FONTES DE ENERGIA - MATERIAL DE APOIO UC61/ TRILHA 2º ANO (ENERGIAS SUATENTÁVEIS 1)

 TEXTO: Fontes de energia

FONTE DE PESQUISA: FONTES DE ENERGIA (epe.gov.br)

Fontes de energia não renováveis

As fontes de energia que pertencem a este grupo são finitas ou esgotáveis. Para a maioria delas, a reposição na natureza é muito lenta, pois resulta de um processo de milhões de anos sob condições específicas de temperatura e pressão. Quanto mais usamos as fontes de energia não renováveis, menos teremos no estoque total. São exemplos de fontes não renováveis de energia: petróleo, carvão mineral, gás natural e nuclear.

As fontes de energia não renováveis também são conhecidas como fontes de energia convencionais, quando formam a base de suprimento (fornecimento) de energia (veja Matriz Energética).

Como podemos usá-las sem que o estoque acabe rapidamente? Explorando racionalmente os recursos existentes; promovendo a eficiência no uso e investindo em ciência e tecnologia para o desenvolvimento de fontes renováveis (eólica, hidrelétrica, solar, entre outras) que possam substituir as não renováveis.

Atualmente, grande parte de energia consumida no mundo é proveniente de fontes não renováveis, porque as características dessas fontes são bem conhecidas, possuem um rendimento energético elevado (poucas perdas de energia no processo de transformação), preços atrativos, geram muitos empregos e possuem infraestrutura construída para geração e distribuição (usinas, dutos, ferrovias e rodovias). Os principais usos das fontes não renováveis são: 1- na geração de eletricidade, 2- como combustível nos transportes de cargas e de pessoas e 3- no aquecimento de casas.

Algumas fontes não renováveis de energia, como o petróleo e o carvão mineral, são responsáveis por grande parte da emissão (liberação) de gases de efeito estufa na atmosfera, visto que estas fontes são combustíveis (precisam ser queimadas para gerar energia) e liberam gases poluentes, que impactam a saúde e o meio ambiente. 

Fontes Fósseis

As fontes fósseis são: o carvão mineral, o gás natural e o petróleo e seus subprodutos. Estes recursos foram formados há milhões de anos, a partir do depósito de matéria orgânica (plantas e animais mortos) submetida a condições especiais de temperatura e pressão (aprenda mais sobre os fósseis aqui).

O petróleo e o gás natural ocorrem em regiões denominadas pelos geólogos (estudiosos das rochas) "bacias sedimentares", que são áreas sob a superfície terrestre que, por terem sido mais baixas e planas que o terreno em volta, permitiram o depósito de matéria orgânica, além de sedimento (fragmentos de rochas). As bacias sedimentares podem ser marinhas (como representado no desenho acima) ou terrestres. Nessas bacias sedimentares, o petróleo e o gás natural são encontrados em poros (buracos muito pequenos) dentro de rochas sedimentares (também chamadas de rochas reservatórios).

Dentre os maiores produtores atuais de petróleo e gás natural estão Rússia, Arábia Saudita, Estados Unidos e Iraque (veja o mapa aqui). Em alguns locais, como no Canadá, pode ser encontrado petróleo em areias próximas à superfície. 

No Brasil, o petróleo tem sido produzido principalmente no litoral da região Sudeste. Você já deve ter ouvido falar também do petróleo do "Pré-sal", que também fica nessa região (veja o mapa aqui). Esse petróleo encontra-se a grandes profundidades e abaixo de camadas de sal encontradas no subsolo marinho. 

Diferença entre Onshore e Offshore

Na área de energia, Onshore e Offshore são termos usados para localizar as bacias sedimentares onde estão sendo explorados o petróleo e o gás natural. Onshore significa na parte terrestre e Offshore significa que a exploração é nas bacias sedimentares marítimas.

Já o carvão mineral se encontra em "jazidas" (locais onde haviam florestas e pântanos que deram origem a esse recurso), que se formaram há mais de 200 milhões de anos 

As principais jazidas se localizam nos Estados Unidos, Rússia e China (veja o mapa aqui). E no Brasil, o carvão mineral ocorre predominantemente na região Sul (veja o mapa aqui).

As fontes fósseis são utilizadas em equipamentos especiais, como caldeiras e motores, onde a energia armazenada nas suas ligações químicas é convertida em formas de energia útil (elétrica - nas termelétricas ou cinética - nos veículos). No Brasil, utilizamos o gás natural também como fonte de energia térmica (calor) para cozinhar e aquecer a água do banho.

