P&D para reduzir custos energéticos

São inúmeras as fontes de energia existentes no mundo e capazes de alimentar as atividades humanas, as mais consumidas são a fóssil, hidráulica, biomassa e nuclear, outras participam menos na composição da matriz, como solar, eólica, geotérmica e gravitacional.

O fator decisivo para aumentar a produção de um tipo de fonte nem sempre é o grau de eficiência energética, mas sim o custo, reduzido paulatinamente graças aos investimentos em pesquisa e desenvolvimento para baratear e melhorar tecnologias. O tema foi discutido por diversos especialistas durante o 6º Fórum de Debates Brasilianas.org, realizado na terceira semana de novembro, em São Paulo.

Transporte puxará demanda

Um levantamento realizado, em 2008, pelo CGEE (Centro de Gestão de Estudos Estratégicos) ajuda a montar o panorama das fontes que irão compor a matriz energética mundial e brasileira entre 2030-2050.

Os autores do trabalho analisaram “o estado de arte” de 60 tecnologias e processos de energia, incluindo pesquisa e desenvolvimento (P&D) e perspectivas de implementação comercial.

“As projeções indicam a prevalência dos combustíveis líquidos no consumo final de energia do Brasil, sendo que os derivados do petróleo representarão cerca de 35% (dependendo do cenário), o que é uma pequena queda em relação a 2005 (cerca de 40% do consumo final total”, destacam no texto. O etanol representará 14% do consumo final energético brasileiro em 2030, e o biodiesel 24% em 2030.

A eletricidade também aumentará sua participação final no consumo, de 19% em 2005, para 24% em 2030. Enquanto o consumo do gás natural avançará dos 6% atuais para 9% no final de 2030.

Nas próximas décadas o setor de transporte puxará a demanda mais rapidamente que o setor industrial. Portanto, haverá maior necessidade de combustíveis líquidos ou tecnologias de uso final no setor de transporte, como melhorias na eficiência energética, veículos híbridos e flex. Em 2030, quase 70% do consumo de energia estará concentrado nos setores de transporte e industrial, proporção semelhante à atual, cerca de 68%.

Durante o Fórum, Luis Augusto Barbosa Cortez, coordenador adjunto de Programas Especiais da FAPESP e professor da Unicamp apresentou dados de uma pesquisa que realizou junto à FAPESP para saber como fazer para que o Brasil atenda 10% da demanda mundial de combustíveis líquidos com etanol, em 2025. Para tanto, o país precisaria aumentar oito vezes sua produção atual.

Entretanto, graças ao amadurecimento das tecnologias, para produzir 200 bilhões de litros de álcool/ano – quantidade estimada para alcançar as metas estimadas do estudo – o país não precisará aumentar na mesma proporção a área plantada.

“Melhorando a tecnologia de produção de álcool convencional, e somando a produção de etanol segunda geração, serão necessários apenas 20 milhões de hectares, frente os 9 milhões de hectares plantados com cana hoje. Não é muito, porque o país tem 850 milhões de hectares”, completa Cortez.

Etanol

A área cultivada com cana de açúcar no país é de quase 9 milhões de hectares, sendo 4 milhões de hectares voltados exclusivamente para produção de etanol. Desde a década de 1970 a produtividade do etanol brasileiro cresce 3% ao ano, resultado no salto de 3 milhões de litros/ano para quase 7 milhões de litros/ano por hectare, alcançada graças às pesquisas para desenvolver a melhor variedade de cana-de-açúcar, técnicas de plantio e manejo de solo. Hoje, o biocombustível responde por 50% de combustíveis líquidos de carros leves que o setor de transportes brasileiro consome.

Em relação à substituição de combustíveis fósseis, o Brasil caminha para melhorar ainda mais a produtividade de litros de etanol por hectare, o que deverá ser alcançado com o domínio da tecnologia de segunda geração, que consiste em produzir etanol não apenas do melaço da cana, mas da celulose, que compõe o bagaço que, por sua vez, corresponde a 2/3 da matéria da cana.

