Energia renovável

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Energia renovável
____________________ Biocombustível Biomassa Energia azul Energia geotérmica Energia heliotérmica Energia hidráulica Hidroeletricidade Energia solar Energia eólica Energia maremotriz Energia das ondas Energia das correntes marítimas Energia nuclear ____________________
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Energia renovável é aquela que vem de recursos naturais que são naturalmente reabastecidos, como sol, vento, chuva, marés e energia geotérmica. É importante notar que nem todo recurso natural é renovável, por exemplo, o urânio, carvão e petróleo são retirados da natureza, porém existem em quantidade limitada. Em 2008, cerca de 19% do consumo mundial de eletricidade veio de fontes renováveis, com 13% provenientes da tradicional biomassa, que é usada principalmente para aquecimento, e 3,2% a partir da hidroeletricidade.^[1] Novas energias renováveis (pequenas hidrelétricas, biomassa, eólica, solar, geotérmica, biocombustíveis e evaporação de corpos hídricos^[2]) representaram outros 2,7% e este percentual está crescendo rapidamente.^[1] A proporção das energias renováveis na geração de eletricidade é de cerca de 18%, com 15% da eletricidade global vindo de hidrelétricas e 3% das demais fontes renováveis de energia.^[1][3]

A energia do Sol é convertida de várias formas para formatos conhecidos, como a biomassa (fotossíntese), a energia hidráulica (evaporação), a eólica (ventos) e a fotovoltaica, que contêm imensa quantidade de energia, e que são capazes de se regenerar por meios naturais.

A geração de energia eólica está crescendo à taxa de 30% ao ano, com uma capacidade instalada a nível mundial de 318 105 mil megawatts (MW) em 2013,^[4][5] e é amplamente utilizada na Europa, Ásia e nos Estados Unidos.^[6] No final de 2009, as instalações fotovoltaicas (PV) em todo o globo ultrapassaram 21 000 MW^[7][8][9] e centrais fotovoltaicas são populares na Alemanha e na Espanha.^[10] Centrais de energia térmica solar operam nos Estados Unidos e Espanha, sendo a maior destas a usina de energia solar do Deserto de Mojave com capacidade de 354 MW.^[11]

A maior instalação de energia geotérmica do mundo é The Geysers, na Califórnia, com uma capacidade nominal de 750 MW. O Brasil tem um dos maiores programas de energia renovável no mundo, envolvendo a produção de álcool combustível a partir da cana de açúcar, e atualmente o etanol representa 18% dos combustíveis automotivos do país.^[12] O etanol combustível também é amplamente disponível nos Estados Unidos.

Ver também : Energia sustentável

• O Sol: energia solar
• O vento: energia eólica
• Os rios e correntes de água doce: energia hidráulica
• Os mares e oceanos: energia maremotriz
• As ondas: energia das ondas
• Energia da evaporação da água^[2][13]
• A matéria orgânica: biomassa, biocombustível, biogás
• O calor da Terra: energia geotérmica^[14]
• Água salobra: energia azul
• Fotossíntese: Fotossíntese artificial

As energias renováveis são consideradas como energias alternativas ao modelo energético tradicional, tanto pela sua disponibilidade (presente e futura) garantida (diferente dos combustíveis fósseis que precisam de milhares de anos para a sua formação) como pelo seu menor impacto ambiental.

Ver artigo principal: Fontes de energia

As fontes de energia podem ser divididas em dois grupos principais: permanentes (renováveis) e temporários (não-renováveis). As fontes permanentes são aquelas que têm origem solar, no entanto, o conceito de renovabilidade depende da escala temporal que é utilizado e os padrões de utilização dos recursos.

Assim, são considerados os combustíveis fósseis não-renováveis já que a taxa de utilização é muito superior à taxa de formação do recurso propriamente dito.

