Aula 2 - Fontes

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Recursos renováveis e não renováveis
Centro de Ciência e Tecnologia em Energia e Sustentabilidade
(CETENS)
Bacharelado Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade
Fontes Alternativas de Energia e Aplicações
Osvaldo Soliano Pereira, Ph.D.
Outubro 2016
Conteúdo
•Definições: renováveis e não renováveis
•Prós e contras
•Reservas e potenciais
•Fontes
•Participação nas matrizes global e nacional
•Matriz elétrica brasileira: renováveis e não 
renováveis
•Perspectivas
Recursos energéticos
•Recursos não renováveis
• Recursos que podem se exaurir dentro de um espaço de 
tempo relativamente curto como resultado de sua exploração 
(ex.: petróleo – 50 anos ??)
• Biomassa se converte em fóssil mas num período de tempo 
demasiadamente longo para nossas necessidades
• Combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás natural, xisto, 
turfa), U235 (fissão nuclear), deutério (fusão nuclear), 
algumas geotérmicas
•Recursos renováveis
• Recursos que se não exaurem com o consumo
• Energia solar, geotérmica e de marés
• Solar: solar direta, eólica, hidrelétrica, biomassa, correntes 
oceânicas e ondas, OTEC
Economia circular
ER: Recursos exauríveis
RR: Recursos renováveis
W: resíduos; 
A: Capacidade assimilativa 
h: extrair; y: produzirFonte: Pearce, 1990
Recursos não renováveis
•Fósseis ou nuclear (físsil)
•Tendem a se tornar mais caros com a proximidade da 
exaustão
•Podem vir a não ser completamente explorados
•Fósseis: resultantes da fossilização de matéria orgânica, 
ocorrida, na maior parte, há 325 milhões de anos. São 
hidrocarbonetos [Cx(H2O)y], oriundos da fotossíntese e 
grandes emissores de gases de efeito estufa (CCS)
• Boom recente do gás de xisto nos EUA através do fracionamento 
geológico (fracking)
•Urânio físsil (U235): 0,7% do urânio natural, reação em 
cadeia, moderador (água/U enriquecido; água pesada/U 
natural), produção de plutônio (P239).
Recursos renováveis
•Tendem a se tornar mais baratos a medida que a escala 
de seus usos crescem 
•A maior parte deles ainda estão em diversos estágios 
de desenvolvimento tecnológico, o que tenderia 
barateá-los ainda mais
•Alguns deles têm seus potenciais de utilização 
limitados, a exemplo das hidrelétricas
•Tendem emitirem muito pouco gases de efeito estufa, e 
ainda quando analisados nos seus ciclos de vida. A 
biomassa podem reduzir os níveis de concentração dos 
gases na atmosfera
Análise de ciclo de vida de emissões de GEE
Fonte: IPCC 2011
Agressões ambientais 
devido à oferta 
comercial de energia
Fonte: WEA 2000
Custo anualizado da energia (BNEF)
Reservas de combustíveis fósseis
Fonte: IPCC 2011
Reservas Comprovadas (2015)
Combustível Reservas Reservas/Produção (anos)
Petróleo (10⁹ barris) 1697.6 50,7 (40,3 em 2001)
Gás natural (10¹² m³) 186.9 52,8 (61,9, em 2001)
Carvão (10⁹ ton) 891,5 114,0 (216,0 em 2001)
Fonte: BP Statistical, 2016
Potenciais Técnicos Globais
Demanda de Energia em 2008: 492 EJ
Fonte: IPCC 2011
Fósseis
•80% do total da energia primária
•Carvão: principal fonte
•Reservas gigantescas: Idade da Pedra
•Percentual importante até o final deste século
•Renováveis através de ponte do gás natural
• IPCC: 2007 e 2013, mudanças tímidas
• Protocolo de Kyoto
•Transição: lenta/balanceada (indústria fóssil)
• CCS
• Nuclear
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Petróleo e derivados
•Óleo cru: hidrocarbonetos (CnHn)
•Leve a extrapesado: densidade: < 0,87; 0,92; 1,0; > 1,0
•Refinarias: derivados
• Impactos
• Efluentes: SOx, NOx, CO2
• Vazamentos
•Principal componente da matriz global
•Baixo custo (visão econômica)
• Importação e vulnerabilidade estratégica: 
• Crises: 1973 (US$ 3 => 11.70), 1979 (US$ 35.00)
• Volatilidade dos preços
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Preços do petróleo
Carvão mineral
• Substância mineral, composto basicamente por carbono, mas 
contém quantidades variáveis de S, O e N. É classificiado em 
funçao do conteúdo de voláteis (ou de carbono), indo do carvão 
subetuminoso (lignito), com mais de 18% de voláteis (65 a 75% 
de C), passando pelo betuminoso (hulha), com 10 a 18% de 
voláteis, até o antracito, com 5 a 10% de voláteis (92 a 98% de 
C). Alguns autores colocam a turfa como um tipo de carvão.
