4 - Energia e Sustentabilidade_Parte 1

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Energia e Sustentabilidade:
duas faces da mesma moeda?
Rui M. Novais
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Energia e sustentabilidade
Bill Gates and the Quest for Sustainable Energy
https://www.youtube.com/watch?v=LwjC073Y9oc
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Energia e sustentabilidade
Conceitos fundamentais
Lei da conservação da energia – a quantidade total 
de energia no Universo permanece constante.
∆𝐸 = 𝑞 + 𝑤
 1ª lei da termodinâmica: a energia pode ser convertida de uma forma para
outra, mas não pode ser criada ou destruída.
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Energia e sustentabilidade
Conceitos fundamentais
 2ª lei da termodinâmica: a entropia do Universo aumenta numa transformação
espontânea e mantém-se constante numa situação de equilíbrio.
∆𝑆 > 0
Num processo espontâneo: 
∆𝑆 = 0
Situação de equilíbrio: 
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Energia e sustentabilidade
O progresso das sociedades está intrinsecamente associado à energia. O acesso a energia
limpa e de baixo custo é um assunto crítico para a criação de melhores condições de vida!
Fonte: 
https://www.un.org/sustainabledevelopment/energy/
https://www.un.org/sustainabledevelopment/energy/
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Energia e sustentabilidade
Human development Index (ONU)
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Where we are…
Fonte: “State of the global climate 2020”, Organização
Meteorológica Mundial.
Retirado de: https://climate.nasa.gov/internal_resources/1914/
https://climate.nasa.gov/internal_resources/1914/
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Energia e sustentabilidade
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Energia e sustentabilidade
Carbon dioxide (CO2) concentrations (in parts per million) for the last 1100
years, measured from air trapped in ice cores (up to 1977) and directly in
Hawaii (from 1958 onwards).
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 per capita
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 per capita
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 per capita
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 por atividade/setor
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Energia e sustentabilidade
Estima-se que o consumo de energia aumente 50% entre 
2018 e 2050!!
Fonte: “International Energy Outlook 2019”, US Energy Information Administration (2019).
Nota: 1 BUT ~ 1055 J
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 associadas à produção de energia
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA (2019).
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Energia e sustentabilidade
 Para lá daquilo que o consumo de energia representa em termos de utilização das
reservas fósseis não renováveis, a face menos visível e com mais impacto
ambiental do consumo de energia, tem a ver com as emissões de carbono.
 A maioria destas emissões são geradas durante a queima de carvão e gás para
produção de eletricidade nas centrais termoelétricas, no setor dos transportes e
no setor industrial.
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 geradas pelas combustão de combustível 
-por setor de atividade
Fonte: “CO2 emissions from fuel combustion” IEA (2020)
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Energia e sustentabilidade
Consumo mundial de energia por recurso
As unidades da direita são em exajoule (1018) e as da esquerda, 
mais familiares, em kWh.
1 J = 2,778x10-7 kWh
2014
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Energia e sustentabilidade
Consumo mundial de energia por recurso
Nota: 1 Quad = 1,055 x 1018 J
2017
Fonte: “2019 Outlook for energy: a perspective to 2040”,Exxonmobile (2019).
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Energia e sustentabilidade
Consumo mundial de energia, variação
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA (2019).
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Energia e sustentabilidade
Consumo mundial de energia por recurso e por setor
Fonte: “International Energy Outlook 2019”, US Energy Information Administration (2019).
Nota: 1 BUT ~ 1055 J
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Energia e sustentabilidade
Variação na procura de energia por tipologia
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA (2019).
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Energia e sustentabilidade
Variação na procura de energia por tipologia
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA (2019).
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2 associadas à produção de energia
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA (2019).
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Energia e sustentabilidade
Produção de energia elétrica – mudança de paradigma?
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA (2019).
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Energia e sustentabilidade
Produção de energia elétrica – mudança de paradigma?
Fonte: “Global Energy Review 2019”, IEA 
(2019).
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Energia e sustentabilidade
Produção de energia – ponto da situação na EU28
Fonte: “Energy, transport and environment statistics”, Eurostat 
(2019).
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Consumo de energia por combustível – ponto da situação na 
EU28 (2017)
Fonte: “Energy, transport 
and environment 
statistics”, Eurostat (2019).
