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SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 3ª Aula 1
NUCLEAR ENERGY
Sumário da 3ª aula
1. Política energética actual
2. Necessidade de uma nova política energética
3. Novo paradigma energético
4. Energia Nuclear
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 3ª Aula 2
1. POLÍTICA ENERGÉTICA ACTUAL• A política energética dos últimos anos tem sido baseada na
queima de combustíveis fósseis, com relevo especial no petróleo
• Algumas justificações:
- Razões históricas resultantes da descoberta do poder calorífico do lume e das invenções da máquina a vapor e do motor de combustão;
- O preço do petróleo manteve-se baixo e atractivo até ao início da década de setenta do século passado;
Fósseis Hídrica Renováveis Nuclear
80% 7% 3% 10%
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 3ª Aula 3
- Os combustíveis fósseis podem ser usados quer na produção de energia de base (electricidade) quer no importante sector dos transportes;
Sector Portugal Reino
Unido
Indústria 32% 21%
Transportes 38% 35%
Doméstico 13% 30%
Serviços 9% 14%
Outros 8% -
- A energia nuclear tradicional não é facilmente aceite pela opinião pública
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2. NECESSIDADE DE UMA NOVA POLÍTICA ENERGÉTICA
• A queima dos combustíveis fósseis liberta para a atmosfera grandes quantidades de CO e CO2, provocando perturbações graves no ambiente e no clima.
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• As jazidas de combustíveis fósseis, especialmente de petróleo e gás natural, estão concentrados em regiões com grande instabilidade política, social e religiosa, o que pode criar problemas políticos e económicos
América do Norte6%
América Central e do Sul9%
Europa e EurAsia9%
Médio Oriente63%
África9%
Ásia Pacifico4%
América do Norte4% América Central e do Sul
4%
Europa e EurAsia35%
Médio Oriente41%
África8%
Ásia Pacifico8%
América do Norte25%
América Central e do Sul2%
Europa e EurAsia33%
África e Médio Oriente8%
Ásia Pacifico32%
Petróleo
Gás natural
Carvão
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• O consumo de energia vai aumentar:
- Incremento da população;
- Desenvolvimento dos países do chamado terceiro mundo;
- Melhoria da qualidade de vida nos países industrializados
• Os recursos naturais são limitados
Combustível Anos
Carvão 300
Petróleo 40
Gás Natural 50
0
1E+12
2E+12
3E+12
4E+12
5E+12
6E+12
7E+12
1980 1985 1990 1995 2000
Ano
En
erg
ia [
GJ
]
Petróleo [GJ] Gás Natural [GJ]
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Actividadehumana
Gases c/efeitode estufa
Aquecimentoglobal
Alteraçõesclimáticas
IPCC, 19952º relatório
UNF CCC1992
IPCC, 19901º relatório
IPCC, 20013º relatório
Limitaçõesemissão de GEE
[2008-2012] / 1990
Acordos MarraquexeAdopção política do PQ
Quioto 1997Proposta de protocolo
Ratificação2002
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• As políticas energéticas a médio-longo prazo devem obedecer aos seguintes conceitos:
Eficiência Flexibilidade Liberalização Diversidade Inovação
3.1. Eficiência
- No consumo, através de programas de poupança de energia em todos os sectores de actividade, mas com ênfase especial no planeamento urbano, nas habitações e nos transportes.
3. NOVO PARADIGMA ENERGÉTICO
- Na produção, através da melhoria dos rendimentos das fontes energéticas
- Na distribuição, através de um planeamento correcto da localização das centrais eléctricas e da optimização das redes de transporte de energia
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3.2. Flexibilidade
- As políticas energéticas devem poder adaptar-se com facilidade ao impacto de factores externos
3.3. Liberalização
- Os consumidores devem poder escolher os seus fornecedores de energia
- Os preços devem ser estabelecidos livremente pelo mercado
3.4. Diversidade
- Devemos recorrer a várias formas de energia, de modo a garantir o fornecimento barato, seguro e eficiente
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Esgotar as possibilidades de construção de centrais hidroeléctricas
Aumentar significativamente o peso das outras energias renováveis
- Solar térmica
- Passiva
- Activa
- Solar fotovoltaica
- Eólica
- Geotérmica
- Biomassa (lixos domésticos e resíduos florestais)
- Oceanos (marés, ondas, correntes e gradientes térmicos)
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• Energia nuclear convencional• Carvões Limpos (captura de monóxido e dióxido de carbono)• Areias Betuminosas (Canadá) e Óleos Pesados (Venezuela)
• Biocombustíveis - Bioetanol - Fermentação alcoólica de substâncias ricas em
hidratos de carbono, utilizando leveduras ou bactérias
E, se necessário, recorrer às chamadas energias alternativas:
Trigo CenteioCevada Milho
Cereais
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Beterraba
Batata doce Tupinambo
Mandioca
Sorgo
Cana de açúcar
Tubérculos Material lenhocelulósico
+ Abundante e de baixo custo- Recolha e transporte- Maior complexidade técnica do processo - Custo de processamento mais elevado
- Biodiesel - Transesterificação de óleos vegetais, gorduras e metanol
Girassol Colza Soja
Óleos usados de fritos
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3.5. Inovaçãoo Existe uma consciência crescente de que as fontes
energéticas actuais podem não ser suficientes para satisfazer as necessidades da Humanidade
o Por isso, os governos devem investir no desenvolvimento até à comercialização de novas tecnologias energéticas
o No estado actual do conhecimento, as células de hidrogénio e a fusão nuclear são as duas tecnologias que se apresentam como mais promissoras, respectivamente, a curto-médio prazo e a longo prazo,
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 3ª Aula 14
Soluções alternativas no sector dos TRANSPORTES
• Combustíveis Combustíveis alternativosalternativos
• EtanolEtanol
• BioDieselBioDiesel
• Gás NaturalGás Natural
• Hidrogénio?Hidrogénio?• Sistemas de propulsão alternativosSistemas de propulsão alternativos
• Híbridos, eléctricos...Híbridos, eléctricos...
