Energia Solar

Como já defendemos e texto anterior a energia solar está na origem da maior parte da energia que utilizamos na terra.
Para além das inúmeras utilizações tradicionais da energia solar, que vão da secagem da roupa ao aquecimento, procuramos hoje tornar eficiente a utilização da energia solar sobe duas formas:
Energia solar térmica
Energia solar fotovoltaica
A energia solar térmica, utiliza a energia solar pela sua transformação em calor, para aproveitar esse calor, quer em utilizações domésticas como sejam as AQS (águas quentes sanitárias) e o aquecimento central, quer em utilizações industriais em todos os processos que necessitem água quente, e ainda, através de colectores especiais e concentradores, para a produção de vapor de água, a partir do qual se pode produzir energia eléctrica. O uso doméstico da energia solar para aquecimento de água está em grande desenvolvimento, e espera-se que venha a contribuir significativamente para a redução do consumo de combustíveis fósseis
A energia solar fotovoltaica, converte directamente a energia solar em energia eléctrica, através da utilização d e semicondutores. Este sistema a energia solar fotovoltaica, está também em fase de expansão apesar de, no estado actual da tecnologia, o seu rendimento ainda ser reduzido, no entanto, as vantagens ambientais e a redução da dependência dos combustíveis fósseis, torna-a uma opção cada vez mais atractiva.
Uma das desvantagens da utilização deste tipo de energia reside na irregularidade da produção, que oscila entre um máximo num dia limpo de sol não demasiado quente e zero durante a noite.
Na actualidade, desenvolvem-se esforços de investigação para melhorar o rendimento dos colectores solares fotovoltaicos, utilizando novos materiais. E procuram-se soluções de armazenamento de energia que permitam regularizar o fornecimento entre as horas de maior produção e as de produção nula.

Energia Eólica

A energia cinética do vento (energia eólica) também é uma fonte de energia e pode ser transformada em energia mecânica e eléctrica. Um barco á vela usa a energia dos ventos para se deslocar na água. Esta é uma forma de produzir força através do vento.
Durante muitos anos, os agricultores serviram-se da energia eólica para bombear água dos furos usando moinhos de vento. O vento também é usado para girar a mó dos moinhos transformando o milho em farinha. Actualmente o vento é usado para produzir electricidade.
O vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina). A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada. O gerador ligado ao transmissor produz energia eléctrica.
A turbina tem um sistema de abrandamento para o caso do vento se tornar muito forte, impedindo assim a rotação demasiado rápida da ventoinha.
Um dos problemas deste sistema de produção eléctrica é que o vento não sopra com intensidade todo o ano, ele é mais intenso no verão quando o ar se movimenta do interior quente para o litoral mais fresco. Outro entrave é o facto do vento ter que atingir uma velocidade superior a 20 km/hora para girar a turbina suficientemente rápido.
Cada turbina produz entre 50 a 300 kilowatts de energia eléctrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lâmpadas de 100 watts; assim, 300 kilowatts acendem 3000 lâmpadas de 100 watts cada.

Energia Hídrica

A energia hídrica é aquela que tem por origem a água e é utilizada nos nossos dias em três vertentes:
As barragens.
A energia das marés
A energia das Ondas
As barragens são grandes “armazéns” de água que o Homem construiu para, aproveitando o desnível de montante para jusante 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. É um método de produção de energia muito usado, e sem emissões de CO2.
A energia das marés é a energia cinética (movimento) da água do mar, provocada pela subida e descida das marés. Existem por dia duas marés-altas e duas marés-baixas .
Estas marés são o resultado do movimento da Lua em torno da Terra e sofrem também a influencia do movimento da Terra em torno do Sol.
Este tipo de energia é aproveitado há já muito tempo, um exemplo deste aproveitamento são os famosos moinhos de maré do concelho de Almada que aproveitando este "vaivém" diário da água do Estuário do Rio Tejo moíam cereais.
Esta energia é obtida através de barragens construídas em áreas costeiras "afectadas" por marés.
As barragens bloqueiam e controlam o movimento das marés, que vão accionar turbinas especiais, que retêm a água que entra na maré-alta, libertando-a mais tarde, na maré baixa.
Principais vantagens e desvantagens:
As principais vantagens deste tipo de energia é o facto de ser uma energia renovável (não se esgota), não ser poluente e causar pouco impacte ambiental.
A desvantagem de utilizar a energia das marés na obtenção de energia é que o fornecimento não ser continuo apresentado assim baixo rendimento.
Como já foi referido, em Portugal existe aproveitamento de energia a partir da energia das marés. Moinhos de maré foram sendo construídos em Portugal a partir do século XIII, estando situados por quase todo o país, do Minho ao Algarve, na desembocadura dos rios, estuários e em rias.
A energia das ondas consiste em aproveitar o movimento da ondulação do mar para a produção de energia, é hoje em dia um processo que está a dar os primeiros passos com os
primeiros protótipos em fase de experimentação. Para países com Portugal com uma grande área marítima, pode ser um doas caminhos a explorar. O estado de desenvolvimento desta tecnologia ainda não permite tirar conclusões quanto à sua viabilidade e eficiência.