Os combustíveis fósseis são fontes não-renováveis de energia: não é possível repor o que se gasta, uma vez que podem ser necessários milhões de anos para poder contar novamente com eles. São aqueles cujas reservas são limitadas. As principais são a energia da fissão nuclear e os combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão).

Ver artigo principal: Combustível fóssil

Os combustíveis fósseis podem ser usados na forma sólida (carvão), líquida (petróleo) ou gasosa (gás natural). Segundo a teoria mais aceita, foram formados por acumulações de seres vivos que viveram há milhões de anos e que foram fossilizados formando carvão ou hidrocarbonetos. No caso do carvão se trata de bosques e florestas nas zonas húmidas e, no caso do petróleo e do gás natural de grandes massas de plâncton acumuladas no fundo de bacias marinhas ou lacustres. Em ambos os casos, a matéria orgânica foi parcialmente decomposta, pela ação da temperatura, pressão e certas bactérias, na ausência de oxigênio, de forma que foram armazenadas moléculas com ligações de alta energia.

Se distinguem as "reservas identificadas", embora não sejam exploradas, e as "reservas prováveis", que poderão ser descobertas com tecnologias futuras. Segundo os cálculos, o planeta pode fornecer energia para mais 40 anos (se for usado apenas o petróleo) e mais de 200 (se continuar a usar carvão).

Ver artigos principais: Energia nuclear, Movimento pró-nuclear e Movimento antinuclear

Ver também : Fusão a frio, Stellarator e Tokamak

Os núcleos atômicos de elementos pesados, como o urânio, podem ser desintegrados (fissão nuclear ou cisão nuclear) e liberar energia radiante e cinética. Usinas nucleares usam essa energia para produzir electricidade utilizando turbinas a vapor.

Uma consequência da atividade de produção deste tipo de energia são os resíduos radioativos, que podem levar milhares de anos para perder a radioatividade. Reatores de tório, que usam como combustível nuclear um isótopo do tório, produzem um volume de resíduos significativamente menor^[15][16] além de não ter utilidade para a fabricação de armas nucleares.^[17][18] Contudo, um reator de tório requer plutónio e/ou urânio (obtido noutras centrais nucleares) para iniciar o funcionamento.^[19]

Porém existe uma fonte de energia nuclear que não gera resíduos radioativos, a da fusão nuclear, que ocorre quando 4 núcleos de deutério se fundem formando 1 de hélio liberando energia térmica que pode ser usada em turbinas a vapor. A fusão de deutério e trítio (isótopos do hidrogênio ) pode gerar nêutrons, resultando em emissões de radiações perigosas.^[20] Entretanto, a fusão nuclear aneutrônica (sem a emissão de nêutrons) é livre destas radiações.^[21] O uso de combustíveis aneutrônicos (boro, lítio, hélio-3, etc.),^[20] combinado com confinamento inercial a laser,^[21] torna esta forma de fusão possível. Mas a reação de fusão ainda não foi conseguida em grande escala a ponto de ser economicamente viável.

Os combustíveis renováveis são combustíveis que usam como matéria-prima elementos renováveis para a natureza, como a cana-de-açúcar, utilizada para a fabricação do etanol e também, vários outros vegetais como a mamona utilizada para a fabricação do biodiesel ou outros óleos vegetais que podem ser usados diretamente em motores diesel com algumas adaptações.

Ver artigo principal: Energia hidráulica

A energia hidroelétrica é a energia que se produz em barragens construídas em cursos de água . Essa energia parte da chuva que forma os rios que são represados, a água desses rios faz girar turbinas que produzem energia elétrica.

É encontrada sob a forma de energia cinética, sob diferenças de temperatura ou gradientes de salinidade e pode ser aproveitada e utilizada. Uma vez que a água é aproximadamente 800 vezes mais densa que o ar, requer um lento fluxo ou ondas de mar moderadas, que podem produzir uma quantidade considerável de energia.

