O Futuro da Energia: Fontes, Cogeração e Inovações

Tipos de Fontes de Energia

Fontes Primárias e Secundárias

Fontes Primárias de Energia: A fonte de energia primária, também conhecida como fonte de energia natural, é aquela encontrada na natureza e que pode ser convertida diretamente em energia. Os principais exemplos incluem:

• Carvão mineral
• Petróleo
• Gás natural
• Energia solar
• Energia hídrica
• Energia eólica
• Biomassa
• Energia oceânica
• Energia geotérmica

Fontes de Energia Secundária: São aquelas obtidas a partir da transformação de fontes de energia primárias, como, por exemplo, a eletricidade, a gasolina, o vapor e o carvão vegetal.

Cogeração de Energia

A cogeração é o processo de produção e utilização combinada de calor e eletricidade, proporcionando o aproveitamento de mais de 70% da energia térmica proveniente dos combustíveis. O processo, que teve início com o uso de trocadores de calor e o isolamento de tubulações para evitar o desperdício de energia, permite um maior aproveitamento do sistema. A cogeração pode assegurar um aproveitamento elevado da energia primária e, por essa razão, responde favoravelmente aos objetivos das políticas energéticas. A cogeração responde também de forma eficaz às preocupações de natureza ambiental, uma vez que, ao otimizar o uso da energia primária, reduz significativamente as emissões para o meio ambiente.

A cogeração assume, assim, um papel muito importante na redução das emissões de CO₂ para a atmosfera.

A cogeração é, com efeito, o sistema mais eficiente de produção de eletricidade a partir de qualquer combustível.

Inovações e o Futuro da Energia

Daqui a três anos, a população mundial atingirá o número de 7 bilhões de pessoas. De acordo com estudos da Organização das Nações Unidas (ONU), a população mundial deve estabilizar-se em 9 bilhões em 2050. Esse aumento obriga e estimula a procura de meios para a obtenção de energia em abundância. Mas, diante do atual quadro de crise ambiental, uma condição básica se impõe: qualquer nova tecnologia deve ter como premissa evitar ao máximo novas agressões ao meio ambiente. Assim, o desafio é apostar em tecnologias inovadoras e não poluentes. Diversos projetos que seguem essa diretriz já estão em andamento.

À esquerda, parte do laboratório onde está sendo desenvolvido o Reator Termonuclear Internacional, na França. Abaixo, concepção artística das FEGs, planadores que transformam energia eólica em elétrica.

Energia Eólica de Altitude

Nos Estados Unidos, cientistas da Universidade de Stanford fizeram uma estimativa de quantos watts as turbinas eólicas do país poderiam produzir, com base em cálculos de padrões de movimento do ar. A energia gerada por ventos que sopram a até 80 metros de altitude equivale a 72 trilhões de watts.

É importante lembrar que a velocidade dos ventos aumenta com a altitude. Considerando isso, imagine a quantidade de energia que esses moinhos poderiam gerar se estivessem num patamar ainda mais alto. De acordo com Cristina Archer e Mark Jacobson, engajados na pesquisa, as pás de um rotor situado a cerca de 100 metros de altitude podem gerar 250 vezes mais energia do que um mecanismo próximo ao chão.

Essa é a ideia central de um projeto promissor desenvolvido pelo australiano Bryan Roberts, professor de engenharia da Universidade de Tecnologia, em Sydney (Austrália), e membro da Sky WindPower, companhia com sede em San Diego (EUA) que executa o projeto. O objetivo é construir planadores com rotores, chamados de "geradores de eletricidade voadores" (FEG, na sigla em inglês), para alcançar altitudes de pelo menos um quilômetro, região onde os ventos são ainda mais fortes. Antes de aterrissar, os rotores enviam a energia gerada para o solo por meio de um fio condutor com quilômetros de extensão.

A vantagem desses planadores é que, se os ventos mudarem de direção, eles podem acompanhá-los. Essa concepção alternativa, no entanto, ainda precisa ser aprimorada. A falta de investimento é um dos fatores responsáveis pelas deficiências.

Trabalho semelhante é desenvolvido nos EUA pelo Instituto Politécnico de Worcester (WPI, em inglês). Diferentemente dos FEGs, os planadores do WPI flutuam e, quando os ventos os atingem, produzem solavancos e pulsos nos fios, que transferem energia para um gerador no solo. Os primeiros modelos parecem máquinas do século XIX, mas são funcionais.

Energia Solar e Fusão Nuclear

A energia solar é a mais cotada para abastecer as casas. Engenheiros planejam enviar painéis solares ao espaço e cientistas estudam meios de criar um "sol" na Terra.

