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Energia Sustentável

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Energia Sustentável
Turbinas eólicas perto de Vendsyssel, Dinamarca (2004)
Visão geral
  • Energia Sustentável
  • Combustível neutro em carbono
  • Eliminação gradual do combustível fóssil
Conservação de energia
  • Cogeração
  • Uso eficiente de energia
  • Armazenamento de energia
  • Construção verde
  • Bomba de calor
  • Potência de baixo carbono
  • Microgeração
  • Projeto passivo de construção solar
Energia renovável
  • Biocombustível
  • Geotérmico
  • Hidroeletricidade
  • Solar
  • Tidal
  • Onda
  • Vento
Transporte sustentável
  • Veículo elétrico
  • Veículo verde
  • Híbrido de plug-in
  • Wind-turbine-icon.svg Portal de energias renováveis
  • Aegopodium podagraria1 ies.jpg Portal do ambiente

Energia sustentável é a prática de usar energia de uma maneira que "atenda às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atender às suas próprias necessidades". [1] [2]

Atender às necessidades mundiais de eletricidade, aquecimento, refrigeração e energia para transporte de maneira sustentável é amplamente considerado um dos maiores desafios que a humanidade enfrenta no século XXI. Em todo o mundo, quase um bilhão de pessoas não têm acesso à eletricidade e cerca de 3 bilhões de pessoas dependem de combustíveis com fumaça, como madeira, carvão ou esterco de animal para cozinhar. Esses combustíveis fósseis e são os principais contribuintes para a poluição do ar , o que causa uma estimativa de 7 milhões de mortes por ano. A produção e o consumo de energia emitem mais de 70% das emissões de gases de efeito estufa causadas pelo homem .

Os caminhos propostos para limitar o aquecimento global a 1,5 ° C descrevem a rápida implementação de métodos de baixa emissão de produção de eletricidade e uma mudança para um maior uso da eletricidade em setores como o transporte. Os caminhos também incluem medidas para reduzir o consumo de energia; e uso de combustíveis neutros em carbono , como hidrogênio produzido por eletricidade renovável ou com captura e armazenamento de carbono . [3] A consecução desses objetivos exigirá políticas governamentais, incluindo preços de carbono , políticas específicas de energia e eliminação progressiva dos subsídios aos combustíveis fósseis .

Quando se refere a métodos de produção de energia, o termo "energia sustentável" é frequentemente usado de forma intercambiável com o termo " energia renovável ". Em geral, fontes de energia renováveis, como energia solar , eólica e hidrelétrica, são amplamente consideradas sustentáveis. No entanto, projetos específicos de energia renovável, como a derrubada de florestas para a produção de biocombustíveis , podem levar a danos ambientais semelhantes ou até piores quando comparados ao uso de energia de combustíveis fósseis. A energia nuclear é uma fonte de emissão zero e, embora sua sustentabilidade seja debatida, [4] [5] a União Europeiaa escolheu para fazer parte de um backbone de energia de baixo carbono até 2050. [6]

Quantidades moderadas de energia eólica e solar, que são fontes de energia intermitentes , podem ser integradas à rede elétrica sem infraestrutura adicional, como armazenamento de energia da rede . Essas fontes geraram 7,5% da eletricidade mundial em 2018, [7] uma parcela que cresceu rapidamente. A partir de 2019, projeta-se que os custos de energia eólica, solar e baterias continuem caindo.

Definições

Os edifícios do assentamento solar de Schlierberg incorporam painéis solares no telhado e são construídos para máxima eficiência energética. Como resultado, eles produzem mais energia do que consomem.

O conceito de desenvolvimento sustentável foi descrito pela Comissão Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento em seu livro de 1987, Nosso futuro comum . [1] Sua definição de "sustentabilidade", agora amplamente utilizada, foi "O desenvolvimento sustentável deve atender às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atender às suas próprias necessidades". [1]

Em seu livro, a Comissão descreveu quatro elementos-chave da sustentabilidade com relação à energia: a capacidade de aumentar o suprimento de energia para atender às crescentes necessidades humanas, a eficiência e conservação de energia, a saúde e a segurança pública e a "proteção da biosfera e a prevenção de formas mais localizadas de poluição ". [8] Desde então, foram oferecidas várias definições de energia sustentável, que também se baseiam nos três pilares do desenvolvimento sustentável, a saber, meio ambiente, economia e sociedade.

  • Os critérios ambientais incluem emissões de gases de efeito estufa , impacto na biodiversidade e produção de resíduos perigosos e emissões tóxicas.
  • Os critérios econômicos incluem o custo da energia, se a energia é fornecida aos usuários com alta confiabilidade e os efeitos nos trabalhos associados à produção de energia.
  • Os critérios socioculturais incluem a prevenção de guerras pelo suprimento de energia ( segurança energética ) e disponibilidade de energia a longo prazo.

