Contributo dos edifícios para o consumo de energias fósseis

O texto que se segue, da autoria do Eng Ivan Simões assistente do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, é uma visão actual sobre o estrado do consumo de energia nos edifícios, e um alerta para o caminho que inevitavelmente termos que percorrer na prossecução da sustentabilidade energética e económica nesta área.

Estima-se que mais de 40% do consumo de energia na EU deve-se ao sector dos Edifícios, uma percentagem comparável ao sector dos transportes e mais do dobro do sector industrial. A Directiva 2002/91/EC impôs aos estados-membros o desenvolvimento de Sistemas de Certificação Energética para edifícios, melhoria das envolventes (requisitos mínimos), auditorias aos sistemas de AVAC e integração de energias renováveis. Em muitos países a directiva já está em vigor, mas ainda há muito para fazer no que diz respeito ao estudo dos consumos energéticos, melhoria da arquitectura e envolvente, integração de outras fontes renováveis e sistemas de climatização mais eficientes. Ao estudar estes factores minuciosamente, pretende-se determinar modelos que se aproximem o mais possível da realidade, no que diz respeito à eficiência energética, que permitam em fase de projecto simular o comportamento futuro do edifício a projectar e corrigir em projecto situação de ineficiência.
Em Espanha, mais de 80% da energia consumida é de origem fóssil. Segundo Ayres [1] mais de 80% das agressões ao meio ambiente provêem do sector energético. A estrutura do sistema energético é por natureza pouco eficiente e desperdiçador, uma vez que, apenas 3% da energia primária (fóssil, nuclear e renováveis) transformada em energia útil (electricidade, calor e mecânica) é depois aproveitada. Estes dados são contundentes e fazem do actual sistema energético, insustentável do ponto de vista do meio ambiente, da economia e da sociedade.Por outro lado, a electricidade, a mais versátil de todas as formas de energia útil, é gerada em grandes instalações, e tem que ser imediatamente transportada e distribuída aos locais de consumo, situados normalmente a grandes distâncias, originando grandes perdas energéticas. Também o petróleo e o gás natural são importados através de grandes cargueiros ou transportados por extensas redes de condutas que atravessam inúmeros países. Esta estratégia torna-nos vulneráveis a uma interrupção do fornecimento, seja por decisão política ou económica.
Do que foi apresentado anteriormente concluímos que o sistema energético é pouco diversificado e depende quase exclusivamente dos combustíveis fósseis. Todos estes problemas levaram a União Europeia a apostar no desenvolvimento de um novo sistema, em que as energias renováveis tenham um papel cada vez mais importante. No Livro Branco da CE [2] indica-se a estratégia e o plano de acção para estas energias, que manifesta a intenção de que no ano de 2010, 12% do consumo de energia primária seja de origem renovável. Este objectivo será difícil caso não se reduza o consumo energético e se aumente a eficiência deste.Estima-se que mais de 40% do consumo energético na EU deve-se ao sector dos edifícios, uma percentagem comparável ao sector dos transportes e dos serviços, uma percentagem comprável ao sector dos transportes e mais do dobro do sector industrial [3,4]. A directiva 2002/91/CE [5] faz referência às características da envolvente dos edifícios, sistemas de climatização e integração de energias renováveis.

[1] Ayres, R.U. and Ayres, L.W. "Industrial ecology: towards closing material cycle". Ed. Edward Elgar. London (1996).[2] Livro Branco da Comissão Europeia "Energia para o futuro: fontes de energia renováveis". COM (97) 599 e Vol. 11-1997 (1997).[3] C.A. Balaras, K. Droutsa, A.A. Argiriou an D.N. Asimakopoulos. "Potencial for energy conservation in apartament buildings". Energy an Buildings 31, 143-154 (2000).[4] F.Cuadros, F. López Rodrígues, C. Segador an A. Marcos. "A simple procedure to size active heating schemes for low-energy building design". Energy and Buildings 39, 96-104 (2007).[5]Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of the Council of December 16,2002, on the energy and performance of buildings.

