Apostila Ciências do ambiente - Fontes de Energia (RENOVAVÉIS E NÃO RENOVAVÉIS)

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Sumário
1. Introdução
2. Energia Renováveis
➔ Energia Solar
➔ Energia Eólica
➔ Energia Hídrica
➔ Energia Biomassa
➔ Energia Geotermica
➔ Energia Oceânica
3. Energia Não Renováveis
➔ Carvão mineral
➔ Petróleo
➔ Energia Nuclear
Introdução
Primeiramente precisamos entender o'que energia , quais são os
tipos de energia e sua função
Não há uma de�nição exata para energia , no entanto podemos
considerar que ela é a capacidade de produção de ação // movimento e
pode se mostrar como Calor , movimento de um corpo , eletricidade e
etc …
Visto isso podemos dividir as energias em 5 principais sendo elas
1) Energia Mecânica : É um dos tipos de energia que se relaciona à
produção de trabalho. Ainda assim, nela, podemos dizer que
existe uma divisão em categorias ( Energia cinética e Energia
potencial ) que por sua vez possuem subcategorias ( Energia
gravitacional e Energia elástica )
Ec = (m.v^2) / 2
Acima podemos ver a fórmula para o cálculo da energia cinética
2) Energia Térmica : A energia térmica é originada a partir da
energia cinética, tendo em vista a movimentação das partículas
e moléculas de um determinado corpo. Portanto, podemos dizer
que, quanto maior a cinesia dessas partículas, maior será o grau
de temperatura, tornando-se mais forte a energia térmica
liberada
3) Energia elétrica : Este tipo de energia está muito presente no
nosso dia-dia, a energia elétrica tem como objetivo facilitar o
sistema produtivo, gerando eletricidade para o funcionamento
de aparelhos eletrônicos e eletrodomésticos, bem como o
abastecimento de residências, estabelecimentos comerciais e
ruas
4) Energia química : Sendo composta por reações químicas, esse
tipo de energia armazena todas as matérias com ligações,
liberando sua geração por meio da quebra de suas associações
5) Energia Atômica : Também popularmente conhecida como
energia nuclear, é baseada na energia produzida por meio da
�ssão do núcleo atômico, que ocasiona uma liberação de calor
para a produção de uma energia não renovável
Energia Renovável
Energia renovável é aquela que vem de recursos naturais que são
naturalmente reabastecidos
1) Energia Solar
A energia solar é considerada renovável pois é criada a partir do calor
do sol, ou seja, enquanto houver luz solar, esta energia pode
continuar a ser usada
Essa fonte de energia pode ser aproveitada de forma fotovoltaica
gerando energia elétrica ou térmica, gerando energia elétrica e
térmica, respectivamente
or ser considerada uma fonte de energia limpa, a energia solar é uma
das fontes alternativas mais promissoras para obtenção energética
Tipos de energia solar se dividem em 2 principais :
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA : Energia solar fotovoltaica nada
mais é do que a conversão direta da radiação solar em energia
elétrica, isso ocorre por conta da conversão da luz solar em
eletricidade usando células fotovoltaica
Ao incidir sobre as células, a luz solar provoca a movimentação dos
elétrons do material condutor, transportando-os pelo material até
serem captados por um campo elétrico (formado por uma diferença
de potencial existente entre os semicondutores) Dessa forma,
gera-se eletricidade .
Sistemas fotovoltaicos podem ser instalados em telhados para
produzir a energia para o autoconsumo, em regiões isoladas e até
mesmo em veículos elétricos como barcos e carros movidos a energia
solar.
ENERGIA SOLAR HELIOTÉRMICA : A energia proveniente do Sol é
transformada em calor, aquecendo, principalmente, a água de
residências.
Para que isso seja possível, são utilizados painéis solares (espelhos,
coletores, heliostatos), que re�etem a luz solar, concentrando-a em
um único ponto no qual há um receptor.
