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Trabalhos de Química - 12º Ano

 

Impacto Ambiental da Indústria Petroquímica

Autores: Hugo Bacelo

Escola: Escola Secundária de Ermesinde

Data de Publicação: 31/09/2009

Resumo do Trabalho: Trabalho sobre Impacto Ambiental da Indústria Petroquímica e Fontes de Energia Alternativa, realizado no âmbito da disciplina de Química (12º ano). Ver Trabalho Completo

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Impacto Ambiental da Indústria Petroquímica

Introdução

Desde cedo no seu percurso que o ser humano ampliou uma dependência dos recursos da Terra. Começou com a utilização das rochas na manufacturação de armas e outras utensílios e peles de animais para roupas. A partir daí o desenvolvimento da Humanidade efectuou-se lentamente, sendo assim possível o mantimento do equilíbrio dos ecossistemas e do planeta em geral, pois não havia muitas diferenças nos valores das taxas de consumo pelo ser humano e de produção dos recursos naturais.

Os extraordinários avanços na tecnologia de produção e na ciência, que tiveram início entre os meados do século XVIII e princípios do século XIX, espalharam-se por toda a Europa rapidamente, após terem tido origem em Inglaterra, e modificaram profundamente as estruturas económicas e sociais mundiais assim como as condições demográficas e ambientais. Estes acontecimentos são geralmente designados por revolução industrial.

Um dos principais combustíveis fósseis, o carvão, teve a sua era iniciada com a invenção e desenvolvimento da máquina a vapor. Este engenho facilitava a extracção do combustível, como também começou a ser usado em comboios e navios, que estimulou uma produção e comercialização de carvão a grande escala. A criação de transportes mais eficazes também contribuiu para o crescimento económico e científico, pois facultou as comunicações e exportações de alguns produtos. O desenvolvimento progressivo e espontâneo nunca mais cessou, afectando a maneira de viver do ser humano, cada vez mais consumista.

Outro marco importante na evolução da sociedade moderna foi o descobrimento do primeiro poço de petróleo por E. L. Drake, em 1859, combustível que apenas teve grande procura no início do século XX, conjuntamente com a expansão dos automóveis, acabando por substituir o carvão, nos anos 20, como principal fonte de energia na indústria e nos transportes.

Esta expansão sucessiva científica desde a revolução industrial e o uso intensivo dos combustíveis fósseis têm contribuído para as alterações climáticas. O desenvolvimento industrial tem um ritmo crescente nos últimos dois séculos, causando a libertação de milhões e milhões de toneladas de dióxido de carbono para a atmosfera. Este gás, juntamente com outros, é responsável pelo efeito estufa, pelo que, uma vez que a sua percentagem na atmosfera está a aumentar, significa que uma maior quantidade de calor provinda do Sol é retida na atmosfera, causando um aumento da temperatura média global, cujo, se incessante, irá provocar graves instabilidades, afectando todos os seres vivos da Terra. Contudo, este não é o único problema, o desenvolvimento económico sem escrúpulos pode ser devastador pois causa vários problemas, a todos os níveis, como se vai verificar ao longo deste trabalho.

Os objectivos deste trabalho são:

. identificar todos os problemas provenientes da utilização de combustíveis fósseis;

. referir e avaliar a gravidade das consequências ambientais e sociais dos efeitos da produção, transporte e combustão dos combustíveis fósseis;

. apresentar medidas com o propósito de atenuar e evitar essas consequências;

. reconhecer a existência de fontes de energia alternativas aos combustíveis fósseis;

. avaliar as vantagens e desvantagens dessas fontes de energia.

1. Impacte ambiental da Indústria Petroquímica

1.1. Marés negras

As marés negras constituem verdadeiras catástrofes ecológicas e são uma forma dramática de poluição das águas. Este tipo de incidentes causa imensos danos devastadores e persistentes no ambiente devido à sua recorrência. Aliás, por causa da intensificação do tráfico de crude por via marítima são cada vez mais frequentes.

Este evento poluidor resulta do derrame de grande quantidades de crude e/ou dos seus derivados no oceano e ocorre, de um forma geral, devido a acidentes com petroleiros e refinarias de petróleo.

As principais causas de marés negras são a ruptura de oleodutos, o transporte de hidrocarbonetos em alto-mar, pelos petroleiros, e as actividades de exploração petrolífera off-shore (plataformas de exploração de jazigos de petróleo, através de perfurações submarinas, localizadas nos limites das plataformas continentais).

Embora alguns derrames de petróleo ocorram em sequência de acidentes (naufrágios, colisões, explosões, etc.), uma parte muito significativa ocorre devido a insuficiências técnicas. Como exemplo, refira-se o caso das explorações de pesquisa nas plataformas off-shore que libertam para os oceanos lamas com altos teores em hidrocarbonetos, ou ainda, a lavagem de tanques dos petroleiros em alto-mar, uma prática regular, embora proibida pela lei marítima internacional, por forma a poupar tempo e gastos durante as paragens nos portos. De salientar ainda o mau estado de grande parte da frota marítima internacional, formada em elevada percentagem por navios com mais de 20 anos de idade e em deficientes condições de manutenção, assim como a inadequada preparação técnica de muitas tripulações.

1.1.1. Marés negras históricas

A primeira maré negra de grandes dimensões foi o naufrágio do petroleiro Torrey Canyon, no Canal da Mancha, em 1967. Foram libertadas mais de 100 mil toneladas de crude que afectaram cerca de 180 quilómetros de praia.

NOTA: Os hidrocarbonetos petrolíferos são insolúveis na água e têm uma menor densidade, formando, consequentemente, uma película extremamente delgada, monomolecular, à superfície da água, o que origina grandes manchas de petróleo que se alastram rapidamente.

Outro exemplo de maré negra histórica é a provocada pelo naufrágio do petroleiro Almoco Cadiz, em Março de 1978, largando mais de 230 mil toneladas de petróleo, contaminando 320 quilómetros de praia.

A 3 de Junho de 1979 ocorre uma explosão no poço de petróleo Intox One, no golfo do México, que provoca a maior maré negra da história. Mais de nove meses de trabalho foram necessários para conseguir estagnar a fuga. Ao todo, foram lançadas ao mar um milhão de toneladas de petróleo.

O maior desastre com petroleiros na história dos Estados Unidos da América foi o derrame de 40 mil toneladas de crude pelo petroleiro Exxon Valdez que encalhou num recife em Prince William Sound, Alaska, na noite de 24 de Março de 1989. O petróleo derramado espalhou-se num raio de 1 770 quilómetros ao longo do Alaska.

As sequelas causadas por este derrame ainda são hoje estudadas. Apenas até Março de 1990, a Exxon, empresa a quem pertencia o navio, tinha gasto mais de 2 mil milhões de dólares em indemnizações e em acções de limpeza.

Apesar de não ter sido o derrame de petróleo mais grave, este acidente fez com que governos e cientistas se preocupassem mais com os problemas ambientais provocados por este tipo de acidente.

Por causa deste desastre, estima-se que tenham morrido 100 a 700 mil aves. Actualmente, o crude já se encontra extinto em algumas praias devido á acção das ondas e de bactérias. Contudo ainda existem alguns aglomerados de petróleo na superfície ou no subsolo, o que se torna perigoso para as lontras, que procuram alimentam nas praias.

A maior parte das espécies afectadas conseguiram proliferar após o incidente. Por outro lado, segundo um artigo da Nature, uma espécie de peixe que representava uma das maiores fontes de rendimento dos pescadores locais não recuperou do desastre. Porém, o derrame não é o único factor que contribuiu para o desaparecimento deste peixe.

Doze anos após, foram detectados alguns problemas de saúde em vários membros da equipa de limpeza, designadamente queimaduras químicas, problemas respiratórios, entre outros.

Durante a Guerra do Golfo, em 1991, a libertação de cerca de 600 mil toneladas de petróleo nas águas do Golfo Pérsico deu também origem a uma das maiores marés negras de que há memória.

Esta maré negra causou danos severos nos recifes e no fundo do mar. Sendo as águas do Golfo calmas e pouco profundas, o petróleo levou mais tempo a dispersar.

Petroleiro com 77 mil toneladas de combustível está a afundar-se nas costas da Galiza

Um petroleiro com uma tripulação de 27 pessoas e que transporta 77 mil toneladas de combustível está a afundar-se a 50 quilómetros da costa da Galiza, anunciou hoje o Ministério dos Transportes espanhol.

As equipas de socorro procederam, às 18h30 locais (17h30 em Portugal), à evacuação da maioria da tripulação com a ajuda de dois helicópteros.

