RECURSOS ENERGÉTICOS

Introdução

A tecnologia permite o desenvolvimento de métodos de utilização dos recursos energéticos disponíveis, para a obtenção de formas de energia aproveitáveis pelo Homem. Alguns recursos ainda não são plenamente aproveitados ou transformados devido a vários fatores: desde a dificuldade ou impossibilidade de acesso à fonte, até técnicas de transformação e aproveitamento atualmente incipientes. O possível esgotamento de algumas fontes primárias obriga os países que têm condições, a buscarem o aperfeiçoamento das técnicas existentes e a dedicarem esforços na descoberta de outros processos na industrialização dos recursos energéticos.

ENERGIA DOS COMBUSTÍVEIS

Entre os combustíveis, o mais conhecido é a lenha. Em alguns países esse recurso energético já desapareceu. No Brasil, as reservas florestais vêm sofrendo devastações, mesmo submetidas a severa proteção.

Portanto, a utilização da madeira como recurso energético nos países mais desenvolvidos é praticamente insignificante. Outro combustível que merece a nossa atenção é o bagaço de cana-de-açúcar. Embora ainda seja pequena a sua participação na matriz energética, essa fonte é renovável e tende a ter sua exploração aumentada gradativamente. Em nosso País, o álcool hidratado é utilizado como fonte renovável de combustível.

FONTES RENOVÁVEIS

São reabastecidas pela Natureza, de modo que seus recursos estão sempre disponíveis. O tempo para a renovação desses recursos é pequeno. Isso garante abastecimento constante e aproveitamento seguro e confiável. As restrições ficam por conta de certas fontes que, apesar de renováveis, são constituídas de recursos cujos aproveitamentos e transformações emitem significativos volumes de gás carbônico (CO2), principal responsável pelo efeito estufa, dor de cabeça da Humanidade por causa do aquecimento global. Nesse sentido, pode-se observar que nem toda fonte renovável é limpa.

Energia Hidráulica

O recurso natural mais abundante em nosso planeta é a água. O volume estimado é cerca de 1.360.000.000 km3, recobrindo 2/3 da superfície da Terra sob a forma de oceanos, rios, lagos e calotas polares. A água é encontrada também em aquíferos subterrâneos, tais como o aquífero Guarani, extraordinário manancial localizado no Sudeste brasileiro. A água é uma das poucas fontes que, produzindo energia, não contribui para o aquecimento global, principal problema ambiental da atualidade. Limitada em um ciclo natural do planeta pelos efeitos da energia solar e da força da gravidade, a água em forma líquida transforma-se em vapor, que se condensa em nuvens e retorna à superfície da Terra sob a forma de chuva. É, portanto, um recurso energético renovável.

O aproveitamento das quedas d'água como fonte de energia vem sendo utilizado desde a época primitiva de nossa história. O grande impulso se deu a partir da invenção da turbina e dos grandes geradores elétricos. Foi na era moderna que a tecnologia referente à mecânica e à eletricidade se desenvolveu, possibilitando a instalação de grandes usinas hidroelétricas.

Apesar disso, a participação da água na matriz energética mundial é pouco expressiva e, na matriz da energia elétrica, decrescente. A International Energy Agency (IEA), em seu último relatório Key World Energy Statistics, publicado em 2008, afirma que entre 1973 e 2006 a participação da força das águas na produção total de energia passou de 2,2% para 1,8%! Nesse mesmo período, a posição na matriz da energia elétrica sofreu recuo acentuado: de 21% para 16%, inferior à do carvão mineral e à do gás natural, ambos combustíveis fósseis não-renováveis, cuja combustão libera gases na atmosfera. E, dado preocupante, esses combustíveis têm reservas em risco de esgotamento a médio e longo prazos.

Matriz energética dos anos 1973 e 2006

Fonte: IEA, 2008

Assim, a água, com excelentes características próprias para o aproveitamento energético, tem posicionamento extremamente modesto na matriz mundial.

Existem vários elementos que explicam esse aparente paradoxo, já que a água é um recurso abundante. Entre eles encontram-se as características de distribuição na superfície do globo terrestre. Em face das condições do relevo da crosta, são poucos os países contemplados com essa riqueza. Quase toda a água do mundo está nos oceanos e, apesar das pesquisas recentes, a força das marés não é utilizada em escala comercial para a produção de energia elétrica. Da chamada água doce restante, apenas aquela que flui com acentuados desníveis e/ou grandes vazões pode ser aproveitada em usinas hidroelétricas, pois essas são as características necessárias para a produção da energia mecânica que movimenta as turbinas das usinas. O Brasil constitui uma exceção. As quedas d'água representam relevante fonte de energia, exercendo papel fundamental na economia. Dada a constituição geográfica e a formação geológica do nosso País, as reservas brasileiras de potencial hidráulico conhecido são da ordem de 260.000 MW, superadas apenas pelas da Rússia. De toda a energia elétrica que utilizamos, mais de 80% é proveniente das quedas d'água e, no entanto, atualmente exploramos apenas cerca de 30% do potencial existente.

Embora desde a Antiguidade a energia hidráulica tenha sido usada para gerar energia mecânica (moagem de grãos, por exemplo), no século XX passou a ser aplicada, quase que exclusivamente, como matéria-prima da eletricidade. Desse modo, a participação na produção total da energia final, onde estão inseridas as energias mecânica e térmica, fica comprometida. Por outro lado, a redução da participação da água na matriz da energia elétrica tem relação com o esgotamento das reservas.