Ver artigo principal: Biomassa

Ver também : Bioenergia (combustíveis)

A energia da biomassa é a energia que se obtém durante a transformação de produtos de origem animal e vegetal para a produção de energia calorífica e elétrica. Na transformação de resíduos orgânicos é possível obter biocombustíveis, como o biogás, o gás de síntese (gasogênio), o bioálcool, a biogasolina, o biodiesel e o etanol de carvão. Pesquisas e experiências recentes demonstram que, alternativamente ao hidrogênio puro, o etanol (álcool combustível) pode abastecer células de combustível automotivas.^{[22][23][24][25]}

A formação de biomassa a partir de energia solar é realizada pelo processo denominado fotossíntese, pelas plantas. Através da fotossíntese, as plantas que contêm clorofila transformam o dióxido de carbono e a água em materiais orgânicos com alto teor energético que, por sua vez, servem de alimento para os outros seres vivos. A biomassa através destes processos armazena a curto prazo a energia solar sob a forma de hidratos de carbono. A energia armazenada no processo fotossintético pode ser posteriormente transformada em calor, liberando novamente o dióxido de carbono e a água armazenados. Esse calor pode ser usado para mover motores ou esquentar água para gerar vapor e mover uma turbina, gerando energia elétrica.

Ver artigo principal: Energia solar

A energia solar é aquela energia obtida pela luz do Sol, pode ser captada com paineis solares nas usinas fotovoltaicas e através de receptores nas usinas térmicas, chamadas usinas heliotérmicas. A energia solar recebida pela Terra é cerca de 5 mil vezes maior do que o consumo mundial de eletricidade e energia térmica somados.^[26]

Existem diferentes tecnologias que utilizam a energia solar, dentre elas estão: energia fotovoltaica, centrais heliotérmicas e o aquecimento solar. Na geração fotovoltaica, a energia luminosa é convertida diretamente em energia elétrica.^[27] Nas usinas heliotérmicas, a geração de energia acontece em dois passos: primeiro, os raios solares aquecem um receptor e, depois, este calor é usado para iniciar o processo convencional da geração de energia elétrica por meio da movimentação de uma turbina.^[27] No aquecimento solar, a luz do Sol é utilizada para aquecer a água de casas e prédios, o objetivo aqui não é a geração de energia elétrica.^[27]

Há dois componentes na radiação solar: radiação directa e radiação difusa. A radiação directa é a que vem diretamente do Sol, sem reflexões ou refrações intermediárias. A difusa, é emitida pelo céu durante o dia, graças aos muitos fenómenos de reflexão e refração da atmosfera solar, nas nuvens, e nos restantes elementos da atmosfera terrestre. A radiação refletida direta pode ser concentrada e utilizada. No entanto, tanto a radiação direta quanto a radiação difusa são utilizáveis.

É possível diferenciar entre receptores ativos e passivos, em que os primeiros utilizam mecanismos para orientar o sistema receptor rumo ao sol (chamado seguidor) para melhor atrair a radiação directa.

Uma grande vantagem da energia solar é que ela permite a geração de energia, no mesmo local de consumo, através da integração da arquitetura. Assim, pode ser levada a sistemas de geração distribuída, quase eliminando completamente as perdas ligadas aos transportes, que representam cerca de 40% do total. Porém essa fonte de energia tem o inconveniente de não poder ser usada à noite, a menos que se tenham bateria. .

Ver artigo principal: Energia eólica

A energia eólica é a energia obtida pela ação do vento, ou seja, através da utilização da energia cinética gerada pelas correntes atmosféricas.

O vento vem da palavra latina aeolicus, relativa à Eolo, deus dos ventos na mitologia grega. A energia eólica tem sido utilizada desde a Antiguidade para mover os barcos movidos por velas ou operação de outras máquinas. É uma espécie de energia verde. Essa energia também vem do Sol, que aquece a superfície da Terra de forma não homogênea, gerando locais de baixa pressão e locais de alta pressão, fazendo com que o ar se mova gerando ventos.

