O que é energia?

O conceito de energia é um dos mais abstratos e de difícil definição na natureza. De modo muito simples, é a relação entre elementos em um sistema que realizam trabalho, capaz de provocar transformações nesse sistema.

Fontes diferentes

O ser humano tem buscado, ao longo de sua existência, diferentes maneiras de realizar trabalho buscando fontes de energia mais eficientes para facilitar sua vida (fogo, água, vento, tração mecânica, etc).

A Revolução Industrial impulsionou a busca por novas tecnologias na geração de energia mais barata e provocou mudanças na matriz energética mundial. As descobertas da ciência foram fundamentais para a utilização de várias fontes de energia.

Fontes renováveis e não-renováveis

• Energias renováveis:podem ser geradas utilizando recursos naturais que não apresentam risco iminente de esgotamento ou com reservas limitadas;

• Energias não renováveis: utilizam recursos naturais que não podem ser reutilizados, cultivados ou extraídos, se forem extintos.

Depósitos biogênicos

A decomposição de seres vivos marinhos (plâncton, por exemplo) ao longo de milhões de anos em camadas porosas das bacias sedimentares deu origem às jazidas de petróleo.

O material orgânico confinado nessas bacias, submetido à alta pressão e às altas temperaturas no interior da geosfera, contribuiu para a formação dos hidrocarbonetos aproveitados atualmente para inúmeros usos.

• Combustíveis orgânicos:os seres vivos possuem, em sua composição química, moléculas orgânicas (C, H, O e N, principalmente).

Craqueamento

Após a extração nas reservas, o petróleo é aquecido em altas temperaturas, para o fracionamento (transformação) em outros produtos. Nesse processo também se utiliza um método químico chamado catálise.

• Exploração onshore:a extração de petróleo é realizada em reservas no continente;

• Exploração offshore:a extração é realizada no mar, em reservas na plataforma continental.

Produto estratégico

O petróleo é uma das bases da economia e da sociedade contemporânea, por ser utilizado em vários setores:

• Indústria: parafina, asfalto, polímeros (plásticos, borrachas, isopor, pneus, tubos e conexões, PET, etc.), solventes, óleos combustíveis, lubrificantes, nafta;

• Transporte:combustíveis (gasolina, óleo diesel, GNV), lubrificantes;

• Energia:combustíveis para as usinas térmicas, GLP (o famoso gás de cozinha, também adaptado para aquecimento de casas em períodos frios).

Primeiras experiências

A demanda por petróleo no Brasil acompanhou, além da evolução tecnológica no mundo, as necessidades do país pelo uso de fontes de energia e recursos naturais em função do crescimento econômico e populacional.

A entrada do Brasil no universo das nações industrializadas, a urbanização e o contexto político dos anos 1930 e 1940 estimularam a formação de uma cadeia produtivade petróleo e gás.

• Século XIX:pesquisas geológicas durante o II Reinado e licenças concedidas pelo Império para explorar “óleo betuminoso”;

• 1892: sondagens no interior de São Paulo (Bofete). Encontrada apenas água sulfurosa;

• 1919:pesquisas mineralógicas conduzidas pelo governo (Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil);

• 1938:Conselho Nacional de Petróleo (CNP);

• 1939: poço de Lobato (BA);

• 1953: Criação da Petróleo Brasileiro S.A. (Petrobras).

“O petróleo é nosso”: produção nacional

A criação da Petrobras consolidou os mecanismos de extração, transporte, refino e distribuição de petróleo e derivados no Brasil.

• Monopólio estatal: controle sobre a pesquisa e exploração de petróleo e derivados;

• Década de 1990:quebra do monopólio estatal (1997) e entrada de empresas estrangeiras para a exploração de petróleo e gás;

• Década de 2000: a Petrobras tornou-se a 4ª maior companhia da Terra, e a 2ª maior no setor de energia. Em 2010, em um processo de venda de ações, captou US$ 72 bilhões, a maior já realizada na história do capitalismo.