O Biogás

O biogás é um biocombustível cujo componente fundamental é o metano.
Obtém-se pela decomposição anaeróbica (na ausência de ar) de dejectos de animas e outro restos orgânicos, por acção das bactérias.
Pelo facto de ser um reaproveitamento de resíduos, sem quais quer outros custos de produção que não sejam a construção inicial de um biodigestor anaeróbico é uma energia sustentável quer do ponto de vista energético quer do ponto de vista ambiental.
Este gás pode ser utilizado para aquecimento ou num gerador de energia eléctrica.

Bioetanol e biodiesel

O bioetanol e biodiesel são biocombustíveis que podem ser utilizados como substitutos da gasolina e do gasóleo respectivamente.
O primeiro, obtêm-se por destilação de açúcares, como por exemplo da beterraba, cana do açúcar ou milho entre outros, e pode ser utilizado misturado com a gasolina ou com o biodiesel ou isoladamente.
O segundo é obtido por um processo chamado por transesterificação, a partir de gordura vegetais e animais e pode ser utilizado misturado no gasóleo, ou sem qualquer mistura em veículos cujas especificações o permitam.
Também aqui podemos ter situações muito diversas que vão desde a reciclagem de restos alimentares, até à produção em grande massa de matérias-primas para processamento e produção de bioetenol ou biodiesel.
Se a primeira é incontestável pois se trata do reaproveitamento de resíduos, alguns deles altamente poluentes, como os óleos alimentares, já quanto a produção em massa de matéria prima unicamente destinada a esse fim, deverá ser ponderada analisando a sua viabilidade energética, pois deverá ser considerada no balanço toda a energia consumida na produção e transformação e o impacto social que pode advir da ocupação com culturas destinadas à produção de energia das terras até agora destinadas À produção alimentar, e do impacto que teria nos preços dos bens alimewntares.

Biomassa Florestal

Entende-se por biomassa florestal todo o produto florestal que pode ser utilizado para queima para produção de energia.
Se estivermos a considerar apenas os produtos da necessária limpeza das matas, podemos considerar que a reposição é rápida e que a energia consumida no processo é apenas a dos cortes de desbaste e a do transporte, se associarmos a este aspecto o benefício ambiental que representa, do ponto de vista da prevenção de incêndios florestais, uma floresta limpa, podemos aceitar sem grande esforço que estamos perante um processo sustentável. Se no entanto estivermos a desmatar para queima grandes extensões de floresta para aproveitar a energia, é certo que conseguiremos no curto prazo uma grande quantidade de energia, mas mesmo com uma replantação intensiva, que tem custos energéticos elevados, dificilmente conseguiremos a sustentabilidade, pois a capacidade de regeneração da floresta não será suficiente quer para a reciclagem de todo o CO2 produzido. Entre estes dois extremos existem situações intermédias, que deverão ser sempre cuidadosamente estudados, quer do ponto de vista de balanço energético, diferença entre energia produzida e energia consumida, quer do ponto de vista ambiental. Hoje em dia, para além da tradicional utilização da biomassa nas lareiras e em equipamentos domésticos de queima também denominados recuperadores de calor, existem grandes centrai de biomassa, com caldeiras de elevado rendimento.