O vento é a fonte renovável de maior sucesso a nível europeu. No entanto há quem se oponha a esta utilização, por motivos estéticos de alteração da paisagem.

Ver artigo principal: Energia geotérmica

A energia geotérmica é a energia do interior da Terra. A geotermia consiste no aproveitamento de águas quentes e vapores para a produção de electricidade e calor. Exemplo: central geotérmica da Ribeira Grande (Açores).

Parte do calor interno da Terra (5 000 °C) chega à crosta terrestre. Em algumas áreas do planeta, próximas à superfície, as águas subterrâneas podem atingir temperaturas de ebulição, e, dessa forma, servir para impulsionar turbinas para eletricidade ou aquecimento. A energia geotérmica é aquela que pode ser obtida pelo homem através do calor dentro da terra. O calor dentro da terra ocorre devido a vários fatores, entre eles o gradiente geotérmico e o calor radiogênico. Geotérmica provém do grego geo, "Terra" e Thermo, "calor", literalmente "calor da Terra".

Ver artigo principal: Energia maremotriz

A energia dos mares é a energia que se obtém a partir do movimento das ondas, a das marés ou da diferença de temperatura entre os níveis da água do mar.

Ocorre devido à força gravitacional entre a Lua, a Terra e o Sol, que causam as marés, ou seja, a diferença de altura média dos mares de acordo com a posição relativa entre estes três astros. Esta diferença de altura pode ser explorada em locais estratégicos como os golfos, baías e estuários que utilizam turbinas hidráulicas na circulação natural da água, junto com os mecanismos de canalização e de depósito, para avançar sobre um eixo. Através da sua ligação a um alternador, o sistema pode ser usado para a geração de eletricidade, transformando, assim, a energia das marés, em energia elétrica, uma energia mais útil e aproveitável.

A energia das marés têm a qualidade de ser renovável, como fonte de energia primária não está esgotada pela sua exploração e, é limpa, uma vez que, na transformação de energia não produz poluentes derivados na fase operacional. No entanto, a relação entre a quantidade de energia que pode ser obtida com os actuais meios económicos e os custos e o impacto ambiental da instalação de dispositivos para o seu processo impediram uma notável proliferação deste tipo de energia.

Outras formas de extrair energia a partir da energia das ondas oceânicas são, a energia produzida pelo movimento das ondas do oceano e de energia devido ao gradiente térmico, que faz uma diferença de temperatura entre as águas superficiais e profundas do oceano.

Ver artigo principal: Hidrogênio verde

Ver também : Economia do hidrogênio

As matérias-primas empregadas na produção de hidrogênio, determinam seus "tipos" que são classificados em "cores": "preto", "marrom", "cinza", "azul", "roxo", "rosa", "turquesa", "amarelo", "branco", e "verde".^[28][29] O hidrogênio "verde" é assim denominado, por ser produzido com fontes de energia não poluentes.^[30] Bio-hidrogénio (ver: Produção biológica de hidrogénio) é o H₂ "verde" produzido por processos bioquímicos, tipicamente a partir de biomassa.^[31] A produção de hidrogênio verde é uma tecnologia inovadora que pode ajudar a descarbonizar o setor de energia e é uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis, que pode acelerar a transição energética na luta contra o aquecimento global.^[32]

Embora o hidrogênio possa ser produzido de várias maneiras, a tecnologia mais interessante e promissora é a produção de hidrogênio através da eletrólise da água. Nesse processo, a eletrólise decompõe a água em hidrogênio e oxigênio através do uso de eletricidade. Se a eletricidade usada vier de fontes de energias renováveis, como energia eólica ou energia solar, todo o processo energético será realizado sem gerar poluição.^[33] Nesse caso, estaríamos falando de hidrogênio "verde”, uma energia limpa.

A maior fábrica de hidrogênio verde para uso industrial na Europa, fica situada em Puertollano (Espanha) ^[34] desde 2022 e servirá para reduzir o consumo de gás natural.

