A Energia e o Meio Ambiente

1. UFRN CENTRO DE TECNOLOGIA FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA PARA ENGENHARIA A Energia e o Meio Ambiente

2. A ENERGIA E O MEIO AMBIENTE SÍNTESE DA ABORDAGEM Descrição do problema energético. Apresentação das principais fontes de energia utilizadas na ecosfera . Discussão das alternativas para o futuro, diante do aumento da demanda. Análise da questão energética no Brasil.

3. ASPECTOS BÁSICOS DA CRISE AMBIENTAL Crescimento populacional, Demanda de energia e de materiais Geração de resíduos - Poluição.

4. A ENERGIA E O MEIO AMBIENTE A poluição ambiental surge quando ser humano descobre o fogo e passa a ser capaz de impulsionar máquinas e realizar trabalho( desenvolvimento tecnológico). O desenvolvimento traz a necessidade de quantidades cada vez maiores de materiais e energia — para satisfazer a necessidade de desenvolvimento da humanidade —, resultando em uma quantidade significativa de resíduos, tanto em termos de matéria quanto em termos de energia. Torna-se vital o entendimento do conceito de energia e de suas múltiplas formas, principalmente aquelas que têm menor impacto sobre o meio ambiente.

5. SOL PRINCIPAL FONTE DEENERGIA NA ECOSFERA

6. FONTES PRIMÁRIAS DE ENERGIA(convertidas pelo homem ) Energia elétrica, energia química, energia térmica e energia mecânica. Utilizadas para o desenvolvimento das diversas atividades humanas, além de possibilitar a sobrevivência do homem. Principais usos : Aquecimento de ambientes, processos industriais, transporte, aquecimento de alto-fornos, dentre outros. Recursos energéticos primários classificam-se: renováveis e não-renováveis.

7. FONTES RENOVÁVEIS Não existe uma relação direta entre consumo e disponibilidade ( há necessidade de se armazenar energia para atendimento contínuo da demanda). Hidrelétricas, que dependem da vazão dos rios ( o barramento do rio cria um reservatório de água, formando um grande lago). Durante o período de chuvas, armazena-se a água que é utilizada no período seco, quando a vazão do rio diminui.

8. FONTES RENOVÁVEIS

9. FONTES RENOVÁVEIS Provêm direta ou indiretamente da energia solar, sendo que o aproveitamento direto da energia solar vem sendo aos poucos implementado. A radiação solar direta é utilizada para atividades domésticas( aquecimento de água e ambientes ) ; outros usos, como geração de eletricidade, são feitos em pequenas comunidades e em âmbito de pesquisa. As fontes renováveis ditas indiretas, tais como vento e vazão de rios, são de uso limitado pela quantidade de energia disponível no tempo.

10. FONTES RENOVÁVEIS

11. FONTES RENOVÁVEIS Energia das marés: Pode ser obtida da variação do nível de água dos oceanos (energia potencial) para obtenção de energia mecânica. O aproveitamento pode ser viável onde a variação dos níveis de maré, baixa e alta, seja significativa. Energia solar: é a energia radiante do Sol que pode ser utilizada para aquecimento de água em residências e para a geração de energia elétrica por meio de células fotoelétricas.

12. FONTES RENOVÁVEIS

13. FONTES RENOVÁVEIS Biogás: obtida do gás natural resultante da decomposição anaeróbia de compostos orgânicos (geralmente estrume, resíduos domésticos etc). O aproveitamento o biogás ocorre pela queima do gás natural (calor liberado na combustão). Biocombustível líquido: material obtido pela fermentação e decomposição anaeróbia de vários tipos de biomassa ( cana-de-açúcar e lixo orgânico). O aproveitamento da energia também se dá pela sua queima. Gás hidrogênio:combustível gasoso produzido por processos eletroquímicos, a partir principalmente da eletrólise da água. O aproveitamento da energia pela queima do gás.

14. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS Combustíveis fósseis: são depósitos naturais de petróleo, gás natural e carvão ( própria energia solar armazenada na forma de energia química em depósitos geológicos formados há milhões de anos - a partir da decomposição de vegetais e animais e submetidos a altas temperaturas e pressões na crosta terrestre). Derivados de combustíveis fósseis: Produtos obtidos a partir do fracionamento dos combustíveis fósseis, principalmentedo petróleo ( a gasolina, o óleo diesel, o querosene e outros produtos) . Derivados sintéticos: óleo cru sintético e gás natural sintético produzidos por liquefação ou gaseificação de carvão.

15. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS Óleos pesados não-convencionais: Depósitos subterrâneos de consistência asfáltica que podem ser extraídos de depósitos de petróleo bruto convencionais por métodos de recuperação forçada, rochas sedimentares oleosas (xisto) e depósitos arenosos (areias com alcatrão). Desses elementos obtém-se óleo cru. Gás natural não-convencional: Gás presente nos depósitos subterrâneos profundos encontrados em camadas arenosas, rochas sedimentares devonianas e veios de carvão. Encontra-se, também, dissolvido em depósitos profundos de água salgada, a altas temperaturas e pressões (zonas geopressurizadas).

16. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS

17. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS Combustíveis nucleares: principalmente urânio e tório, encontrados em depósitos naturais, que podem sofrer fissão nuclear ou serem transformados em materiais físseis. No processo de fissão nuclear, que deve ocorrer de maneira controlada, a energia presente no núcleo dos materiais físseis é utilizada para a geração de vapor a alta pressão, o qual, por sua vez, é utilizado para o acionamento de uma turbina acoplada a um gerador elétrico. A energia do núcleo dos materiais físseis é liberada quando esses capturam um nêutron, que desestabiliza o núcleo do átomo (de urânio, por exemplo), fazendo com que ele se divida e libere uma grande quantidade de energia, além de outros nêutrons, os quais irão manter a reação em cadeia.

18. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS Fusão nuclear: Processo no qual dois átomos de elementos leves (principalmente os isótopos do hidrogênio) se unem, dando origem a um elemento mais pesado. Para que o processo ocorra, é necessária uma grande quantidade de energia para aproximar os núcleos dos elementos que participam da reação. A energia liberada é muitas vezes superior à energia que foi utilizada para promover o processo de fusão, e pode ser utilizada para a geração de energia elétrica.

19. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS Energia geotérmica: Obtida do calor gerado a partir dos elementos radioativos presentes em depósitos subterrâneos e do magma existente no interior do planeta. Depósitos geotérmicos confinados: constitui-se em calor de baixa temperatura depositado em zonas subterrâneas de vapor seco, água quente ou em uma mistura de vapor e água quente. O calor é liberado por substâncias radioativas encontradas no manto de rochas parcialmente derretidas, localizadas abaixo da crosta terrestre, ou pelo próprio magma.

20. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS Depósitos geotérmicos

21. FONTES NÃO-RENOVÁVEIS

22. HISTÓRICO DA CRISE ENERGÉTICA Ao longo dos anos a modificação do padrão de vida do homem (utilizando a tecnologia para viver mais e melhor) , implica um maior consumo de energia. Miller (1985) - Relação desenvolvimento versus consumo de energia – Desafio dasociedade : Como atender ao padrão de vida humano, consumir mais energia e viver em um ambiente mais sadio?

23. Desenvolvimento versus Consumo de Energia (Miller-1985) A média diária de consumo de energia dos humanos primitivos era de 2.000 kilocalorias por dia, obtidas do alimento consumido. Até então, não se controlava o fogo. Os primeiros grupos humanos e os primeiros caçadores aumentaram essa média para 5.000 kcal/dia. Os primeiros agricultores, usando o fogo para cozimento e aquecimento (queima de madeira) e a tração animal para o plantio, elevaram esse consumo para 12.000 kcal/dia. Durante a Revolução Industrial, no século XIX, a madeira foi empregada para movimentar máquinas e locomotivas, para converter minério em metais e para fundir areia em vidro.

24. Desenvolvimento versus Consumo de Energia (Miller-1985) Por volta de 1850, a média de consumo diário alcançou, em nações como a Inglaterra e os Estados Unidos, um valor próximo de 60.000 kcal/dia. A partir de então, as florestas primárias começaram a sofrer um processo rápido de destruição. Nessa mesma época, descobriu-se que o carvão podia ser obtido por mineração e substituir a madeira. Por volta de 1900, o carvão substituiu integralmente a madeira na maioria dos países europeus e nos Estados Unidos. Todavia, o grande salto em termos de consumo energético ainda estava para ocorrer.