Os biocombustíveis – Energia Biomassa

Tal como os combustíveis, tal como os combustíveis fósseis, têm a sua origem nos seres vivos, a diferença fundamental reside em dois aspectos fundamentais:
- Primeiro o serem renováveis, isto é termos uma produção contínua desses combustíveis, ou das matérias-primas dos quais se podem obter, em lugar de estarmos dependentes de jazidas que não serão seguramente repostas em tempo útil, como acontece com os combustíveis fósseis.
- Segundo o facto de a produção de novos biocombustíveis, absorver o CO2 produzido na combustão, e libertar oxigénio em quantidade igual produzido na mesma, num processo já tratado anteriormente “A fotossíntese”. Os hidratos de carbono compostos contendo carbono hidrogénio e oxigénio, como a glicose, produzidos pela fotossíntese, estão na base de todos os biocombustíveis seja directa ou indirectamente (atente-se na semelhança com os hidrocarbonetos dos combustíveis fósseis, que são compostos de carbono e hidrogénio).
A combustão da glicose, um hidrato de carbono típico, obedece à seguinte equação

C6 H12 O6 + 6 O2 + 6H2 O→ 6 CO2 + 12 H2 O + energia

Se compararmos esta equação com a apresentado no texto “A Energia e a Fotossíntese” verificaremos que uma é a inversa da outra e a energia que nos surge da combustão deste hidrato de carbono é a correspondente à energia luminosa absorvida na fotossíntese quando da sua formação. Aparentemente seria um processo de desperdício zero e emissões zero, pois todo o CO2 produzido seria reconvertido através da fotossíntese, tal pode não ser a realidade, é necessário levar em consideração todo o processo e isso inclui pensar na energia consumida para produzir o biocombustível e para o seu transporte. Neste aspecto há situações diversas a considerar, cujos balanços são significativamente diferentes.
Analisaremos em textos seguintes diversos biocombostíveis sempre sob o ponto de vista da sustentabilidade.

Energias Renováveis

Energias renováveis são aquelas formas de energia cuja reposição, (renovação) se verifica num período relativamente curto de tempo.
Parecendo ser um conceito recente, na realidade, as energias renováveis fora as primeiras formas de energia utilizadas pelo Homem.
Na realidade podemos dizer que a primeira forma de energia que o Homem utilizou foi a solar, pois antes mesmo de descoberta a utilização do fogo, podemos garantir que os nossos antepassados se aqueciam ao sol.
Ao longo da história da humanidade, outras energias renováveis como a eólica, (moinhos de vento), a hídrica (azenhas), a energia das marés (moinhos de marés) e a energia da biomassa (queima de lenha, óleos e excrementos de animais) foram usados durante milhares de anos, apenas com o advento da revolução industrial no século XVIII com o aumento do consumo de carvão mineral e da produção industrial do petróleo no século XIX, a utilização das energias renováveis foi reduzida, dando lugar aos combustíveis fósseis, mais fáceis de manusear e com produções de energia em grade quantidade. A disponibilidade desses combustíveis e a quantidade aparentemente inesgotável para os padrões de consumo da altura, levou a que as energias renováveis fossem em muitos casos abandonadas, e a que não se apostasse no seu desenvolvimento. Com o aumento dos consumos energéticos, as consequências em termos de poluição atmosférica, e o progressivo declínio das reservas existentes, nas últimas décadas do século XX e início deste século XXI começou a apostar-se novamente neste tipo de energias nas mais diversas formas.

Gás Natural

O gás natural é o mais simples dos combustíveis naturais, e, portanto, é um bom exemplo para a nossa primeira análise pormenorizada da combustão. É simples porque, fora as impurezas de menor importância, é constituído por uma substância bem definida, um gás chamado metano. Este é com­posto por dois elementos, carbono e hidrogénio, e cada molécula de metano é constituída por um átomo de carbono rodeado por quatro átomos de hidrogénio - CH4 . A combustão, como vimos, requer oxigénio e uma molécula de oxigénio é constituída por dois átomos de oxigénio - O2 . Daqui resulta que uma molécula de metano reage com duas moléculas de oxigénio da forma seguinte:

Os produtos da combustão são fáceis de identificar: dióxido de carbo­no e água, esta na forma de água vaporizada ou vapor, (note-se que o nú­mero de átomos não se altera: um C, quatro H e quatro O).
Ainda temos de ver porque é que a energia fica disponível por esta nova combinação dos átomos. O ponto de partida essencial para esta explicação é que é necessário fornecer uma dada energia para separar os átomos de qualquer molécula, (se não fosse assim, as coisas que nos rodeiam desfazer-se-iam permanentemente em bocados, com as cadeiras de madeira a trans­formarem-se em gás e um pouco de pó, e o sal de mesa, num metal peri­goso e vapor venenoso.) Há quatro moléculas diferentes na equação quí­mica acima indicada, e um facto importante - que não é evidente na equa­ção - é que a energia necessária para manter separados o metano e o oxi­génio é apreciavelmente menor do que a energia libertada quando os mes­mos átomos se juntam para formar dióxido de carbono e água. E esta faci­lidade com que os seus átomos se separam e a aptidão dos seus elementos para reagir com o oxigénio que torna os compostos de carbono e hidrogé­nio tão bons combustíveis. Logo que o processo se inicia - assim que se acende a chama - manter-se-á, desde que continue o fornecimento de com­bustível e de oxigénio. A energia libertada, não tendo para onde ir, aumenta a velocidade de todas as moléculas. Por outras palavras, os gases da com­bustão ficam mais quentes, alcançam milhares de graus Celsius e formam uma intensa chama de gás.
Se tivermos um pouco mais de informação, podemos deduzir algo útil a partir da equação que escrevemos acima. Assim, se conhecermos a massa dos diferentes átomos envolvidos, podemos conhecer a quantidade de dióxido de carbono produzido por cada quilo de gás queimado. O quadro 4.1 mos­tra a sequência do cálculo e o resultado que é a libertação de um pouco menos de três quilogramas de CO2 por cada quilograma de gás. Considere­mos o seguinte aspecto. Um habitante da Grã-Bretanha, em média, consome, por ano, cerca de 1300 kWh de energia calorífica para aquecimento de água. Como a queima de gás natural liberta cerca de 14 kg de CO2 por cada 100 kWh de energia calorífica produzida (quadro 4.2), para o seu banho, duche, lavagem de roupa etc. cada habitante, por ano, contribui com a emissão de cerca de um quinto de tonelada de dióxido de carbono para a atmosfera. (A realidade é bastante pior porque as caldeiras domésticas têm, normal­mente mau rendimento, e, em alternativa, a utilização da electricidade não resolve o problema, porque as centrais termoeléctricas libertarão cerca de uma tonelada e meia de CO2 ao produzi-la.)

Petróleo

O petróleo é uma substância mais complexa do que o gás natural, mas está relacionado com ele. O metano é o mais simples de um conjunto de compostos de carbono e hidrogénio denominados hidrocarbonetos e o petróleo bruto (crude oil) é uma mistura de muitos deles. Verifica-se que, em geral, o petróleo bruto tem 80 a 90 por cento (em massa) de carbono e
10 a 15 por cento de hidrogénio, um teor de enxofre até 4 por cento, algum oxigénio e nitrogénio, e vestígios de outros elementos. Se recordarmos que um átomo de carbono tem 12 vezes a massa de um átomo de hidrogénio, pode concluir-se que a relação média entre os átomos de carbono e de hi­drogénio deverá ser cerca de 7:12, ou, muito aproximadamente, de um para dois.
Como são então as "moléculas do petróleo"? A molécula de um deter­minado hidrocarboneto tem, não só uma dada proporção entre carbono e hidrogénio, mas também uma combinação específica dos seus átomos. A família das parafinas é uma série que joga o principal papel em muitos produtos petrolíferos. A figura, (a) mostra algumas parafinas cuja cons­tituição é um anel de átomos de carbono ligados a átomos de hidrogénio.

