamento de um processo natural Não emite poluentes Desvantagens: Grande investimento Ruído e interferência nas transmissões de rádio e TV
Energia eólica Capacidade instalada mundialmente: 282,4 GW equivalente a 20 hidrelétricas de Itaipu China: ¼ da capacidade eólica mundial (75,5 mil MW) EUA: 60 mil MW (21,1% do total mundial) Alemanha: 31,3 mil MW (11,1 %) Espanha: 22,7 mil MW (8,1%) Índia: 8,1 mil MW (2,9%) 15º Brasil: 2,5 mil MW
Energia hidrelétrica
Energia hidrelétrica Obtenção: Energia liberada por uma queda d água Processo: conversão da energia cinética (velocidade) e potencial (diferença de nível) em energia mecânica (turbinas) e energia elétrica (geradores) Vantagens: Alto rendimento Não emite poluentes Desvantagens: Grandes áreas inundadas
Energia hidrelétrica Potencial hidrelétrico brasileiro: 260 GW (4º mundial China, Rússia e EUA)
Energia solar Tipo de tecnologia: Aquecimento direto (p. ex água em residências) Células solares fotovoltaicas Concentração de calor e geração de vapor em torres centrais CSP (Concentrated Solar Power) concentra-se a luz solar sobre encanamentos, aquecendo uma mistura de sal fundido, que em contato com a água produz vapor em seu interior, acionando turbinas e geradores de eletricidade.
Energia solar Maiores usinas: Ivanpah (2014): Estados Unidos, Deserto de Mojave, Califórnia: 392 MW Solar Energy Generating Systems (1985) Estados Unidos: Deserto de Mojave, Califórnia: 345 MW Solnova Solar Power Station (2010) Espanha, Sanlúcar la Mayor: 150 MW Extresol Solar Power Station (2009): Espanha, Torre de Miguel Sesmero: 150 MW
Energia solar 392 MW 140 mil casas Área construída: 13 km² 350 mil espelhos Geração de vapor nas torres (turbinas) Custo de 2,2 bilhões de dólares Problema ambiental: morte de pássaros perto das torres (temperaturas de 500 ºC) (ITAIPU 14.000 MW)
Energia solar Maiores usinas: Andasol Solar Power Station (2008) Espanha, Aldiere: 150 MW Palma del Rio Solar Power Station (2011): Espanha, Palma del Rio, Cordoba: 100 MW Martin Next Generation Solar Energy Center (2010): Estados Unidos, Indiantown (Flórida): 75 MW Shams 1 (2013)- Abu Dhabi (Emirados Árabes): 100 MW (tecnologia CSP)
Energia solar Tanquinho (2012): Campinas, São Paulo: 1,1 MW (657 casas; R$ 13,8 milhões; Unicamp) Cidade Azul (2014): Tubarão, Santa Catarina : 3 MW (2,5 mil casas, R$ 30 milhões; UFSC) Radiação solar global diária, média anual (MJ/m².dia) (Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil)
Potencial de uso de energia solar - incentivos Fonte: Studio Equinócio Solar Energy Casa do Minha Casa, Minha Vida 2 com aquecimento solar de água, o que possibilita às famílias de baixa renda economizarem na conta de eletricidade e gera ganhos ambientais
Estacionamento gerador de energia solar - UERJ 414 painéis solares fotovoltaicos Capacidade: 140 mil kwh por ano Investimento do projeto é de R$ 1,6 milhão (isenção de ICMS) Economia de R$ 65 mil/ ano na conta de luz (UERJ) Tecnologia: As placas solares japonesas; Estrutura instaladas é alemã. Ideia brasileira: financiamento com $$ de imposto (IMCS que pagaria na conta de luz na ordem de R$ 14 milhões por ano)
Meu pai Plateia Antena com espelhos
Comparação: potência, custos e escala Três Gargantas, China: 22.400 MW (Itaipu: 14.000 MW) London Array, Inglaterra: 630 MW (Complexo Eólico Alto Sertão I: 294 MW, R$ 1.2 bilhões) Ivanpah, Estados Unidos: 392 MW (Cidade Azul: 3 MW, R$ 30 milhões) Kashiwazaki-Kariwa, Japão: 8.212 MW (Angra 1 e 2: 1.855 MW)
Eficiência líquida É a quantidade de energia de alta qualidade disponível de cada recurso menos a quantidade de energia necessária para tornála disponível.
Eficiência energética Relação entre a quantidade de energia empregada em uma atividade e aquela disponibilizada para sua realização REL = Razão de energia líquida REL = Energia obtida Energia gasta na produção Quanto mais alta for a razão, maior será a energia líquida. Quando a razão for menor que 1, haverá perda da energia líquida)
Eficiência energética Aquecimento doméstico REL Sol 5.8 Gás Natural 4.9 Petróleo 4.5 Carvão Gaseificado 1.5 Térmica a Carvão 0.4 Térmica a Gás Natural 0.4 Térmica Nuclear 0.3
Eficiência energética Processos Industriais REL Carvão Mineral (superfície) 28.2 Carvão Mineral (subterrâneo) 25.8 Gás Natural 4.9 Petróleo 4.7 Carvão Gaseificado 1.5 Solar direto 0.9 Transporte REL Gás Natural 4.9 Gasolina 4.1 Biocombustível (álcool) 1.9 Carvão Liquefeito 1.4
Eficiência no uso de energia Construção civil: Aproveitamento das condições climáticas: maior ventilação e iluminação natural, radiação solar para aquecimento de ambiente e de água. Isolamento térmico: materiais e vidros que permitam um isolamento adequado. Sistemas automatizados: sensores de iluminação; equipamentos e motores eficientes; elevadores com sistema de regeneração energética. Sistemas eficientes e regulados: máquinas, equipamentos, lâmpadas com melhor nível de eficiência energética.
Eficiência no uso de energia Transportes: Veículos regulados Motores modernos Uso de energias renováveis/ sistemas híbridos Planejamento do sistema urbano Sistema de transporte coletivo Melhoria no sistema de escoamento de cargas.
A questão energética no futuro O desenvolvimento e a implementação de novas tecnologias de aproveitamento energético demandam tempo (aprox. 50 anos!) Quanto de energia se quer obter? Qual a finalidade de uso? (transporte, calor de baixa temperatura, etc) Qual a o tipo e a qualidade da energia? Qual a fonte?
A questão energética no futuro Aumentar a eficiência do uso da energia Aumento do uso de energias renováveis Por meio do uso eficiente da energia, é possível economizar pelo menos um terço da energia usada no mundo e até 43% da energia utilizada pelos norte-americanos.
A questão energética no futuro Fonte Qual o potencial de aproveitamento da fonte, a curto, médio e longo prazo? Qual o rendimento esperado? Qual o custo de desenvolvimento, construção e operação? Quais são os impactos ambientais, sociais, de segurança e como eles podem ser reduzidos?