Formas de Energia e Fontes Renováveis

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Aula 9: Energia
Apresentação
Nesta aula, continuaremos o estudo sobre energia, conhecendo as distintas formas existentes atualmente e observando a particularidade de cada uma. Investigaremos as energias fósseis.
Discutiremos acerca dos tipos de energias renováveis existentes, conheceremos a energia elétrica no Brasil, e analisaremos as energias do futuro, aproveitando para conhecer aquelas que já estão sendo avaliadas ou, em alguns casos, implementadas.
Objetivos
Apontar as distintas formas de energia existentes;
Identificar as energias fósseis e as energias renováveis;
Analisar a energia elétrica no Brasil;
Listar as energias do futuro.
Distintos tipos de energia e seu uso
Nas últimas aulas, aprendemos que a energia possui um conceito amplo, com diferentes sentidos.
De maneira geral, podemos associá-la a um movimento, à capacidade de realizar modificações de um estado.
Analisando a energia de maneira mecânica, temos a energia cinética, a energia potencial gravitacional e energia potencial elástica, que serão utilizadas conforme o referencial escolhido em cada situação.
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ENERGIA MECÂNICA
A energia produzida pelo trabalho exercido e que pode ser transferida é denominada de mecânica, correspondendo à soma da energia cinética (produzida pelos movimentos) com a energia potencial gravitacional ou potencial elástica (produzida pela interação) e é representada por Joule (J) segundo o Sistema Internacional.
ENERGIAS NUCLEAR E ATÔMICA
A energia nuclear tem sua origem da fusão ocorrida entre os núcleos de átomos leves, no processo físico em que ocorre uma diferença de massa entre os reagentes e os produtos da reação, levando à quantidade de energia liberada. Apesar de possuir várias aplicações, tende a ser difícil de controlar, possuindo, em muitos casos, aplicações destrutivas, como as bombas nucleares.
A energia atômica, ao contrário da nuclear, está relacionada a um processo de fissão de átomos pesados, como urânio e plutônio. A energia obtida nesse processo é elevada e se apresenta, de maneira geral, como calor, tendo sua energia aproveitada como fonte energética mediante o uso de ciclos térmicos para mover navios e submarinos.
Apesar de muitos países já utilizarem a energia nuclear ou atômica como uma opção energética, no Brasil, as usinas de Angra I e III ainda não estão em funcionamento.
ENERGIA QUÍMICA
Baseada na ocorrência de ação e repulsão nas ligações químicas, são estáveis em condições normais (temperatura ambiente, pressão atmosférica e outros), trata-se de uma energia que necessita de uma interferência externa para ocorrer. A interferência quebra as ligações químicas liberando a energia em forma de calor, luz e outros.
Apesar de ser dependente da existência de reações e consequente liberação de energia entre átomos e moléculas, possui extensa aplicação, como na combustão de motores, fornos e caldeiras (convertida em energia térmica), e também em baterias químicas e pilhas elétricas.
ENERGIA TÉRMICA
Muito denominada como calor, pode se apresentar na forma de radiação térmica ou energia interna, e ser definida como a soma da energia cinética e da energia potencial que está associada à matéria e sua composição, visto que átomos e moléculas realizam agitação térmica, o que acarreta na transferência de calor e consequente aumento da energia térmica.
A transferência de energia ocorre basicamente pela diferença de temperatura entre dois corpos, podendo propagar o calor na forma de condução, convecção e irradiação quando ocorre por energia interna, mas, no caso da irradiação térmica, a transmissão de calor ocorrerá por meio da propagação de ondas eletromagnéticas.
Nas primeiras utilizações da energia térmica pelo homem, ela era obtida por meio da irradiação solar e, atualmente, pode ser transformada em energia elétrica, usada em larga escala, por meio das usinas termoelétricas e termonucleares, em que um combustível aquece a água e o vapor produzido movimenta uma série de turbinas ligadas a um gerador de energia elétrica.
A energia térmica também pode ser observada nas usinas termonucleares, em que a água é aquecida por meio de uma fissão nuclear; e nas usinas termoelétricas, em que se utiliza matérias-primas renováveis e não renováveis para gerar energia elétrica.
ENERGIA ELÉTRICA
O tipo mais utilizado e conhecido de energia é a energia elétrica, produzida por meio do potencial elétrico de dois pontos de um condutor.
