Neste bimestre vamos iniciar os nossos trabalhos com o estudo sobre as principais fontes de energia do Brasil. O desenvolvimento de um país está ligado à sua capacidade de produzir energia. O custo de produção de um país depende do custo de sua matriz energética.

Veja, abaixo, as principais fontes de energia de nosso país.

ENERGIA EÓLICA (dos ventos)

INTRODUÇÃO:

Pode ser difícil considerá-lo assim, mas o ar é um fluido como qualquer outro, exceto que suas partículas estão na forma gasosa em vez de líquida. Quando o ar se move rapidamente, na forma de vento, essas partículas também movem-se rapidamente. Esse movimento significa energia cinética, que pode ser capturada como a energia da água em movimento é capturada por uma turbina em uma usina hidrelétrica. No caso de uma turbina eólica, as pás da turbina são projetadas para capturar a energia cinética contida no vento. O resto é praticamente idêntico ao que ocorre em uma hidrelétrica: quando as pás da turbina capturam a energia do vento e começam a se mover, elas giram um eixo que une o cubo do rotor a um gerador. O gerador transforma essa energia rotacional em eletricidade. Fundamentalmente, gerar eletricidade a partir do vento é só uma questão de transferir energia de um meio para outro.

Toda a energia eólica começa com o sol. Quando o sol aquece uma determinada área de terra, o ar ao redor dessa massa de terra absorve parte desse calor. A uma certa temperatura, esse ar mais quente começa a se elevar muito rapidamente, pois um determinado volume de ar quente é mais leve do que um volume igual de ar mais frio. As partículas de ar que se movem mais rápido (mais quentes) exercem uma pressão maior do que as partículas que se movem mais devagar, de modo que são necessárias menos delas para manter a pressão normal do ar em uma determinada elevação (veja Como funcionam os balões de ar quente para aprender mais sobre a temperatura e pressão do ar). Quando este ar quente mais leve se eleva subitamente, o ar mais frio flui rapidamente para preencher o espaço vazio deixado. Este ar que velozmente preenche o espaço vazio é o vento.

A turbina de energia eólica mais simples possível consiste em três partes fundamentais:

pás do rotor: as pás são, basicamente, as velas do sistema. Em sua forma mais simples, atuam como barreiras para o vento (projetos de pás mais modernas vão além do método de barreira). Quando o vento força as pás a se mover, transfere parte de sua energia para o rotor;
eixo: o eixo da turbina eólica é conectado ao cubo do rotor. Quando o rotor gira, o eixo gira junto. Desse modo, o rotor transfere sua energia mecânica rotacional para o eixo, que está conectado a um gerador elétrico na outra extremidade;
gerador: na essência, um gerador é um dispositivo bastante simples, que usa as propriedades da indução eletromagnética para produzir tensão elétrica - uma diferença de potencial elétrico. A tensão é, essencialmente, "pressão" elétrica: ela é a força que move a eletricidade ou corrente elétrica de um ponto para outro. Assim, a geração de tensão é, de fato, geração de corrente. Um gerador simples consiste em ímãs e um condutor. O condutor é um fio enrolado na forma de bobina. Dentro do gerador, o eixo se conecta a um conjunto de imãs permanentes que circunda a bobina. Na indução eletromagnética, se você tem um condutor circundado por imãs e uma dessas partes estiver girando em relação à outra, estará induzindo tensão no condutor. Quando o rotor gira o eixo, este gira o conjunto de imãs que, por sua vez, gera tensão na bobina. Essa tensão induz a circulação de corrente elétrica (geralmente corrente alternada) através das linhas de energia elétrica para distribuição. Veja Como funcionam os eletroimãs para aprender mais sobre a indução eletromagnética eComo funcionam as usinas hidrelétricas para aprender mais sobre geradores acionados a turbina.

A MODERNA TECNOLOGIA EÓLICA

A moderna tecnologia de geração eólica

Quando se trata de turbinas eólicas modernas, há dois projetos principais: as de eixo horizontal e as de eixo vertical. Turbinas eólicas de eixo vertical (TEEVs) são bastante raras. A única em produção comercial atualmente é a turbina Darrieus, que se parece um pouco com uma batedeira de ovos.

Fotos cedidas por NREL (esquerda) e Solwind Ltd
Turbinas eólicas de eixo vertical; a da esquerda é uma turbina Darrieus

Em uma TEEV, o eixo é montado na vertical, perpendicular ao solo. Como as TEEVs estão permanentemente alinhadas com o vento (ao contrário das de eixo horizontal), nenhum ajuste é necessário quando a direção do vento muda. Entretanto, uma TEEV não pode começar a se mover por si mesma: ela precisa de um impulso de seu sistema elétrico para dar partida. Em vez de uma torre, ela geralmente usa cabos de amarração para sustentação, pois assim a elevação do rotor é menor. Como menor elevação significa menor velocidade do vento devido à interferência do solo, as TEEVs geralmente são menos eficientes que as TEEHs. Como vantagem, todos os equipamentos se encontram ao nível do solo para facilidade de instalação e serviços. Mas isso significa uma área de base maior para a turbina, o que é uma grande desvantagem em áreas de cultivo.

TEEV de projeto Darrieus

As TEEVs podem ser usadas para turbinas de pequena escala e para o bombeamento de água em áreas rurais, mas todas as turbinas de escala de geração pública produzidas comercialmente são turbinas eólicas de eixo horizontal (TEEHs).

Foto cedida por GNU / Kit Conn
Fazenda eólica na Califórnia

Como o nome indica, o eixo da TEEH é montado horizontalmente, paralelo ao solo. As TEEHs precisam se alinhar constantemente com o vento, usando um mecanismo de ajuste. O sistema de ajuste padrão consiste de motores elétricos e caixas de engrenagens que movem todo o rotor para a esquerda ou direita em pequenos incrementos. O controlador eletrônico da turbina lê a posição de um dispositivo cata-vento (mecânico ou eletrônico) e ajusta a posição do rotor para capturar o máximo de energia eólica disponível. As TEEHs usam uma torre para elevar os componentes da turbina a uma altura ideal para a velocidade do vento (e para que as pás possam ficar longe do solo) e ocupam muito pouco espaço no solo, já que todos os componentes estão a até 80 metros de altura.

Componentes de uma grande TEEH:

pás do rotor: capturam a energia do vento e a convertem em energia rotacional no eixo;
eixo: transfere a energia rotacional para o gerador;
nacele: é a carcaça que abriga:
- caixa de engrenagens: aumenta a velocidade do eixo entre o cubo do rotor e o gerador;
- gerador: usa a energia rotacional do eixo para gerar eletricidade usando eletromagnetismo;
- unidade de controle eletrônico (não mostrada): monitora o sistema, desliga a turbina em caso de mau funcionamento e controla o mecanismo de ajuste para alinhamento da turbina com o vento;
- controlador (não mostrado): move o rotor para alinhá-lo com a direção do vento;
- freios: detêm a rotação do eixo em caso de sobrecarga de energia ou falha no sistema.
torre: sustenta o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo;
equipamentos elétricos: transmitem a eletricidade do gerador através da torre e controlam os diversos elementos de segurança da turbina.

