Princípio: aproveitamento da energia solar, incidência dos raios
solares, para aquecimento de edifícios ou prédios, através de concepções e estratégias construtivas. Energias renováveis e não renováveis
Vantagens : o baixo custo de algumas soluções, como o bom
planeamento e orientação do edifício que podem resultar consumos energéticos evitados até 40%.
Principais aplicações: Quanto às possíveis aplicações, em qualquer edifício habitacional, de escritórios ou industrial, podem ser aplicadas soluções de eficiência energética e de energia solar passiva, tendo em conta as questões de projecto e estudo de forma a maximizar este tipo de aproveitamento energético.
quinta-feira, 12 de agosto de 2010
Energia solar eléctrica ou fotovoltaica (PV)
Princípio: A conversão directa da energia solar em energia eléctrica envolve a transferência dos fotões da radiação incidente para os electrões da estrutura atómica desse material.
Nos materiais semicondutores sob o efeito de uma radiação luminosa, a energia dos fotões incidentes é directamente transferida para o sistema electrónico do material, podendo excitar electrões da banda de valência para a banda de condução e dando origem à criação de pares de electrões (absorção). Para obter uma corrente eléctrica é criada uma estrutura de separação dos portadores de carga foto gerados, por acção do campo eléctrico interno, antes de se recombinarem. Segue-se logo a extracção das cargas em corrente contínua para utilização. A este efeito dá-se o nome de efeito Fotovoltaico.
Vantagens: A energia fotovoltaica é uma das mais promissoras
fontes de energia renováveis. A vantagem mais clara é a quase total ausência de poluição. Para além desta vantagem a ausência de partes móveis susceptíveis de partir, não produz cheiros ou ruídos, têm baixa ou nenhuma manutenção, e com tempo de vida elevados para os módulos.
Desvantagens: No entanto uma das principais limitações dos
dispositivos fotovoltaicos é o seu baixo rendimento, isto é, uma baixa conversãoda energia solar em energia eléctrica. A razão deste fato reside fundamentalmente na deficiente exploração do espectro da radiação incidente (sol) por parte dos dispositivos. Outro inconveniente é os custos de produção dos painéis, estes devidos principalmente à pouca disponibilidade de grandes quantidades de materiais semicondutores, e de processos de obtenção, por vezes, muito caros. No entanto este factor está progressivamente a desaparecer com os desenvolvimentos das deposições e das micro tecnologias.
Nos materiais semicondutores sob o efeito de uma radiação luminosa, a energia dos fotões incidentes é directamente transferida para o sistema electrónico do material, podendo excitar electrões da banda de valência para a banda de condução e dando origem à criação de pares de electrões (absorção). Para obter uma corrente eléctrica é criada uma estrutura de separação dos portadores de carga foto gerados, por acção do campo eléctrico interno, antes de se recombinarem. Segue-se logo a extracção das cargas em corrente contínua para utilização. A este efeito dá-se o nome de efeito Fotovoltaico.
Vantagens: A energia fotovoltaica é uma das mais promissoras
fontes de energia renováveis. A vantagem mais clara é a quase total ausência de poluição. Para além desta vantagem a ausência de partes móveis susceptíveis de partir, não produz cheiros ou ruídos, têm baixa ou nenhuma manutenção, e com tempo de vida elevados para os módulos.
Desvantagens: No entanto uma das principais limitações dos
dispositivos fotovoltaicos é o seu baixo rendimento, isto é, uma baixa conversãoda energia solar em energia eléctrica. A razão deste fato reside fundamentalmente na deficiente exploração do espectro da radiação incidente (sol) por parte dos dispositivos. Outro inconveniente é os custos de produção dos painéis, estes devidos principalmente à pouca disponibilidade de grandes quantidades de materiais semicondutores, e de processos de obtenção, por vezes, muito caros. No entanto este factor está progressivamente a desaparecer com os desenvolvimentos das deposições e das micro tecnologias.
Extracção/Conversão e suas aplicações
Existem duas formas diferentes de utilizar a energia solar:
- activa: transformação dos raios solares em outras formas de energia: térmica
ou elétrica.
- passiva: aproveitamento da energia para aquecimento de edifícios ou prédios,
através de concepções e estratégias construtivas.
Energia solar térmica activa
Princípio: qualquer objecto exposto à radiação solar "Q" aquece.
Simultaneamente, há perdas por radiação, convecção e condução, que
aumentarão com a temperatura do corpo.
Chega um momento em que as perdas térmicas, "Qp", se igualam aos ganhos devidos ao fluxo energético incidente, atingindo-se a temperatura de equilíbrio, "tc".
Assim, no equilíbrio tem-se: Q = Qp
- activa: transformação dos raios solares em outras formas de energia: térmica
ou elétrica.
- passiva: aproveitamento da energia para aquecimento de edifícios ou prédios,
através de concepções e estratégias construtivas.
Energia solar térmica activa
Princípio: qualquer objecto exposto à radiação solar "Q" aquece.
Simultaneamente, há perdas por radiação, convecção e condução, que
aumentarão com a temperatura do corpo.
Chega um momento em que as perdas térmicas, "Qp", se igualam aos ganhos devidos ao fluxo energético incidente, atingindo-se a temperatura de equilíbrio, "tc".
Assim, no equilíbrio tem-se: Q = Qp
Origem
O Sol, no seu centro, os núcleos de átomos de hidrogênio fundem-se originando núcleos de hélio. A sua superfície atinge uma temperatura de perto dos 6.000ºK.
A energia resultante desta reação é radiada para o espaço, e parte dela atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de cerca de 1.373 W/m².
Uma vez que parte da energia inicial é refletida ou absorvida pela atmosfera, num dia de céu claro é possível medir junto a superfície terrestre num plano perpendicular, cerca de 1.000 W/m².
Esta radiação disponível à superfície terrestre divide-se em três
componentes:
-dire cta: a que vem "directamente" desde o disco solar;
- difusa: a proveniente de todo o céu excepto do disco solar, das nuvens, gotas de água, etc.;
-reflectida: proveniente da reflexão no chão e dos objetos circundantes. A soma das três componentes é denominada como radiação global, e representa, nas condições já referidas, cerca de 1.000 W/m².
A energia resultante desta reação é radiada para o espaço, e parte dela atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de cerca de 1.373 W/m².
Uma vez que parte da energia inicial é refletida ou absorvida pela atmosfera, num dia de céu claro é possível medir junto a superfície terrestre num plano perpendicular, cerca de 1.000 W/m².
Esta radiação disponível à superfície terrestre divide-se em três
componentes:
-dire cta: a que vem "directamente" desde o disco solar;
- difusa: a proveniente de todo o céu excepto do disco solar, das nuvens, gotas de água, etc.;
-reflectida: proveniente da reflexão no chão e dos objetos circundantes. A soma das três componentes é denominada como radiação global, e representa, nas condições já referidas, cerca de 1.000 W/m².
Energia solar
O sol foi desde sempre considerado como um Deus, mesmo fora de qualquer credo ou religião, pois sem o sol, a vida na Terra seria simplesmente impossível. Num único instante, o sol emite mais energia do que o mundo nunca antes e da terra recebe diariamente 10 000 vezes mais do que consome.
A busca de sistemas alternativos de energia é uma constante, devido ao aumento do consumo e da dependência mundial sobre a geração de energia através de fontes não renováveis.
A energia solar é uma das fontes alternativas que pode suprir com grandes vantagens e determinadas necessidades, apesar de não ser uma solução total ou definitiva para o problema.
A energia captada do Sol é devidamente acondicionada para a sua utilização e é uma das tecnologias mais importantes para o desenvolvimento sustentável. A sua utilização é de altíssimo interesse para aqueles que vislumbram um mundo equilibrado, ecologicamente correcto e sem agressões à natureza.
História da energia solar
Os primórdios da História da energia solar estão marcados pela serendipidade. O efeito fotovoltaico foi observado em 1839 pelo físico francês que observou pela primeira vez o paramagnetismo do oxigénio líquido, Alexandre Edmond Becquerel. Um muito jovem Becquerel conduzia experiências electroquímicas quando, por acaso, verificou que a exposição à luz de eléctrodos de platina ou de prata dava origem ao efeito fotovoltaico.
A serendipidade foi igualmente determinante na construção da primeira célula fotovoltaica. Nas palavras de Willoughby Smith numa carta a Latimer Clark datada de 4 de Fevereiro de 1873, a sua descoberta do efeito fotovoltaico no selénio foi um acidente inesperado:
Na sequência desta descoberta, Adams e o seu aluno Richard Day desenvolveram em 1877 o primeiro dispositivo sólido de fotoprodução de electricidade, um filme de selénio depositado num substrato de ferro em que um filme de ouro muito fino servia de contacto frontal. Este dispositivo apresentava uma eficiência de conversão de aproximadamente 0,5%.
Charles Fritts duplicou essa eficiência para cerca de 1% uns anos depois
construindo as primeiras verdadeiras células solares, construindo dispositivos assentes igualmente em selénio, primeiro com um filme muito fino de ouro e depois um sanduiche de selénio entre duas camadas muito finas de ouro e outro metal na primeira célula de área grande.
No entanto, não foram as propriedades fotovoltaicas do selénio que excitavam a imaginação da época mas sim a sua fotocondutividade, isto é, o facto de a corrente produzida ser proporcional à radiação incidente e dependente do comprimento de onda de uma forma que o tornava muito atraente como medir a intensidade da luz em fotografia. E de facto, estes dispositivos encontraram a sua primeira aplicação nos finais do século XIX pela mão do engenheiro alemão Werner Siemens (o fundador do império industrial homónimo) que os comercializou como fotómetros para máquinas fotográficas.
Embora tenha sido Russell Ohl quem inventou a primeira solar de silício, considera-se que a era moderna da energia solar teve início em 1954 quando Calvin Fuller, um químico dos Bell Laboratories em Murray Hill, New Jersey, nos Estados Unidos da América, desenvolveu o processo de dopagem do silício. Fuller partilhou a sua descoberta com o físico Gerald Pearson, seu colega nos Bell Labs e este, seguindo as instruções de Fuller, produziu uma junção p-n ou díodo mergulhando num banho de lítio uma barra de silício dopado com um elemento doador electrónico. Ao caracterizar electricamente a amostra, Pearson descobriu que esta exibia um comportamento fotovoltaico e partilhou a descoberta com ainda outro colega, Daryl Chapin, que tentava infrutiferamente arranjar uma alternativa para as baterias eléctricas que alimentavam redes telefónicas remotas.
As primeiras células fotovoltaicas assim produzidas tinham alguns problemas técnicos que foram superados pela química quando Fuller dopou silício primeiro com arsénio e depois com boro obtendo células que exibiam eficiências recorde de cerca de 6%.
A primeira célula solar foi formalmente apresentada na reunião anual da National Academy of Sciences, em Washington, e anunciada numa conferência de imprensa no dia 25 de Abril de 1954. No ano seguinte a célula de silício viu a sua primeira aplicação como fonte de alimentação de uma rede telefónica em Americus, na Geórgia.
A busca de sistemas alternativos de energia é uma constante, devido ao aumento do consumo e da dependência mundial sobre a geração de energia através de fontes não renováveis.
A energia solar é uma das fontes alternativas que pode suprir com grandes vantagens e determinadas necessidades, apesar de não ser uma solução total ou definitiva para o problema.
A energia captada do Sol é devidamente acondicionada para a sua utilização e é uma das tecnologias mais importantes para o desenvolvimento sustentável. A sua utilização é de altíssimo interesse para aqueles que vislumbram um mundo equilibrado, ecologicamente correcto e sem agressões à natureza.
História da energia solar
Os primórdios da História da energia solar estão marcados pela serendipidade. O efeito fotovoltaico foi observado em 1839 pelo físico francês que observou pela primeira vez o paramagnetismo do oxigénio líquido, Alexandre Edmond Becquerel. Um muito jovem Becquerel conduzia experiências electroquímicas quando, por acaso, verificou que a exposição à luz de eléctrodos de platina ou de prata dava origem ao efeito fotovoltaico.
A serendipidade foi igualmente determinante na construção da primeira célula fotovoltaica. Nas palavras de Willoughby Smith numa carta a Latimer Clark datada de 4 de Fevereiro de 1873, a sua descoberta do efeito fotovoltaico no selénio foi um acidente inesperado:
Na sequência desta descoberta, Adams e o seu aluno Richard Day desenvolveram em 1877 o primeiro dispositivo sólido de fotoprodução de electricidade, um filme de selénio depositado num substrato de ferro em que um filme de ouro muito fino servia de contacto frontal. Este dispositivo apresentava uma eficiência de conversão de aproximadamente 0,5%.
Charles Fritts duplicou essa eficiência para cerca de 1% uns anos depois
construindo as primeiras verdadeiras células solares, construindo dispositivos assentes igualmente em selénio, primeiro com um filme muito fino de ouro e depois um sanduiche de selénio entre duas camadas muito finas de ouro e outro metal na primeira célula de área grande.
No entanto, não foram as propriedades fotovoltaicas do selénio que excitavam a imaginação da época mas sim a sua fotocondutividade, isto é, o facto de a corrente produzida ser proporcional à radiação incidente e dependente do comprimento de onda de uma forma que o tornava muito atraente como medir a intensidade da luz em fotografia. E de facto, estes dispositivos encontraram a sua primeira aplicação nos finais do século XIX pela mão do engenheiro alemão Werner Siemens (o fundador do império industrial homónimo) que os comercializou como fotómetros para máquinas fotográficas.
Embora tenha sido Russell Ohl quem inventou a primeira solar de silício, considera-se que a era moderna da energia solar teve início em 1954 quando Calvin Fuller, um químico dos Bell Laboratories em Murray Hill, New Jersey, nos Estados Unidos da América, desenvolveu o processo de dopagem do silício. Fuller partilhou a sua descoberta com o físico Gerald Pearson, seu colega nos Bell Labs e este, seguindo as instruções de Fuller, produziu uma junção p-n ou díodo mergulhando num banho de lítio uma barra de silício dopado com um elemento doador electrónico. Ao caracterizar electricamente a amostra, Pearson descobriu que esta exibia um comportamento fotovoltaico e partilhou a descoberta com ainda outro colega, Daryl Chapin, que tentava infrutiferamente arranjar uma alternativa para as baterias eléctricas que alimentavam redes telefónicas remotas.