Apesar do crescimento do uso da energia solar nos últimos anos, essa
forma energética representa apenas 1,3% da energia elétrica gerada
no mundo
Quando o assunto é uso de energia solar, a China aparece como líder
no ranking de países que investem nesse setor, representando cerca
de 26% das instalações de energia solar do mundo. Países como
Estados Unidos e Japão também se destacam, cada um representando,
aproximadamente, 13% da produção
O Brasil foi o primeiro país subdesenvolvido a fabricar células
fotovoltaicas. Por estar localizado próximo à Linha do Equador, uma
região de alta incidência solar, o país conta com um cenário
extremamente favorável para a geração energética a partir da
energia solar. Além disso, é abundante em silício, matéria-prima
usada para fabricação das células fotovoltaicas
No país, há ainda alguns projetos a respeito da geração da energia
heliotérmica, principalmente na região Nordeste. Em 2010, o
Ministério de Minas e Energia e o Ministério da Ciência, Tecnologia e
Inovação iniciaram um acordo para a construção de plataforma de
pesquisa em Petrolina, Pernambuco, com o objetivo de introduzir a
energia solar no mercado brasileiro
Apesar disso, os custos para geração de energia solar ainda são
bastante elevados se comparados a outras fontes de energia, como a
hidráulica e os combustíveis fósseis. A instalação de um sistema de
energia solar no Brasil custa cerca de 3,5 mil euros por kWp
(quilo-watt pico). O elevado custo de instalação, somado à falta de
informação a respeito da efetividade dos painéis fotovoltaicos,
explica o fato de a energia solar ainda não ter alcançado boa parte
das residências, estabelecimentos e indústrias no Brasil
2) Energia Eólica
A energia eólica é um tipo de energia renovável gerada da força dos
ventos, A estrutura em que ocorre a conversão da energia cinética
em eletricidade é chamada de aerogerador ou turbina eólica
A energia eólica é produzida pela força dos ventos em um processo de
conversão de energia cinética , proveniente do movimento, em
eletricidade. Isso é possível de ser feito por meio das turbinas eólicas
ou aerogeradores, que se assemelham aos moinhos de ventos e
formam os parques eólicos, cuja paisagem já nos é bastante familiar
A estrutura da turbina é composta por uma torre, pelo rotor e pelas
pás
a energia eólica representa uma parcela muito pequena da matriz
energética mundial que é da ordem de 0,9%, conforme apontam os
dados da Agência Internacional de Energia (IEA)
O maior produtor mundial hoje de energia eólica é a China
O Brasil apresenta um enorme potencial para geração de energia da
força dos ventos, o qual equivale atualmente a mais de três vezes a
capacidade instalada no país
Os estados do Nordeste foram os responsáveis por 85,6% de toda a
energia eólica gerada no Brasil em 2020. Para que possamos
dimensionar a importância dessa região na produção desse tipo de
energia no país, temos que a região sul, segunda maior produtora,
respondeu por 11,5%
3) Energia Hídrica
Energia hidrelétrica é a eletricidade gerada da força das águas. O
processo de transformação da energia potencial da água em energia
cinética e, posteriormente, elétrica ocorre no interior das usinas
hidrelétricas
Existem atualmente mais de 62.500 usinas hidrelétricas em operação
em todo o mundo. A maior delas é a usina de Três Gargantas,
localizada no rio Yangtze (rio Azul), na China. Na sequência está a
central de Itaipu, que �ca entre o Brasil e o Paraguai, na cidade de Foz
no Iguaçu, no Paraná, movida pelas águas do rio Paraná
A energia hidrelétrica é muito importante para o Brasil, uma vez que
é a principal fonte adotada no país. No início do século XXI, quase
90% da matriz elétrica brasileira correspondiam à hidreletricidade
4) Energia Biomassa
O termo biomassa é empregado para designar toda substância de
origem animal ou vegetal que pode ser utilizada na geração de
energia
A energia de biomassa provém da matéria orgânica de origem animal
ou vegetal, podendo gerar calor, energia elétrica e mecânica.
Trata-se da forma mais primitiva de obtenção de energia, pois,
nossos ancestrais já utilizavam materiais orgânicos como gravetos
para obter calor através da combustão
Existem três técnicas utilizadas para a obtenção de energia a partir
da biomassa:
● Combustão: Este é o processo mais utilizado. A combustão da
biomassa gera calor e pode produzirenergia elétrica
● Gasei�cação: Ao transformar a biomassa em estado gasoso se
obtém hidrogênio e monóxido de carbono, ambos utilizados pelo
setor secundário
● Fermentação: Neste processo são utilizadas bactérias
anaeróbicas para extrair metano e dióxido de carbono, está
técnica é utilizada nos aterros sanitários
As principais matérias primas de origem natural, que são
consideradas fontes de biomassa são:
● Culturas agrícolas e diversos tipos de vegetais, como
cana-de-açúcar (bagaço, palha, vinhaça), palha de soja e de
milho, cascas de arroz e de café.
● Óleos vegetais (girassol, colza), que poderão servir como
matéria-prima para produção de combustível.
● Vegetais lenhosos, dos quais se extrai madeira.
● Resíduos da indústria madeireira.
● Resíduos biodegradáveis urbanos, industriais, �orestais e
agrícolas.
