A Descarbonização dos Sistemas Energéticos

A Descarbonização dos Sistemas Energéticos

Em artigo publicado na revista “O Instalador”, Modesto Morais (IEP – Manager Innovation, Research and Development), aponta qual, na sua opinião, será a evolução da utilização de meios de produção de energia alternativa (não fóssil) :

“Neste início de século, a urgência da descarbonização das atividades humanas, para nos permitir neutralizar o balanço carbónico na biosfera, tornou imprescindível intensificar-se a utilização de recursos energéticos de origem não fóssil, nomeadamente os de origem renovável.

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Figura 1: Consumo global de energia, desagregado por tipos de fontes (Unidades de energia em TEP) [1].

No gráfico da figura 1 podemos observar como o consumo de energia nos últimos 45 anos mais que do duplicou, mas a representatividade da energia primária com origem fóssil manteve-se praticamente inalterada (representava 87% em 1973 e representa 81% em 2018). O consumo global anual de energia é de 14.282 MTEP e 86% dessa energia é proveniente de fontes não renováveis, tais como o carvão, o petróleo, o gás natural e o nuclear. Ou seja, unicamente 14% da toda a energia consumida pela humanidade tem origem em fontes renováveis.
Sabemos que a exploração de recursos naturais (energéticos ou outros) sejam eles renováveis ou não, tem um impacto sobre os ecossistemas que nunca será negligenciável. Por este motivo a exploração de recursos energéticos renováveis deverá ser sempre desenvolvida tendo em atenção os possíveis custos e benefícios que lhes estão inerentes.
A título de exemplo, para suprirmos as necessidades globais de energia se, hipoteticamente, quiséssemos usar unicamente sistemas fotovoltaicos, teríamos de instalar uma área de módulos solares que cobriria cerca de 2% da área total disponível em todos os continentes. Isto, à primeira vista, não parece ter um grande impacto nos ecossistemas, mas se compararmos esta área com o espaço ocupado por todas as zonas urbanos do mundo, percebemos que o espaço a ocupar pelas centrais fotovoltaicas seria quatro vezes superior à área ocupada por todas as cidades existentes no planeta. Visto desta forma, talvez a utilização indiscriminada desse tipo de tecnologia poderá não ser a abordagem mais cautelosa. Para além de que, de uma forma simplista, se todos os telhados do mundo fossem cobertos por módulos solares, dessa forma só conseguiríamos suprir 25% das necessidades energéticas desses mesmos espaços urbanos. Adicionalmente ainda teríamos de ocupar zonas não urbanas com solos úteis para agricultura e florestas numa extensão que equivaleria a 1,5% de todo o espaço disponível nos continentes. Cálculos semelhantes poderão ser aplicado aos impactos ambientais resultantes das albufeiras das centrais hidroelétricas, dos parques eólicos ou das centrais térmicas a biomassa.
Como salvaguarda ao raciocínio aqui desenvolvido sobre o impacto ambiental das energias renováveis, reforçamos que as energias renováveis são seguramente parte da solução para ajudar a ganhar a batalha da descarbonização da nossa civilização, mas estas, pela sua elevada diluição na superfície do planeta, obrigam sempre a que sejam ocupadas extensões geográficas consideráveis, competindo desta forma com outras atividades humanas relevantes e, mais importante ainda, perturbam de forma muito relevante os ecossistemas naturais.

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Figura 2: Evolução do consumo global de energia, desagregado por tipo de energia (unidades de energia em TWh) [2].