Nas últimas três décadas, segundo a IEA, a oferta de energia hidroelétrica aumentou em apenas dois locais no mundo: na Ásia, particularmente na China, e na América Latina, em função do Brasil, onde esse tipo de aproveitamento energético responde pela maior parte da produção de eletricidade. Nas

décadas citadas, os países tidos como desenvolvidos já haviam explorado todos os seus potenciais. Isso fez com que o volume de produção registrasse crescimento inferior ao de outras fontes energéticas, como o gás natural e a energia nuclear. Segundo o estudo sobre a hidroeletricidade, contido no Plano Nacional de Energia 2030, da EPE, são dignas de nota as taxas de aproveitamento da França, Alemanha, Japão, Noruega, Estados Unidos e Suécia, em contraste com as baixas taxas observadas em países da África, Ásia e América do Sul. Como já foi citado anteriormente, no Brasil o aproveitamento é de cerca de 30% do potencial hidráulico existente.

Consumo mundial de energia, por combustível, 2007

Fonte: BP, 2008

Na África, Ásia e América do Sul, incluindo o Brasil, a expansão não ocorreu com a rapidez prevista. Entre outros fatores, o prosseguimento de algumas obras foi afetado pela pressão ambiental contra as usinas hidroelétricas de grande porte. Nesse caso, o principal argumento contrário à construção desses complexos geradores é o impacto provocado sobre o modo de vida da população, da fauna e da flora locais pela formação de grandes lagos ou reservatórios, pelo aumento do nível dos rios ou pelas alterações em seus cursos após o represamento.

Mesmo sob intensas pressões, a China prossegue com o cronograma de construção de Três Gargantas, que será a maior hidroelétrica do mundo ao ser concluída (a previsão era o ano 2009). Na região Norte brasileira, as usinas de Santo Antônio (com participação de Furnas) e Jirau, no rio Madeira, são pilares da expansão da oferta de energia elétrica prevista para o período 2006-2015, mas, as dificuldades para obtenção do licenciamento ambiental e a mudança no eixo da barragem de Jirau, provocaram atrasos na construção da mesma.

Consumo mundial de energia, por setor, 2006 (Mtep)

(*) Incluem geotérmica, solar, eólica etc.(**) Inclui “bunkers” marítimosFonte: IEA, 2008

Concentra-se na região Sudeste do Brasil mais da metade da sua população. Ali se consome cerca de 70% de toda a energia elétrica gerada. Essa região, em curto prazo, terá o potencial das quedas d'água totalmente explorado.

Entretanto, o maior potencial hidráulico do Brasil se encontra na região Norte. Para exemplificar, só nas bacias dos rios Xingu, Tocantins e Araguaia, 40 milhões de kW podem ser aproveitados. A própria crise mundial do petróleo justificará a preponderância das hidroelétricas sobre os outros tipos de usinas no Brasil.

Potencial hidroelétrico brasileiro, por bacia hidrográficapppppppppppppppppppppppppppPP- Si

Fonte: EPE, 2007 (situação em 2007, em MW)

Biomassa

É toda matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica. De acordo com a origem, a biomassa pode ser: florestal (madeira, principalmente), agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outros) e rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo). Os derivados obtidos dependem da matéria-prima utilizada, pois o potencial energético varia em cada tipo, e da tecnologia de processamento para a disponibilização dos energéticos.

Matriz do consumo final de energia nos anos 1973 e 2006

Fonte: IEA, 2008

Existem várias técnicas em uso para transformar matéria-prima em energético. Cada uma delas dá origem a determinado derivado e está em nível tecnológico diferente. Por exemplo, a combustão direta para obtenção de calor ocorre em fogões (cocção de alimentos), fornos (metalurgia) e caldeiras (geração de

vapor).

A pirólise ou carbonização é o mais antigo e simples processo de conversão de um combustível sólido (normalmente lenha) em outro de melhor qualidade e conteúdo energético (carvão).

Outra técnica é a gaseificação. Por meio de reações termoquímicas que envolvem vapor quente e oxigênio, é possível transformar o combustível sólido em gás, mistura de monóxido de carbono, hidrogênio, metano, dióxido de carbono e nitrogênio. Esse gás pode ser utilizado em motores de combustão interna e em turbinas para a geração de eletricidade. É possível remover dele os componentes químicos que prejudicam o meio ambiente e a saúde humana, transformando a gaseificação em processo limpo.

A digestão anaeróbica é um processo bastante usado no tratamento de dejetos orgânicos. Consiste na decomposição do material pela ação de bactérias na ausência do ar. Como produto final resulta o biogás, composto basicamente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2).

Na agroindústria, o processo mais comum é a fermentação. Os açúcares de plantas como batata, milho, beterraba e cana-de-açúcar são convertidos em álcool pela ação de micro-organismos, geralmente leveduras. No final do processo obtém-se etanol na forma de álcool hidratado e, em menor escala, o álcool anidro, ou seja, com menos de 1% de água. O primeiro é utilizado como combustível puro em motores de combustão interna; o segundo é misturado à gasolina. No Brasil, na proporção de 20% a 22%, possivelmente até 25%. O resíduo sólido do processo de fermentação pode ser utilizado em usinas termoelétricas para a produção de eletricidade.

Produtores de bioenergia, 2005

Fonte: WEC, 2007

Entre as técnicas utilizadas para a transformação de matéria-prima em energia, encontra-se a transesterificação. É a reação de óleos vegetais com um produto intermediário obtido pela reação entre metanol ou etanol e uma base (hidróxido de sódio ou de potássio). O resultado é glicerina e biodiesel. Atualmente, o biodiesel é produzido no Brasil a partir da palma e babaçu (região Norte), soja,

girassol e amendoim (regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste) e mamona (semi-árido nordestino), entre outras matérias-primas de origem vegetal.