Quais são as vantagens do uso de hidrogênio verde como parte do setor de energia?

• O hidrogênio é o elemento químico mais abundante na natureza.^[33]
• É um combustível universal, leve e altamente reativo.
• Reduz as emissões de CO₂.
• É produzido a partir de fontes de energia renováveis.
• Possui alta densidade de energia. Um kg. de hidrogênio contém o dobro de energia de um kg. de gás natural^[35] ou outros combustíveis fósseis.
• É transportável em diferentes estados: líquido ou gasoso.^[32]
• É versátil e pode ser usado de forma inovadora.

No entanto, o hidrogênio verde também tem suas próprias desvantagens, como:

• O hidrogênio é volátil. É uma substância inflamável, tornando-o um combustível perigoso para se trabalhar.^[36]
• A eletrólise é um processo caro.^[36]
• O hidrogênio é um gás muito mais leve que a gasolina, dificultando o armazenamento e o transporte.^[32]

A descarbonização de sistemas de aquecimento residencial é um grande desafio em países que atualmente dependem de gás natural. Uma resposta imediata ao problema é a introdução de hidrogênio verde no processo para reduzir o teor de carbono.^[37]

Além disso, no setor automotivo, o hidrogênio verde oferece uma alternativa aos combustíveis atualmente usados e é proposto como uma possível solução interessante para o futuro. Os veículos movidos a hidrogênio complementariam veículos elétricos para possibilitar a descarbonização do segmento de transporte.^[33]

A primeira vantagem de certa quantidade de recursos energéticos renováveis é que não produzem emissões de gases de efeito estufa nem outras emissões, ao contrário do que acontece com os combustíveis, sejam fósseis ou renováveis. Algumas fontes não emitem dióxido de carbono adicional, exceto aqueles necessários para a construção e operação, e não apresenta quaisquer riscos adicionais, tais como a ameaça nuclear.

No entanto, alguns sistemas de energias renováveis geram problemas ecológicos particulares. Assim, as primeiras turbinas eólicas estavam perigosas para as aves, como as suas lâminas giravam muito rapidamente, enquanto as hidroeléctricas podem criar barreiras à migração de certos peixes, um problema grave em muitos rios do mundo (nos rios na região noroeste da América do Norte que desembocam para o Oceano Pacífico, a população de salmão diminuiu drasticamente).

Uma vez que algumas das fontes de energia renováveis proporcionam uma energia de uma relativamente baixa intensidade, distribuídas em grandes áreas, são necessários novos tipos de "centrais" para transformá-los em fontes utilizáveis. Para 1 000 kWh de electricidade, consumo anual per capita nos países ocidentais, o proprietário de uma casa localizada em uma zona nublada da Europa tem de instalar oito metros quadrados de painéis fotovoltaicos (supondo um rendimento médio de 12,5% da energia).

No entanto, com quatro metros quadrados de coletores solares térmicos, um lar pode chegar muito da energia necessária para a água quente sanitária, porém, devido ao aproveitamento da simultaneidade, os prédios de apartamentos podem alcançar o mesmo retorno com menor superfície de colectores e, sobretudo, com muito menor investimento por agregado familiar.

Um problema inerente à energia renovável é o seu caráter difuso, com exceção da energia geotérmica, que, no entanto, só está disponível quando a crosta é fina, como as fontes quentes e gêiseres.

A produção de energia elétrica exige uma permanente fonte de energia confiável ou suporte de armazenamento (bomba hidráulica para armazenamento, baterias, futuras pilhas de hidrogênio, etc). Assim, devido ao elevado custo do armazenamento de energia, um pequeno sistema autônomo é raramente econômico, exceto em situações isoladas, quando a ligação à rede de energia implica custos mais elevados.