O princípio organizador da sustentabilidade é o desenvolvimento sustentável , que inclui os quatro domínios interconectados: ecologia, economia, política e cultura. [9]

Status atual

O fornecimento de energia sustentável é amplamente visto como um dos maiores desafios que a humanidade enfrenta no século XXI, tanto em termos de satisfação das necessidades do presente como em termos de efeitos nas gerações futuras. [10] [11] Bill Gates disse em 2011:

Se você me desse a opção entre escolher os próximos 10 presidentes ou garantir que a energia seja ecologicamente correta e um quarto como cara, eu escolheria a questão da energia. [12]

Em todo o mundo, quase um bilhão de pessoas não têm acesso à eletricidade e mais de 2,5 bilhões de pessoas dependem de combustíveis sujos para cozinhar. [13] A poluição do ar , causada em grande parte pela queima de combustível, mata cerca de 7 milhões de pessoas por ano. [14] Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas exigem "acesso a energia acessível, confiável, sustentável e moderna para todos" até 2030. [15]

A produção e o consumo de energia são os principais contribuintes para as mudanças climáticas , sendo responsáveis ​​por 72% das emissões anuais de gases de efeito estufa causados ​​por humanos a partir de 2014. A geração de eletricidade e calor contribui com 31% das emissões de gases de efeito estufa causados ​​por seres humanos, o uso de energia no transporte contribui 15%, e o uso de energia na fabricação e construção contribui com 12%. Outros 5% são liberados através de processos associados à produção de combustíveis fósseis e 8% através de várias outras formas de combustão. [16] [17] A partir de 2015, 80% da energia primária do mundo é produzida a partir de combustíveis fósseis. [18]

Nos países em desenvolvimento, mais de 2,5 bilhões de pessoas dependem de fogões tradicionais [13] e abrem fogueiras para queimar biomassa ou carvão para aquecimento e cozimento. Essa prática causa poluição nociva do ar local e aumenta o risco de incêndios, resultando em uma estimativa de 4,3 milhões de mortes anualmente. [19] Além disso, graves danos ambientais locais, incluindo a desertificação , podem ser causados ​​pela colheita excessiva de madeira e outros materiais combustíveis. [20] Promover o uso de combustíveis mais limpos e tecnologias mais eficientes para cozinhar é, portanto, uma das principais prioridades da iniciativa Energia Sustentável para Todos das Nações Unidas . A partir de 2019 , os esforços para projetarfogões limpos , baratos, alimentados por fontes de energia sustentáveis ​​e aceitáveis ​​para os usuários, foram decepcionantes. [19]

Caminhos propostos para mitigação das mudanças climáticas

Parque Eólico de Bangui, nas Filipinas .
Trabalhadores constroem uma estrutura de painéis solares no Malawi

O trabalho de análise de custo-benefício foi realizado por uma gama díspar de especialistas e agências para determinar o melhor caminho para descarbonizar o suprimento de energia do mundo. [21] [22] O Relatório Especial de 2018 do IPCC sobre o aquecimento global de 1,5 ° C diz que, para limitar o aquecimento a 1,5 ° C e evitar os piores efeitos das mudanças climáticas, "as emissões globais globais de CO causadas pelo homem
2precisaria cair cerca de 45% em relação aos níveis de 2010 até 2030, chegando a zero líquido por volta de 2050. "Como parte deste relatório, o grupo de trabalho do IPCC sobre mitigação das mudanças climáticas revisou uma variedade de artigos publicados anteriormente que descrevem caminhos (por exemplo, cenários e portfólios de opções de mitigação) para estabilizar o sistema climático por meio de mudanças na energia, uso da terra, agricultura e outras áreas.

As vias que são consistentes com a limitação do aviso a aproximadamente 1,5 ° C descrevem uma transição rápida para a produção de eletricidade por métodos de menor emissão e aumento do uso de eletricidade em vez de outros combustíveis em setores como o transporte. [23] Estas vias têm as seguintes características (salvo indicação em contrário, os seguintes valores são a mediana em todas as vias):

  • Energia renovável: a proporção de energia primária fornecida por energias renováveis ​​aumenta de 15% em 2020 para 60% em 2050. [24] A proporção de energia primária fornecida por biomassa aumenta de 10% para 27%, [25] com controles efetivos sobre se o uso da terra é alterado no cultivo de biomassa. [26] A proporção de energia eólica e solar aumenta de 1,8% para 21%. [25]
  • Energia nuclear: a proporção de energia primária fornecida pela energia nuclear aumenta de 2,1% em 2020 para 4% em 2050. A maioria das vias descreve um aumento no uso da energia nuclear, mas algumas descrevem uma diminuição. A razão para o amplo leque de possibilidades é que a implantação da energia nuclear "pode ​​ser restringida pelas preferências da sociedade". [27]
  • Carvão e petróleo: Entre 2020 e 2050, a proporção de energia primária do carvão diminui de 26% para 5%, e a proporção de petróleo diminui de 35% para 13%. [25]
  • Gás natural: na maioria das vias, a proporção de energia primária fornecida pelo gás natural diminui, mas em algumas vias aumenta. Usando os valores medianos em todas as vias, a proporção de energia primária do gás natural diminui de 23% em 2020 para 13% em 2050. [25]
  • Captura e armazenamento de carbono: os caminhos descrevem mais uso da captura e armazenamento de carbono para bioenergia e energia de combustíveis fósseis. [27]
  • Eletrificação: Em 2020, cerca de 20% do uso final de energia é fornecido por eletricidade. Em 2050, essa proporção mais que dobrará na maioria dos caminhos. [28]
  • Conservação de energia: os caminhos descrevem métodos para aumentar a eficiência energética e reduzir a demanda de energia em todos os setores (indústria, edifícios e transporte). Com essas medidas, as vias mostram que o uso de energia permanece o mesmo entre 2010 e 2030 e aumenta ligeiramente até 2050. [29]