Macrorredes/Microrredes

O actual sistema de produção/transporte/distribuição de energia eléctrica, assenta no sistema de macrorrede. Isto é, a produção efectua-se em centrais de elevada potência, hidroeléctricas, térmicas, eólicas ou nucleares, cuja localização é escolhida mais de acordo com as conveniências/exigências da produção do que com as necessidades do consumo. A energia produzida, é subsequentemente transportada por linhas de muito alta tensão para as regiões de consumo, sendo posteriormente distribuída nestas, e disponibilizada ao consumidor final.
Tendo a vantagem de aproveitar os recursos energéticos, onde eles abundam, e de uma economia de escala que reduz o custo de produção, este sistema tem a desvantagem de acarretar elevadas perdas no transporte e o facto de uma avaria numa linha de transporte ou distribuição deixar sem alimentação ou com alimentação deficiente vastas áreas territoriais, com os consequentes prejuízos em usos domésticos e industriais.
Com a crise energética emergente e o consequentemente o indispensável incremento das energias renováveis, a economia de escala perde importância face ao elevado custo dos combustíveis fósseis e à sua escassez que tornam necessário um aproveitamento de todas as fontes energéticas viáveis. Assim sendo, começam a surgir médias, pequenas e micro produções, aproveitando os recursos existentes, através de mini-hídricas, ou de vários processos de microgeração eólica, fotovoltaica, de co-geração entre outras.
Esta nova realidade, conduz inevitavelmente a uma nova forma da organização das redes energéticas, a associação de microrredes, em que, cada uma delas, inclui vária micro produções de energia eléctrica, baseada em tecnologias e utilizando recursos diferentes, poderemos por exemplo ter uma microrrede alimentada por uma fotovoltaica e por uma eólica, e interligada com ela uma microrrede baseada numa mini-hídrica e numa co-geração.
Não deixaremos certamente, nem no curto nem no médio nem no longo prazo de ter de contar com as grandes redes, formadas pela interligação destas microrredes, e que cumprem uma missão de regulação (absorção de excessos de produção e garantia de fornecimento nos picos), ao que assistiremos será a uma descentralização progressiva da produção, que cada vez mais contará com o contributo das micro produções, que serão sempre localizadas junto aos consumos, evitando assim as perdas de transporte, e permitindo que, em caso de avaria, se isolem micro redes funcionando “em ilha”, garantindo a continuidade de abastecimento.
No momento actual, algumas limitações se colocam ainda a um mais rápido desenvolvimento deste conceito: os entraves legislativos e burocráticos impostos por alguns países para proteger a suas grandes produtoras impedindo a democratização da produção energética, o elevado custo actual dos vários sistemas de microgeração e finalmente a dificuldade de armazenamento de energia, que tornaria cada uma destas micro redes ainda mais autónoma e mais rentável.
Estas limitações, serão seguramente ultrapassadas por um lado pela necessidade de resolução dos problemas energéticos, que conduzirá à inevitável mudança das políticas para o sector, por outro pela vulgarização e avanço da tecnologia que virá resolver os problemas quer de custo quer de armazenamento.

A Energia e a Fotossíntese

Quando publicámos aqui o texto sob o título “Energias - Fontes e Formas” deixamos a promeça de voltar a abordar alguns temas com maior profundidade. O texto que se segue, da autoria do Doutor Carlos Grilo, explica de que forma a fotossíntese, captura o dióxido de carbono, e o transforma em matéria orgânica por efeito da luz solar. Este texto justifica porque é a bio energia uma energia renovável, e porque tem ela também origem na luz solar.

“A fotossíntese é o processo através do qual as plantas, seres autotróficos (seres que produzem seu próprio alimento), e alguns outros organismos transformam a energia luminosa em energia química. Para o efeito, utilizam o dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e minerais e produzem compostos orgânicos e oxigénio gasoso (O2). A fotossíntese pode ser compreendida como um processo físico-químico, traduzido pela seguinte equação geral:

Nas plantas, a fotossíntese ocorre ao nível dos cloroplastos

. Estes organitos possuem pigmentos fotossintéticos – clorofilas, carotenóides e ficobilinas – capazes de captar a energia luminosa.
A fotossíntese é um dos mais importantes processos bioquímicos uma vez que:
- é o único capaz de introduzir nova matéria orgânica (a partir de matéria inorgânica) nos ecossistemas, sendo por isso a base das cadeias alimentares.
- produz o oxigénio necessário à respiração celular, possibilitando desta forma a existência de seres vivos complexos.
- produziu o oxigénio que originou a camada de ozono, facultando deste modo a conquista do meio terrestre.”

