Fontes de energia alternativa

Alguns tipos de fontes de energia renovável têm sido usados pelas pessoas há muitos séculos. Mas somente no final do século 20 o desenvolvimento de energias alternativas ganhou escala industrial. A razão para isso foi o caminho para o abandono gradual dos combustíveis fósseis e, no futuro, do combustível nuclear. Com base no que são fontes alternativas de energia , existem sete áreas principais para a obtenção de energia inesgotável e ecologicamente correta. Vamos nos deter em cada um deles em detalhes.

• Energia do sol
• Energia do fluxo de água
• Ebb e fluxo de energia
• A energia das ondas do mar
• Energia eólica
• energia geotérmica
• Energia de biomassa
• conclusões

1. A energia do sol. O que é e como é usado

É a forma de energia renovável que mais cresce. Tal interesse nessa direção é facilmente explicado. O sol é a fonte de energia mais poderosa do planeta. A quantidade de radiação que incide na superfície da Terra é 6.000 vezes maior do que as necessidades de toda a humanidade em consumo de energia.

Existem várias tecnologias para capturar o fluxo de fótons e convertê-lo em corrente elétrica ou calor. Os “receptores” de energia solar são:

• Coletores solares. Em escala industrial, na maioria das vezes eles são estruturalmente uma torre com um aquecedor de água, que é aquecido focando os raios de um sistema concêntrico de espelhos. O vapor resultante gira as turbinas, o que contribui para a transformação da energia solar em calor e depois em eletricidade. Existem outras opções para usinas termelétricas – em particular, parabólica e solar-vácuo. Os coletores solares a vácuo são a opção mais comum para uso privado com sua integração nos sistemas de aquecimento e fornecimento de calor de uma casa ou apartamento.
• Baterias fotovoltaicas. Eles são criados com base em materiais semicondutores que geram corrente elétrica a partir de um fluxo eletromagnético de luz. As primeiras gerações de painéis usavam silício cristalino. Na segunda, surgiram os metais de terras raras. A terceira promete ser a mais barata e amiga do ambiente, pois é criada com base em orgânicos e polímeros.

Hoje, as usinas de energia solar estão sendo instaladas ativamente na maioria dos países do mundo – desde pequenas estações nos telhados de casas particulares até enormes fazendas solares ocupando centenas de hectares. As maiores delas, com capacidade superior a 1 GW cada, estão sendo construídas na China, Estados Unidos, África e Oriente Médio.

Onde e como é usado. Em todas as áreas da vida – desde o fornecimento de luz e calor para milhões de famílias até as necessidades de motoristas e turistas durante viagens de vários dias.

Líderes: Alemanha, China, Emirados Árabes Unidos, Marrocos.

2. Fluxo de energia da água. O que é e como é usado.

A energia hidrelétrica é uma das fontes alternativas mais antigas utilizadas pelo homem. As mini usinas hidrelétricas foram amplamente utilizadas na Roma antiga, na Europa medieval e na China imperial.

A partir da primeira metade do século XX, começaram a ser construídas usinas hidrelétricas de alta capacidade em todo o mundo, capazes de abastecer cidades inteiras com energia. Em 2020, a energia da queda d’água supriu mais de 20% de todas as necessidades energéticas do planeta, e respondeu por cerca de 75% de toda geração alternativa. A capacidade total das instalações hidráulicas ultrapassa hoje os 800 GW.

Estruturalmente, o princípio geral de operação de tais estações é extremamente simples. Ao cair nas lâminas de qualquer mecanismo, a energia cinética da água é convertida em energia mecânica. Além disso, a rotação das rodas ou turbinas permite realizar um determinado trabalho ou realizar uma conversão adicional em corrente elétrica.

Onde e como é usado. É mais amplamente utilizado em áreas abundantes em grandes e pequenos rios, bem como em cachoeiras. Isso também determina a lista de países onde as usinas hidrelétricas são predominantes e, às vezes, o único tipo de geração de energia.

Líderes:

• Paraguai – 100%;
• Noruega, Suécia – 98%;
• Canadá – 97%.

Em termos de geração per capita, a Islândia é o “país dos gêiseres e cachoeiras” sem concorrência.

A maior usina hidrelétrica do mundo – “Three Gorges” no rio Yangtze – está localizada na China. Aqui, na China, são produzidos quase 50% de toda a energia hidrelétrica do planeta.