A biomassa mais utilizada nas regiões menos desenvolvidas é a de origem florestal. Os processos para obtenção de energia se caracterizam pela baixa eficiência, i. e., a necessidade de grande volume de matéria-prima para produção de pequenas quantidades energéticas. Uma exceção é o uso da biomassa florestal em processos de co-geração industrial. Do processamento da madeira na extração da celulose é possível, por exemplo, extrair a lixívia negra (licor negro) usada como combustível em usinas de co-geração da própria indústria de celulose.

Biocombustíveis

São combustíveis de origem biológica. Podem ser usados na produção de energia elétrica e em veículos (carros, caminhões, tratores) de forma integral ou em misturas com combustíveis fósseis. Têm origem em resíduos florestais (resultado da degradação natural ou não), na produção vegetal (madeira, principalmente) nos produtos agrícolas (milho, soja, cana-de-açúcar, mamona, canola, babaçu, cânhamo, entre outros) e nos rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo). O lixo orgânico também pode ser utilizado para a fabricação de biocombustível. São álcoois, éteres, ésteres e outros químicos. Os biocombustíveis são obtidos por dois processos: a gaseificação e a pirólise. No primeiro processo, os resíduos sólidos sofrem combustão subestequiométrica (combustão realizada com quantidade de oxigênio inferior à que seria necessária para uma reação completa), originando biocombustíveis constituídos por monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano e hidrogênio. Pela pirólise, os resíduos sólidos passam por processo de redução, onde se utiliza agente redutor e calor. Dessa maneira, pode-se obter biocombustível sólido (carvão) por aquecimento lento e biocombustível líquido e gasoso por meio de aquecimento rápido. Hoje, os mais importantes desses combustíveis são o biogás, o etanol e o biodiesel. Mas, existem também o bioetanol e o bioéter.

Biogás

O biogás é uma das fontes de produção de energia mais favoráveis ao meio ambiente. Sua aplicação permite a redução dos gases causadores do efeito estufa e contribui com o combate à poluição do solo e dos lençóis freáticos, fato devido à forma de obtenção. Esse gás é obtido da biomassa contida em dejetos (urbanos, industriais e agropecuários) e esgotos.

Neste caso, a biomassa passa naturalmente do estado sólido para o gasoso por meio da ação de micro-organismos que decompõem a matéria orgânica em um ambiente anaeróbico. No processo, o biogás também é lançado à atmosfera e passa a contribuir para o aquecimento global, uma vez que é composto por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2), oxigênio (O2) e gás sulfídrico (H2S). Contudo, a utilização do lixo para produção de energia permite o direcionamento e o uso do biogás e a

redução do volume dos dejetos em estado sólido.

A biomassa e o lixo (urbano e industrial) responderam por 10,1% da produção energética mundial em 2006, segundo a publicação Key World Energy Statistics 2008, da IEA. Na matriz da geração mundial de eletricidade, o biogás é incluído no grupo “Outras Fontes” (Fontes Renováveis), cuja participação foi de 2,3% da produção total em 2006.

Biogás e biofertilizantes

Por outro lado, o estudo Renewables 2007 Global Status Report, da REN21, informa que, apesar de pequena, a aplicação comercial de usinas a biogás nos últimos anos tem apresentado significativo crescimento nos países em desenvolvimento, especialmente na China e na Índia. Nos países desenvolvidos, tal como os EUA, também há a utilização do lixo urbano e

industrial para a produção de energia.

Existem três caminhos tecnológicos para o uso do lixo como energético. O mais simples e disseminado é o da combustão direta dos resíduos sólidos. Outro caminho é

a gaseificação por meio da termoquímica, produção de calor por meio de reações químicas. O terceiro e mais utilizado caminho para a produção de biogás é a reprodução artificial do processo natural, em que a ação de micro-organismos em ambiente anaeróbico produz a decomposição da matéria orgânica e, em consequência, a emissão de biogás.

A IEA publicou em seus dados que, em 2005, o lixo urbano deu origem a uma produção mundial de 870.578 TJ, o lixo industrial originou 428.645 TJ, e o biogás 520.910 TJ. No setor de energia elétrica, a produção dos lixos urbano e industrial e do biogás foi, respectivamente, 50,9 TWh, 13,3 TWh e 21,8 TWh. Esses volumes foram superiores ao da energia produzida por outras novas fontes renováveis, como a solar e a dos oceanos.

Etanol

É um álcool derivado de cereais e vegetais. No nosso País, a produção de etanol (álcool etílico) utiliza a cana-de-açúcar. É usado na fabricação de bebidas alcoólicas (cerveja, aguardente, vinho), de produtos de limpeza doméstica e na produção de combustíveis para veículos. Apresenta-se na forma de um líquido incolor. Sua fórmula química é C2H5OH. O ponto de fusão do etanol é – 117ºC e seu ponto de ebulição é 78ºC.

Produtores de etanol (hm3)

Fonte: WEC, 2007

Em 2006, a produção mundial de etanol foi de 40 bilhões de litros. Os estadunidenses dizem que o seu etanol, produzido a partir do milho, causa apenas 3% de inflação nos preços dos cereais. Contudo, a ONU garante que os biocombustíveis causam 10% na alta de preço da comida. Já o Banco Mundial afirma que tal inflação é da ordem 75%! Brasil e EUA concentram a produção de etanol. Juntos, produzem cerca de 75% do total mundial. Nosso País produz 33,2% de tudo o que o mundo disponibiliza e detém 37% do comércio global. Existem projeções que garantem que essas exportações chegarão a 50% em 2013. O etanol brasileiro não é considerado pelos especialistas como ameaça à produção de alimentos. Por outro lado, o etanol estadunidense exige que se desvie parte da produção de cereal (milho) que iria para a mesa de milhões de pessoas; no México, idem, e o milho é a base da alimentação popular; na Europa, o biodiesel é fabricado a partir de grãos de trigo.