A maior parte da energia elétrica produzida advém de usinas hidrelétricas, contudo, ela pode vir de usinas eólicas, solares, termoelétricas, nucleares e outras.
Sua medida é expressa em Joule, entretanto, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh), sendo regularizado e fiscalizado por agências em cada país.
Fontes de energia renováveis
As energias renováveis são aquelas obtidas por meio de fontes renováveis, ou seja, fontes que se regeneram na natureza, e, por essa característica, não ocasionam problemas ambientais e não se esgotam.
Podem ser: hidráulica, solar, eólica, geotérmica e de biomassa.
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Energia hidráulica
A energia hidráulica é produzida pela continuidade do movimento da água nas usinas hidrelétricas. A geração de energia, neste caso, ocorre pela força da queda de um grande volume de água represada, que movimenta as turbinas ao cair e aciona um gerador elétrico.
Apesar de ser uma fonte renovável, a construção de usinas desse tipo deve ser estudada e bem avaliada, visto que necessitam de um local capaz de armazenar um grande volume de água (reservatórios) e, como consequência, é preciso inundar uma extensa área de terra, o que gera problemas no ecossistema: ocorre a total destruição de fauna e flora daquele espaço e é necessário o deslocamento de populações ribeirinhas.
Classificação das usinas:
· Tamanho
Grande porte (geração de energia acima de 30 MW);
Médio porte (geração de energia de 1,1 MW a 30 MW);
Pequeno porte (geração de energia de 1 MW),
· Tipo de reservatório
Fio-d’água, quando a energia é gerada com o fluxo de um rio e não necessita de acumulação de água;
Acumulação, em que ocorre a inundação de uma grande área, ou em locais onde há queda-d’água.
 Figura 1 – Esquema de funcionamento de uma usina hidrelétrica. | Fonte: BRASIL, 2019.
Energia solar
O sol é a principal fonte de energia existente no planeta, já que sua radiação propicia produção de calor e potência, podendo ser utilizado de diversas formas, naturais ou por meio de mecanismos coletores.
A energia solar ocorre de duas formas:
· Energia solar térmica
Quando sistemas de captação de luz solar transferem a energia da luz solar para a água.
· Energia solar fotovoltaica
Quando a energia solar é coletada por meio de chapas chamadas de fotovoltaicas, capazes de absorver a radiação solar e transformá-la em energia elétrica.
Em virtude das características climáticas das regiões Sul e Sudeste, a utilização da radiação solar para o aquecimento de água é facilmente encontrada nessas regiões. Para a geração de energia por meio dos fotovoltaicos, observa-se um maior uso nas regiões Norte e Nordeste.
Energia eólica
A energia produzida pela ação da força dos ventos é chamada de energia eólica, e sua captação ocorre nos aerogeradores, que têm a força do vento captada por hélices ligadas a uma turbina que aciona um gerador elétrico.
· Esse tipo de energia se apresenta de forma abundante e teve seu uso como geração de eletricidade após a década de 1970 (com a crise do petróleo). No Brasil, os estados com potenciais mais promissores para essa área são o Ceará e o Rio Grande do Norte.
· Apesar de possuir aspectos favoráveis, como a utilização de terrenos menos extensos que as hidrelétricas, não produzir gases do efeito estufa, entre outros, possui um problema que é a variação do comportamento do vento em função do tempo, o que pode comprometer a obtenção de energia.
· Como qualquer fonte de energia, a eólica causa alguns problemas, como a interferência eletromagnética, poluição visual, ruído, danos à fauna, e, em alguns casos, impactos ao solo. Mas, esses problemas podem sersolucionados por meio de planejamento e treinamento adequados dos técnicos.
Energia geotérmica
A energia geotérmica é aquela proveniente do calor da Terra, ou seja, do interior do planeta, em zonas chamadas de zonas de intrusões magmáticas, onde a temperatura é mais elevada e, por esse fato, apresenta potencial geotérmico.
A energia geotérmica pode ser utilizada de três formas:
· Direta: Os reservatórios apresentam temperaturas baixas moderadas entre 20ºC e 150ºC;
· Por meio de bombas de calor geotérmico: quando as diferenças de temperatura entre o solo e o ambiente são aproveitadas;
· Por meio de centrais geotérmicas: Aproveitamento de fluidos geotérmicos em centrais a altas temperaturas para movimentar a turbina e produzir energia elétrica.
