A Energia e o Meio Ambiente

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A Energia e o Meio Ambiente

• Conceitos, fontes de energia, a questão
  energética no futuro

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Uso de Energia pelo Homem

• Utilização de força física ou animal para o
  desenvolvimento das actividades humanas
• Descoberta do fogo
• Uso de madeira e demais combustíveis para
  aquecimento, iluminação e aprimoramento de
  ferramentas
• Revolução industrial, uso de energia disponível
  em cursos dágua e vapor para movimentar máquinas.

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Necessidades Actuais de Energia

• Actualmente, para que seja possível manter os
  nossos padrões de consumo e produção são
  necessárias grandes quantidades de energia
• Nos países industrializados ocorre o maior
  consumo de energia
• Isto leva a desequilíbrios económicos, sociais e
  ambientais.

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Consumo de Energia no Mundo (2001)
Continente Consumo (106 TEP) do Total
Oriente Médio e África 922,3 8,44
Europa 3.606,4 32,98
América do Norte 2.529,6 23,13
América Central e Caribe 214,2 1,96
América do Sul 382,2 3,50
Ásia (Excepto Oriente Médio) 3.145,5 28,77
Oceania 133,9 1,22
Total 10.934,1 100
TEP Tonelada equivalente de petróleo Fonte
World Resources Institute, 2005
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Consumo de Energia

• Para satisfazer as necessidades relativas ao
  consumo de energia o Homem utiliza diversas
  fontes
• A combinação entre as fontes de energia
  utilizadas para suprir as nossas necessidades é
  denominada de Matriz Energética
• A matriz energética mundial é constituída,
  principalmente, pelas seguintes fontes
• Térmica, hidroelétrica, geotérmica e nuclear.
• Além dos tipos mencionados existem, ainda, as
  fontes alternativas de energia.

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Distribuição Mundial do Consumo de Energia por
Sector
Fonte World Resources Institute, 1998
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Principais Fontes de Energia

• As principais fontes de energia disponíveis são
  classificadas em
• Não renováveis
• Combustíveis fósseis
• Nuclear
• Geotérmica.
• Renováveis
• Solar
• Hidráulica
• Eólica
• Biomassa.

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Considerações sobre as Fontes de Energia

• O aproveitamento das fontes de energia resulta em
  impactos sobre o meio ambiente
• O conceito de energia limpa é relativo, a menos
  que se considere apenas o processo de conversão
  de uma forma de energia em outra.

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Combustíveis Fósseis

• Todos os materiais que foram capazes de armazenar
  energia solar
• Todas as plantas são capazes de converter energia
  solar em química
• Os combustíveis fósseis surgiram a partir da
  decomposição biológica incompleta de matéria
  orgânica morta
• São considerados nossa fonte primária de energia,
  em função de sua participação na matriz
  energética.

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Distribuição das Reservas de Petróleo no Mundo
(1997)
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Comércio de Petróleo no Mundo (1995)
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Distribuição das Reservas de Carvão no Mundo
(1997)
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Impactos Associados aos Combustíveis Fósseis

• Alteração nas características do solo em função
  da abertura de minas
• Construção de plataformas para poços de petróleo
  e gás, tubulações, depósitos e tanques de
  armazenagem
• Infra-estrutura para transporte e beneficiamento
• Poluição de águas superficiais
• Poluição atmosférica
• Subsidência do solo.

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(No Transcript)
15
(No Transcript)
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Fontes Alternativas de Energia

• É comum considerar que qualquer recurso
  energético, diferente dos combustíveis fósseis,
  seja uma fonte alternativa de energia
• As fontes alternativas são divididas nas
  seguintes categorias
• Não-renováveis
• Nuclear e geotérmica
• Renováveis
• Solar, hidráulica, eólica e biomassa.

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Energia Nuclear

• É a energia obtida do núcleo dos átomos de
  determinados elementos químicos
• O aproveitamento pode ser feito por dois
  processos distintos
• Fissão ? Divisão do núcleo de átomos pesados
• Fusão ? União de dois átomos leves.
• Como consequência destes dois processos ocorre a
  liberação de energia

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Representação do Processo de Fissão Nuclear
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Energia Nuclear

• 1942 - Primeira reação de fissão controlada pelo
  Homem
• Conduziu ao uso do urânio como explosivo e como
  fonte de calor para produzir vapor e energia
  elétrica.
• Em média, um quilograma de óxido de urânio
  (U3O8), produz uma quantidade de energia
  equivalente a 11,36 m3 de petróleo ou 17,9
  toneladas de carvão.
• O urânio natural é constituído de uma mistura de
  três isótopos, obedecendo a seguinte proporção
• U 238 99,3
• U 235 0,7
• U 234 0,005

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ENERGIA NUCLEAR

• O urânio 235 é o único material fissionável
  encontrado naturalmente, sendo essencial para a
  produção de energia.
• Na maioria dos reatores nucleares,
  principalmente nos PWRs, o urânio 235 deve estar
  presente em uma concentração da ordem de 3.

