Aula 01

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Público-alvo: Interessados em compreender tecnologias, aplicações e aspectos regulatórios de energias renováveis. Sem pré-requisitos.
Duração: 12 horas
Local: online
Aulas: de 02 a 30 de outubro de 2020.
Dia da semana: sexta-feira. Horário: das 19h às 22h.
Aula 1: Introdução, conceitos, relevância no cenário atual de mudanças climáticas.
Aula 2: Eólica, solar térmica e fotovoltaica: tecnologias, aplicação, cenário mundial e potencial brasileiro.
Aula 3: Hidráulica, Biomassa e biogás: tecnologias, aplicação, cenário mundial e potencial brasileiro. Aspectos regulatórios para energias renováveis no Brasil.
Aula 4: Geotérmica, marés e ondas: tecnologias, aplicação, exemplos de projetos; Geração Distribuída. Aspectos regulatórios para energias renováveis no Brasil: da geração à comercialização.
ENERGIAS RENOVÁVEIS: TECNOLOGIAS, APLICAÇÕES E ASPECTOS REGULATÓRIOS
Coordenação:
Prof. Ms. Fábio Luiz Livramento Barretto Musarra
Professores:
Profa. Dra. Hirdan Katarina de Medeiros Costa
Profa. Ms. Paola Mercadante Petry
Prof. Ms. Vitor Emanoel Siqueira Santos
INTRODUÇÃO
A visão acadêmica...
186 trabalhos enviados
61 falam diretamente sobre fontes renováveis
Inovação, mudanças climáticas, regulação, mercados, energia e desenvolvimento, macroeconomia, integração de sistemas
Temas trabalhados em um congresso de energia
1/3 sobre fontes renováveis
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INTRODUÇÃO
O que são as fontes de energia renováveis?
Fontes de energia renováveis são recursos naturais usados para geração de energia, sendo fontes energéticas inesgotáveis. Exemplos de fontes energéticas renováveis são a luz solar, os ventos (eólica), a água (hídrica), as marés (maremotriz), o calor da terra (geotérmica) e a biomassa como combustível.
(Portal Solar)
(MCTIC)
Fontes de energia renováveis 
As fontes de energia que pertencem a este grupo são consideradas inesgotáveis, pois suas quantidades se renovam constantemente ao serem usadas. São exemplos de fontes renováveis: hídrica (energia da água dos rios), solar (energia do sol), eólica (energia do vento), biomassa (energia de matéria orgânica), geotérmica (energia do interior da Terra), oceânica (energia das marés e das ondas) e hidrogênio (energia química da molécula de hidrogênio).
(EPE)
O que a mídia diz, visão geral, pública e do mercado
Questionar “inesgotáveis”
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Evidências apontam para a fabricação e utilização de moinhos de água ao 3º século antes da era cristã.
INTRODUÇÃO
É uma ideia nova?
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É uma ideia nova?
Registros fósseis evidenciam que o controle do fogo pelo Homo erectus data de pelo menos 1 milhão de anos. 
A utilização irrestrita pelo homem moderno data de aproximadamente 130 mil anos.
INTRODUÇÃO
Homens das cavernas já usavam o Galaxy Note 7 para obter fogo
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É a capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico têm de realizar algum tipo de trabalho ou pôr algo em movimento. A energia é classificada em uma variedade de tipos e fica disponível para fins humanos quando ela flui de um lugar para outro ou é convertida de um tipo para outro. 
Energia primária (também conhecida como fonte de energia) é a energia armazenada em recursos naturais (por exemplo, carvão, petróleo bruto, gás natural, urânio e fontes renováveis).
Energia
CONCEITOS
Conceito de energia, , fontes primárias, vetores;
(ver slide 8)
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Energia primária é transformada em energia secundária por meio de limpeza (exemplo, gás), refinamento (exemplo, petróleo bruto para produtos petrolíferos) ou por conversão em energia elétrica ou calor. 