Eficiência energética

Não é possível Falar de “Energias p’ró Futuro” procurando a solução
apenas nas energias alternativas. É fundamental, ante de mais falar de eficiência, pois sem eficiência todas a soluções serão votadas ao fracasso.
Aclaremos então conceito de eficiência, e alguns conhecimentos que lhe estão associados.

Eficiência energética é a relação (razão) entre a energia útil extraída de um sistema e a energia fornecida ao sistema num dado período de tempo. (Fig.1)


Para que possamos compreender estas definições torna-se necessário aclarar alguns conceitos nela envolvidos:
- Sistema - podemos definir sistema em termos energético, como sendo o “lugar” onde utilizamos/transformamos energia. Pode ser um motor eléctrico, um automóvel, um aquecedor, um frigorífico, um apartamento completo, um prédio, uma cidade, um continente ou mesmo o mundo, dependendo do âmbito da nossa análise no momento.
- Energia útil – a energia que no nosso sistema produz os objectivos desejados (por exemplo num automóvel a energia cinética (movimento) obtida, num aquecedor a quantidade de calor retirada).
- Energia fornecida ao sistema – Quantidade de energia que se introduz no sistema (por exemplo a quantidade de energia contida no combustível que se introduz no motor de uma automóvel, a energia fornecida a um aquecedor ou a um frigorífico).
- Desperdício – quantidade de energia que não é aproveitada para o objectivo do nosso sistema (o calor que se perde pela envolvente (janelas, paredes, etc....) no aquecimento de uma casa).
Poderíamos ser levados a pensar que, uma vez que existe o princípio da “conservação de energia”, toda a energia fornecida a um sistema, seria transformada em energia útil.
A realidade no entanto não é essa. Tomemos como exemplo o caso do automóvel, cada litro de combustível possui uma certa quantidade de energia, que depende do combustível que estivermos a considerar, quando o introduzimos no motor, o combustível vai ser queimado, libertando essa energia. Aqui começa o nosso problema, a velocidade com que este fenómeno se dá dentro do motor, (em cada cilindro de um motor de quarto tempos, uma vez cada duas rotações, ou seja entre seiscentas a três mil e quinhentas vezes por minuto) provocam desde logo duas situações de desperdício, primeiro o combustível não queima totalmente dentro do motor, uma parte da energia se perde no combustível por queimar, segundo, não conseguimos obter toda a força dos gases queimados ao expandir, saindo os gases para o escape com uma pressão considerável que se vai perder neste. Por outro lado a combustão desenvolve temperaturas elevadas, que os materiais não suportariam sem um arrefecimento eficaz, e aqui temos mais dois desperdícios, a energia retirada sob a forma de calor, e a energia absorvida pelo sistema de arrefecimento (bomba de água e ventoinha). As peças em movimento têm atrito entre si, que a não ser controlado dentro de limites razoáveis, provocaria a gripagem das peças, para evitar que tal aconteça torna-se necessário proceder à lubrificação, e aqui temos mais fontes de desperdício: o atrito em si mesmo, o calor que este produz e é dissipado pelo óleo, e finalmente a energia consumida pela bomba de óleo.
Como podemos ver, a energia introduzida no sistema (motor do automóvel), é toda ela transformada, e sai efectivamente do sistema, mas infelizmente, apenas uma parte como energia cinética, a nossa energia útil.
Torna-se pois necessário melhorar a eficiência, para em primeiro lugar, reduzir a quantidade de energia necessária a satisfazer todas as nossas actividade do dia a dia. Essa melhoria da eficiência só é possível se conseguirmos aproximar a energia útil da energia fornecida ao sistema, o mesmo é dizer reduzindo o desperdício.
Tal objectivo tem de ser conseguido actuando a dois níveis fundamentais, ao das melhorias tecnológicas, e ao da alteração das mentalidades, pois se há uma componente da eficiência que depende dos sistemas na forma como estão construídos, outra há que depende da forma como o sistema é utilizado.
Dada a importância da eficiência para a sustentabilidade energética, procuraremos neste espaço ser veículo de divulgação de todas as medidas de eficiência, quer das tecnologias que contribuem pare a sua melhoria, quer da melhor forma de utilizar a energia no nosso dia a dia para sermos nós próprios eficientes

Energias - Fontes e Formas

De onde vem a energia que nós consumimos?
Quais são as fontes que temos à nossa disposição?
Podemos considerar que toda a energia provem de não mais de quatro fontes básicas: O sol; a composição química da matéria, a força gravitacional dos astros e as fontes geotérmicas. Encontramos e utilizamos certamente a energia sob muitas formas, no entanto todas elas têm na sua origem uma destas fontes, quer por processos naturais, quer pela intervenção do Homem. Procuraremos em seguida relacionar cada uma destas fontes primárias com várias formas de energia conhecidas, como ponto de partida para o estudo mais aprofundado daquelas que, do ponto de vista das energias alternativas, nos vão ocupar particularmente.