25. Desenvolvimento versus Consumo de Energia(Miller-1985) A partir de então, as florestas primárias começaram a sofrer um processo rápido de destruição. Nessa mesma época, descobriu-se que o carvão podia ser obtido por mineração e substituir a madeira. Por volta de 1900, o carvão substituiu integralmente a madeira na maioria dos países europeus e nos Estados Unidos. Todavia, o grande salto em termos de consumo energético ainda estava para ocorrer.

26. Desenvolvimento versus Consumo de Energia(Miller-1985) Em 1869, o primeiro poço de petróleo foi perfurado. Esse evento — juntamente com as descobertas envolvendo destilação e refino do petróleo em gasolina, óleo combustível e óleo diesel — levou a humanidade a uma drástica mudança em termos de consumo de energia primária. Na mesma época, descobriu-se que os depósitos de gás natural, encontrados junto aos depósitos de petróleo, podiam ser queimados como combustível. Por volta de 1950, o petróleo tornou-se, nos Estados Unidos, a primeira fonte de energia primária e o gás natural, a terceira.

27. Desenvolvimento versus Consumo de Energia(Miller-1985) Em 1983, essas duas fontes foram responsáveis pela produção de 53% da energia primária mundial. Dada a abundância de óleo e gás da década de 1950 ao início da de 1980, o consumo mundial triplicou. Atualmente, o consumo per capita mundial diário é de 125.000 kcal/dia. O aumento no consumo de energia foi muito sensível em países desenvolvidos. Em decorrência, o desequilíbrio entre os países desenvolvidos e os subdesenvolvidos acentuou-se.

28. Desenvolvimento versus Consumo de Energia(Miller-1985) Exemplo disso é o consumo norte-americano: os Estados Unidos possuem 4,7% da população mundial e consomem 25% da energia comercial mundial. A índia, com 16% da população mundial, consome somente 1,5% da energia mundial. Os 258 milhões de nor­te-americanos usam mais energia em aparelhos de ar-condicionado do que os 1,2 bilhão de chineses para todos os fins.

29. Oferta mundial de energia por fonte, 2000 (MME, Balanço Energético- 2003). Os elementosnão-renováveis são os principais combustíveisutilizados, o que agrava, ainda mais, a condição futura de disponibilidade de energia .

30. HISTÓRICO DA CRISE ENERGÉTICA Responsabilidade da oferta de energia : Fontes não-renováveis - 86% Fontes renováveis - 14%. Agravamento da questão energética (além do problema da disponibilidade ): Fatos políticos que envolvem principalmente os países produtores de petróleo. As guerras nos países do Oriente Médio (grandes exportadores de petróleo), geraram enormes impactos econômicos no mundo. Em 1973, o embargo promovido pela Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP) alterou drasticamente o preço do barril de petróleo, ( US$ 2,70 para US$ 10 ).

31. HISTÓRICO DA CRISE ENERGÉTICA A Revolução Iraniana,(1979), elevou o preço do barril para US$ 34. Na década de 1990, o quadro energético não se alterou. O preço do petróleo estabilizou-se em patamares mais baixos, e o consumo manteve o seu crescimento. Qualquer alteração política nas regiões produtoras de óleo pode criar um ‘caos’ econômico global de conseqüências imprevisíveis. O modelo energético atual e o modelo futuro são extremamente vulneráveis. Um dos maiores desafios da humanidade no futuro próximo será, sem dúvida, alterar o quadro da crescente demanda energética associada ao emprego de fontes finitas e sujeitas a instabilidades políticas. Durante o ano de 1999, os preços do barril de petróleo começaram a subir novamente, alcançando os US$ 30/barril.

32. A EFICIÊNCIA DO APROVEITAMENTO ENERGÉTICO Além da questão do gerenciamento e do controle do consumo, outro desafio técnico é a eficiência do aproveitamento das fontes de energia. O parâmetro que avalia o grau de eficiência é a Razão de Energia Líquida (REL), definida por: Quanto maior for o valor de REL, maior é a eficiência no uso da fonte empregada. Se essa razão for menor que um, ocorre uma perda de energia líquida durante a vida útil do sistema.