● E�uentes urbanos e industriais
A biomassa é uma fonte primária de energia que desde os tempos
pré-históricos é utilizada para obtenção de calor e para cozedura de
alimentos. Com o passar do tempo, a modernização das técnicas e o
aparecimento de aparelhos e automóveis movidos a energia, ela se
tornou uma importante geradora de eletricidade e energia à
combustão
Os biocombustíveis e a matéria orgânica representam, atualmente,
uma pequena parcela da matriz elétrica mundial – apenas 2,4%, de
acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA, sigla em inglês)
A China é o país com a maior capacidade para produção de energia a
partir de biomassa em todo o mundo, colocando a Ásia em primeiro
lugar
O Brasil possui a segunda maior instalação energética a partir da
biomassa, além de ser também o segundo maior produtor mundial de
biocombustíveis, atrás somente dos EUA. As principais fontes de
obtenção tanto de energia quanto de produção de derivados
bioenergéticos são a cana-de-açúcar e a madeira
5) Energia Geotérmica
A energia geotérmica se caracteriza pelo calor proveniente da Terra
A energia elétrica pode ser obtida através da perfuração do solo em
locais onde há grande quantidade de vapor e água quente, estes devem
ser drenados até a superfície terrestre por meio de tubulações
especí�cas
Essa fonte de energia pode ser usada diretamente (sem exigir a
produção de energia em usinas, utilizando apenas o calor gerado pelo
solo) ou indiretamente (quando o calor é encaminhado para uma
indústria que o transforma em energia elétrica). A energia
geotérmica pode ser usada para o aquecimento de água em áreas
residenciais ou até em cidades inteiras durante o inverno
6) Energia Oceânica
conhecida como energia maremotriz, é obtida por meio do
aproveitamento da energia proveniente do desnível das marés
O sistema utilizado é semelhante ao de uma usina hidrelétrica. As
barragens são construídas próximas ao mar, e os diques são
responsáveis pela captação de água durante a alta da maré. A água é
armazenada e, em seguida, é liberada durante a baixa da maré,
passando por uma turbina que gera energia elétrica
Energia Não Renovável
energia cujas fontes dependem de processos em escala de tempo
geológica ou de formação do sistema solar para se tornarem
disponíveis
1) Carvão Mineral
uma rocha sedimentar originada há milhares de anos é encontrada no
subsolo em depósitos de origem orgânica
O carvão mineral é usado para gerar energia nas usinas
termoelétricas. Ele é queimado e o calor aquece a água em uma
caldeira, a qual se transforma em um vapor com alta pressão que faz
as pás das turbinas da usina girarem
Como fonte de energia, o carvão mineral tem um melhor
custo-benefício se comparado às fontes alternativas de energia
O carvão é formado em depósitos de origem vegetal por meio da
decomposição de matéria orgânica sem oxigênio, como raízes,
troncos, galhos e folhas de árvores. Com o tempo, os resíduos são
compactados e as bactérias agem nele, assim como a pressão e o
calor do local, e o carvão mineral é formado
Há no mundo, cerca de 847,5 bilhões de toneladas de carvão mineral
distribuídos em diversas reservas em todos os continentes, segundo a
Aneel. Essa quantidade é su�ciente para atender os próximos 130
anos
Os Estados Unidos, a Rússia e a China concentram aproximadamente
60% das reservas mundiais, sendo os Estados Unidos o que concentra
o maior número de reservas, cerca de 28,6%. Contudo, apesar de ser o
país com maior disponibilidade, a nação norte-americana não é a
maior produtora do mineral. A China é a nação que mais produz
carvão mineral e também a maior consumidora, seguida dos Estados
Unidos e da Austrália
No Brasil, há predomínio de carvões de baixo teor de carbono. As
reservas brasileiras ocupam o décimo lugar no ranking de reservas
mundiais, segundo a Aneel
2) Petróleo
O petróleo é atualmente uma das fontes de energia mais utilizadas no
mundo. O combustível fóssil é capaz de gerar diversos subprodutos
bastante utilizados pela sociedade
O petróleo é um combustível fóssil que corresponde a uma
substância oleosa cuja densidade é inferior à da água e é in�amável.
O petróleo é um recurso natural fóssil e não renovável que possui
grande importância política e econômica. A sua origem está atrelada
a antigos depósitos orgânicos formados em zonas de bacias
sedimentares. Esse recurso natural é utilizado principalmente para a
produção de fontes de energia e como matéria-prima na indústria.
São derivados do petróleo, por exemplo, a gasolina e o óleo diesel
Segundo o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), o
petróleo constitui uma mistura de hidrocarbonetos (moléculas de
carbono e hidrogênio) que se encontram em estado líquido (em
temperatura e pressão ambientes). É constituído também por
compostos sulfurados, nitrogenados, oxigenados, resinas, asfaltenos
e metálicos como ferro, cobre e zinco
O petróleo pode ser encontrado em bacias sedimentares, que
normalmente se encontram em depósitos distantes da superfície.
Sendo assim, o processo de obtenção do óleo demanda equipamentos
especí�cos e tecnologias aplicadas.
