Análise dos Métodos de obtenção de Energia e seus Impactos na

Biosfera da Terra

IntroduçãoUso da Energia na História

Uso da Energia na História

Contemporâneo

Meados do século XX até os dias de hoje

Pré-Industrial

Desde a era antiga até início da revolução industrial

Industrial

Período da revolução industrial até o começo do século XX

Pré-Industriais

Uso de Biomassa para Alimentação da Força Animal

Uso de Biomassa para Alimentação da Força Animal

Uso da Energia dos Rios

Uso da Energia dos Ventos

Potência Gerada pelos Métodos Pré-Industriais

Método de Geração Potência Gerada (kW)

Cavalo Girando um Cabrestante 0.22

Roda d’água de 18 pés (5,49 m) 1.5 - 3.73

Moinho de Vento de Eixo Vertical 1.5 - 5.97

Moinho de Vento de Eixo Horizontal 4.47 - 10.44

Bomba Acionada por Rodas d’água (Versailles)

55.93

Características dos Métodos Pré-Industriais● Sujeitos às condições do tempo (Moinhos e Rodas d’Água);● Alto uso de mão-de-obra humana e animal;● Baixa capacidade de produção de energia;● Baixo impacto ambiental.

Industriais

Motor a Vapor Newcomen

Motor a Vapor Watt

Iluminação Pública a Gás

Primeiros Motores à Combustão

Potência Gerada pelos Métodos Industriais

Método de geração Potência Gerada (kW)

Newcomen (1712) 2.22

Smeaton (1717) 20.13

Watt (1784) 29.83

Características dos Métodos Industriais● Extensa utilização da máquina a vapor;● Extensa utilização do carvão, seguido do petróleo e do gás natural;● Maior capacidade de geração de energia;● Alta produção de poluentes;● Maior eficiência no uso de mão-de-obra humana.

Cenário AtualOnde estamos hoje

Consumo de Energia

Consumo de Energia● Consumo energético mundial crescente;

● 1920 - Consumo energético ~13.000TWh;● 2020 - Consumo energético ~170.000TWh;

● Exemplo - Artigo SIA - Semiconductor Industry Association.

Distribuição Global do Consumo

Fontes Energéticas● Dados 2019

● Combustíveis fósseis ~ 80%

Fontes de EnergiaAs Principais Contribuintes da

Atualidade

Combustíveis Fósseis

Combustíveis Fósseis

Funcionamento

● Queima realizada para gerar calor e trabalho;

Combustíveis Fósseis

Funcionamento

● Queima realizada para gerar calor e trabalho;

Combustíveis FósseisVantagens

● Utilizado em larga escala e em diversas áreas;

● Indústria, cadeias de distribuição e processo de geração bem estabelecidos;

● Fácil adaptabilidade para o consumo de energia do grid elétrico.

Combustíveis Fósseis● Usina George Lacerda,

Tubarão, SC.● Capacidade Geração:

649.9MW

Combustíveis Fósseis

Funcionamento e Vantagens

Combustíveis Fósseis

Impactos Ambientais e Desvantagens

● Geração de gases como o CO₂ e os NOx;

● Grandes impactos nos ambientes de extração;

● Encarecimento devido às condições de exploração.

Combustíveis Fósseis

Impactos Ambientais e Desvantagens

Hidrelétricas

HidrelétricasFuncionamento

● Conversão da energia cinética da água em energia elétrica através de turbinas geradoras;

HidrelétricasVantagem

● Conversão da energia cinética da água em energia elétrica através de turbinas geradoras;

● Capacidade para geração de grandes quantidades de energia;

● Energia geradas de forma limpa durante sua operação;

Hidrelétricas Itaipu, Foz do Iguaçu, PR.

Capacidade de Geração: 14000MW.

HidrelétricaImpactos Ambientais e

Desvantagens

● Alagamento de grandes áreas para formação do reservatório;

● Liberação de CO₂ e gases provenientes da fermentação da matéria orgânica;

● A mercê das condições e efeitos do clima;

● Difícil escalabilidade para atender à demanda em momentos de pico;

HidrelétricaImpactos Ambientais e

Desvantagens

Eólica

EólicaFuncionamento

● O vento faz as pás girarem, acionando o gerador e gerando energia elétrica.