29Fonte: Estatísticas do ambiente 2019, Edição 2020 (Instituto Nacional de Estatística)
Contexto em Portugal
30Fonte: Estatísticas do ambiente 2019, Edição 2020 (Instituto Nacional de Estatística)
Contexto em Portugal
31Fonte: Estatísticas do ambiente 2019, Edição 2020 (Instituto Nacional de Estatística)
Contexto em Portugal
32Fonte: Estatísticas do ambiente 2019, Edição 2020 (Instituto Nacional de Estatística)
Contexto em Portugal
33Fonte: Estatísticas do ambiente 2019, Edição 2020 (Instituto Nacional de Estatística)
Contexto em Portugal
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Energia e sustentabilidade
Pegada de carbono de sistemas de geração de energia
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Energia e sustentabilidade
Pegada de carbono de sistemas de geração de energia
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Energia e sustentabilidade
Intensidade energética e pegada de carbono de diferentes sistemas de geração 
de energia
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Energia e sustentabilidade
Intensidade energética e pegada de carbono de diferentes 
sistemas de geração de energia
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Limites do desenvolvimento/crescimento de renováveis 
Energia eólica
250 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠/𝑘𝑚2 = 4000 𝑚2/𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎
2 W/m2 x 4000 m2/pessoa = 8000 W/pessoa = 200 kWh/d/pessoa
Cenário: 
utilizar 10% da área do 
país
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Limites do desenvolvimento/crescimento de renováveis 
Energia eólica em Portugal
100 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠/𝑘𝑚2 = 10000 𝑚2/𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎
2 W/m2 x 10000 m2/pessoa = 20000 W/pessoa = 480 kWh/d.pessoa
Cenário: utilizar 10% da área do país = 48 kWh/d.pessoa
Consumo eletricidade em Portugal (2018, Pordata) = 48893842496 KWh
(Dividindo por 10 Milhões e 365 dias = 13,4 kWh/d.p)
Considerando intermitência da geração, tipicamente de 20%, o contributo das 
eólicas com 10% da área coberta seria de 9,6 kWh/d.p.
A estatística de produção de eletricidade em PT (ainda Pordata, 2018), indica que a 
componente eólica foi de 12617 GWh (cerca de 3,5 kWh/d.p)
Menor Eficiência global ou 3-4% da área coberta !!!
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Limites do desenvolvimento/crescimento de renováveis 
Energia eólica – DESAFIOS/LIMITAÇÕES
- Uso de Materiais Críticos (Nd e B nos magnetes permanentes)
- Mobilização de terra (ou mar, se offshore) e impactes (visuais, ruído)
- Fim de vida de alguns componentes (ao fim de cerca de 20 anos): compósitos 
de fibra de vidro das pás de difícil reciclagem
- Largas regiões com pouco vento
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Limites do desenvolvimento/crescimento de renováveis 
Energia solar
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Limites do desenvolvimento/crescimento de renováveis 
Energia solar: painéis fotovoltaicos
22 x 10 x 24h = 5280 W/d.pessoa
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Limites do desenvolvimento/crescimento de renováveis 
Energia solar: painéis fotovoltaicos
Cenário: 
utilizar 5% da área do país!
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Energia e sustentabilidade
Sistemas de armazenamento de energia
 Quando a energia é gerada
de uma forma intermitente e
não está sincronizada com o
seu consumo, esta energia
tem de ser armazenada até à
sua utilização.
 E este processo é um grande
desafio quando lidamos com
energias renováveis, que são
na sua maioria intermitentes.
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Energia e sustentabilidade
Sistemas de armazenamento de energia
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Energia e sustentabilidade
Sistemas de armazenamento de energia e combustíveis
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Energia e sustentabilidade
Sistemas de armazenamento de energia: comparação
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Energia e sustentabilidade
Energia incorporada na obtenção de materiais: indicador 
ambiental
 Todos os materiais contêm energia, usada na exploração e conformação,
tratamento térmico ou químico, ou intrínseca (caso dos polímeros e
elastómeros derivados do petróleo).
Usar um material é usar a energia contida ou necessária à sua manipulação,
com óbvia penalização ambiental: geração de CO2, óxidos nitrosos (NOx),
compostos sulfurosos, poeiras e calor perdido.
 Por isso a energia é um dos indicadores ambientais mais usados, também
porque a sua contabilização é mais fácil de realizar.
 Estes índices ambientais (conteúdo energético) são derivados de forma
análoga aos indicadores de desempenho (p.ex. peso mínimo) e de custo.
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Energia e sustentabilidade
Energia incorporada: indicador ambiental
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Energia incorporada: indicador ambiental
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Energia e sustentabilidade
Emissões de CO2/ano
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Energia e sustentabilidade
Fontes antropogénicas de CO2 por setor
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Energia e sustentabilidade
Fontes antropogénicas de CO2 por material 
(com identificação de 5 materiais chave)
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Energia e sustentabilidade
Can 100% renewable energy power the world? 
- Federico Rosei and Renzo Rosei
https://www.youtube.com/watch?v=RnvCbquYeIM