A comparação da eficiência energética na produção do etanol de milho e do etanol de cana-de-açúcar mostra a grande vantagem do produto nacional:

Biodiesel

É um combustível natural usado em motores diesel, sob qualquer concentração com o óleo diesel, proveniente de fontes renováveis, que atende as especificações da Agência Nacional do Petróleo, ANP. Portanto, é combustível renovável derivado de óleos vegetais, como girassol, mamona, soja, babaçu e outras oleaginosas, ou de gorduras animais. O processo químico que o produz retira a glicerina do óleo.

Para a legislação brasileira, o biodiesel é um biocombustível derivado de biomassa renovável para uso em motores de combustão interna com ignição por compressão ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil.

O biodiesel é fabricado por meio de um processo químico chamado transesterificação, que separa a glicerina da gordura ou do óleo vegetal. Tal processo gera dois produtos: ésteres e glicerina (produto valorizado no

mercado de sabões). No ano 2006 foram produzidos 6 bilhões e 500 milhões de litros de biodiesel no mundo.

Produtores de biodiesel (mil toneladas)

Fonte: WEC, 2007

OUTRAS FONTES RENOVÁVEIS

O termo “Outras fontes” é usado pela ANEEL em substituição a “Fontes alternativas”, que a agência deixa cair em desuso. Continua a identificar fontes renováveis (e por isso adotamos o termo do título) que não são as tradicionais, em estado de grande desenvolvimento. De acordo com a necessidade mundial e os movimentos criados pela adoção dessas fontes, chamá-las de “alternativas” não é cabível, visto que já são consideradas as fontes de recursos energéticos do futuro próximo. Pelo equilíbrio do planeta e o bem-estar da Humanidade.

Energia Solar

Quase todas as fontes de energia são formas indiretas de energia solar. A radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, para aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode também ser convertida diretamente em energia elétrica, por meio dos efeitos sobre determinados materiais, como o termoelétrico e o fotovoltaico. Dificuldades técnicas e econômicas ainda impedem o uso direto

da energia solar em grande escala.

A energia solar chega ao nosso planeta nas formas térmica e luminosa. No estudo sobre Outras Fontes*, inserido no Plano Nacional de Energia 2030 produzido pela EPE – Empresa de Pesquisa Energética, consta que a irradiação solar que chega anualmente à superfície da Terra é suficiente para atender milhares de vezes o consumo de energia de toda a Humanidade, no mesmo período. Fonte de vida, o Sol também é a origem de todas as formas de energia que o Homem vem utilizando durante toda a sua História. Nossa estrela pode ser a solução para o abastecimento energético no futuro próximo, bastando, para isso, que a Humanidade aprenda a aproveitar de maneira racional a luz derramada sobre nosso planeta todos os dias. O Sol brilha há mais de 5 bilhões de anos e deve continuar assim por mais 6 bilhões. Estima-se que, no ano de 2008, lançou sobre a Terra 4.000 vezes mais energia do que o total que consumimos. É impensável ficar indiferente a tão formidável, constante, confiável e limpa fonte de energia.

Placa exposta à radiação solar para coleta de energia

A radiação solar não atinge de maneira uniforme toda a crosta terrestre. Sofre influência da latitude, da estação do ano e de condições atmosféricas como nebulosidade e umidade relativa do ar. Embora possa ser captada em qualquer local do globo terrestre, existem zonas mais favoráveis por causa do tempo maior de captação. Nesse caso, estão as regiões situadas entre 30º ao norte e ao sul do Equador, que englobam os Estados Unidos, Norte da África, Austrália e a maior parte dos países da América do Sul, inclusive o Brasil.

Potências instaladas em células fotovoltaicas

Fonte: IEA, 2007

Ao passar pela atmosfera da Terra, a energia solar manifesta-se em grande

parte sob a forma de luz visível de raios infravermelhos e de raios ultravioleta. Essa luz pode ser transformada em formas de energia utilizáveis pelo homem, como as energias elétrica e térmica. Assim, são os equipamentos utilizados na captação dessa luz visível que determinam que tipo de energia será obtido.

Caso seja utilizada uma superfície escura para a captação, a energia solar será transformada em calor. Utilizando-se células fotovoltaicas (painéis), o resultado será a eletricidade. Os equipamentos necessários para a produção de calor são chamados COLETORES e CONCENTRADORES. Após a COLETA, às vezes é preciso CONCENTRAR a radiação em um só ponto. Este é o princípio em que se baseiam muitos aquecedores solares de água.

Como nem toda a energia solar atinge a superfície terrestre, parte dela, refletida, absorvida ou difundida na atmosfera, forma o equilíbrio térmico da mesma.

* Substituindo o termo Fontes Alternativas, que cai em desuso. Fonte: ANEEL.

Energia das Marés

O potencial de geração de energia elétrica a partir do mar inclui o aproveitamento das marés, correntes marítimas, ondas, energia térmica e gradientes de salinidade. A eletricidade pode ser obtida a partir da energia cinética produzida pelo movimento das águas ou pela energia derivada da diferença do nível do mar entre as marés alta e baixa.

De acordo com o estudo Fontes Alternativas (Outras Fontes), inserido no Plano Nacional de Energia 2030, produzido em 2008, todas as tecnologias estão em fase de desenvolvimento, com exceção do aproveitamento da energia potencial em usina maremotriz (energia contida no movimento das águas). Admite-se, então, que tais tecnologias de aproveitamento não apresentam custos competitivos diante das demais fontes conhecidas. Um dos países que se destacam nessas pesquisas é Portugal, com diversos projetos pilotos.

Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o total estimado de energia potencial da maré é de 22.000 TWh por ano, dos quais 200 TWh seriam realmente aproveitáveis. No ano 2008, menos de 0,6 TWh (0,3%) era convertido em energia elétrica.