Recursos eólicos e fatores econômicos

Em uma escala global, as turbinas eólicas geram atualmente tanta eletricidade quanto 8 grandes usinas nucleares. Isso inclui não somente as turbinas de escala de geração pública, mas também as pequenas turbinas que geram eletricidade para casas ou negócios individuais (às vezes, usadas em conjunto com fontes de energia solar fotovoltaica). Uma pequena turbina com capacidade de 10 kW pode gerar até 16 mil kWh por ano, sendo que uma típica residência americana consome cerca de 10 mil kWh anuais.

Uma grande turbina eólica típica pode gerar até 1,8 MW de eletricidade ou 5,2 milhões de kWh anualmente, sob condições ideais, o suficiente para energizar quase 600 residências. Ainda assim, as usinas nucleares e de carvão podem produzir eletricidade mais barato do que as turbinas eólicas. Então, usar energia eólica para quê? As duas maiores razões para usar o vento para gerar eletricidade são as mais óbvias: a energia do vento é limpa e renovável. Ela não libera gases nocivos como CO2 e óxidos de nitrogênio na atmosfera como faz o carvão (veja Como funciona o aquecimento global) e não corremos, tão cedo, o risco de uma escassez de ventos. Também existe a independência associada à energia eólica, já que qualquer país pode gerá-la em casa sem necessidade de recorrer a importações. E uma turbina eólica pode trazer eletricidade para áreas remotas não atendidas pela rede elétrica central.

Mas há inconvenientes, também. As turbinas eólicas nem sempre funcionam com 100% da potência, como muitas outras fontes energéticas, já que a velocidade do vento é variável. As turbinas eólicas podem ser barulhentas se você viver próximo a elas, além de serem perigosas para aves e morcegos. Em áreas desérticas de solo compactado existe o risco de erosão da terra se você cavar para instalar as turbinas. Além disso, como o vento é uma fonte de energia relativamente pouco confiável, os operadores de usinas eólicas precisam ter um sistema de reserva com uma pequena quantidade de energia confiável e não-renovável, para as vezes em que a velocidade do vento diminui. Algumas pessoas argumentam que o uso de energia poluente para sustentar a produção de energia limpa anula os benefícios, mas a indústria eólica clama que a quantidade de energia poluente necessária para manter um fornecimento estável de eletricidade em um sistema eólico é insignificante.

No Brasil

O potencial eólico brasileiro é de 143,5 GW (GigaWatts), segundo um estudo da Centro de Pesquisa em Energia Elétrica (Cepel) do Ministério de Minas e Energia feito em 2005. O estudo levou em conta geradores de energia eólica de até 50 metros. Com o avanço tecnológico no setor, que permite geradores de até 80 metros atualmente no Brasil, o potencial cresceria mais ou menos 50%.

“Quanto mais alto, mais potencial eólico, já que vão diminuindo os problemas com relevo e rugosidade do solo”, afirma o pesquisa da Cepel Antônio Leite.
Esse potencial de 143,5 GW representaria a geração de energia de 146 milhões de residência. Essa conta, no entanto, é só ilustrativa. A energia eólica não é energia firme, ou seja, com fornecimento constante. Assim, sua energia é armazenada em baterias ou trabalha em conjunto com ashidrelétricas, ajudando, por exemplo, no abastecimento dos reservatórios dessas usinas. O potencial instalado no Brasil é atualmente de 247,5 MW (MegaWatts), ou seja, 0,25% dos 99,7 GW gerados no país, segundo dados de dezembro de 2007. A tabela abaixo mostra dados de seis meses antes.

Usinas Eólicas em Operação
Usina	Potência (kW)	Município
Eólica de Prainha	10.000	Aquiraz - CE
Eólica de Taíba	5.000	São Gonçalo do Amarante - CE
Eólica-Elétrica Experimental do Morro do Camelinho	1.000	Gouveia - MG
Eólio - Elétrica de Palmas	2.500	Palmas - PR
Eólica de Fernando de Noronha	225	Fernando de Noronha - PE
Mucuripe	2.400	Fortaleza - CE
RN 15 - Rio do Fogo	49.300	Rio do Fogo - RN
Eólica de Bom Jardim	600	Bom Jardim da Serra - SC
Eólica Olinda	225	Olinda - PE
Parque Eólico do Horizonte	4.800	Água Doce - SC
Macau	1.800	Macau - RN
Eólica Água Doce	9.000	Água Doce - SC
Parque Eólico de Osório	50.000	Osório - RS
Parque Eólico Sangradouro	50.000	Osório - RS
Parque Eólico dos Índios	50.000	Osório - RS
Total: 15 Usina(s)	Potência Total: 236.850 kW

O crescimento da capacidade instalada no país se deve em grande parte pelos incentivos que o governo federal tem dado para o assunto. O Programa de Incentivo a Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), administrado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), trata-se de uma linha de crédito prevê financiamento de até 70% do investimento, excluindo apenas bens e serviços importados e a aquisição de terrenos. As condições do financiamento são TJLP mais 2% e até 1,5% de spread de risco ao ano. A carência de seis meses, após a entrada em operação comercial, amortização por dez anos e não-pagamento de juros durante a construção do empreendimento.

Petróleo

Introdução

Vários filmes - como "Assim Caminha a Humanidade", "Armageddon" e "A Família Buscapé" - mostram imagens do petróleo como um líquido espesso e escuro jorrando para o alto ou fluindo de uma plataforma de perfuração. Mas quando você coloca gasolina no carro, já deve ter percebido que ela é clara. Além disso, há muitos outros produtos que derivam do petróleo, incluindo giz de cera, plásticos, óleo para aquecimento, combustível de jato, querosene, fibras sintéticas e pneus. Como é possível obter gasolina e todos esses outros produtos a partir do petróleo bruto?

Petróleo bruto é o termo para o óleo não processado. Ele também é conhecido apenas como petróleo. O petróleo bruto é um combustível fóssil, o que significa que ele é formado pelo processo de decomposição de matéria orgânica, restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - ocorrido durante centenas de milhões de anos na história geológica da Terra. Os tipos de petróleo bruto podem apresentar cores diferentes, de claros a negro, assim como viscosidades diferentes, que podem ser semelhantes à água ou quase sólidas.