As primeiras células fotovoltaicas assim produzidas tinham alguns problemas técnicos que foram superados pela química quando Fuller dopou silício primeiro com arsénio e depois com boro obtendo células que exibiam eficiências recorde de cerca de 6%.
A primeira célula solar foi formalmente apresentada na reunião anual da National Academy of Sciences, em Washington, e anunciada numa conferência de imprensa no dia 25 de Abril de 1954. No ano seguinte a célula de silício viu a sua primeira aplicação como fonte de alimentação de uma rede telefónica em Americus, na Geórgia.
Energia hidrica
A energia hidráulica ou energia hídrica é a energia obtida a partir da energia potencial de uma massa de água. A forma na qual ela se manifesta na natureza é nos fluxos de água, como rios e lagos e pode ser aproveitada por meio de um desnível ou queda de agua. Pode ser convertida na forma de energia mecanica (rotação de um eixo) através de turbinas hidráulicasmoinhos de água. As turbinas por sua vez podem ser usadas como accionamento de um equipamento industrial, como um compressor, ou de um gerador eléctrico, com a finalidade de produzir energia elétrica para uma rede de energia.
A energia produzida pela água é calculada através de formulas matemáticas e a potencia hidraulica máxima que pode ser obtida através de um desnível pode ser calculada pelo produto:
P = ρQHg
Em unidades do sistema internacional (SI):
✔Potência(P) Watt (W)
✔Altura (H): m
✔Densidade(ρ): kg / m3
✔caudal (Q): m3 / s
✔Aceleração da gravidade(g):m / s2
✔ É necessário que haja um fluxo de água para que a energia seja gerada de
forma contínua no tempo.
Centrais hidroeléctricas
Nas centrais hidroeléctricas, através de turbinas hidráulicas, associadas a geradores e alternadores é possível converter energia hídrica em energia eléctrica (na maioria dos casos com um rendimento global superior a 90%).
As centrais hidroeléctricas podem ser, quanto ao tipo de aproveitamento, a fio de água e de albufeira e, quanto à localização, em exteriores ou em cavernas. Convém distinguir as grandes centrais hidroeléctricas das centrais hidroeléctricas de pequenas dimensões, as mini-hídricas que têm potências instaladas até cerca de 10KW. Uma mini-hídrica não é mais do que um "moinho de água" de maiores dimensões. A energia produzida numa mini-hídrica pode alimentar uma povoação, um complexo industrial, agrícola ou a rede nacional de distribuição de energia eléctrica.
A produção de energia nestas centrais só se verifica em cerca de ¾ do ano, pelo que se torna necessário recorrer a grandes centrais hídricas, ou térmicas. Desde que tomadas as devidas precauções é possível construir e operar centrais mini-hídricas com um impacto ambiental mínimo nos cursos de água assim, quanto mais energia for gerada menos será produzido em centrais térmicas, minimizando os impactos ambientais,
Embora a energia hidráulica dos cursos de água tenha constituído a primeira fonte natural utilizada pelo homem para a produção de energia em seu benefício, o seu desenvolvimento só se efectuou no início do século XX.
A produção média de energia, em Portugal, nas pequenas e grandes centrais hídricas representou nos últimos anos 6,1% do consumo total de energia primária e 48,6% de energia eléctrica disponível para consumo final. Portugal é, assim, o país da União Europeia com maior percentagem de energia eléctrica produzida por via hídrica. A energia hídrica é a energia proveniente do movimento das águas doces. Quando chove nas colinas e montanhas a água concentra-se em rios, ribeiras e correntes que se deslocam para o mar. A energia é produzida por meio do aproveitamento do potencial hidráulico existente nos rios, utilizando desníveis naturais, como quedas de água, ou artificiais como as barragens.
Esta forma de gerar electricidade é semelhante ao que se fazia antigamente nos moinhos de agua que moíam os cereais. A hidroenergia ou energia hídrica tem a energia solar como fonte de renovação. O ciclo dá-se através da evaporação da água dos rios, lagos, mares e oceanos, pela radiação solar directa e pelos ventos.
A energia produzida pela água é calculada através de formulas matemáticas e a potencia hidraulica máxima que pode ser obtida através de um desnível pode ser calculada pelo produto:
P = ρQHg
Em unidades do sistema internacional (SI):
✔Potência(P) Watt (W)
✔Altura (H): m
✔Densidade(ρ): kg / m3
✔caudal (Q): m3 / s
✔Aceleração da gravidade(g):m / s2
✔ É necessário que haja um fluxo de água para que a energia seja gerada de
forma contínua no tempo.
Centrais hidroeléctricas
Nas centrais hidroeléctricas, através de turbinas hidráulicas, associadas a geradores e alternadores é possível converter energia hídrica em energia eléctrica (na maioria dos casos com um rendimento global superior a 90%).
As centrais hidroeléctricas podem ser, quanto ao tipo de aproveitamento, a fio de água e de albufeira e, quanto à localização, em exteriores ou em cavernas. Convém distinguir as grandes centrais hidroeléctricas das centrais hidroeléctricas de pequenas dimensões, as mini-hídricas que têm potências instaladas até cerca de 10KW. Uma mini-hídrica não é mais do que um "moinho de água" de maiores dimensões. A energia produzida numa mini-hídrica pode alimentar uma povoação, um complexo industrial, agrícola ou a rede nacional de distribuição de energia eléctrica.
A produção de energia nestas centrais só se verifica em cerca de ¾ do ano, pelo que se torna necessário recorrer a grandes centrais hídricas, ou térmicas. Desde que tomadas as devidas precauções é possível construir e operar centrais mini-hídricas com um impacto ambiental mínimo nos cursos de água assim, quanto mais energia for gerada menos será produzido em centrais térmicas, minimizando os impactos ambientais,
Embora a energia hidráulica dos cursos de água tenha constituído a primeira fonte natural utilizada pelo homem para a produção de energia em seu benefício, o seu desenvolvimento só se efectuou no início do século XX.
A produção média de energia, em Portugal, nas pequenas e grandes centrais hídricas representou nos últimos anos 6,1% do consumo total de energia primária e 48,6% de energia eléctrica disponível para consumo final. Portugal é, assim, o país da União Europeia com maior percentagem de energia eléctrica produzida por via hídrica. A energia hídrica é a energia proveniente do movimento das águas doces. Quando chove nas colinas e montanhas a água concentra-se em rios, ribeiras e correntes que se deslocam para o mar. A energia é produzida por meio do aproveitamento do potencial hidráulico existente nos rios, utilizando desníveis naturais, como quedas de água, ou artificiais como as barragens.
Esta forma de gerar electricidade é semelhante ao que se fazia antigamente nos moinhos de agua que moíam os cereais. A hidroenergia ou energia hídrica tem a energia solar como fonte de renovação. O ciclo dá-se através da evaporação da água dos rios, lagos, mares e oceanos, pela radiação solar directa e pelos ventos.
Energia das ondas, dos oceanos e mares OU maremotriz
A energia das ondas, provém do aproveitamento das ondas oceânicas. É uma energia "limpa", isto é, sem quaisquer custos para o ambiente e sem libertação de gases poluentes.
As ondas do mar possuem energia cinética devido ao movimento da água e energia potencial devido à sua altura.O A energia eléctrica pode ser obtida se for utilizado o movimento oscilatório das ondas. O aproveitamento é realizado nos dois sentidos: na maré alta a água enche o reservatório, passando através da turbina, produzindo energia eléctrica, na maré baixa a água esvazia o reservatório, passando novamente através da turbina, agora em sentido contrário ao do enchimento, e produzindo energia eléctrica. Este sistema envolve a construção de uma barragem num local afectado pelas marés (por exemplo, um estuário ou um rio) que tem um mecanismo simples embora relativamente avançado.
A desvantagem de se utilizar este processo na obtenção de energia é que o fornecimento não é contínuo e apresenta baixo rendimento. Além disso, as instalações não podem interferir com a navegação e têm que ser robustas para poder resistir às tempestades mas ser suficientemente sensíveis para ser possível obter energia de ondas de amplitudes variáveis.
O aproveitamento energético das marés é obtido através de um reservatório formado junto ao mar, através da construção de uma barragem, contendo uma turbina e um gerador.A maioria das instalações de centrais de energia das ondas existentes é de potência reduzida, situando-se no alto mar ou junto à costa, para fornecimento de energia eléctrica a faróis isolados ou carregamento de baterias de bóias de sinalização.
A energia da deslocação das águas do mar é uma fonte de energia para a transformar são construídos diques que envolvem uma praia. Quando a maré enche a água entra e fica armazenada no dique; ao baixar a maré, a água sai pelo dique como em qualquer outra barragem.
Para que este sistema funcione bem são necessárias marés e correntes fortes. Tem que haver um aumento do nível da água de pelo menos 5,5 metros da maré baixa para a maré alta. Existem poucos sítios no mundo onde se verifique tamanha mudança nas marés.
Oceanos
Os oceanos podem ser uma fonte de energia para iluminar as nossas casas. Neste momento, o aproveitamento da energia dos mar é apenas experimental e raro.
A energia a partir dos mares obtêm-se atraves de três formas:
•As ondas;
•As marés;
•Deslocamento das águas e as diferenças de
temperatura dos oceanos
A energia das ondas
A energia cinética do movimento ondular pode ser usada para pôr uma turbina a funcionar para fornecimento de energia.
•A elevação da onda numa câmara de ar provoca a saída do ar lá contido; o movimento do ar pode fazer girar uma turbina. A energia mecânica da turbina é transformada em energia eléctrica através do gerador.
•Quando a onda se desfaz e a água recua o ar desloca-se em sentido contrário passando novamente pela turbina entrando na câmara por comportas especiais normalmente fechadas.
Esta é apenas uma das maneiras de retirar energia da ondas. Actualmente, utiliza-se o movimento de subida/descida da onda para dar potência a um êmbolo que se move para cima e para baixo num cilindro. O êmbolo pode por um gerador a funcionar.
Os sistemas para retirar energia das ondas são muito pequenos e apenas suficientes para iluminar uma casa ou algumas bóias de aviso por vezes colocadas no mar.
As ondas do mar possuem energia cinética devido ao movimento da água e energia potencial devido à sua altura.O A energia eléctrica pode ser obtida se for utilizado o movimento oscilatório das ondas. O aproveitamento é realizado nos dois sentidos: na maré alta a água enche o reservatório, passando através da turbina, produzindo energia eléctrica, na maré baixa a água esvazia o reservatório, passando novamente através da turbina, agora em sentido contrário ao do enchimento, e produzindo energia eléctrica. Este sistema envolve a construção de uma barragem num local afectado pelas marés (por exemplo, um estuário ou um rio) que tem um mecanismo simples embora relativamente avançado.
A desvantagem de se utilizar este processo na obtenção de energia é que o fornecimento não é contínuo e apresenta baixo rendimento. Além disso, as instalações não podem interferir com a navegação e têm que ser robustas para poder resistir às tempestades mas ser suficientemente sensíveis para ser possível obter energia de ondas de amplitudes variáveis.
O aproveitamento energético das marés é obtido através de um reservatório formado junto ao mar, através da construção de uma barragem, contendo uma turbina e um gerador.A maioria das instalações de centrais de energia das ondas existentes é de potência reduzida, situando-se no alto mar ou junto à costa, para fornecimento de energia eléctrica a faróis isolados ou carregamento de baterias de bóias de sinalização.
A energia da deslocação das águas do mar é uma fonte de energia para a transformar são construídos diques que envolvem uma praia. Quando a maré enche a água entra e fica armazenada no dique; ao baixar a maré, a água sai pelo dique como em qualquer outra barragem.
Para que este sistema funcione bem são necessárias marés e correntes fortes. Tem que haver um aumento do nível da água de pelo menos 5,5 metros da maré baixa para a maré alta. Existem poucos sítios no mundo onde se verifique tamanha mudança nas marés.
Oceanos
Os oceanos podem ser uma fonte de energia para iluminar as nossas casas. Neste momento, o aproveitamento da energia dos mar é apenas experimental e raro.
A energia a partir dos mares obtêm-se atraves de três formas:
•As ondas;
•As marés;
•Deslocamento das águas e as diferenças de
temperatura dos oceanos
A energia das ondas
A energia cinética do movimento ondular pode ser usada para pôr uma turbina a funcionar para fornecimento de energia.
•A elevação da onda numa câmara de ar provoca a saída do ar lá contido; o movimento do ar pode fazer girar uma turbina. A energia mecânica da turbina é transformada em energia eléctrica através do gerador.
•Quando a onda se desfaz e a água recua o ar desloca-se em sentido contrário passando novamente pela turbina entrando na câmara por comportas especiais normalmente fechadas.
Esta é apenas uma das maneiras de retirar energia da ondas. Actualmente, utiliza-se o movimento de subida/descida da onda para dar potência a um êmbolo que se move para cima e para baixo num cilindro. O êmbolo pode por um gerador a funcionar.
Os sistemas para retirar energia das ondas são muito pequenos e apenas suficientes para iluminar uma casa ou algumas bóias de aviso por vezes colocadas no mar.
Tecnologia
Nos processos geotérmicos existe uma transferência de energia por convecção tornando útil o calor produzido e contido no interior da terra. O aproveitamento também pode ser feito utilizando a tecnologia de injecção de água a partir da superfície em maciços rochosos quentes.
A utilização ideal da energia geotérmica é em cascata, a temperaturas
progressivamente mais baixas, até cerca dos 20ºC (Diagrama de Lindal).
Actualmente existe também a utilização de ciclos binários na produção de energia eléctrica e de bombas de calor (BCG) no caso de utilizações directas.
Vantagens
✔permitem poupar energia (75% de electricidade numa casa) uma vez que substituem ar condicionado e aquecedores eléctricos.
