Energias alternativas

Da Thinkfn

Esta é uma lista de energias alternativas, útil como ponto de partida para pesquisas adicionais. Nem todas vão vencer, tal como nem todas as dot.com continuam a existir. E boa parte delas está bem no futuro e fora do nosso alcance imediato.

Vou dividir a lista em 4 partes e vou consultar quase só o meu cérebro pelo que a lista contém quase de certeza omissões e erros.


Energias Primárias

São de facto fontes energéticas primárias, independentes do sol.

Fissão Nuclear, baseada em U235, com produção industrial em larga escala na actualidade. Reservas de U235 limitadas a cerca de 65 anos se não houver reprocessamento do combustível, e mesmo com reprocessamento as reservas chegam para poucas centenas de anos se só for "queimado" o U235.

Fissão Nuclear, baseada em U238/Pu239, em produção limitada, nomeadamente nos reactores do tipo Candu (moderados por água pesada), RMBK (moderados a grafite, à la Chernobyl) e mais 2 ou 3 tipos experimentais, geralmente exemplares únicos do tipo "breeder". Reservas de U238 bastantes para milhares de anos com aumento de consumo exponencial às taxas de aumento actuais, ou milhões de anos com consumos estabilizados.

Fissão Nuclear, baseada em Th232/U233, actualmente em fase de protótipo. Há um único reactor experimental na Índia, de 30MW, e um em construção de 500MW. As reservas de Th232 têm cerca de 3 vezes a energia potencial do U238 e portanto têm uma duração da mesma ordem de grandeza.

Fusão Nuclear, baseada em D-T, em fase de desenvolvimento experimental. Funcional daqui a 40 anos (mas o século passado já eram 40 anos...). Reservas de Lítio-3, usado na produção de Trítio, suficientes para milhares de anos com aumento de consumo exponencial, portanto da mesma ordem de grandeza do U238/Pu239 ou Th232/U233, com grande vantagem para estes últimos pois já funcionam.

Fusão Nuclear, baseada em D-D, em fase de desenvolvimento experimental, com investimento calculado em 10x o necessário para o ciclo D-T. Daqui a 60 anos (mesmo problema do ciclo D-T, são sempre 60 anos...). Reservas de Deutério suficientes para centenas de milhões de anos com aumento de consumo exponencial às taxas actuais, ou muitas vezes a idade do universo com consumos estáveis, portanto mais do que a duração do sol.

Fusão Nuclear, baseada em H-H-H-H (reacção catalisada pelo ciclo C-N-O, ou não catalisada pelo ciclo H-D-3He-4He), em fase de análise teórica. É a energia que faz funcionar as estrelas mas dada a dificuldade e lentidão da reacção[1] talvez seja mais barato recolhê-la do sol do que tentar produzi-la aqui. Reservas... até ao fim do universo, em qualquer cenário de crescimento. Quando se acabar esta estrela há sempre mais à espera.

Potencial gravítico. Um buraco negro é teoricamente o melhor conversor de matéria-energia, ejectando cerca de 50% da matéria sob a forma de fotões-gama mesmo antes da absorção da restante matéria de fazer. Além disso se conseguíssemos criar buracos negros pequenos e controlados poderíamos usar os também restantes 50% sob a forma de radiação de Hawking, atingindo uma eficiência próxima de 100%. Apesar de esta forma de produção energética ter bases cientificas sólidas e servir também como óptimo "reciclador universal", não parece muito pratica de implementar, o que nos leva à segunda parte desta lista.


Energias Renováveis

São fontes que dependem de outras, normalmente do sol, para continuarem a existir.

Painéis solares fotovoltaicos. Desenvolvimento desde finais do séc XIX, e custos vêm baixando de forma sistemática e poderão tornar-se competitivos em menos de 20 anos se continuarem a baixar ao mesmo ritmo histórico. Por cada metro quadrado a terra recebe 1kW de energia do Sol. Os painéis actuais de silício amorfo, relativamente baratos, recolhem até 15% da energia incidente. Tecnologia de ponta (painéis multi-junção com semicondutores exóticos) vai até 45% de eficiência, mas com custos de fabrico demasiado altos a não ser para uso em satélites. Uma área de 1000x1000km no deserto do Sahara cheia de painéis com eficiência de 10% permitiria suprir todas as necessidades energéticas da humanidade à data actual. Para necessidades futuras podemos sempre usar mais área nos desertos e depois captar a energia em órbita e deslocalizar a produção para fora da terra, para evitar injectar mais energia no planeta, o que poderia desequilibrar o clima.

Centrais térmicas solares. Vários exemplos em produção e alguns projectos gigantes como uma "torre solar" na Austrália. Este método é particularmente eficiente para produzir calor mas mesmo em produção de electricidade, via utilização de uma turbina e gerador, chega a ser competitivo com o solar fotovoltaico, visto que a base tecnológica é mais simples.