• Pilhas de combustível?Pilhas de combustível?
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4. ENERGIA NUCLEAR
4.1. Introdução
• A energia nuclear está relacionada com alterações na estrutura dos núcleos atómicos, sendo a única forma de energia que, até agora, foi descoberta no laboratório.
• As alterações na estrutura dos núcleos podem ocorrer de uma forma espontânea ou em resultado de reacções nucleares.
4.2. Emissão espontânea
• Um exemplo das alterações espontâneas dos núcleos atómicos é a chamada radioactividade, em que um núcleo instável se transforma num núcleo estável, de menor massa, através da emissão de uma partícula- e/ou de uma partícula- e/ou da emissão de radiação-.
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• As partículas- são núcleos idênticos aos núcleos dos átomos de hélio, formados por dois protões e dois neutrões, têm carga positiva e o seu percurso no ar é de cerca de 3.5 cm, podendo ser absorvidas por algumas folhas de papel.
• As partículas- podem percorrer vários metros no ar, podendo ser absorvidas por placas de alumínios.
• Existem dois tipos de partículas-: (i) - (electrões), que resultam da transformação de um neutrão do núcleo num protão que permanece no núcleo e num electrão que é expelido com grande velocidade; e (ii) + (positrões) que resultam da transformação de um protão num neutrão e num positrão, que é expelido a alta velocidade, até que se anula ao encontrar um electrão com produção de energia sob a forma de radiação electromagnética.
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• A radiação- não tem nem carga nem massa, sendo a sua energia transportada sob a forma de ondas electromagnéticas que se propagam à velocidade da luz. Esta radiação pode acompanhar a emissão de partículas- ou ou resultar da captura de um electrão do átomo.
4.3. Reacções nucleares• As reacções nucleares ocorrem quando um núcleo é
bombardeado por uma partícula- ou por um neutrão.
• A reacção absorve energia (reacção endoenergética) ou liberta energia (reacção exoenergética) consoante os novos núcleos resultantes da reacção tenham maior ou menor massa do que os núcleos iniciais, isto é, estão pior ou melhor ligados que os antigos.
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4.4. Reacções exoenergéticas• Existem dois tipos de reacções nucleares exoenergéticas: a fissão e a fusão
- Fissão Nuclear ou Cisão Nuclear Desagregação de átomos de um elemento
pesado: urânio, plutónio
- Fusão Nuclear ou Fusão a Plasma
Fusão de átomos de dois elementos leves: Deutério, Trítio e Hélio.
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• Estas reacções conduzem à formação de átomos mais estáveis e à libertação de quantidades significativas de energia devido à redução da massa dos produtos das reacções em comparação com a massa dos reagentes iniciais.
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• A fissão nuclear consiste na desintegração de um átomo pesado e cindível, através de um conjunto, auto-sustentado, de reacções em cadeia, que produzem como produtos da reacção vários núcleos mais pequenos e alguns sub-produtos como neutrões livres, raios gama e partículas alfa e beta.
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• A fusão consiste na coalescência de dois átomos de elementos leves.
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• A fissão nuclear é o processo utilizado nas actuais centrais
nucleares para a produção de grandes quantidades de
electricidade.
• A fusão nuclear é a fonte de energia do Universo, que o
Homem tenta reproduzir na Terra, de uma forma controlada, de
modo a obter uma fonte de energia limpa, praticamente
inesgotável, segura, economicamente atractiva e amiga do
ambiente.
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Formas de produzir 1 MW durante um ano:
2500 toneladas de carvão
1500 toneladas de petróleo
700 toneladas de gás natural
25 Kg de urânio
5000 toneladas de CO2, SO2, cinzas e metais pesados4800 toneladas de CO2, SO2 e outros
2400 toneladas de CO2
23 Kg de resíduos, dos quais apenas 1 Kg tem alta actividade
4.5. Vantagens da energia nuclear• Não há libertação de gases para a atmosfera criadores do efeito de
estufa e das chuvas ácidas• A energia nuclear é economicamente atractiva• Os combustíveis são abundantes• As reacções nucleares são muito potentes
250 gr de Deutério + Trítio ?
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