PHA 3001 Aula 9 – a Energia e o Meio Ambiente

Aula 9 A Energia e o Meio Ambiente

Conceitos, fontes de energia, a questo energtica no futuro e o caso brasileiro

PHA 3001 - ENGENHARIA E MEIO AMBIENTE

Jos Carlos Mierzwa

Consumo de Energia Para satisfazer as necessidades relativas ao

consumo de energia o Homem utiliza diversas fontes;

A combinao entre as fontes de energia utilizadas para suprir as nossas necessidades denominada de Matriz Energtica;

A matriz energtica mundial constituda, principalmente, pelas seguintes fontes:

Trmica, hidroeltrica e nuclear.

Alm dos tipos mencionados existem, ainda, as fontes alternativas de energia.

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Matriz Energtica

Combinao entre as fontes de energia utilizadas para suprir as demandas

A matriz energtica mundial constituda, principalmente, pelas seguintes fontes:

Trmica, hidroeltrica, geotrmica e nuclear.

Alm dos tipos mencionados existem, ainda, as fontes alternativas de energia.

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Participao das Principais Fontes de Energia na Matriz Energtica Mundial

4Fonte:. MME, 2012 Balano Energtico Nacional (2011, ano base 2009)

Participao das Principais Fontes de Energia na Matriz Energtica do Brasil

Fonte:. MME, 2013 Balano Energtico Nacional (2013, ano base 2012)


Consumo final de energia por fonte em 1973

Distribuio da oferta interna de Energia Eltrica


7Fluxo energtico BEM 2014 Ano Base 2013

Principais Fontes de Energia

As principais fontes de energia disponveis so classificadas em:

No renovveis: Combustveis fsseis; Nuclear; Geotrmica.

Renovveis: Solar; Hidrulica; Elica; Biomassa.

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Consideraes sobre as Fontes de Energia

O aproveitamento das fontes de energia resulta em impactos sobre o meio ambiente;

O conceito de energia limpa relativo;

importante considerar todo o processo de converso de uma forma de energia em outra.

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Combustveis Fsseis

Materiais que foram capazes de armazenar energia solar;

Surgiram a partir da decomposio biolgica incompleta de matria orgnica morta;

So considerados nossa fonte primria de energia, em funo de sua participao na matriz energtica.

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Distribuio das Reservas de Petrleo no Mundo 109 tep (2004)

Fonte: http://labspace.open.ac.uk/file.php/5177/moddata/resource/62836/Items/S278_1_section18.html

Distribuio das Reservas de Gs Natural no Mundo 1012 m3 (2004)

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Distribuio das Reservas de Carvo no Mundo (2005)Fonte: http://www.nature.com/climate/2008/0803/full/climate.2008.18.html#B2

Impactos Associados aos Combustveis Fsseis

Alterao nas caractersticas do solo em funo da abertura de minas;

Construo de plataformas para poos de petrleo e gs, tubulaes, depsitos e tanques de armazenagem;

Infraestrutura para transporte e beneficiamento;

Poluio de guas superficiais;

Poluio atmosfrica;

Subsidncia do solo.13

Fontes Alternativas de Energia Qualquer recurso energtico, diferente

dos combustveis fsseis; As fontes alternativas so divididas nas

seguintes categorias: No-renovveis: Nuclear e geotrmica;

Renovveis: Solar, hidrulica, elica e biomassa.

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Energia Nuclear

Energia obtida do ncleo dos tomos de determinados elementos qumicos;

O aproveitamento feito pelos processos de fisso e fuso nucleares;

Fisso nuclear: Diviso do ncleo do tomo em fragmentos menores.

Fuso nuclear: Unio de dois tomos para formar um mais pesado.

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Representao do Processo de Fisso Nuclear

Energia Nuclear Em mdia, um quilograma de xido de urnio

(U3O8), produz uma quantidade de energia equivalente a: 11,36 m3 de petrleo;

17,9 toneladas de carvo.

O urnio natural constitudo de uma mistura de trs istopos, obedecendo a seguinte proporo:

U 238 99,3%;

U 235 0,7%;

U 234 0,005%.17

Ciclo do Combustvel Nuclear 18

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Impactos Ambientais Associados Energia Nuclear

A principal preocupao so os rejeitos radioativos;

Podem resultar em significativo impacto sobre a sade da populao e sobre o meio ambiente

Ao da radiao ionizante.

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Fontes Renovveis de Energia

So todas aquelas direta ou indiretamente derivadas da energia solar:

Energia hidrulica, que s continuamente obtida devido ao ciclo hidrolgico, que de pende da energia do sol;

Energia acumulada nas plantas pelo processo de fotossntese, das quais se pode obter combustveis.