Em termos de biomassa, é certo que armazena um ativo de dióxido de carbono, formando a sua massa com ele e liberando o oxigênio de novo, enquanto para queimar novamente, combinam-se o carbono com o oxigénio para formar o dióxido de carbono novamente. Teoricamente o ciclo fechado não teria emissões de dióxido de carbono, apesar das emissões serem o produto de combustão fixo na nova biomassa. Na prática, é empregada a energia poluente no plantio, na colheita e na transformação, pelo que o saldo é negativo. Porém o saldo de energias não renováveis é muitas vezes mais negativo.

Além disso, a biomassa não é verdadeiramente inesgotável, mesmo sendo renovável. A sua utilização pode ser feita apenas em casos limitados. Há dúvidas quanto à capacidade da agricultura para fornecer as quantidades de massa vegetal necessário, se esta fonte se popularizar, que está se demonstrando pelo aumento de preços de grãos, devido à sua utilização para a produção de biocombustíveis. Por outro lado, todos os biocombustíveis produzidos produzem maior quantidade de dióxido de carbono por unidade de energia produzida ao equivalente fóssil. Mas essa emissão maior é absorvida na produção do biocombustível pelo processo de fotossíntese.

A energia geotérmica é muito restrita, não só geograficamente, mas algumas das suas fontes são consideradas poluentes. Isso ocorre porque a extração de água subterrânea em altas temperaturas geradas pelo arrastar para a superfície de sais minerais indesejáveis e tóxicos.

A diversidade geográfica dos recursos é também significativa. Alguns países e regiões são significativamente melhores do que outros recursos, nomeadamente no setor das energias renováveis.

Alguns países têm recursos significativos perto dos principais centros de habitação em que a procura de eletricidade é importante. A utilização desses recursos em grande escala requer, no entanto, investimentos consideráveis no tratamento e redes de distribuição, bem como na casa de produção.

Além disso, diferentes países têm diferentes potencialidades energéticas, este fator deve ser tido em conta no desenvolvimento das tecnologias a por em prática. Mas isso pode ser resolvido produzindo os biocombustíveis em países tropicais, com maior incidência de luz solar, e os levando para os países menos providos de Sol. Dessa maneira o problema de transporte de energia seria resolvido.

Se a produção de eletricidade a partir de fontes renováveis está generalizada, os sistemas de distribuição e transformação não seriam tão grandes distribuidores de eletricidade, mas funcionariam localmente, a fim de equilibrar as necessidades das pequenas comunidades. Os que possuem energia em excesso venderiam aos setores com déficit, quer dizer, o funcionamento da rede deverá passar de uma "gestão passiva", onde alguns produtores estão ligados e que o sistema é orientado para obter eletricidade "descendente" para o consumidor, para a gestão "ativa", onde alguns produtores são distribuídos na rede que devem monitorar constantemente as entradas e saídas para assegurar o equilíbrio do sistema local. Isso iria exigir grandes mudanças na forma de gerir as redes.

No entanto, a pequena utilização de energias renováveis, o que muitas vezes podem ocorrer no local, reduz a necessidade de ter sistemas de distribuição de eletricidade. Atuais sistemas, raramente e economicamente rentáveis, revelaram que uma família média que tem um sistema solar com armazenamento de energia e painéis de dimensão suficiente, só tem que recorrer a fontes externas de energia elétrica em algumas horas por semana. Portanto, aqueles que apóiam a energia renovável pensam que a eletricidade dos sistemas de distribuição deveriam ser menos importantes e mais fáceis de controlar.

Em 2009 a China aplicou US$ 34 bilhões^[38] na geração de energias renováveis. Com quase o dobro do investimento realizado pelos EUA, a China passou a liderar o ranking de países que mais investem em energias renováveis no mundo. O Brasil apareceu em 5º lugar com R$ 13,2 bi.

Referências

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• Fontes Alternativas de Energia CDCC-USP - São Carlos
• Página de energias renováveis do Ecocentro IPEC
• Energias Renováveis | Claretiano - Rede de Educação

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