de energia e seus impactos na análise dos métodos de
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Análise dos Métodos de obtenção de Energia e seus Impactos na
Biosfera da Terra
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IntroduçãoUso da Energia na História
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Uso da Energia na História
Contemporâneo
Meados do século XX até os dias de hoje
Pré-Industrial
Desde a era antiga até início da revolução industrial
Industrial
Período da revolução industrial até o começo do século XX
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Pré-Industriais
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Uso de Biomassa para Alimentação da Força Animal
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Uso de Biomassa para Alimentação da Força Animal
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Uso da Energia dos Rios
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Uso da Energia dos Ventos
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Potência Gerada pelos Métodos Pré-Industriais
Método de Geração Potência Gerada (kW)
Cavalo Girando um Cabrestante 0.22
Roda d’água de 18 pés (5,49 m) 1.5 - 3.73
Moinho de Vento de Eixo Vertical 1.5 - 5.97
Moinho de Vento de Eixo Horizontal 4.47 - 10.44
Bomba Acionada por Rodas d’água (Versailles)
55.93
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Características dos Métodos Pré-Industriais● Sujeitos às condições do tempo (Moinhos e Rodas d’Água);● Alto uso de mão-de-obra humana e animal;● Baixa capacidade de produção de energia;● Baixo impacto ambiental.
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Industriais
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Motor a Vapor Newcomen
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Motor a Vapor Watt
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Iluminação Pública a Gás
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Primeiros Motores à Combustão
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Potência Gerada pelos Métodos Industriais
Método de geração Potência Gerada (kW)
Newcomen (1712) 2.22
Smeaton (1717) 20.13
Watt (1784) 29.83
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Características dos Métodos Industriais● Extensa utilização da máquina a vapor;● Extensa utilização do carvão, seguido do petróleo e do gás natural;● Maior capacidade de geração de energia;● Alta produção de poluentes;● Maior eficiência no uso de mão-de-obra humana.
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Cenário AtualOnde estamos hoje
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Consumo de Energia
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Consumo de Energia● Consumo energético mundial crescente;
● 1920 - Consumo energético ~13.000TWh;● 2020 - Consumo energético ~170.000TWh;
● Exemplo - Artigo SIA - Semiconductor Industry Association.
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Distribuição Global do Consumo
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Fontes Energéticas● Dados 2019
● Combustíveis fósseis ~ 80%
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Fontes de EnergiaAs Principais Contribuintes da
Atualidade
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Combustíveis Fósseis
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Combustíveis Fósseis
Funcionamento
● Queima realizada para gerar calor e trabalho;
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Combustíveis Fósseis
Funcionamento
● Queima realizada para gerar calor e trabalho;
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Combustíveis FósseisVantagens
● Utilizado em larga escala e em diversas áreas;
● Indústria, cadeias de distribuição e processo de geração bem estabelecidos;
● Fácil adaptabilidade para o consumo de energia do grid elétrico.
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Combustíveis Fósseis● Usina George Lacerda,
Tubarão, SC.● Capacidade Geração:
649.9MW
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Combustíveis Fósseis
Funcionamento e Vantagens
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Combustíveis Fósseis
Impactos Ambientais e Desvantagens
● Geração de gases como o CO₂ e os NOx;
● Grandes impactos nos ambientes de extração;
● Encarecimento devido às condições de exploração.
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Combustíveis Fósseis
Impactos Ambientais e Desvantagens
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Hidrelétricas
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HidrelétricasFuncionamento
● Conversão da energia cinética da água em energia elétrica através de turbinas geradoras;
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HidrelétricasVantagem
● Conversão da energia cinética da água em energia elétrica através de turbinas geradoras;
● Capacidade para geração de grandes quantidades de energia;
● Energia geradas de forma limpa durante sua operação;
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Hidrelétricas Itaipu, Foz do Iguaçu, PR.
Capacidade de Geração: 14000MW.
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HidrelétricaImpactos Ambientais e
Desvantagens
● Alagamento de grandes áreas para formação do reservatório;
● Liberação de CO₂ e gases provenientes da fermentação da matéria orgânica;
● A mercê das condições e efeitos do clima;
● Difícil escalabilidade para atender à demanda em momentos de pico;
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HidrelétricaImpactos Ambientais e
Desvantagens
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Eólica
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EólicaFuncionamento
● O vento faz as pás girarem, acionando o gerador e gerando energia elétrica.