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Uso da Energia Proveniente do Sol

Representao Esquemtica de um Painel Solar 24

Luz InternationalSolar Farm

1 Coletores solares;

2 Caldeira a gs;

3 Sistema turbogerador;

4 Gerador de Vapor e superaquecedor solar;

5 Sistema de Controle;

6 Torre de Resfriamento;

7 Interconexo com a rede de distribuio. 25

Capacidade de produo para atender 540.000 pessoas USA

Representao Esquemtica da Usina Luz International

(Deserto de Mojave, Sul da Califrnia) 26

Energia Solar Direta Clulas fotovoltaicas: Convertem a luz do sol diretamente em energia

eltrica, utilizando um material semicondutor slido.

So utilizadas clulas solares feitas de silcio, ou outro material, e componentes eletrnicos, apresentando poucas ou nenhuma parte mvel.

Eficincia de converso de energia solar em energia eltrica varia de 10% a 25%;

Expectativa para o limite superior da eficincia de converso da ordem de 30%.

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Energia Solar Direta

Ainda no se mostra competitiva em relao as outras fontes disponveis;

Alternativa para aproveitamento em pequena escala e locais remotos;

No ocorre a emisso de poluentes para o meio ambiente;

Impactos ambientais resultantes da extrao dos recursos naturais para a fabricao e montagem dos sistemas coletores.

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Energia Hidrulica

A energia hidrulica uma forma de energia solar armazenada, a medida que o fluxo de gua no Planeta ocorre devido a ao do sol;

Converso: Armazenagem de gua em um reservatrio localizado acima de um sistema de gerao;

Passagem da gua atravs de turbinas;

Acionamento de geradores.

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Energia Hidrulica

Eficincia de converso de at 96 %; Baixo custo de produo; Impactos ambientais: Relacionados aos reservatrios; Grandes reas alagadas; Alterao das caractersticas do fluxo e da qualidade da gua.

Alm da usinas hidroeltricas tradicionais pode-se fazer o aproveitamento da energia das mars ou ondas.

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Energia Elica

Pequenos moinhos de vento geram 1 kW de energia;

No Brasil o uso de energia elica esteve associado utilizao de cata-ventos para o bombeamento de gua;

A partir das dcadas de 70 e 80 foram desenvolvidas pesquisas para a gerao de energia eltrica;

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Energia Elica

Julho de 1992 gerao de energia eltrica a partir de turbinas elicas, na ilha de Fernando de Noronha com uma turbina de 75 kW;

A capacidade instalada no Brasil de 20,3 MW, com instalaes de grande porte nos estados do Cear, Pernambuco, Minas Gerais e Paran;

Existia uma meta para a instalao de outros sistemas de gerao at o ano de 2005, para a gerao de 1.000 MW de energia.

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Regies com Maior

Potencial Elico do Pas

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Usinas de Gerao Elica no Brasil

(http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/Atlas/download.htm)

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Energia Elica No ir solucionar todos os problemas

relacionados demanda de energia eltrica; Aspectos ambientais: Projetos de demonstrao indicam que as vibraes

dos moinhos de vento podem produzir rudos objetveis;

Os moinhos de vento podem interferir nas transmisses de rdio e televiso;

A paisagem local alterada; Ocupao de grandes reas para a instalao dos

moinhos; Morte de pssaros que colidem com as ps dos

moinhos.36

Biomassa

Novo nome dado ao mais antigo combustvel utilizado pelo Homem;

Matria orgnica pode ser queimada diretamente ou convertida para uma forma mais conveniente e depois queimadas para o aproveitamento da energia.

At o final do sculo XIX a madeira foi a principal fonte de energia em todo o Mundo.

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Biomassa

Fontes de biomassa combustvel incluem os produtos florestais e agrcolas e o lixo urbano que pode ser incinerado;

No Brasil uma grande fonte de biomassa para combustvel so as culturas de cana-de-acar, que fornecem o etanol utilizado nos automveis e o bagao da cana;

Atualmente tem sido bastante pesquisada a produo de biodiesel;

A produo lquida de energia baixa, sendo necessria uma considervel quantidade de energia para a sua coleta e transporte.

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Clulas de Combustvel

Atualmente esto sendo desenvolvidas pesquisas visando a transformao direta da energia qumica dos combustveis em energia eltrica;

Entre os principais combustveis que podem ser utilizados destacam-se: Hidrognio (mais comum); Metanol; Etanol; Gs natural.

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Sistema que combina eletrodos metlicos, soluo de eletrlito e membranas polimricas, para manter a separao entre os reagentes;

Oxignio e hidrognio ou outro combustvel so alimentados clula;

Para que o processo ocorra necessrio uma quantidade inicial de energia para promover a ionizao dos reagentes;

Gerao de um fluxo de eltrons entre os eletrodos.

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Representao Esquemtica de uma Clula de Combustvel

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O hidrognio e oxignio podem ser obtidos pela eletrlise da gua, utilizando-se energia elica ou solar;

A utilizao de gs natural ou outro combustvel que contenha hidrognio, nas clulas de combustvel gera menor poluio do que a queima em dispositivos convencionais;

A eficincia das mesmas independe do seu tamanho e do nvel de produo de energia.

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