No gráfico da figura 2 é evidente que a demanda global por energia primária cresce de forma muito consistente. Nas energias de origem fóssil observamos uma tendência (que devemos sinalizar como benéfica por representar menores emissões de carbono por cada unidade de energia produzida) para a transladação da dependência do carvão e do petróleo para o gás natural. Mas, mais importante do que isso é observarmos que, para as renováveis substituírem integralmente as energias de origem fóssil, a tarefa será gigantesca. Pois não se tratará unicamente de descarbonizar a produção de eletricidade que hoje é consumida, será necessário também descarbonizar a indústria, os serviços e os transportes.
Efetivamente, a transição energética implica que pelo menos as nossas emissões de gases com efeitos de estufa (e não será só o dióxido de carbono resultante da queima de combustíveis fósseis) sejam compensadas pelos sumidouros naturais, tais como são as florestas e os oceanos. Sabemos que as floretas absorvem anualmente cerca de 30% [3] das nossas emissões de CO2. Isto significa que, para garantirmos a neutralidade carbónica, teremos que reduzir em mais de 70% as nossas emissões anuais de dióxido de carbono. A produção de energia térmica para climatização ou para certas atividades industriais poderá ser parcialmente colmatada pela aplicação de biomassa (resíduos florestais, estilha, pellets, carvão vegetal, biogás, etc.). Mas existem imensas outras atividades, tanto na indústria como nos transportes, onde a substituição dos combustíveis fósseis dificilmente se poderá fazer através de uma substituição direta de uma forma de energia por outra. É aqui que entra a necessidade de se desenvolver um veículo energético que nos permitirá converter qualquer forma de energia (nomeadamente renovável) em formas de energia que facilmente poderão ser usadas na indústria, nos transportes e em muitas outras atividades humanas. Esse veículo energético, pela sua versatilidade, é a eletricidade seguramente. Como podemos ver na figura 3, a produção de eletricidade, nos últimos 45 anos, cresceu mais de 4 vezes. Mas é evidente a dependência da sua produção nos combustíveis fósseis continua extremamente relevante.

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Figura 3: Evolução do consumo global de energia elétrica, desagregado por tipo de fontes (unidades de energia em TEP) [1].