Os primeiros quatro membros da série, à temperatura normal, são gases. Aparecem como bolhas de gás no caudal de petróleo quando este é extraído do poço, e foram durante muitos anos livremente libertadas para a atmos­fera, ou queimadas localmente, mas este desperdício dum combustível que tem valor está a alterar-se, pois, quando economicamente viável, passou a fazer-se o seu aproveitamento.
Um aspecto muito importante para o processamento do petróleo bruto é o facto de que quando se progride na série de hidrocarbonetos, a tempe­ratura a que cada hidrocarboneto passa a gás (o ponto de ebulição) vai aumentando. O pentano é um líquido à temperatura normal, o octano só se vaporiza a uma temperatura superior à temperatura de ebulição da água, e assim por diante. Esta progressão é a base da separação por destilação. Quando o petróleo bruto é aquecido a cerca de 200°C todos os componen­tes que tem o ponto de ebulição mais baixo vaporizam, e, portanto, podem ser recolhidos e condensados. A esta mesma temperatura, aproximadamente um quinto dos constituintes do petróleo bruto são destilados e daí resul­ta a "gasolina de destilação directa" que contém todas as parafinas desde o pentano ao octano. Também há outros hidrocarbonetos presentes, e na fi­gura (b) mostram-se dois dos mais ou menos 200 que constituem a ga­solina. A necessidade de aumentar a proporção de gasolina obtida do petró­leo bruto, levou há muitos anos atrás ao desenvolvimento do "cracking" ^ para decompor os hidrocarbonetos mais pesados em moléculas mais le­ves. Este processo, e outros tais como a reformação ^ (reforming) e a purifi­cação^ dos produtos, podem consumir até 5 por cento da energia contida no petróleo à entrada da refinaria. A combustão de qualquer hidrocarboneto é semelhante à do metano. Consideremos, por hipótese, o pentano, um dos constituintes da gasolina. Para "gastar" os cinco átomos de carbono e os doze de hidrogénio, precisamos de oito moléculas de oxigénio:
C5 H12 + 8 O2 -» 5 CO2 + 6 H2 O + energia
Uma aritmética simples leva-nos à conclusão que se queimarmos 72 kg de pentano libertamos 220 kg de dióxido de carbono - cerca de 3 kg de CC>2 por quilograma de pentano. Embora as condições num motor de combus­tão interna sejam bastante diferentes das de um aquecedor a gás, a com­bustão da gasolina nos motores envolve precisamente esta mesma reacção entre os hidrocarbonetos e o oxigénio do ar. Um litro de pentano pesa cer­ca de dois terços de um quilograma, e, por isso, se a equação acima for característica do que se passa, produzimos qualquer coisa como 2 kg de CO2 por cada litro de gasolina que queimamos. Com uma média de 10 milhas (16,09 km) por litro, e 5.000 milhas (8.045 km) por ano, um carro utilitário pode portanto, ser responsável por enviar para a atmosfera uma tonelada por ano de dióxido de carbono.

O Carvão

O carvão mineral é, de todos os combustíveis fósseis, aquele que produz maior quantidade CO2 (dióxido de carbono) para a mesma energia produzida, aproximadamente o dobro, além disso produz ainda grandes quantidades de oxido de azoto NO, de dióxido de enxofre SO2 que são libertados nos gases de chaminé juntamente com o dióxido de carbono, e grande quantidade de cinzas que, se não forem devidamente isoladas, pode poluir lençóis de água com produtos como ácido sulfúrico H2SO4. Estas características do carvão associada ao facto de o mesmo ser mais difícil de armazenar e de usar para as mesma energia produzida, tornam-no pouco atraente, como consequência o seu consumo cresceu nos últimos anos muito menos que o do petróleo ou do gás natural.
O carvão existe na natureza sob diversos tipos Antracite, Grafite, Lenhite etc. com composição bastante complexa, que assenta em átomos de carbono C, mas que inclui também hidrogénio, enxofre, oxigénio e azoto em quantidades variáveis.
Esta diversidade de composição cria muitos problemas quando pretendemos estudar a combustão do carvão, e determinar e tratar os produtos de combustão.
O hidrogénio, enxofre, oxigénio e azoto, bem como a humidade que sempre se encontra no carvão, são libertados em primeiro lugar, logo que se inicia o aquecimento do carvão, consumindo uma parte da energia para valorizar a água. Libertados estes produtos, dá-se a combustão do carbono restante, denominado carbono fixo, segundo a seguinte reacção

C + O2 = C O2

Combustíveis Fósseis

A forma de energia mais utilizada, nos nossos dias, são os combustíveis fósseis.
Como o próprio nome indica estes combustíveis têm origem em seres vivos, que sofreram processos de transformação que demoraram vários milhões ou biliões de anos, em condições específicas difíceis de repetir. Este facto, torna evidente que os combustíveis fósseis, não pertencem ao grupo das energias renováveis, pois, dado o tempo e as condições necessárias á sua formação, não podemos contar com mais do que os existentes na actualidade, descobertos ou a descobrir, mas sempre limitados.
A esta categoria dos combustíveis fósseis, pertencem os combustíveis que se seguem:
Carvão Mineral
Petróleo
Gás Natural
O primeiro é utilizado quer directamente quer transformado, o segundo apenas é utilizado depois de transformado, por um processo chamado refinação, dando origem a vários derivados com utilizações diferentes, o terceiro é utilizado directamente.
A maior vantagem da utilização de combustíveis fósseis reside na sua versatilidade, pois é possível transportá-los e armazená-los com facilidade, e dispor desta forma de quantidades razoáveis de energia em qualquer momento e em qualquer lugar.
As desvantagens são a sua elevada contribuição para o efeito de estufa, e o facto de serem recursos limitados, como atrás ficou dito, o que torna insustentável a sua utilização a médio/longo prazo.
Cada um destes combustíveis, bem como as respectivas utilizações serão tratados em texto próprio.

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.