Cortez, prevê que a partir da produção de etanol da celulose haverá um salto na ordem de 15% em termos de produtividade desse biocombustível no país.

Energia Solar Fotovoltaica

O CGEE destaca que a energia fotovoltaica é a fonte que mais cresce no mundo, graças à políticas públicas para derrubar a principal barreira: o custo.

A energia solar tem sido incentivada pela alta produção e exportação do mercado chinês. O crescimento dessa indústria derrubou os preços dos painéis fotovoltaicos e o custo de produção solar hoje é de US$ 1,95/watt, ante US$ 4,17/watt, em 2007.

Em vinte anos, a produção de energia fotovoltaica cresceu 25% ao ano. Já nos Estados Unidos, entre 80-90% ao ano. Entre os principais entraves para o desenvolvimento dessa tecnologia estão:

• Células solares poliméricas: melhorias de eficiência de conversão em eletricidade em mais de 50% entre 2020 e 2030;
• Redução dos custos de módulos fotovoltaicos em 75% até 2020;
• A terceira geração de células fotovoltaicas alcançará eficiências de até 85% em 2020;

“Dentre outras linhas de pesquisa, baseiam-se em nanotecnologia, nanomateriais, plásticos eletroativos e fotônica, por exemplo. Os principais direcionamentos das atividades de P&D, a grosso modo, são ou na redução dos custos de produção (tecnologias emergentes), mantendo as eficiências médias, ou no aumento da eficiência das células (tecnologias novas)”, completam os pesquisadores.

Energia eólica

O consumo brasileiro de energia elétrica é de 424 terawatts-hora por ano (TWh/ano), sendo que cerca de 90% do total produzido vem das usinas hidroelétricas. No entanto, o país tem condições de aumentar em mais dois terços (272 TWh/ano) a oferta de energia a partir da força dos ventos, que atualmente contribuem apenas com 1% da produção energética.

No mundo, em menos de três décadas o tamanho das turbinas eólicas aumentaram 100 vezes e o custo foi reduzido em mais de 5 vezes, pela influencia dos avanços tecnológicos e aumento do volume de produção desses equipamentos.

Levantamento do CGEE mostra que a participação dessa fonte na geração de eletricidade mundial deve variar de 5% a 29,1% em 2030 e de 6,6% a 34,3% em 2050. “As turbinas eólicas são altamente eficientes com menos de 10% de perdas térmicas no sistema de transmissão”, completam os pesquisadores.

Estima-se que 60% da redução dos custos ocorreu pelo crescimento da indústria que produz turbinas eólicas. Enquanto que os 40% restantes, graças da pesquisa e desenvolvimento.

“O Brasil é um dos países onde, em alguns sítios, o regime dos ventos complementa o regime hídrico de rios e bacias nos períodos de seca. Essa é uma característica importante, dado que, com o predomínio da geração hidrelétrica no país, a estabilização sazonal da oferta de energia tem sido um desafio histórico para o planejamento da operação dos sistemas interligados e, portanto, essa complementaridade é uma maneira de minimizar riscos de déficit da capacidade de armazenamento nas barragens durante as estações secas críticas”, concluem.

Renato de Andrade Costa, gerente geral de Negócios de Energia da Petrobras, destacou durante o Fórum que a petrolífera instalou 39 pontos de medição de potencial eólico, localizados em 11 estados, que funcionam desde 2001.

No Leilão de Reservas, de 2009, promovido pelo Ministério de Minas e energia, 71 empreendimentos de energia eólica foram contemplados, representando um total de 753 MW vendidos. Cerca de 90% dos projetos se concentram na Região Nordeste.

Energia do Oceano

O CGEE conclui que ainda serão necessários muitos investimentos para tornar a energia produzida pelo movimento das marés e ondas competitivo. “Associação Européia de Energia do Oceano considera pouco provável que esse tipo de trajetória tecnológica será comercialmente desenvolvida por conta dos elevados custos de geração, longos períodos de retorno de investimentos e impactos ambientais em ecossistemas locais”.