Apostando nisso, a companhia Pacific Gas and Electric (PG&E), de São Francisco (EUA), declarou que, a partir de 2016, compraria 200 megawatts de eletricidade da Solaren Corp., uma empresa em ascensão que afirma ter desvendado o potencial energético do espaço. O projeto consiste em colocar painéis na órbita terrestre para captar os raios solares no espaço, onde são mais fortes. A ausência de filtros atmosféricos, nuvens e ciclos de dia e noite torna as bases espaciais uma fonte estável de energia. Além disso, a luz do sol que atinge os painéis pode ser até dez vezes mais poderosa do que a que chega à superfície terrestre.

Da esquerda para a direita, no sentido horário, uma maquete do projeto Iter; Mark Jacobson e Cristina Archer, cientistas engajados em cálculos da energia gerada pelos ventos; e, por último, ilustração dos satélites com painéis solares no espaço.

Mas como enviar a energia captada à Terra? Segundo Gary Spirnak, chefe executivo da Solaren, a tecnologia de transmissão está baseada no que é usado hoje pelos satélites de comunicação.

Os painéis captariam energia solar, que seria convertida em eletricidade pelos satélites; estes, por sua vez, enviariam a energia para as nossas redes elétricas por meio de ondas de rádio. A Solaren garante que essa tecnologia de transmissão estará pronta dentro de sete anos. No momento, e também para o pessoal da Solaren, o maior desafio para os engenheiros é o financiamento. Enquanto o investimento para tecnologias de energia renovável costuma ficar entre R$ 210 milhões e R$ 420 milhões, o projeto das fazendas espaciais de energia solar exigiria investimentos na casa dos bilhões.

Se não podemos enviar painéis ao Sol, que tal trazer o Sol à Terra? Criar um "sol em miniatura" em laboratório é uma das maiores ambições dos cientistas. Por mais de 50 anos, os engenheiros tentam construir um reator de fusão nuclear.

O grande problema, nesse caso, é a questão tecnológica. Num processo de fusão básico, os átomos de hidrogênio colidem entre si; a reação resulta em hélio e na liberação de energia. Para realizar tal feito, a colisão deve ocorrer em uma temperatura elevadíssima, de centenas de milhões de graus Celsius. Sem contar que a matéria só existe em forma de plasma - uma "sopa" de elétrons (com carga negativa) e átomos (positivos e neutros). É muito difícil controlar o plasma. No Sol, ele fica unido pela gravidade; já na Terra, o reator precisaria de um contentor resistente. Detalhe: nenhum material conhecido se mostrou forte o suficiente para suportar o contato com essa matéria superaquecida.

A fim de contornar o problema, os físicos projetaram máquinas eletromagnéticas para atrair as partículas carregadas que formam o plasma. No entanto, nenhuma tecnologia conseguiu conter o plasma de hidrogênio em fusão por tempo suficiente para gerar mais energia do que a consumida para criar o campo magnético. Um bom reator produz 6,5 watts de energia, mas são necessários 10 watts para que a reação ocorra. Ainda assim, já foram investidos cerca de R$ 32 bilhões no Reator Termonuclear Internacional Experimental (Iter, em inglês), em construção no sudeste da França. Esse projeto envolve pesquisadores da Europa e de países como Japão, China, Índia, Coreia do Sul e Rússia.

O Iter hospedará um compartimento magnético no formato de um toro (semelhante a uma rosquinha), chamado tokamak, com 17 metros de diâmetro. Ele estará envolto por anéis de nióbio supercondutores capazes de criar campos magnéticos 100 mil vezes mais poderosos que o terrestre. Esses campos terão duas funções: em primeiro lugar, aquecer a nuvem de hidrogênio até a temperatura de fusão; em segundo, forçar o plasma a se assentar numa nuvem em forma de anel, longe das paredes do tokamak. Quando o plasma sai de controle, libera uma força magnética devastadora que pode comprometer toda a experiência.

Conversão de CO₂ em Metanol

Por falar em tecnologia inovadora, cientistas do Instituto de Bioengenharia e Nanotecnologia de Cingapura descobriram uma forma de transformar o dióxido de carbono (CO₂), um dos vilões do aquecimento global, em metanol, que pode ser aproveitado na produção de biocombustível ou usado diretamente como um. Neste processo, ele resulta da redução - um tipo de reação química na qual há ganho de elétrons - entre o CO₂ e o composto químico hidrosilano (combinação de silício com hidrogênio), com a participação do catalisador orgânico NHC (carbeno N-heterocíclico). A grande vantagem dessa reação é que, como o NHC é estável, a reação pode ser realizada em condições amenas. Tentativas anteriores de conversão de CO₂ exigiam maior gasto energético e mais tempo. Os cientistas, no entanto, ainda não confirmaram se é possível realizar o processo em escala suficiente para transformar o CO₂ que emitimos.