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EólicaVantagens
● Energia gerada de forma limpa;
● Baixo custo por kWh;● Baixo impacto ambiental.
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Eólica● Parque Eólico de Campos
Neutrais, Santa Vitória do Palmar e Chuí, RS;
● Capacidade geração: 583MW.
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EólicaImpactos Ambientais e
Desvantagens
● Necessidade de ambiente favorável à instalação;
● Suscetível às condições climáticas;
● Demanda grandes espaços para instalação;
● Geração de poluição sonora;● Afeta aves migratórias.
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Solar
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SolarFuncionamento
● Ao atingirem a placa, os fótons dos raios solares interagem com os átomos de Silício, gerando uma corrente elétrica contínua.
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SolarVantagens
● Baixo custo por kWh;● Facilidade de instalação;● Possibilidade para geração de
energia em ambiente doméstico.
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Solar● Usina Solar São Gonçalo,
São Gonçalo da Gurguéia, PI;
● Capacidade de Geração: 608MW.
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SolarImpactos Ambientais e
Desvantagens
● Baixa densidade de geração de energia (em relação ao espaço ocupado);
● Não gera energia durante a noite;
● Viabilidade depende da posição geográfica (Latitude) e condições climáticas do local.
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Biomassa - Biocombustíveis
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Biomassa - Biocombustíveis
Vantagens
● Utilização de matéria orgânica para queima direta ou produção de combustíveis para queima.
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Biomassa - Biocombustíveis
Vantagens
● Menor pegada de carbono que combustíveis fósseis;
● Versatilidade na utilização;● Reaproveitamento de
material que seria descartado;
● Mais abundantes em locais de menor disponibilidade energética - Campo.
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Biomassa - Biocombustíveis
Impactos Ambientais e Desvantagens
● Ocupação de áreas agricultáveis;
● Desmatamento;● Emissão de gases;● Impacto ambiental de
plantações (ex.: agrotóxicos)
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Nuclear
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NuclearFuncionamento
● A fissão de elementos radioativos aquece água, que movimenta uma turbina e produz eletrecidade.
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NuclearVantagens
● Escalável - Alta capacidade de produção;
● Alta densidade energética;● Baixa pegada de carbono;● Independência de recursos
locais (flexibilidade)
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Nuclear● Usina Nuclear Angra 2 - Angra
dos Reis - RJ;
● Capacidade geração:
1350MW.
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NuclearImpactos Ambientais e
Desvantagens
● Não Renovável;● Acidentes catastróficos;● Lixo nuclear e contaminação;● Proliferação de armas
nucleares.
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NuclearImpactos Ambientais e
Desvantagens
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Consequências do Modelo AtualQuais impactos as matrizes
energéticas atuais já produzem.
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Emissões Anuais de CO2Mais de um terço dessas emissões é proveniente da produção de eletricidade e aquecimento (13,5 Gt)
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CO2 na Atmosfera
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Variação da Temperatura Média GlobalJá estamos cerca de 1 °C acima da temperatura pré-industrial.
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Chuva Ácida● Causa danos a monumentos e construções humanas;● Impacta negativamente a vegetação na região em que
ocorre;● Aumento da acidez dos rios próximos.
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O que fazer agora?
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Custo de produção por MWh
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Novas SoluçõesPossibilidades para o futuro da
geração de energia
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Melhoramentos dos Métodos Atuais
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Reatores Nucleares a Tório:● Maior densidade energética:
○ 1 ton Tório○ 200 ton Urânio○ 3.500.000 ton de carvão
● Não é naturalmente físsil;● Plantas novas e cara substituição de tecnologia;● Mais seguro;● Menor meia vida
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Outros Melhoramentos na Fissão Nuclear ● Pequenos reatores modulares (SMRs);● Reatores Breeder;● Aumenta a quantidade de combustível físsil;● Combustível mais barato (não enriquecido);● Reaproveitamento de combustível nuclear.