✔são muito flexíveis, uma vez que podem ser facilmente subdivididos ou expandidos para um melhor enquadramento, (e aproveitamento de
energia) num edifício, e isto, ficando relativamente barato.
✔libertam relativamente menos gases poluentes para a atmosfera que outras fontes de energia não renováveis, como indicam os seguintes dados:
Desvantagens
✔se não for usado em pequenas zonas onde o calor do interior da Terra vem á superfície através de géiseres e vulcões, então a perfuração dos solos
para a introdução de canos é dispendiosa.
✔os anti-gelificantes usados nas zonas mais frias são poluentes: apesar de terem uma baixa toxicidade, alguns produzem CFCs e HCFCs.
✔este sistema tem um custo inicial elevado, e a barata manutenção da
bomba de sucção de calor (que por estar situada no interior da Terra ou dentro de um edifício não está exposta ao mau tempo e a vandalismo), é contrabalançada pelo elevado custo de manutenção dos canos (onde a água causa corrosão e depósitos minerais).
A utilização ideal da energia geotérmica é em cascata, a temperaturas
progressivamente mais baixas, até cerca dos 20ºC (Diagrama de Lindal).
Actualmente existe também a utilização de ciclos binários na produção de energia eléctrica e de bombas de calor (BCG) no caso de utilizações directas.
Vantagens
✔permitem poupar energia (75% de electricidade numa casa) uma vez que substituem ar condicionado e aquecedores eléctricos.
✔são muito flexíveis, uma vez que podem ser facilmente subdivididos ou expandidos para um melhor enquadramento, (e aproveitamento de
energia) num edifício, e isto, ficando relativamente barato.
✔libertam relativamente menos gases poluentes para a atmosfera que outras fontes de energia não renováveis, como indicam os seguintes dados:
Desvantagens
✔se não for usado em pequenas zonas onde o calor do interior da Terra vem á superfície através de géiseres e vulcões, então a perfuração dos solos
para a introdução de canos é dispendiosa.
✔os anti-gelificantes usados nas zonas mais frias são poluentes: apesar de terem uma baixa toxicidade, alguns produzem CFCs e HCFCs.
✔este sistema tem um custo inicial elevado, e a barata manutenção da
bomba de sucção de calor (que por estar situada no interior da Terra ou dentro de um edifício não está exposta ao mau tempo e a vandalismo), é contrabalançada pelo elevado custo de manutenção dos canos (onde a água causa corrosão e depósitos minerais).
Rocha seca quente
Quando não existem gêiseres, e as condições são favoráveis, é possível
"estimular" o aquecimento d'água usando o calor do interior da Terra. Um experimento realizado em Los alamos, Califórnia, provou a possibilidade de execução deste tipo de usina. Em terreno propício, foram perfurados dois poços vizinhos, distantes 35 metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo que eles alcancem uma camada de rocha quente. Em um dos poços é injectada água, ela se aquece na rocha e é expelida pelo outro poço, onde há uma usina geotérmica instalada. O experimento de Los alamos é apenas um projecto piloto e não gera energia para uso comercial. A previsão de duração desse campo geotérmico é de dez anos.
Rocha húmida quente
Também é possível perfurar um poço para que ele alcance uma "caldeira" naturalmente formada — um depósito de água aquecido pelo calor terrestre. A partir daí, energia eléctrica é gerada como em todos os outros casos.
Vapor seco
Em casos raríssimos pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de “ vapor seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de electricidade. São encontradas fontes de vapor seco em Larderello, na Itália e em Cerro Prieto, no México.
Alta Temperatura
Este recurso está geralmente associado a áreas de actividade vulcânica, sísmica ou magmática. A estas temperaturas (T>150 ºC) é possível o aproveitamento para a produção de energia eléctrica.
Baixa Temperatura
Resultam geralmente da circulação de água de origem meteórica em falhas e fracturas e por água residente em rochas porosas a grande profundidade com temperaturas inferiores a 100ºC.
"estimular" o aquecimento d'água usando o calor do interior da Terra. Um experimento realizado em Los alamos, Califórnia, provou a possibilidade de execução deste tipo de usina. Em terreno propício, foram perfurados dois poços vizinhos, distantes 35 metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo que eles alcancem uma camada de rocha quente. Em um dos poços é injectada água, ela se aquece na rocha e é expelida pelo outro poço, onde há uma usina geotérmica instalada. O experimento de Los alamos é apenas um projecto piloto e não gera energia para uso comercial. A previsão de duração desse campo geotérmico é de dez anos.
Rocha húmida quente
Também é possível perfurar um poço para que ele alcance uma "caldeira" naturalmente formada — um depósito de água aquecido pelo calor terrestre. A partir daí, energia eléctrica é gerada como em todos os outros casos.
Vapor seco
Em casos raríssimos pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de “ vapor seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de electricidade. São encontradas fontes de vapor seco em Larderello, na Itália e em Cerro Prieto, no México.
Alta Temperatura
Este recurso está geralmente associado a áreas de actividade vulcânica, sísmica ou magmática. A estas temperaturas (T>150 ºC) é possível o aproveitamento para a produção de energia eléctrica.
Baixa Temperatura
Resultam geralmente da circulação de água de origem meteórica em falhas e fracturas e por água residente em rochas porosas a grande profundidade com temperaturas inferiores a 100ºC.
Energia geotérmica
A energia geotérmica é um tipo de energia que funciona graças à capacidade natural da Terra e da água subterrânea em reter calor, e consiste em transferir esse calor, num sistema composto de canos subterrâneos e de uma "bomba de sucção de calor", para aquecer ou arrefecer um edifício.
Devido a necessidade de se obter energia eléctrica de uma maneira mais limpa e em quantidades cada vez maiores, foi desenvolvido um modo de aproveitar esse calor para a geração de electricidade. Hoje a grande parte da energia eléctrica provém da queima de combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão mineral, métodos esses muito poluentes.
Devido a necessidade de se obter energia eléctrica de uma maneira mais limpa e em quantidades cada vez maiores, foi desenvolvido um modo de aproveitar esse calor para a geração de electricidade. Hoje a grande parte da energia eléctrica provém da queima de combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão mineral, métodos esses muito poluentes.
Tipos de sistemas eólicos
✔Sistemas isolados - São todos os sistemas que se encontram privados de energia eléctrica proveniente da rede pública. Estes sistemas armazenam a energia do aerogerador em baterias estacionárias, que permitem consumir energia nas temporadas em que não se verifique vento, evitando que a energia elétrica falhe quando o aerogerador pára.
✔Sistemas híbridos - São todos os sistemas que produzem energia eléctrica em simultâneo com outra fonte electroprodutora. Esta fonte poderá ser de origem fotovoltaica, de geradores eléctricos de diesel/bio-diesel, ou qualquer outra fonte eletro-produtora. Nestes sistemas temos o mesmo funcionamento que nos sistemas isolados, a única alteração é que o carregamento das baterias estacionárias é feito por mais do que um gerador.
✔Sistemas de injecção na rede - São todos os sistemas que inserem a energia produzida por eles mesmos na rede eléctrica pública. Neste caso, a maioria dos aerogeradores são os de alta tensão, só uma pequeníssima minoria da totalidade de aerogeradores instalados para este fim é deste tipo, pois a potência injectada na rede é muito menor que um aerogerador de alta tensão.
Vantagens
✔Baixo nível de manutenção dos aerogeradores
✔A energia eólica é renovável, limpa, amplamente distribuída globalmente, e, se utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis, auxilia na redução do efeito estufa.
Desvantagens
✔Nas proximidades dos parques eólicos é detectada poluição sonora, devido ao ruído produzido, o que condiciona a construção de parques e aerogeradores a determinados locais. Há também quem considere que sua silhueta afecta a paisagem. Tem sido estudada, recentemente, a hipótese da construção de parques eólicos sobre plataformas ancoradas no mar, não muito longe da costa, mas situadas de tal forma que não incidam de forma excessiva sobre a paisagem.
✔Os lugares mais apropriados para sua instalação coincidem com as rotas das aves migratórias, o que faz com que centenas de pássaros possam morrer ao chocar contra as suas hélices;
✔Os aerogeradores não podem ser instalados de forma rentável em qualquer área, já que requerem um tipo de vento constante mas não excessivamente forte.
✔Sistemas híbridos - São todos os sistemas que produzem energia eléctrica em simultâneo com outra fonte electroprodutora. Esta fonte poderá ser de origem fotovoltaica, de geradores eléctricos de diesel/bio-diesel, ou qualquer outra fonte eletro-produtora. Nestes sistemas temos o mesmo funcionamento que nos sistemas isolados, a única alteração é que o carregamento das baterias estacionárias é feito por mais do que um gerador.
✔Sistemas de injecção na rede - São todos os sistemas que inserem a energia produzida por eles mesmos na rede eléctrica pública. Neste caso, a maioria dos aerogeradores são os de alta tensão, só uma pequeníssima minoria da totalidade de aerogeradores instalados para este fim é deste tipo, pois a potência injectada na rede é muito menor que um aerogerador de alta tensão.
Vantagens
✔Baixo nível de manutenção dos aerogeradores
✔A energia eólica é renovável, limpa, amplamente distribuída globalmente, e, se utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis, auxilia na redução do efeito estufa.
Desvantagens
✔Nas proximidades dos parques eólicos é detectada poluição sonora, devido ao ruído produzido, o que condiciona a construção de parques e aerogeradores a determinados locais. Há também quem considere que sua silhueta afecta a paisagem. Tem sido estudada, recentemente, a hipótese da construção de parques eólicos sobre plataformas ancoradas no mar, não muito longe da costa, mas situadas de tal forma que não incidam de forma excessiva sobre a paisagem.
✔Os lugares mais apropriados para sua instalação coincidem com as rotas das aves migratórias, o que faz com que centenas de pássaros possam morrer ao chocar contra as suas hélices;
✔Os aerogeradores não podem ser instalados de forma rentável em qualquer área, já que requerem um tipo de vento constante mas não excessivamente forte.
Conversão em energia eléctrica
Um aerogerador é um dispositivo que aproveita a energia eólica e a converte em energia eléctrica. Um aerogerador é um gerador eléctrico integrado ao eixo de um cata vento cuja missão é converter energia eólica em energia eléctrica. Este tipo de gerador tem se popularizado rapidamente devido ao facto de a energia eólica ser um tipo de energia renovável diferente da queima de combustíveis fosseis. É também considerada uma "energia limpa" em relação ao meio ambiente, já que não requer uma combustão que produza
resíduos poluentes nem a destruição de recursos naturais. No entanto, a quantidade de energia produzida por este meio é ainda uma mínima parte da que se consome pelos países desenvolvidos. 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.
resíduos poluentes nem a destruição de recursos naturais. No entanto, a quantidade de energia produzida por este meio é ainda uma mínima parte da que se consome pelos países desenvolvidos. 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.
Conversão em energia mecânica
A energia eólica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas pás. Nos moinhos de vento a energia eólica era transformada em energia mecânica, utilizada na moagem de grãos ou para bombear água. Os moinhos foram usados para fabricação de farinhas e ainda para drenagem de canais, sobretudo nos Países Baixos.
Um pouco de história
A energia eólica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas pás. Nos moinhos de vento a energia eólica era transformada em energia mecânica, utilizada na moagem de grãos ou para bombear água. Os moinhos foram usados para fabricação de farinhas e ainda para drenagem de canais, sobretudo nos Países Baixos.
✔A energia cinética do vento 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.
✔A energia cinética do vento 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.
quarta-feira, 11 de agosto de 2010
Energia eólica
A energia eólica é a energia que provém do vento. O termoeólico vem do latimaeolicus, pertencente ou relativo a Éolo, deus dos ventos na mitologia grega e, portanto, pertencente ou relativo ao vento.
O vento pode ser considerado como o ar em movimento. Resulta do deslocamento de massas de ar, derivado dos efeitos das diferenças de pressão atmosférica entre duas regiões distintas e é influenciado por efeitos locais como a orografia e a rugosidade do solo.
Essas diferenças de pressão têm uma origem térmica, estando directamente relacionadas à radiação solar e os processos de aquecimento das massas de ar. Formam-se a partir de influências naturais: continentalidade, maritimidade, latitude, altitude e amplitude térmica.
Entre 1 a 2% da energia proveniente do sol (o sol irradia cerca de 174.423.000.000.000 kWh), é convertida em energia eólica, a qual é cerca de 50 a 100 vezes superior a energia convertida em
biomassa (0.011%), por todas as plantas da terra.
As regiões ao redor do Equador, latitude 0º, são aquecidas pelo sol mais do que as restantes zonas do globo. O ar quente é mais leve que o ar frio, pelo que sobe até uma altura aproximada de 10 km e estende-se para norte e para sul. Se a terra não girasse, o ar simplesmente chegaria ao Pólo Sul e ao Pólo Norte, para posteriormente descender e voltar ao Equador. Podemos classificar os ventos nos seguinte tipos:
- ventos globais;
- ventos de superfície;
- ventos locais.
O vento pode ser considerado como o ar em movimento. Resulta do deslocamento de massas de ar, derivado dos efeitos das diferenças de pressão atmosférica entre duas regiões distintas e é influenciado por efeitos locais como a orografia e a rugosidade do solo.
Essas diferenças de pressão têm uma origem térmica, estando directamente relacionadas à radiação solar e os processos de aquecimento das massas de ar. Formam-se a partir de influências naturais: continentalidade, maritimidade, latitude, altitude e amplitude térmica.
Entre 1 a 2% da energia proveniente do sol (o sol irradia cerca de 174.423.000.000.000 kWh), é convertida em energia eólica, a qual é cerca de 50 a 100 vezes superior a energia convertida em
biomassa (0.011%), por todas as plantas da terra.
As regiões ao redor do Equador, latitude 0º, são aquecidas pelo sol mais do que as restantes zonas do globo. O ar quente é mais leve que o ar frio, pelo que sobe até uma altura aproximada de 10 km e estende-se para norte e para sul. Se a terra não girasse, o ar simplesmente chegaria ao Pólo Sul e ao Pólo Norte, para posteriormente descender e voltar ao Equador. Podemos classificar os ventos nos seguinte tipos:
- ventos globais;
- ventos de superfície;
- ventos locais.
