As fontes e as formas de energia: a fonte energética da vida
A energia do Sol é a fonte principal da vida na Terra. É a partir dessa energia que se realiza a fotossíntese, processo responsável pela fixação do gás carbônico (dióxido do carbono), um dos gases que resultam da queima dos combustíveis.
É ainda a fotossíntese o processo que alimenta, direta ou indiretamente, a produção das fontes de energia que utilizamos, tais como o gás natural, o petróleo e o carvão natural, além de garantir a produtividade de todo o planeta. Para refletir a respeito dos fluxos naturais de energia, vamos analisar a formação e distribuição da biomassa (qualquer matéria de origem vegetal, utilizada como fonte de energia) pelo planeta. Vamos focar a análise no ciclo do carbono e do nitrogênio, que não existiriam sem a energia solar. Os combustíveis fósseis, largamente utilizados nos dias de hoje, como o carvão mineral e o petróleo, são vistos como biomassa produzida pela fotossíntese realizada no passado da Terra e depositada no subsolo.
A energia solar é muito importante. Quase 99% da energia que flui até a superfície terrestre é resultado da radiação solar (o calor procedente do centro do planeta e as forças gravitacionais do Sol e da Lua completam o restante). Sem ela, o oceano se congelaria e a temperatura na superfície terrestre seria inferior a 200°C negativos. O aquecimento do solo pela energia solar e a troca de calor entre a superfície aquecida e a atmosfera, coloca o ar em movimento e mantém a circulação geral da atmosfera, o ciclo da água, o ciclo do carbono e do nitrogênio. É a luz solar que sustenta a cadeia alimentar no planeta por meio da fotossíntese.
Na fotossíntese, grandes quantidades de CO2 presentes na atmosfera são absorvidas continuamente. Nas florestas, por exemplo, as árvores precisam de uma quantidade grande de carbono para crescer, e acabam “seqüestrando” este elemento do CO2 atmosférico. Durante a história da Terra, esse processo natural ajudou a diminuir a quantidade de CO2 na atmosfera, o que explica porque o plantio de árvores é fundamental para reduzir os poluentes atmosféricos.
Quais as implicações do fenômeno observado (fotossíntese) na composição da atmosfera e na distribuição da vida na superfície terrestre?
A fotossíntese permite retirar da atmosfera o gás carbônico, um dos gases que concorrem para o aquecimento global. A luz solar ilumina as diferentes regiões do planeta, mas as condições de iluminação não são homogêneas (iguais) na superfície terrestre. Ou seja, existem regiões mais iluminadas ao longo do ano (faixa equatorial) e outras menos iluminadas (região polar), o que acaba interferindo na produtividade de cada região. Como a fotossíntese fornece as substâncias e a energia que as plantas precisam para crescer, há uma relação da fotossíntese com a produção da biomassa: as formações mais produtivas de biomassa ocorrem em condições mais adequadas de realização da fotossíntese, ou seja, nas regiões mais iluminadas, como os mangues tropicais e as florestas equatoriais. A zona tropical é a mais produtiva e a zona polar a menos produtiva. Essa distribuição é explicada pela importância da luz solar na produção da biomassa. As áreas mais próximas do Equador estão expostas à luz solar durante maior número de horas por ano, enquanto na proximidade dos pólos, no período de inverno, os dias são mais curtos do que as noites. Outro fator importante é a inclinação com que a luz solar alcança as diferentes zonas da Terra, não atingindo na mesma intensidade o solo polar e o tropical, porque é refletida em grande parte para o universo.
Porém, para o desenvolvimento das plantas, também é fundamental a disponibilidade de água. Dessa forma, o ambiente poderá estar localizado na zona tropical, mas não ser muito produtivo em termos de desenvolvimento de biomassa, como se verifica nos desertos e savanas.
Algumas culturas agrícolas são mais produtivas em termos de desenvolvimento de biomassa, como um canavial. Em termos de toneladas de biomassa por hectare ano, um campo irrigado de cana-de-açúcar produz 1,5 mais matéria vegetal do que uma floresta tropical úmida. Apesar dessa produtividade, os canaviais têm constituído um problema ambiental, uma vez que, na época da colheita, são efetuadas queimadas, que transformam parte da celulose em CO2, devolvendo à atmosfera o carbono que havia sido capturado durante o crescimento da plantação.
