Florênza Noguchi Kleber Souza

Lucas Alves Mariana Gonçalves

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA DO MEIO AMBIENTE

PROFESSOR DOUTOR RAFAEL ARROMBA DE SOUSA

Introdução

A eletricidade revolucionou por completo o modo de vida humano;

A energia elétrica foi fundamental para a segunda revolução industrial;

Crescimento econômico e desenvolvimento social estão intrinsecamente relacionado ao uso da eletricidade;

Com o advento da tecnologia moderna a sociedade se vê cada vez mais dependente da energia elétrica, logo seu consumo tem aumentado;

Esse crescimento no consumo esbarra em questões ambientais e sociais, de vital importância para o futuro da humanidade.

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Contexto e desafios

Duas questões definem o atual contexto energético: segurança energética e mudança climática;

Devido às recentes secas, o setor energético brasileiro, que é composto em grande parte por usinas hidrelétricas, ficou comprometido, com riscos de apagões;

Uma estratégia adotada com o objetivo de diminuir o consumo foi a adoção de bandeiras tarifárias, com o objetivo de promover o uso racional da energia elétrica;

Nessas condições, as estratégias de expansão da oferta de energia devem considerar iniciativas que promovam o melhor uso das fontes, tanto no quesito de aumentar a eficiência energética quanto no que diz respeito ao uso de combustíveis mais sustentáveis e de baixos custos;

Um grande desafio é também diminuir as perdas na transmissão de energia.

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Os desafios da energia no Brasil. Disponível em: <https://infopetro.wordpress.com/2013/07/30/os-desafios-da-energia-no-brasil/>. Acessado em 17/02/2016.

Hidrelétricas

Hidrelétricas Constitui mais de 80% da energia renovável;

Se fosse explorada ao máximo de sua potencialidade poderia gerar aproximadamente 100 EJ/ano;

Atualmente apenas 20% desse total é obtido;

Energia elétrica é obtida como resultado da transformação da diferença de energia potencial contida na água no nível da barragem e a existente no nível do rio após a barragem;

A energia potencial transforma-se em energia cinética quando a água ganha velocidade na queda e faz girar a turbina;

Turbina é formada por uma série de pás ligadas a um eixo que, ao girar, movimenta o gerador de energia elétrica.

O gerador é composto por um rotor (ímã) que gira no interior de uma bobina gerando uma corrente elétrica.

BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2011. ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2009.

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Potencialidades da geração de energia hidrelétrica no Brasil e no mundo

País Volume de água (km3/ano)

Brasil 8,2

Rússia 4,5

Canadá 2,9

Indonésia 2,8

China 2,8

EUA 2,0

Peru 1,9

6

País GW

EUA 79,5

Canadá 66,9

China 65,0

Brasil 57,5

Rússia 44,0

Quadro 1: Recursos hídricos de diversos países. [Fonte: ROSA. L. P. Geração hidrelétrica, termelétrica e nuclear. Estudos avançados 21 (59), 2007. apud FAO, ONU, 2003]

Quadro 2: Capacidade instalada de hidrelétricas. [Fonte: ROSA. L. P. Geração hidrelétrica, termelétrica e nuclear. Estudos avançados 21 (59), 2007. apud Roberto D’Araujo, Seminário sobre Estratégias Energéticas, 2004.]

Como funciona uma hidrelétrica?

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Fonte: <http://www.infoescola.com/energia/usina-hidrelétrica>. Acessado em 18/01/2016

Usinas hidrelétricas no Brasil

Usina de Itaipu

Localizada no Rio Paraná, na divisa com o Paraguai;

Inaugurada em 1984;

42.444 pessoas foram desalojadas das suas terras;

Segunda maior usina hidrelétrica do mundo em geração de eletricidade, atrás apenas da Hidrelétrica de Três Gargantas, na China;

Responsável por gerar 25% da energia consumida no Brasil (12 600 MW em 2003).

8 PINHEIRO, M. F. B. Problemas sociais e institucionais na implantação de Hidrelétricas: seleção de casos recentes no Brasil e casos relevantes em outros países. 2007. 220 páginas. Dissertação. Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2007. Top 10 maiores usinas hidrelétricas do mundo. Disponível em: <http ://top10mais.org/top-10-maiores-hidreletri cas-mundo/>. Acesso em 16 de janeiro de 2016.

Usina de Itaipu

Fonte: <http://immensefalls.com.br/package/itaipu-panoramico/>. Acessado em 06/02/2016

Fonte: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_de_Itaipu#/media/File:Itaipu_panorama.jpg>. Acessado em: 28/01/2016

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Usinas hidrelétricas no Brasil

Usina de Marmelos – 1ª Usina Hidrelétrica da América do Sul

Localizada em Juiz de Fora, no rio Paraibuna;

Construída por Bernardo Mascarenhas com o objetivo de abastecer sua

indústria têxtil;

Inaugurada em 1889;

Atualmente desativada.