Quando a energia secundária é entregue nas instalações/centrais de consumo é chamada de energia final (por exemplo, eletricidade na tomada), utilizável no fornecimento de serviços de energia (por exemplo, luz).
Energia
CONCEITOS
Conceito de energia, , fontes primárias, vetores;
(ver slide 8)
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Energia:
É a capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico têm de realizar algum tipo de trabalho ou pôr algo em movimento; 
Energia primária:
É a energia armazenada em recursos naturais (fonte de energia);
Energia secundária:
É entregue nas instalações/centrais de consumo para ser utilizada como energia final (eletricidade para iluminação, por exemplo);
Processos de conversão
CONCEITOS
Conceito de energia, , fontes primárias, vetores
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Fontes Primárias
Sol
Petróleo
Gás Natural
Carvão Vapor
Carvão metalúrgico 
Hidráulica
Urânio
Vento
Lenha
Bagaço de Cana
Lixivia
Resíduos 
Fontes Secundárias
Óleo Diesel
Óleo Combustível
Gasolina
GLP
Nafta
Coque de carvão mineral
Querosene
Gás de Cidade
Gás de Coqueria
Eletricidade
Carvão Vegetal
Álcool Etílico
Álcool Anidro
Álcool Hidratado
Produtos não 
energéticos de petróleo
Outros
Centro de Transformação
Refinarias de Petróleo
Usinas de gaseificação
Centrais Elétricas de Serviços Públicos
Centrais Elétricas Auto Produtoras
Coquerias
Destilarias
Consumo Setorial
Residencial
Comercial
Industrial
Público
Transporte
Agropecuário
Outros
Uso Final
Força motriz
Calor de Processo
Aquecimento Direto
Iluminação
Eletroquímica
Outros
CONCEITOS
Conversões de energia
Cadeia de transformação (slide Hirdan)
Falar que todas a outras energias são derivadas do Sol?
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Energia útil 
Centro 
de
Transformação
Energia
Primária
SETOR
Residencial
Industrial
Comercial
Pública 
Transporte
USOS
Força motriz
Calor de Processo
Aquecimento Direto
Iluminação
Eletroquímica
Outros
Transformação direta 
Energia Final
Perdas
Perdas
Energia Util
PERDAS
Energia
Secundária
Conversões de energia
CONCEITOS
Toda conversão gera perda, não existe 100% de rendimento. 2ª lei da termodinâmica. 
A conversão também não é um processo espontâneo. É preciso gastar energia para realizar a conversão;
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ENERGIAS RENOVÁVEIS
“(...)as fontes renováveis de energia são repostas imediatamente pela natureza; é o caso dos potenciais hidráulicos (quedas d’água), eólicos (ventos), a energia das marés e das ondas, a radiação solar e o calor do fundo da Terra (geotermal). A biomassa também é uma fonte renovável de energia e engloba diversas subcategorias, desde as mais tradicionais (como a lenha e os resíduos animais e vegetais) até as mais modernas podem ser subdivididas em “convencionais” e “novas”.
GOLDEMBERG, José; LUCON, Oswaldo. REVISTA USP, São Paulo, n.72, p. 6-15, dezembro/fevereiro 2006-2007
“As fontes de energia que pertencem a este grupo são consideradas inesgotáveis, pois suas quantidades se renovam constantemente ao serem usadas. São exemplos de fontes renováveis: hídrica (energia da água dos rios), solar (energia do sol), eólica (energia do vento), biomassa (energia de matéria orgânica), geotérmica (energia do interior da Terra), oceânica (energia das marés e das ondas) e hidrogênio (energia química da molécula de hidrogênio).”
EPE – Empresa de Pesquisa Energética 
CONCEITOS
Definição de fontes renováveis
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“As energias renováveis, baseadas na exploração de fluxos de energia natural e inesgotável, fornecem respostas relevantes às necessidades da população. Energia hidráulica, a conversão da radiação solar em eletricidade, a captação de energia eólica por turbinas eólicas, energia geotérmica concebida a partir do calor do subsolo, biomassa (e seus vários componentes: energia da madeira , o biogás da fermentação de resíduos orgânicos, biocombustíveis), a célula de combustível que converte a energia química em energia elétrica, a célula de combustível com hidrogênio: como muitas fontes de energia que propõem soluções alternativas para o consumo do energia fóssil.”