Impacto ambiental
A despeito das conveniências referidas, o uso da biomassa em larga escala também exige certos cuidados que devem ser lembrados, durante as décadas de 1980 e 1990 o desenvolvimento impetuoso da indústria do álcool em nosso país tornou isto evidente. Empreendimentos para a utilização de biomassa de forma ampla podem ter impactos ambientais inquietantes. O resultado poder ser destruição da fauna e da flora com extinção de certas espécies, contaminação do solo e mananciais de água por uso de adubos e outros meios de defesa manejados inadequadamente. Por isso, o respeito à biodiversidade e a preocupação ambiental devem reger todo e qualquer intento de utilização de biomassa.
Biomassa Sólida - Desvantagens
- Menor poder calorífico;
- Maior possibilidade de emissões de partículas para a atmosfera. Isto significa
maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos de redução de emissões de partículas (filtros, etc.)
- Dificuldades no stock e armazenamento.
- Maior possibilidade de emissões de partículas para a atmosfera. Isto significa
maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos de redução de emissões de partículas (filtros, etc.)
- Dificuldades no stock e armazenamento.
Biomassa Sólida - Vantagens
- Baixo custo de aquisição;
- Não emite dióxido de enxofre;
- As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de
combustíveis fósseis;
- Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos);
- Menor risco ambiental;
- Recurso renovável.
- Não emite dióxido de enxofre;
- As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de
combustíveis fósseis;
- Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos);
- Menor risco ambiental;
- Recurso renovável.
Produtos que se destacam da energia da biomassa
Biocombustíveis gasosos: biogás
Tem origem nos efluentes agro-pecuários, da agro-indústria e urbanos (lamas das estações de tratamento dos efluentes domésticos) e ainda nos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos).
Este resulta da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica contida nos resíduos anteriormente referidos e é constituído por uma mistura de metano (CH4) em percentagens que variam entre os 50% e os 70% sendo o restante essencialmente CO2.
A sua obtenção faz-se a partir da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica contida nos resíduos como efluentes agro-pecuários, da agro- indústria e urbanos, obtendo-se uma mistura gasosa de metano e dióxido de carbono (biogás), aproveitando o seu potencial energético através da queima para obtenção de energia térmica ou eléctrica.
Biocombustíveis líquidos
Os biocombustíveis (biodiesel, etanol, metanol) podem ser utilizados na substituição total ou parcial como combustíveis para veículos motorizados. No caso do biodiesel a sua utilização, com uma percentagem até 30%, é
possível em motores de Diesel convencionais, sem alterações ao motor. Podendo
ser utilizados com concentrações até 100% em motores especialmente
preparados para o efeito.
Biomassa sólida
Na recolha e transporte da biomassa são utilizadas diversas tecnologias mecanizadas dependendo da idade das árvores (2,5 ou 10 anos) ou do tamanho dos resíduos.
O seu armazenamento pode ser feito em pilhas curtas, pilhas longas,
paletes, postes.
As tecnologias de aproveitamento do potencial da biomassa sólida passam essencialmente pela queima em centrais térmicas com tecnologias como: de grelha fixa, móvel ou inclinada e de leito fluidizado (Liquefacção), ou centrais de cogeração para a produção de energia eléctrica e de água quente, ou ainda a queima directa (Combustão) em lareiras (lenha) para a produção directa de calor.
Combustão ou queima directa: Transformação da energia química do
combustível em calor por meio das reacções dos elementos constituintes dos combustíveis com oxigénio (o ar ou o oxigénio são fornecidos além da quantidade estequiométrica).
Liquefacção: Processo de produção de combustíveis líquidos por meio da
reacção da biomassa triturada em um meio líquido com monóxido de carbono em presença de um catalisador alcalino. (P=150-250 atm, T=300-350 ºC , t=10- 30 min ; obtém-se um líquido viscoso que pode ser utilizado como combustível em fornos).
Quanto à biomassa sólida, o processo de conversão ou aproveitamento de energia, passa primeiro pela recolha dos vários resíduos de que é composta, seguido do transporte para os locais de consumo, onde se faz o aproveitamento energético por combustão directa.
Tem origem nos efluentes agro-pecuários, da agro-indústria e urbanos (lamas das estações de tratamento dos efluentes domésticos) e ainda nos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos).
Este resulta da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica contida nos resíduos anteriormente referidos e é constituído por uma mistura de metano (CH4) em percentagens que variam entre os 50% e os 70% sendo o restante essencialmente CO2.
A sua obtenção faz-se a partir da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica contida nos resíduos como efluentes agro-pecuários, da agro- indústria e urbanos, obtendo-se uma mistura gasosa de metano e dióxido de carbono (biogás), aproveitando o seu potencial energético através da queima para obtenção de energia térmica ou eléctrica.
Biocombustíveis líquidos
Os biocombustíveis (biodiesel, etanol, metanol) podem ser utilizados na substituição total ou parcial como combustíveis para veículos motorizados. No caso do biodiesel a sua utilização, com uma percentagem até 30%, é
possível em motores de Diesel convencionais, sem alterações ao motor. Podendo
ser utilizados com concentrações até 100% em motores especialmente
preparados para o efeito.
Biomassa sólida
Na recolha e transporte da biomassa são utilizadas diversas tecnologias mecanizadas dependendo da idade das árvores (2,5 ou 10 anos) ou do tamanho dos resíduos.
O seu armazenamento pode ser feito em pilhas curtas, pilhas longas,
paletes, postes.
As tecnologias de aproveitamento do potencial da biomassa sólida passam essencialmente pela queima em centrais térmicas com tecnologias como: de grelha fixa, móvel ou inclinada e de leito fluidizado (Liquefacção), ou centrais de cogeração para a produção de energia eléctrica e de água quente, ou ainda a queima directa (Combustão) em lareiras (lenha) para a produção directa de calor.
Combustão ou queima directa: Transformação da energia química do
combustível em calor por meio das reacções dos elementos constituintes dos combustíveis com oxigénio (o ar ou o oxigénio são fornecidos além da quantidade estequiométrica).
Liquefacção: Processo de produção de combustíveis líquidos por meio da
reacção da biomassa triturada em um meio líquido com monóxido de carbono em presença de um catalisador alcalino. (P=150-250 atm, T=300-350 ºC , t=10- 30 min ; obtém-se um líquido viscoso que pode ser utilizado como combustível em fornos).
Quanto à biomassa sólida, o processo de conversão ou aproveitamento de energia, passa primeiro pela recolha dos vários resíduos de que é composta, seguido do transporte para os locais de consumo, onde se faz o aproveitamento energético por combustão directa.
Principais formas aproveitáveis da biomassa no estado bruto
•Madeira
•Produtos e resíduos agrícolas
•Resíduos florestais
•Resíduos pecuários
•Lixo
Algumas formas de obtenção de derivados
•Prensagem de resíduos: produção de briquetes
•Pirólise parcial: produção de carvão vegetal
•Gaseificação por pirólise: produção de gás pobre
•Fermentação anaeróbica: produção de biogás
•Fermentação enzimática e destilação: produção de álcool
•Processos compostos: produção de óleos vegetais
•Produtos e resíduos agrícolas
•Resíduos florestais
•Resíduos pecuários
•Lixo
Algumas formas de obtenção de derivados
•Prensagem de resíduos: produção de briquetes
•Pirólise parcial: produção de carvão vegetal
•Gaseificação por pirólise: produção de gás pobre
•Fermentação anaeróbica: produção de biogás
•Fermentação enzimática e destilação: produção de álcool
•Processos compostos: produção de óleos vegetais
Ciclo de vida da biomassa
A matéria orgânica produzida pelas plantas através da fotossíntese - processo que utiliza a radiação solar como fonte energética. Graças a grande cadeia alimentar, onde a base primária são os vegetais, essa energia é repassada para os animais, directamente para os herbívoros e destes para os carnívoros primários e secundários.
Plantas, animais e seus derivados são biomassa. A sua utilização como combustível pode ser feita na sua forma bruta ou através de seus derivados. Madeira, produtos e resíduos agrícolas, resíduos florestais, excrementos animais, carvão vegetal, álcool, óleos animais, óleos vegetais, gás pobre, biogás são formas de biomassa utilizadas como combustível.
A renovação da biomassa dá-se através do chamado ciclo do carbono. A decomposição ou a queima da matéria orgânica ou de seus derivados provoca a liberação de CO2 (dióxido de carbono) na atmosfera. As plantas, através da fotossíntese, transformam o CO2 e água nos hidratos de carbono, que compõe sua massa viva, liberando oxigénio. Desta forma a utilização da biomassa, desde que não seja de maneira predatória, não altera a composição média da atmosfera ao longo do tempo.
Plantas, animais e seus derivados são biomassa. A sua utilização como combustível pode ser feita na sua forma bruta ou através de seus derivados. Madeira, produtos e resíduos agrícolas, resíduos florestais, excrementos animais, carvão vegetal, álcool, óleos animais, óleos vegetais, gás pobre, biogás são formas de biomassa utilizadas como combustível.
A renovação da biomassa dá-se através do chamado ciclo do carbono. A decomposição ou a queima da matéria orgânica ou de seus derivados provoca a liberação de CO2 (dióxido de carbono) na atmosfera. As plantas, através da fotossíntese, transformam o CO2 e água nos hidratos de carbono, que compõe sua massa viva, liberando oxigénio. Desta forma a utilização da biomassa, desde que não seja de maneira predatória, não altera a composição média da atmosfera ao longo do tempo.
Energia da biomassa - Origem
Para obtenção das mais variadas fontes de energia, a biomassa pode ser utilizada de maneira vasta, directa ou indirectamente. O menor percentual de poluição atmosférica global e localizado, a estabilidade do ciclo do carbono e o maior emprego de mão-de-obra, podem ser mencionados como alguns dos benefícios de sua utilização.
Igualmente, em relação a outras formas de energias renováveis, a biomassa, como energia química, tem posição de destaque devido à alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, câmbio e transporte. A semelhança entre os motores e sistemas de produção de energia de biomassa e de energia fóssil é outra vantagem, dessa forma a substituição não teria um efeito tão importante, nem na indústria de produção de equipamentos, nem nas bases instituídas para transporte e fabricação de energia eléctrica.
A lenha é muito utilizada para produção de energia por biomassa. A
grande desvantagem é a desflorestação.
Igualmente, em relação a outras formas de energias renováveis, a biomassa, como energia química, tem posição de destaque devido à alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, câmbio e transporte. A semelhança entre os motores e sistemas de produção de energia de biomassa e de energia fóssil é outra vantagem, dessa forma a substituição não teria um efeito tão importante, nem na indústria de produção de equipamentos, nem nas bases instituídas para transporte e fabricação de energia eléctrica.
A lenha é muito utilizada para produção de energia por biomassa. A
grande desvantagem é a desflorestação.
Energia da biomassa - Um pouco de história
Um dos primeiros empregos da biomassa pelo ser humano para adquirir energia teve início com a utilização do fogo como fonte de calor e luz. O domínio desse recurso natural trouxe ao homem a possibilidade de exploração dos minerais, minérios e metais, marcando novo período antropológico. A madeira do mesmo modo foi por um longo período de tempo a principal fonte energética, com ela a cocção, a siderurgia e a cerâmica foram empreendidas. Óleos de fontes diversas eram utilizados em menor escala. O grande salto da biomassa deu-se com o advento da lenha na siderurgia, no período da Revolução Industrial.
Nos anos que compreenderam o século XIX, com a revelação da tecnologia a vapor, a biomassa passou a ter papel primordial também para obtenção de energia mecânica com aplicações em sectores na indústria e nos transportes. A despeito do início da exploração dos combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o petróleo, a lenha continuou desempenhando importante papel energético, principalmente nos países tropicais.
Durante os colapsos de fornecimento de petróleo que ocorreram durante a década de 1970, essa importância se tornou evidente pela ampla utilização de artigos procedentes da biomassa como álcool, gás de madeira, biogás e óleos vegetais nos motores de combustão interna. Não obstante, os motores de combustão interna foram primeiramente testados com derivados de biomassa, sendo praticamente unânime a declaração de que os combustíveis fósseis só obtiveram primazia por factores económicos, como oferta e procura, nunca por questões técnicas de adequação.
Nos anos que compreenderam o século XIX, com a revelação da tecnologia a vapor, a biomassa passou a ter papel primordial também para obtenção de energia mecânica com aplicações em sectores na indústria e nos transportes. A despeito do início da exploração dos combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o petróleo, a lenha continuou desempenhando importante papel energético, principalmente nos países tropicais.
Durante os colapsos de fornecimento de petróleo que ocorreram durante a década de 1970, essa importância se tornou evidente pela ampla utilização de artigos procedentes da biomassa como álcool, gás de madeira, biogás e óleos vegetais nos motores de combustão interna. Não obstante, os motores de combustão interna foram primeiramente testados com derivados de biomassa, sendo praticamente unânime a declaração de que os combustíveis fósseis só obtiveram primazia por factores económicos, como oferta e procura, nunca por questões técnicas de adequação.
Energia da biomassa
Do ponto de vista da geração de energia, o termo biomassa abrange os derivados recentes de organismos vivos utilizados como combustíveis ou para a sua produção. Do ponto de vista da ecologia, biomassa é a quantidade total de matéria viva existente num ecossistema ou numa população animal ou vegetal. Os dois conceitos estão, portanto, interligados, embora sejam diferentes.
Na definição de biomassa para a geração de energia excluem-se os tradicionais combustíveis fósseis, embora estes também sejam derivados da vida vegetal (carvão mineral) ou animal (petróleo e gás natural), mas são resultado de várias transformações que requerem milhões de anos para acontecerem. A biomassa pode considerar-se um recurso natural renovável, enquanto os combustíveis fósseis não se renovam a curto prazo.
