Energia Solar
Nas últimas três décadas, o aproveitamento da energia solar para aplicações diversas tem sido bastante destacado, especialmente em países tropicais e subtropicais, como o Brasil, que dispõem de condições excelentes de radiação solar ao longo do ano. As experiências visando a utilização de energia solar para diversos fins datam de tempos remotos. A história registra que, no século I, Herão de Alexandria já havia construído um dispositivo para bombeamento de água empregando o calor do sol como fonte térmica.
O uso direto da energia solar tem três atrativos principais: primeiro, sua capacidade de renovação, quase infinita, considerando a escala de tempo humana. Segundo, está relacionada com a proporção menor de impactos ambientais, quando comparada com aqueles provenientes da exploração e do uso de energias fóssil e nuclear. O terceiro é a viabilidade de aplicação junto às fontes consumidoras, o que elimina a necessidade de transporte através de grandes distâncias.
O uso direto da energia solar pode ser feito de duas formas: como fonte de luz e calor ou para produção de eletricidade. Uma maneira de aproveitar mais eficientemente a energia solar incidente é através do uso de coletores térmicos, dispositivos capazes de transformar a luz do sol em calor, que pode ser utilizado diretamente no aquecimento de água para consumo doméstico. Outra maneira é converter a energia solar diretamente em energia elétrica, utilizando células fotovoltaicas revestidas de semicondutores que, ao absorver luz, produzem uma pequena corrente elétrica.
Devido aos elevados custos de fabricação e manutenção, a utilização dessas células não oferece vantagem para extenso uso comercial, a não ser em pequenas usinas elétricas em regiões muito distantes de geradoras hidro ou termoelétricas. Atualmente, existem projetos de produção de eletricidade via satélite, captando e convertendo a energia solar, por meio de grandes painéis ao redor do planeta, em eletricidade que será transmitida para a Terra por microondas.
O uso indireto da energia solar ocorre através do aproveitamento da biomassa, do vento, das marés, dos gradientes de temperatura da água oceânica, dos combustíveis vegetais e fósseis.
Biomassa
Cerca de 0,02% da energia solar incidente sobre a Terra é utilizada no processo biológico da fotossíntese que transforma a energia luminosa recebida em energia química. Esse processo é o responsável também pela formação de biomassa que constitui uma fonte de energia renovável aproveitada de muitas maneiras: na forma de alimento (carnes, frutas, peixes, legumes, etc), como combustível direto (lenha, casca de babaçu, bagaço de cana, gás natural, etc) e combustível indireto por meio de óleos vegetais (mamona, soja, dendê) e de álcoois (etílico e metílico convertidos da madeira, da cana-de-açúcar, do sorgo sacarino, da mandioca, etc).
Os óleos vegetais e os álcoois possuem capacidade para substituir o óleo combustível e a gasolina, respectivamente. Ainda existem possibilidades tecnológicas para realizar conversões fotoquímicas, promovendo a dissociação da água por intermédio das algas, o que poderá vir a ser, no longo prazo, uma forma de obter hidrogênio combustível.
O biogás oriundo da biomassa é uma fonte de energia relativamente barata, renovável e eficiente, além de não poluente. O subproduto desse processo é um excelente fertilizante. Outra vantagem é o aproveitamento de um material que, para ser eliminado ou tratado, necessitaria de mais consumo de energia. Os problemas mais críticos para a produção do biogás são os controles do pH e da temperatura durante o estágio final de degradação dos resíduos orgânicos.
A cana-de-açúcar e o sorgo sacarino são exemplos de vegetais com boa eficiência de conversão, o que os torna, potencialmente, matéria-prima para a extração de álcool. O processo de obtenção dos álcoois etílico e metílico, com a fermentação e destilação de vegetais como a batata, a beterraba, o milho, a cevada e outros cereais, é conhecido há muito tempo. No entanto, seu uso como combustível é muito recente, datando da Primeira Guerra Mundial. No Brasil, o Plano Nacional do Álcool - PROÁLCOOL - mostrou uma perspectiva de obter um combustível automotivo substituto, reduzindo em setenta por cento o consumo de gasolina.
Para a geração de eletricidade, em média e larga escala, ainda não há condições de competitividade da biomassa com os combustíveis fósseis, em vista dos custos econômicos. Também persistem alguns problemas no que se refere aos processos de manejo e conversão. Para pequenas populações dispersas, no meio rural ou em localidades isoladas, onde as condições de extensão da rede elétrica e a logística de transporte de combustível são mais difíceis, a biomassa pode resultar na solução menos dispendiosa, garantindo ainda o aproveitamento dos próprios recursos locais. O Brasil utiliza para cultivo agrícola somente 7,5% dos 851 milhões de hectares de terras que possui. A implantação de cultivos de biomassa pode ser uma alternativa lucrativa para os proprietários rurais que poderão utilizá-los, como cultivo complementar, na geração de energia para consumo próprio e ainda prover uma fonte de renda adicional para a agroindústria e o setor moveleiro circunvizinhos.