Sete membros da tripulação já foram encaminhados para o aeroporto de Vigo e outros 17 para o da Corunha, segundo as equipas de socorro. O comandante e dois auxiliares ainda estão a bordo do navio, segundo o diário espanhol "El Mundo". Nas operações de resgate participaram dois helicópteros e quatro navios de salvamento, precisa a AFP.

O navio "Prestige", com pavilhão das Bahamas, acusa já uma inclinação de 25 graus, num mar agitado, arriscando-se a naufragar.

Segundo o serviço de salvamento marítimo, o petroleiro tinha saído da Letónia e dirigia-se para Gibraltar.

O ministério espanhol adiantou que foram detectados vestígios de hidrocarburetos em redor do navio.

in Público, 13 de Novembro de 2002

No dia 13 de Novembro de 2002, quando o petroleiro Prestige se encontrava 50 quilómetros de Galiza, é lançado um pedido de socorro pois foi detectado um rombo no casco com cerca de 35 metros, que ameaçava a segurança da tripulação assim como a sua perigosa carga. No dia seguinte, o navio podia ter aportado em Muxia e procedido à trasfega da carga caso não fossem as ordens do governo de Aznar para tal não permitir. Aí começou a ser rebocado para nordeste quando a mancha de petróleo já tinha uma extensão de 37 quilómetros.

Os danos do navio foram aumentando ao ponto de, no dia 19, se partir em dois e se afundar, levando com ele o restante combustível que ainda continha. O naufrágio deu-se apenas a 55 quilómetros da zona económica exclusiva portuguesa.

Após de se ter afundado, o Prestige continuava a libertar fuelóleo devido às suas diversas fendas. A sua maior parte foi reparada por um submarino francês em Janeiro de 2003, altura em que as autoridades espanholas conseguiram extrair 37 mil toneladas de detritos, tanto em terra como no mar. Após seis meses o naufrágio, ainda eram libertadas duas toneladas de fuelóleo por dia.

Por causa de acidente Portugal, Espanha e França proibiram a passagem nas suas águas de navios de casco simples, como era o caso do Prestige.

Segundo especialistas, o incidente do Prestige poluiu mais do que o do Exxon Valdez. A contaminação estendeu-se a 200 quilómetros de costa e, de acordo com estimativas, mais de 200 mil aves sofreram os efeitos desta maré negra, para além de muitos peixes.

A maior catástrofe ambiental da história da Espanha provocou uma grave crise económica e social, uma vez que causou vários distúrbios na cadeia alimentar marítima, afectando, assim, as pescas (área de maior rendimento da Galiza) e que, nas praias atingidas, a prática balnear foi proibida, perturbando o turismo.

1.1.2. Consequências

Existem vários efeitos das marés negras sobre ambiente, que variam com o tipo de acidente e o local de acidente.

As marés negras causam grande transtorno a diversos seres vivos, de diferentes maneiras. A película formada na superfície da água impede a entrada da luz, que reduz a taxa de fotossíntese das plantas marítimas, e as trocas gasosas entre o oceano e a atmosfera, o que diminui a quantidade de oxigénio dissolvido na água provocando asfixia de diversos peixes e a proliferação de bactérias anaeróbias.

Outro procedente das marés negras é a morte de aves marinhas devido à libertação de gases, à hipotermia causada pela dissolução da camada de gordura que torna as suas penas impermeáveis e à ingestão de petróleo que ocorre quando mergulham na água para pescar (que também pode fazer com que se afoguem uma vez que, quando cobertas com crude ficam demasiado pesadas para nadar ou voar) ou quando limpam as penas com o bico.

Como os mamíferos marinhos necessitam de vir à superfície para respirar, correm o risco de serem contaminados. O petróleo no pêlo dificulta a termoregulação, levando à morte dos indivíduos afectados por hipotermia ou por afogamento. Alguns derrames de petróleo atingiram zonas do litoral onde se situam colónias de focas causando impactos graves na sua reprodução e sobrevivência.

Os recifes de coral são muito afectados porque, uma vez que se encontram em águas pouco profundas, existe uma maior probabilidade de o petróleo se afundar misturando-se com sedimentos e areia.

Se o crude atingir a costa, os terrenos ficam estéreis, apenas sendo propícios ao desenvolvimento de populações de algumas bactérias devoradoras de hidrocarbonetos.

Para além das consequências no ambiente, as marés negras podem ter efeitos socioeconómicos bastante negativos. Devido à destruição da fauna e flora, áreas comerciais como a pesca, a aquacultura, a apanha do marisco e o turismo são gravemente afectadas, o que, consequentemente, leva a um aumento da taxa de desemprego.

Catástrofe do "Prestige" deverá custar 650 milhões de euros à Espanha

O custo final para a Espanha do naufrágio do petroleiro "Prestige", a 19 de Novembro do ano passado ao largo da Galiza, será de 650 a 700 milhões de euros, estimou hoje o comissário do Governo responsável pelo acompanhamento dos efeitos da catástrofe.

Esta avaliação revê em baixa outras estimativas anteriores do Governo espanhol, que estimaram em mil milhões de euros o custo das operações para esvaziar os contentores do petroleiro.
(…
)

O montante poderá subir até aos 700 milhões de euros, acrescentou, em função do custo definitivo das soluções actualmente testadas para esvaziar o resto do combustível nos contentores do "Prestige".

(…)

in Público, 14 de Outubro de 2003

Estes desastres ecológicos implicam um grande esforço financeiro da parte do estado pois as operações de limpeza são muito caras e existe necessidade de compensar os efeitos económicos provocados a curto prazo. Este esforço financeiro prolonga-se por algum tempo uma vez que o efeitos ambientais e económicos apenas se extinguem a médio ou longo prazo e por isso são feitos investimentos para subsídios, de desemprego por exemplo, e com o intuito de recuperar o equilíbrio natural dos ecossistemas.

As marés negras são, além do mais, bastante traumatizantes para as populações locais e provocam directamente uma redução da qualidade de vida. Em determinadas circunstâncias, os derrames de petróleo podem causar conflitos diplomáticos.

1.1.3. Medidas de prevenção e de combate

Por causa das graves consequências sobre o meio ambiente, é necessário criar novas técnicas de combate e melhorar as já existentes. Porém, nunca se consegue evitar completamente a poluição, sendo as medidas tomadas apenas com o propósito de mitigar os danos. Recolher a maior quantidade possível de material poluente derramado antes que atinja a costa costuma ser a prioridade, pois aí os ecossistemas são mais sensíveis e as consequências ecológicas e económicas podem-se agravar bastante mais.

De modo a recolher o petróleo e a estagnar a propagação da maré negra são utilizados, respectivamente, navios-aspiradores e barreiras flutuantes. Contudo, essas embarcações não são eficazes quando as manchas são muito grandes e as barreiras não são uma medida válida quando o oceano se encontra muito agitado.

Numa tentativa de estimular a degradação do crude, por vezes, aplicam-se detergentes, porém essa possibilidade é desaconselhável pois os químicos utilizados revelam-se mais tóxicos para o meio do que o petróleo. Actualmente, a engenharia genética está a tentar desenvolver uma bactéria super-predadora de hidrocarbonetos que não tenha impactos negativos nos ecossistemas. As bactérias utilizadas até agora conseguem, de facto, degradar o fuelóleo em substâncias mais simples, porém, para esse processo, consomem uma elevada quantidade de oxigénio dissolvido na água, o que aumenta o risco de ocorrerem mortes de peixes por asfixia.

OTA: Exemplo de uma medida tomada para prevenir marés negras foi a aprovação do Oil Pollution Act pelo Congresso americano, após o incidente com o Exxon Valdez, que obriga as companhias petrolíferas a elaborar planos de prevenção de derrames, assim como planos de emergência, em caso de acidente.

De facto, as medidas de combate deixam muito a desejar, sendo a única solução mais realista a prevenção, criando mais condições de segurança nos transportes e nas perfurações.

De modo a reduzir o risco de marés negras é indispensável a introdução de petroleiros de casco duplo, juntamente com um maior investimento na manutenção dos navios, na formação das tripulações e no melhoramento das técnicas de navegação.

Algumas nações facilitam o registo de embarcações, pois o tornam mais barato e estabelecem leis laborais e um controlo de normas de segurança mais flexíveis. Uma forma de combater este problema é o aumento de inspecções a navios potencialmente inseguros em portos internacionais.

A restrição da navegação em zonas mais sensíveis do oceano é também outra medida preventiva.

