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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)
Fonte:. MME, 2014 Balano Energtico Nacional (2014, ano base 2013)
Consumo final de energia por fonte em 1973
Distribuio da oferta interna de Energia Eltrica
Fonte:. MME, 2014 Balano Energtico Nacional (2014, ano base 2013)
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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Clulas de Combustvel
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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Clulas de Combustvel
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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