Fontes de energia renováveis

Aumento do consumo de energia renovável de 1965 a 2016

Quando se refere a fontes de energia, os termos "energia sustentável" e "energia renovável" são frequentemente usados ​​de forma intercambiável, no entanto, projetos específicos de energia renovável às vezes levantam preocupações significativas de sustentabilidade. As tecnologias de energia renovável são contribuintes essenciais para a energia sustentável, pois geralmente contribuem para a segurança energética mundial e reduzem a dependência de recursos de combustíveis fósseis , mitigando as emissões de gases de efeito estufa. [30]

A energia solar

Usina de energia solar de 11 MW perto de Serpa, Portugal

Em 2018, a energia solar forneceu cerca de 3% da eletricidade global. [7] A produção de eletricidade solar utiliza células fotovoltaicas (PV) para converter luz em corrente elétrica. Os módulos fotovoltaicos podem ser integrados em edifícios ou usados ​​em usinas fotovoltaicas conectadas à rede elétrica. Eles são especialmente úteis para fornecer eletricidade a áreas remotas . Embora geralmente garantido por 25 anos, alega-se que um painel solar médio durará 40 anos [31] e quase todo ele pode ser reciclado. [32]

Atualmente, os painéis fotovoltaicos (PV) têm apenas a capacidade de converter cerca de 24% da luz solar que os atinge em eletricidade. [33] Nesse ritmo, a energia solar ainda apresenta muitos desafios para a ampla implementação, mas houve um progresso constante na redução do custo de fabricação e no aumento da eficiência fotovoltaica. Em 2008, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um método para armazenar energia solar usando-a para produzir hidrogênio combustível a partir da água. [34] Essa pesquisa tem como objetivo abordar o obstáculo que o desenvolvimento solar enfrenta ao armazenar energia para uso durante o período noturno, quando o sol não está brilhando.

Grandes projetos de pesquisa nacionais e regionais sobre fotossíntese artificial estão projetando sistemas baseados em nanotecnologia que usam energia solar para dividir a água em combustível de hidrogênio [35] e uma proposta foi feita para um projeto global de fotossíntese artificial. [36]

Pesquisas estão em andamento sobre energia solar baseada no espaço , um conceito em que os painéis solares são lançados no espaço sideral e a energia que capturam é transmitida de volta à Terra como microondas. Uma instalação de teste para a tecnologia está sendo construída na China. [37]

A Casa Solar nº 1 do MIT, construída em 1939, utilizava armazenamento de energia térmica sazonal (STES) para aquecimento durante todo o ano.

Aquecimento Solar

Esboço de um coletor de calha parabólica

Os sistemas de aquecimento solar geralmente consistem em coletores térmicos solares, um sistema de fluido para mover o calor do coletor para seu ponto de uso e um reservatório ou tanque para armazenamento de calor e uso subsequente. Os sistemas podem ser usados ​​para aquecer água quente sanitária, água da piscina ou para aquecimento de ambientes. [38] O calor também pode ser usado para aplicações industriais ou como insumo de energia para outros usos, como equipamentos de refrigeração. [39] Em muitos climas, um sistema de aquecimento solar pode fornecer uma porcentagem muito alta (20 a 80%) da energia da água quente sanitária. O calor pode ser armazenado através de tecnologias de armazenamento de energia térmica . Por exemplo, o calor do verão pode ser armazenado para aquecimento no inverno. Princípios semelhantes são usados ​​para armazenar o frio do inverno para o ar-condicionado do verão.

A energia eólica

Energia eólica: capacidade instalada mundial [40]

Em 2018, a energia eólica forneceu aproximadamente 6% do suprimento global de eletricidade. [7] No entanto, pode ser difícil instalar turbinas eólicas em algumas áreas por razões estéticas ou ambientais. [30] Um grande parque eólico pode consistir em várias centenas de turbinas eólicas individuais e cobrir uma área estendida de centenas de quilômetros quadrados, mas a terra entre as turbinas pode ser usada para fins agrícolas ou outros. Um parque eólico também pode estar localizado no mar.