1.2. Poluição atmosférica

"A atmosfera é um recurso global que determina todas as manifestações climáticas e constitui um suporte básico da vida. Por isto a poluição da atmosfera é tão preocupante, colocando em risco o equilíbrio dos ecossistemas." - Cláudia Fulgêncio

1.2.1. Combustão dos combustíveis fósseis

Os combustíveis fósseis foram uma das primeiras grandes fontes de energia utilizadas pela civilização moderna. O nome fóssil refere-se ao tempo da sua formação, que são vários milhões de anos. Há 400-500 milhões de anos atrás, os oceanos eram repletos de seres vivos semelhantes ao plâncton que, depois da morte, depositavam-se no fundo. Posteriormente, os sedimentos transportados até ao local sepultavam os restos desses seres vivos. Naquelas condições, a sua decomposição por um certo tipo de bactérias foi muito lenta. Entretanto, mais sedimentos se depositavam sobre os anteriores, enquanto as bactérias continuavam a produzir metano e a deixar uma escória orgânica. A camada de sedimentos foi-se afundando, aumentando cada vez mais a temperatura, o que fazia com que as ligações das moléculas daquela escória fossem quebradas, formando-se, assim, hidrocarbonetos. Após isto, os hidrocarbonetos migravam, na maior parte dos casos, para rochas porosas, onde ficaram presos e acumularam-se, dando origem a jazigos de petróleo. Há 350 milhões de anos existiam muitos vastos pântanos onde plantas cresciam e morriam a um ritmo incessante. Os restos dessas plantas eram cobertos por água e lama e foram sendo decompostos e transformados em carvão por bactérias anaeróbias.

O uso destes recursos energéticos afectou drasticamente a vida do ser humano, pois teve impactos sociais, tecnológicos e económicos enormes. O grande inconveniente é as graves consequências sobre o meio ambiente.

Estes combustíveis são utilizados nos transportes, na maquinaria industrial e, sobretudo, nas centrais termoeléctricas, representando por isso uma grande relevância na produção de electricidade nas sociedades modernas.

Do processo da combustão de combustíveis fósseis resultam gases poluentes que são libertados para a atmosfera. Nesse processo químico, o combustível é o agente redutor e o oxigénio é o agente oxidante.

A reacção genérica da combustão dos hidrocarbonetos é a seguinte:

CxH2y + [x + (y/2)] O2 → x CO2 + y H2O

A razão pela qual os hidrocarbonetos são considerados bons combustíveis é o facto de estabelecerem ligações C=O e O-H fortes.

Por vezes, em condições pouco eficientes, desta combustão resultam outros gases, como por exemplo o monóxido de carbono, os óxidos de azoto (NOx) e o dióxido de enxofre. Este problema pode ser resolvido pela utilização de câmaras de combustão bem vedadas e evitando a contaminação dessa câmara por lubrificantes.

O azoto é o gás mais abundante da atmosfera terrestre e é uma molécula extremamente estável, devido à sua ligação tripla, por isso é quase inerte. Todavia, nos motores de combustão, devido às descargas das explosões do combustível, existe energia suficiente para quebrar essa ligação tripla. O mesmo acontece com as moléculas de oxigénio, formando radicais de oxigénio, que vão reagir com os radicais de azoto, originando óxido de azoto, que posteriormente é oxidado a dióxido de azoto, segundo as equações químicas:

N (g) + O (g) → NO (g)

2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g)

A maior parte dos combustíveis contém enxofre na sua constituição que vai reagir com moléculas de oxigénio presentes no ar, formando dióxido de enxofre, como é descrito na seguinte equação:

S (g) + O2 (g) → SO2 (g)

O carbono presente nas moléculas de CO provém dos hidrocarbonetos (HC) assim como o carbono presente no CO2 libertado. O carbono reage com os radicais de oxigénio mencionados anteriormente, originando CO, pela equação química:

C (g) + O (g) → CO (g)

1.2.2. Acção dos produtos da combustão no ambiente

A presença em elevadas quantidades na atmosfera dos produtos de combustão dos combustíveis fósseis causa efeitos prejudiciais em todos os seres vivos do planeta.

NOTA: O efeito de estufa é causado pelos 'gases de estufa', gases como o dióxido de carbono, o vapor de água, o metano, entre outros, que evitam que o calor solar absorvido pela superfície terrestre se escape para o espaço. Desta forma, a temperatura do planeta é mantida dentro de uma gama de valores cerca de 30ºC superior ao que seria se estes gases não existissem.

As emissões de CO2 provocam um aumento do efeito estufa, o que, consequentemente leva ao aquecimento global, que consiste no aumento da temperatura média da Terra. Este aumento de temperatura é sentido actualmente, e irá trazer consequências de dimensões catastróficas se nada for feito para diminuir as emissões de dióxido de carbono.

Uma vez que a Terra fica mais quente, as calotes polares começam a derreter, habitat de muitos seres vivos, pondo em risco, por isso, a sua existência. Previsivelmente, este fenómeno irá causar uma subida do nível do mar e, provavelmente, a submersão das cidades litorais.

Outra consequência do aquecimento global é a desertificação, levando à morte de vários animais e plantas. É importante salientar que é aceite pela comunidade científica que o deserto do Saara foi em tempos uma floresta maior do que a Amazónia.

Devido á adição de água doce ao oceano ocorre um desequilíbrio das correntes marítimas e por causa da maior evaporação da água são originadas catástrofes como por exemplo ciclones e tufões.

Por fim, uma última consequência, que é o facto de se sentir ondas de calor em lugares que até então eram simplesmente amenas.

Por outro lado, os óxidos de azoto e o dióxido de enxofre são responsáveis pelas chuvas ácidas. Este fenómeno ocorre quando os gases mencionados, que se denominam por óxidos acídicos, reagem com a água da chuva, aumentando a sua concentração de iões H3O+, diminuindo, assim, o seu pH.

Metano: a nova ameaça para o aquecimento global

Cientistas a trabalhar no Árctico asseguram que descobriram uma nova ameaça para o aquecimento global. Milhões de toneladas de gás metano, 20 vezes mais potente que o dióxido de carbono, estão a escapar para a atmosfera a partir dos fundos marinhos da plataforma continental siberiana.

Os depósitos de metano sub-aquáticos estão a ser libertados para a superfície sob a forma de bolhas na região do Árctico, à medida que a região aquece e o gelo recua, segundo noticia hoje o jornal “The Independent”.

Os cientistas acreditam que a libertação repentina de metano esteve na origem de rápidos aumentos de temperaturas, da alteração dramática do clima e até da extinção de algumas espécies.

Os investigadores alertam também para o facto de este fenómeno poder estar relacionado com o rápido aquecimento que se tem verificado na região do Árctico nos últimos anos.

(…)

in Público, 23 de Setembro de 2008

As chuvas ácidas são bastante prejudiciais para as florestas, pois dissolvem iões presentes no solo, que são fundamentais para um crescimento saudável das árvores. Naturalmente, as árvores ficam mais fracas, tornando-se mais vulneráveis a doenças que podem levar à morte. Este fenómeno ecológico também afecta ecossistemas aquáticos, pois diminui o pH da água de lagos e rios, provocando a morte de vários peixes, que não suportam valores de pH demasiado baixos.

Os produtos da combustão de combustíveis fósseis também causam, por vezes, um fenómeno de nome smog (nevoeiro fotoquímico), que é uma mistura de gases, maioritariamente, por ozono e os peroxi-acetil-nitratos (PAN), ambos formados por reacções provocadas por gases libertados da combustão. Este nevoeiro pode causar irritação e danos nos olhos, na pele e nos pulmões, a seca das membranas protectoras do nariz e da garganta, alterações no sistema imunitário e agrava também as doenças respiratórias como a asma.

O dióxido de enxofre também é perigoso para as pessoas pois provoca complicações respiratórias e pulmonares, quando se dissolve na água que os órgãos respiratórios contêm.

O monóxido de carbono (CO), outro composto produzido também na combustão dos combustíveis fósseis, é tóxico pois reage com a hemoglobina formando um composto mais estável, podendo levar à morte por asfixia. Também pode provocar problemas de visão, redução da capacidade de trabalho, entre outros problemas de saúde.

Todas as alterações climáticas referidas são uma grande ameaça para a saúde dos seres humanos, principalmente as ondas de calor que, por exemplo, entre 2003 e 2006, causaram 3828 mortes em Portugal.

Poluição do ar mata dois milhões em cada ano

Nem só de ventos, marés e temperaturas vive hoje a ciência da meteorologia. Melhores técnicas e equipamentos, aliados ao conhecimento científico vão ao encontro de uma preocupação global sobre o ar que respiramos.

(…)

Foi estimado pela Organização Mundial de Saúde que em cada ano dois milhões de pessoas morrem devido à poluição atmosférica, sobretudo a causada pelos humanos. Indústria, transportes, queimadas e incêndios florestais, bem como alguns processos naturais, lançam para o ar que vamos respirar partículas finas, dióxido de enxofre, monóxido de carbono, ozono, entre muitos outros poluentes. Mesmo em baixas concentrações, esta mistura provoca doenças cardio-respiratórias. As partículas muito finas são das mais perigosas, ao alojarem-se directamente nos pulmões.