Ao queimarmos carvão mineral, petróleo ou gás natural produzimos alguns gases poluentes e gases do efeito estufa (veja as consequências em Mudanças climáticas e Transição energética). Além disso, pode haver outros impactos ambientais ao longo da cadeia do petróleo, por exemplo, vazamentos de óleo na extração ou no transporte por dutos, caminhões ou embarcações, mas os responsáveis por essa questão (empresas da área do petróleo e instituições de defesa do meio ambiente) estão sempre atentos e se esforçando para que não aconteçam. No caso do carvão, a mineração (extração do carvão da terra) tem que ser feita com muito cuidado, para que a chuva não leve resíduos para os rios. Também deve se dar atenção à saúde de quem trabalha na extração de petróleo, gás natural e carvão, para evitar acidentes e contaminações.

Energia Nuclear

Como vimos em "Formas de Energia" (Energia elétrica), "Se você pudesse olhar qualquer material com uma super lupa você veria que ela é composta por moléculas (partes menores) e essas moléculas, vistas por uma lupa mais potente ainda, são formadas por átomos." A energia nuclear é proveniente de reações que ocorrem no núcleo de certos átomos chamados de radioativos. Estas reações, em geral, dividem um átomo de um elemento químico em dois átomos diferentes liberando uma grande quantidade de energia. Quando isso acontece, dizemos que ocorreu a "fissão nuclear". Na natureza, o único elemento natural que encontramos para realizar a fissão nuclear é o Urânio. O urânio é um mineral encontrado na natureza com relativa abundância e antes de ser usado, passa por processos de purificação e concentração (chamados enriquecimento). A energia liberada durante o processo de fissão aquece um líquido, geralmente a água, produzindo vapor, que em alta pressão movimenta as turbinas que, por sua vez, acionam geradores elétricos.

As usinas nucleares são projetadas especialmente para o aproveitamento eficiente do calor gerado na fissão nuclear. Esta fonte é esgotável e não renovável. É considerada uma fonte de energia limpa, pois não produz gases de efeito estufa (também chamados GEE - veja mais sobre esse assunto no item Mudanças climáticas e Transição energética). Após o aproveitamento da energia do urânio, o rejeito (material que sobra da reação química) deve ser armazenado para evitar contaminação das pessoas e do ambiente, porque continua radioativo por longo tempo. Outra preocupação é com possíveis acidentes de vazamento de radiação na usina, mas essa possibilidade é muito reduzida, pois a tecnologia atual dispõe de diversos mecanismos de segurança. Existem duas usinas nucleares brasileiras em operação (Angra I e Angra II) e uma em construção (Angra III), todas em Angra dos Reis, estado do Rio de Janeiro.

Fontes de energia renováveis 

As fontes de energia que pertencem a este grupo são consideradas inesgotáveis, pois suas quantidades se renovam constantemente ao serem usadas. São exemplos de fontes renováveis: hídrica (energia da água dos rios), solar (energia do sol), eólica (energia do vento), biomassa (energia de matéria orgânica), geotérmica (energia do interior da Terra) e oceânica (energia das marés e das ondas).

Algumas dessas fontes apresentam variação na geração de energia elétrica ao longo do dia ou do ano, como é o caso da eólica, que não é usada quando não há ventos e a energia solar, à noite. No caso da fonte hídrica, podem ocorrer estiagens (secas).

As fontes renováveis de energia são consideradas limpas, pois emitem menos gases de efeito estufa (GEE) que as fontes fósseis e, por isso, estão conseguindo uma boa inserção no mercado brasileiro e mundial.

Energia Hidráulica

A energia gerada por esta fonte vem do aproveitamento da água dos rios. Nas usinas hidrelétricas, as águas movem turbinas que transformam a energia potencial (da água) em energia mecânica e, por fim, em elétrica.

Esta fonte é variável ao longo do ano, porque depende do quanto chove nas cabeceiras dos rios, afinal, é essa água que irá mover as turbinas. Também devemos considerar que, para que haja bom funcionamento de uma usina hidrelétrica, a ação de conservação ambiental na bacia hidrográfica é essencial.

Para diminuir a variação na produção de energia ao longo do ano, algumas usinas são construídas com os chamados reservatórios de acumulação. Eles servem para guardar a água no período chuvoso para usar durante a seca. A água guardada não só gera energia, mas também pode ajudar no abastecimento das cidades, na irrigação das lavouras, na navegação, entre outros usos. Outras usinas não fazem esse controle na acumulação da água e são chamadas de usinas a fio d'água (assista a um vídeo sobre elas).