A biomassa é utilizada na produção de energia a partir de processos como a combustão de material orgânico produzida e acumulada em um ecossistema, porém nem toda a produção primária passa a incrementar a biomassa vegetal do ecossistema. Parte dessa energia acumulada é empregada pelo ecossistema para sua própria manutenção. Suas vantagens são o baixo custo, é renovável, permite o reaproveitamento de resíduos e é menos poluente que outras formas de energias como aquela obtida a partir de combustíveis fósseis.
A queima de biomassa provoca a liberação de dióxido de carbono na atmosfera, mas como este composto havia sido previamente absorvido pelas plantas que deram origem ao combustível, o balanço de emissões de CO2 é nulo A Biomassa é a massa total de organismos vivos numa dada área. Esta massa constitui uma importante reserva de energia, pois é constituída essencialmente por hidratos de carbono. Dentro da biomassa, podemos distinguir algumas fontes de energia com potencial energético considerável tais como: a madeira (e seus resíduos), os resíduos agrícolas, os resíduos municipais sólidos, os resíduos dos animais, os resíduos da produção alimentar, as plantas aquáticas, e as algas.
Na definição de biomassa para a geração de energia excluem-se os tradicionais combustíveis fósseis, embora estes também sejam derivados da vida vegetal (carvão mineral) ou animal (petróleo e gás natural), mas são resultado de várias transformações que requerem milhões de anos para acontecerem. A biomassa pode considerar-se um recurso natural renovável, enquanto os combustíveis fósseis não se renovam a curto prazo.
A biomassa é utilizada na produção de energia a partir de processos como a combustão de material orgânico produzida e acumulada em um ecossistema, porém nem toda a produção primária passa a incrementar a biomassa vegetal do ecossistema. Parte dessa energia acumulada é empregada pelo ecossistema para sua própria manutenção. Suas vantagens são o baixo custo, é renovável, permite o reaproveitamento de resíduos e é menos poluente que outras formas de energias como aquela obtida a partir de combustíveis fósseis.
A queima de biomassa provoca a liberação de dióxido de carbono na atmosfera, mas como este composto havia sido previamente absorvido pelas plantas que deram origem ao combustível, o balanço de emissões de CO2 é nulo A Biomassa é a massa total de organismos vivos numa dada área. Esta massa constitui uma importante reserva de energia, pois é constituída essencialmente por hidratos de carbono. Dentro da biomassa, podemos distinguir algumas fontes de energia com potencial energético considerável tais como: a madeira (e seus resíduos), os resíduos agrícolas, os resíduos municipais sólidos, os resíduos dos animais, os resíduos da produção alimentar, as plantas aquáticas, e as algas.
Usos Potenciais do Hidrogénio
Os sectores de transporte, industrial e residencial nos Estados Unidos têm utilizado o hidrogénio há muitos anos. No início do século XIX muitas pessoas utilizaram um combustível denominado "gás da cidade", que era uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. Muitos países, incluindo o Brasil e a Alemanha, continuam distribuindo este combustível. Aeronaves (dirigíveis e balões) usam hidrogênio para transporte. Actualmente, algumas indústrias utilizam hidrogénio para refinar petróleo, e para produzir amônia e metanol. As naves espaciais utilizam hidrogénio como combustível para os foguetes.
Com pesquisas futuras, o hidrogénio poderá fornecer eletricidade e combustível para os sectores residencial, comercial, industrial e de transporte, criando uma nova economia energética.
Quando armazenado adequadamente, o hidrogénio combustível pode ser queimado tanto no estado gasoso quanto no líquido. Os motores de veículos e os fornos industriais podem facilmente ser convertidos para utilizar hidrogênio como combustível.
Desde a década de 1950, o hidrogénio abastece alguns aviões. Fabricantes de automóveis desenvolveram carros movidos a hidrogénio. A queima de hidrogénio é 50% mais eficiente que a da gasolina e gera menos poluição ambiental. O hidrogénio apresenta uma maior velocidade de combustão, limites mais altos de inflamabilidade, temperaturas de detonação mais altas, queima mais quente e necessita de menor energia de ignição que a gasolina. Isto quer dizer que o hidrogénio queima mais rapidamente, mas traz consigo os perigos de pré-ignição e flashback.
Apesar de o hidrogénio apresentar suas vantagens como combustível para veículos, ainda tem um longo caminho de desenvolvimento a percorrer antes de poder ser utilizado como um substituto para a gasolina.
As células de energia utilizam um tipo de tecnologia que usam o hidrogénio para produzir energia útil. Nestas células, o processo de eletrólise é revertido para combinar o hidrogénio e o oxigénio através de um processo eletroquímico, que produz eletricidade, calor e água. O Programa Espacial dos Estados Unidos tem utilizado as células de energia para fornecer eletricidade às cápsulas espaciais há décadas. Células de energia capazes de fornecer eletricidade para mover os motores de automóveis e autocarros têm sido desenvolvidas. Muitas companhias estão a desenvolver células de energia para usinas estacionárias.
Uma célula de energia funciona como uma bateria que nunca pára de funcionar e não precisa de recarga. Ela irá produzir eletricidade e calor sempre que um combustível (no caso, o hidrogénio) for fornecido. Uma célula de energia consiste de dois eletrodos - um negativo (ânodo) e um positivo (cátodo) - imersos em um eletrólito. O hidrogénio é inserido na célula pelo ânodo, e o oxigénio pelo cátodo. Activados por um catalisador, os átomos de hidrogénio separam-se em protões e eléctrões, que tomam caminhos diferentes no cátodo. Os electrões saem por um circuito externo, gerando eletricidade. Os protões migram através do eletrólito ao cátodo, onde se reunem com o oxigénio e os electrões para gerar água e calor. As células de energia podem ser utilizadas para mover os motores de veículos ou para fornecer eletricidade e calor às edificações.
O hidrogénio pode ser considerado como uma forma de armazenar energia produzida de fontes renováveis como a solar, eólica, hídrica, geotérmica o biológica. Por exemplo, quando o sol estiver a por, sistemas fotovoltaicos podem fornecer a eletricidade necessária para produzir o hidrogénio por eletrólise. O hidrogénio pode então ser armazenado e queimado como um combustível, ou para funcionar como uma célula de energia para gerar eletricidade à noite ou em tempo nebulado.
Com pesquisas futuras, o hidrogénio poderá fornecer eletricidade e combustível para os sectores residencial, comercial, industrial e de transporte, criando uma nova economia energética.
Quando armazenado adequadamente, o hidrogénio combustível pode ser queimado tanto no estado gasoso quanto no líquido. Os motores de veículos e os fornos industriais podem facilmente ser convertidos para utilizar hidrogênio como combustível.
Desde a década de 1950, o hidrogénio abastece alguns aviões. Fabricantes de automóveis desenvolveram carros movidos a hidrogénio. A queima de hidrogénio é 50% mais eficiente que a da gasolina e gera menos poluição ambiental. O hidrogénio apresenta uma maior velocidade de combustão, limites mais altos de inflamabilidade, temperaturas de detonação mais altas, queima mais quente e necessita de menor energia de ignição que a gasolina. Isto quer dizer que o hidrogénio queima mais rapidamente, mas traz consigo os perigos de pré-ignição e flashback.
Apesar de o hidrogénio apresentar suas vantagens como combustível para veículos, ainda tem um longo caminho de desenvolvimento a percorrer antes de poder ser utilizado como um substituto para a gasolina.
As células de energia utilizam um tipo de tecnologia que usam o hidrogénio para produzir energia útil. Nestas células, o processo de eletrólise é revertido para combinar o hidrogénio e o oxigénio através de um processo eletroquímico, que produz eletricidade, calor e água. O Programa Espacial dos Estados Unidos tem utilizado as células de energia para fornecer eletricidade às cápsulas espaciais há décadas. Células de energia capazes de fornecer eletricidade para mover os motores de automóveis e autocarros têm sido desenvolvidas. Muitas companhias estão a desenvolver células de energia para usinas estacionárias.
Uma célula de energia funciona como uma bateria que nunca pára de funcionar e não precisa de recarga. Ela irá produzir eletricidade e calor sempre que um combustível (no caso, o hidrogénio) for fornecido. Uma célula de energia consiste de dois eletrodos - um negativo (ânodo) e um positivo (cátodo) - imersos em um eletrólito. O hidrogénio é inserido na célula pelo ânodo, e o oxigénio pelo cátodo. Activados por um catalisador, os átomos de hidrogénio separam-se em protões e eléctrões, que tomam caminhos diferentes no cátodo. Os electrões saem por um circuito externo, gerando eletricidade. Os protões migram através do eletrólito ao cátodo, onde se reunem com o oxigénio e os electrões para gerar água e calor. As células de energia podem ser utilizadas para mover os motores de veículos ou para fornecer eletricidade e calor às edificações.
O hidrogénio pode ser considerado como uma forma de armazenar energia produzida de fontes renováveis como a solar, eólica, hídrica, geotérmica o biológica. Por exemplo, quando o sol estiver a por, sistemas fotovoltaicos podem fornecer a eletricidade necessária para produzir o hidrogénio por eletrólise. O hidrogénio pode então ser armazenado e queimado como um combustível, ou para funcionar como uma célula de energia para gerar eletricidade à noite ou em tempo nebulado.
Energias renováveis e não renováveis -Produção de Hidrogénio
O hidrogênio ligado em compostos orgânicos e na água constitui 70% da superfície terrestre. A quebra destas ligações na água permite produzir hidrogênio e então utiliza-lo como combustível.
Existem muitos processos que podem ser utilizados para quebrar estas ligações. A seguir estão descritos alguns métodos para a produção de hidrogénio e que ou estão actualmente em uso ou sob pesquisa e desenvolvimento.
A maior parte do hidrogênio produzido no mundo (principalmente nos Estados Unidos) em escala industrial é pelo processo de reforma de vapor, ou como um subproduto do refino de petróleo e produção de compostos químicos. A reforma de vapor utiliza energia térmica para separar o hidrogénio do carbono no metano ou metanol, e envolve a reação destes combustíveis com vapor em superfícies catalíticas. O primeiro passo da reação decompõe o combustível em água e monóxido de carbono (CO). Então, uma reação posterior transforma o monóxido de carbono e a água em dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2). Estas reações ocorrem sob temperaturas de 200ºC ou maiores.
Outro modo de produzir hidrogénio é por eletrólise, onde os elementos da água, o hidrogénio e o oxigénio, são separados pela passagem de uma corrente elétrica. A adição de um eletrólito como um sal aumenta a condutividade da água e melhora a eficiência do processo. A carga elétrica quebra a ligação química entre os átomos de hidrogénio e o de oxigénio e separa os componentes atômicos, criando partículas carregadas (íons). Os íons formam-se em dois pólos: o anodo, polarizado positivamente, e o catodo, polarizado negativamente. O hidrogénio concentra-se no cátodo e o anodo atrai o oxigênio. Uma voltagem de 1,24V é necessária para separar os átomos de oxigénio e de hidrogénio em água pura a uma temperatura de 25ºC e uma pressão de 1,03kg/cm2. Esta tensão varia conforme a pressão ou a temperatura são alteradas.
A menor quantidade de eletricidade necessária para eletrolisar um mol de água é de 65,3Watts-hora (a 25ºC). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0,14kilowatts-hora (kWh) de energia elétrica (ou 4,8kWh por metro cúbico).
Fontes renováveis de energia podem produzir eletricidade por eletrólise. Por exemplo, o Centro de Pesquisas em Energia da Humboldt State Universityprojetou e construiu um sistema solar de hidrogênio auto-suficiente. O sistema usa um arranjo fotovoltaico de 9,2kilowatts (kW) para fornecer energia a um compressor que faz a aeração dos tanques de peixes. A energia não utilizada para movimentar o compressor aciona um eletrolisador bipolar alcalino de 7,2kW. O eletrolisador pode produzir 53 pés cúbicos padrões de hidrogénio por hora (25 litros por minuto). A unidade está operando sem supervisão desde 1993. Quando o arranjo fotovoltaico não fornece energia suficiente, o hidrogénio fornece combustível para uma célula de combustível por membrana de troca fotônica de 1,5kW para fornecer a energia necessária aos compressores.
A eletrólise de vapor é uma variação do processo convencional de eletrólise. Uma parte da energia necessária para decompor a água é adicionada na forma de calor ao invés de eletricidade, tornando o processo mais eficiente que a eletrólise convencional. A 2500ºC a água se
decompõe em hidrogénio e oxigénio. Este calor pode ser fornecido por um dispositivo de concentração de energia solar. O problema neste processo é impedir a recombinação do hidrogénio e do oxigénio sob as altas temperaturas utilizadas no processo.
A decomposição termoquímica da água utiliza produtos químicos como o brometo ou o iodeto, assistidos pelo calor. Esta combinação provoca a decomposição da molécula de água. Este processo possui várias etapas - usualmente três - para atingir o processo inteiro.
Processos foto eletroquímicos utilizam dois tipos de sistemas eletroquímicos para produzir hidrogénio. Um utiliza complexos metálicos hidrossolúveis como catalisadores, enquanto que o outro utiliza superfícies semicondutoras. Quando o complexo metálico se dissolve, absorve energia solar e produz uma carga elétrica que inicia a reação de decomposição da água. Este processo imita a fotossíntese. O outro método utiliza eletrodos semicondutores em uma célula fotoquímica para converter a energia eletromagnética em química. A superfície semicondutora possui duas funções: absorver a energia solar e agir como um eletrodo. A corrosão induzida pela luz limita o tempo de vida útil do semicondutor.
Existem muitos processos que podem ser utilizados para quebrar estas ligações. A seguir estão descritos alguns métodos para a produção de hidrogénio e que ou estão actualmente em uso ou sob pesquisa e desenvolvimento.
A maior parte do hidrogênio produzido no mundo (principalmente nos Estados Unidos) em escala industrial é pelo processo de reforma de vapor, ou como um subproduto do refino de petróleo e produção de compostos químicos. A reforma de vapor utiliza energia térmica para separar o hidrogénio do carbono no metano ou metanol, e envolve a reação destes combustíveis com vapor em superfícies catalíticas. O primeiro passo da reação decompõe o combustível em água e monóxido de carbono (CO). Então, uma reação posterior transforma o monóxido de carbono e a água em dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2). Estas reações ocorrem sob temperaturas de 200ºC ou maiores.