O petróleo bruto é o ponto de partida para muitas substâncias diferentes porque contém hidrocarbonetos. Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e existem em diferentes tamanhos e estruturas, com cadeias ramificadas e não ramificadas e anéis.

Duas características são importantes nos hidrocarbonetos:

eles contêm muita energia. Muitos dos produtos derivados de petróleo bruto como a gasolina, óleo diesel, parafina sólida e assim por diante são úteis graça a essa energia;
eles podem ter formas diferentes. O menor hidrocarboneto é o metano (CH₄), um gás mais leve do que o ar. Cadeias mais longas contêm cinco carbonos ou mais e são líquidos; já nas cadeias muito longas há hidrocarbonetos sólidos, como a cera. Ao ligar quimicamente cadeias de hidrocarbonetos artificialmente, obtemos vários produtos, que vão da borracha sintética até o náilon e o plástico de potes para alimentos.

PRODUTOS DERIVADOS DO PETRÓLEO BRUTO

O petróleo bruto contém centenas de diferentes tipos de hidrocarbonetos misturados e, para separá-los, é necessário refinar o petróleo

As cadeias de hidrocarbonetos de diferentes tamanhos têm pontos de ebulição que vão aumentando progressivamente, o que possibilita separá-las através do processo de destilação. É isso o que acontece em uma refinaria de petróleo. Na etapa inicial do refino, o petróleo bruto é aquecido e as diferentes cadeias são separadas de acordo com suas temperaturas de evaporação. Cada comprimento de cadeia diferente tem uma propriedade diferente que a torna útil de uma maneira específica.

Para entender a diversidade contida no petróleo bruto e o motivo pelo qual o seu refino é tão importante, veja uma lista de produtos que obtemos a partir do petróleo bruto:

gás de petróleo: usado para aquecer, cozinhar, fabricar plásticos
- alcanos com cadeias curtas (de 1 a 4 átomos de carbono)
- normalmente conhecidos pelos nomes de metano, etano, propano, butano
- faixa de ebulição: menos de 40°C
- são liquefeitos sob pressão para criar o GLP (gás liquefeito de petróleo)
nafta: intermediário que irá passar por mais processamento para produzir gasolina
- mistura de alcanos de 5 a 9 átomos de carbono
- faixa de ebulição: de 60 a 100°C
gasolina: combustível de motores
- líquido
- mistura de alcanos e cicloalcanos (de 5 a 12 átomos de carbono)
- faixa de ebulição: de 40 a 205°C
querosene: combustível para motores de jatos e tratores, além de ser material inicial para a fabricação de outros produtos
- líquido
- mistura de alcanos (de 10 a 18 carbonos) e aromáticos
- faixa de ebulição: de 175 a 325°C
gasóleo ou diesel destilado: usado como diesel e óleo combustível, além de ser um intermediário para fabricação de outros produtos
- líquido
- alcanos contendo 12 ou mais átomos de carbono
- faixa de ebulição: de 250 a 350°C
óleo lubrificante: usado para óleo de motor, graxa e outros lubrificantes
- líquido
- alcanos, cicloalnos e aromáticos de cadeias longas (de 20 a 50 átomos de carbono)
- faixa de ebulição: de 300 a 370°C
petróleo pesado ou óleo combustível: usado como combustível industrial, também serve como intermediário na fabricação de outros produtos
- líquido
- alcanos, cicloalcanos e aromáticos de cadeia longa (de 20 a 70 átomos de carbono)
- faixa de ebulição: de 370 a 600°C
resíduos: coque, asfalto, alcatrão, breu, ceras, além de ser material inicial para fabricação de outros produtos
- sólido
- compostos com vários anéis com 70 átomos de carbono ou mais
- faixa de ebulição: mais de 600°C

Você pode ter notado que todos esses produtos têm tamanhos e faixas de ebulição diferentes. Os químicos tiram vantagem dessas propriedades ao refinar o petróleo.

A grande produção off-shore de petróleo no Brasil

A grande maioria (90%) do petróleo produzido no Brasil vem de campos off-shore, ou seja, plataformas exploratórias no litoral brasileiro. São 111 plataformas ao longo da costa brasileira. Destas, 33 são fixas e 78 flutuantes.

A Petrobras, empresa estatal responsável pela exploração de petróleo no país, utiliza plataformas fixas, plataformas semi-submersíveis, FPSOs (plataformas fluentes que retiram e armazenam o produto) e plataformas auto-elevatórias. (Fonte: assessoria de imprensa da Petrobras) Os tipos de plataformas estão representadas na ilustração abaixo.

A Petrobras utiliza quatro tipos diferentes de plataforma
para exploração em águas profundas

A exploração de petróleo no mar iniciou-se em 1968, no litoral sergipano. O ponto de partida foi a descoberta do campo de Guaricema. A história seguinte foi de vários recordes na profundidade alcançada para a exploração. Para se ter uma idéia em 1977 as plataformas alcançavam até 124 metros de profundidade. Em 2003, o petróleo já estava sendo tirado a 1.886 metros de profundidade (veja detalhes da evolução, clicando aqui).

Nos próximos anos, esses recordes devem ser ampliados. Isso porque a Petrobras já anunciou a existência de grandes reservas de petróleo na camada chamada de pré-sal. Trata-se de bacias sedimentares que se encontram abaixo do leito do mar e de uma extensa camada de sal. O petróleo, que provavelmente é de boa qualidade, localiza-se em áreas que podem chegar a mais de 7 mil metros de profundidade (Fonte: Folha Online).

Com as reservas de pré-sal, o Brasil deve consolidar sua auto-suficiência no combustível fóssil, além de conseguir reservas estratégicas e até exportar o produto. Ainda não há um tamanho preciso do reservatório, que fica entre o litoral de Santa Catarina e Espírito Santo. Mas, segundo o próprio presidente da Petrobras, José Sergio Gabrielli, a produção atual de 14,4 bilhões de barris de petróleo (dados de 2008) subirá para 70 a 107 bilhões (Fonte:Valor Econômico).

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ENERGIA HIDRELÉTRICA

No mundo todo, as usinas hidrelétricas produziram 19% da eletricidade consumida em 2005, segundo oRenewables Global Status Report 2006. As usinas hidrelétricas produzem um total de 930 mil megawatts, energia equivalente a cerca de 5 bilhões de barris de petróleo. Existem mais de 2.000 usinas hidrelétricas em funcionamento nos Estados Unidos, tornando a hidroeletricidade a maior fonte de energia renovável do país.

O Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Atualmente operam no país 158 usinas hidrelétricas, que produzem um total de 74.438.695 kW (maio/2007). Já estão em construção outras 9 usinas. Outras 26 outorgadas entre 1998 e 2005 ainda não iniciaram sua construção. Essas usinas hidrelétricas são construídas em locais onde se pode melhor aproveitar as influências e os desníveis dos rios, que geralmente estão distantes dos centros consumidores. O sistema eletroenergético brasileiro opera de forma coordenada, buscando dessa forma minimizar os custos globais de produção de energia elétrica.

Fluxo de água durante o teste de uma usina hidrelétrica em represa Hoover, na fronteira dos Estados de Nevada e Arizona

Um dos destaques no Brasil é a Usina Hidrelétrica de Itaipu Binacional, maior produtora de energia no mundo, e um empreendimento binacional - desenvolvido pelo Brasil e pelo Paraguai no rio Paraná. A potência da usina chega a 13.300 Mw (megawatts), com 19 unidades geradoras de 700 Mw. Conforme dados da Itaipu Binacional, a usina atingiu em 2006 a segunda maior produção de energia de sua história, cerca de 92.689.936 megawatts/hora (Mwh). Isso significa que neste ano a produção atendeu 20% de todo o consumo de eletricidade brasileiro e 95% de demanda paraguaia.

Neste artigo, vamos descobrir como a água corrente produz energia e conhecer o ciclo hidrológico que cria o fluxo de água essencial para a hidroeletricidade. Você também descobrirá uma aplicação única de força hidrelétrica que pode afetar seu dia-a-dia.

A FORÇA DAS ÁGUAS

Olhando um rio passar, é difícil imaginar a quantidade de energia que ela contém. Se você já fez rafting em águas bravas, sentiu um pouco dessa força poderosa. A inundação é outro caso em que a força das águas se manifesta plenamente.

As usinas hidrelétricas utilizam essa energia da água, convertendo-a em eletricidade através de uma mecânica elementar. Na verdade, as usinas hidrelétricas são baseadas em um conceito simples: a água correndo por uma barreira gira algumas turbinas, que giram o gerador.

Aqui estão os componentes básicos de uma usina hidrelétrica convencional:

barreira - a maioria das usinas hidrelétricas utiliza uma barreira que segura a água e cria um grande reservatório. Este reservatório, muitas vezes, é usado como um lago recreativo, como o lago Roosevelt no Grand Coulee Dam (em inglês), em Washington;
canal - os portões da barreira se abrem e a gravidade puxa a água através do duto que vai para a turbina. A água gera pressão ao passar pelo duto;
turbina - a água atinge as grandes lâminas da turbina, fazendo-as girar. A turbina é acoplada a um gerador localizado acima dela. O tipo mais comum de turbinas para as usinas hidrelétricas é a Francis, que se parece com um grande disco com lâminas curvas. Uma turbina pesa cerca de 172 toneladas e gira numa taxa de 90 rotações por minuto (rpm), de acordo com a FWEE (em inglês), Foundation for Water & Energy Education;
geradores - as lâminas da turbina giram e movimentam uma série de ímãs dentro do gerador. Ímãs gigantes rodam por molas de cobre e produzem corrente alternada (AC) ao mover os elétrons;
transformador - o transformador dentro da casa de força pega a corrente alternada e a transforma em uma corrente de alta-voltagem;
linhas de energia - quatro fios saem de cada usina de energia: as três fases de energia, que são produzidas simultaneamente, mais um fio neutro ou terra comum para os três (consulte Como funcionam as redes elétricas para aprender mais sobre transmissão de energia);
fluxo de saída - a água usada passa por algumas tubulações e volta para o rio

Impactos ambientais na construção de hidrelétricas

Os impactos ambientais das usinas hidrelétricas é motivo de polêmica nas discussões atuais sobre desenvolvimento sustentável. Como praticamente qualquer atividade econômica, as hidrelétricas causam impactos negativos ao ambiente. A grande questão dos cientistas é saber qual a real dimensão do impacto e como eles podem ser amenizados, já que, dentro das fontes energéticas atuais, as hidrelétricas são consideradas fontes de energia renovável, ao contrário das fontes energéticas à base de combustíveis fósseis, por exemplo.

Os primeiros impactos ambientais acontecem durante a construção das hidrelétricas. Como já foi visto, para que a usina funcione é necessário um reservatório. Sua construção acaba afetando consideravelmente a fauna e flora local. De uma hora para outra, a floresta vira lago. Essa mudança, se não for bem orientada, pode acabar com a flora local. Além do corte das árvores, muitas espécies acabam submersas e, conseqüentemente, morrem, criando uma espécie de limbo. Essa flora, em alguns casos, chega a atrapalhar o próprio funcionamento das turbinas no primeiro momento, obrigando a limpezas sistemáticas das mesmas.

Muitas espécies animais acabam fugindo do seu habitat natural durante a inundação. No caso da construção da hidrelétrica de Tucuruí, no Pará, um exemplo de má administração das questões ambientais na construção, cientistas relatam a fuga em massa de macacos, aves e outras espécies durante os dois meses que durou a inundação do lago de 2.430 km₂. A estimativa é que apenas 1% das espécies sobreviveram em Tucuruí. Obviamente, a mitigação desse problema pode ser feita com o remanejamento antecipado das espécies, mesmo assim, algumas espécies correm o risco de não se adaptarem ao novo habitat.

Já as espécies aquáticas sofrem um impacto ainda maior. Como a hidrelétrica é composta de uma barragem, o fluxo natural dos peixes acabam sendo interrompido drasticamente. A conseqüência é a proliferação de determinadas espécies em relação a outras. Há também espécies que normalmente sobem o leito do rio no sentido contrário da correnteza para depositar suas ovas no período chamado de piracema. Para tentar amenizar o problema são construídas escadas nas barragens para que o peixes migratórios possam circular. A concepção de degraus é para evitar que algumas espécies morram de exaustão ao tentar repetir o seu fluxo natural de migração.

Soma-se a esse impacto, a eutrofização das águas, que é o excesso de nutrientes, aumenta a proliferação de microorganismo, causa comum de poluição de águas, podendo causar também conseqüências para o homem, como, por exemplo, epidemias.

Outro problema é a mudança climática que os lagos podem causar. Afinal, como já foi dito, aonde havia floresta agora há um lago, o que pode elevar a temperatura ambiente e mudar o ciclo de chuvas.

Gases do efeito estufa – Esta é a parte mais polêmica e ainda inconclusa sobre os impactos ambientais de uma usina hidrelétrica. Durante suas construções e funcionamento, as usinas hidrelétricas emitem gás carbônico (CO₂) e metano (CH₄), dois dos principais causadores do aumento prejudicial do efeito estufa. A questão é saber se esse impacto é tão grande quanto das termoelétricas movidas a carvão mineral, consideradas atualmente, junto com os veículos à gasolina, as grandes vilãs doaquecimento global. Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas na Amazônia (Inpa) constataram que, na usina de Balbina, no Amazonas, as emissões desses gases pode chegar a ser 10 vezes maior que as das termoelétricas. Este e outros estudos, no entanto, ainda estão limitados a um determinado período de tempo.