Após cerca de 20 anos, as pás das turbinas eólicas precisam ser substituídas por pás maiores, e as pesquisas continuam sobre a melhor forma de reciclá-las e como fabricar pás que são mais fáceis de reciclar. [41]

Hidrelétricas

As barragens hidrelétricas são uma das fontes de energia sustentável mais amplamente implantadas.

Entre as fontes de energia renovável, as usinas hidrelétricas têm a vantagem de ter vida longa - muitas usinas existentes operam há mais de 100 anos. Além disso, as usinas hidrelétricas são limpas, possuem poucas emissões e podem compensar as variações de energia eólica e solar. [42] Críticas dirigidas a usinas hidrelétricas de grande escala incluem: deslocamento de pessoas que moram onde os reservatórios estão planejados e liberação de gases de efeito estufa durante a construção e inundação do reservatório. [43]

No entanto, verificou-se que altas emissões estão associadas apenas a reservatórios rasos em locais quentes (tropicais), e inovações recentes na tecnologia de turbinas hidrelétricas estão permitindo o desenvolvimento eficiente de projetos de hidreletricidade de baixo impacto a fio do rio . [44] De um modo geral, as usinas hidrelétricas produzem emissões de ciclo de vida muito mais baixas do que outros tipos de geração.

Em 2015, a energia hidrelétrica forneceu 16% da eletricidade do mundo, ante uma alta de quase 20% em meados do século XX. [45] Produziu 60% de eletricidade no Canadá e quase 80% no Brasil. [45] A partir de 2017, a nova construção de energia hidrelétrica parou ou desacelerou desde 1980 na maioria dos países, exceto na China. [45]

Biomassa

Plantação de cana para produzir etanol no Brasil
Uma central elétrica CHP usando madeira para fornecer eletricidade a mais de 30.000 famílias na França

A biomassa é um material biológico derivado de organismos vivos ou recentemente vivos. Como fonte de energia, a biomassa pode ser queimada para produzir calor e gerar eletricidade ou convertida em biocombustíveis modernos , como biodiesel e etanol .

A biomassa é extremamente versátil e uma das fontes mais usadas de energia renovável. Está disponível em muitos países, o que o torna atraente para reduzir a dependência de combustíveis fósseis importados. Se a produção de biomassa for bem gerenciada, as emissões de carbono poderão ser significativamente compensadas pela absorção de dióxido de carbono pelas plantas durante sua vida útil. No entanto, essa "dívida de carbono" pode ser reembolsada muito tarde ou (especialmente nos Estados Unidos) não é contabilizada adequadamente. [46] Se a fonte de biomassa for um lixo agrícola ou municipal, a queima ou a conversão em biogás também fornece uma maneira de descartar esse lixo. [47] A produção de bioenergia pode ser combinada com a captura e armazenamento de carbonopara criar um sistema de carbono zero ou carbono negativo, mas é duvidoso que isso possa ser ampliado com rapidez suficiente. [48]

Se a biomassa é colhida de culturas, como as plantações de árvores, o cultivo dessas culturas pode deslocar os ecossistemas naturais , degradar solos e consumir recursos hídricos e fertilizantes sintéticos. [47] [49] Em alguns casos, esses impactos podem realmente resultar em maiores emissões globais de carbono em comparação ao uso de combustíveis à base de petróleo. [49] [50]

Biocombustíveis

Os biocombustíveis são combustíveis, como o etanol , fabricados a partir de vários tipos de biomassa , como milho ou beterraba sacarina. Os biocombustíveis são geralmente líquidos e usados ​​para o transporte de energia, geralmente misturados com combustíveis fósseis líquidos, como gasolina, diesel ou querosene. A partir de 2020, que são biocombustíveis sustentáveis, estão sendo debatidos .

O etanol celulósico tem muitos benefícios sobre o etanol tradicional à base de milho. Não retira nem entra em conflito diretamente com o suprimento de alimentos, porque é produzido a partir de madeira, gramíneas ou partes não comestíveis de plantas. [51] Além disso, alguns estudos mostraram que o etanol celulósico é potencialmente mais econômico e sustentável economicamente do que o etanol à base de milho. [52] A partir de 2018, os esforços para comercializar a produção de etanol celulósico foram decepcionantes, mas novos esforços comerciais continuam. [53] [54]