33. Razão Líquida :Aquecimento Doméstico fonte de energia empregada (Miller, 1985).

34. Razão Líquida :Processos Industriais fonte de energia empregada (Miller, 1985).

35. Razão Líquida : Transporte fonte de energia empregada (Miller, 1985).

36. A EFICIÊNCIA DO APROVEITAMENTO ENERGÉTICO O petróleo possui uma alta razão líquida, pois as reservas disponíveis hoje são ricas e muito acessíveis. À medida que essas fontes forem se esgotando, a razão líquida deverá decrescer ( a energia útil gasta na sua obtenção deverá aumentar, tanto para extrair quanto para processá-lo e entregá-lo para consumo ). As usinas nucleares possuem uma razão líquida muito baixa (quantidade enorme de energia despendida na sua construção e produção). Além disso, as usinas atômicas exigem a desativação e o confinamento do lixo produzido, o que implica maior demanda de energia.

37. A EFICIÊNCIA DO APROVEITAMENTO ENERGÉTICO Uma saída para a crise de energia é a conservação. Isso significa desenvolver meios de utilizar mais eficientemente as fontes hoje disponíveis. Os benefícios da conservação são enormes, prolongam o uso das fontes finitas e, principalmente, minimizam os impactos ambientais decorrentes da geração de energia. Paralelamente ao desenvolvimento de novas formas de aproveitamento energético, a conservação é um dos principais meios de gerenciar a crise atual.

38. Estratégias opostas para enfrentar a crise Energética do futuro. Correntes defendem ‘trajetória severa’ ou, ‘MODELO DO MUNDO EM CRESCIMENTO’ (conduto tradicional ); ‘trajetória branda’ ou ‘MODELO DE CRESCIMENTO SUSTENTÁVEL’.

39. MUNDO EM CRESCIMENTO Enfatizam de imediato a necessidade de medidas de incentivo para que as companhias de energia aumentem seus suprimentos de combustíveis não-renováveis: petróleo, gás natural, carvão e urânio. Além disso, defendem a construção de grandes usinas termoelétricas (a carvão e combustível nuclear) para atender a demanda nos próximos 25 anos. Após 2020, entrariam em funcionamento os reatores Breeder, em substituição aos reatores de fissão, prolongando as reservas de urânio por pelo menos mais mil anos. Após o ano 2050, haveria uma gradual mudança para a total dependência das usinas a fusão nuclear

40. CRESCIMENTO SUSTENTÁVEL A linha do crescimento sustentável argumenta que o caminho, mais rápido, eficiente e barato, para prover a energia necessária para o futuro é uma combinação das seguintes medidas: 1)aumentar a eficiência no uso da energia; 2) diminuir o emprego de óleo, carvão e gás natural não-renováveis; 3) eliminar as usinas nucleares, pois essas seriam anti-econômicas, inseguras e desnecessárias; e 4) aumentar o emprego de recursos energéticos solares diretos e indiretos.

41. CRESCIMENTO SUSTENTÁVEL As casas e os edifícios - Seriam aquecidos por sistemas que aproveitariam a luz solar direta; A eletricidade - Gerada por usinas térmicas existentes (devidamente equipadas para não lançar resíduos para a atmosfera), por co-geração nas indústrias, por geradores eólicos, pela restauração de antigas hidrelétricas e, finalmente, por células foto-elétricas. O calor de alta temperatura – Obtido por caldeiras alimentadas por gás natural, restos vegetais e lixo urbano. O resíduo de calor dessas caldeiras poderia ser usado para co-geração.

42. Enfoque do Crescimento Sustentável Transporte - Continuaria com gasolina, com a introdução de biocombustíveis, como o álcool. (a partir de culturas feitas em terras improdutivas para não comprometer a produção de alimentos) . Outro combustível a ser empregado seria o gás hidrogênio, isso se for viável o desenvolvimento de sistemas eficientes de decomposição da água a partir da energia solar. Energia solar ( direta e indireta ) -- Geração de energia elétrica a partir de usinas solares e de usinas oceânicas ( aproveitamento do gradiente térmico deveria ser evitado pelo alto custo, pela ineficiência.