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Comparação entre os Sistemas Convencional e
Nuclear para Geração de Energia Elétrica
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Impactos Ambientais Associados à Energia Nuclear

• Com relação aos impactos ambientais associados à
  geração de energia pelo urânio, deve-se
  considerar as etapas relativas
• à extração e beneficiamento do minério de urânio
• fabricação dos elementos combustíveis e
• queima destes nos reactores nucleares.
• Uma grande preocupação associada à energia
  nuclear esta relacionada aos rejeitos
  radioativos
• Podem resultar em significativo impacto sobre a
  saúde da população e sobre o meio ambiente,
  devido a ação da radiação ionizante.

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Energia Geotérmica

• Conversão do calor natural em energia para
  aquecimento ou geração de electricidade
• Um exemplo do aproveitamento da energia
  geotérmica data de 1904, na Itália
• É uma fonte não renovável de energia caso a taxa
  de utilização seja maior que a de geração de
  calor
• O processo de geração de calor no interior do
  planeta é completamente compreendido
• Está associado ao movimento de placas tectônicas
  e decaimento radioativo de isótopos naturais.

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Energia Geotérmica

• O aproveitamento da energia geotérmica pode ser
  feito de duas formas
• Utilização do calor para geração de energia
  elétrica a partir do vapor dágua
• Utilização de água subterrânea, para aquecimento
  ou resfriamento de edifícios.
• Os impactos ambientais podem ser menos intensos
  que aqueles causados por outras fontes, mas não
  são desprezíveis
• Poluição sonora, emissão de gases, alteração do
  solo e poluição térmica.
• O seu aproveitamento não depende do transporte e
  beneficiamento de grandes quantidades de
  materiais.

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(No Transcript)
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Fontes Renováveis de Energia

• São todas aquelas direta ou indiretamente
  derivadas da energia solar
• Energia hidráulica, que é continuamente obtida
  devido ao ciclo hidrológico, que depende da
  energia do sol
• Energia dos ventos, relacionada à movimentação de
  massas de ar
• Energia acumulada nas plantas pelo processo de
  fotossíntese, das quais se pode obter
  combustíveis.

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Uso da Energia Proveniente do Sol
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Aproveitamento da Energia Solar Direta
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Energia Solar Direta

• Sistemas ativos ? necessitam de dispositivos
  mecânicos, para fazer com que o ar, a água, ou
  outro fluido, circule através de colectores
  solares
• Coletores solares (aquecedores)
• são painéis planos constituídos por uma cobertura
  de vidro sobre uma caixa com as paredes internas
  pintadas de preto, dentro da qual a água circula
  no interior de tubos metálicos.
• Os raios solares de pequeno comprimento de onda
  atravessam a cobertura de vidro e são absorvidos
  pelo revestimento interno da caixa.
• A temperatura da água que circula no interior dos
  tubos pode variar de 38 oC a 93 oC.
• Painéis solares funcionam da mesma forma que as
  estufas utilizadas para o cultivo de determinados
  tipos de plantas.

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Representação Esquemática de um Painel Solar
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Luz International Solar Farm (capacidade de
produção para atender 540.000 pessoas USA) 1
Coletores solares 2 Caldeira a gás 3
Sistema turbogerador 4 Gerador de Vapor e
superaquecedor solar 5 Sistema de Controle 6
Torre de Resfriamento 7 Interconexão com a
rede de distribuição.
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Representação Esquemática da Central Luz
International(Deserto de Mojave, Sul da
Califórnia)
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Energia Solar Direta

• Células fotovoltaicas são um outro tipo de
  dispositivo utilizado para o aproveitamento da
  energia solar
• Estas convertem a luz do sol diretamente em
  energia elétrica, utilizando um material
  semicondutor sólido.
• São utilizadas células solares feitas de silício,
  ou outro material, e componentes eletrónicos,
  apresentando poucas ou nenhuma parte móvel.
• A eficiência de conversão de energia solar em
  energia elétrica varia de 10 a 25
• Tem-se uma expectativa para o limite superior da
  eficiência de conversão da ordem de 30.

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Energia Solar Direta

• O aproveitamento desta energia é já uma realidade
  e cada vez mais competitiva em relação as outras
  fontes disponíveis
• É uma alternativa para aproveitamento em pequena
  escala e locais remotos
• Com relação aos impactos ambientais, pode-se
  dizer que o uso de energia solar direta não é
  significativo
• Não ocorre a emissão de poluentes para o meio
  ambiente
• Deve-se considerar os impactos ambientais
  resultantes da extracção dos recursos naturais
  para a fabricação e montagem dos sistemas
  coletores.
• Quando se fala em sistemas de grande capacidade,
  os impactos são mais significativos

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Energia Hidráulica
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Energia Hidráulica

• O aproveitamento da energia hidráulica em
  centrais hidroeléctricas é bastante eficiente,
  chegando a 96
• Isto resulta em um baixo custo de produção
• Os principais impactos estão relacionados aos
  reservatórios
• Grandes áreas alagadas, alteração das
  caraterísticas do fluxo e da qualidade da água.
• Além da centrais hidroelétricas tradicionais
  pode-se fazer o aproveitamento da energia das
  marés.