• Revolução industrial: lenha para carvão
• 2ª. Fonte na matriz global => baixo custo
• Custos de transportes mais elevados que o petróleo
• Altamente poluente: NOx, SOx, CO2
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Carvão limpo (clean coal)
•Leito fluidizado: 
• 150 – 300 MW, maiores são demonstrações
•Gaseificação do carvão
•Aumento da criticalidade do ciclo a vapor: 
• temperaturas na faixa de 600/610° C => redução de 10% na 
emissão de CO2
•CCS: plantas com taxa de captura de 90 % e fator de 
capacidade de 60%
• US$/MWh aumentam em cerca de 70%
• Custos de investimento (US$/kW) em cerca de 90%
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Preço do carvão
Gás Natural
• Hidrocarboneto em estado gasoso nas condições atmosféricas 
normais, extraído diretamente a partir de reservatórios 
petrolíferos ou gasíferos, incluindo gases úmidos, secos, 
residuais e gases raros: 
• metano (principal) + etano, propano, butano + impurezas (CO2, gás 
sulfídrico) removidas
• Crescimento após crises do petróleo
• 3º combustível da matriz energética (21,4%), 2º na produção de 
eletricidade (22,2%)
• Substitui qualquer combustível exceto querosene de aviação
• Emite muito menos CO2
• Requer grandes investimentos em gasodutos
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Preços do gás natural
Combustíveis nucleares
•Liberação de energia térmica na fissão de certos 
isótopos do urânio
•Fusão nuclear: muito mais energia, mas ainda em 
desenvolvimento
•Enriquecimento: 
• Países do Conselho Permanente da ONU + alguns
•Não há poluentes, mas riscos associados
• Acidentes, resíduos, produção de armas
• Grande rejeição popular
• Chernobyl e Fukushima
•4º lugar na produção de energia elétrica
•Excedente do produto enriquecido
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Investimento 2013-2014
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Geotermia
•Calor oriundo do subsolo terrestre
•Proximidade com vulcões e regiões vulneráveis a 
abalos sísmicos
•Vapor a alta temperatura e pressão aciona turbina a 
vapor acoplada a gerador
•Recursos de elevada entalpia (150 ͦ - 200 ͦ C)
•Eventual injeção de água fria
•Uso direto (bombas de calor) e produção de 
eletricidade
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Energia hidrelétrica
•Forma de energia solar, 
oriunda do ciclo da água: 
• Evaporação, Precipitação, 
Infiltração, Escoamento
•E = m.g.h
• Depende da vazão e da 
altura
•Grande impacto 
ambiental local
• Barragem e reservatório
• UHEs e PCHs
Biomassa
• Recurso solar coletado pela fotossíntese: custo de coleta e 
intermitência minimizados
• Recurso universalmente disponível
• 10% do consumo mundial
• Uso ineficiente na cocção e aquecimento 
• Uso como combustível sólido, líquido ou gasoso
• Restrição ligada ao uso do solo e água
• Cinzas como fertilizante, menor enxofre
• Renovável quando oriunda de manejo
• Externalidades geralmente não consideradas
• Não emite dióxidos de enxofre e nitrogênio
• CO2 emitido é reabsorvido pela fotossíntese
• Grande geração de empregos
Biomassa: Fontes, conversão e produtos
Biocombustíveis: substância derivada de biomassa renovável, (biodiesel, 
etanol, etc.) que pode ser empregada diretamente ou mediante alterações 
em motores a combustão interna ou para outro tipo de geração de energia, 
podendo substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil.
