As Fontes de Energia

Fontes de energia.

Introdução

Este trabalho tratará de fontes alternativas de energia para o uso industrial/residencial. Abordaremos três temas diversos: biomassa/biogás, turbina a gás (ciclo de Brayton) e reator a fusão (Lockheed Martin). A proposta é analisar qual seria o mais apropriado para o uso atual, sendo que tanto o reator a fusão como a turbina a gás seriam projetos futuros que não estarão disponíveis tão cedo no mercado, diferente da biomassa/biogás que já está sendo utilizada.

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Biomassa/biogás

Biomassa: qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia, sendo florestal, agrícola, rejeitos urbanos e industriais.

Biomassa é um material que vem sendo utilizado nos últimos anos como fonte de energia alternativa, sendo transformada em energia por algumas usinas específicas.

Podemos classificar a biomassa em três tipos:

Biomassa sólida: tem como fontes a agricultura, substâncias animais, vegetais, industriais e urbanas. A maior parte da biomassa sólida é obtida da madeira. Em alguns lugares também é utilizado a palha, o feno e também o bagaço da cana de açúcar.

Biomassa líquida: tendo em vista a diminuição do efeito estufa, o biocombustível não emite CO2 para a superfície, sendo então que seu impacto ambiental é bem menor que os combustíveis fósseis.

Biomassa gasosa (biogás): esses por sua vez são gerados pelos efluentes agropecuários, agroindustriais e urbanos. Esses gases são obtidos através da degradação biológica, sendo constituído principalmente de Metano (CH4), podendo ser obtidos através da conversão termoquímica da biomassa sólida pelo processo de gasificação.

[pic 1]

-Como funciona:

Uma grande parte da biomassa sólida (bagaço da cana de açúcar, madeira etc) é queimada em caldeiras gerando vapor que pode ser utilizado para vários fins (vapor usado para o processo dentro da indústria, para gerar energia elétrica, etc), diferente da biomassa líquida, que no Brasil é utilizada, na sua grande maioria, como combustíveis.

Já para o processo gasoso, temos que armazenar o biocombustível em um tanque chamado de biodigestor, onde o mesmo sofrerá um processo químico liberando gás Metano (CH4), que pode ser encanado e utilizado para alimentar um gerador ou um aquecedor.

[pic 2]

Utilização no Brasil

A biomassa no Brasil já é muito utilizada em todas as áreas (agrícola, industrial e urbana). E com o decorrer do tempo sua utilização vem aumentando cada vez mais. Cada região atualmente utiliza fontes diversas de biomassa.

Exemplos:

Norte: lenha, carvão, resíduos agrícolas e óleos vegetais.

Nordeste: bagaço de cana (etanol), resíduos agrícolas, óleos vegetais, lenha e carvão.

Centro-oeste: lenha, resíduos industriais, resíduos agrícolas e óleos vegetais.

Sudeste: bagaço de cana (etanol), lenha, carvão, resíduos industriais e resíduos agrícolas.

Sul: bagaço de cana (etanol), resíduos agropecuários, resíduos industriais.

Vantagens

-fonte de energia renovável;

-baixo custo de aquisição;

-não emite dióxido de enxofre;

-as cinzas são menos agressivas ao meio ambiente;

-menor corrosão dos equipamentos.

Desvantagens

-poluição ambiental e visual;

-menor poder calorífico;

-maior geração de partículas para atmosfera;

-afeta o ecossistema;

- são necessárias grandes áreas para produzir biomassa em quantidades rentáveis.

Turbina a gás

Ciclo de Brayton: utilizado para turbo jatos, geração de energia elétrica e engenharia naval.

O ciclo de Brayton é um processo onde o ar é comprimido, se junta ao combustível na câmara de combustão, onde acontece a reação química entre o oxigênio do ar e o combustível utilizado. Os gases quentes resultantes da reação vão fornecer à turbina potência para o equipamento a ser acionado.

Já para o ciclo de Brayton fechado, os gases que são eliminados para a atmosfera no ciclo convencional são reutilizados, pois são liberados na mesma pressão atmosférica, mas sua temperatura ainda está elevada. Portanto, os gases retornam para os compressores para serem comprimidos e voltarem a acionar a turbina. Esses mesmos gases também podem ser utilizados para fazer um pré-aquecimento do combustível.

[pic 3]

O SNL (Laboratório Nacional Sandia, EUA) está realizando pesquisas com turbinas tendo a base S-CO2 (dióxido de carbono) supercrítico (quando submetido à pressão e temperatura acima do seu ponto crítico, a densidade do S-CO2 fica próxima a de um líquido).

Utilizando o S-CO2 como fluído de trabalho para o ciclo fechado de Brayton em vez de vapor (ciclo de Rankine), temos grande aumento na sua eficiência para a conversão de energia térmica em elétrica. O principal motivo do aumento da eficiência é o uso do S-CO2 que exige menos trabalho para converter a energia térmica em elétrica, independentemente da fonte térmica utilizada (gás natural, carvão, entre outras). 

[pic 4]

Vantagens

- Menor tamanho em relação ao sistema de vapor (custo de capital reduzido);

- O aumento da eficiência, resultando em aumento da produção de eletricidade para mesma potência térmica;

- A melhoria do ambiente de redução de gases com efeito estufa;

- Vastamente reduz o consumo de água;

- Resfriamento a seco / adequado para ambientes áridos.

Entretanto, antes de podermos confirmar essas vantagens citadas, o SNL vai enfrentar a missão de comprovar que esse sistema é realmente viável, tendo que desenvolver um sistema totalmente operacional obtendo 10MW.

Essa meta foi estabelecida para ser concluída até o fim do ano fiscal de 2019, segundo o SNL.

Reator à fusão (Lockheed Martin)

O reator à fusão compacto que está sendo desenvolvido pela Lockheed Martin ainda é um protótipo, estimado para ser concluído em alguns anos.

Não podemos confundir fusão com a fissão nuclear.

Fissão é o bombardeamento do núcleo de um átomo instável como, por exemplo, um nêutron que após a colisão libera uma grande quantidade de energia, em seguida são liberados novos nêutrons que vão colidir com novos núcleos, causando o que é denominado como reação em cadeia.