Atualmente, a empresa é uma multinacional brasileira que opera em várias partes do mundo nas diferentes etapas da cadeia produtiva petrolífera e na geração de energia a partir de outras fontes.

Bacias petrolíferas

• Amazônica;

• Litorânea paranaense;

• Recôncavo baiano.

Estruturas envolvidas na exploração

• Plataformas de petróleo:estruturas construídas no mar para auxiliar na extração e transporte de petróleo até o continente;

• Refinarias: transformam petróleo e derivados;

• Gasodutos e oleodutos: estruturas responsáveis pelo transporte;

• Distribuição:para o uso em diferentes setores da economia;

• Pesquisa.

Águas profundas

O pré-sal constitui-se em várias camadas de rochas sedimentares abaixo do assoalho marinho da plataforma continental, e que se estende por cerca de 800 quilômetros, entre as zonas litorâneas de Santa Catarina e do Espírito Santo.

Além da lâmina d’água, com cerca de 2 km, a exploração ainda precisa perfurar as rochas no fundo do oceano, ou seja, mais 7 ou 8 km (média) para chegar às reservas.

Formação

A matéria orgânica em decomposição, especialmente o fitoplâncton e o zooplâncton, formaram verdadeiros depósitos coberto por várias camadas de rochas superiores (inclusive a camada de sal acima), submetida à elevadas pressões e temperaturas.

• Abertura do Atlântico: a separação do Gondwana, dando origem à América do Sul e à África (ca. 140 m.a.a.p.) provocou mudanças no leito marinho;

• Efeitos da abertura: formação de lagos, pântanos e mangues próximos aos mares rasos, que contribuíram para deposição de matéria orgânica e sedimentos.

Estrutura do pré-sal

• Reservas estimadas:80 bilhões de barris.

Combustível derivado

O gás natural pode ser obtido a partir do petróleo (fração leve) no processo de craqueamento ou ser explorado, através de reservas em rochas associadas a campos petrolíferos ou isolado, não associado a essas áreas.

• Hidrocarbonetos: as reservas de gás natural podem estar associadas com outros hidrocarbonetos (petróleo, por exemplo) ou em acumulações dissociadas.

Origens

Considerada uma fonte mais limpa e barata que outros combustíveis fósseis, o gás natural pode ter duas origens.

• Biogênese: microrganismos em áreas pantanosas ou com acúmulo de matéria orgânica (aterros sanitários, por exemplo);

• Termogênese:material orgânico coberto pelas camadas sedimentares e submetido à elevadas pressões e temperaturas, dando origem à reservas de gás natural.

Gasodutos e infraestrutura

Os gasodutos são redes de encanamentos que facilitam o transporte de gás natural por grandes distâncias.

• Gasoduto Brasil-Bolívia: principal sistema de gasodutos instalado no país. O gás natural transportado tem origem nas reservas da Bolívia. Além de ser uma fonte importante de energia para o Brasil, faz parte dos projetos para a integração regional da América do Sul.

Produto do Carbonífero

As jazidas de carvão encontradas atualmente são formadas por restos vegetais de áreas do planeta que formavam ambientes tropicais e subtropicais.

Nessas regiões, os restos das samambaias e outras árvores gigantes, formadas entre os períodos Carbonífero e Permiano (300 m.a.a.p. e 250 m.a.a.p), contribuíram, juntamente com restos acumulado de pântanos, para as reservas encontradas atualmente.

Estágios de formação

O carvão mineral é resultante das transformações da matéria orgânica confinada em longos períodos. A concentração de carbono modifica-se durante o tempo.

O carvão, em seus diferentes estágios, é apenas um grupo de formas do Carbono. Outras formas, como o grafite e o diamante, também são formas carbônicas, mas possuem estrutura e orbitais moleculares diferentes.

Carvão no Brasil

Embora as reservas mais antigas tenham sido exploradas desde o século XIX, somente ao longo do século XX, quando as necessidades da indústria e dos transportes aumentam no Brasil, as jazidas de carvão passam a ser exploradas em maior volume.