A EPE, baseada em estimativas de organismos internacionais, afirma que não haverá aplicação em escala das tecnologias marítimas para a produção de energia no curto e médio prazos. Apenas a partir de 2025 a expansão poderá ocorrer de forma acentuada.

Atualmente, na relação dos principais locais para aproveitamento das marés estão Argentina, Austrália, Canadá, Índia, Coréia do Sul, México, Reino Unido, Estados Unidos e Rússia. Projetos piloto estão sendo desenvolvidos nos Estados Unidos, Canadá, França e Rússia.

O potencial brasileiro, segundo estudos realizados pela Coordenação dos

Programas de Pós-Graduação de Engenharia (Coppe), da Universidade Federal do Rio de Janeiro, é de 40 GW. A Coppe está implantando um projeto piloto para a geração de energia Elétrica a partir das ondas no litoral do Ceará. O projeto é realizado em parceria com o governo cearense e financiado pela Eletrobrás e pelo CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. A proposta é construir uma usina de 500 kW composta de 20 módulos.

Usina maremotriz

Fonte: Adaptado de www.treehuger.com

O fluxo e o refluxo das marés poderão constituir, no futuro, uma expressiva fonte de energia utilizável. Isso dependerá tanto de fatores econômicos quanto de recursos técnicos, ainda não suficientemente desenvolvidos.

Energia Geotérmica

O calor desenvolvido no interior da Terra poderá tornar-se uma das maiores fontes de energia para o futuro. Nesse caso, os principais recursos são os gêiseres (fontes de vapor no interior da Terra que apresentam erupções periódicas). Nas localidades onde eles não estão presentes, o calor existente no interior das rochas é usado para o aquecimento da água. A partir da água aquecida é produzido o vapor utilizado nas usinas termoelétricas. É possível usar também o vapor quente seco para movimentar turbinas. Essa tecnologia é pouco aplicada, mas já se encontra na Itália e no México.

Reservatório geotérmico de alta temperatura

Adaptado de www.educar

Desde 1904 a aplicação da energia geotérmica é conhecida. Naquele ano foi construída a primeira usina, logo depois destruída por um acidente. Apesar disso, a evolução foi lenta e se caracterizou pela construção de pequeno número de unidades em poucos países. No Brasil não há nenhuma unidade em operação, mesmo sob forma experimental. Mesmo assim, o porte dos empreendimentos atuais é significativo.

Capacidade geotérmica mundial instalada, 2007

Fonte: BP, 2008

Vários são os países que vêm pesquisando sobre a viabilidade do emprego das reações nucleares subterrâneas. Entre alguns países que já possuem aproveitamento geotérmico, podemos mencionar a Nova Zelândia. Lá existe uma usina em operação com potência de 170 MW, o que equivale aproximadamente à potência de uma máquina da Usina de Furnas (152 MW). Vários vulcões extintos estão sendo mapeados e investigados.

Na Itália, encontra-se em operação uma usina geotérmica de 370 MW, a

Central Geotérmica de Sarderelha. As Nações Unidas vêm desenvolvendo um programa de expansão dessa tecnologia adquirida pela Itália, Nova Zelândia e Estados Unidos. Com isso os países em desenvolvimento poderão reforçar seus recursos energéticos. São conhecidas quatro fontes geotérmicas: vapor seco, águas quentes, rochas quentes e reservatórios de alta pressão.

Energia Eólica

Para efeito do estudo em questão, a energia eólica é aquela obtida da energia cinética gerada pela migração das massas de ar provocada pelas diferenças de temperatura existentes na superfície do planeta. Não existem informações precisas sobre quando ela começou a ser aplicada, porém, sabe-se que, desde a Antiguidade, dá origem à energia mecânica usada na movimentação de barcos e em atividades econômicas básicas, como bombeamento de água e moagem de grãos. A sua conversão em energia elétrica, historicamente falando, é tecnologia desenvolvida recentemente. Existem projetos para grandes usinas eólicas, principalmente em zonas rurais e em locais onde a obtenção de energia elétrica por outros processos torna-se difícil.

Potência instalada em 2007

Fonte: WWEA, 2008

A geração eólica ocorre quando a força do vento age nas pás do cata-vento de uma unidade geradora. O giro dessas pás dá origem à energia mecânica que vai acionar o rotor do aerogerador, onde é produzida a eletricidade. A quantidade de energia mecânica transferida (potencial de energia elétrica a ser produzida) está diretamente relacionada à densidade do ar, à área coberta pela rotação das pás e à velocidade do vento.

Potencial eólico do Brasil

É importante observar que o potencial de energia dos ventos é muito grande, principalmente nas camadas mais elevadas da atmosfera. Existem laboratórios em vários países estudando a viabilidade econômica dos aproveitamentos eólicos. Nos Estados Unidos há uma usina-laboratório colocada a muitos metros de altura do solo, montada sobre estruturas metálicas, em operação experimental, produzindo pequena potência.

FONTES NÃO-RENOVÁVEIS

São fontes cujos recursos não são recolocados pela Natureza em espaço de tempo viável para utilização futura de várias gerações de humanos. São matérias-primas finitas. A atual matriz energética mundial está baseada principalmente na transformação de recursos que têm data marcada para acabar. Além disso, a maioria dessas fontes fornece recursos cujas transformações causam extrema poluição planetária e alimentam o efeito estufa, principal agente do aquecimento global. Atualmente, das fontes não-renováveis, apenas a energia nuclear é considerada fonte limpa, quando se considera seguro o seu manuseio e a estocagem ou reciclagem dos resíduos resultantes das transformações inerentes à sua utilização. Observa-se assim, que nem toda fonte não-renovável é “suja”!