EólicaVantagens

● Energia gerada de forma limpa;

● Baixo custo por kWh;● Baixo impacto ambiental.

Eólica● Parque Eólico de Campos

Neutrais, Santa Vitória do Palmar e Chuí, RS;

● Capacidade geração: 583MW.

EólicaImpactos Ambientais e

Desvantagens

● Necessidade de ambiente favorável à instalação;

● Suscetível às condições climáticas;

● Demanda grandes espaços para instalação;

● Geração de poluição sonora;● Afeta aves migratórias.

Solar

SolarFuncionamento

● Ao atingirem a placa, os fótons dos raios solares interagem com os átomos de Silício, gerando uma corrente elétrica contínua.

SolarVantagens

● Baixo custo por kWh;● Facilidade de instalação;● Possibilidade para geração de

energia em ambiente doméstico.

Solar● Usina Solar São Gonçalo,

São Gonçalo da Gurguéia, PI;

● Capacidade de Geração: 608MW.

SolarImpactos Ambientais e

Desvantagens

● Baixa densidade de geração de energia (em relação ao espaço ocupado);

● Não gera energia durante a noite;

● Viabilidade depende da posição geográfica (Latitude) e condições climáticas do local.

Biomassa - Biocombustíveis

Biomassa - Biocombustíveis

Vantagens

● Utilização de matéria orgânica para queima direta ou produção de combustíveis para queima.

Biomassa - Biocombustíveis

Vantagens

● Menor pegada de carbono que combustíveis fósseis;

● Versatilidade na utilização;● Reaproveitamento de

material que seria descartado;

● Mais abundantes em locais de menor disponibilidade energética - Campo.

Biomassa - Biocombustíveis

Impactos Ambientais e Desvantagens

● Ocupação de áreas agricultáveis;

● Desmatamento;● Emissão de gases;● Impacto ambiental de

plantações (ex.: agrotóxicos)

Nuclear

NuclearFuncionamento

● A fissão de elementos radioativos aquece água, que movimenta uma turbina e produz eletrecidade.

NuclearVantagens

● Escalável - Alta capacidade de produção;

● Alta densidade energética;● Baixa pegada de carbono;● Independência de recursos

locais (flexibilidade)

Nuclear● Usina Nuclear Angra 2 - Angra

dos Reis - RJ;

● Capacidade geração:

1350MW.

NuclearImpactos Ambientais e

Desvantagens

● Não Renovável;● Acidentes catastróficos;● Lixo nuclear e contaminação;● Proliferação de armas

nucleares.

NuclearImpactos Ambientais e

Desvantagens

Consequências do Modelo AtualQuais impactos as matrizes

energéticas atuais já produzem.

Emissões Anuais de CO2Mais de um terço dessas emissões é proveniente da produção de eletricidade e aquecimento (13,5 Gt)

CO2 na Atmosfera

Variação da Temperatura Média GlobalJá estamos cerca de 1 °C acima da temperatura pré-industrial.

Chuva Ácida● Causa danos a monumentos e construções humanas;● Impacta negativamente a vegetação na região em que

ocorre;● Aumento da acidez dos rios próximos.

O que fazer agora?

Custo de produção por MWh

Novas SoluçõesPossibilidades para o futuro da

geração de energia

Melhoramentos dos Métodos Atuais

Reatores Nucleares a Tório:● Maior densidade energética:

○ 1 ton Tório○ 200 ton Urânio○ 3.500.000 ton de carvão

● Não é naturalmente físsil;● Plantas novas e cara substituição de tecnologia;● Mais seguro;● Menor meia vida

Outros Melhoramentos na Fissão Nuclear ● Pequenos reatores modulares (SMRs);● Reatores Breeder;● Aumenta a quantidade de combustível físsil;● Combustível mais barato (não enriquecido);● Reaproveitamento de combustível nuclear.