• Década de 1940: crescimento da extração em Santa Catarina e no Rio Grande do Sul, para atender às necessidades da siderurgia nacional;

• Principais jazidas:nos estados do Sul (SC, RS, PR), exploradas economicamente. Em outros Estados, existem reservas, mas em quantidade irrelevante para a operação comercial de jazidas;

• Campos de turfa: existem campos de turfa em vários Estados do país, que também são explorados comercialmente. Além de aquecimento, a turfa é utilizada para algumas aplicações agrícolas e para despoluição de áreas com metais pesados ou derramamento de petróleo;

• Aplicações:siderurgia (aquecimento dos fornos), transporte, geração de energia.

Madeiras energéticas

As madeiras utilizadas para aquecimento e a produção de carvão vegetal são fontes mais baratas e disponíveis para gerar calor.

O carvão vegetal é produzido através da queima lenta e controlada de madeira por vários dias. Esse processo visa fazer com que a capacidade calorífica não seja perdida com a queima das madeiras.

• Década de 1940: cerca de 80% do consumo de energia no Brasil utilizava lenha ou carvão vegetal;

• Usos: siderurgia (envolve processos em temperaturas elevadas, p. ex. fundição), aquecimento, transporte, medicina.

Silvicultura

As práticas de florestamento comercial que utilizam os conhecimentos da silvicultura para cultivar árvores de rápido crescimento e valor comercial mais rentável têm se espalhado por todo o Brasil.

Além do uso de madeira para celulose, papel e móveis, a madeira para o carvão vegetal é importante em vários setores da economia.

• Aquecimento de fornos industriais: cozimento de argilas e areias para fabricar cerâmicas, vidros, tijolos; na fusão de metais para a siderurgia (o carvão mineral, nesses casos, é mais utilizado);

• Medicina:remédios para adsorção de substâncias tóxicas no organismo;

• Indústria química: filtros e produtos para despoluição, descontaminação e limpeza.

O florestamento comercial utiliza espécies exóticas no Brasil, como espécies de pinus e eucaliptos. Além de substituir a vegetação original, as áreas cobertas podem ter vários problemas ambientais quando não se adotam medidas de mitigação de impactos: erosão dos solos, redução de biodiversidade, etc.

Fontes renováveis

Os biocombustíveis utilizam recursos naturais de origem orgânica para a geração de energia. Por isso, a energia gerada é considerada renovável, pois as matérias-primas podem ser cultivadas, reaproveitadas ou ter os seus ciclos biogeoquímicos aproveitados na produção, sem um horizonte de esgotamento evidente.

• Madeiras:carvão vegetal, lenha, serragem;

• Flores, folhas, caules de vegetais e óleos essenciais de plantas:fabricação de óleos e álcoois, inclusive combustíveis (de soja, mamona, milho, beterraba, mandioca, babaçu, dendê, etc.);

• Dejetos/lixo orgânico: pela queima, aproveitamento do chorume ou dos gases liberados;

• Estufas:o calor gerado pela radiação solar e o confinamento é convertido em energia;

• Biodigestores:esgoto, restos animais, vegetais e resíduos pode ser confinado em tanques fechados e fermentado. O gás liberado na fermentação pode ser convertido em energia.

Etanol

O álcool etanol produzido da cana-de-açúcar é o biocombustível mais utilizado no Brasil. A implantação do Proálcool pelo governo brasileiro nos anos 1970 foi responsável pelo impulso no uso desse tipo de etanol e pela liderança mundial brasileira nas tecnologias de produção e geração de álcool combustível, especialmente no setor automotivo.

Outros vegetais também têm sido utilizados para geração de biocombustíveis no Brasil, com semelhante sucesso e tecnologia: mamona, soja, sementes de girassol, entre outros.