O seqüestro de carbono
“Seqüestro de carbono” é uma expressão que ganhou visibilidade a partir da Conferência de Kyoto (cidade japonesa), em 1997, quando se estabeleceram metas para a contenção do acúmulo de CO2 na atmosfera. Esse processo é muito antigo, o que permitiu o desenvolvimento da vida no planeta por meio de mecanismos de equilíbrio e conservação de estoques de carbono nos solos, florestas e outros tipos de vegetação. Afinal, na fotossíntese, as plantas liberam oxigênio e consomem dióxido de carbono para produzir a celulose. Quando a lenha é queimada, a celulose é convertida novamente em CO2 e água. É por isso que a intervenção humana, em alguns ambientes naturais, podem ser muito mais danosas para o equilíbrio energético do planeta, e o estudo desses ambientes é uma forma de compreender melhor os fluxos naturais de energia.
O Programa Biológico Internacional, com o apoio da UNESCO, tem o objetivo de calcular a quantidade de matéria orgânica (biomassa) produzida nos diferentes ambientes terrestres. Para isso, foi estabelecida uma unidade de medida da produtividade primária líquida (PPL) da biomassa por meio de uma taxa da quantidade de matéria orgânica produzida por hectare. A taxa de PPL, como é chamada, é um cálculo indireto do seqüestro de carbono.
A produção primária nos diferentes ambientes
Como vimos, as plantas precisam realizar fotossíntese para crescer, e quando crescem, produzem biomassa. São chamadas de produtores primários porque formam a base de todas as cadeias alimentares. Por esta razão, a energia produzida pela fotossíntese é chamada de produção primária. A produção primária pode ser medida pelas trocas gasosas que as plantas realizam e também pelo seu crescimento (biomassa).
Os ciclos do carbono e do nitrogênio e a formação de recursos energéticos
Assim como o ciclo da água tem sido amplamente estudado na escola, os ciclos do carbono e do nitrogênio também são importantes para compreender a dinâmica da natureza e os impactos ambientais provocados pela exploração de recursos energéticos.
Observe o fluxograma “O ciclo do nitrogênio”
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Os fluxogramas, que são representações gráficas, estabelecem, sinteticamente, conexões entre os elementos de um sistema. Qualquer que seja o ponto de partida do diagrama (por exemplo, nesse do ciclo do nitrogênio, os elementos são a água, o solo, as plantas, os animais ou a atmosfera), descreve os caminhos possíveis do nitrogênio. A intervenção humana no ciclo do nitrogênio está provocando profundas alterações no ambiente, principalmente com a introdução de fertilizantes artificiais, que poluem o solo, o ar e os recursos hídricos. O nitrogênio representa um papel importante na manutenção da vida, pois ele é importante na constituição das proteínas. As plantas não conseguem absorver o nitrogênio diretamente da atmosfera. Elas absorvem o nitrogênio dos nutrientes do solo, na forma de nitratos e sais de amônia. Por isso, a agricultura moderna introduz, no solo agrícola, fertilizantes artificiais ricos em nitratos. Mas o excesso de nitrogênio no solo é eliminado pelas chuvas, atingindo os rios. O excesso de nitrato, em lagos e represas, provoca a proliferação de plantas aquáticas, o que demonstra um desequilíbrio.
Leia sobre “O ciclo do carbono” . O desenvolvimento da pecuária é outro processo de acirramento da emissão de carbono na atmosfera. No Brasil, a maior parte das emissões de carbono do país é proveniente do desmatamento da Amazônia, que precisa ser controlado de maneira mais firme.
Matrizes energéticas: da lenha ao átomo
O uso das fontes energéticas possui história própria. A energia cinética dos ventos, por exemplo, é uma fonte muito antiga. Ela começou a ser utilizada nos primeiros séculos da nossa era, principalmente nos Países Baixos (Holanda, Luxemburgo) e na Europa Ocidental, para a moagem de grãos, nas serrarias dos estaleiros (lugar onde se constroem e consertam navios) e nas bombas para secagem dos pôlderes. A força do vento também era utilizada para movimentar embarcações e bombear água para irrigação havia muitos séculos.
O uso do carvão mineral, por sua vez, ganhou impulso a partir da segunda metade do século XVIII, transformando completamente a matriz energética mundial. O crescimento das cidades e da atividade industrial levou ao aumento do consumo do carvão mineral, expandindo consideravelmente o uso da energia.