O uso de terras agrícolas para o cultivo de combustível pode resultar em menos terra disponível para o cultivo de alimentos . Como a fotossíntese é inerentemente ineficiente e as culturas também exigem quantidades significativas de energia para colher, secar e transportar, a quantidade de energia produzida por unidade de área terrestre é muito pequena, na faixa de 0,25 W / m 2 a 1,2 W / m 2 . [55] Nos Estados Unidos, o etanol à base de milho substituiu menos de 10% do uso de gasolina para motores desde 2011, mas consumiu cerca de 40% da colheita anual de milho no país. [49] Na Malásia e na Indonésia, a derrubada de florestas para produzir óleo de palma para biodiesel levou aefeitos sociais e ambientais sérios , pois essas florestas são sumidouros e habitats críticos de carbono para espécies ameaçadas de extinção. [56] Em 2015, a produção global anual de biocombustíveis líquidos era equivalente a 1,8% da energia extraída do petróleo bruto. [45] Foi sugerido que, devido às quantidades limitadas que podem ser produzidas de forma sustentável, todos deveriam ser biocombustíveis para aviação : porque, diferentemente de outras formas de transporte, a aviação de longa distância não pode ser alimentada por baterias, hidrogênio, amônia ou células de combustível. [57]

Geotérmica

Uma das muitas usinas de energia em The Geysers , um campo de energia geotérmica no norte da Califórnia, com uma produção total de mais de 750 MW.

A energia geotérmica é produzida aproveitando a energia térmica criada e armazenada na terra. Surge do decaimento radioativo de um isótopo de potássio e outros elementos encontrados na crosta terrestre. [58] A energia geotérmica pode ser obtida perfurando o solo, muito semelhante à exploração de petróleo, e então é transportada por um fluido de transferência de calor (por exemplo, água, salmoura ou vapor). [58] Os sistemas geotérmicos que são dominados principalmente pela água têm o potencial de fornecer maiores benefícios ao sistema e geram mais energia. [59]Dentro desses sistemas dominados por líquidos, existem possíveis preocupações de subsidência e contaminação dos recursos hídricos subterrâneos. Portanto, a proteção dos recursos hídricos subterrâneos é necessária nesses sistemas. Isso significa que é necessária uma produção e engenharia cuidadosas dos reservatórios em sistemas de reservatórios geotérmicos com domínio de líquido. [59] A energia geotérmica é considerada sustentável porque essa energia térmica é constantemente reabastecida. [60]

A energia geotérmica pode ser aproveitada para geração de eletricidade e aquecimento. As tecnologias em uso incluem centrais a vapor seco, centrais a vapor flash e centrais de ciclo binário. A partir de 2010, a geração geotérmica de eletricidade é usada em 24 países, [61] enquanto o aquecimento geotérmico é usado em 70 países. [62] Os mercados internacionais cresceram a uma taxa média anual de 5% nos três anos até 2015. [63]

A energia geotérmica é considerada uma fonte de energia sustentável e renovável , porque a extração de calor é pequena em comparação com o conteúdo de calor da Terra . [64] As emissões de gases de efeito estufa das estações elétricas geotérmicas são, em média, 45 gramas de dióxido de carbono por quilowatt-hora de eletricidade, ou menos de 5% das das usinas a carvão convencionais. [62]

Energia marinha

A energia marinha é principalmente energia das marés e das ondas . A partir de 2020 , algumas pequenas usinas de energia das marés estão operando na França e na China, [65] e os engenheiros continuam a tentar tornar os equipamentos de energia das ondas mais robustos contra tempestades. [66]

Fontes de energia não renováveis

A energia nuclear

Emissões de CO 2 relacionadas à geração de eletricidade na França em 27 de maio de 2020 com intensidade total de CO 2 de 52 gCO2eq / kWh.
Emissões de CO 2 relacionadas à geração de eletricidade na França em 27 de maio de 2020 com intensidade total de CO 2 de 52 gCO 2 eq / kWh. Fonte: eletricidademap.org

A sustentabilidade da energia nuclear baseada na fissão nuclear é debatida, pois a tecnologia hoje amplamente utilizada consome minério de urânio extraído, que é um recurso não renovável. No entanto, como a quantidade de energia nuclear por unidade de combustível é milhões de vezes maior que a energia química de qualquer outro combustível, as quantidades de combustível usadas na fissão nuclear são proporcionalmente menores. Devido ao uso relativamente pequeno de combustível, alta taxa de reciclagem de combustível usado (até 96%) e vastas reservas, a energia nuclear pode ser considerada praticamente sustentável em escala de centenas de anos. [67]

As usinas nucleares têm sido usadas desde a década de 1950 para produzir uma emissão zero , fornecimento constante de eletricidade, sem criar poluição do ar local . Em 2012, usinas nucleares em 30 países geraram 11% da eletricidade global. [68] O IPCC considera que a energia nuclear é uma fonte de energia de baixo carbono, com emissões de gases de efeito estufa no ciclo de vida (incluindo a mineração e o processamento de urânio ), semelhantes às emissões de fontes de energia renováveis. [69] A partir de 2020, a energia nuclear fornece 50% da eletricidade de baixo carbono da União Europeia e 26% da produção total de energia na Europa. [70]

Emissões de CO 2 relacionadas à geração de eletricidade na Alemanha em 27 de maio de 2020 com intensidade total de CO2 de 257 gCO2eq / kWh.
CO relacionado à geração de eletricidade
2na Alemanha em 27 de maio de 2020, com emissões totais de CO
2intensidade de 257 gCO2eq / kWh. Fonte: eletricidademap.org