PROGLIO, Henri. Les 100 Mots de L’environnement - Que Sais-Je?, Presses Universitaires de France, Paris, 2007. Pág. (58 e 59)
“As energias renováveis são provenientes de ciclos naturais de conversão da radiação solar, fonte primária de quase toda energia disponível na Terra e, por isso, são praticamente inesgotáveis e não alteram o balanço térmico do planeta e se configuram como um conjunto de fontes de energia que podem ser chamadas de não-convencionais, ou seja, aquelas não baseadas nos combustíveis fósseis e grandes hidroelétricas.”
PACHECO, Fabiana. Conjunturae Planejamento, Salvador: SEI, 149, p.4-11, Outubro/2006 
ENERGIAS RENOVÁVEIS
CONCEITOS
Alteração no modo de quantificar os recursos disponíveis: fluxos (renováveis) x estoques (reservas fósseis);
Henri já difere biomassa e biogás e considera célula combustível
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GOLDEMBERG, José; LUCON, Oswaldo. REVISTA USP, São Paulo, n.72, p. 6-15, dezembro/fevereiro 2006-2007
Classificações Utilizadas
CONCEITOS
Cadeia de transformação
 (outra visão, por Goldemberg)
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Participação das Energias Renováveis
Consumo mundial de energia, 2017
REN 21. Global Status Report. https://www.ren21.net/gsr-2019/chapters/chapter_01/chapter_01/ 
TAREFA 
Quizlet 1
É a combinação de diferentes tipos de energia que um país utiliza para atender às suas necessidades energéticas. “Mix de energia”
Depende da disponibilidade de recursos naturais, das relações no mercado internacional e das estratégias adotadas;
Embora existam diferenças entres as matrizes do países, os combustíveis fósseis ainda dominam o mix energético em âmbito global, cerca de 80% do total.
MATRIZ ENERGÉTICA
CONCEITOS
Pegada de Carbono: emissões (equivalentes de CO2) no ciclo de fabricação de um produto ou realização de uma atividade.
Veganos geram metade da pegada gerada por consumidores médios de carne.
Emissões da geração de eletricidade por termelétricas a gás com ciclo combinado: 577 gCO2/kWh
Emissões médias da geração de eletricidade por painéis fotovoltaicos: 106 gCO2/kWh
Handprint: abatimento da pegada de carbono por um indivíduo ou processo.
Análise de Ciclo de Vida (ACV): Ferramenta de quantificação dos impactos ambientais no ciclo de vida do produto;
Mercado de carbono: comercialização de créditos de redução das emissões GEE (Cap & Trade) e (MDL, NDC);
Bilek, Marcela; Hardy, Clarence; Lenzen, Manfred; Dey, Christopher (2008). “Life-cycle energy balance and greenhouse gas emissions of nuclear energy: A review”. ISA Nuclear Report.; https://www.youtube.com/watch?v=5SsF7j9sz9o
CONCEITOS
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Tecnologias limpas (vide verbete “energia limpa”) e ambientalmente adequadas protegem o meio ambiente, são menos poluentes, usam todos os recursos de forma mais sustentável, inclusive com reutilização e manejo dos resíduos.
Englobam as tecnologias de fim de ciclo para tratamento da poluição gerada. Não são apenas tecnologias isoladas, mas sistemas totais que incluem know-how, processos, bens, serviços e equipamento, bem como processos organizacionais e gerenciais;
Economia Circular;
Desenvolvimento Sustentável; (Estocolmo, 1972)
Ética ambiental. Hans Jonas (gerações futuras)
Ecodesenvolvimento (lgnacy Sachs)
“crescimento socialmente equitativo, ambientalmente prudente e economicamente viável”
CONCEITOS
Qual a relação de energia com sustentabilidade?