A previsão da qualidade do ar conheceu grandes avanços nos anos 70 do século passado com a observação do fenómeno das chuvas ácidas: a partir de então compreendeu-se que a poluição atmosférica podia ter consequências a muitos milhares de quilómetros dos locais onde tivera origem. Esta abordagem global e transfronteiriça é agora tida em conta no estudo de erupções vulcânicas, emissões industriais, fogos florestais e tempestades de areia.

(…)

Os ambientes urbanos estão também cada vez mais a ser estudados pelos meteorologistas. Eles verificaram a criação de ilhas de calor e a concentração de poluentes nos maiores pólos urbanos.

in Jornal de Notícias, 23 de Março de 2009

1.3. Meios de intervenção e prevenção

Visto que, actualmente, a poluição atmosférica no Mundo em geral é extremamente elevada e que isso causa efeitos nocivos em todo o Meio Ambiente, é necessário fazer algo de modo a atenuar os danos existentes e prevenir que estes piorem, ao ponto de tornar a situação irreversível.

De seguida, são apresentadas algumas medidas que têm o intuito de diminuir a poluição atmosférica provocada pelo ser humano. Contudo, existem maneiras menos complicados que todos as podem aplicar, como consumir menos energia (usando lâmpadas económicas e aproveitar ao máximo a luz do dia, não deixar aparelhos em stand by, etc.) e poupar combustíveis nas viagens quotidianas (transporte públicos, carpool, andar a pé).

1.3.1. Conversores catalíticos

Um conversor catalítico também se pode denominar por catalisador e, como o nome indica, é uma substância fundamental para a reacção de catálise. Os catalisadores contribuem na alteração de velocidade de uma reacção, mas nunca são consumidos. Geralmente, os catalisadores são metais de transição, óxidos de metais de transição ou, no caso dos organismos vivos, uma enzima.

As catálises podem ser homogéneas ou heterogéneas, estando os catalisadores no mesmo estado físico do que os reagentes no primeiro tipo e em diferentes fases no segundo. As reacções em questão são em maior parte catálises heterogéneas, com os conversores no estado físico e os reagentes no estado gasoso.

Os conversores catalíticos são usados para filtrar os gases libertados pelos escapes dos automóveis e a nível industrial, designadamente, na redução de NOx, na oxidação de combustíveis e na oxidação e redução simultânea de gases de combustão.

Nos automóveis são usados catalisadores de redução selectivos, onde é usado platina ou ródio, de modo a diminuir as emissões dos óxidos de azoto. Isto deve-se às seguintes reacções químicas:

2 NO → N2 + O2

2 NO2 → N2 + 2 O2

Industrialmente, os gases poluentes atravessam discos porosos ou de materiais porosos contendo os metais catalisadores, de modo a aumentar a eficiência do conversor catalítico. Com o mesmo intento, é acrescentada uma pequena quantidade de amónia ou ureia, provocando as seguintes reacções:

4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O

6 NO2 + 8 NH3 → 7 N2 + 12 H2O

O controlo das emissões de NOx ainda não é completamente eficaz, pois a utilização deste processo tem alguns inconvenientes tais como o elevado custo e a emissão excessiva de NH3. Por isso, ainda se procura uma melhor opção para diminuir a emissão destes gases.

Os catalisadores de oxidação são usados para as combustões incompletas, promovendo a oxidação dos hidrocarbonetos não consumidos e do monóxido de carbono. A reacção genérica da oxidação dos hidrocarbonetos e reacção química da oxidação do CO dão-se, respectivamente, pelas seguintes equações químicas:

a CxHy + b O2 → c CO2 + d H2O

2 CO + O2 → 2 CO2

De facto, ainda assim é libertado para a atmosfera moléculas de CO2, que acentua o efeito estufa. Contudo, os conversores catalíticos de oxidação impedem a libertação de outros gases, como o monóxido de carbono, que são bastante mais nocivos. Para além disso, apresentam outra vantagem, pois conseguem diminuir a quantidade de combustível gasto.

Os conversores catalíticos de redução e oxidação simultânea de produtos de combustão constituem uma forma eficaz de reduzir a emissão de gases tóxicos.

Para tratar o CO2 com conversores catalíticos, de modo a diminuir as suas emissões, seria provavelmente demasiado caro.

1.3.2. Políticas anti-poluição

Conhecido o impacte ambiental da combustão de combustíveis fósseis é indispensável tomar medidas. Para isso foram assinados protocolos que visam a diminuição da poluição, como por exemplo o Protocolo de Quioto.

Os países que assinaram este protocolo comprometeram-se a diminuir a percentagem de emissões de gases nocivos. No entanto, os E.U.A. negaram-se a ratificar este protocolo, facto que não ajuda na diminuição da poluição atmosférica pois é o país com a maior percentagem de emissões de substâncias poluentes.

Por outro lado, mesmo os países que assinaram o Protocolo de Quioto podem não estar a cumprir os valores acordados. Por exemplo, Portugal ultrapassou o limite das emissões de gases de estufa previsto pelo Protocolo de Quioto, em 13%. A Quercus culpa a falta de medidas para a aplicação do Programa Nacional para as Alterações Climáticas, principalmente por parte do sector rodoviário. O protocolo previa um aumento de emissão de gases de estufa em 27% até 2012, mas em 2006 já ia nos 40%, atingindo os 82,7 milhões de toneladas. No mesmo ano, o sector de produção de electricidade diminuiu em três milhões de toneladas as emissões de dióxido de carbono, representando uma forte redução.

A União Europeia também estabeleceu um conjunto de regras para o licenciamento de certas instalações industriais, devido à necessidade de atenuar os efeitos ambientais de alguns processos industriais e de evitar que a poluição se transferisse entre os países.

Esta directiva, denominada IPPC (Integrated Pollution Process Control), pretende promover a prevenção e controlo da poluição por parte das identidades industriais, que ficam a sujeitas a uma licença ambiental.

1.3.3. Incentivo às novas tecnologias

Desde a revolução industrial, a necessidade da sociedade da existência de grandes fontes de energia aumenta, a uma velocidade perturbante. Assim, torna-se quase impossível livrar-nos desta dependência. Uma vez que os métodos de redução de poluição não são promissores, pois os danos no ambiente já são demasiado graves, é necessário investir na utilização de fontes de energia que poluam muito pouco ou, de preferência, que não poluam.

Alguns exemplos de fontes de energia que se começaram a utilizar recentemente são o hidrogénio, como combustível, as células fotovoltaicas e os aerogeradores, na produção de electricidade, entre outros. Os exemplos referidos e mais alguns serão abordados no capítulo seguinte.

2. Fontes de energia alternativas

2.1. Problema do limite dos recursos naturais

Os combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural) são originados através da decomposição anaeróbia de matéria animal e vegetal por um processo que se prolonga por milhões de anos. Por essa razão se chamam fósseis, pois não são renováveis; depois de esgotados necessitaríamos de esperar vários milhões de anos para que existisse mais reservas desses compostos. Acredita-se que os combustíveis fósseis hoje em dia explorados formaram-se, a sua maior parte, durante o Período Carbonífero, na Era Paleozóica.

Para além dos problemas ecológicos, os combustíveis fósseis apresentam outro inconveniente: são uma fonte de energia não renovável, irão esgotar-se num futuro próximo, uma vez que estão a ser gastos a um ritmo muito superior ao da sua formação, e não podem ser fabricados. Este facto agrava a crise económica que se vive, pois a economia global está profundamente dependente destes recursos naturais.

As energias não renováveis dominam o consumo de energia mundial, como se pode constatar no gráfico ao lado que traduz o consumo de energia primária referente a valores de 2006.

Apesar de ter crescido relativamente pouco entre 1996 e 2006, o valor do consumo mundial de energia primária é muito elevado, como se vê no seguinte gráfico.

Porém, não está previsto uma diminuição da velocidade de aumento, pois devido ao crescimento demográfico e desenvolvimento económicos haverá cada vez mais países consumidores de grandes quantidades de energia.

O gráfico seguinte retrata a distribuição de consumo de petróleo por área geográfica, com dados de 2006, e constata-se, claramente, um domínio da parte dos países desenvolvidos.

Existe um modelo matemático capaz de prever a quantidade total de petróleo extraída ao longo dos anos e foi desenvolvido em 1956, por Hubbert. Ficou conhecido por Pico de Hubbert, ou então Pico do Petróleo (Oil Peak). O modelo é uma curva logística que admite um rápido crescimento inicial, depois um abrandamento, até que começa a diminuir, acabando por ser nulo.