Efetivamente, o consumo atual de energia elétrica não representa mais de 16% de toda a energia consumida pelas atividades humanas, mas 74% desse total é proveniente de combustíveis fósseis (principalmente do carvão e do gás natural). Por esta proporção e como referimos anteriormente, o esforço de descarbonização será verdadeiramente desafiante. Se assumirmos que teremos de transferir mais de 70% das nossas emissões para uma produção limpa (para pelo menos garantirmos um balaço de carbono neutro), então cerca de 13.500 MTEP por ano terão de ser conseguidos a partir de fontes renováveis ou outras fontes que não representem emissões de gases com efeitos de estufa. Regressando ao modelo do espaço ocupado pelo fotovoltaico que usamos anteriormente para representar a implantação de fontes de energia limpa, esta neutralidade será o equivalente a cobrir uma área geográfica, que sensivelmente corresponderá ao dobro da área ocupada por todas as cidades do mundo, com parques fotovoltaicos. Por esta comparação podemos perceber que o impacto de um empreendimento dessa natureza será ainda bastante apreciável. E se se fizer um raciocínio semelhante para a ocupação de espaço com parques eólicos, com isso não se conseguirá melhorar significativamente a mancha de ocupação geográfica nem o impacto visual que as torres eólicas também representarão.
A reflexão desenvolvida nos parágrafos anteriores têm por objetivos mostrar que:
• O esforço tecnológico e económico para descarbonizar as atividades humanas nos próximos 30 anos será gigantesco principalmente porque, como podemos ver na figura 2, está quase tudo por fazer (principalmente o desenvolvimento de uma eletrificação descarbonizada generalizada);
• Se hipoteticamente enveredarmos pela aplicação exclusiva de tecnologias que aproveitem unicamente recursos renováveis (pela sua extrema diluição espacial e já agora também pela sua intermitência), a sua competição pela ocupação de espaço com outras atividades humanas, como a agricultura e floresta, a gestão de uma maior instabilidade na disponibilidade de energia nas redes, para não falarmos da pressão que a dispersão geográfica dessas tecnologias renováveis exercerá sobre os próprios ecossistemas naturais, não se afigura nem técnica nem socialmente pacifica.
Face ao exposto, parece-nos que o desenvolvimento mais razoável passará por forçar a substituição da totalidade da dependência do carvão e do petróleo (estes representam 58% do consumo global de energia) por uma combinação heterogenia de soluções que incluirão, todas as formas possíveis de renováveis (que representará a adequação de uma área geográfica equivalente ao espaço ocupado por todas as zonas urbanas existentes em todos os continentes), o nuclear de fissão (reatores de nova geração com caraterísticas modulares [4]) e o gás natural (este se possível mantendo a sua proporção atual que é de aproximadamente 30% da combinação atual de fontes de energia). Desta forma os ecossistemas naturais teriam capacidade para absorver o carbono libertado pela produção de energia resultante do gás natural e a produção renovável (que hoje não representa mais do que 14% da combinação) deverá aumentar para, pelo menos, 50% a sua representatividade (passar de 1.978 MTEP para 7.141 MTEP, um aumento de 360%) e os restantes 20% terão de ser colmatados pela produção de eletricidade com recurso a fontes nucleares (passar dos atuais 707 MTEP para 2.856 MTEP, um aumento de 400%) usando reatores nucleares os quais disponibilizam potencias na ordem dos 300 MW, o que corresponderá à instalação de aproximadamente 10.000 reatores nucleares modulares [5], [6] na proximidade de todos os centros urbanos do planeta (cerca de 14 reatores nucleares modulares por cidade, em média). Desta forma a combinação da produção de eletricidade proveniente do nuclear e do gás natural seriam os responsáveis por desenvolver a estabilização de último recurso das redes. Os restantes 50% da energia serão providenciados pela combinação de todas fontes renováveis que estarão disponíveis.
Para concluir, podemos dizer que a tarefa que temos entre mãos para descarbonizar/neutralizar a emissão de gases com efeito de estufa não será uma batalha com uma única frente. Efetivamente teremos que resolver o problema da eletrificação intensiva das economias e ao mesmo tempo teremos de encontrar tecnologias que nos permitam transformar a energia elétrica noutros recursos energéticos os quais serão facilmente acoplados na indústria e nos sistemas de transporte pesado (camiões, navios, comboios, aviões, etc.). Neste momento existem apostas diversas (que parecem ser prometedoras) nomeadamente as baterias químicas (Lítio, Sódio, Vanádio, etc.), o hidrogénio e seus derivados (metano/metanol, amoníaco, etc.), bem como muitas outras formas de armazenamento físico (ar líquido/comprimido, sais fundidos, etc.). Teremos que manter e até reforçar uma combinação de fontes de energia não renováveis, como será o nuclear e o gás natural. Será fundamental intensificar-se o melhoramento da eficiência na utilização de todos os recursos energéticos (ao nível global haverá seguramente espaço para mitigar desperdícios nos consumos na ordem dos 20% ou 30%). Teremos que empreender campanhas de reflorestação em espaços rurais e estimular a arborização dos espaços urbanos (para se reforçar a captura natural de carbono). Desenvolver tecnologias que permitam fazer a captura de dióxido de carbono (por exemplo para a síntese combustíveis sintéticos: metano, metanol, etanol, etc.). Por último e não menos importante, será necessário reeducar as populações para que as mesmas aceitem com menos receio a introdução de pequenos reatores nucleares (SMR) que, embora estes sejam muito mais seguros que a tecnologia nuclear convencional, terão que estar muito mais próximos dos espaços habitados.”

[1] International Energy Agency: Key World Energy Statistics 2020 (https://www.iea.org/reports/key-world-energy-statistics-2020 );
[2] Vaclav Smil (2017). Energy Transitions: Global and National Perspectives. & BP Statistical Review of World Energy (https://ourworldindata.org/energy-production-consumption );
[3] FAO: Forests and Climate Change – Carbon and the Greenhouse effect (https://www.fao.org/3/ac836e/AC836E03.htm );
[4] IAEA International Atomic Energy Agency: (https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors/smr-regulators-forum );
[5] Small Nuclear Power Reactors (http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors.aspx );
[6] NUSCALE (https://www.nuscalepower.com/ );

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