Metano, também conhecido como biogás, gás natural, gás dos pantânos, etc. Produzido por material em decomposição ou por síntese inorgânica directa (a alta temperatura, nas profundezas da terra). Enquanto houver bioesfera na terra esta fonte de energia vai existir. A produção de biogás, em grande parte não aproveitado, não chegaria mesmo com o seu aproveitamento total para satisfazer a procura actual, défice que é resolvido extraindo gás fóssil, mas chega para satisfazer o consumo doméstico mesmo com aumentos grandes. Há reservas incalculáveis de metano inorgânico nos sedimentos oceânicos, mas ninguém sabe se é viável de extrair.

Energia das marés. Neste momento a humanidade consome o equivalente a 1/4 da energia total disponível nas marés, pelo que não é uma opção em larga escala sob pena de produzirmos efeitos nefastos nos ciclos naturais. Mas pode ajudar um pouco em certas zonas costeiras remotas, por exemplo.

Energia do vento. Em última análise é energia solar convertida, mas é mais a fácil de extrair actualmente. Países desenvolvidos, como a Dinamarca, conseguem satisfazer 30% das suas necessidades energéticas com ela, mas à custa de imensas captações offshore. Aumentar a densidade de captação resulta em perdas, uma vez que uma ventoinha tira velocidade ao vento numa área grande. É inviável resolver todos os problemas energéticos desta forma, até porque neste momento consumimos no total o equivalente a cerca de 1/5 da energia cinética total da atmosfera, e uma captação massiva alteraria os ciclos naturais, mas é uma ajuda promissora.

A barragem do Alqueva, Dezembro de 2004. A energia hidroeléctrica é uma energia rentável, limpa e renovável.
Imagem: CNPGB

Hidroeléctrica. É uma energia renovável já bastante desenvolvida, mas com mini-hídricas seria possível duplicar a contribuição. No entanto isso tem impactos ambientais, nomeadamente nos ciclos de desova dos peixes. Também tem impactos ambientais positivos, visto que os lagos artificiais amenizam o clima na zona em que estão implantados, permitem a irrigação de campos, são bebedouros para animais domésticos e selvagens, aumentam a fertilidade, a fauna e a flora, permitem a pesca de espécies de água doce em muito maior escala que num rio...

Desalinização inversa. A pressão osmótica normalmente contrariada, com custos energéticos, para desalinizar a água fazendo-a passar por uma membrana pode ser usada de forma inversa para gerar energia salinizando água dos rios, por exemplo junto à foz, de forma controlada. Impactos ambientais difíceis de analisar, especialmente em larga escala. Na Holanda estima-se que 1/4 da energia do país possa ser gerada assim. Zonas com estuários de rios caudalosos poderão usar a tecnologia.

Energia do gradiente térmico dos oceanos. É difícil de extrair, devido ao pequeno gradiente térmico, mas existe em grande quantidade, especialmente nos trópicos. Acaba por ser mais uma forma de energia solar, como quase todas as renováveis. Misturar a água dos oceanos, normalmente isolada em camadas, teria consequências difíceis de prever na bioesfera.

Geotérmica. Largamente desenvolvida nalguns pontos "fáceis", nomeadamente na Islândia e sul de Itália. No entanto há que notar que a energia total dissipada pelo núcleo da terra é somente 1/1000 da energia solar recebida, pelo que é difícil estimar as consequências que teria uma futura extracção alargada, usando perfuração a grande profundidade.

Biocombustível. Tanto queimando resíduos florestais sólidos como convertendo óleos em diesel ou açúcares das plantas e algas em álcool. Diz-se que usando apenas 1 milhão de km quadrados de oceano no cultivo de algas ricas em óleo e açúcares se poderia abastecer toda a terra e substituir todo o petróleo. Com 3x-4x essa área seria possível substituir todas as outras formas de energia usadas e os oceanos têm 360 milhões de km2. A produção usando plantas terrestres é bem menos eficiente e a capacidade em larga escala é duvidosa. Nem todos os países consomem tão pouco combustível por habitante como o Brasil e têm tanto sol, terra e água. Caso se consiga o cultivo oceânico em larga escala parece uma aposta ganha à partida, pelo menos enquanto o aumento do consumo não a tornar inviável.


Energias de Armazenamento

São fontes que dependem de outras, como as renováveis, mas podem servir directamente para armazenar energia produzida e/ou captada pelo homem.

Hidrogénio, produzindo por eletrólise da água ou extraído dos hidrocarbonetos (metano, por exemplo). É curioso verificar que o oxigénio libertado pelas plantas é extraído da água, e não do CO2. O armazenamento energético em forma de hidrocarbonetos, açúcares e álcool foi a forma que as plantas inventaram de guardar o potencial energético do hidrogénio. É portanto uma tecnologia com ar novo mas na realidade tem raízes bem antigas.