O Pico de Hubbert mostra que a produção petrolífera atingiu um máximo recentemente ou atingirá pelos menos até 2010 e que declinará rapidamente, em apenas algumas dezenas de anos, levando a aumentos precipitados do preço do petróleo. Inevitavelmente, isto vai conduzir a consequências drásticas económicas, pois a civilização moderna depende dos combustíveis fósseis em diversas áreas, tais como os transportes, a produção de alimentos, processos químicos industriais, tratamento de água, aquecimento doméstico e produção de electricidade.

No seguinte gráfico está representada a curva de Hubbert aplicada à produção mundial de petróleo, onde mostra a evolução da produção até 2004 e a previsão da ASPO sobre o que pode ocorrer após esse ponto.

Embora controverso, este modelo tem-se mostrado a cada ano que passa mais eficaz em modelar correctamente a exploração de petróleo. Contemporaneamente, não se analisa a veracidade de tal pico, mas sim quando irá ocorrer e qual será a severidade dos seus efeitos.

O gás natural e o carvão não representam uma solução, caso a produção do petróleo decline drasticamente, sendo a única resolução do problema viável o investimento em fontes de energia renováveis.

2.2. Combustíveis alternativos

2.2.1. Biocombustíveis

O etanol é o álcool mais comum, também conhecido por álcool etílico, e a sua fórmula química é CH3CH2OH. É obtido através da fermentação de amidos de gramíneas presentes no milho e outros açúcares, tais como a sacarose, a partir da cana do açúcar.

Uma vez que normalmente a combustão deste álcool não origina produtos secundários, concede-lhe características ideais para um combustível, a nível ambiental, pois gera menos poluição, e a nível energético, pois a sua combustão é total.

O etanol é também usado como aditivo em algumas gasolinas, de forma a reduzir a emissão de gases poluentes, nomeadamente o monóxido de carbono e hidrocarbonetos, e a aumentar a eficiência pois o oxigénio presente na molécula ajuda a tornar a combustão completa. O inconveniente deste processo é o seu excessivo preço, pelo que estão a ser desenvolvidas formas de obter etanol a partir do restolho das plantas, pois são uma matéria-prima mais barata.

O bioálcool constitui uma mistura de etanol e metanol e é obtido através do etanol. Graças à presença de oxigénio na constituição molecular desses dois álcoois, a combustão do bioálcool tende a ser completa, tendo as mesmas vantagens do que o etanol nesse aspecto.

O metano é o hidrocarboneto mais simples (CH4) e também se denomina por biogás. Este composto químico é obtido através de digestão anaeróbia de restolho de plantas e, por causa de grandes avanços tecnológicos, o processo de produção de metano é bastante eficiente, com a utilização de digestores anaeróbios. Também é possível produzir grandes quantidades de metano a partir do lixo, bastando que para isso se lhe adicione matéria orgânica.

O metano pode substituir o gás natural em todas as suas utilizações, porém não é muito eficaz se for utilizado em meios de transporte pesados, pois não liberta energia suficiente.

Como pequena curiosidade, de referir que um cultivador de galinhas, Harold Bate, natural de Devonshire, em Inglaterra, inventou na década de 60 uma maneira de produzir combustível, mais propriamente metano, a partir da decomposição dos dejectos das suas galinhas. Bate afirma que o motor do seu Hillman de 1953 tem um mecanismo especial que ele inventou, conseguindo o seu automóvel atingir os 120 km/h sem recorrer ao uso de gasolina. O gás que produzia também era utilizado no aquecimento da sua casa e como combustível para um camião de cinco toneladas. O procedimento utilizado é bastante simples: num cilindro metálico eram introduzidas os excrementos, onde a temperatura era de 80ºC; o gás produzido era recolhido através de uma válvula e armazenado para posterior uso.

O biodiesel é um combustível degradável, obtido através do tratamento de óleos alimentares virgens ou queimados. Tem potencial para substituir total ou parcialmente o gasóleo na utilização de motores diesel. O aproveitamento de óleos queimados tem grandes vantagens, uma vez que quando resíduos deste tipo são libertados em meios hídricos, solo ou redes de esgotos originam deficiências no funcionamento de ETARs (Estações de Tratamento de Águas Residuais) e causam corrosão e entupimentos em canalizações.

O biodiesel – a produção mais destrutiva da Terra – não é solução para a crise energética

No último par de anos fiz uma descoberta desconfortável. Tal como a maior parte dos ambientalistas, tenho estado tão cego para as restrições que afectam o nosso abastecimento de energia quanto os meus oponentes tem estado para a mudança climática. Apercebo-me agora de que me tenho entretido com uma crença na magia.

Em 2003, o biólogo Jeffrey Dukes calculou que os combustíveis fósseis que queimamos num ano eram constituídos por matéria orgânica "contendo 44 x 1018 gramas de carbono, o que é mais de 400 vezes a produtividade primária líquida da actual biota planetária". Em linguagem simples, isto quer dizer que todos os anos se utiliza o valor de quatro séculos de plantas e animais.

(…)

A última vez que chamei a atenção para os perigos de fabricar gasóleo a partir de óleos vegetais recebi tantos insultos quantos os que me foram dirigidos devido à minha posição acerca da guerra no Iraque. Os missionários do biodiesel, descobri, são tão vociferantes na sua negação quanto os executivos da Exxon. Agora estou pronto a admitir que o meu artigo anterior estava errado. Mas eles não vão gostar disto. Estava errado porque subestimei o impacto destrutivo deste combustível.

(…) Mas agora descubro que uma coisa ainda pior está a acontecer. A indústria do biodiesel inventou acidentalmente o combustível mais intensivo em carbono do mundo.

(…)

in guardian.co.uk, em 6 de Dezembro de 2005, artigo de George Manbiot, tradução por Jorge Figueiredo

O uso do biodiesel como combustível apresenta também vantagens nos foros energético e ambiental, visto que é uma energia renovável e a sua combustão, apesar de ser difícil e requer temperaturas mais altas do que o gasóleo, é mais eficiente, pois é um combustível oxigenado, e gera menos produtos secundários, designadamente CO2 e matéria particulada. Assim como o etanol, o biodiesel é usado como aditivo a outros combustíveis, com os mesmos objectivos.

Ultimamente, tem-se estudado e desenvolvido o processo de obtenção de biodiesel através de microalgas; estas constituem uma fonte de matéria-prima mais barata do que todas as outras já utilizadas.

Apesar de libertar para a atmosfera dióxido de carbono, tal como a combustão dos combustíveis fósseis, o CO2 libertado foi obtido pelas plantas extraindo-o da atmosfera, portanto, de certa forma, o uso de biodiesel como combustível, cria uma equilíbrio de quantidade desse gás na atmosfera.

Em finais do século XIX, fora inventada, por Rudolfo Diesel a primeira máquina que funcionava a biodiesel, mais propriamente a óleo de amendoim.

Os avanços da biotecnologia têm aproximado os químicos de descobrir um composto, viável para substituir os combustíveis fósseis, de origem natural, sintetizado por bactérias ou plantas.

A grande vantagem dos biocombustíveis é o facto de serem renováveis, para além da sua maior parte ser produzido a partir de materiais usados. A desvantagem, como se viu em alguns casos, é o seu elevado custo de produção face aos dos combustíveis fósseis. Por outro lado, a intensificação da produção de biocombustíveis pode ter efeitos devastadores nas florestas.

Biocombustíveis: florestas pagam o preço

O impulso para a "energia verde" no mundo desenvolvido está a ter o efeito perverso de fomentar a destruição das florestas húmidas tropicais. Desde as reservas de orangotangos no Bornéu até à Amazónia brasileira, florestas virgens estão a ser arrasadas a fim de produzir óleo de palma e soja para abastecer automóveis e centrais de energia eléctrica na Europa e na América do Norte. A escalada de preços provavelmente acelerará a destruição.

A pressa em produzir energia a partir de óleos vegetais está a ser impulsionada, em parte, por directivas da União Europeia que obrigam a misturar biocombustíveis aos combustíveis convencionais, e também por subsídios equivalentes a cerca de 20 pence (0,30 €) por litro. Na semana passada, o governo britânico anunciou a meta de que os biocombustíveis deveriam atingir 5% nos transportes até 2010. O objectivo é ajudar a cumprir as metas do protocolo de Quioto quanto à redução das emissões dos gases de efeito estufa.

(…) "Mais uma vez, parece que estamos a tentar resolver os nossos problemas ambientais despejando-os nos países em vias de desenvolvimento, onde eles têm efeitos devastadores sobre a população local".