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Primeira hidrelétrica do país foi construída em Minas há mais de 100 anos. Disponível em: <http://www.em. com.br/app/noticia/gerais/2013/05/18/interna_gerais,389704/primeira-hidreletrica-do-pais-foi-construida-em-minas-ha-mais-de-100-anos.shtml>. Acessado em 06/02/2016

Usina de Marmelos

Fonte: <https://www.pjf.mg.gov.br/administracao_indir eta/funalfa/patrimonio/historico/usina_marmelos.php>. Acessado em 28/01/2016

Fonte: <http://www.panoramio.com/photo/7932 082>. Acessado em 28/01/2016

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Vantagens

Combustível empregado é natural, gratuito e renovável;

Geração de energia de baixo custo;

Brasil possui diversas redes hidrográficas muitas delas

com quedas d’água que favorecem a geração de energia

a uma maior taxa;

Além da geração de energia a barragem de água pode

ser utilizada para outros usos.

12 ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2009. BOARATI, J., H.;SHAYANI, R. A.; GALVÃO, L. C. R.; UDAETA, M. E. M. Hidrelétricas e Termelétricas a Gás Natural Estudo Comparativo Utilizando Custos Completos. Universidade estadual de Campinas. Novembro de 2007.

Desvantagens

Elevado custo de instalação;

Eutrofização das águas do reservatório;

Efeitos negativos sobre a fauna e a flora;

Liberação de gases do efeito estufa, principalmente metano, das áreas

inundadas;

Liberação de mercúrio para os reservatórios de água e consequentemente

para os peixes, que pode se acumular ao longo da cadeia alimentar;

Deslocamento da população das terras inundadas para criar reservatórios;

Elevado custo de distribuição em vista do fato de serem construídas longe

do centro de consumo;

É dependente das condições climáticas.

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ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2009. PINHEIRO, M. F. B. Problemas sociais e institucionais na implantação de Hidrelétricas: seleção de casos recentes no Brasil e casos relevantes em outros países. 2007. 220 páginas. Dissertação. Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2007.

Termelétricas

Termelétricas

Representam cerca de 80% da produção energética mundial;

Cerca de 2.600 mil usinas termoelétricas no Brasil são responsáveis por 25% da

produção de energia;

Na cidade de Juiz de Fora há uma

usina termelétrica de propriedade

da Petrobrás que opera com

etanol de potência 87 MW.

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Carvão; 24,59%

Óleo; 35,03%

Gás; 20,44%

Nuclear; 6,33%

Outras hidrelétricas;

1,73%

Hidrelétrica pequena; 0,41%

Solar; 0,53% Eólica; 0,32%

Geotérmica; 0,23% Biomassa moderna;

1,91%

Biomassa tradicional; 8,48%

Figura 1: Fontes de abastecimento de energia primária no mundo em 2004. [Fonte: Golddemberg, “ Ethanol for a Sustentable Future”, Science 315 (2007): 808-810]

BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2011. Termelétricas Juiz de Fora. Disponível em: <http://www.petrobras.com.br/pt/nossas-atividades/principais-operacoes/termeletricas/juiz-de-fora.htm>. Acessado em 16/01/2016

Como funciona uma usina termelétrica? Dois tipos de turbinas:

À gás: movida por gases resultantes da queima de combustíveis

À vapor: acionada pelo vapor de água a altas temperaturas

Principais tipos de usinas:

Convencional

Queima de um combustível –carvão, óleo ou gás – em uma caldeira para gerar calor e transformar a água em vapor;

Vapor em alta pressão é direcionado para girar as pás de uma turbina à vapor que, por sua vez, aciona o gerador elétrico;

Vapor é, então, condensado, retornando a água para a caldeira e assim reiniciando um novo ciclo.

Ciclo combinado

Utiliza turbinas a gás e a vapor em uma mesma planta;

Queima de combustível gera gases como produtos da combustão em alta temperatura que são direcionados para uma turbina à gás para gerar energia elétrica;

Gases que saem do escape da turbina ainda tem temperatura muito elevada e podem ser utilizados para produzir vapor em uma caldeira, que é utilizado para mover uma turbina a vapor e gerar mais energia elétrica. 16

ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2009.

Como funciona uma usina termelétrica convencional?

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Fonte: <http://www.pascal.com.br/wp-content/uploads/2012/04/>. Acessado em 08/02/2016

Como funciona uma usina termelétrica de ciclo combinado?

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Fonte: <http://www.furnas.com.br/hotsites/sistemafurnas/magnify.asp?p=imagens/usina_term_comb.jpg&c=>. Acessado em 16/01/2016

Combustíveis Carvão Disponível em várias regiões do mundo; Possui baixos custos de mineração e transporte; EUA, Rússia, China, Índia e Austrália possuem 75% das reservas mundiais; 53% das reservas mundiais de carvão mineral são compostas por carvão com

alto teor de carbono (hulha) e 47% com baixo teor de carbono; As reservas brasileiras são compostas pelo carvão dos tipos linhito e sub-

betuminoso. As maiores jazidas situam-se nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina;

No Brasil, o minério representa pouco mais de 1,5% da matriz da energia elétrica;

Com a velocidade de consumo atual estima-se que essas reservas durarão por mais 200 anos;

Foi formado a partir de porções pequenas de material de plantas antigas que foram cobertas pela água e não puderam ser recicladas de volta a CO2;

Em sua formação incorporou quantidades mensuráveis de qualquer elemento de ocorrência natural durante sua formação;

Ao queimar emite não somente CO2 e H2O, mas também SO2, fluoretos, urânio, metais radioativos e mercúrio;

Chuva ácida é problema relacionado a seu uso. C

s +O2 g

→ CO2 g +2H2O

l ΔH = - 393,5 kJmol-1

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BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2011.