Hoje parece natural o uso do petróleo e da eletricidade gerada pelas turbinas das hidrelétricas e termelétricas; a história dessas fontes energéticas, cujo uso é muito mais recente, não teria sido possível sem o desenvolvimento científico e tecnológico do século XX. A matriz energética, com base na eletricidade, ganhou impulso ainda maior após a Segunda Guerra Mundial, quando a energia nuclear passou a ser utilizada como recurso adicional.
Por um longo período da história da humanidade, a única forma de energia utilizada pelo homem foi sua própria força muscular. Com a descoberta do fogo, há aproximadamente 100 mil anos, a madeira passou a ser o principal recurso energético explorado pelo homem. O uso de bois, búfalos, cavalos ou camelos no transporte e nos trabalhos da lavoura, na moagem de grãos e no bombeamento de água também foi uma das principais fontes de energia durante séculos. Apesar da enorme inovação tecnológica no campo da produção de energia, a madeira e a tração animal ainda são as únicas fontes de energia para a maior parte da humanidade. A madeira representa 15% da energia consumida no mundo. Esta ainda é a fonte para mais da metade da população mundial. Em alguns países a queima da lenha representa cerca de 90% do combustível utilizado.
As fontes de energia que nós utilizamos durante um dia comum da semana são eletricidade, os combustíveis fósseis e a própria força motriz para se movimentar a pé ou realizar atividades domésticas, como varrer calçadas, carregar compras de supermercado etc. Mas hoje, cerca de 2 bilhões de pessoas ainda não têm acesso à energia elétrica. Como essas pessoas preparam seus alimentos e se protegem do frio? Usam a madeira como combustível, uma vez que essa é uma prática ainda comum nas famílias brasileiras mais pobres ou fez parte da história de nossos pais ou avós.
O consumo mundial de energia
O consumo mundial de energia é crescente. Observe o gráfico “Consumo de energia por habitante nos diferentes estágios de desenvolvimento da humanidade” na página 10 do caderno do aluno; o crescimento de consumo diário cresceu muito com o advento da tecnologia. A quantidade de energia utilizada atualmente é 30 vezes maior que antes do início da Revolução Industrial, no século XVIII. E o consumo não pára de crescer. As áreas urbanas e industriais, onde há intenso consumo de combustíveis fósseis, apresentam fluxo anual de energia, em quilocalorias por metro quadrado, cem vezes maior que o de ecossistemas naturais como estuários, recifes de corais e florestas tropicais. Calcula-se que até 2050, a humanidade estará empregando aproximadamente a mesma quantidade de energia consumida por todos os seres vivos juntos
O consumo de energia nas moradias e comércio perde importância para o consumo da indústria, agricultura e transportes. O crescimento do consumo de energia foi gradual e foram atividades produtivas que provocaram esse aumento. Apesar do crescimento acelerado do consumo de energia no mundo, a distribuição da energia entre os países é muito desigual.
A crise do petróleo
Desde a Revolução Industrial, os combustíveis fósseis passaram a ser utilizados maciçamente, sobretudo o carvão mineral. Após a Segunda Guerra Mundial, ocorreram novas transformações na matriz energética mundial. Primeiro, o petróleo foi ganhando maior importância e, mais recentemente, ocorreu um aumento significativo do consumo de gás natural, considerado uma alternativa para a diminuição da dependência em relação ao petróleo.
No gráfico “Produção mundial de energia, por fonte (2006)” na página 14 do caderno do aluno, os combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás) representam, juntos, quase 81% das fontes de energia consumidas no mundo. Quais as implicações de tal fato?
- A poluição ambiental: o consumo dessas fontes provoca o lançando na atmosfera dos gases que provocam o efeito estufa;
- O problema das reservas existentes: como se trata de uma espécie de energia solar armazenada, produto da fotossíntese realizada há milhões de anos, os combustíveis fósseis são recursos naturais não-renováveis (ou seja, podem acabar).