(…)

Até há pouco tempo, o pequeno mercado europeu de biocombustíveis era dominado pela produção local de óleo de colza (canola). Mas a procura acrescida no mercado alimentar também fez aumentar o preço de óleo de colza. Isto levou os fabricantes de combustível a optarem pelo óleo de palma e de soja, em substituição. Os preços de óleo de palma saltaram então 10% só no mês de Setembro e prevê-se que subam 20% no próximo ano, enquanto a procura global por biocombustíveis está agora a crescer à taxa de 25% ao ano.

(…)

in New Scientist nº2526, em 22 de Novembro de 2005, artigo de Fred Pearce, tradução por Alexandre Leite

2.2.2. Hidrogénio

O hidrogénio constitui a esperança mais promissora para substituir o petróleo e o gás natural como principal combustível mundial. Apenas liberta vapor de água e tem um grande potencial energético. Apesar de ser o elemento mais abundante do universo (mais de 90% da matéria do Universo conhecido é constituída por hidrogénio), produzi-lo em grandes quantidades é difícil e não é economicamente viável, por enquanto. O processo mais utilizado actualmente é o steam reforming do gás natural. A electrólise da água é outro processo de obtenção de hidrogénio, porém os custos de produção são demasiado elevados. Numa tentativa de minimizar estes custos, estão a ser estudadas formas de obter hidrogénio através bactérias fotossintéticas.

Existem cada vez mais veículos com motores alimentados a hidrogénio. A General Motors afirma estar preparada para introduzir no mercado automóveis a hidrogénio a partir de 2010. Isto necessita que as gasolineiras sejam convencidas a comercializar hidrogénio a grande escala.

O Laboratório de Ambiente Marinho e Tecnologia tenciona criar uma central de produção de hidrogénio na ilha Terceira, nos Açores. Aqui existe uma grande vantagem, uma vez que é produzido excesso de energia renovável. Este excesso pode ser aplicado na produção de hidrogénio, diminuindo os seus custos. Assim, os Açores representam uma grande potência na produção de hidrogénio. Espera-se que haja autocarros movidos a hidrogénio (H2 Bus) a circular na ilha, assim como há no Porto, em função do projecto europeu CUTE (Clean Urban Transport for Europe), que tem como objectivos estimular o investimento em energias alternativas de modo a reduzir a dependência dos combustíveis fósseis na Europa e a melhorar a qualidade do ar, de acordo com o estipulado no Protocolo de Quioto.

Para além de não causar a emissão para a atmosfera de algum gás poluente, os motores a hidrogénio têm outra vantagem: como a produção de energia não depende da combustão ou do movimento de elementos mecânicos, o ruído causado é muito inferior.

2.3. Alternativas aos combustíveis

Como foi possível observar, à excepção do hidrogénio, todos os combustíveis usados, mesmo os renováveis de origem não fóssil, causam emissões de CO2. Devido a esse facto, as alterações climáticas são cada vez mais evidentes em todo o planeta. Portanto, torna-se essencial investir em alternativas aos combustíveis para a produção de energia, que não sejam emissoras de CO2.

Foi concordado por todos os países que assinaram o Protocolo de Quioto que é obrigatório diminuir drasticamente essas emissões. Por exemplo, Portugal comprometeu-se a ter 39% do consumo bruto nacional de electricidade provinda de fontes de energia renováveis até 2010. Para isso, está a ser aumentada a electricidade produzida pelas barragens, pela construção de novas infra-estrutura e desenvolvimento de outras já construídas.

As barragens aproveitam da energia cinética (movimento) e potencial gravítica da água dos rios, que é convertida em electricidade. A esta energia se chama energia hidroeléctrica. A água do rio atravessa a barragem fazendo rodar as turbinas, sendo transmitido ao gerador movimento necessário para produzir electricidade. As barragens podem ter um efeito negativo pois alteram o equilíbrio de alguns ecossistemas.

Para além da energia hidroeléctrica, Portugal também tem grande potencial na produção de energia geotérmica, designadamente nos Açores. Esta energia é aproveitada pelo tratamento de água ou vapor de água que são expelidos do interior da Terra a altas temperaturas. Como exemplo disto são as termas de águas quentes. Esta energia é utilizada, maioritariamente, para aquecer o interior de edifícios, contudo também é utilizado para fazer rodar turbinas para produzir electricidade.

Por outro lado, existe a energia maremotriz, que consiste na produção de electricidade através do aproveitamento da energia contida nos movimentos de massa de água das marés. Esta fonte de energia renovável pode ser importante para atenuar a dependência de Portugal em exportar energia pois a linha costeira portuguesa tem um comprimento considerável, porém ainda não foi muito desenvolvida no nosso país.

2.3.1. Células de combustível, células fotovoltaicas e aerogeradores

As células de combustível são dispositivos electroquímicos onde um combustível e um oxidante reagem, originando electricidade, processo que não apresenta necessidade de altas temperaturas para obter uma boa eficiência. Estas células estão directamente associadas às reacções de oxidação e redução.

Como foi referido anteriormente, nestas células é utilizado hidrogénio como combustível. Actualmente, as mais avançadas são as pilhas de combustível alcalinas, que são utilizadas nas naves espaciais norte-americanas e têm a seguinte reacção global:

O2 (g) + 2 H2 (g) → 2 H2O (l)

A tabela seguinte apresenta as vantagens e desvantagens das células de combustível:

Vantagens

Desvantagens

- Podem converter mais do que 90% da energia contida num combustível em energia eléctrica e calor.

- As centrais de produção de energia através de células de combustível podem ser implementadas junto dos pontos de fornecimento permitindo a redução dos custos de transporte e de perdas energéticas nas redes de distribuição.

- A habilidade para co-gerar calor.

- A substituição das centrais termoeléctricas convencionais que produzem electricidade a partir de combustíveis fósseis por células de combustível melhorará a qualidade do ar e reduzirá o consumo de água e a descarga de água residual.

- Apresentam um elevado potencial de desenvolvimento.

- A necessidade da utilização de metais nobres como, por exemplo, a platina que é um dos metais mais caros e raros no nosso planeta.

- O elevado custo actual em comparação com as fontes de energia convencionais.

- Os problemas e os custos associados ao transporte e distribuição de novos combustíveis como, por exemplo, o hidrogénio.

- Os interesses económicos associados às indústrias de combustíveis fósseis e aos países industrializados.

 

Hidrogénio e células de combustível podem criar 675 mil novos empregos só nos EUA

Um estudo desenvolvido pelo Departamento de Energia Norte-americano revela que a comercialização de células de combustível e a utilização de hidrogénio em vez da gasolina pode gerar 675 mil novos empregos, nos próximos 25 anos, só nos EUA. O estudo foi já enviado ao Congresso para análise.

A comercialização deverá criar empregos ao nível da manufacturação, montagem, produção de fuel, reparação, reciclagem, construção, entre outros. «Este documento confirma o potencial económico das células de combustíveis no nosso país», segundo Robert Rose, Director Executivo da respectiva associação industrial. «Também vem confirmar que quando mais rápido se der esta transição, mais rápido se criarão os novos empregos», salientou o responsável da US Fuel Cell Council.

O estudo compara um cenário em que 89 por cento dos novos veículos vendidos utilizam células de combustível e em que 5 por cento da energia utilizada nos EUA é produzida a partir de células de combustível, em 2035, e outro em que 20 por cento dos novos veículos vendidos utilizam células de combustível e em que 2 por cento da energia utilizada é produzida a partir de células de combustível. Ora, a análise deixa claro que no cenário mais agressivo são criados três vezes mais empregos do que no outro. O estudo avalia a utilização de células de combustível nos transportes, em aplicações estacionárias e portáteis. Perante estes dados, Robert Rose, esclareceu: «Esta é uma oportunidade para os EUA, pois os primeiros países que comercializarem esta tecnologia vão ganhar mais empregos, e outros países estão já a investir nesta perspectiva.»

(…)

in tecnopt.com, artigo de Pedro Reis, 25 de Outubro de 2008

 A energia solar pode ser aproveitada pela utilização de células fotovoltaicas, que conseguem transformar a energia contida na radiação solar em electricidade.

As células fotovoltaicas constituem uma boa alternativa para produzir electricidade em Portugal devido às grandes planícies no Alentejo e no Algarve com grande insolação (radiação solar incidente). Contudo, a sua instalação é relativamente cara comparando ao rendimento, que para ser considerável os painéis fotovoltaicos têm que cobrir uma vasta área. O facto do seu rendimento variar conforme as condições climatéricas, como por exemplo, nuvens que obstruam as radiações solares, é outra desvantagem deste tipo de equipamento, assim como a inexistência de produção durante a noite, o que obriga a que haja meios de armazenamento da energia produzida durante o dia. Esses meios são relativamente pouco eficientes quando comparados aos meios de armazenamento utilizados para os combustíveis fósseis.