Esses instrumentos possibilitam a perfuração da rocha ao exercer
pressão sobre ela fazendo com que o petróleo ascenda à superfície.
Essa extração deve ser planejada e estudada, visto que a di�culdade
encontrada na perfuração, muitas vezes, torna o processo inviável e
nada vantajoso economicamente.
A listagem abaixo apresenta os principais derivados do petróleo:
● Gasolina;
● Óleo diesel
● Gás liquefeito de petróleo (gás de cozinha);
● Óleos lubri�cantes diversos;
● Querosene;
● PLásticos;
● Asfalto.
Os países com as maiores reservas mundiais são, segundo dados da
Agência de Inteligência dos Estados Unidos (CIA):
● Venezuela: 300,9 bilhões de barris
● Arábia Saudita: 266,5 bilhões de barris
● Canadá: 169,7 bilhões de barris
● Irã: 158,4 bilhões de barris
● Iraque: 142,5 bilhões de barris
No ranking, os Estados Unidos encontram-se na 11º posição, com 36,5
bilhões de barris, e o Brasil na 15º posição, com 12,7 bilhões
O petróleo é um combustível não renovável, fóssil e extremamente
poluente. Os impactos gerados por esse elemento natural vão desde o
seu processo de produção, passando pelo seu consumo, e pela
deposição irregular dos seus derivados. Portanto, há uma grande
preocupação ambiental na atualidade com relação à utilização desse
recurso, justamente pelo elevado nível de impacto provocado no meio
natural
Primeiramente, destaca-se que, durante a sua extração, há um alto
risco de derramamento de petróleo, principalmente nos ambientes
aquáticos. Essa situação resulta em grande perda de biodiversidade e
de qualidade da água local
Por sua vez, durante o seu consumo, principalmente de derivados
utilizados como fonte de energia, como a gasolina, há a emissão de
um grande volume de gases na atmosfera
3) Energia Nuclear
A energia nuclear, também chamada atômica, é obtida a partir da
�ssão do núcleo do átomo de urânio enriquecido, liberando uma grande
quantidade de energia. A energia nuclear mantém unidas as partículas
do núcleo de um átomo. A divisão desse núcleo em duas partes
provoca a liberação de grande quantidade de energia
A �ssão dos átomos de urâniodentro das varetas do elemento
combustível aquece a água que passa pelo reator a uma temperatura
de 320 graus Celsius. Para que não entre em ebulição – o que
ocorreria normalmente aos 100 graus Celsius -, esta água é mantida
sob uma pressão 157 vezes maior que a pressão atmosférica.
O gerador de vapor realiza uma troca de calor entre as águas deste
primeiro circuito e a do circuito secundário, que são independentes
entre si. Com essa troca de calor, a água do circuito secundário se
transforma em vapor e movimenta a turbina - a uma velocidade de
1.800 rpm - que, por sua vez, aciona o gerador elétrico. Esse vapor,
depois de mover a turbina, passa por um condensador, onde é
refrigerado pela água do mar, trazida por um terceiro circuito
independente. A existência desses três circuitos impede o contato da
água que passa pelo reator com as demais.
Uma usina nuclear oferece elevado grau de proteção, pois funciona
com sistemas de segurança redundantes e independentes (quando
somente um é necessário)
Atualmente os Estados Unidos lideram a produção de energia nuclear,
porém os países mais dependentes da energia nuclear são França,
Suécia, Finlândia e Bélgica. Na França, cerca de 80% de sua
eletricidade é oriunda de centrais atômicas
No �m da década de 1960, o governo brasileiro começou a desenvolver
o Programa Nuclear Brasileiro, destinado a implantar no país a
produção de energia atômica. O país possui a central nuclear
Almirante Álvaro Alberto, constituída por três unidades (Angra 1,
Angra 2, e Angra 3). Está instalada no município de Angra dos Reis,
no estado do Rio de Janeiro. Atualmente, apenas Angra 2 está em
funcionamento
Essa fonte energética é responsável por muita polêmica e
descon�ança: a falta de segurança, a destinação do lixo atômico, além
da possibilidade de acontecerem acidentes nas usinas, geram a
reprovação da utilização da energia nuclear por grande parte da
população. Alguns acidentes em usinas nucleares já aconteceram,
entre eles estão:
Three Miles Island – em 1979, na usina localizada na Pensilvânia
(EUA), ocorreu a fusão do núcleo do reator e a liberação de elevados
índices de radioatividade que atingiram regiões vizinhas.
Chernobyl – em 1986 ocorreram o incêndio e o vazamento de radiação
na usina ucraniana, na extinta União Soviética, com milhares de
feridos e mortos, podendo a contaminação radioativa ter causado 1
milhão de casos de câncer nos 20 anos seguintes