Apesar de ser uma energia renovável, libera gases poluentes para a atmosfera, apresenta odor desagradável, necessidade de tratamento da água advinda do interior da Terra (mais dispendioso), e poluição sonora.
Energia de biomassa
De maneira geral, biomassa é o conjunto de resíduos sólidos naturais e os resíduos resultantes das atividades humanas, como subprodutos da pecuária, da agricultura, da floresta, do lixo doméstico, entre outros.
É utilizada como fonte de energia por meio dos processos de pirólise, gaseificação e combustão ou co-combustão de material orgânico.
	Pirólise
	A biomassa é exposta a altas temperaturas com ausência de oxigênio, que leva à sua decomposição, e à formação de uma mistura de gases, líquidos e sólidos.
	Gaseificação
	O processo também ocorre na ausência de oxigênio e com aquecimento, e o produto resultante é um gás inflamável que pode ser filtrado.
	Combustão
	A queima de biomassa ocorre em presença de oxigênio e produz um vapor a alta pressão, que é usado em caldeiras ou para a movimentação de turbinas.
	Co-combustão
	Parte do carvão mineral utilizado em usinas termelétricas é substituída por biomassa.
Fontes de energias não renováveis
As energias não renováveis são aquelas obtidas de fontes não renováveis, acarretando em danos ambientais, principalmente pelo consumo exacerbado. Implica em desequilíbrios e esgotamento de recursos, como os combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral, xisto e gás natural), e a energia nuclear.
Combustíveis fósseis
Muito utilizados como matéria-prima para a produção de energia, os combustíveis fósseis não são renováveis e são obtidos de restos orgânicos acumulados na crosta terrestre por milhões de anos. Atualmente, são os principais responsáveis pelo agravamento do efeito estufa e consequente aquecimento global.
O principal uso desses combustíveis para a geração de energia elétrica é por meio das usinas termoelétricas.
As usinas termoelétricas geram uma energia denominada de energia térmica, resultante da queima (ou combustão) de materiais como carvão, petróleo, gás natural, e outros, além de fontes renováveis, como a biomassa.
Apesar de apresentar vantagens, como a formação de diversos produtos, menor geração de contaminantes e vantagens ambientais, como o uso do gás natural, os impactos negativos da utilização dos combustíveis fosseis para a geração de energia superam os pontos positivos. Podemos citar o aumento da produção dos gases do efeito estufa, riscos de incêndio e exposição de trabalhadores a agentes cancerígenos, problemas ambientais pelos derramamentos e vazamentos de petróleo.
A energia no Brasil
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No Brasil ocorre a predominância de geração de energia hidráulica pelas suas características físicas e geográficas, sendo o sistema hidrelétrico planejado na década de 1950, levando o país a possuir um dos maiores parques hidrelétricos mundiais gerando energia elétrica para cerca de 90% do seu uso interno.
Nos últimos 40 anos devido ao crescimento populacional, a fim de evitar problemas de abastecimento elétrico, o país construiu a maior usina hidrelétrica do planeta, a de Itaipu.
 Usina Hidrelétrica de Itaipu | Fonte: Wikipedia
· Nos estados de Santa Catarina e do Rio Grande do Sul, a produção de carvão mineral é utilizada em usinas termelétricas, o que acarreta em uma necessidade de exportação de cerca de 60% de carvão mineral (o carvão brasileiro não possui boa qualidade), e causa diversos prejuízos ambientais.
· Recentemente os biocombustíveis vêm sendo implantados no país, sendo originários de produtos vegetais como a cana-de-açúcar, a mamona e outros. Entretanto, críticos apontam para a devastação de áreas naturais. Os biocombustíveis mais utilizados são o etanol (álcool), o biogás e o biodiesel.
· O gás natural, que é produzido em conjunto com o petróleo, é muito utilizado na produção de gás de cozinha, no abastecimento de indústrias e usinas termoelétricas e na produção de combustíveis automotores.