CARVÃO MINERAL (ENERGIA)

Introdução

O carvão é o mais sujo dos combustíveis fósseis. Quando queimado, produz emissões que contribuem para o aquecimento global, criam chuva ácida e poluem a água. Com toda a polêmica em torno da energia nuclear,hidrelétrica e biocombustíveis, você está perdoado por pensar que aquele carvão sujo está finalmente fora do caminho.

Uma usina de energia de carvão aceso em Conesville, Ohio

O carvão, contudo, não é um resíduo sujo da Revolução Industrial - ele gera metade da eletricidade dos Estados Unidos e provavelmente continuará fazendo isso enquanto for barato e abundante [Fonte: Administração de Informação de Energia - em inglês]. A tecnologia de carvão limpo busca reduzir os desagradáveis efeitos ambientais usando múltiplas tecnologias para limpar o carvão e conter suas emissões.

O carvão é um combustível fóssil composto primariamente de carbonos e hidrocarbonetos. Seus ingredientes ajudam a fazer plásticos, alcatrão efertilizantes. Um derivado de carvão - um carbono solidificado chamadocoque - derrete minério de ferro e o reduz, criando o aço. Grande parte do carvão - 92% do suprimento dos Estados Unidos - é usada na produção de energia [Fonte: Administração de Informação de Energia - em inglês]. As empresas elétricas e usinas de energia queimam o carvão para fazer com que o vapor que aciona as turbinas gerem eletricidade.

Quando o carvão queima, ele libera dióxido de carbono e outras emissões em gases combustíveis - as nuvens de fumaça que você vê saindo das chaminés. Algumas tecnologias de carvão limpo purificam o carvão antes de queimá-lo. Um tipo de preparação de carvão, a lavagem de carvão, remove os minerais indesejáveis misturando carvão triturado com um líquido, permitindo que as impurezas se separem e se depositem.

Outros sistemas controlam a queima de carvão para minimizar as emissões de dióxido de enxofre, óxido de nitrogênio e substâncias particuladas.Depuradores de gás molhados, ou sistemas de dessulfurização de gás combustível, removem o dióxido de enxofre, uma das maiores causas da chuva ácida, borrifando gás combustível com calcário e água. A mistura reage com o dióxido de enxofre formando uma gipsita sintética, um componente de divisórias de folhas de gesso com papel.

Queimadores de baixo-NOx (óxido de nitrogênio) reduzem a criação de óxidos de nitrogênio, uma causa do ozônio no nível do chão, restringindo o oxigênio e manipulando o processo de combustão. Os precipitadores eletrostáticos removem as substâncias particuladas que agravam a asma e causam doenças respiratórias carregando as partículas com um campo elétrico e depois capturando-as em placas.

A gaseificação evita a completa queima do carvão. Com os sistemas de Ciclo Combinado de Gaseificação Integrada (CCGI), o vapor e o ar quente pressurizado ou oxigênio misturam-se com o carvão em uma reação que força a separação das moléculas de carbono. Isso resulta em gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio, que é então limpo e queimado em uma turbina de gás para fazer eletricidade. A energia de calor da turbina de gás também abastece a turbina de vapor. Como a usina elétrica CCGI criou duas formas de energia, elas têm potencial para conseguir um combustível 50% eficaz [Fonte: Departamento de Energia dos Estados Unidos - em inglês].

Para onde vão as emissões?

Captura e armazenamento de carbono - uma das tecnologias mais promissoras de carvão limpo - captura e isola as emissões de dióxido de carbono (CO2) das fontes fixas como usinas elétricas. Como o CO2 contribui para o aquecimento global, reduzir sua liberação na atmosfera tem se tornado a maior preocupação internacional. Para descobrir as formas mais eficazes e econômicas de captura, os pesquisadores desenvolveram várias tecnologias.

A separação de gás combustível remove o CO2 com um solvente, retira o CO2 com vapor e condensa o vapor em um jato concentrado. A separação do gás combustível devolve o CO2 comercialmente útil, que ajuda a compensar seu preço. Outro processo, combustão oxicombustível, torna o combustível indelével pela ação do fogo transformando-o em oxigênio puro ou enriquecido para criar um gás combustível composto primariamente por CO2 e água - isto faz com que haja fuga de energia no intensivo processo de separação do CO2 de outros gases combustíveis. Uma terceira tecnologia,captura de pré-combustão, remove o CO2 antes que seja queimado como uma parte do processo de gaseificação.

Após a captura, contêineres seguros isolam o CO2 coletado para evitar ou interromper sua reentrada na atmosfera. As duas opções de armazenagem,geológica e oceânica, devem conter o CO2 até que os picos de emissões diminuam daqui a centenas de anos. A armazenagem geológica implica injetar o CO2 na terra. Esgotados os campos de petróleo ou gás e as salinas profundas, os aqüíferos seguramente contêm CO2, ao passo que o carvão que não pode ser escavado parece absorvê-lo. Um processo chamado deintensificar a recuperação de petróleo já usa CO2 para manter a pressão e melhorar a extração dos reservatórios de petróleo.

Armazenagem oceânica, uma tecnologia ainda em seus primeiros passos, implica a injeção de CO2 líquido na água entre 500 e 3.000 metros de profundidade, onde se dissolve sob pressão. Esse método, entretanto, diminuiria levemente o pH e causaria danos em potencial ao hábitat marinho. Todas as formas de armazenagem de CO2 precisam de preparação e monitoração cuidadosas para evitar problemas ambientais mais sérios que os benefícios de restrição do CO2.

O carvão gera metade da energia dos Estados Unidos

Como as formas alternativas de energia ainda não podem substituir uma fonte de energia tão barata e abundante como o carvão, a tecnologia do carvão limpo promete mitigar os crescentes e severos efeitos climáticos das emissões de carvão. As empresas de serviços públicos e privados nem sempre, entretanto, aceitam a tecnologia puramente pelo bem do meio ambiente - a tecnologia deve, primeiro, trazer economia.

Limpar carvão e isolar suas emissões aumenta significantemente o preço por BTU daquilo que, ao contrário, seria um combustível barato. Ao passo que a venda de subprodutos como gipsita ou CO2 comercial para refrigerantes egelo seco pode compensar o preço da tecnologia de carvão limpo, uma cobrança sobre o carbono poderia tornar a redução de emissão de gases financeiramente viável.

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ENERGIA DA BIOMASSA

BIOMASSA é um material constituído principalmente de substâncias de origem orgânica,(vegetal, animal, microorganismos).