Por outro lado, este tipo de células quase não necessita de manutenção e têm qualidades ecológicas, pois não poluem e não provocam ruídos. Apesar do custo das células fotovoltaicas ser elevado actualmente, tem vindo a diminuir e prevê-se que diminua ainda mais no futuro. Isto aliado ao aumento de potência dos painéis à medida que a ciência evolve, irá ajudar a tornar a produção de electricidade através destas células cada vez mais economicamente viáveis.

Finalmente, os aerogeradores convertem a energia eólica em energia eléctrica, pois o vento provoca o movimento de uma turbina, tal como acontece nas barragens, que por sua vez produz electricidade.

Este tipo de energia é favorecido por apresentar diversas vantagens, entre as quais, por exemplo, a ausência de emissões de gases poluentes e de geração de resíduos de longa duração; os parques eólicos não limitam o uso dos terrenos, isto é, permitem que outras actividades se instalem lá, como agricultura ou criação de gado; os aerogeradores necessitam de escassa manutenção, tal como os painéis solares, pois a sua revisão dá-se, usualmente, duas vezes por ano e em menos de seis meses, em média, um aerogerador produz a energia gasta no seu fabrico, instalação e manutenção.

Todavia, como todas as outras fontes de energia renovável, a energia eólica apresenta algumas desvantagens. A instalação de aerogeradores altera as paisagens, afecta algumas aves, pois podem bater nas pás e podem modificar os comportamentos normais de migração e causa poluição sonora, pelo que qualquer habitação deve estar a pelo menos 200 metros. Ainda assim, as maiores desvantagens são o elevado custo de instalação e a dependência a eficiência do aerogerador conforme a velocidade do vento do local onde é instalado, sendo, por isso, necessário o estudo do local precedentemente à instalação do parque eólico. Entretanto, os desenvolvimentos científicos têm contribuído para a melhoria do rendimento deste tipo de equipamento.

2.3.2. A energia nuclear

O lançamento da bomba atómica na cidade japonesa de Hiroshima, no Verão de 1945, foi a revelação ao Mundo da existência de uma nova fonte de energia que era, presumidamente, inesgotável.

Tal energia apenas poderia se desenvolver em dois sentidos, sendo um exclusivamente militar e o outro consistia em transformá-la num objecto industrial. Inicialmente, o plutónio produzido era aplicado para a construção de bombas nucleares. Posteriormente, compreendeu-se que os reactores utilizados na síntese de plutónio poderiam também ser utilizados na produção de energia eléctrica. Como consequência foi construída a primeira central nuclear em Calder Hall, na Inglaterra, em 1956. Após um ano, nasceu a primeira central nuclear norte-americana em Shippingport, na Pensilvânia.

A energia nuclear é a mais controversa de todas as energias pois, como foi supra referido, o seu nascimento teve como propósito a construção de instrumentos bélicos e, desde então, muitas vezes associa-se puramente energia nuclear com bombas nucleares. Primeiro, pensou-se que era uma energia limpa, completamente segura e que iria resolver todos os problemas energéticos da sociedade moderna, eliminando a dependência dos combustíveis fósseis; contudo, alguns incidentes e o problema dos resíduos provam o contrário.

Os dois métodos pelos quais se obtém energia nuclear são a fissão nuclear e a fusão nuclear. A fissão consiste na divisão de núcleos pesados, originando dois núcleos mais leves e libertando energia. Por outro lado, a fusão nuclear baseia-se na junção de dois núcleos para formar um com maior número de massa, libertando também energia.

A fissão nuclear consiste na ruptura de um núcleo atómico; quase todos os núcleos dos elementos naturais são estáveis, porém existem núcleos peculiarmente grandes, denominados elementos físseis, que são instáveis e podem quebrar-se quando chocam com um neutrão.

Assim, quando um núcleo físsil é atingido por um neutrão parte-se em dois fragmentos e ocorre a libertação de dois neutrões. Estes atingem outros núcleos provocando novas fissões, deste modo, sucessivamente, surge a reacção em cadeia; julga-se que as reacções de fissão libertam uma quantidade de energia cerca de 100 milhões de vezes superior à energia libertada nas reacções químicas normais.

Nas bombas nucleares, a reacção em cadeia não é controlada, todavia, por outro lado, na aplicação da energia nuclear na produção de electricidade essa reacção é controlada, usando-se moderadores, materiais que absorvem alguns neutrões produzidos nas fissões.

O combustível usado pelas centrais de fissão nuclear é o urânio-235, que é um elemento físsil, mas que apenas representa 0,7 % do urânio natural, constituindo o urânio-238 os restantes 99,3 %. Por essa razão, aumenta-se a percentagem de 235U nas misturas utilizadas nas centrais de 0,7 % para 3 %. Assim, juntamente com condições de temperatura e pressão adequadas, é possível fazer com que na reacção nuclear um neutrão libertado seja capturado por um 235U em vez de ser por um 238U, tornando-a auto-sustentada.

As fissões nucleares, que ocorrem no reactor, libertam energia suficiente para aquecer água que se encontra no circuito primário, selada a altas pressões de modo a que não se evapore. O calor contido nesta água é transferido através de condução para a água do circuito secundário, que passa ao estado gasoso. O vapor de água produzido causa o movimento das pás de uma turbina ligada a um gerador de corrente eléctrica. Após isto, o vapor entra num condensador, que está a ser constantemente refrigerado por água fria, e muda para o estado líquido, sendo de novo bombeada para o circuito secundário.

As reacções de fusão nuclear, por sua vez, são baseadas na conversão de hidrogénio em hélio, tendo como reagentes o deutério e o tritio. A equação química seguinte expressa essa conversão:

31H + 21H → 42He + 10n

A fusão nuclear é, portanto, o processo oposto à fissão nuclear e é o que alimenta todas as estrelas. Dois núcleos colidem a velocidade bastante elevada, de tal forma que ultrapassam a repulsão electrostática. Como resultado dessa colisão os núcleos fundem-se e dão origem a um núcleo mais pesado. A energia libertada na fusão é 2 ou 3 vezes superior do que a libertada na fissão.

De maneira a fundirem-se, os núcleos precisam de uma temperatura elevadíssima, designadamente no caso da fusão do deutério e do tritio é necessária uma temperatura de 46 milhões de graus Celsius. Estas condições só existem naturalmente no interior das estrelas.

O aproveitamento da fusão nuclear, de modo pacífico, ainda exigirá bastante trabalho. Mas, a energia da fusão nuclear pode resolver definitivamente os problemas energéticos mundiais, uma vez que os combustíveis utilizados (deutério e tritio) estão presentes nos oceanos quase inesgotavelmente e disponíveis a relativamente baixo custo, a fusão é menos poluente do que a fissão pois não produz escórias radioactivas e não existe a possibilidade de eventualidade de um acidente provocado por fugas. O problema está na criação de condições favoráveis à fusão porque não existe nenhum material na Terra que suporte uma temperatura tão elevada, aliás a essa temperatura apenas existem núcleos e electrões livres.

Têm vindo a ser realizadas várias experiências com o fim de descobrir maneira de criar condições adequadas para a ocorrência da fusão nuclear. As mais comuns envolvem a criação de um campo magnético muito intenso, que é originado por um "contentor" onde também o combustível é mantido e aquecido até a temperatura de fusão. Durante todo o tempo em que os núcleos se estão a fundir, a temperatura deve ser mantida; porém, os intervalos de tempos em que se manteve essa temperatura nas experiências realizadas foram apenas de pequenas fracções de segundo.

De seguida, serão apresentados, detalhadamente, os prós e os contras da energia nuclear.

Apesar de ser uma energia não renovável, a energia nuclear apresenta várias vantagens.

A produção de energia eléctrica através da energia nuclear evita a emissão de 700 milhões de toneladas de CO2 por ano, apenas na UE. Para além disso, também evita a emissão de milhares de toneladas de outros gases poluentes, como o dióxido de enxofre e óxidos de azoto. Consequentemente, a energia nuclear não favorece um aumento do efeito estufa da planeta, assim como não causa a ocorrência de chuvas ácidas.

O combustível usado, o urânio, é mais barato comparativamente a outros, como o petróleo e é mais rentável, visto que um pequeno pedaço de urânio pode fornecer electricidade a uma cidade inteira, não sendo, por isso, necessários grandes investimentos no recurso.

Embora o facto de o combustível ser de baixo custo, a energia nuclear é cara pois as instalações das centrais têm um custo elevado, assim como a sua manutenção e a construção de infra-estruturas de armazenamento de resíduos. Os recursos minerais também podem apresentar um desfavorável custo, devido à inexistência de urânio em certos países e, portanto, à necessidade de exportação.