A utilização de biomassa, para fins energéticos, é tão antiga quanto a própria civilização. Até o século XVIII, a principal fonte de energia era a lenha. Nos séculos XIX e XX, com a progressiva introdução comercial dos combustíveis fósseis, a biomassa assumiu um plano secundário na matriz energética global, entrando na lista das fontes de geração consideradas alternativas, junto com as energias solar e eólica.
Energia Éolica
O vento, assim como a água, foi uma das fontes de energia mais utilizadas pelo homem. Restos de um barco a vela encontrados em um túmulo sumeriano, datado de 4000 aC, são os indícios do primeiro uso histórico da energia eólica pela humanidade. Contudo, foram os fenícios, pioneiros na navegação comercial, que começaram a utilizar, por volta de 1000 aC, barcos movidos pela força dos ventos. As embarcações movidas a vela evoluíram até o desenvolvimento das caravelas no século XIII e dominaram os mares até o começo do século XIX, quando surgiu o navio a vapor.
Há indicações, a partir do século X, que apontam o uso de moinhos de vento para bombear água e moer grãos. Durante os dois séculos seguintes, os moinhos foram projetados de acordo com as condições geográficas para obter melhor aproveitamento do sentido predominante dos ventos, mantendo o eixo motor numa direção fixa. Na Holanda, durante o século XV, começaram a surgir moinhos com cúpula giratória, que permitia posicionar o eixo das pás na direção dos ventos. Com a Revolução Industrial, os moinhos de vento sofreram modificações para se adaptar à velocidade constante necessária para manter o ritmo de produção. Neste período são criados os primeiros sistemas de controle e de potência que permitiram aperfeiçoar e integrar os moinhos de vento a estas unidades produtivas.
A descoberta de novas tecnologias e o aperfeiçoamento desses sistemas evoluíram até chegar às atuais turbinas eólicas que vem sendo empregada em larga escala nos países desenvolvidos desde o início da década de 1990, normalmente com subsídios governamentais.
As pesquisas atuais se concentram nos novos materiais que permitam desenvolver turbinas de maior porte, com potência maior que as existentes (2 MW). Na costa oeste dos Estados Unidos, no norte da Alemanha e na Dinamarca, a energia eólica funciona como complemento à geração elétrica convencional. A região litorânea brasileira, em particular no Nordeste em função dos regimes de bons ventos, é considerada apta para instalação de parques eólicos. No litoral do Ceará, já estão instalados mais de 15 MW de geração eólica complementar à rede, a maioria por iniciativa privada.
Pilhas Combustível
Devido à alta eficiência e as baixíssimas emissões de ruído e poluentes, a aplicação de pilhas combustível, também chamadas de células combustível, para geração de energia elétrica e propulsão de veículos pode vir a ser um dos grandes avanços tecnológicos da próxima década.
De maneira semelhante às baterias, essas pilhas convertem a energia química de um combustível (hidrogênio) em eletricidade na forma de corrente contínua. No entanto, não descarregam nem necessitam de recarregamento periódico; a produção de eletricidade se mantêm enquanto existir suprimento de combustível e de oxidante para formar a reação. Como a essência do processo é inversa ao da hidrólise, os produtos gerados são basicamente energia elétrica, calor e água, e uma quantidade muito reduzida de poluentes (óxidos de nitrogênio e enxofre, hidrocarbonetos e carbono).
Apesar de terem concepção teórica conhecida desde meados do século XIX, as pilhas combustível não tiveram desenvolvimento comercial até 1950 devido a problemas com materiais e ao conhecimento científico limitado sobre as reações eletroquímicas necessárias. Nessa época, em função da necessidade de dispositivos compactos de geração de energia como suporte aos projetos de exploração espacial, as pesquisas de pilhas combustíveis foram retomadas. Depois disso, Estados Unidos, Japão e Europa investiram em diversos projetos para torná-las atrativas comercialmente.
Além da alta eficiência e dos níveis muito baixo de emissões poluentes, essas pilhas possuem atrativos operacionais pela montagem em unidades modulares compactas, pré-montadas na fábrica com pequeno tempo de construção, e possibilitam complementar a capacidade existente de operação, reduzindo a demanda de picos e perdas de energia.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