O movimento antinuclear levou a uma diminuição na contribuição da energia nuclear para o suprimento global de eletricidade desde 1993. [71] O apoio público à energia nuclear é geralmente baixo como resultado de preocupações de segurança [72], no entanto, para cada unidade de energia produzida, a energia nuclear é muito mais segura que a energia dos combustíveis fósseis. [73] Grupos ambientais tradicionais, como o Greenpeace e o Sierra Club, se opõem a todo uso de energia nuclear. [74] Indivíduos que descreveram a energia nuclear como uma fonte de energia verde incluem Stewart Brand , [74] George Monbiot , [75] Bill Gates ,[76] James Lovelock [77] e diretor do Greenpeace Reino Unido (2001-2007), Stephen Tindale . [78]

Em 2018, a energia nuclear foi escolhida pela União Europeia como parte do sistema de energia europeu de baixo carbono. [6]

Projetos futuros

Projetos mais recentes de reatores nucleares são capazes de extrair energia de resíduos nucleares até que não seja mais (ou drasticamente menos) perigosa e possuem recursos de projeto que minimizam bastante a possibilidade de um acidente nuclear. Esses projetos (por exemplo, o reator de sal fundido ) ainda não foram comercializados. Alguns outros reatores, como o Reator Rápido Integral , podem "queimar" os resíduos nucleares por meio de um processo conhecido como transmutação nuclear . As usinas nucleares podem ser mais ou menos eliminadas de seu problema de resíduos nucleares através do uso de reprocessamento nuclear e usinas mais recentes, como as de melhoramento rápido .

O tório é um material fissionável usado em energia nuclear baseada em tório . O ciclo de combustível do tório reivindica várias vantagens potenciais sobre um ciclo de combustível de urânio , incluindo maior abundância , propriedades físicas e nucleares superiores, melhor resistência à proliferação de armas nucleares [79] [80] [81] e produção reduzida de plutônio e actinídeo . [81] Portanto, às vezes é referido como sustentável. [82] A avaliação de segurança de usinas nucleares em operação para prolongar sua vida útil, talvez até 80 anos, [83] continua.[84] Independentemente de acidentes passados, a energia nuclear continua sendo a fonte de energia mais segura disponível por unidade de energia, em comparação com outras fontes. [85]

Fusão

Uma fonte potencial de energia é a fusão nuclear (em oposição à fissão nuclear usada hoje). É a reação que existe nas estrelas, incluindo o sol. Espera-se que os reatores de fusão atualmente em construção ( ITER ) sejam inerentemente seguros devido à falta de reação em cadeia e não produzam resíduos nucleares de longa duração. [86] O combustível para reatores de fusão nuclear é deutério , lítio e trítio , amplamente disponíveis . [87]

Captura e armazenamento de carbono

Em teoria, as emissões de gases de efeito estufa de usinas de combustíveis fósseis e de biomassa podem ser significativamente reduzidas através da captura e armazenamento de carbono , embora esse processo seja caro. De acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas , o caminho de menor custo para atingir a meta de 2 ° C inclui a implantação maciça de um tipo específico de tecnologia de emissões negativas chamada bioenergia com captura e seqüestro de carbono , ou BECCS. [88] No entanto, alcançar esse objetivo por meio do BECCS requer mais recursos do que atualmente estão disponíveis em todo o mundo. Por exemplo, para capturar 10 bilhões de toneladas de CO 2 por ano (GtCO 2/ y) exigiria biomassa de 40% das terras agrícolas atuais do mundo. [89]

Gerenciando fontes de energia intermitentes

Em uma instalação de hidroeletricidade de armazenamento bombeado , a água é bombeada para cima, a geração de eletricidade excede a demanda. A água é liberada posteriormente para gerar hidroeletricidade .

Solar e eólica são fontes variáveis ​​de energia renovável (VRE) que fornecem eletricidade intermitentemente, dependendo do clima e da hora do dia. A intermitência geral pode ser reduzida combinando essas fontes. [90] [91]

A maioria das redes elétricas foi construída para fontes de energia não intermitentes, como usinas a carvão. De acordo com a Agência Internacional de Energia : "A flexibilidade do sistema de energia é necessária em várias escalas de tempo, e diferentes soluções de hardware e soluções de práticas operacionais oferecem recursos específicos para a escala de tempo". [92] Metade da eletricidade do mundo precisará ser eólica e solar até 2030, para limitar o aumento global da temperatura para bem abaixo de 2 ° C até 2050. [93] À medida que quantidades maiores de energia solar e eólica são integradas à rede, torna-se necessário fazer alterações no sistema geral para garantir que o suprimento de eletricidade corresponda à demanda.Estas alterações podem incluir o seguinte:

  • Uso de hidroeletricidade, usinas de gás natural ou outro combustível fóssil ou usina nuclear para produzir energia de reserva
  • Usando o armazenamento de energia da rede para armazenar o excesso de energia solar e eólica e liberá-lo conforme necessário. O método de armazenamento mais comumente usado é a hidroeletricidade de armazenamento bombeado , que é viável apenas em locais próximos a uma grande colina ou uma mina subterrânea profunda. As baterias estão sendo amplamente utilizadas. Outras tecnologias de armazenamento, como a energia para gás , foram usadas em situações limitadas. [94]
  • Comércio de eletricidade com outros locais em uma rede regional ou através de linhas de transmissão de longa distância
  • Reduzir a demanda por eletricidade em determinados momentos, por meio do gerenciamento da demanda de energia e do uso de redes inteligentes .
  • O mercado de energia , ou mais especificamente o mercado de eletricidade , muda para que a flexibilidade do fornecimento de energia seja melhor paga [95] [96]

A partir de 2019, o custo e a logística de armazenamento de energia para grandes centros populacionais é um desafio significativo, embora o custo dos sistemas de bateria tenha caído drasticamente. [97] Por exemplo, um estudo de 2019 descobriu que, para a energia solar e eólica substituir toda a geração de combustível fóssil por uma semana de frio extremo no leste e no centro-oeste dos Estados Unidos, a capacidade de armazenamento de energia teria que aumentar a partir dos 11 GW existentes em esse tempo varia entre 230 GW e 280 GW, dependendo da quantidade de energia nuclear retirada. [97]

O armazenamento bombeado , bem como a carga após as usinas de carvão, gás fóssil e nuclear , são as técnicas mais difundidas para equilibrar fontes de energia intermitentes a partir de 2020.

A partir de 2020, na União Européia, esse tornou-se o padrão de fato nos países que decidiram encerrar suas usinas nucleares de emissão zero , como a Alemanha. [98] [99] [100] [101] Esta prática levou a um debate entre a Alemanha, que fez investimentos significativos na importação de gás fóssil, mas falhou em seu CO
2metas de redução de emissões [102] e França, cujo mix de energia é amplamente composto de energia nuclear e cujas emissões médias de CO2 do setor de energia são 5x menores que a Alemanha. [103] [104]

Eficiência energética

Avançar rumo à sustentabilidade energética exigirá mudanças não apenas na maneira como a energia é fornecida, mas na maneira como é usada, e é essencial reduzir a quantidade de energia necessária para fornecer vários bens ou serviços. As oportunidades de melhoria no lado da demanda da equação de energia são tão ricas e diversificadas quanto as do lado da oferta e geralmente oferecem benefícios econômicos significativos. [105]

A eficiência diminui o crescimento da demanda de energia, para que o aumento do suprimento de energia limpa possa fazer cortes profundos no uso de combustíveis fósseis. Uma análise histórica recente demonstrou que a taxa de melhorias na eficiência energética geralmente foi superada pela taxa de crescimento da demanda de energia, devido ao contínuo crescimento econômico e populacional . Como resultado, apesar dos ganhos de eficiência energética, o uso total de energia e as emissões de carbono relacionadas continuaram a aumentar. Assim, dados os limites termodinâmicos e práticos das melhorias na eficiência energética, é essencial desacelerar o crescimento da demanda de energia. [106]No entanto, a menos que o suprimento de energia limpa seja disponibilizado rapidamente, o crescimento lento da demanda começará a reduzir as emissões totais; também é necessário reduzir o teor de carbono das fontes de energia. Qualquer visão séria de uma economia energética sustentável exige, portanto, compromissos com renováveis ​​e eficiência. [107]

Tendências

A partir de 2019, os combustíveis fósseis ainda fornecem mais de 80% do consumo mundial de energia e, embora o consumo de energia por pessoa deva atingir um pico na década de 2020, o uso de energia sustentável não está aumentando rápido o suficiente para cumprir a meta de 2 graus do Acordo de Paris. [108]

A partir de 2019, as previsões para os 400 GW de capacidade de energia nuclear, que em 2018 forneceram 10% da eletricidade do mundo, variam de uma redução de 8% a um aumento de 25% até 2030. [109]

Em 2020, a Agência Internacional de Energia alertou que a turbulência econômica causada pelo surto de coronavírus pode impedir ou atrasar as empresas de investir em energia verde. [110] [111] [112] O surto pode significar uma desaceleração na transição de energia limpa do mundo, se nenhuma ação for realizada. [113]

Mudança de combustível do carvão para o gás natural

Em média, para uma determinada unidade de energia produzida, as emissões de gases de efeito estufa do gás natural são cerca de metade das emissões de carvão quando usadas para gerar eletricidade, e cerca de dois terços das emissões de carvão quando usadas para produzir calor: no entanto, reduzir os vazamentos de metano é imperativo. [114] O gás natural também produz significativamente menos poluição do que o carvão. A construção de usinas a gás e gasodutos é, portanto, promovida como uma maneira de reduzir as emissões e eliminar gradualmente o uso de carvão, no entanto, essa prática é controversa. Os opositores argumentam que o desenvolvimento de infra-estrutura de gás natural criará décadas de aprisionamento de carbono e ativos ociosos, e que as energias renováveis ​​geram muito menos emissões a custos comparáveis. [115] As emissões de gás natural do ciclo de vida do gás de efeito estufa são cerca de 40 vezes as emissões de energia eólica e nuclear.