Petróleo

É um óleo inflamável formado a partir da decomposição de matéria orgânica, como plantas, animais marinhos e vegetação típica das regiões alagadiças, num processo de milhões de anos. O petróleo é encontrado apenas em terreno

sedimentar. Tem como base de composição o hidrocarboneto, substância composta por carbono e hidrogênio, à qual podem se juntar átomos de oxigênio, nitrogênio e enxofre, além de íons metálicos, principalmente de níquel e vanádio.

O petróleo na matriz energética mundial, 2006 (fontes primárias)

Fonte: IEA, 2008

Para encontrar e dimensionar o volume das reservas existentes, medidas em quantidades de barris, são realizados estudos exploratórios que utilizam tanto a geologia quanto a geofísica. Depois, vem a fase de perfuração, que inicia com a abertura de um poço mediante o uso de uma sonda para comprovar a existência do petróleo. Em caso positivo, outros poços serão perfurados a fim de se avaliar a extensão da jazida. Com esta última informação técnica, confrontada com dados de mercado, tais como oferta, consumo e cotações presentes e previstas para o petróleo no mercado internacional, determina-se se é comercialmente viável a produção da

reserva descoberta. De maneira simplificada, quanto maior a perspectiva de escassez, pressão do consumo e aumento das cotações, maiores os investimentos que podem ser aplicados na extração, a primeira fase na cadeia produtiva do petróleo.

Essa tecnologia sofisticada foi desenvolvida principalmente ao longo do século XX visto que, em função da exploração crescente, as jazidas mais próximas do solo se esgotaram. No final do século XIX, não era raro o petróleo jorrar naturalmente, como aconteceu em algumas regiões dos Estados Unidos. Dessa época, registram-se histórias de fortunas amealhadas da noite para o dia por obra do acaso. As maiores companhia petrolíferas multinacionais, ainda hoje em operação, foram constituídas nesse período.

Produção e consumo de petróleo de 1998 a 2007

Fonte: BP, 2008

A aplicação direta do petróleo cru não é possível, economicamente falando. Para qualquer utilização é preciso o processo de refino, do qual se obtém os derivados que são distribuídos a um mercado consumidor pulverizado e diversificado. Além da extração, a cadeia produtiva compreende mais três etapas:

1. transporte do óleo cru (geralmente por oleodutos ou navios)

2. refino

3. distribuição (entrega dos derivados ao consumidor final, geralmente por caminhões-tanques)

Os dez maiores produtores de petróleo

Fonte: BP, 2008

Sem dúvida alguma, vivemos na era do petróleo. Ele constitui a base econômica da vida atual. Como consequência natural, os países que manipulam este recurso energético aparecem como grandes expressões político-econômicas. O petróleo é oriundo de resíduos animais da era arqueológica e de grandes quantidades de vegetais que foram encobertos pelas erosões do solo. Pela falta de oxigênio no transcorrer de milhões de anos, esses elementos foram se decompondo gradativamente por meio de reações químicas. É importante observar a transitoriedade desse combustível, pois para a sua elaboração a natureza leva milhões de anos e a sua utilização é acentuada e acelerada. O petróleo, no aspecto característico de cor escura e na forma pastosa, já era conhecido do homem primitivo que o utilizava em pequenas quantidades, pois a ele faltavam as necessidades de consumo e os recursos para exploração.

As dez maiores reservas de petróleo

Fonte: BP, 2008

Somente em meados do século XIX é que a exploração se concretizou em nível industrial. Com o aparecimento do automóvel, a importância do petróleo tornou-se incalculável, sendo agora utilizado para inúmeros fins. Os países do Oriente Médio, tais como Arábia Saudita, Irã, Iraque e outros, detêm a liderança na exploração das maiores reservas do mundo, com 61% de todo o petróleo conhecido. O Brasil consome atualmente mais de 2 milhões e 500 mil

barris diários de petróleo e é considerado praticamente autônomo, com reservas estimadas em 14 bilhões de barris, com as descobertas do pré-sal permitindo alcançar reservas totais de 70 bilhões de barris. A OPEP estimou o consumo total da América Latina para o ano de 2008 em 5,5 milhões de barris diários, impulsionado pelo aumento da demanda por petróleo do Brasil. Ou seja, nosso País consome mais da metade do óleo consumido em toda a América Latina.

Gás Natural

Depois de ser considerado um estorvo no século XIX, nos Estados Unidos, pois exigia uma série de procedimentos de segurança que encareciam e complicavam as atividades de prospecção, o gás natural, fonte não-renovável, ganhou status na matriz energética mundial. A partir dos anos 1980, o consumo entrou em franca expansão e o gás transformou-se na fonte de energia de origem fóssil a registrar maior crescimento no mundo. Essa posição se mantém até hoje e deverá ser mantida no médio prazo.

Entre 1973 e 2007, a produção mundial mais que dobrou, ao passar de 1.227.000.000 m3 para 3.031.000.000 m3, de acordo com o estudo Key World Energy Statistyics, publicado pela IEA, em 2008. Mesmo assim, o gás natural manteve a terceira colocação na matriz energética mundial, abaixo do carvão mineral e dos derivados de petróleo. Entretanto, saiu do quarto para o segundo lugar dentre as principais fontes produtoras de energia elétrica, superado apenas pelo carvão mineral.

No mesmo período citado anteriormente, a evolução do gás natural no Brasil foi destacadamente expressiva: passou de 200.000.000 m3 para 11.300.000.000 m3, dado registrado no estudo BP Statistical Review of World Energy 2008. Significa aumento de5.650 %. Com todos esses impressionantes dados, ainda assim a participação atual na matriz energética brasileira, de 9,3%, coloca o gás natural em quinto lugar, depois da lenha e carvão vegetal, energia hidráulica e eletricidade, produtos da cana-de-açúcar e petróleo e derivados. Na produção de energia elétrica, a participação é de 3,3%.