A utilização da energia da BIOMASSA é considerada estratégica para o futuro, pois é uma fonte renovável de energia.

No Brasil a lenha ocupa a terceira posição em fonte de energia utilizada, sendo extraída das poucas reservas que restam no país. Dois bilhões de pessoas dependem da lenha como fonte de energia, e o consumo mundial é de 1,1 bilhão de metros cúbicos ( a maior parte nos países em desenvolvimento). A lenha é aproveitada de duas maneiras diferentes: a)- combustão é o processo mais antigo para produção de calor doméstico e industrial , sendo que 94% do seu valor calórico é perdido no uso doméstico, o uso ineficiente representa um encargo de 30% no balanço energético do país. b)- pirólise é o processo de queima da madeira a temperaturas l60 a 430 grau C, na ausência de ar. Essa queima produz gases e ácido pirolígneo ( que pode sofrer mais uma reação para a extração metanol, acetona e ácido acético}. O consumo de carvão no Estado de Minas está na ordem de 25 milhões de m3 , sendo 40 % extraídos do cerrado, e de acordo com a legislação Estadual o suprimento dos altos fornos está limitado desde de 1996 a 30%, 1997 a 20%, 1998 a 10% do carvão consumido pelas usinas deverão ser extraídos de áreas replantadas ou remanejadas . Com a determinação da lei, apenas 6 milhões de m3, estão sendo extraídas ou 25%, o restante oriundos de estados vizinhos. De 1987 a 1992, foram devastadas 2,8 milhões de há, dos quais 60% de cobertura nativa. Minas produz 80% do carvão e consome 84% da produção Nacional.

Problemas ambientais: formação de desertos pelo corte não planejado ou incontrolado de arvores; destruição do solo pela erosão; a poluição da própria queima da biomassa , como a emissão de gases tóxicos e desprendimento de consideráveis quantidades de calor. O Brasil ocupa o primeiro lugar em emissão de gases oriundos do desmatamento : Petróleo 58%; Lenha 16% ; Carvão Vegetal 10% Carvão Mineral 12% e Gás Natural 4%. O reflorestamento é uma saída para a diminuição de CO2, pois florestas plantadas fixam CO2 durante o período de crescimento. Estima-se haver necessidade de reflorestar 20 milhões de hectares em um período de 30 anos, envolvendo um investimento de 22,5 bilhões de dólares. A implantação desse projeto seria capas de absorver 5 bilhões de toneladas de carbono na atmosfera .Este programa de reflorestamento Nacional é capas de fixar 4% do excedente de carbono acumulado na atmosfera( 115 bilhões de toneladas ). O reflorestamento através do eucalipto, inibe o crescimento das plantas cultivadas em solos retiradas de eucaliptais e a inibição das bactérias responsáveis pela fixação do nitrogênio; pois são sensíveis á ação de substâncias do eucalipto, como o cineol e o pineno, de alto poder antibiótico. Isso significa que o eucalipto exerce uma pressão seletiva sobre a população bacteriana, espécies não tolerantes desaparecem, o solo fica mais pobre. Portanto existem pesquisas que o reflorestamento deva se fazer plantio consorciado de eucalipto com árvores nativas adaptadas

Riscos ocupacionais estão ligados aos possíveis acidentes de corte da madeira, transporte e processamento. A rotina do carvoeiro o obriga a enfrentar o calor 70 graus na boca dos fornos no frio noturno , do cerrado e pôr um período de 12 horas . O metanol é bastante tóxico e deve ser manipulado com critério. No Brasil as termoelétricas de Samuel (RO) e Balbina (AM) são dois exemplos de aproveitamento de lenha com a tecnologia adequada para produção de energia elétrica.

Resíduos ( agrícolas, pecuários e urbanos). Os resíduos orgânicos, devem ser transformações por intermédio da digestão anaeróbica ( processo de degradação da matéria orgânica por determinado grupo de microorganismos), para resultar em gás combustível com teores de metano em torno de 60 a 70 %, e dióxido de carbono, de 20 a 30%, além de outros gases. A borra do digestor pode ser utilizada como fertilizante. O biogás possibilita diversas aplicações: cocção de alimentos, geração de energia em lampiões, geladeiras, chocadeiras, fornos industriais e também geração de energia elétrica. A China e a Índia, já utilizam biodigestores para produção de gás desde o inicio do século, como matéria prima dejetos de origem humana, animal e vegetal. No Sul do Brasil estima-se que existam 10 mil biodigestores rurais em funcionamento . Em Minas Gerais, uma experiência comercial com a utilização do biogás para resfriamento de leite apresentou 60% de economia em relação a energia elétrica convencional. Riscos ambientais e ocupacionais da decomposição da biomassa e sua digestão estão ligados á possibilidade de explosões, contaminação do ar doméstico por vazamento ( gás sulfídrico, resultante da digestão da matéria orgânica), contaminação da água, pelo descarte residual. Na Cidade de São Paulo são produzidas 8000 toneladas de lixo por dia. Esse lixo vem sofrendo incineração, compostagem e, finalmente, desova em aterros sanitários Entretanto a otimização desse processo é essencial para o futuro, produção de energia e reciclagem do lixo humano, que se avoluma nas grandes cidades.

CANA-DE-AÇÚCAR Diversas usinas de açúcar e destilarias estão produzindo metano a partir da vinhaça. O gás resultante está sendo utilizado como combustível para o funcionamento de motores estacionários das usinas e de seus caminhões e o bagaço como combustível etc. O equipamento onde se processa a queima ou a digestão da biomassa é chamado de biodigestor . Numa destilaria com produção diária de 100.000 litros de álcool e 1500 m3 de vinhaça, possibilita a obtenção de 24 000 m3 de biogás, equivalente a 247,5 bilhões de calorias. O biogás obtido poderia ser utilizado diretamente nas caldeiras, liberando maior quantidade de bagaço para geração de energia elétrica através de termoelétricas, ou gerar 2 916 KW de energia, suficiente para suprir o consumo doméstico de 25 000 famílias

Há formas também de produção de substâncias líquidas a partir de um material que seja vegetal. Pode ser feita de duas maneiras: conversão biológica, onde os açúcares da cana são transformados de bactérias em etanol. Já a conversão térmica ocorre quando o material vegetal se decompõe sem o oxigênio e sob um forte calor. Nesse processo, pode ocorrer a produção de combustíveis líquidos e gasosos.

O Governo Federal possui um Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica(PROINFA) que prevê a geração de energia com a utilização de dejetos da cana, lixo e esgoto. Essa demanda traz vantagens ambientais e, principalmente, incide nos grandes centros, reduzindo a emissão de poluentes, reduzindo o efeito estufa. As usinas que utilizam a biomassa com fins energéticos são principalmente as usinas de cana-de-açúcar e destilarias, cerâmicas e olarias, fábricas de papel e celulose, siderúrgicas, padarias, restaurantes, dentre outros.