Açúcar de base

A cana-de-açúcar foi uma das bases da economia brasileira desde a primeira experiência bem-sucedida no Brasil, em 1532 (São Vicente, SP, a primeira ocupação portuguesa permanente no país).

Cultivos

No Brasil, as fazendas produtoras de cana-de-açúcar possuem a seguinte estrutura:

• Grandes propriedades (extensivas);

• Mão-de-obra abundante (manual);

• Monocultura.

Liderança mundial

Mesmo após cinco séculos de experiências, os ciclos de expansão, declínio e da concorrência de outros países, o Brasil manteve-se como líder mundial no cultivo de cana-de-açúcar e das tecnologias para o processamento industrial dessa matéria-prima. Isso ocorreu porque o país desenvolveu uma cadeia produtiva complexa.

• Usinas de açúcar e álcool: fermentação de açúcares, para transformação em combustíveis e produtos derivados de açúcar e álcool;

• Processos industriais de destilação e fracionamento.

Proálcool

Com o objetivo de minimizar os efeitos negativos dos choques do petróleo dos anos 1970, o governo brasileiro criou o Programa Nacional do Álcoolem 1975. As medidas adotadas visaram substituir gradualmente a gasolina pelo etanol derivado de cana-de-açúcar.

Os estímulos governamentais, as contribuições de universidades, centros de pesquisa, agricultores e da indústria criaram tecnologias e processos responsáveis pela liderança do país na produção de biocombustíveis.

Vantagens

• Menor poluição atmosférica: os gases liberados pela queima do etanol, assim com de outros biocombustíveis, são menos poluentes que combustíveis fósseis;

• Recurso renovável:a cana-de-açúcar pode ser cultivada em várias regiões do país, por conta das condições climáticas e de solo favoráveis. Além disso, o ciclo de crescimento é rápido, o que facilita a obtenção de matéria-prima com frequência;

• Menor dependência de petróleo.

Desvantagens

• Grandes áreas:necessita de vastas áreas para cultivo. O desmatamento, o uso inadequado dos solos e o emprego de grandes quantidades da água para irrigação podem causar graves danos ambientais;

• Risco de poluição e contaminação: o vinhoto, resíduo da destilação do caldo da cana-de-açúcar (garapa), acaba sendo jogado em cursos d’água;

• Substituição de cultivos: algumas regiões do país têm sofrido com a substituição de cultivos alimentares (feijão, arroz, frutas, etc) pela cana-de-açúcar.

Águas e pás

A hidroeletricidade utiliza o movimento das águas, confinadas em represas, para gerar energia através da queda em declives acentuados, as barragens.

O movimento das águas faz várias turbinas girarem, convertendo energia mecânica em energia elétrica.

Potencial brasileiro

O Brasil possui boa parte de seu território formado por áreas planálticas, por onde correm muitos de nossos cursos d’água. Essa característica contribui para a produção de energia em hidroelétricas.

• Declives:as diferenças de declividade em áreas planálticas, forma rios encachoeirados, que podem ser aproveitados para a construção de barragens e represas;

• A energia das águas convertida em eletricidade é uma das principais fontes da matriz energética do país.

Tipos de usinas

• Usinas de médio e grande porte: produzem cerca de 90% da oferta total da energia convertida nas hidroelétricas;

• Pequenas Centrais Hidroelétricas (PCHs):usinas de pequeno porte, mais baratas e com menores impactos ambientais (não precisam desapropriar ou desmatar grandes áreas para armazenar água em reservatórios). Porém, como são construídos em cursos d’ água de menor tamanho e volume, estão sujeitas a períodos de estiagem.

Vantagens

• Renovável:utiliza apenas o movimento das águas para converter energia hidráulica em elétrica;

• Diversos usos das represas: podem ser utilizadas para navegação, transporte e abastecimento de água;

• Experiência em implantação:a engenharia brasileira é mundialmente reconhecida pelas tecnologias e métodos criados na construção e operação de usinas hidroelétricas.