O gás natural se apresenta como alternativa ao petróleo. O interesse por essa fonte está diretamente relacionado à busca de outras vias energéticas e à procura de fontes menos agressivas ao meio ambiente. A soma desses fatores resultou na intensificação das atividades de prospecção e exploração, principalmente nos países em desenvolvimento. Isso trouxe o aumento do volume e a expansão geográfica das reservas provadas.* Até os anos 70, tais reservas concentravam-se em poucas regiões, como a América do Norte e a ex-União Soviética.

* Fontes cujos reservatórios estão em produção ou os fluidos nelas contidos têm sua existência e capacidade

de produzir comprovadas por testes.

Oferta de energia primária no Brasil, 2007

Fonte: MME, 2008

Com o advento da nova distribuição geográfica, o transporte do gás foi favorecido. O transporte, historicamente, sempre foi o maior entrave à disseminação dessa fonte energética, visto necessitar de altos investimentos, tanto na construção de dutos especiais quanto no processo de produção do GNL. A multiplicação das reservas pelo planeta aumenta a proximidades das mesmas com os centros consumidores.

A principal característica do gás natural é a versatilidade. Tanto pode ser utilizado na geração de energia elétrica, quanto no funcionamento em motores de combustão do setor de transportes. Pode ser usado também na produção de chamas (como substituto do GLP), calor e vapor. Sendo assim, a aplicação é possível em todos os setores da economia: indústria, comércio, serviços e residências.

Reservas de gás natural no mundo (trilhões de m3)

Fonte: BP, 2008, adaptado

O gás natural também pode passar por um processo de transformação para

dar origem a derivados similares aos do petróleo, contudo, menos agressivos ao meio ambiente. A tecnologia, denominada gas-to-liquid (GTL), é recente, tem custos elevados e é dominada por poucas empresas. Existem ainda outros elementos positivos: a capacidade de dispersão em casos de vazamento e a pequena emissão de poluentes em toda a cadeia produtiva, se comparado aos demais combustíveis fósseis.

Produção de gás natural em 2007

Fonte: BP, 2008

Esse recurso natural é um hidrocarboneto resultante da decomposição da matéria orgânica durante milhões de anos. É encontrado no subsolo, em rochas porosas isoladas do meio ambiente por uma camada impermeável. Nas primeiras etapas de decomposição, a matéria orgânica de origem animal produz o petróleo; nos últimos estágios de degradação, o gás natural. Por isso, é bastante comum a descoberta do gás tanto associado ao petróleo quanto em campos isolados (gás natural não associado).

Consumo de gás natural em 2007

Fonte: BP, 2008

A composição básica do gás natural são as moléculas de hidrocarbonetos

(átomos de hidrogênio e carbono) encontradas em estado volátil e de baixa densidade. Isso ocorre também com o petróleo. O elemento predominante é o gás metano, entretanto, encontram-se, em proporções variadas, etano, propano, butano, gás carbônico, nitrogênio, água, ácido clorídrico e metanol, além de outros. A proporção de cada um na composição final depende de uma série de variáveis naturais, como o processo de formação e as condições de acumulação no reservatório. No estado bruto, o gás natural não tem cheiro e é mais leve que o ar. Por isso, deve ser odorizado para que sejam detectados eventuais casos de vazamento.

Carvão Mineral

O carvão mineral, energético de origem fóssil, foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas pela Humanidade. Foi aplicado na geração de vapor para movimentar as máquinas da Primeira Revolução Industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII, e dela foi um dos pilares. No fim do século XIX, o vapor por ele gerado foi aproveitado na produção de energia elétrica. Entretanto, no decorrer do tempo, o carvão mineral perdeu espaço na matriz energética mundial para o petróleo e o gás natural, por causa do desenvolvimento dos motores a explosão.

Na década de 70 do século passado, principalmente em decorrência do chamado choque do petróleo, o interesse pelo carvão mineral criou força e se mantém em alta até hoje. A competitividade do carvão no mercado internacional é garantida pela oferta farta e pulverizada e pelo comportamento dos preços. Enquanto as cotações do petróleo e derivados têm se caracterizado pela tendência de alta e extrema volatilidade, as cotações da commodity carvão mineral registraram movimentos suaves ao longo dos últimos dez anos, entrando em um ciclo de baixa a partir de 2005.

Os dez maiores produtores de carvão mineral (em Mtep)

Fonte: BP, 2008

Hoje o carvão mineral é a fonte mais utilizada para a geração de energia elétrica no mundo. Responde por 41% da produção total, segundo dados da International Energy Agency (IEA). Além da produção de energia elétrica, em outros usos o carvão mineral tem 26% de participação na produção global. De acordo com a IEA, este energético deve manter posição semelhante nos próximos 30 anos. O forte impacto socioambiental provocado em todas as etapas do processo de produção e consumo é a principal restrição ao uso do carvão:

1. a extração provoca a degradação das áreas de mineração;2. a combustão emite gás carbônico (CO2).

Os dez maiores consumidores de carvão mineral (em Mtep)

Fonte: BP, 2008

Estão sendo desenvolvidos projetos de mitigação e investimentos em tecnologia (clean coal Technologies) para atenuar esses problemas.

Existem dois tipos básicos de carvão: vegetal e mineral. O primeiro é obtido a partir da carbonização da lenha. O segundo é formado pela decomposição da matéria orgânica, como restos de árvores e plantas, durante milhões de anos, sob determinadas condições de temperatura e pressão. O carvão mineral é composto por átomos de carbono, oxigênio, nitrogênio e enxofre associados a outros elementos rochosos, como o arenito, siltito, folhelhos e diamictitos, e minerais, como a pirita.