Outro modo de produzir hidrogénio é por eletrólise, onde os elementos da água, o hidrogénio e o oxigénio, são separados pela passagem de uma corrente elétrica. A adição de um eletrólito como um sal aumenta a condutividade da água e melhora a eficiência do processo. A carga elétrica quebra a ligação química entre os átomos de hidrogénio e o de oxigénio e separa os componentes atômicos, criando partículas carregadas (íons). Os íons formam-se em dois pólos: o anodo, polarizado positivamente, e o catodo, polarizado negativamente. O hidrogénio concentra-se no cátodo e o anodo atrai o oxigênio. Uma voltagem de 1,24V é necessária para separar os átomos de oxigénio e de hidrogénio em água pura a uma temperatura de 25ºC e uma pressão de 1,03kg/cm2. Esta tensão varia conforme a pressão ou a temperatura são alteradas.
A menor quantidade de eletricidade necessária para eletrolisar um mol de água é de 65,3Watts-hora (a 25ºC). A produção de um metro cúbico de hidrogênio requer 0,14kilowatts-hora (kWh) de energia elétrica (ou 4,8kWh por metro cúbico).
Fontes renováveis de energia podem produzir eletricidade por eletrólise. Por exemplo, o Centro de Pesquisas em Energia da Humboldt State Universityprojetou e construiu um sistema solar de hidrogênio auto-suficiente. O sistema usa um arranjo fotovoltaico de 9,2kilowatts (kW) para fornecer energia a um compressor que faz a aeração dos tanques de peixes. A energia não utilizada para movimentar o compressor aciona um eletrolisador bipolar alcalino de 7,2kW. O eletrolisador pode produzir 53 pés cúbicos padrões de hidrogénio por hora (25 litros por minuto). A unidade está operando sem supervisão desde 1993. Quando o arranjo fotovoltaico não fornece energia suficiente, o hidrogénio fornece combustível para uma célula de combustível por membrana de troca fotônica de 1,5kW para fornecer a energia necessária aos compressores.
A eletrólise de vapor é uma variação do processo convencional de eletrólise. Uma parte da energia necessária para decompor a água é adicionada na forma de calor ao invés de eletricidade, tornando o processo mais eficiente que a eletrólise convencional. A 2500ºC a água se
decompõe em hidrogénio e oxigénio. Este calor pode ser fornecido por um dispositivo de concentração de energia solar. O problema neste processo é impedir a recombinação do hidrogénio e do oxigénio sob as altas temperaturas utilizadas no processo.
A decomposição termoquímica da água utiliza produtos químicos como o brometo ou o iodeto, assistidos pelo calor. Esta combinação provoca a decomposição da molécula de água. Este processo possui várias etapas - usualmente três - para atingir o processo inteiro.
Processos foto eletroquímicos utilizam dois tipos de sistemas eletroquímicos para produzir hidrogénio. Um utiliza complexos metálicos hidrossolúveis como catalisadores, enquanto que o outro utiliza superfícies semicondutoras. Quando o complexo metálico se dissolve, absorve energia solar e produz uma carga elétrica que inicia a reação de decomposição da água. Este processo imita a fotossíntese. O outro método utiliza eletrodos semicondutores em uma célula fotoquímica para converter a energia eletromagnética em química. A superfície semicondutora possui duas funções: absorver a energia solar e agir como um eletrodo. A corrosão induzida pela luz limita o tempo de vida útil do semicondutor.
Energias renováveis
Energia do hidrogénio
Composição do Hidrogênio
O hidrogênio é o mais simples e mais comum elemento do universo. Possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido - 52.000 BTU - British Thermal Units (Unidades Térmicas Britânicas) por libra (ou
120,7kJ por grama). Além disso, quando fica no estado líquido, este combustível de baixo peso molecular ocupa um espaço equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso. Esta é uma das razões pelas quais o hidrogênio é utilizado como combustível para propulsão de foguetes e cápsulas espaciais, que requerem combustíveis de baixo peso, compactos e com grande capacidade de armazenamento de energia.
No estado natural e sob condições normais, o hidrogénio é um gás incolor, inodoro e insípido. O hidrogénio molecular (H2) existe como dois átomos ligados pelo compartilhamento de elétrons - ligação covalente. Cada átomo é composto por um próton e um elétron. Alguns cientistas acreditam que este elemento dá origem a todos os demais por processos de fusão nuclear. O hidrogénio normalmente existe combinado com outros elementos, como o oxigénio na água, o carbono no metano, e na maioria dos compostos orgânicos. Como é quimicamente muito activo, raramente permanece sozinho como um único elemento.
Quando queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Quando queimado com ar, constituído por cerca de 68% de nitrogênio, alguns óxidos de nitrogênio (NOX) são formados. Ainda assim, a queima de hidrogênio produz menos poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis.
Composição do Hidrogênio
O hidrogênio é o mais simples e mais comum elemento do universo. Possui a maior quantidade de energia por unidade de massa que qualquer outro combustível conhecido - 52.000 BTU - British Thermal Units (Unidades Térmicas Britânicas) por libra (ou
120,7kJ por grama). Além disso, quando fica no estado líquido, este combustível de baixo peso molecular ocupa um espaço equivalente a 1/700 daquele que ocuparia no estado gasoso. Esta é uma das razões pelas quais o hidrogênio é utilizado como combustível para propulsão de foguetes e cápsulas espaciais, que requerem combustíveis de baixo peso, compactos e com grande capacidade de armazenamento de energia.
No estado natural e sob condições normais, o hidrogénio é um gás incolor, inodoro e insípido. O hidrogénio molecular (H2) existe como dois átomos ligados pelo compartilhamento de elétrons - ligação covalente. Cada átomo é composto por um próton e um elétron. Alguns cientistas acreditam que este elemento dá origem a todos os demais por processos de fusão nuclear. O hidrogénio normalmente existe combinado com outros elementos, como o oxigénio na água, o carbono no metano, e na maioria dos compostos orgânicos. Como é quimicamente muito activo, raramente permanece sozinho como um único elemento.
Quando queimado com oxigênio puro, os únicos produtos são calor e água. Quando queimado com ar, constituído por cerca de 68% de nitrogênio, alguns óxidos de nitrogênio (NOX) são formados. Ainda assim, a queima de hidrogênio produz menos poluentes atmosféricos que os combustíveis fósseis.
Impacto ambiental
As consequências ambientais do processo de industrialização e do inerente e progressivo consumo de combustíveis fósseis - leia-se energia -, destaca-se o aumento da contaminação do ar por gases e material, provenientes justamente da queima destes combustíveis, gerando uma série de impactos locais sobre a saúde humana. Outros gases causam impactos em regiões diferentes dos pontos a partir dos quais são emitidos, como é o caso da chuva ácida.
A mudança global do clima é um outro problema ambiental, porém bastante mais complexo e que traz consequências possivelmente catastróficas. Este problema vem sendo causado pela intensificação do efeito estufa que, por sua vez, está relacionada ao aumento da concentração, na atmosfera da Terra, de gases que possuem características específicas. Estes gases permitem a entrada da luz solar, mas impedem que parte do calor no qual a luz se transforma volte para o espaço. Este processo de aprisionamento do calor é análogo ao que ocorre em uma estufa - daí o nome atribuído a esse fenómeno e também aos gases que possuem essa propriedade de aprisionamento parcial de calor, chamados de
Energias renováveis e não renováveis
gases do efeito estufa (GEE), dentre os quais destaca-se o dióxido de carbono
(CO2).É importante notar que o dióxido de carbono, bem como os outros GEE
em geral (vapor d'água, por exemplo), não causam, em absoluto, nenhum dano à saúde e não "sujam" o meio ambiente. Seria incorreto classificar estes gases como poluentes -, já que os mesmos não possuem as duas características básicas de um poluente segundo a definição tradicional do termo (idéia de dano à saúde e/ou sujeira). Todavia, novas definições de poluição, mais técnicas e abrangentes, fizeram-se necessárias e surgiram ao longo da última década, fazendo com que os gases de efeito estufa fossem classificados como poluentes.
A mudança global do clima é um outro problema ambiental, porém bastante mais complexo e que traz consequências possivelmente catastróficas. Este problema vem sendo causado pela intensificação do efeito estufa que, por sua vez, está relacionada ao aumento da concentração, na atmosfera da Terra, de gases que possuem características específicas. Estes gases permitem a entrada da luz solar, mas impedem que parte do calor no qual a luz se transforma volte para o espaço. Este processo de aprisionamento do calor é análogo ao que ocorre em uma estufa - daí o nome atribuído a esse fenómeno e também aos gases que possuem essa propriedade de aprisionamento parcial de calor, chamados de
Energias renováveis e não renováveis
gases do efeito estufa (GEE), dentre os quais destaca-se o dióxido de carbono
(CO2).É importante notar que o dióxido de carbono, bem como os outros GEE
em geral (vapor d'água, por exemplo), não causam, em absoluto, nenhum dano à saúde e não "sujam" o meio ambiente. Seria incorreto classificar estes gases como poluentes -, já que os mesmos não possuem as duas características básicas de um poluente segundo a definição tradicional do termo (idéia de dano à saúde e/ou sujeira). Todavia, novas definições de poluição, mais técnicas e abrangentes, fizeram-se necessárias e surgiram ao longo da última década, fazendo com que os gases de efeito estufa fossem classificados como poluentes.
segunda-feira, 9 de agosto de 2010
Desvantagens
As desvantagens do gás natural em relação ao butano são: Mais difícil de ser transportado, devido ao fato de ocupar maior volume, mesmo pressurizado, também é mais difícil de ser liquificado, requerendo temperaturas da ordem de -160°C.
Algumas jazidas de gás natural podem conter mercúrio associado. Trata- se de um metal altamente tóxico e deve ser removido no tratamento do gás natural. O mercúrio é proveniente de grandes profundidades no interior da terra e ascende junto com os hidrocarbonetos, formando complexos organo-metálicos.
Actualmente estão sendo investigadas as jazidas de hidratos de metano que se estima haver reservas energéticas muito superiores às actuais de gás natural.
Algumas jazidas de gás natural podem conter mercúrio associado. Trata- se de um metal altamente tóxico e deve ser removido no tratamento do gás natural. O mercúrio é proveniente de grandes profundidades no interior da terra e ascende junto com os hidrocarbonetos, formando complexos organo-metálicos.
Actualmente estão sendo investigadas as jazidas de hidratos de metano que se estima haver reservas energéticas muito superiores às actuais de gás natural.
Utilização
O gás natural é empregue directamente como combustível, tanto em indústrias, casas e automóveis. É considerado uma fonte de energia mais limpa que os derivados do petróleo e o carvão. Alguns dos gases de sua composição são eliminados porque não possuem capacidade energética (nitrogênio ou CO2) ou porque podem deixar resíduos nos condutores devido ao seu alto peso molecular em comparação ao metano (butano e mais pesados).
Combustível: A sua combustão é mais limpa e dá uma vida mais longa aos
equipamentos que utilizam o gás e menor custo de manutenção.
Energias renováveis e não renováveis
Automotivo: Utilizado para motores de autocarros, automóveis e caminhões
substituindo a gasolina e o álcool, pode ser até 70% mais barato que outros
combustíveis e é menos poluente.
Industrial: Utilizada em indústrias para a produção de metanol, amónia e ureia.
Combustível: A sua combustão é mais limpa e dá uma vida mais longa aos
equipamentos que utilizam o gás e menor custo de manutenção.
Energias renováveis e não renováveis
Automotivo: Utilizado para motores de autocarros, automóveis e caminhões
substituindo a gasolina e o álcool, pode ser até 70% mais barato que outros
combustíveis e é menos poluente.
Industrial: Utilizada em indústrias para a produção de metanol, amónia e ureia.
Exploração
A exploração é a etapa inicial dentro da cadeia de gás natural, consistindo em duas fases. A primeira fase é a pesquisa através de testes sísmicos verifica-se a existência em bacias sedimentares de rochas reservatórias (estruturas propícias de petróleo e gás natural). Caso o resultado das pesquisas seja positivo, inicia-se a segunda fase, e é perfurado um poço pioneiro e poços de delimitação para comprovação da existência gás natural ou petróleo em nível comercial e mapeamento do reservatório, que será encaminhado para a produção.
Os reservatórios de gás natural são constituídos de rochas porosas capazes de reter petróleo e gás. Em função do teor de petróleo bruto e de gás livre, classifica-se o gás, quanto ao seu estado de origem, em gás associado e gás não- associado.
Gás associado: é aquele que, no reservatório, está dissolvido no óleo ou sob a forma de capa de gás. Neste caso, a produção de gás é determinada basicamente pela produção de óleo. Boa parte do gás é utilizada pelo próprio sistema de produção, podendo ser usada em processos conhecidos como reinjeção e gás lift, com a finalidade de aumentar a recuperação de petróleo do reservatório, ou mesmo consumida para geração de energia para a própria unidade de produção, que normalmente fica em locais isolados. Ex: Campo de Urucu no Estado do Amazonas
Gás não-associado: é aquele que, no reservatório, está livre ou em presença de quantidades muito pequenas de óleo. Nesse caso só se justifica comercialmente produzir o gás. Ex: Campo de San Alberto na Bolivia.
Os reservatórios de gás natural são constituídos de rochas porosas capazes de reter petróleo e gás. Em função do teor de petróleo bruto e de gás livre, classifica-se o gás, quanto ao seu estado de origem, em gás associado e gás não- associado.
Gás associado: é aquele que, no reservatório, está dissolvido no óleo ou sob a forma de capa de gás. Neste caso, a produção de gás é determinada basicamente pela produção de óleo. Boa parte do gás é utilizada pelo próprio sistema de produção, podendo ser usada em processos conhecidos como reinjeção e gás lift, com a finalidade de aumentar a recuperação de petróleo do reservatório, ou mesmo consumida para geração de energia para a própria unidade de produção, que normalmente fica em locais isolados. Ex: Campo de Urucu no Estado do Amazonas
Gás não-associado: é aquele que, no reservatório, está livre ou em presença de quantidades muito pequenas de óleo. Nesse caso só se justifica comercialmente produzir o gás. Ex: Campo de San Alberto na Bolivia.