Melhoramentos - Solar● Painéis de Bifaciais;● Possibilita a colocação em superfícies verticais transparentes;● Aproveita e energia refletida pelo solo e pelos outros painéis solares

adjacentes;● Exemplo de uso inicial: Usina de São Gonçalo.

Nova Tecnologia - Fusão Nuclear

Fusão Nuclear● Atualmente em pesquisa (Reator TOKAMAK - ITER);● Altos custos para desenvolvimento;● Baixa emissão de poluentes;● Alta eficiência;● Pode ser inviável.

E o Futuro?Como fica?

Duas possibilidades:Manter a alta utilização de combustíveis fósseis:

● Altas emissões de CO₂ e outros poluentes;

● Maiores consequências provenientes das mudanças climáticas;

● Crise energética - recursos energéticos finitos.

Substituir a matriz energética:

● Desenvolvimento de novos métodos de obtenção de energia;

● Diversificação dos métodos de geração de energia;

● Desaceleração dos impactos ambientais.

BrasilComo ficam as terras do verde

e amarelo?

Como fica o Brasil?● Alterações nos ciclos e regimes de chuvas:

○ Impacto nas safras do agronegócio;○ Impacto na capacidade de geração das hidrelétricas;

● Problemas em regiões costeiras devido ao “avanço do mar”;● Aumento da ocorrência de desastres naturais: Tufões, enchentes e

semelhantes - Falta de infraestrutura.

Espiral da morte (Cláudio Angelo) - Cap. 2 - É tudo culpa sua“A noção de que um agente tão insignificante quanto a humanidade seja capaz de um feito tão grandioso quanto alterar o funcionamento do clima da Terra ainda é difícil de assimilar para muita gente. Afinal, como lembrou o oceanógrafo americano David Archer, a própria ciência tem dado golpe após golpe no egocentrismo característico do Homo sapiens [...]

se a Torre Eiffel representasse a história da Terra, o tempo de presença da humanidade no planeta equivaleria à casquinha de tinta do pináculo da torre. O tempo que tivemos para operar tal mudança na máquina climática, derretendo geleiras e elevando o nível dos oceanos, foi mais curto ainda: a queima de combustíveis fósseis, apontada como o principal fator responsável pelo aquecimento global, começou por volta de 1750. Isso equivale a mais ou menos 0,1% do nosso tempo de vida no planeta. Ou, para seguir na analogia de Mark Twain, 0,1% da espessura da casquinha de tinta do pináculo da Torre Eiffel. À primeira vista, esses recém-chegados jamais poderiam ter algum impacto em algo tão antigo e imenso. Não é difícil, diante disso, imaginar o ceticismo com o qual o engenheiro britânico Guy Stewart Callendar (1898-1964) foi recebido por seus pares em 1938, quando afirmou que os seres humanos já eram agentes climáticos perceptíveis.”

Referências● https://www.eletronuclear.gov.br/Nossas-Atividades/Paginas/Angra-2.aspx● https://www.machinedesign.com/learning-resources/whats-the-difference-between/article/21832119/

whats-the-difference-between-thorium-and-uranium-nuclear-reactors● https://energyeducation.ca/encyclopedia/Breeder_reactor● https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2018/06/RITR-WEB-version-FINAL.pdf● https://www.lazard.com/media/451419/lazards-levelized-cost-of-energy-version-140.pdf● https://www.carbonbrief.org/analysis-why-scientists-think-100-of-global-warming-is-due-to-humans● https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050● Vaclav Smil (2017). Energy Transitions: Global and National Perspectives. & BP Statistical Review

of World Energy.● Canal Kurzgesagt - https://www.youtube.com/channel/UCsXVk37bltHxD1rDPwtNM8Q● Canal Veritassium - https://www.youtube.com/channel/UCHnyfMqiRRG1u-2MsSQLbXA● Canal Practical Engineering -

https://www.youtube.com/watch?v=08mwXICY4JM&ab_channel=PracticalEngineering● Angelo, Cláudio - A Espiral da Morte; Como a humanidade alterou a máquina do clima.● https://ourworldindata.org/