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(No Transcript)
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Energia Eólica

• Já é utilizada á longo tempo, remontando a época
  das antigas civilizações chinesas e persas, até
  aos nossos dias.
• Recentemente tem sido utilizada para a geração de
  energia elétrica
• Os ventos são resultantes do aquecimento
  diferencial da superfície da Terra, o que dá
  origem a massas de ar com diferentes quantidades
  de calor e densidades
• O potencial para a geração de energia a partir do
  vento é enorme
• A sua exploração é já uma realidade ao nível
  mundial e no nosso país também.

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Energia Eólica

• A partir de julho de 1992 começou-se a produzir
  energia elétrica a partir de turbinas eólicas, na
  ilha de Fernando de Noronha com uma turbina de 75
  kW
• A capacidade instalada em Portugal está em
  constante crescimento, pelo que não vamos
  arriscar qualquer número.

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Energia Eólica

• O uso de energia eólica não irá solucionar todos
  os problemas relacionados à demanda de energia
  eléctrica
• Com relação aos aspectos ambientais, o uso da
  energia eólica também apresenta algumas
  desvantagens, destacando-se as seguintes
• Projectos de demonstração indicam que as
  vibrações dos moinhos de vento podem produzir
  ruídos significativos
• Os moinhos de vento podem interferir nas
  transmissões de rádio e televisão
• A paisagem local é alterada
• Ocupação de grandes áreas para a instalação dos
  moinhos
• Morte de pássaros que colidem com as pás dos
  moinhos.

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Biomassa

• Combustível de biomassa é um novo nome dado ao
  mais antigo combustível utilizado pelo Homem
• Matéria orgânica, como plantas e restos de
  animais que podem ser queimados diretamente ou
  convertidos para uma forma mais conveniente e
  depois queimados para o aproveitamento da
  energia.
• Pode-se queimar a madeira diretamente em um fogão
  a lenha, ou então, converter a mesma em carvão e
  depois queimá-lo.
• Até o final do século XIX a madeira foi a
  principal fonte de energia em todo o Mundo.
• Ainda hoje, mais de 1 bilião de pessoas utilizam
  a madeira como principal fonte de energia, seja
  para aquecimento ou para a preparação de
  alimentos.

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Biomassa

• O aproveitamento de energia pode ocorrer por
  várias rotas
• Queima directa para a produção de electricidade
  ou para aquecimento da água ou do ar
• Aquecimento da biomassa para a obtenção de
  combustível gasoso
• Destilação ou processamento da biomassa para
  produzir combustíveis como o etanol, metanol ou
  metano.
• Fontes de biomassa combustível incluem os
  produtos florestais e agrícolas e o lixo urbano
  que pode ser incinerado
• A produção líquida de energia é baixa, sendo
  necessária uma considerável quantidade de energia
  para a sua coleta e transporte.

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Células de Combustível

• Actualmente estão a ser desenvolvidas pesquisas
  visando a transformação direta da energia química
  dos combustíveis em energia elétrica
• Entre os principais combustíveis que podem ser
  utilizados destacam-se
• Hidrogénio (mais comum)
• Metanol
• Etanol
• Gás natural.

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Células de Combustível

• O aproveitamento da energia é feita em
  dispositivos adequado
• Estes dispositivos são constituídos por eletrodos
  metálicos, solução de eletrólito e membranas
  poliméricas, para manter a separação entre os
  reagentes
• Oxigênio e hidrogênio ou outro combustível são
  alimentados à célula
• Para que o processo ocorra é necessário uma
  quantidade inicial de energia para promover a
  ionização dos reagentes
• No processo é gerado um fluxo de elétrões entre
  os eletrodos, o qual pode ser utilizado para
  carregar uma bateria ou accionar um motor
  elétrico.

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Representação Esquemática de uma Célula de
Combustível
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Células de Combustível

• O hidrogênio e oxigênio podem ser obtidos pela
  eletrólise da água, utilizando-se energia eólica
  ou solar
• A utilização de gás natural ou outro combustível
  que contenha hidrogênio, nas células de
  combustível gera menor poluição do que a queima
  em dispositivos convencionais
• A eficiência das mesmas independe do seu tamanho
  e do nível de produção de energia.

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Conclusões

• O Mundo está a mover-se para uma nova era, da
  quase total dependência dos combustíveis fósseis,
  para uma maior utilização de fontes alternativas
  e renováveis de energia
• Cada alternativa oferece um caminho para sair do
  dilema energético, criado pelo crescimento
  populacional e desenvolvimento tecnológico
• A avaliação das alternativas disponíveis e a
  seleção da combinação mais adequada entre as
  mesmas é o desafio que cada País deverá
  enfrentar
• Deve-se desenvolver modelos específicos para cada
  região, visando o melhor aproveitamento dos
  recursos disponíveis, com o menor impacto sobre o
  meio ambiente.