Armazenamento e transporte
Ao contrário do que ocorre com a maioria dos combustíveis fósseis, facilmente armazenáveis, a decisão de investimento em gás natural depende da negociação prévia de contratos de fornecimento de longo prazo, do produtor ao consumidor. Essas características técnico-económicas configuram num modo de organização no qual o suprimento do serviço depende, previamente, da implantação de redes de transporte e de distribuição, bem como na implantação
Composição
A composição do gás natural pode variar muito, dependendo de factores relativos ao reservatório, processo de produção, condicionamento, processamento, e transporte. De uma maneira geral, o gás natural apresenta teor de metano superiores a 70% de sua composição, densidade menor que 1 (mais leve que o ar) e poder calorífico superior entre 8.000 e 10.000kcal /m3, dependendo dos teores de pesados (Etano e propano principalmente) e inertes (Nitrogénio e gás carbónico). H2S Máximo - 10 mg/m3
Um pouco de história
O gás natural passou a ser utilizado em maior escala na Europa no final do século XIX, com a invenção do queimador Bunsen, em 1885, que misturava ar com gás natural e com a construção de um gasoduto à prova de vazamentos, em 1890.
Porém as técnicas de construção de gasodutos eram incipientes, não havendo transporte de grandes volumes a longas distâncias, consequentemente, era pequena a participação do gás em relação ao óleo e ao carvão. Entre 1927 e 1931, já existiam mais de 10 linhas de transmissão de porte nos Estados Unidos, mas sem alcance interestadual, no final de 1930 os avanços da tecnologia já viabilizavam o transporte do gás para longos percursos. A primeira edição da norma americana para sistemas de transporte e distribuição de gás data de 1935.
O grande crescimento das construções pós-guerra, durou até 1960, foi responsável pela instalação de milhares de quilómetros de gasodutos, dado os avanços em metalurgia, técnicas de soldagem e construção de tubos. Desde então, o gás natural passou a ser utilizado em grande escala por vários países, dentre os quais podemos destacar os Estados Unidos, Canadá, Japão além da grande maioria dos países Europeus, isso deve –se principalmente as inúmeras vantagens económicas e ambientais que o gás natural apresenta.
Porém as técnicas de construção de gasodutos eram incipientes, não havendo transporte de grandes volumes a longas distâncias, consequentemente, era pequena a participação do gás em relação ao óleo e ao carvão. Entre 1927 e 1931, já existiam mais de 10 linhas de transmissão de porte nos Estados Unidos, mas sem alcance interestadual, no final de 1930 os avanços da tecnologia já viabilizavam o transporte do gás para longos percursos. A primeira edição da norma americana para sistemas de transporte e distribuição de gás data de 1935.
O grande crescimento das construções pós-guerra, durou até 1960, foi responsável pela instalação de milhares de quilómetros de gasodutos, dado os avanços em metalurgia, técnicas de soldagem e construção de tubos. Desde então, o gás natural passou a ser utilizado em grande escala por vários países, dentre os quais podemos destacar os Estados Unidos, Canadá, Japão além da grande maioria dos países Europeus, isso deve –se principalmente as inúmeras vantagens económicas e ambientais que o gás natural apresenta.
Gás natural
O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves encontrada no subsolo, na qual o metano tem uma participação superior a 70 % em volume. A composição do gás natural pode variar bastante dependendo de factores relativos ao campo em que o gás é produzido, processo de produção, condicionamento, processamento, e transporte.
O gás natural é encontrado no subsolo, por acumulações em rochas porosas, isoladas do exterior por rochas impermeáveis, associadas ou não a depósitos petrolíferos. É o resultado da degradação da matéria orgânica de forma anaeróbica oriunda de quantidades extraordinárias de micro organismos que, em eras pré-históricas, se acumulavam nas águas litorais dos mares da época. Essa matéria orgânica foi soterrada a grandes profundidades e, por isto, sua degradação se deu fora do contacto com o ar, a grandes temperaturas e sob fortes pressões.
O gás natural "é a porção do petróleo que existe na fase gasosa ou em solução no óleo, nas condições originais de reservatório
O gás natural é encontrado no subsolo, por acumulações em rochas porosas, isoladas do exterior por rochas impermeáveis, associadas ou não a depósitos petrolíferos. É o resultado da degradação da matéria orgânica de forma anaeróbica oriunda de quantidades extraordinárias de micro organismos que, em eras pré-históricas, se acumulavam nas águas litorais dos mares da época. Essa matéria orgânica foi soterrada a grandes profundidades e, por isto, sua degradação se deu fora do contacto com o ar, a grandes temperaturas e sob fortes pressões.
O gás natural "é a porção do petróleo que existe na fase gasosa ou em solução no óleo, nas condições originais de reservatório
Onde encontrar petróleo
O petróleo está associado a grandes estruturas que comunicam a crosta e o manto da terra, sobretudo nos limites entre placas tectónicas. O petróleo e gás natural são encontrados tanto em terra quanto no mar, principalmente nas bacias sedimentares (onde se encontram meios mais porosos - reservatórios), mas também em rochas cristalinas. Os hidrocarbonetos, portanto, ocupam espaços porosos nas rochas, sejam eles entre grãos ou fracturas. São efectuados estudos das potencialidades das estruturas acumuladoras (armadilhas ou trapas), principalmente através de sísmica que é o principal método geofísico para a pesquisa dos hidrocarbonetos.
Durante a perfuração de um poço, as rochas atravessadas são descritas, pesquisando-se a ocorrência de indícios de hidrocarbonetos. Logo após a perfuração são investigadas as
propriedades radioactivas, eléctricas, magnéticas e elásticas das rochas da parede do poço através de ferramentas especiais (perfilagem) as quais também Engenharia do ambiente Página 15de 82 Fig.5 - Esquema de uma bomba para extracção de petróle Energias renováveis e não renováveis permitem ler as propriedades físicas das rochas, identificar e avaliar a ocorrência de hidrocarbonetos.
Durante a perfuração de um poço, as rochas atravessadas são descritas, pesquisando-se a ocorrência de indícios de hidrocarbonetos. Logo após a perfuração são investigadas as
propriedades radioactivas, eléctricas, magnéticas e elásticas das rochas da parede do poço através de ferramentas especiais (perfilagem) as quais também Engenharia do ambiente Página 15de 82 Fig.5 - Esquema de uma bomba para extracção de petróle Energias renováveis e não renováveis permitem ler as propriedades físicas das rochas, identificar e avaliar a ocorrência de hidrocarbonetos.
Origem
A hipótese mais aceite tem em conta o aumento da temperatura em que as moléculas do querogénio começariam a ser quebradas gerando compostos orgânicos líquidos e gasosos, num processo denominado catagénese. Para se ter uma acumulação de petróleo seria necessário que, após o processo de geração e expulsão, ocorresse a migração do óleo ou gás através das camadas de rochas adjacentes e porosas, até encontrar uma rocha selante e uma estrutura geológica que detenha seu caminho, sobre a qual ocorrerá a acumulação do óleo ou gás em uma rocha porosa chamada rocha reservatório.
É de aceitação para a maioria dos geólogos e geoquímicos, que ele se forme a partir de substâncias orgânicas procedentes da superfície terrestre (detritos orgânicos), mas esta não é a única teoria sobre a sua formação.
Uma outra hipótese, datada do século XIX, defende que o petróleo teve uma origem inorgânica, a partir dos depósitos de carbono que possivelmente foram formados com a formação da Terra.
É de aceitação para a maioria dos geólogos e geoquímicos, que ele se forme a partir de substâncias orgânicas procedentes da superfície terrestre (detritos orgânicos), mas esta não é a única teoria sobre a sua formação.
Uma outra hipótese, datada do século XIX, defende que o petróleo teve uma origem inorgânica, a partir dos depósitos de carbono que possivelmente foram formados com a formação da Terra.
Um pouco de História
Registos históricos da utilização do petróleo remontam a 4000 a.C. devido a exsudações e afloramentos frequentes no Oriente Médio. Os povos da Mesopotâmia, do Egipto, da Pérsia e da Judeia já utilizavam o betume para pavimentação de estradas, calafetação de grandes construções, aquecimento e iluminação de casas, bem como lubrificantes e até laxativo. No início da era cristã, os árabes davam ao petróleo fins bélicos e de iluminação. O petróleo de Baku, no Azerbaijão, já era produzido em escala comercial, para os padrões da época, quando Marco Polo viajou pelo norte da Pérsia, em 1271.
Petróleo
O petróleo (do latim petroleum,petrus, pedra eoleum, óleo, do grego πετρέλαιον (petrélaion), "óleo da pedra", do grego antigo πέτρα (petra), pedra + έλαιον (elaion) óleo de oliva, qualquer substância oleosa.), no sentido de óleo bruto, é uma substância oleosa, inflamável, geralmente menos densa que a água, com cheiro característico e coloração que pode variar desde o incolor ou castanho claro até o preto, passando por verde e castanho.
O petróleo é um recurso natural abundante, porém a sua pesquisa envolve elevados custos e complexidade de estudos. É também actualmente a principal fonte de energia. Serve como base para fabricação dos mais variados produtos, dentre os quais destacam-se: benzinas, óleo diesel, gasolina, alcatrão, polímeros plásticos e até mesmo medicamentos. Já provocou muitas guerras, e é a principal fonte de renda de muitos países, sobretudo no Medio Oriente.
Além de gerar a gasolina e gasóleo que serve de combustível para grande parte dos automóveis que circulam no mundo, vários produtos são derivados do petróleo como, por exemplo, a parafina, GLP, produtos asfálticos, nafta petroquímica, querosene, solventes, óleos combustíveis, óleos lubrificantes, óleo diesel e combustível de aviação.
O petróleo é um recurso natural abundante, porém a sua pesquisa envolve elevados custos e complexidade de estudos. É também actualmente a principal fonte de energia. Serve como base para fabricação dos mais variados produtos, dentre os quais destacam-se: benzinas, óleo diesel, gasolina, alcatrão, polímeros plásticos e até mesmo medicamentos. Já provocou muitas guerras, e é a principal fonte de renda de muitos países, sobretudo no Medio Oriente.
Além de gerar a gasolina e gasóleo que serve de combustível para grande parte dos automóveis que circulam no mundo, vários produtos são derivados do petróleo como, por exemplo, a parafina, GLP, produtos asfálticos, nafta petroquímica, querosene, solventes, óleos combustíveis, óleos lubrificantes, óleo diesel e combustível de aviação.
Linhito
Olignito oulinhito (em Portugal, alenhite) é um tipo de carvão com elevado teor de carbono na sua constituição (65 a 75%). A sua cor é acastanhada e encontra-se geralmente, mais à superfície, por ter sofrido menor pressão. A sua extracção é relativamente fácil e pouco dispendiosa. Quando uma queima origina muita cinza. Em termos geológicos é um carvão recente. Trata-se do único tipo de carvão estritamente biológico e fóssil, formado por matéria orgânica vegetal.
Antracite
Oantracite, ou oantracito, é uma variedade compacta e dura do mineral carvão que possui elevado lustre. Difere do carvão betuminoso por conter pouco ou nenhum betume, o que faz com que arda com uma chama quase invisível. Os espécimes mais puros são compostos quase inteiramente por carbono.
Um antracito libera alta energia por quilo e queima limpidamente com pouca fuligem, o que o faz uma variedade carvão procurado e desta forma de valor mais alto. É também usado como um filtro médio.Linhito Olignito oulinhito (em Portugal, alenhite) é um tipo de carvão com elevado teor de carbono na sua constituição (65 a 75%). A sua cor é acastanhada e encontra-se geralmente, mais à superfície, por ter sofrido menor pressão. A sua extracção é relativamente fácil e pouco dispendiosa.
Engenharia do ambiente Página 13de 82 Fig.3 - Bloco de antracite
Um antracito libera alta energia por quilo e queima limpidamente com pouca fuligem, o que o faz uma variedade carvão procurado e desta forma de valor mais alto. É também usado como um filtro médio.Linhito Olignito oulinhito (em Portugal, alenhite) é um tipo de carvão com elevado teor de carbono na sua constituição (65 a 75%). A sua cor é acastanhada e encontra-se geralmente, mais à superfície, por ter sofrido menor pressão. A sua extracção é relativamente fácil e pouco dispendiosa.
Engenharia do ambiente Página 13de 82 Fig.3 - Bloco de antracite
Turfa
A turfa é um material de origem vegetal, parcialmente decomposto, encontrado em camadas, geralmente em regiões pantanosas e também sobre montanhas (turfa de altitude). É formada principalmente por Sphagnum (esfagno, grupo de musgos) e Hypnum, mas também de juncos, árvores, etc. Sob condições geológicas adequadas, transformam-se em carvão, através de emanações de metano vindo das profundezas e da preservação em ambiente anóxico. É utilizada como combustível para aquecimento doméstico. Sua composição é definida como Substâncias Húmicas (Ácido Húmico, Ácido fúlvico e Humina) e Substâncias Não húmicas. Substâncias Húmicas possuem estrutura química não bem definida, sabe-se que possuem sítios de adsorção compostos por grupos ácidos carboxílicos, cetona, hidroxilas fenólicas e alcoólicas. Já a Substância não húmica é composta por estruturas bem definidas, como lignina, proteínas, etc. Por conter em sua estrutura estes grupos funcionais, é utilizada como adsorvente de vários metais pesados presentes em ambientes aquáticos e em solos, onde complexam esses metais, contribuindo para o equilíbrio do meio ambiente.
Carvão mineral
O carvão mineral – ou simplesmente carvão – é um combustível fóssil sólido formado a partir da matéria orgânica de vegetais depositados em bacias sedimentares. Por acção de pressão e temperatura em ambiente sem contacto com o ar, em decorrência de soterramento e actividade orogênica, os restos vegetais ao longo do tempo geológico se solidificam, perdem oxigénio e hidrogénio e se enriquecem em carbono, em um processo denominada carbonização.