Energia solar direta: aplicações
• Solar Passivo e aplicações com 
luz diurna
• Solar ativo para aquecimento ou 
resfriamento
• Solar Fotovoltaico: produção de 
energia elétrica
• Concentradores solares para 
produção de energia elétrica
• Produção de combustível solar29
Topaz Solar Farm
• 550 MW
• 9 milhões de módulos
• 377.000 tonCO2/ano
• Condado de San Luis Obispo, 
California
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Energia solar nas construções
Ivanpah: California
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300.000 mil espelhos
2m x 3m 
Torre de 140 m
392 MW
13 km²
Aguas Calientes
Arizona
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Energia Eólica
• Recurso solar criado pela diferença de 
temperatura entre mar, terra e ar e 
pelo gradient de temperatura entre 
equador e pólos
• Energia intermitente: diária e 
sazonalmente
• Área varrida pela pá e velocidade 
local do vento
• Tecnologia disponível de W a MW
• On-shore e off-shore
• Limites impostos por eficiência de 
conversão das turbinas, interferência 
das demais máquinas nas fazendas, 
intrusão visual, etc,
Aerogeradores em fazendas eólicas
The London Array
• Alsthon
• 6 MW
• Pá: 73 m
• 100 m acima do mar
• 175 turbinas
• 630 MW
• 925.000 ton CO2/ano
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Maior pá: 88,5 m
• Turbina eólica AD 8-
180, da Adwen
• 8 MW
• 180 metros de 
diâmetro do rotor.
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Sem pás
• A estrutura de um Vortex Mini tem pouco mais de 12 metros de 
altura, e o cone pesa apenas 3,8 Kg
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Kite wind turbines
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Geração de energia Elétrica 
Não Renováveis
• Termelétricas
• Derivados de petróleo
• Carvão mineral
• Gás Natural
• Elementos radioativos: urânio, 
tório, plutônio
Renováveis
• Termelétricas
• Biomassa: plantações 
manejadas, bagaço, lixo, etc.
• Energia geotérmica
• Centrais termossolares
• Hidrelétricas
• Novas Renováveis
• Solar
• Eólica
• Oceânica
Instalação Líquida de Novas Fontes de Geração de 
Energia Elétrica na Europa (MW) (1995-2015)
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Fonte: EWEA
Petróleo e derivados no Brasil
• Óleo combustível
• Óleo diesel: 
• Sistemas isolados
• Alto ESS (RN e PE)
• Back-up e ponta
• Brasil:
• Plataforma continental
• Pré-sal: royalties; concessão vs partilha
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Carvão no Brasil
• Reservas: 
• Alto Amazonas, Rio Fresco, Tocantins-Araguaia, Piauí Ocidental, Brasil 
Meridional
• Economicamente viável: Brasil Meridional – RS e SC
• Carvão pobre: baixo poder calorífico, alto teor de cinzas
• Uso de carvão importado da Colômbia: CE, MA e RJ
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Carvão no Brasil
Reservas (10³t)
Estado Medida Indicada Inferida Lavrável
Maranhão 1.092 1.728 - 1.092
Paraná 4,184 212 - 3.509
Rio Grande do Sul 5.255.915 10.098.475 6.317.050 5.376.789
Santa Catarina 1.354.211 593.216 217.069 1.212.340
São Paulo 2.050 1.111 1.263 2.050
Total 6.617.453 10.694.744 6.535.382 6.595.781
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Fonte: Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), 2006
Características gerais dos carvões brasileiros
UF Jazida
Poder Calorífico 
(kcal/kg)
Carbono 
(% m/m)
Cinzas 
(% m/m)
Enxofre 
(% m/m)
PR
Cambuí 4.850 30,0 45,0 6,0
Sapopema 4.900 30,5 43,5 7,8
SC
Barro Branco 2.700 21,4 62,1 4,3
Bonito 2.800 26,5 58,3 4,7
RS
Candiota 3.200 23,3 52,5 1,6
Santa Teresinha 3.800-4.300 28,0-30,0 41,0-49,5 0,5-1,9
Morungava/Chico Lomã 3.700-4.500 27,5-30,5 40,0-49,0 0,6-2,0
Charqueadas 2.950 24,3 54,0 1,3
Leão 2.950 24,1 56,6 1,3
Iruí 3.200 23,1 52,0 2,5
Capané 3.100 29,5 52,0 0,8
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Gás natural no Brasil
• Investimentos para a produção
• Investimentos na malha de gasodutos
•Principais 
•Gás da Bolívia: 30 milhões m3/dia
•Gás da Argentina: ??