Em termos de número de minicentrais hidrelétricas, Alemanha, Áustria, Irlanda, Suécia e alguns outros estão na vanguarda.

3. A energia dos fluxos e refluxos. O que é e como é usado.

O fluxo e refluxo é uma fonte alternativa de energia bastante exótica, mas absolutamente confiável e inesgotável. Este fenômeno existe em nosso planeta devido à presença de seu satélite – a Lua. Nos mesmos intervalos de tempo, duas vezes ao dia, sua atração faz com que gigantescas massas de água recuem ou avancem nas costas dos mares e oceanos. O nível de flutuação é superior a 18 metros.

Para obter a geração máxima, é necessário construir barragens tão longas quanto possível ao longo da costa. Os campeões entre as usinas de energia das marés hoje são:

• PET “Sih vin” (Coreia do Sul) – 254 MW;
• PET “La Rens” (França) com extensão de barragem de 804 metros – capacidade 240 MW;
• PET “See Jan” (Grã-Bretanha) – 210 MW;
• PET “Annapolice” (Canadá) e “Hammerfest” (Noruega) – 200 MW cada.

A quantidade total de geração desta fonte de energia alternativa é inferior a outras fontes renováveis. No entanto, nas costas oceânicas, especialmente na foz de grandes rios, a construção em PET é extremamente lucrativa.

4. Energia das ondas do mar. O que é e como é usado.

Um método de geração de eletricidade muito poderoso, mas ainda não amplamente utilizado. O principal obstáculo ao seu desenvolvimento é a dificuldade de transferir a geração de plataformas offshore ou embarcações especiais para terra.

Por esta razão, a quantidade de produção é principalmente utilizada diretamente no local para os seguintes fins:

• dessalinização da água do mar;
• obtenção de hidrogênio puro por eletrólise;
• participação na produção de alumínio.

No futuro, a situação pode mudar, mas isso requer um aumento de capacidade e uma redução no custo das baterias de armazenamento.

Entre todas as fontes alternativas, a energia das ondas do mar permite obter a maior eficiência. Isso se deve ao alto poder específico das massas de água oscilantes, chegando a 80 kW/m a uma altura de onda de apenas cerca de dois metros. Como a água é muito mais densa que o ar, a eficiência das plantas de conversão chega a 85%. Mesmo com um pequeno número de plataformas geradoras ao longo da costa, um país como a Alemanha recebe delas cerca de 5% de sua geração total de eletricidade.

Líderes: Quase todos os países desenvolvidos com grande extensão de costa oceânica atuam como tal hoje. Grã-Bretanha, Irlanda, Alemanha, Noruega e Dinamarca têm o maior número de geradores de ondas.

5. Energia eólica. O que é e como é usado.

A energia eólica é a terceira fonte alternativa em termos de prevalência e volumes de produção, depois das usinas hidrelétricas e solares. Nos tempos antigos, o homem descobriu a primeira maneira de usar a energia cinética do vento inventando a vela. O próximo passo foi a construção de moinhos de vento. Mas foi apenas no século passado que surgiu a possibilidade de converter essa força em eletricidade, o que levou à construção de modernos parques eólicos.

Já hoje, as turbinas eólicas operam em mais de 100 países ao redor do mundo e produzem mais eletricidade do que as usinas nucleares – mais de 1.000 terawatts-hora. Até 2025, o volume esperado de geração eólica deverá atingir o patamar de 8-10% do consumo total de energia do planeta, e em 2050 será de 20% a 25%.

Os moinhos de vento mais potentes estão instalados ao longo das costas marítimas e nas montanhas, atingindo uma altura de 150-200 metros. A eficiência desses dispositivos chega a 40%, e a eficiência em velocidades de vento de 10 m/s e acima excede a de qualquer outra instalação de geração de energia.

As principais vantagens dos parques eólicos como fonte de energia alternativa incluem:

• operação ininterrupta;
• alta performance;
• pode ser usado em paralelo com a rede.

Das deficiências, deve-se notar:

• altos custos de instalação;
• uma diminuição acentuada da eficiência a uma velocidade do vento inferior a 3-4 m/s;
• vida útil relativamente curta sem manutenção e reparo;
• ruído;
• a necessidade de substituir o lubrificante na estação fria com modificações não congelantes.