Eletrificação

Apesar da eletrificação contínua, os combustíveis fósseis ainda podem fornecer mais de dois terços da energia mundial até 2040. [108]

Políticas energéticas Governo

Comparando as tendências do uso mundial de energia, o crescimento de energia renovável até 2015 é mostrado pela linha verde [116]

Segundo o IPCC, tanto o preço explícito do carbono quanto as políticas complementares específicas da energia são mecanismos necessários para limitar o aquecimento global a 1,5 ° C. [117]

Programas e regulamentos específicos para energia têm sido historicamente a base dos esforços para reduzir as emissões de combustíveis fósseis. [118] Casos bem-sucedidos incluem a construção de reatores nucleares na França nas décadas de 1970 e 1980 e padrões de eficiência de combustível nos Estados Unidos, que conservaram bilhões de barris de petróleo. [118] Outros exemplos de políticas específicas de energia incluem requisitos de eficiência energética nos códigos de construção, proibição de novas usinas a carvão, padrões de desempenho para aparelhos elétricos e suporte ao uso de veículos elétricos . [119] [117] No entanto, os subsídios aos combustíveis fósseis continuam sendo uma barreira fundamental para a transição para um sistema de energia limpa. [120]

Os impostos sobre o carbono são uma maneira eficaz de incentivar o movimento em direção a uma economia de baixo carbono , ao mesmo tempo em que fornecem uma fonte de receita que pode ser usada para reduzir outros impostos [121] ou para ajudar famílias de baixa renda a arcar com custos mais altos de energia. [122] Os impostos sobre o carbono encontraram uma forte contração política em algumas jurisdições, enquanto as políticas específicas de energia tendem a ser politicamente mais seguras. [118] Segundo a OCDE, as mudanças climáticas não podem ser controladas sem os impostos sobre o carbono da energia, mas 70% das emissões de CO2 relacionadas à energia não foram tributadas em 2018. [123] Alguns estudos estimam que a combinação de um imposto sobre o carbono com energia específica. políticas seriam mais econômicas do que apenas um imposto sobre o carbono.[117]

Pesquisa em energia sustentável

Existem inúmeras organizações nos setores acadêmico, federal e comercial que realizam pesquisas avançadas em larga escala no campo da energia sustentável. A produção científica para sistemas de energia sustentáveis ​​está aumentando exponencialmente, passando de cerca de 500 artigos de periódicos ingleses apenas sobre energia renovável em 1992 para quase 9.000 artigos em 2011. [124]

Hidrogénio

O hidrogênio é um combustível de emissão zero que pode ser produzido usando a eletrólise para dividir as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio pode desempenhar um papel em um sistema de energia sustentável se a eletricidade usada para produzi-lo for gerada a partir de fontes sustentáveis, como eólica ou solar. O hidrogênio pode ser produzido quando existe um excedente de eletricidade renovável intermitente, depois armazenado e usado para gerar calor ou para re-gerar eletricidade. O hidrogênio pode ser distribuído por navio [125] ou por dutos. Até 20% podem ser misturados em gasodutos sem trocar gasodutos ou aparelhos, [126] mas como o hidrogênio é tão leve, isso economizaria apenas 7% das emissões. [127] A partir de 2020estão em andamento ensaios sobre como converter uma grade de gás natural em 100% de hidrogênio [128] , a fim de reduzir ou eliminar as emissões do aquecimento residencial e industrial de gás natural. [129] Pode ser usado para alimentar veículos que possuem células a combustível de hidrogênio . [130] Como possui baixo teor de energia para volume, é mais fácil usar em navios movidos a hidrogênio ou veículos pesados [131] do que em carros e aviões.

A partir de 2018, muito pouco do suprimento mundial de hidrogênio é criado a partir de fontes sustentáveis. Quase todo o hidrogênio é criado pela reforma do vapor de metano (SMR), que resulta em altas emissões de gases de efeito estufa, mas atualmente é mais barato do que criar hidrogênio por eletrólise. Embora um pouco de carbono da SMR possa ser capturado, o processo pode se tornar mais sustentável usando a reforma autotérmica com tecnologias de captura e armazenamento de carbono para remover a maior parte do dióxido de carbono emitido. [129]

Veja também

  • Impacto ambiental da indústria de energia
  • Desinvestimento de combustíveis fósseis
  • Emissões de gases de efeito estufa por ciclo de vida de fontes de energia
  • Energia Sustentável para Todos iniciativa

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