A construção de uma barragem prejudica os peixes que se deslocam ao longo do rio em busca de locais para reprodução, mas para diminuir esse problema, podem ser construídas passagens artificiais. Além disso, o alagamento de áreas pode causar o deslocamento de pessoas que moram por ali e atrair outras pessoas que vem trabalhar na construção da usina. O quanto essas questões serão importantes vai depender do tamanho da usina e das características do rio e da região onde for construída. Por isso, antes da instalação de grandes empreendimentos, realizam-se os Estudos de Impacto Ambiental (EIA), que preveem os impactos e quais as ações necessárias para mitigá-los (diminuí-los).

Energia Solar

A energia solar é uma fonte inesgotável que pode ser aproveitada na forma de calor ou na forma de luz.

Para aproveitamento do calor, os raios do sol atingem a superfície dos painéis coletores térmicos, que aquecem a água no seu interior. A água quente pode ser utilizada nas residências (chuveiros, piscinas, torneiras, máquina de lavar, etc.), em processos industriais ou na geração de eletricidade.

A eletricidade pode ser gerada diretamente a partir da luz (nos painéis fotovoltaicos) ou através do aproveitamento do calor (na usina heliotérmica).

Nos painéis fotovoltaicos, a radiação solar (luz) interage com um material semicondutor (geralmente, o silício), gerando eletricidade diretamente. Os sistemas fotovoltaicos não geram eletricidade à noite. As áreas no Brasil com melhor incidência de radiação solar estão localizadas na região Nordeste (veja aqui o mapa da irradiação solar no plano inclinado, adequado para geração fotovoltaica) . As usinas solares fotovoltaicas (formada pro um conjunto de painéis) precisam ser instaladas em áreas sem cobertura vegetal, portanto as áreas já desmatadas podem ser escolhidas, diminuindo a degradação do meio ambiente. Painéis (ou placas) solares também podem ser instalados em telhados de casas, shoppings e estacionamentos. Isto é chamado de Geração Distribuída ou microgeração. O custo das placas solares ainda é elevado, mas está cada vez mais acessível no Brasil.

Nas usinas solares chamadas de usinas heliotérmicas é utilizada a energia solar concentrada. A energia solar concentrada é produzida com a ajuda de diversos espelhos que direcionam a energia do sol em um ponto para aquecer a água, que será transformada em vapor. Este vapor irá girar uma turbina, gerando eletricidade. 

Energia Eólica

A energia eólica é obtida através do aproveitamento do vento, que é o movimento das massas de ar. Para transformar a energia dos ventos em energia elétrica são usados aerogeradores, que possuem imensas hélices que se movimentam de acordo com a quantidade de vento no local.

 

Essas hélices, em geral, possuem o tamanho de uma asa de avião e são instaladas em torres de até 150 metros de altura. Uma usina eólica utiliza um recurso energético renovável e não polui a atmosfera durante sua operação.

Esta fonte só pode ser aproveitada nos momentos em que há vento suficiente. No sul e no nordeste do Brasil, os ventos são abundantes (veja o mapa aqui) e permitem a instalação de vários “parques eólicos” (conjuntos de aerogeradores; equivalentes às usinas). Mas deve-se tomar cuidado ao instalar parques eólicos em locais que ofereçam muito risco às aves, que podem bater nas hélices dos aerogeradores. Também se deve cuidar para não prejudicar os ambientes naturais com as obras para implantação do parque.

Biomassa

Toda a matéria vegetal e orgânica existente, biomassa, pode ser utilizada na produção de energia. A lenha, bagaço de cana-de-açúcar, cavaco de madeira, resíduos agrícolas, algas, restos de alimentos e até excremento animal que, após sua decomposição, produzem gases que são usados para gerar energia.

A biomassa também pode ser queimada diretamente, como no fogão a lenha, para aproveitamento do calor. Ou ainda pode ser utilizada para aquecer água e produzir vapor em alta pressão, que é usado para acionar turbinas e geradores elétricos. 

No Brasil, a biomassa mais utilizada para geração de eletricidade em atualmente é oriunda da cana-de-açúcar, plantada e processada principalmente nas regiões Sudeste e Centro-oeste. 

Biocombustíveis – a biomassa pode também originar compostos tais como álcool (etanol), óleos vegetais e gorduras, que são processados e usados como combustíveis (veja mais em O que são combustíveis). Os materiais mais usados vêm da soja, cana-de-açúcar, mamona e milho. Assim como para a biomassa, a produção de biocombustíveis ocorre principalmente nas regiões Sudeste e Centro-oeste.

O cultivo de produtos agrícolas usados como fonte de geração de energia requer cuidados conservacionistas, como: evitar o desmatamento de áreas naturais para iniciar novas áreas de plantio, uso controlado de agrotóxicos e fertilizantes e controle de resíduos.