“capacidade de se manter a uma certa taxa ou nível de consumo; capacidade de evitar a depleção de recursos naturais para a manutenção do equilíbrio ecológico” (Definição do dicionário Oxford).
Rio Yangtze, Usina Três Gargantas/China
CONCEITOS
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Agenda 2030
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Agenda 2030: Plano de ação para o Desenvolvimento Sustentável (2015) pós Rio+20 (2012);
ODS 7: Até 2030, assegurar o acesso universal a serviços de energia confiáveis, modernos e a preços acessíveis.
Conceitos importantes mencionados na meta:
a. "acesso confiável" considera a ótica do consumidor e seu grau de confiança no fornecimento de energia. Inclui a estabilidade do fornecimento de energia, que no Brasil é uma obrigação legal.
b. "energias modernas" são as novas energias limpas e renováveis, que provocam menor impacto no meio ambiente e menor emissão de gases de efeito estufa. Contrapõe as energias fósseis e as renováveis tradicionais e convencionais, que estão sendo substituídas: lenha, carvão, petróleo etc.
Agenda 2030
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Acesso à energia limpa 
1/3 da população mundial depende da biomassa tradicional para cozinhar. 
Impactos na saúde da população e no meio ambiente; 
Queima ineficiente, poluição do ar doméstica;
1,1 bilhão de pessoas não tem acesso a eletricidade.
IEA (2017) https://www.iea.org/reports/energy-access-outlook-2017
Poluição do ar doméstica (2,8 milhões de pessoas morrem prematuramente a cada ano por causa dos ambientes enfumaçados causados ​​pela queima de biomassa sólida em fogões ineficientes ou pela combustão de querosene ou carvão para cozinhar. Mulheres e crianças sofrem a maioria dos piores efeitos.
Cerca de 1,4 horas por dia coletando lenha, e várias horas cozinhando com fogões ineficientes, um fardo que as mulheres geralmente carregam.
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Fonte: IBGE
Acesso à energia
Fonte: IBGE
Acesso à energia
	Impactos ambientais	Relação com a Energia
	Aquecimento por efeito estufa e mudanças climáticas	Queima de combustíveis fósseis
	Chuva Ácida	Queima de combustíveis fósseis na produção de energia
	Poluição Urbana do Ar	Uso de energia na indústria e no transporte
	Poluição do ar em ambientes fechados	Uso de energia para cozimento de alimentos
	Desmatamento e desertificação	Produção de lenha
	Degradação marinha e de áreas costeiras	Produção de petróleo, navegação, mineração.
Fonte: Oliveira et al. (2004, p. 41)
Impactos do uso da energia
Falaremos dos impactos específicos de cada fonte renovável nas próximas aulas
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Dinâmica
As imagens ao lado representam 4 fases da sociedade: caçadores-coletores, agricultores, industrial e moderna.
Escolha uma e compare a eficiência energética dos indivíduos nela contidos com aqueles das outras sociedades.
Perguntas para reflexão:
Quanta energia é utilizada para conseguir alimento?
Qual a frequência e meio de deslocamento dos indivíduos?
Quais as vantagens e desvantagens dessa sociedade?
Ligar com impactos da energia no meio em cada sociedade
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Fonte: Adaptado de Goldemberg, 1998.
Evolução história do consumo energético per capta
HIDRELÉTRICA;
TERMELÉTRICA
FÓSSIL;
PETRÓLEO;
CARVÃO;
GÁS NATURAL.
NUCLEAR;
GEOTÉRMICA;
BIOMASSA;
EÓLICA;
SOLAR;
MARÍTIMA
MARÉS;
ONDAS.
GERAÇÃO DE ELETRICIDADE
VITOR
29
Represa Kerr, Montana, EUA
de onde são essas fotos?