O sol é indiscutivelmente a fonte primária de energia mais utilizada na actualidade, se não vejamos:
- Os combustíveis fósseis, não são mais do que grandes armazéns de energia, que foram formados pela natureza a partir de antigas florestas. Toda a energia contida nessas florestas, tem origem na fotossíntese (1), (que irá ser tratada com mais pormenor em texto posterior), que tem a sua origem na luz solar.
- Da mesma forma todas as utilizações tradicionais das resíduos florestais como as lenhas e carvões vegetais e os carvões vegetais e os mais recentes recursos aos Biocombustíveis utilizam, nas suas mais diversas formas, a energia “captada” pela fotossintese(1).
- A energia hídrica, que moveu as azenhas e hoje acciona as turbinas não existiria, não fosse a contribuição do sol para o ciclo da água, se bem que, neste caso aproveitamos o efeito combinado do sol com a força gravitacional da terra aproveitando a energia potencial em turbinas Francis ou Kaplan ou ainda transformando essa energia potencial(1) em energia cinética(1) que se aproveita numa turbina Pelton
- O vento, aproveitado ao longo dos séculos pelos moinhos, e mais recentemente, pelos aerogeradores para produção de energia eléctrica tem a sua origem nas diferenças de temperatura das maças de ar em dois pontos da superfície terrestre, as quis provocam diferenças de pressão e a consequente deslocação do ar da altas para as baixas pressões. Ora, o aquecimento das massas de ar é originado pelo sol, pelo que também aqui temos a fonte solar para a energia eólica.
- A energia das ondas é uma consequência directa da energia do vento, logo, dependente ela também do sol.
- O sol, pela sua acção directa, foi utilizado desde sempre para aquecer, mas também para secar cereais por exemplo, hoje utilizações como a solar térmica(1), ou fotovoltaica(1) estão grande desenvolvimento e são objecto de investigação para aumentar a eficiência.

A energia química é seguramente a segunda fonte mais utilizada, no conjunto das suas componentes:
- Os diversos tipos de pilhas, que utilizam a reacção entre dois ou mais elementos para produzir energia eléctrica.
- A energia nuclear(1), que utiliza a a reacção ao nível do núcleo de alguns elementos químicos, para produzir grandes quantidades de energia.

A força gravitacional dos astros, e a sua influência nas marés, foi utilizada durante anos pelo Homem nos moinhos de marés, e hoje desenvolvem-se novas tecnologias para o seu aproveitamento e conversão em energia eléctrica.

Fontes geotermica, proveniente dos fenómenos vulcânicos, utilizada desde muito cedo por exemplo nos açore para cozinhar alimentos, nas furnas, é uma das alternativas que está a ser aproveitada como mais um contributo para a solução dos problemas energéticos mundiais.

As fontes e formas enumeradas, podem em alguns casos ser convertidas em formas mais convenientes para o transporte e utilização como seja a energia eléctrica, ou ser directamente utilizadas para obter o nosso objectivo final, como sobe a forma de energia mecânica (a energia cinética utilizada quer nos transportes, que no fabrico de outros materiais), ou sobe a forma de calor.

A energia, no entanto, não se produz nem destrói apenas se transforma de umas formas a outras.

Quando falamos consumir energia, estamos na realidade a falar em transformar essa energia de uma forma a outra, e quando falamos em perdas de energia estamos a falar de quantidade, maiores ou menores, que escapam ao nosso controlo, e que que não conseguimos utilizar para o que nos propomos.
Grande parte desta energia “perdida” é na realidade libertada sob aforma de calor.

(1) – Será abordado em texto posterior.