Vamos analisar dados a respeito da distribuição das reservas existentes de petróleo no mundo. Nesse caso, é preciso diferenciar reservas, cuja magnitude (grandeza) é conhecida, de recursos, cuja magnitude só pode ser estimada porque ainda falta iniciar a prospecção. Prospecção é a forma de avaliar a produtividade de determinado campo petrolífero. Para os especialistas no assunto, os recursos petrolíferos mundiais são em torno de 300 bilhões de toneladas. Até o momento, foram extraídos cerca de 90 bilhões de toneladas, restando uma reserva aproximada de 210 bilhões. É evidente que, com o aumento do preço do barril do petróleo e o desenvolvimento tecnológico, tem sido possível rever esses números, com o aproveitamento cada vez maior de reservas até então consideradas inacessíveis ou inviáveis economicamente. A disponibilidade do petróleo envolve também um componente político, uma vez que os recursos estão desigualmente distribuídos pelos países.
Se observarmos a figura “Principais regiões de produção e consumo de petróleo no mundo (em milhões de barris por dia), 2008” na página 15 do caderno do aluno, identificamos que os principais produtores de petróleo do mundo estão localizados no Oriente Médio, seguido da América do Norte (Canadá, Estados Unidos e México), dos países da ex-URSS e do leste Europeu. A maior parte das reservas petrolíferas dos países mais ricos (Estados Unidos e Europa) já foi consumida, gerando dependência externa do produto. Até o final da década de 1960, o mundo não conhecia o problema da crise energética, pois havia oferta de recursos energéticos em abundância; a alta do preço do petróleo nos anos 70 alterou completamente esse cenário. Nos últimos 30 anos, entraram na agenda política dos países a substituição do petróleo por outras fontes de energia e a implantação de programas de uso racional de energia.
No Brasil, podemos dividir a evolução do consumo e produção do petróleo em três períodos distintos: de 1970 a 1979, de 1980 a 1994, e de 1995 a 2006. Na década de 1970, a produção nacional manteve-se estável, apesar do crescimento acelerado no consumo do petróleo. Em 1973 e 1979, ocorreram fortes elevações no preço do barril do petróleo, o que provocou uma inversão do consumo no período seguinte. Somente a partir da segunda metade da década de 1990 o consumo tornou a subir, só que, desta vez, acompanhado pelo crescimento da produção nacional de petróleo. De acordo com essa série histórica, o País caminha para a auto-suficiência no petróleo. O crescimento da produção nacional está associado ao desenvolvimento tecnológico da Petrobras para explorar reservas até então inacessíveis em águas profundas do oceano. Essas bacias petrolíferas têm se mostrado bastante produtivas.
Perspectivas energéticas: potencial e limitações de energias renováveis
A energia eólica (dos ventos) e a energia solar, fontes energéticas limpas e renováveis, são as formas de geração de eletricidade com as maiores taxas de crescimento de uso no planeta. Grandes fazendas eólicas podem ser encontradas nos Estados Unidos, Alemanha, Dinamarca e Espanha, que lideram a produção de energia por esse meio. Como os custos de instalação ainda são elevados, os principais produtores de energia solar são a França e os Estados Unidos. Aos poucos, as tecnologias construtivas estão incorporando novos princípios que diminuem enormemente o impacto ambiental, e a adaptação das casas ao uso de novas fontes de energia já é uma realidade.
As dificuldades para a difusão dessa tecnologia nos países mais pobres são:
- a necessidade de investimentos em tecnologia e;
- a renda baixa das famílias para pagar pelo benefício. Como os países mais ricos são os maiores consumidores de energia, já há um mercado disposto a pagar pelas melhorias. Em países mais pobres, esse mercado terá de ser ampliado para tornar viável economicamente a mudança.
Uso da energia eólica e solar
As energias eólica e solar são as duas fontes alternativas com mais possibilidade de aplicação no curto prazo. A geração eólica é de menor custo, mas depende das características do vento disponível na região. Por sua vez, a energia solar ainda apresenta altos custos de implantação e não é uma alternativa para os países mais pobres. O resultado disso pode ser observado na comparação entre o Brasil e a Alemanha. Enquanto no Brasil foram instalados 100 megawatts (MW) de energia eólica em residências em 2006, no mesmo período foram instalados na Alemanha 1.200 MW. Enquanto no Brasil existem 15 parques eólicos, com capacidade de geração de 250 MW, a Alemanha tem capacidade de 22 mil MW. Para o desenvolvimento dessas tecnologias é preciso investimentos.