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Represa Kurobe, Japão
Fazenda eólica offshore, Dinamarca
Fazenda eólica offshore, Escócia
Instituto de Energia e Ambiente/USP 
Planta de biogás/Alemanha
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Usina geotérmica de Nesjavellir, Islândia
Intermitência
Segurança energética.
Descentralizada
Geração distribuída.
Baixo custo variável
Tony Seba: transformações disruptivas no transporte.
Baixas emissões totais
Mudanças climáticas.
Ciclo de vida: implementação envolve emissões de origem fóssil.
Característica das fontes renováveis
Fonte: BP Energy Outlook 2019
PAOLA E VITOR
Variável: comparar com comercialização de energia (combustível para térmicas)
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Veículos elétricos
Intermitência
Segurança energética
Europa: dificuldades de integração;
Motivação para o desenvolvimento na Europa
Mercado de 150 bilhões de euros em 2016 (EurObservER, 2017);
Mais de 40% das patentes em energias renováveis são de empresas europeias (European Parlament Research Service).
Característica das fontes renováveis
Editar
40
Fonte: BP Energy Outlook 2019
Segurança energética: uma motivação
Reservas mundiais de gás de folhelho (EIA)
Potencial Eólico (pnas.org)
Potencial Solar (Solargis)
PDE2029, EPE, (2020)
Brasil: matriz energética
Mundo
Brasil
PDE2029, EPE, (2020); IEA (2020)
PAOLA ENTRA
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PDE2029, EPE, (2020)
Mundo
Brasil
PDE2029, EPE, (2020); IEA (2020)
Brasil: matriz elétrica
Demanda por setor (mundo)
PDE 2029
Demanda por setor (Brasil)
http://plataforma.seeg.eco.br/total_emission#
Emissões por setor - Brasil
O Sistema de Estimativas de Emissões e Remoções de Gases de Efeito Estufa (SEEG) é uma iniciativa do Observatório do Clima
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matriz energética
Por que é tão difícil substituir os combustíveis fósseis? 
Mundo
Brasil
PDE2029, EPE, (2020); IEA (2020)
PAOLA ENTRA
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1 homem médio gera 35W em 8h de trabalho = 1,01MJ
1 cavalo = 746W em 8h = 21,5MJ = 21 homens
1 trator = 149.200W em 8h = 4.296MK = 4.300 homens
23,5g de petróleo = 1 homem trabalhando 8h
1 barril de petróleo= 140kg = 6.000 homens
1 barril = custa R$220,00 (01/10/2020)
Por que é tão difícil substituir os combustíveis fósseis? 
Fonte: Rystad Energy, 2014
Por que é tão difícil substituir os combustíveis fósseis? 
TAREFA 
Questionário 1
Mas há consenso?
Estudos quantitativos (Doran, 2009; Cook et al. 2013; Reusswig, 2013; Cook et al. 2016) defendem que há um consenso (90 a 100%, dependendo da pergunta) de que o aquecimento global tem fator antropogênico e está relacionado ao aumento da concentração de GEE, especialmente provenientes da queima de combustíveis fósseis.
MOTIVAÇÃO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS
Por que é tão difícil substituir os combustíveis fósseis? 
Consensos do ponto de vista científico:
A concentração na atmosfera dos gases precursores do efeito estufa está aumentando devido a ações antropogênicas; 
As emissões de gases tais como CO2, CH4, N2O e CFCs aumentam o efeito estufa e produzem aquecimento global; 
Aproximadamente metade do efeito estufa antrópico advém da emissão de outros gases, que não o CO2; 
O aquecimento global tem ocorrido por mais de um século, todavia a fração devido a atividades antrópicas não foi precisamente determinada.