Desvantagens

• Alagamento de grandes áreas:a construção de represas e barragens necessita desapropriar e desmatar grandes áreas, o que pode provocar gravas impactos ambientais. Além disso, algumas experiências de vegetações originais que foram submersas, sem retirada, lançam gases poluentes na atmosfera ao se decompor em ambiente aquático;

• Remoção de populações:as desapropriações obrigam os moradores a serem removidos. Esse processo pode provocar a destruição de valores culturais e históricos das populações com seus lugares tradicionais;

• Dificuldades na transmissão:para chegar a lugares distantes, a energia elétrica precisa ser transmitida com potência muito elevada. Esse processo acaba gerando perdas no caminho, o que exige investimentos e tecnologias para minimizar esse efeito de perda.

Fonte abundante e disponível

As condições naturais, a disponibilidade hídrica e a necessidade de fontes de energia mais baratas tornaram a hidroeletricidade uma fonte de energia essencial para o Brasil.

Demanda energética

O desenvolvimento urbano e industrial do Brasil ao longo do século XX elevou a demanda energética do país. As políticas de Estado foram necessárias para ampliar a matriz e a capacidade energética.

• Principais usos: consumo doméstico, indústrias, comércio, agropecuária.

Principais projetos

Colisões energéticas

A energia nuclear aproveita-se da colisão de átomos, que liberam energia nesse processo, para convertê-la em eletricidade.

As pesquisas desenvolvidas nos séculos XIX e XX, especialmente no campo da Física Nuclear (Rutherford, Fermi, etc.), contribuíram para o aproveitamento dessa fonte energética.

Fissão e fusão nuclear

As reações nucleares para conversão de energia podem ocorrer, dada a tecnologia atual, em dois processos:

• Fissão nuclear: colisão de átomos;

• Fusão nuclear: partículas subatômicas em processo de fusão liberam quantidades de energia muito superiores que na fissão. Esse processo ocorre na liberação de energia pelo Sol;

• A tecnologia atual não consegue converter energia em reações de fusão nuclear controlada em grande escala, embora existam testes em alguns países, incluindo o Brasil;

• As usinas atuais convertem energia através da fissão nuclear.

Programa nuclear brasileiro

A energia nuclear pode ser considerada como uma solução moderna e estratégica para o país, em função dos seguintes aspectos:

• Fornecer mais energia, para contribuir com a matriz energética;

• Desenvolvimento tecnológico;

• Importância geopolítica, pois poucos países dominam as tecnologias nucleares;

• 1975:acordos de cooperação com a Alemanha para o fornecimento de tecnologia e conhecimentos na produção de energia nuclear;

• Usinas existentes: Angra I e Angra II (em operação), Angra III (em construção, prevista para operação em 2018).

Energias alternativas

A busca por fontes de energias alternativas tem como objetivos utilizar recursos naturais renováveis e abundantes, buscar meios de produção com menor impacto ambiental e custos mais competitivos. Por isso, assim como outros países, o Brasil precisa desenvolver meios de conversão de energia nesses princípios.

• Brasil:utiliza fontes renováveis de energia (cerca de 80% da matriz energética).

Vantagens do Brasil

• Dimensões continentais e várias opções de fontes energéticas;

• Elevada incidência de radiação solar;

• Litoral extenso;

• Diversidade de solos e climas;

• Recursos minerais diversos;

• Algumas fontes renováveis.

Propagação

A propagação de elementos radioativos está associada à diferentes comprimentos de onda e à matéria que está dispersa pelo espaço.

• Elementos químicos: podem emitir radiação (alfa, beta ou gama, por exemplo);

• Aplicação de técnicas nucleares

  • Medicina (tratamentos, geração de imagens);

  • Geração de energia;

  • Eletrônica;

  • Processos industriais.

Riscos

• Contaminação;

• Doenças/mortes;

• Poluição e necessidade de remoções em massa (exemplo: acidente nuclear de Chernobyl, Ucrânia, em 1986);

• Necessidade de destinaçãocorreta dos resíduos nucleares.