Energia – Importância na evolução do Homem

Sendo este espaço dedicado ao futuro de energia, importa esclarecer o que se entende por energia, qual a sua importância na história da humanidade.
Que é afinal energia?...
Energia é tudo aquilo que produz trabalho, e aqui temos que entender trabalho de uma forma muito mais vasta do que a considerada pelo censo comum. Trabalho é neste caso, segundo o conceito físico, o de uma força que produz um movimento, mas é também o envolvido no raio de luz que nos permite ver o que nos rodeia, ou na radiação electromagnética que traz a nossa casa as emissões de televisão, é o necessário para cozer os alimentos mas também o que desenvolvemos ao caminhar, e em todas as actividades que possamos imaginar.
Sendo a energia a origem de todo o trabalho, podemos compreender a sua importância ao longo da história da humanidade. Verdadeiramente, desde a sua origem mais remota, o homem procurou controlar as várias formas de energia, e colocá-las ao seu serviço. Desde a utilização do fogo, para se aquecer, cozer os alimento, e trabalhar os metais, a domesticação dos animais par aproveitar a sua energia muscular, quer no transporte quer na agricultura, a construção dos moinhos de vento, das azenhas e dos moinhos de marés para aproveitar a energia do vento e do movimento da água. A cada nova forma de energia que o Homem conseguia controlar, correspondeu sempre um salto no desenvolvimento, veja-se por exemplo a invenção da máquina a vapor que esteve na origem da revolução industrial, a energia eléctrica com as suas redes de distribuição, que nos permite, para não falar das utilizações industriais, gestos tão simples como ligar o interruptor para acender a luz, ou dispor de uma maquina de lavar loiça ou roupa, ou o que representou para o sector dos transportes do motor de combustão interna ou do motor a reacção. Por tudo isto fica claro que o controlo da energia, é estratégico no desenvolvimento, e que quem dominar a tecnologia envolvidas nas novas energias terá do seu lado uma vantagem competitiva significativa.

Sustentabilidade

O conceito aplica-se aos mais diversos domínios da actividade humana, no entanto, tendo este espaço como tema a questão energética, será desse ponto de vista que o iremos abordar neste texto.

Para que uma dada forma de energia seja sustentável, terá forçosamente que garantir os pressupostos seguinte:

• Ser possível garantir o fornecimento continuado no tempo, com um horizonte se não ilimitado pelo menos tão distante quanto possível, através da utilização de meios técnicos economicamente viáveis.
• Que o impacto da sua utilização (obtenção,transporte, consumo, tratamento de eventuais resíduos) no ambiente sejam facilmente acomodados por este.

De todas as soluções até agora apontadas, nenhuma garante de momento uma absoluta sustentabilidade.

Sempre que apresentarmos aqui alguma forma de energia, procuraremos deixar pistas para a reflexão relativa à sustentabilidade da tecnologia envolvida no processo.

Dependência dos combustíveis fósseis. Que fazer?...

Os combustíveis fósseis(carvão, petróleo e gás natural), foram, nos últimos 240 anos as formas de energia fundamentais utilizadas, quer pela indústria, quer pelos transportes, quer ainda usos doméstico. Mesmo quando, no consumo final, utilizamos energia eléctrica, estamos na realidade a consumir uma elevada quantidade de combustíveis fósseis, uma vez que é a partir destes que se produz a maioria da energia eléctrica. Esta situação foi originada pelo preços acessíveis, facilidade de utilização e pela aparente inesgotabilidade dos recursos que se manteve ao longo dos anos.

Hoje é já claro, para qualquer observador minimamente informado, que toda esta situação era ilusória e que durante anos se descurou a procura de alternativas e se abusou dos consumos, delapidando perigosamente as reservas e provocando danos ambientais dificilmente recuperáveis.

Torna-se necessário assumir a inversão desta situação como uma prioridade, da qual depende o futuro do nosso modo de vida, tal como o conhecemos.

Sem alarmismo nem radicalismo, mas conscientes de que, não havendo soluções milagrosas para de um momento para o outro substituir todos os combustíveis fósseis por outras formas de energia, é fundamental que unamos esforços e comecemos desde já por reduzir os consumos, evitando o desperdício e aumentando a eficiência, mas também aproveitando a tecnologia já existente para produzir energia para diferentes fins, utilizando outros meios.

Neste espaço procuraremos dar visibilidade a soluções que contribuam para estes objectivos.