Ainda assim, bilhões são investidos para transformar em energia elétrica um potencial de 8.000 a 80.000 de TWh/ano, para energia das ondas, ou de 8.800 TWh/ano, para a energia de correntes das marés. A título de comparação, o consumo mundial de eletricidade em 2008 era de 16.000 TWh/ano.

Uma usina piloto de produção de energia a partir das ondas está sendo concluída no litoral do Ceará, a 5 km da costa do Porto de Pecém. O sistema, desenvolvido pelo Laboratório de Tecnologia submarina da COPPE/UFRJ com financiamento do CNPq e Eletrobrás, terá capacidade instalada para produzir 500 kw, mas a produção inicial será de 100 kw, ou o suficiente para o consumo de 60 casas.

O custo previsto da eletricidade nessa plataforma é de R$ 0,25 Kilowatt/hora. O investimento no equipamento é de cerca de R$ 12 milhões – sendo R$ 1 milhão de contrapartida do Governo do Estado

Resíduos sólidos urbanos

A utilização do biogás, produzido na decomposição do lixo em aterros sanitários, é cada vez mais frequente nas grandes cidades, em especial para produção de metano, equivalente ao gás natural. O biogás dos aterros é purificado e vendido para fins residências e comerciais como metano.

A produção de biogás a partir de resíduos sólidos urbanos é uma alternativa para o pré-tratamento dos resíduos e para geração de eletricidade, calor ou uso como combustível.

O biogás é tipicamente composto por 50-80% de metano, 20-50% de CO2 e traços de gases de hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio. Já o gás natural é composto por mais de 70% de metano e o restante é formado em grande parte por hidrocarbonetos, como propano e butano, e pequenas quantidades de CO2 e contaminantes.

Purificado, o biogás dos aterros pode ser purificado e vendido para fins residências e comerciais. A Usina de Biogás do Aterro Metropolitano de Jardim Gramacho, Rio de Janeiro, por exemplo, coleta um volume anual do combustível equivale à metade do gás natural consumido no estado, vendidos à Petrobras.

Já o aterro sanitário localizado em Caieiras, São Paulo, estuda aproveitar a capacidade – ainda não instalada – de 20 megawatts, o suficiente para atender a demanda de uma cidade com aproximadamente 300.000 habitantes. A central de tratamento de resíduos é considerada a maior da América Latina, e recebe cerca de 75% do lixo da cidade de São Paulo, o equivalente a 10 mil toneladas de lixo ao dia.

Usinas Termelétricas movidas a etanol

A energia elétrica corresponde hoje a 48% do total do consumo energético brasileiro. Sendo que, a hidroeletricidade, responde por 73% da oferta de energia elétrica, os outros 27%, são produzidos em termelétricas, movidas a carvão ou gás natural.

Renato de Andrade Costa, gerente geral de Negócios de Energia da Petrobras, Petrobras desenvolveu a primeira turbina de geração elétrica “flex”, ou seja, capaz de produzir a gás ou a etanol.

A turbina foi construída na unidade termelétrica de Juiz de Fora, Minas Gerais, e opera desde dezembro de 2009. Tem capacidade instalada de 87 megawatts (MW), mas converte atualmente cerca de metade desse potencial, 43,3 MW. Costa afirma que, além de ser uma matriz renovável, a vantagem em usar o etanol brasileiro está no fato da colheita da safra da cana se dar num período de baixa incidência hídrica, ou seja, quando os reservatórios estão em baixa, e as térmicas entram em funcionamento para atender a demanda.

“O tempo de implementação de uma usina é reduzido e com maior facilidade de obtenção de licenciamento ambiental se comparado a construção de uma hidrelétrica”, completa o porta-voz da Petrobras.

Para acessar o estudo do CGEE na íntegra, clique aqui.