Biogás: é o gás que é gerado durante o processo de digestão de biomassa na forma anaeróbica. Pode tanto ser utilizado em fogões como para a geração de energia.

Os resíduos da biomassa podem ser classificados da seguinte forma: resíduos sólidos urbanos, resíduos animais, resíduos vegetais, resíduos industriais e resíduos florestais.

Resíduos sólidos urbanos: Podem ser utilizados por meio da queima direta e é uma forma já utilizada em países desenvolvidos. O lixo pode conter até 705 materiais com potencial energético.

Resíduos animais: O método indicado para esse tipo de resíduo é a digestão anaeróbica.

Resíduos vegetais: Podem ser transformados facilmente em energia graças à baixa umidade e à facilidade de processamento. A sua disponibilidade é sazonal e necessitam de armazenamento e isso pode alterar os processos de fermentação.

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ENERGIA NUCLEAR

As usinas nucleares fornecem cerca de 16% da eletricidade do mundo (dados de agosto de 2008). Alguns países dependem mais da energia nuclear para obter eletricidade que outros. Na França, por exemplo, cerca de 75% da eletricidade é gerada a partir da energia nuclear, de acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica (em inglês). Nos Estados Unidos, a energia nuclear fornece 23% da eletricidade total, mas alguns Estados obtêm mais energia de usinas nucleares que outros. No Brasil, menos de 3% da energia gerada tem origem das usinas nucleares de Angra dos Reis. Há mais de 400 usinas de energia nuclear ao redor do mundo, sendo mais de 100 nos EUA.(Fonte: WNA, em inglês)

A edificação de contenção, em formato de domo, da Usina Nuclear de Shearon Harris, perto de Raleigh, Carolina do Norte

Você já imaginou como uma usina de energia nuclear funciona ou o quão segura ela é? Neste artigo vamos analisar como um reator nuclear e uma usina de energia funcionam e vamos explicar a fissão nuclear, mostrando um reator nuclear por dentro.

Urânio

O urânio é um elemento bastante comum na Terra, incorporado ao planeta durante sua formação. O urânio é formado originalmente nas estrelas. Estrelas antigas explodiram, e a poeira dessas estrelas despedaçadas se agregou para formar nosso planeta. O urânio-238 (U-238) tem uma meia-vida extremamente longa (4,5 bilhões de anos), e portanto ainda está presente em quantidades bem grandes. O U-238 compõe 99% do urânio no planeta. O U-235 compõe cerca de 0,7% do urânio remanescente encontrado naturalmente; o U-234, ainda mais raro, é formado pelo decaimento do U-238. O urânio-238 passa por muitos estágios, ou decaimento alfa e beta, para formar um isótopo (em inglês) estável de chumbo, e o U-234 é um elo nessa corrente.

O urânio-235 tem uma propriedade interessante que o torna útil tanto para produção de energia nuclear quanto para a produção de uma bomba nuclear. O U-235 decai naturalmente, assim como o U-238, por radiação alfa, e também sofre fissão espontânea por um pequeno percentual do tempo. Contudo, o U-235 é um dos poucos materiais que podem sofrer fissão induzida. Se um nêutron livre atravessar um núcleo de U-235, o núcleo absorverá o nêutron sem hesitação, se tornará instável e se dividirá imediatamente. Leia Como funciona a radiação nuclear para obter os detalhes completos.

Fissão nuclear
A animação abaixo mostra um núcleo de urânio-235 com um nêutron se aproximando a partir do topo. Assim que o núcleo captura o nêutron, ele se divide em 2 átomos mais leves e arremessa 2 ou 3 nêutrons novos (o número de nêutrons ejetados depende de como o átomo de U-235 se divide). Os 2 novos átomos então emitem radiação gama conforme se ajustam em seus novos estados. Há 3 coisas sobre esse processo de fissão induzida que o tornam especialmente interessante:

a probabilidade de um átomo de U-235 capturar um nêutron de passagem é muito alta. Em um reator funcionando adequadamente (conhecido como estado crítico), um nêutron ejetado de cada fissão ocasiona outra fissão;
a processo de captura do nêutron e divisão acontece muito rapidamente, na casa dos de picossegundos (1x10^-12 segundos);
uma inacreditável quantidade de energia é liberada, na forma de calor e radiação gama, quando um único átomo se divide. Os dois átomos que resultam da fissão posteriormente liberam radiação beta e radiação gama de si mesmos. A energia liberada por uma única fissão resulta do fato de que os produtos da fissão e os nêutrons, juntos, pesam menos que o átomo original de U-235. A diferença no peso é convertida diretamente em energia na taxa regulada pela equação E = mc².
Algo na ordem de 200MeV (milhões de elétron-volts) é liberado pelo decaimento de um átomo de U-235 (se você quiser converter isso em algo útil, considere que 1 eV é igual a 1,602 x 10^-12 ergs;1 x 10⁷ ergs equivalem a 1 joule; 1 joule é igual a 1 watt-segundo, e 1 BTU é igual a 1.055 joules). Isso pode não parecer muito, mas há muitos átomos de urânio em meio quilo de urânio. Tantos, na verdade, que meio quilo de urânio altamente enriquecido como o usado para fornecer energia a um submarino nuclear ou porta-aviões nuclear equivale a aproximadamente 3,8 milhões de litros degasolina. Considerando que meio quilo de urânio ocupa menos espaço que uma bola de beisebol, e que 3,4 milhões de litros de gasolina encheriam um cubo de 15 m de cada lado (15 m é a altura de um edifício de 5 andares), você pode ter uma idéia da quantidade de energia disponível em um pequeno volume de U-235.

Para que essas propriedades do U-235 funcionem, uma amostra de urânio deve ser enriquecida de modo que contenha de 2% a 3% ou mais de urânio-235. O enriquecimento de 3% é suficiente para o uso em um reator nuclear civil usado para geração de energia. O urânio destinado a armas é composto de 90% ou mais de U-235.

Dentro de uma usina de energia nuclear
Para construir um reator nuclear você precisa de um punhado de urânio levemente enriquecido. Normalmente, o urânio é formado em péletes (que tem a forma de uma pílula) com aproximadamente o mesmo diâmetro de uma moeda de 10 centavos e mais ou menos 2,5 cm de espessura. Os péletes são dispostos em hastes longas agrupadas em feixes. Os feixes são normalmente submersos em água dentro de um recipiente de pressão. A água atua como refrigerante. Para que o reator funcione, o feixe, submerso em água, deve ser levemente supercrítico. Isso significa que se deixado sozinho o urânio eventualmente superaqueceria e derreteria.