•Gás de Urucu
•Gás do Pré-sal
•Cogeração: maior eficiência que apenas produção 
de energia elétrica
•Take-or-pay
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Gás natural no Brasil
Emissões para 1.000 MW
Nuclear no Brasil
•Angra 1 e 2
• 2007 MW
•Angra 3
• 1350 MW
• 2017
•PNE 2030
• 8 centrais, mas nada novo previsto até 2024
49
Biomassa
•Bagaço: 
• Baixa densidade energética
• Aproveitamento próximo a usina
• Cogeração
• Complementação da energia hidrelétrica (7%)]
• Hidrólise enzimática
•Biomassa florestal
• Indústria siderúrgica e de papel e celulose (licor negro)
• Eucalipto (cavacos)
•Outras formas 
• Casca de arroz, resíduos florestais, outros resíduos
• RSU e esgotos (Chamada estratégica da ANEEL)
• Capim elefante
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Biomassa no Brasil
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Cenário das tecnologias para produção de 
energia das usinas sucroalcooleiras
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•Passado:
• Energia térmica e elétrica para consumo próprio
• Venda de excedentes a baixo preço
•Avanços
• Investimento adicional => recuperação do capital
• Aumento da pressão das caldeiras e temperaturas máximas do 
ciclo a vapor
• Produção de energia na entressafra
• Uso do ciclo combinado: complementação com GN
• Queima de palhas e pontas: mecanização
• Gaseificação do bagaço
Energia solar no Brasil
• Aquecimento solar
• Substituição do chuveiro elétrico
• > 10 milhões de m²
• Fotovoltaico no mercado rural
• ~ 30 mil projetos
• Projetos emblemáticos
• Estádios da Copa
• Net-metering
• Quase 4.000 projetos
• Leilões específicos
Hidrelétricas no Brasil
• Grandes empreendimentos em 
construção/planejamento
• Santo Antônio e Jirau
• Belo Monte
• Usinas do Tapajós
Eólica no Brasil
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Cenário Greenpeace 2030: Revolução Energética
Diversificação das Matrizes nos Cenários FEE a 
partir da capacidade instalada em 2050
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Expansão do Setor Elétrico 
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Eletricidade fornecida por diferentes 
tecnologias em 2050 - GEA
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Observações finais
•Potencial gigantesco das renováveis
•Falta de política energética 
•Ao bel prazer do mercado e do clima
•Falta de estratégia casada: energética+industrial
•Política cosmética de compensação para solar
•Necessidade de leilões específicos e regionais
Referências
• IPCC: Special Report on Renewables. 2011. http://srren.ipcc-
wg3.de/report
•UNDP: World Energy Assessment: Energy and the 
Challenge of Sustainability. 2000. 
http://www.undp.org/content/undp/en/home/librarypage/environment-
energy/sustainable_energy/world_energy_assessmentenergyandthechallengeofsustainability.html
•BP Statistical Review of World Energy June 2013 
bp.com/statisticalreview
• IIASA: Global Energy Assessment (GEA). 2012. 
http://www.iiasa.ac.at/web/home/research/Flagship-Projects/Global-Energy-Assessment/Home-GEA.en.html
• IEA: Key World Energy Statistics. 2013. 
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2013_FINAL_WEB.pdf
•REN21. Global Status Report. 2013. 
http://www.ren21.net/REN21Activities/GlobalStatusReport.aspx
•EPE. Balanço Energético Nacional (BEN). 2013.
https://ben.epe.gov.br/