Líderes – em termos de parcela de eletricidade recebida do vento, os primeiros lugares são ocupados por:

• Dinamarca – 52%;
• Irlanda – 36%;
• Portugal – 30%;
• Alemanha – 29%;
• Grã-Bretanha – 24%.

A partir de 2020, a indústria emprega cerca de 1,2 milhão de pessoas. Humano.

6. Energia geotérmica. O que é e como é usado.

Existem duas variedades de instalações que utilizam esta fonte alternativa natural. O primeiro são os trocadores de calor de solo que operam devido à diferença de temperatura na superfície da terra e a uma profundidade suficientemente grande. Sua eficiência é baixa, mas a baixa eficiência é compensada por custos mínimos de equipamento e vida útil extremamente longa.

A segunda variedade é mais difundida, onde a fonte de calor são as águas termais subterrâneas de alta temperatura. Na América Central e nas Filipinas, eles são usados para gerar eletricidade, e no Japão e na Islândia são usados para aquecimento.

O último desses países é o líder mundial absoluto no uso de fontes termais – gêiseres. Com uma temperatura média anual do ar desta nação insular próxima de zero, as necessidades de aquecimento de residências e empresas industriais são cobertas por energia geotérmica em 99,8%.

Finalmente, a Islândia ocupa o segundo lugar no ranking RISE do Banco Mundial em termos de participação de energia alternativa no balanço total de energia do país como um todo. As FER neste estado fornecem mais de 85% das necessidades energéticas da indústria e da população. Apenas a Dinamarca está mais alta no ranking – 87%. Em comparação, a Alemanha de alta tecnologia, em terceiro lugar, recebe apenas pouco mais de 52% do sol, vento, energia das ondas do mar e biomassa.

7. Energia de biomassa. O que é e como é usado.

É uma das fontes alternativas mais criticadas e ao mesmo tempo multifuncional, já que é utilizada longe de ser apenas para geração de energia elétrica. A história do desenvolvimento deste tipo de “alternativa” também é interessante.

Inicialmente, as matérias-primas para a biomassa eram principalmente culturas agrícolas com alto teor de gordura, amido e açúcar. A partir deles, como resultado do processamento, foram obtidos o biodiesel e o álcool etilado, que se tornou uma fonte secundária de energia. No entanto, o cultivo de tais culturas causou danos irreparáveis ao solo, e hoje essa forma de obtenção de biomassa praticamente não é utilizada.

A próxima geração de matérias-primas biologicamente puras foi a madeira e a torta de plantas cultivadas comuns. Infelizmente, a eficiência específica de seu uso como fonte de energia alternativa foi baixa. Além disso, a quantidade de biomassa ainda dependia das áreas cultivadas.

Hoje, todos os principais produtores de biomassa do mundo mudaram para a terceira geração – algas aquáticas. Este tipo de planta é caracterizado por uma série de vantagens importantes:

• o cultivo é realizado em piscinas artificiais especiais, cuja construção é possível em qualquer lugar;
• a produção não requer alocação de solos agrícolas;
• os custos financeiros são mínimos e a taxa de reprodução é máxima em comparação com qualquer outro tipo de vegetação;
• a gravidade específica das algas por unidade de volume – e, portanto, o rendimento energético final – é maior do que a de gerações anteriores de biomassa.

Perdendo significativamente em prevalência para o sol e o vento, os biocombustíveis, no entanto, ocupam seu lugar de direito na lista de fontes alternativas de energia.

Breves conclusões

1. A dinâmica de crescimento das FER em todo o mundo é positiva e tem sido de cerca de 20% ao ano nos últimos 10-15 anos.
2. A energia de fontes renováveis alternativas está ficando mais barata. Ainda hoje, em muitas regiões do mundo, é mais lucrativo usar um ou outro tipo de combustível do que os tradicionais.
3. A energia renovável garante a impossibilidade fundamental de esgotar suas reservas.
4. A transição para as energias renováveis tem um efeito benéfico no ambiente. Isso é especialmente perceptível nas grandes cidades e nas regiões mais poluídas do planeta.
5. Olhando para o futuro, afastar-se dos combustíveis fósseis economizará ao planeta mais de US$ 13,8 trilhões por ano apenas em custos médicos. Em primeiro lugar, isso se refere a uma diminuição radical das doenças do trato respiratório superior, do sistema circulatório e do desenvolvimento de câncer.