Para evitar isso, as hastes de controle feitas de material que absorve nêutrons são inseridas no feixe usando um mecanismo que pode elevar ou abaixar as hastes de controle. Elevar ou abaixar as hastes de controle permite que os operadores controlem o índice de reação nuclear. Quando um operador quer que o núcleo de urânio produza mais calor, as hastes são elevadas para fora do feixe de urânio. Para criar menos calor, as hastes são abaixadas dentro do feixe de urânio. As hastes podem ser abaixadas completamente no interior do feixe de urânio para desligar o reator no caso de um acidente ou para trocar o combustível.

O feixe de urânio atua como uma fonte de calor de altíssima energia. Ele aquece a água, que se transforma em vapor, acionando uma turbina a vapor, a qual faz girar um gerador para produzir energia. Em alguns reatores, o vapor do reator atravessa um trocador de calor secundário e intermediário para converter a água de outro circuito em vapor, que aciona a turbina. A vantagem desse desenho é que a água/vapor radioativo nunca entra em contato com a turbina. Também, em alguns reatores, o fluido de resfriamento em contato com o núcleo do reator é um gás (dióxido de carbono) ou metal líquido (sódio, potássio); esses tipos de reatores permitem que o núcleo seja operado a temperaturas mais altas.

ENERGIA SOLAR

Como funcionam as células solares de película fina

O painel solar é um ícone da busca pela energia renovável. Mas o painel como nós o conhecemos (com 1,7 m x 0,8 m x 5 cm) pode virar história porque um novo tipo de tecnologia está pronta para assumir o seu lugar junto aos tradicionais painéis de silício como um método eficiente e econômico de converter luz solar emeletricidade. A nova tecnologia é a célula fotovoltaica de película fina (PV) que, até 2010, produzirá 3.700 megawatts de eletricidade no mundo todo [fonte: National Renewable Energy Laboratory (em inglês)].

Depois de 2010, a capacidade de produção aumentará ainda mais quando as células solares de película fina PV encontrarem o seu lugar em residências e prédios equipados com energia solar, desde a Califórnia até o Quênia e a China.

Além da flexibilidade, como as células solares de película fina se comparam às células solares tradicionais? Por que elas são mais econômicas? Elas são o tipo de fonte de energia que tornarão a energia solar uma alternativa realmente viável ao carvão vegetal e à energia nuclear?

O que é uma célula solar de película fina?

Se você já utilizou uma calculadora movida a energia solar, então já viu umacélula solar baseada na tecnologia de película fina. Obviamente, a pequena célula da calculadora não é grande e pesada. A maioria tem cerca de 2,5 cm de comprimento e 0,6 cm de largura e é fina como uma lâmina. A fina espessura da célula é a característica que define essa tecnologia. Diferente das células de silício, que possuem camadas que absorvem a luz e que têm tradicionalmente a espessura de 350 mícrons, as células solares de película fina possuem camadas que absorvem a luz de apenas um mícron de espessura. Para referência, um mícron é um milionésimo de metro (1/1.000.000 m ou 1 µm).

Os fabricantes de células solares de película fina começaram a construir essas células depositando várias camadas de um material que absorve a luz - um semicondutor em um substrato que pode ser vidro revestido, metal ou plástico. Os materiais utilizados como semicondutores não precisam ser espessos, pois eles absorvem a energia solar com bastante eficiência. Como resultado, as células solares de película fina são leves, duráveis e fáceis de usar.

Existem três tipos principais de células solares de película fina, dependendo do tipo de semicondutor utilizado: silício amorfo (a-Si:H), telureto de cádmio (CdTe) e disseleneto de cobre, gálio e índio (CuInGaSe2 ou CIGS). O silício amorfo é basicamente uma versão reduzida da célula de silício tradicional. Sendo assim, o a-Si:H é bem compreendido e bastante utilizado em eletrônicos movidos a energia solar. Entretanto, ele possui algumas desvantagens.

Para calcular quantos cm² de painel você precisa para uma casa, é necessário saber:

uma média de quanta energia a casa consome;
aonde a casa está, para poder calcular a tendência de dias ensolarados, a média de chuvas etc. Esta pergunta é impossível de ser respondida se você não tiver uma localização específica em mente. Iremos supor que, num dia normal, os painéis solares gerem sua energia máxima durante 5 horas.

A primeira pergunta é realmente bem interessante, então vamos trabalhar nisso.

Uma "casa típica" americana pode usar tanto a eletricidade quanto o gás para fornecer calor: calor para a casa, para a água quente, para a secadora de roupas e para o fogão/forno. Se você fosse energizar uma casa com a eletricidade solar, certamente usaria ferramentas a gás, porque a eletricidade solar é muito cara. Isto significa que o que você iria energizar com a eletricidade solar seriam coisas como a geladeira, as luzes, o computador, a TV, o rádio, eletrodomésticos, etc. Digamos que todas estas coisas consumam uma média de 600 watts. Durante 24 horas, você precisa de 600 watts * 24 horas = 14.400 watts/hora por dia.

A partir dos nossos cálculos e suposições acima, sabemos que um painel solar consegue gerar 70 milliwatts por 6,45 cm² * 5 horas = 350 milliwatt/hora por dia. Então, você precisará de aproximadamente 41 mil/6,45 cm² de painel solar para a casa, ou seja, um painel solar que mede aproximadamente 26 m², o que custaria aproximadamente US$ 16 mil atualmente. Devido ao fato do sol brilhar somente uma parte do dia, você precisaria comprar um "banco" de baterias, um inversor, etc.

Se você quiser ter um ar condicionado pequeno no seu quarto, duplique tudo.

Pelo fato da energia solar ser tão cara, normalmente você iria preferir grandes comprimentos para reduzir o seu consumo de energia. Ao invés de um computador de mesa e um monitor, você usaria um laptop. Você usaria lâmpadas fluorescentes ao invés de incandescentes; usaria uma TV pequena ao invés de uma ampla e colorida; teria uma geladeira pequena e extremamente eficaz. Fazendo isto, você talvez seja capaz de reduzir a sua média de consumo de energia para 100 watts, o que diminuiria em 6 vezes o tamanho do seu painel solar e seu custo, podendo trazê-lo para o reino da possibilidade.

O que se deve lembrar, entretanto, é que 100 watts por hora, comprados da rede elétrica custariam apenas US$ 0,24 por dia ou US$ 91,00 por ano. É por isso que você não vê muitas casas solares, a menos que elas estejam em locais bem afastados. Quando custa apenas US$ 100,00 por ano para comprar a energia da rede elétrica, é difícil justificar o gasto de milhares de dólares num sistema solar.

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