Gás comprimido, que liberta a energia durante a descompressão. Há várias ineficiências pelo meio, com perdas térmicas acentuadas, mas é relativamente barato de implementar. Há vários exemplos práticos de motores a ar comprimido instalados em carros.

Eletroquímica, mais conhecida como "baterias e pilhas". A eficiência na armazenagem varia muito, desde menos de 5% até mais de 90%, consoante o método escolhido. Densidade energética relativamente baixa, excepto nas baterias zinco-ar (ou genericamente metal-ar) onde um dos componentes da reacção é o oxigénio atmosférico.

Armazenagem mecânica. Quem nunca viu um relógio de corda? Mas também pode ser armazenada em grandes volantes rotativos, com uma eficiência semelhante à eletroquímica em termos de peso/energia, como veremos a seguir. Acontece que o limite está na resistência dos materiais do volante, o que o impede de rodar demasiado depressa sem se despedaçar. Como a tensão máxima suportada pelo volante está relacionada com força das ligações atómicas nos materiais de que o volante é feito a densidade energética acaba por ser semelhante à duma fonte eletroquímica, ou mais genericamente uma fonte química.

Potencial gravítico. Quem nunca viu um relógio de pesos? A versão moderna em larga escala consiste em utilizar excedentes de energia para elevar água entre dois reservatórios a nível diferente, ficando a energia guardada num depósito mais elevado e portanto com um potencial gravítico superior. O sistema pode ser usado da mesma forma que uma central hidroelétrica e pode até usar a mesma infraestrutura, bastando a instalação de novo equipamento e um reservatório inferior com um pequeno acude. No entanto há perdas por evaporação, que podem ser evitadas cobrindo o depósitos com uma membrana plástica, mas apenas se estes não forem demasiado grande.

Potencial elétrico. Energia armazenada em condensadores (geralmente chamados super-condensadores quando são usados para armazenagem). Problemas de fabrico fazem com que a densidade energética seja actualmente bastante inferior à de uma bateria, no entanto há a grande vantagem dos ciclos de carga-descarga serem quase infinitos e de haver muito poucas perdas energéticas em cada ciclo. Em teoria deveria ser possível obter uma densidade semelhante à duma bateria ou dum volante rotativo, pois em termos fundamentais está envolvida a mesma força (eletromagnetismo).


Energias da Treta

Fontes imaginárias ou especulativas de energia.

Hydrinos, energia hidrinica. Duns senhores chamados "BlackLight Power". Antes daquilo funcionar tínhamos que despedir todos os departamentos de física universitária, mas aparentemente há investidores interessados e mais de 60M$ foram gastos em pesquisa. Entretanto a empresa diversificou a oferta de produtos para áreas menos paranormais e poderá até tornar-se num negócio viável, mas provavelmente sem hydrinos...

Energia do vácuo. Teoricamente poderá ser possível extrair a energia das flutuações quânticas do vácuo. Ninguém sabe muito bem como, e as as bases cientificas para a extracção são discutíveis... mas o potencial é inesgotável.

Máquinas de movimento perpétuo. Nunca ninguém as viu a funcionar, mas muita gente as comprou... Parecem ser uma fonte inesgotável de rendimento (monetário, não energético).

Enjoy!

Notas

  1. Basta pensar que o combustível duma estrela como o sol dura 5x109 anos, apesar de estar boa parte a reagir em simultâneo. O sol tem uma massa de 1.9891x1030 Kg, e produz 384.6x1024W. Ora isso dá uma densidade energética de uns míseros 0.2mW/Kg. Mesmo considerando que só cerca de 1/10 da massa estará perto do núcleo e em reacção em cada momento a densidade energética é de apenas 2mW/Kg. Por comparação um motor de automóvel pode pesar digamos 250Kg e gerar 50KW, o que dá 200W/Kg, uma densidade energética 100000x superior à do sol!
    O "segredo" que leva o sol a estar tão quente apesar duma produção energética tão baixa assenta no rácio volume/área: como a área aumenta com o quadrado e o volume com o cubo a área disponível para dissipar a energia gerada é muito pequena quando comparada com o volume, isto se compararmos com objectos do quotidiano, dum tamanho muitas vezes mais pequeno. Sendo assim esta área tem de estar muito quente para conseguir dissipar o pouco calor gerado por unidade de volume.
    Pode-se daqui concluir que a reacção que alimenta o sol só é viável como fonte energética em objectos de massa gigantesca, pois doutra forma o gradiente térmico gerado seria irrisório e não aproveitável termodinamicamente para produzir qualquer género de trabalho útil.

Autor

Rnbc, em 15/06/2006, revisto em 02/06/2009.

Comentários

Este artigo pode ser comentado no fórum, no seguinte tópico.