43. A QUESTÃO ENERGÉTICA NO FUTURO Os números indicam que a crise energética deverá se intensificar no futuro. Como discutir a questão tecnologia versus consumo de energia? São necessários aproximadamente 50 anos para desenvolver e implementar novas tecnologias de aproveitamento energético. Miller (1985), Esse planejamento deve ser feito considerando diferentes períodos de tempo: em curto prazo (até 10 anos), em médio prazo (de 10 a 20 anos) e em longo prazo (acima de 20 anos).

44. A QUESTÃO ENERGÉTICA NO FUTURO Segundo Miller: a primeira decisão a tomar refere-se ao quanto de energia se quer obter e qual a qualidade exigida. Necessita-se de calor a baixa temperatura, de calor a alta temperatura, de eletricidade, de combustível para transporte? Isso envolve decidir o tipo e a qualidade de energia requerida para melhor desempenho, em face de uma ou várias necessidades. Qual fonte pode atender a essas necessidades, a mínimo custo e menor impacto ambiental. Ao analisar a possibilidade de aproveitamento de uma nova fonte de energia, devemos responder às seguintes perguntas:

45. A QUESTÃO ENERGÉTICA NO FUTURO • Qual o potencial de aproveitamento da fonte, em curto, médio e longo prazos? • Qual o rendimento esperado? • Qual o custo de desenvolvimento, construção e operação? • Quais são os impactos ambientais, sociais, de segurança (militar e econômica) e como eles podem ser reduzidos? As respostas a essas questões são fundamentais para estabelecer a viabilidade ou não de um aproveitamento energético. A solução da crise energética é um dos maiores desafios tecnológicos do próximo milênio.

46. PERSPECTIVAS FUTURAS :ÂMBITO DA EXPLORAÇÃO E CONSUMO POTENCIALIDADES E IMPACTOS Fontes não-renováveis – petróleo, xisto betuminoso, alcatrão, gás natural, carvão, energia geotérmica, energia nuclear, fissão nuclear Breeder e fusão nuclear. Fontes renováveis –hidroeletricidade, energia solar direta, energia das marés, energia eólica, biomassa, biogás e biolíquido, gás hidrogênio e aumento da eficiência no uso da energia.

47. FONTES NÃO-RENOVÁVEISPETRÓLEO O petróleo é formado basicamente por hidrocarbonetos e poucos compostos e contém oxigênio, enxofre e nitrogênio. O petróleo e o gás estão geralmente confinados a grandes profundidades, tanto abaixo dos continentes como dos mares. Em geral, o petróleo está disperso em cavidades e em fraturas de formações rochosas. O petróleo mais valioso, conhecido como leve, contém poucas impurezas de enxofre e grande quantidade de compostos orgânicos facilmente refináveis em gasolina. Quanto menor for a quantidade de enxofre, menor a quantidade de dióxido de enxofre (SO2) lançado na atmosfera. O petróleo menos valioso é chamado de pesado. Esse tipo possui muitas impurezas e exige maiores recursos de refino para obtenção de gasolina.

48. FONTES NÃO-RENOVÁVEISPETRÓLEO

49. FONTES NÃO-RENOVÁVEISPETRÓLEO Uma vez retirado do poço, o petróleo é enviado para as refinarias. Na refinaria, ele é aquecido e destilado para separar a gasolina, o óleo combustível, o óleo diesel e outros componentes. Os produtos petroquímicos são utilizados como matéria-prima em indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, de pesticidas, de plásticos, de fibras sintéticas, de tintas, de remédios e de muitos outros produtos. Cerca de 3% do petróleo mundial é utilizado na indústria petroquímica.

50. FONTES NÃO-RENOVÁVEISPETRÓLEO Quadro de distribuição espacial da produção de petróleo : Aproximadamente dois terços do petróleo mundial estão estocados em cinco países: Arábia Saudita, Kuwait, Irã, Iraque e Emirados Árabes. A OPEP (Organização dos Países Produtores de Petróleo) é detentora de 67% do óleo mundial, por isso controla as reservas e os preços. A Rússia é atualmente a maior produtora mundial. As reservas mundiais são constantemente avaliadas; hoje, estima-se que os estoques de óleo poderão atender ao consumo dos próximos 50 anos.