Combustíveis Gás natural

Mistura de hidrocarbonetos que se originaram de pequenas frações de

organismos marinhos e plantas que foram enterrados e retirados da presença do oxigênio necessário para sua oxidação;

Depósitos de gás são encontrados em formações geológicas nas quais misturas de gases foram presas por uma massa de mistura de gases presas por uma massa de rocha impermeável;

Gás natural composto predominantemente de metano (60% - 80%); outros componentes – etano, propano e isômeros de butano – estão presentes em várias concentrações;

Compostos de enxofre são impurezas no gás natural; alguns dos depósitos de gás natural contém mais H2S que CH4;

Gás natural emite menos CO2 por joule de energia liberado, entretanto, ocorrem vazamentos nas tubulações de CH4, que contribui potencialmente para o efeito estufa.

CH4(g) + 2O2(g) →CO2(g) + 2H2O

(l) ΔH = - 890 kJmol-1 20

BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2011. ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2009.

Combustíveis

Petróleo

Mistura complexa de centenas de compostos, principalmente hidrocarbonetos; proporção varia de um campo petrolífero para outro;

Tipo mais abundante de hidrocarboneto são os alcanos, que variam desde o metano, com um a carbono, até moléculas contendo quase 100 carbonos;

É encontrado no subsolo, sob uma camada rochosa;

Em caso de vazamentos, hidrocarbonetos de alta massa molar formam bolhas pegajosas que se aderem a pássaros , mamíferos, rochas e objetos;

Forma como petróleo é encontrado no solo não é muito útil pois é uma mistura de muitos compostos. Precisa ser separado em componentes, através de destilação, cada um dos quais possuindo vários usos particulares.

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BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2011. ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à Química Ambiental. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2009.

Vantagens

Processo de construção é mais rápido que o da hidrelétrica,

permitindo suprir carências de energia de forma mais rápida;

Podem ser instaladas em locais próximos das regiões de

consumo, diminuindo os custos de transporte;

Alternativas para países que não possuem uma variedade de

escolha no que diz respeito às fontes de energia disponíveis;

Independem do volume de chuva e não necessi-

tam de cursos de água, como o caso a das centrais

hidrelétricas.

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Desvantagens

É uma energia não renovável, visto que o

recurso utilizado para produzir este tipo de energia

se esgotará futuramente;

As elevadas temperaturas da água utilizada no aquecimento causa a

poluição térmica pois esta é lançada nos rios e ribeiras, destruindo

ecossistemas e interferindo no equilíbrio das mesmas;

Grande liberação de poluentes responsáveis pela criação do efeito

estufa e do aumento do aquecimento global na atmosfera em

decorrência da queima de combustíveis fósseis para geração de energia;

Custo final deste tipo energia é mais elevado do que o da energia

gerada em hidroelétricas, em função do preço dos combustíveis fósseis.

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FERNANDES, A. S.; MIGUEL, E. R. A importância da utilização do bagaço de cana-de-açúcar na geração de energia em termelétricas. III Encontro Científico e Simpósio de Educação Unisalesiano. 2007

Hidrelétricas x

Termelétricas

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Hidrelétricas x Termelétricas

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Aspecto Hidrelétricas Termelétricas

Investimento por kW Alto Menor

Custo combustível Nulo Muito alto

Custo da energia Baixo Alto

Linha de transmissão Longa Menor

Tempo de construção Grande Menor

Impacto ambiental Reservatório Atmosfera

Efeito estufa Menor Grande

Taxa de retorno Baixa Alta

Quadro 3: Comparação entre formas de geração de energia elétrica. [Fonte: ROSA. L. P. Geração hidrelétrica, termelétrica e nuclear. Estudos avançados 21 (59), 2007.]

Ao se determinar qual a melhor fonte de energia deve-se avaliar os prós e contras da geração da mesma na localidade em que ela se inserirá, de acordo com alguns aspectos, como os destacados no quadro abaixo:

Curiosidades

Uso do gás de xisto como combustível nas termoelétricas:

menos poluente entretanto, produz metano;

Uma potencialidade é o uso de bagaço da cana como

combustível e queima de lixo.

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Conclusão

Questão energética é uma grande preocupação nos dias atuais;

Brasil possui enorme potencial para geração de eletricidade;

Antes da construção de qualquer usina de geração de energia deve-se avaliar as vantagens e desvantagens de sua instalação;

Realidade atual aponta para o uso de fontes alternativas de energia.

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Agradecemos a todos pela atenção!

Dúvidas e comentários?