Fonte: IPCC, 2013
ANTROPOCENO
CO2e (Global Warming Potential (GWP) Potencial de Aquecimento Global 
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O químico Sueco Svante August Arrhenius (1859-1927) publicou um artigo em 1896 (“On the influence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground”. Philosophical Magazine 1896 (41): 237-76) no qual afirmava que a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera tinha relação direta com sua temperatura. Ele ainda estimou que se a concentração de CO2 dobrasse, a temperatura da atmosfera aumentaria 5ºC (muito próximo ao que aponta o 5AR do 19 IPCC, no cenário menos otimista, para 2100); 
Arrhenius também afirmou que o consumo de combustíveis fósseis afetava o processo de aquecimento e, por isso, é considerado o precursor do conceito de aquecimento global; 
 
Curiosidade: a pesquisa de seu doutoramento, aprovado com nota mínima em 1884, lhe valeu o Prêmio Nobel em 1903. 
MOTIVAÇÃO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS
http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/greenhouse/
MOTIVAÇÃO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS
Ciclos biogeoquímicos
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Mudança do clima atribuída diretamente ou indiretamente à atividade humana que altera a composição da atmosfera global e que em adição à variabilidade natural do clima é observada sobre longos períodos de tempo. 
 
 (United Nations Framework Climate Change Convention – UNFCCC / Convenção 
Quadro das Nações Unidas para a Mudança do Clima – CQNUMC) 
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
CONCEITOS
Fonte: Nasa
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
Fonte: BP Energy Outlook 2019
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
Fonte: BP Energy Outlook 2019
Fonte: Brohan, P. Journal of Geophysical Research, 2006.
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
 
Fonte: Simões, 2016.
A concentração de CO2 na atmosfera está 30% acima do que seria normal e é a maior nos últimos 650 mil anos. Por não haver situação similar na história recente da humanidade, é difícil predizer (com precisão) as consequências de tal concentração; 
Além da concentração dos gases precursores do efeito estufa, o balanço da radiação solar incidente é também afetado, por exemplo, pela concentração de partículas na atmosfera, alterações na cobertura do solo e concentração de nuvens. O balanço, em si, não é completamente determinado. 
O aquecimento global resultante é também afetado pelas variações da atividade solar e pelas atividades vulcânicas na Terra (e.g., concentração de partículas e alteração da cobertura de nuvens). 
A complexidade do problema requer modelos computacionais igualmente complexos. 
MOTIVAÇÃO: MUDANÇAS CLIMÁTICAS
Empresas com capitalização combinada de US$2,3 trilhões e emissões anuais equivalentes a 73 termelétricas a carvão garantiram o alinhamento dos seus negócios com as metas de redução de emissões;
Asset Owner Alliance: portfolio neutro em carbono até 2050;
International Development Finance Club (IDFC): US$1 trilhão até 2025;
França: não fará acordo comercial com países com políticas contrárias ao Acordo de Paris;
Alemanha: neutralizará emissões até 2050;
Prioridade: deixar de queimar carvão e substituir a nova geração elétrica por fontes renováveis;
Fonte: UN, climate change, 2019
REFERÊNCIAS
Bp Energy Outlook 2019;
Energia Renovável: Hidráulica, Biomassa, Eólica, Solar, Oceânica / Mauricio Tiomno Tolmasquim(coord.). –EPE: Rio de Janeiro, 2016;
EPE, BEN2019;
EPE, PDE2029;
Four visions of the century ahead: will it be Star Trek, Ecotopia, Big Government, or MadMax? (technological optimism and skepticism) by Robert Costanza;
Reid, W. V. Goldemberg, J. Developing countries are combating climate change. Energy Policy, vol 26, n. 3, 1998.
TRABALHO FINAL
Texto dissertativo sobre uma das fontes de energia renovável discutidas: suas vantagens, desvantagens, perspectivas futuras, impactos ambientais e relação com o Brasil.
Texto entre 2 e 3 páginas em fonte Times New Roman, tamanho 11, espaçamento 1,5.
Utilize o material disponibilizado durante o curso e outras fontes bibliográficas adicionais.
Envio no sistema Teams (Tarefas)	Limite: 23:59h de 30/10/2020
Assunto: Curso Renováveis – Trabalho Final 
e-mail do professor Vitor: a5437156@usp.br