Energia Geotérmica

A energia geotérmica ou energia geotermal (do grego geo: terra; térmica: calor) é a energia obtida do calor presente no interior da Terra. Circundando o núcleo existe uma camada chamada manto que é formada por magma (semelhante à lava dos vulcões) e rocha, e a última camada, mais externa é a crosta terrestre, onde habitamos.

A crosta terrestre tem espessura variável e é fraturada em vários "pedaços" (fissuras), conhecidos como placas tectônicas. O magma formado no manto pode emergir para a superfície próximo dos limites dessas placas, como por exemplo, em erupções vulcânicas. Essas rochas que absorvem o calor do magma estão em alta temperatura, aquecendo também as águas subterrâneas que podem emergir como gêiseres (nascente termal ou minas de água quente).

Para a geração elétrica, perfura-se o subsolo onde há grande quantidade de vapor e água quente, os quais devem ser retirados por dutos e conduzidos a um gerador na superfície da terra para a transformação da energia geotérmica em elétrica. É uma fonte de energia renovável porque o calor é produzido continuamente nessas camadas internas da Terra.

Esta fonte é utilizada geralmente em regiões com alta atividade vulcânica ou encontros de placas tectônicas. São exemplos os países: Islândia, Itália e Estados Unidos.

Energia Oceânica

A energia gerada a partir desta fonte vem dos oceanos, de onde se aproveita o movimento das águas. Essa energia pode vir das ondas, das marés e das correntes marinhas, transformando a energia mecânica dos oceanos em energia elétrica. O aproveitamento dessa fonte ainda está em desenvolvimento, havendo poucas usinas em operação no mundo.

• Para o aproveitamento desta energia, é construída uma barragem em locais de grande amplitude de maré, onde a passagem da água gira uma turbina, transformando a energia cinética em eletricidade (maremotriz).
  

• De maneira muito similar ao que ocorre numa usina eólica, o movimento da corrente marinha gira uma turbina, transformando energia cinética em eletricidade. 
  

• O movimento das ondas empurra os flutuadores para cima e para baixo e permite acumular água sob alta pressão numa câmara interna. Essa câmara libera jatos d'água sobre uma turbina ligada a um gerador de eletricidade. Dessa forma, há transformação da energia cinética das ondas em energia elétrica. Veja aqui, um exemplo de Usina de Ondas existente no Brasil. 
  

• O movimento das ondas provoca oscilação de cilindros internos. Esses cilindros pressionam óleo a passar por motores. A rotação desses motores aciona geradores elétricos, produzindo eletricidade.

Outra Fonte - Hidrogênio

O hidrogênio é o menor elemento químico conhecido e está muito presente no nosso dia a dia, principalmente combinado com outros elementos, formando, por exemplo, água, plásticos, pães, seres vivos etc. Apesar de ser o elemento mais abundante do universo, a sua forma pura, gasosa, existe em pequena quantidade na atmosfera terrestre. O hidrogênio, para ser uma fonte de energia, precisa ser gerado, por isso, ele é considerado uma fonte secundária de energia e não é naturalmente reposto pela natureza.

O hidrogênio pode ser produzido a partir de diversas técnicas (conhecidas como "rotas tecnológicas") e diferentes fontes de matéria-prima e de energia. Atualmente, os combustíveis fósseis gás natural e carvão mineral são as matérias-primas mais utilizadas. Entretanto, existem várias pesquisas e iniciativas que buscam viabilizar outras rotas de produção, principalmente a partir de fontes renováveis.

É comum classificar o hidrogênio em cores de acordo com seu processo de obtenção. O hidrogênio verde, por exemplo, é obtido a partir da quebra das moléculas de água usando eletricidade de fontes renováveis (solar, eólica). O hidrogênio cinza é produzido a partir de combustíveis fósseis. Já o hidrogênio azul é gerado da mesma forma que o hidrogênio cinza, mas com a utilização de técnicas para captura e armazenamento do CO2, de modo a evitar as emissões desse gás de efeito estufa (relembre essa discussão em Mudanças climáticas e Transição energética).

O hidrogênio é consumido predominantemente na indústria (uso não energético). Por exemplo, entra na síntese da amônia usada nos fertilizantes da agricultura e é aplicado nos processos químicos necessários para produzir os derivados de petróleo (relembre o Processamento de petróleo em O que são combustíveis). Sua utilização como combustível (uso energético) ainda está em desenvolvimento: para geração de energia, o processo ocorre a partir da reação do hidrogênio com oxigênio, produzindo calor sem a emissão de poluentes atmosféricos ou geração de resíduos. 

Além disso, o hidrogênio pode também ser convertido em eletricidade por meio de células combustíveis, que são equipamentos onde ocorre uma reação química semelhante à que ocorre em pilhas e baterias.