Quanto mais intensas a pressão e a temperatura a que a camada de matéria vegetal for submetida, e quanto mais tempo durar o processo, mais alto será o grau de carbonização atingido, ourank, e maior a qualidade do carvão. Os diversos estágios de carbonização, do menor para o maiorrank, são dados pelo esquema: turfa - sapropelito - linhito – carvão sub-betuminoso - carvão betuminoso - antracito. O estágio mínimo para a utilização industrial do carvão é o do linhito. Outro índice qualitativo do carvão é ograde, que mede de forma inversamente proporcional o percentual em massa de matéria mineral incombustível (cinzas) presente na camada carbonífera. Um baixograde significa que o carvão possui um alto percentual de cinzas misturado à matéria carbonosa, consequentemente, empobrecendo a sua qualidade.
Quanto mais intensas a pressão e a temperatura a que a camada de matéria vegetal for submetida, e quanto mais tempo durar o processo, mais alto será o grau de carbonização atingido, ourank, e maior a qualidade do carvão. Os diversos estágios de carbonização, do menor para o maiorrank, são dados pelo esquema: turfa - sapropelito - linhito – carvão sub-betuminoso - carvão betuminoso - antracito. O estágio mínimo para a utilização industrial do carvão é o do linhito. Outro índice qualitativo do carvão é ograde, que mede de forma inversamente proporcional o percentual em massa de matéria mineral incombustível (cinzas) presente na camada carbonífera. Um baixograde significa que o carvão possui um alto percentual de cinzas misturado à matéria carbonosa, consequentemente, empobrecendo a sua qualidade.
Carvão activado
O carvão activado é um material de carbono com uma porosidade bastante desenvolvida. Com o recurso a técnicas de absorção de azoto a 77 K, pode verificar-se que contêm essencialmente microporos.
O carvão activado tem a capacidade de colectar selectivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando portanto um excelente poder de
clarificação, desodorização e purificação de líquidos ou gases. Este tipo de carvão é obtido a partir da queima controlada com baixo teor de oxigénio de certas madeiras, a uma temperatura de 800°C a 1000°C,
tomando-se o cuidado de evitar que ocorra a queima total do material de forma a manter sua porosidade Os usos mais comuns para o carvão activado são a absorção de gases (na forma de filtros) e no tratamento de águas, onde o carvão se destaca por reter nos seus poros impurezas e elementos poluentes. É utilizado em diversos ramos das indústrias química, alimentícia e farmacêutica, da medicina e em sistemas de filtragem, bem como no tratamento de efluentes e gases tóxicos resultantes de processos industriais.
O carvão activado tem a capacidade de colectar selectivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros, apresentando portanto um excelente poder de
clarificação, desodorização e purificação de líquidos ou gases. Este tipo de carvão é obtido a partir da queima controlada com baixo teor de oxigénio de certas madeiras, a uma temperatura de 800°C a 1000°C,
tomando-se o cuidado de evitar que ocorra a queima total do material de forma a manter sua porosidade Os usos mais comuns para o carvão activado são a absorção de gases (na forma de filtros) e no tratamento de águas, onde o carvão se destaca por reter nos seus poros impurezas e elementos poluentes. É utilizado em diversos ramos das indústrias química, alimentícia e farmacêutica, da medicina e em sistemas de filtragem, bem como no tratamento de efluentes e gases tóxicos resultantes de processos industriais.
Formação de carvão
Dá-se a deposição de matéria orgânica numa bacia (no local de formação ou não). De seguida começa a incarbonização externa a uma pequena distância da superfície, na qual se decompõe a matéria orgânica em carbono e voláteis, por meio de bactérias anaeróbias que se alimentam de hidratos de carbono. A incarbonização interna vem após os terrenos sofrerem um abatimento ou subsidência, estando assim em condições de maior pressão e temperatura. Nestas condições vai durante largos períodos de tempo: diminuir o tamanho e aumentar a densidade; aumentar a percentagem de carbono por perda de outros componentes; diminuir a concentração de voláteis. Os carvões pretos representam estágios de grande
Carvão vegetal O carvão vegetal é obtido a partir da queima ou carbonização de madeira, após esse processo resulta em uma substância negra. No quotidiano o carvão vegetal é utilizado como combustível de aquecedores, lareira, churrasqueiras e fogões a lenha, além de abastecer alguns sectores industriais como as siderúrgicas.
O carvão também é usado na medicina, nesse caso chamado de carvão activado oriundo de determinadas madeiras de aspecto mole e não resinosas. Essa substância tem sido utilizada desde a Antiguidade, na civilização egípcia tinha seu uso difundido na purificação de óleos e uso medicinal. Na Segunda Guerra serviu para a retirada de gases tóxicos a partir da sua elevada capacidade de absorver impurezas sem alterar a sua estrutura, devido a sua composição porosa.
O carvão também se destaca na condução de oxigénio e um eficiente disseminador de toxinas. Diante de várias indicações positivas do carvão pode-se destacar o seu uso no tratamento de dores estomacais, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarreias infecciosas, desinteria hepática e intoxicações.
Apesar dos benefícios apresentados com a utilização do carvão vegetal é preciso analisar as consequências que a sua produção provoca. Em primeiro lugar é importante analisar o factor social, quando pessoas adultas e até crianças trabalham nas carvoarias na maioria das vezes em condições precárias de trabalho e baixíssimos salários.
Outro factor não menos importante que o primeiro é o ambiental, pois para o desenvolvimento dessa actividade diversas vezes é preciso retirar a cobertura vegetal de importantes composições vegetativas contidas no território, que geralmente não são oriundos de madeiras de reflorestamento ou madeira cultivada para esse fim.
Carvão vegetal O carvão vegetal é obtido a partir da queima ou carbonização de madeira, após esse processo resulta em uma substância negra. No quotidiano o carvão vegetal é utilizado como combustível de aquecedores, lareira, churrasqueiras e fogões a lenha, além de abastecer alguns sectores industriais como as siderúrgicas.
O carvão também é usado na medicina, nesse caso chamado de carvão activado oriundo de determinadas madeiras de aspecto mole e não resinosas. Essa substância tem sido utilizada desde a Antiguidade, na civilização egípcia tinha seu uso difundido na purificação de óleos e uso medicinal. Na Segunda Guerra serviu para a retirada de gases tóxicos a partir da sua elevada capacidade de absorver impurezas sem alterar a sua estrutura, devido a sua composição porosa.
O carvão também se destaca na condução de oxigénio e um eficiente disseminador de toxinas. Diante de várias indicações positivas do carvão pode-se destacar o seu uso no tratamento de dores estomacais, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarreias infecciosas, desinteria hepática e intoxicações.
Apesar dos benefícios apresentados com a utilização do carvão vegetal é preciso analisar as consequências que a sua produção provoca. Em primeiro lugar é importante analisar o factor social, quando pessoas adultas e até crianças trabalham nas carvoarias na maioria das vezes em condições precárias de trabalho e baixíssimos salários.
Outro factor não menos importante que o primeiro é o ambiental, pois para o desenvolvimento dessa actividade diversas vezes é preciso retirar a cobertura vegetal de importantes composições vegetativas contidas no território, que geralmente não são oriundos de madeiras de reflorestamento ou madeira cultivada para esse fim.
Carvão
Carvão
O carvão é outra das formas de produzir energia, mas este pertence ao grupo das energias não renováveis, e assim não dura para sempre as suas reservas são limitadas, visto que o carvão foi formado ao longo de milhões de anos, pelo resultado da decomposição de vários sedimentos orgânicos e vegetais e pelos vários factores que influenciaram a terra, quando esgotarmos as reservas que existem hoje em dia não poderemos esperar para que se forme mais, assim há que saber utiliza-lo de uma forma racional; além de se esgotar também polui como é comum das fontes de energia não renováveis. O carvão emite principalmente três tipos de gases que são o Co2, So2 e Nox.
Logicamente o carvão só por si não tinha a capacidade de produzir energia eléctrica, assim para produzir energia eléctrica o carvão é utilizado em centrais Termoeléctrica, centrais estas que usam como combustível principal o carvão, apesar de haver as que possam usar fuelóleo.
O carvão é outra das formas de produzir energia, mas este pertence ao grupo das energias não renováveis, e assim não dura para sempre as suas reservas são limitadas, visto que o carvão foi formado ao longo de milhões de anos, pelo resultado da decomposição de vários sedimentos orgânicos e vegetais e pelos vários factores que influenciaram a terra, quando esgotarmos as reservas que existem hoje em dia não poderemos esperar para que se forme mais, assim há que saber utiliza-lo de uma forma racional; além de se esgotar também polui como é comum das fontes de energia não renováveis. O carvão emite principalmente três tipos de gases que são o Co2, So2 e Nox.
Logicamente o carvão só por si não tinha a capacidade de produzir energia eléctrica, assim para produzir energia eléctrica o carvão é utilizado em centrais Termoeléctrica, centrais estas que usam como combustível principal o carvão, apesar de haver as que possam usar fuelóleo.
domingo, 8 de agosto de 2010
Energia de origens fósseis
Combustível fóssil ou mais correctamente combustível mineral é uma substância formada de compostos de carbono, usados como produtos para alimentar a combustão.
A origem dos combustíveis fosseis segundo a teoria biogénica, que ainda é a mais aceitável, sugere que outros tipos de substâncias oleaginosas extraídas da crosta terrestre como o petróleo teriam origem comum ao carvão mineral já que o mesmo também é abundantemente encontrado soterrado em minas terrestres. Dessa associação explica-se que as outras substâncias usadas como combustível porém encontradas a níveis mais baixos (negativo), foram gerados em função desse efeito de fossilização de animais e plantas, provocado por sua vez pela acção de pressão e temperatura muito altas geradas há milhões de anos no processo de soterramento de outros tipos de material orgânico que por algum motivo não entraram na cadeia alimentar antes ou quando foram enterrados.
Esta teoria explica a existência de óleo sob a crosta da Terra. É a biogénica, ou por outras palavras, afirma que o líquido natural constituído de hidrocarbonetos que se encontra preenchendo os poros de rochas sedimentares, aglutinados em depósitos muito extensos sob o manto terrestre, tem origem na função do processo de fossilização de animais e plantas, que há milhões de anos teriam sido soterrados e submetidos acção de pressão e temperaturas muito altas geradas de material orgânico em decomposição sobre a superfície do planeta e que, com o tempo teriam se separado dos respectivos fósseis. Nesse caso a teoria ainda postula que os combustíveis fosseis (assim chamados) seriam inesgotáveis, já que contam com um grau de reposição variável e compatível com a matéria orgânica constante na superfície.
Os combustíveis fósseis são recursos naturais não renováveis
Os combustíveis fósseis são formados pela decomposição de matéria orgânica através de um processo que leva milhares e milhares de anos e, por este motivo, não são renováveis ao longo da escala de tempo humana, ainda que ao longo de uma escala de tempo geológica esses combustíveis continuem a ser
formados pela natureza. O carvão mineral, os derivados do petróleo (tais como a gasolina, óleo diesel, óleo combustível, o GLP - ou gás de cozinha -, entre outros) e ainda, o gás natural, são os combustíveis fósseis mais utilizados e mais conhecidos.
Um grande problema desses combustíveis é o facto de serem finitos, o que faz com que a dependência energética a partir deles seja um problema quando esses recursos acabarem, embora de acordo com as teorias abiogénicas os combustíveis minerais são muito abundantes. Por isso o interesse em energias renováveis é crescente. Outro problema é que com a queima de combustíveis minerais são produzidos gases que produzem o efeito estufa como o gás carbónico e metais pesados, como por exemplo o mercúrio.
A origem dos combustíveis fosseis segundo a teoria biogénica, que ainda é a mais aceitável, sugere que outros tipos de substâncias oleaginosas extraídas da crosta terrestre como o petróleo teriam origem comum ao carvão mineral já que o mesmo também é abundantemente encontrado soterrado em minas terrestres. Dessa associação explica-se que as outras substâncias usadas como combustível porém encontradas a níveis mais baixos (negativo), foram gerados em função desse efeito de fossilização de animais e plantas, provocado por sua vez pela acção de pressão e temperatura muito altas geradas há milhões de anos no processo de soterramento de outros tipos de material orgânico que por algum motivo não entraram na cadeia alimentar antes ou quando foram enterrados.
Esta teoria explica a existência de óleo sob a crosta da Terra. É a biogénica, ou por outras palavras, afirma que o líquido natural constituído de hidrocarbonetos que se encontra preenchendo os poros de rochas sedimentares, aglutinados em depósitos muito extensos sob o manto terrestre, tem origem na função do processo de fossilização de animais e plantas, que há milhões de anos teriam sido soterrados e submetidos acção de pressão e temperaturas muito altas geradas de material orgânico em decomposição sobre a superfície do planeta e que, com o tempo teriam se separado dos respectivos fósseis. Nesse caso a teoria ainda postula que os combustíveis fosseis (assim chamados) seriam inesgotáveis, já que contam com um grau de reposição variável e compatível com a matéria orgânica constante na superfície.
Os combustíveis fósseis são recursos naturais não renováveis
Os combustíveis fósseis são formados pela decomposição de matéria orgânica através de um processo que leva milhares e milhares de anos e, por este motivo, não são renováveis ao longo da escala de tempo humana, ainda que ao longo de uma escala de tempo geológica esses combustíveis continuem a ser
formados pela natureza. O carvão mineral, os derivados do petróleo (tais como a gasolina, óleo diesel, óleo combustível, o GLP - ou gás de cozinha -, entre outros) e ainda, o gás natural, são os combustíveis fósseis mais utilizados e mais conhecidos.
Um grande problema desses combustíveis é o facto de serem finitos, o que faz com que a dependência energética a partir deles seja um problema quando esses recursos acabarem, embora de acordo com as teorias abiogénicas os combustíveis minerais são muito abundantes. Por isso o interesse em energias renováveis é crescente. Outro problema é que com a queima de combustíveis minerais são produzidos gases que produzem o efeito estufa como o gás carbónico e metais pesados, como por exemplo o mercúrio.
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