Observando o gráfico “Gasto em pesquisa com energias renováveis, 2004” , na página 20 e o mapa “Participação de fontes renováveis na produção de energia elétrica, 2003” , na página 21, ambos no caderno do aluno, percebemos que a Europa concentra grande parte dos países que mais investem em energias renováveis. Existe uma enorme distância entre os países mais ricos do Norte e os países mais pobres do Sul. Países da América do Norte, da Europa Ocidental e do Leste e Sudeste Asiático são grandes produtores de energia. Apesar dos esforços para a adoção de energia renovável, observa-se que o combustível fóssil ainda é majoritariamente a principal fonte energética mundial. Combustíveis fósseis são substâncias minerais compostas de hidrocarbonetos usadas como combustível, resultados de um processo muito lento de decomposição de plantas e animais a milhões de anos, daí o nome combustível fóssil. Podem ser encontrados no subsolo, em vários lugares do planeta. São três tipos de combustíveis fósseis: o carvão, o gás natural e o petróleo. Ainda no mapa, apesar de a América do Sul representar pequena porção da produção de eletricidade, a utilização de fontes renováveis se destaca.
Uso da energia nuclear
Após a Segunda Guerra Mundial, a energia nuclear começou a ser explorada como um recurso alternativo para atender à demanda por eletricidade. Alguns países investiram intensamente nesse recurso.
O Boletim Energético Nacional (BEN) é emitido anualmente pelo Ministério de Minas e Energia e pode ser acessado no site http://www.mme.gov.br/. Esta publicação se propõe a estudar o mercado de energia e sua interação com a economia, apresentando uma análise sobre temas relevantes no setor energético e uma síntese das principais estatísticas do mercado de energia.
Nesse último capítulo do bimestre, vamos estudar os fluxos das fontes primárias e secundárias de energia, desde a produção até o consumo final. Dessa forma, teremos um exemplo concreto de matriz energética e sua relação com aspectos políticos e econômicos que a envolvem.
O consumo total de energia do Brasil representa aproximadamente 2% do consumo mundial e calcula-se que esse consumo represente cerca de 1,5% das emissões mundiais de carbono. Para se ter um parâmetro, o consumo per capita dos Estados Unidos é 7 vezes o consumo do brasileiro e as emissões de carbono per capita dos Estados Unidos é 11 vezes maior que as emissões per capita brasileiras. Essas características podem ser compreendidas de maneira mais abrangente, observando-se a série histórica do balanço energético nacional.
Por meio da leitura do gráfico “Brasil: produção primária de energia, 1970-2006”, ao avaliamos o impacto ambiental resultante do crescimento da produção brasileira de energia. A energia primária são as fontes providas pela natureza na sua forma direta, como petróleo, gás natural, carvão mineral, energia hidráulica (águas), lenha, dentre outras. O crescimento da produção primária foi impulsionado pelo aumento na produção de petróleo e gás natural, que são fontes não-renováveis. Em 1970, a produção de energia primária brasileira era quatro vezes menor do que em 2006, mas a matriz energética era bem diferente. Naquela época, havia o predomínio do uso de fontes renováveis, sobretudo a queima da lenha. O desenvolvimento do setor energético alterou completamente essa situação. Dentre as fontes renováveis, é bastante perceptível a importância dos produtos derivados da cana de açúcar utilizados como fonte de energia na produção de energia primária no Brasil. As políticas governamentais poderiam ser responsáveis por tal crescimento, como o Programa Pró-Álcool e os investimentos públicos na construção de usinas hidrelétricas.
A produção brasileira de petróleo
As reservas de petróleo do país são a segunda maior da América do Sul, ficando atrás apenas das reservas da Venezuela. Com o desenvolvimento tecnológico de exploração das jazidas em águas oceânicas profundas, o Brasil vem gradativamente superando suas marcas (por exemplo, as recentes descobertas de campos de petróleo no litoral brasileiro).
Fontes alternativas no Brasil: o biodiesel
O biodiesel é um combustível biodegradável (substância que se decompõe naturalmente, perdendo suas propriedades nocivas ao meio ambiente) produzido a partir de inúmeras fontes de energia renováveis. Dezenas de espécies vegetais abundantes no Brasil podem ser utilizadas na produção do biodiesel, como a mamona, o girassol, o babaçu, a soja, o amendoim, o dendê, dentre outras. Ele pode substituir parte ou totalmente o diesel em motores de combustão interna e pode ser processado de várias maneiras, como o craqueamento, a esterificação ou transesterificação.
Org Reg!s: FONTE :http://professoracelinammr.blogspot.com.br/2011/04/textos-para-7a-serie-8o-ano-2o-bimestre.html