· Outro recurso energético disponível no país é a energia nuclear, implantada no país em 1969 com o Programa Nuclear Brasileiro. No entanto, apenas em 1981 foi inaugurada a primeira usina nuclear brasileira, Angra I, que, por problemas técnicos, foi desativada. Em seguida, iniciou-se os projetos de Angra II e Angra III, sendo que Angra II se encontra em funcionamento e Angra III ainda está sem conclusão.
As energias do futuro
01- Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), a quantidade de habitantes do planeta deve se estabilizar nos 9 bilhões em 2050, o que leva o governo e vários órgãos mundiais a procurar meios de obtenção de energia. Entretanto, deve-se evitar o máximo possível agredir o meio ambiente, e muitos projetos já vêm sendo elaborados com essa finalidade.
02- A França vem desenvolvendo um Reator Termonuclear Internacional, e alguns estudiosos vêm desenvolvendo planadores que transformam energia eólica em energia elétrica, são os chamados geradores de eletricidade voadores, que serão utilizados para que se possa alcançar uma altitude de pelo menos um quilômetro, que é uma região onde os ventos são ainda mais fortes. Antes de aterrissarem, os rotores enviam a energia gerada para baixo por meio de um fio condutor com quilômetros de extensão.
03- Companhias de gás e eletricidade estão desenvolvendo painéis solares para enviar ao espaço a fim de criar um sol na Terra, e o International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) hospedará um compartimento magnético que criará campos magnéticos cem mil vezes mais poderosos do que o terrestre, com finalidade de aquecer uma nuvem de hidrogênio até a temperatura de fusão e forçar o plasma a assentar em uma nuvem na forma do anel.
04- Outra tecnologia inovadora é a conversão do dióxido de carbono (CO2), em metanol, que pode ser utilizado na produção de biocombustíveis ou por meio da reação química do CO2 e do composto químico hidrosilano (combinação de sílica com hidrogênio) com o catalisador orgânico NHC (carbeno-N-heterocíclico), que é estável.
Atividades
1. Comente sobre as formas de energia observadas nas frases a seguir:
A. Joana não quis correr essa manhã, pois se sentia sem energia.
B. A massa de bolo estava quase pronta, mas a energia acabou.
Gabarito comentado:
A. Você deve perceber que o fato de Joana não ir correr é justamente o que ela deve fazer quanto se sente “sem energia”, já que a energia iria se manifestar pelo movimento do corpo de Joana, transformando o trabalho realizado por ela em energia mecânica.
B. Você deve perceber que caso houvesse energia elétrica na casa, ela seria transferida para o motor da batedeira, sendo convertida em energia mecânica, ou seja, iria fazer a batedeira realizar um trabalho.
2. Enumere a segunda coluna de acordo com a primeira e comente sobre as fontes de energia apresentadas.
Pirólise 1
 Fio d’água 2
 Aerogeradores 3
 Coletores 4
 Bombas de calor 5
a) Eólica -3
b) Hidráulica-2
c) Geotérmica-5
d) Biomassa-1
e) Solar-4
Gabarito comentado: 3-2-5-1-4. Você deve comentar que as fontes de energia citadas são todas renováveis e apresentar as principais características de cada uma.
3. Comente sobre as desvantagens do uso dos combustíveis fósseis para a geração de energia elétrica.
Gabarito sugerido: Você deve dizer que os combustíveis fósseis advêm de fontes não renováveissendo, portanto, finitos, e trazem grandes prejuízos ao planeta e à saúde humana.
4. A principal forma de obtenção de energia elétrica brasileira é por meio da hidráulica. Comente sobre as possíveis razões do seu uso e das outras formas de energia utilizadas no país.
Gabarito sugerido: Você deverá discorrer sobre as características físicas e geográficas brasileiras, percebendo que o Brasil possui grandes bacias hidrográficas e vastas áreas de terra que poderiam ser inundadas para tal finalidade, além de citar sobre a existência da energia nuclear no país e da energia obtida das fontes não renováveis, como petróleo, carvão mineral e gás natural, percebendo que o país vem buscando a utilização de fontes de energia mais ecológicas.
5. Comente a frase: No futuro a energia virá do céu.
Gabarito sugerido: Você deverá comentar que a maioria das pesquisas realizadas para suprir a demanda de energia elétrica no futuro vem do uso de energia eólica ou solar e especificar como ocorre o uso dessas duas fontes de energia renováveis.
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