![Page 69: de Energia e seus Impactos na Análise dos Métodos de](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022071613/6157db2cce5a9d02d46fe22f/html5/thumbnails/69.jpg)
Melhoramentos - Solar● Painéis de Bifaciais;● Possibilita a colocação em superfícies verticais transparentes;● Aproveita e energia refletida pelo solo e pelos outros painéis solares
adjacentes;● Exemplo de uso inicial: Usina de São Gonçalo.
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Nova Tecnologia - Fusão Nuclear
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Fusão Nuclear● Atualmente em pesquisa (Reator TOKAMAK - ITER);● Altos custos para desenvolvimento;● Baixa emissão de poluentes;● Alta eficiência;● Pode ser inviável.
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E o Futuro?Como fica?
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Duas possibilidades:Manter a alta utilização de combustíveis fósseis:
● Altas emissões de CO₂ e outros poluentes;
● Maiores consequências provenientes das mudanças climáticas;
● Crise energética - recursos energéticos finitos.
Substituir a matriz energética:
● Desenvolvimento de novos métodos de obtenção de energia;
● Diversificação dos métodos de geração de energia;
● Desaceleração dos impactos ambientais.
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BrasilComo ficam as terras do verde
e amarelo?
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Como fica o Brasil?● Alterações nos ciclos e regimes de chuvas:
○ Impacto nas safras do agronegócio;○ Impacto na capacidade de geração das hidrelétricas;
● Problemas em regiões costeiras devido ao “avanço do mar”;● Aumento da ocorrência de desastres naturais: Tufões, enchentes e
semelhantes - Falta de infraestrutura.
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Espiral da morte (Cláudio Angelo) - Cap. 2 - É tudo culpa sua“A noção de que um agente tão insignificante quanto a humanidade seja capaz de um feito tão grandioso quanto alterar o funcionamento do clima da Terra ainda é difícil de assimilar para muita gente. Afinal, como lembrou o oceanógrafo americano David Archer, a própria ciência tem dado golpe após golpe no egocentrismo característico do Homo sapiens [...]
se a Torre Eiffel representasse a história da Terra, o tempo de presença da humanidade no planeta equivaleria à casquinha de tinta do pináculo da torre. O tempo que tivemos para operar tal mudança na máquina climática, derretendo geleiras e elevando o nível dos oceanos, foi mais curto ainda: a queima de combustíveis fósseis, apontada como o principal fator responsável pelo aquecimento global, começou por volta de 1750. Isso equivale a mais ou menos 0,1% do nosso tempo de vida no planeta. Ou, para seguir na analogia de Mark Twain, 0,1% da espessura da casquinha de tinta do pináculo da Torre Eiffel. À primeira vista, esses recém-chegados jamais poderiam ter algum impacto em algo tão antigo e imenso. Não é difícil, diante disso, imaginar o ceticismo com o qual o engenheiro britânico Guy Stewart Callendar (1898-1964) foi recebido por seus pares em 1938, quando afirmou que os seres humanos já eram agentes climáticos perceptíveis.”
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Referências● https://www.eletronuclear.gov.br/Nossas-Atividades/Paginas/Angra-2.aspx● https://www.machinedesign.com/learning-resources/whats-the-difference-between/article/21832119/
whats-the-difference-between-thorium-and-uranium-nuclear-reactors● https://energyeducation.ca/encyclopedia/Breeder_reactor● https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2018/06/RITR-WEB-version-FINAL.pdf● https://www.lazard.com/media/451419/lazards-levelized-cost-of-energy-version-140.pdf● https://www.carbonbrief.org/analysis-why-scientists-think-100-of-global-warming-is-due-to-humans● https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050● Vaclav Smil (2017). Energy Transitions: Global and National Perspectives. & BP Statistical Review
of World Energy.● Canal Kurzgesagt - https://www.youtube.com/channel/UCsXVk37bltHxD1rDPwtNM8Q● Canal Veritassium - https://www.youtube.com/channel/UCHnyfMqiRRG1u-2MsSQLbXA● Canal Practical Engineering -
https://www.youtube.com/watch?v=08mwXICY4JM&ab_channel=PracticalEngineering● Angelo, Cláudio - A Espiral da Morte; Como a humanidade alterou a máquina do clima.● https://ourworldindata.org/