Os dois tipos de carvão podem ser utilizados na indústria (principalmente a siderúrgica) e na produção de energia elétrica. Contudo, enquanto o carvão vegetal é pouco utilizado (exceto no Brasil, maior produtor mundial), o consumo do carvão mineral está bastante aquecido. Esta condição firme do energético no mercado tem a ver com a disponibilidade das reservas e a qualidade do carvão, medida pela capacidade de produção de calor, ou poder calorífico, expresso em kcal/kg (quilocaloria obtida por quilo de combustível). O poder calorífico é favorecido pela incidência de carbono e prejudicado pela quantidade de impurezas, como elementos rochosos e minerais.

O poder calorífico do carvão vegetal é baixo devido à elevada presença de impurezas. No carvão mineral, o poder calorífico e a incidência de impurezas variam, o que determina a subdivisão do minério nas seguintes categorias:

1. linhito e sub-betuminoso, de baixa qualidade;

2. hulha, subdividida nos tipos betuminoso e antracito, de alta qualidade.

As reservas mundiais, quanto à qualidade do carvão mineral, estão divididas assim:

- 53% são compostas por energético com alto teor de carbono (hulha);

- 47% com baixo teor de carbono.

Entretanto, a produção e o consumo mundiais concentram-se nos carvões de categorias intermediárias:

- tipo betuminoso/sub-betuminoso;

- tipo linhito.

O carvão betuminoso/sub-betuminoso, de maior valor térmico, é comercializado no mercado internacional. O segundo, linhito, é usado na geração termoelétrica local.

Durante muitos séculos da Idade Média, o carvão mineral exerceu a hegemonia dos recursos energéticos. Vários são os países que tiveram suas economias altamente desenvolvidas e exerceram supremacia político-econômica, graças às suas reservas carboníferas. As grandes potências mundiais do momento são aquelas que possuíram ou ainda possuem grandes estoques naturais de carvão.

Exemplos: Estados Unidos, Rússia, Grã-Bretanha, Alemanha, China etc. No Brasil, a participação do carvão mineral na economia do País é muito baixa, devido à existência de pequenas reservas e, mesmo assim, de baixo teor de caloria.

Basta citar que, para industrializar o nosso carvão, é necessário fazer uma mistura com o carvão importado para controle e exigências econômicas. As nossas reservas de carvão são encontradas em Santa Catarina, no Rio Grande do Sul e no Paraná.

Energia Nuclear

Na natureza existem elementos capazes de emitir radiação, que fica aqui entendida como a emissão e propagação da energia de um ponto a outro. O primeiro elemento químico da natureza em que se descobriu a capacidade de radiação foi o átomo de urânio (U). Essa radiação, se descontrolada, pode

provocar acidentes nucleares. Quando bem utilizada, pode ser aplicada em atividades vitais, como a medicina.

O átomo de urânio é muito aplicado em usinas térmicas geradoras de energia elétrica, chamadas de termonucleares.

Reservas mundiais de urânio, 2007

Fonte: WEC, 2008

São conhecidos atualmente dois processos para o aproveitamento da energia dos átomos: reação nuclear por fissão e reação nuclear por fusão.

A fissão consiste no rompimento dos núcleos de átomos pesados, tais como urânio, plutônio, tório etc. Por meio do bombardeamento de nêutrons sob alta pressão acontece a quebra dos núcleos, que liberam outros nêutrons para repetir o processo. A cada instante em que os núcleos se rompem e perdem nêutrons, são geradas enormes quantidades de energia.

Se a energia é liberada lentamente, manifesta-se sob a forma de calor. Se é liberada rapidamente, manifesta-se como luz e causa o efeito de explosão. Nas usinas termonucleares a energia é liberada lentamente e aquece a água existente no interior dos reatores, de modo a produzir o vapor que movimenta as turbinas.

A fusão é a reação nuclear inversa. Grandes quantidades de calor são liberadas a partir da união de dois ou mais núcleos de átomos leves, tais como os de hidrogênio, que formam outro elemento mais pesado e mais estável.

A energia nuclear produzida a partir do átomo de urânio voltou a ser analisada como alternativa importante na produção de eletricidade, em substituição aos combustíveis fósseis. Este tipo de energia é conhecido desde a década de 1940 e, nos últimos anos, passou a ser considerada uma fonte limpa, visto que sua operação produz baixos volumes de gás carbônico (CO2), principal responsável pelo efeito estufa e pelo aquecimento global. Outro fator a contribuir para a importância da energia nuclear como alternativa aos hidrocarbonetos no contexto mundial atual e para a tendência à expansão, além do aspecto ambiental, é a existência de grandes reservas de urânio no planeta. Isso garante a segurança no suprimento da matéria-prima a médio e longo prazos.

Maiores consumidores de energia nuclear, 2007

Fonte: BP, 2008

O futuro da energia nuclear ainda é incerto. Segundo a International Energy Agency (IEA), quatro cenários são possíveis até o ano 2025:

Primeiro cenário: referência

Segundo cenário: forte recuperação

Terceiro cenário: fraca recuperação

Quarto cenário: Tratado de Kyoto

No cenário de forte recuperação, o mais otimista, a potência instalada passaria dos 361,2 GW existentes no início dos anos 2000 (final do século XX, início do século XXI) para 570,1 GW. No cenário mais pessimista, de fraca recuperação, a potência instalada recuaria para 296,8 GW. No Plano Nacional de Energia 2030, produzido pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o estudo sobre geração termonuclear registra que a configuração de qualquer um desses quatro cenários dependerá de vários fatores, entre os quais, a competitividade do custo de geração, a disponibilidade de urânio, a segurança no fornecimento

de outros combustíveis e a aceitação da segurança das unidades nucleares pela sociedade.