Como foi referido, a energia nuclear não causa a libertação de gases poluentes para a atmosfera, todavia, causa poluição térmica, porque a água utilizada nas centrais encontra-se em elevadas temperaturas quando é libertada em forma de vapor, podendo desequilibrar alguns ecossistemas.

O maior inconveniente desta energia é a poluição radioactiva devido aos resíduos formadas. Quando estes resíduos contaminam o meio ambiente provocam graves consequências, levando a mutações nos seres vivos. Por essa razão, é obrigatório a existência de condições de segurança extremas, tanto no transporte desses resíduos como no seu armazenamento. Para garantir que os resíduos radioactivos contidos nos aterros não danifiquem o meio envolvente, a sua manutenção em recipientes ultra seguros e, por isso, caros é essencial. Existem dois tipos de resíduos nucleares: de baixa radiação e de alta radiação. O seu confinamento depende do tipo de resíduo, pois os primeiros apenas têm um tempo de vida de 100 anos, enquanto que os segundos são perigosos durante milhares de anos.

Os resíduos de baixa radiação podem ser armazenados perto da superfície em contentores bem vedados, constituídos de materiais imunes à corrosão. O outro tipo de resíduos, isto é, os resíduos de alta radiação, carece de maiores investimentos no seu armazenamento.

Os aterros deste tipo de resíduos são construídos a várias centenas de metros de profundidade e em locais distantes de aquíferos e constituídos por camadas geológicas específicas, que sejam o mais possível estanques. Este tipo de aterro é esclarecido na seguinte figura:

A utilização da energia nuclear pode ter fins bélicos, aliás, como já foi mencionado, as suas primeiras aplicações dirigiram-se para a construção de armas nucleares. Programas nucleares que tenham como intuito a construção de armas de destruição em massa, como é exemplo o do Irão, são razões de preocupação para as principais nações do Mundo, pois ameaçam a estabilidade social.

Nos primórdios tempos do desenvolvimento desta energia pensava-se que era uma energia completamente segura. Porém, a História mostrou-nos o contrário, com alguns incidentes que relembrarão sempre o perigo da utilização da energia nuclear.

As centrais nucleares contêm mecanismos de controlo de tecnologia de ponta, mesmo assim explosões e incêndios ocorreram, como são os exemplos de Windscale, Three Mile Island e Chernobyl.

O acidente de Windscale aconteceu em 1957 e consistiu num incêndio de um reactor que na altura produzia plutónio. Felizmente paras os residentes locais, o vento soprava na direcção do mar e conduziu os componentes radioactivos para a Irlanda. Foram contaminados extensos campos de cultivo e, mais tarde, descobriu-se que algumas mortes relacionadas com cancro foram provocadas pela contaminação de plutónio.

Vinte e dois anos depois ocorreu outro incidente, desta vez na central localizada em Three Mile Island, na Pensilvânia. Este foi provocado por um erro de manutenção e uma válvula defeituosa. Não teve graves consequências, pois apenas uma pequena quantidade de gases radioactivos foram libertados, sendo só os danos causados na central consideráveis, cuja reparação teve um custo na ordem dos milhares de dólares.

A 26 de Abril de 1986 deu-se o pior acidente nuclear de sempre quando um reactor da central nuclear de Chernobyl se incendeia, libertando enormes nuvens contendo elementos radioactivos pesados, como o estrôncio. A exposição à radiação matou, quase instantaneamente quando chegaram ao local, três homens das equipas dos bombeiros e mais 28 uma semana depois.

A causa do incêndio foi a interrupção tardia de um teste de segurança num reactor bastante instável. A extinção do incêndio demorou vários dias e exigiu esforços enormes. Apenas no dia após o incidente se começou a evacuar as populações das cidades que se situavam nas proximidades da central.

Um par de dias depois, a comunidade internacional foi alertada pela gravidade do sucedido pelas autoridades suecas, que detectaram um aumento significativo da radioactividade no seu país.

Existe uma grande discrepância sobre o número de vítimas mortais; na altura considerava-se que tinha sido provocada a morte a dezenas de milhares de pessoas, contudo, em 2005, a ONU admitiu que apenas 4 000 pessoas faleceram devido a cancros causados pela radiação. Por outro lado, o Greenpeace considera que o número correcto é 93 mil, enquanto que, segundo um estudo britânico, o número de mortes oscila entre os 30 e os 60 mil.

Algumas medidas podem ser tomadas com a finalidade de minimizar o risco de acidente, tais como a construção de centrais e reactores nucleares com materiais refractários de modo a que se evite a saída de radiação para o exterior. As centrais são também construídas longe de aglomerados demográficos para reduzir o risco de contaminação de seres humanos por radiação, em caso de acidente.

Em comparação com as centrais termoeléctricas, as centrais nucleares apresentam a desvantagem de todas as construções, desde a central até aos aterros de resíduos radioactivos, terem um elevado custo. Os resíduos radioactivos são também uma grande desvantagem da utilização de centrais nucleares.

Contudo, por outro lado, a pegada ecológica das centrais nucleares é muito inferior à das centrais termoeléctricas, como se pode observar pela seguinte tabela que compara os consumos e produção de resíduos de centrais de 1000 MW:

Combustível

Carvão

Fuelóleo

Nuclear

Consumo médio por kw/hora

380 g

230 g

4,12 mg de urânio

Consumo anual

2,5 milhões de toneladas

1,52 milhões de toneladas

27,2 toneladas

Transporte anual

66 cargueiros de 35 000 toneladas

5 petroleiros de 300 000 toneladas + oleodutos

3 ou 4 camiões

CO2, milhões de toneladas

7,8

4,7

0

SO2, milhões de toneladas

39 800

91 000

0

NO2, milhões de toneladas

9450

6400

0

Cinzas de filtros, toneladas

6000

1650

0

Escórias, toneladas

69 000

Desprezáveis

0

Cinzas voláteis, toneladas

377 000

0

0

Radiação: gases, curie/ano

0,02 - 6

0,001

1,85

Radiação: líquido, curie/ano

0

0

0,1

Resíduos sólidos (tipos de radiação)

Desprezáveis

0

15,3 m3 (alta)                 493 m3 (baixa)

Conclusão

O nosso clima é influenciado por vários factores, desde a deriva dos continentes até às mudanças da intensidade da radiação solar, mas ultimamente existe um novo factor: a acção do Homem. A queima dos combustíveis fósseis é a principal razão de estarmos a condicionar o rumo do clima terrestre.

Através do estudo de amostras de gelo da Antárctica, cientistas conseguem revelar as características de alguns climas do passado. Graças a essas descobertas sabe-se agora que o planeta Terra alterna entre glaciações e períodos mais quentes, acredita-se que é por causa a variação da sua órbita e da inclinação do seu eixo de rotação. Actualmente, estamos num período interglaciar. Uma próxima era glaciar irá acabar por se iniciar, que, geralmente, é antecipada por um período em que a temperatura média global aumenta (ver gráfico ao lado). No entanto, o ser Humano está a apressar esse processo, podendo não haver tempo suficiente para os ecossistemas se adaptarem, de modo a manterem o seu equilíbrio. Por outro lado, nessa altura, os ecossistemas podem estar já demasiado fragilizados para conseguirem sequer subsistir num clima estável, por causa das consequências directas da acção do Homem através da poluição.

Aliás, essas instabilidades provocadas pelas nossas acções nos ecossistemas representam uma dos maiores problemas a curto prazo. Produzir condições adversas, despropositadamente, em alguns habitats como produto de algum investimento económico pode levar a extinção de algumas espécies de seres vivos. Isso causa falhas nas cadeias alimentares e pode causar extinções em massa.

Como se isso não fosse razão suficiente para abandonar a dependência nos combustíveis fósseis, ainda existe outro problema: o facto de não serem renováveis. De facto, graças a Hubbert, pôde-se prever um pico de produção de petróleo por esta altura e uma descida um pouco acentuada posteriormente. Se a sociedade moderna continuar bastante dependente nesses combustíveis, irá sofrer consequências económicas e sociais muito graves brevemente. A seguinte imagem representa a duração prevista das reservas dos combustíveis fósseis:

Assim, no final deste trabalho, pode-se conferir que, de facto, os combustíveis fósseis proporcionaram grandes progressos financeiros e científicos à sociedade contemporânea, mas a que preço? Uma civilização racional deverá tentar manter o equilíbrio do seu habitat de modo a garantir a sua subsistência. Deve-se, portanto, tornar a utilização das fontes de energia renováveis e mais limpas predominante em todo o Mundo, substituindo, gradual mas brevemente, a utilização de combustíveis fósseis na obtenção de energia.

Talvez a maior aposta será a energia nuclear devido à produção de grandes quantidades de energia que permite. Como se sabe, graças a Einstein, existe equivalência entre massa e energia (E=mc2), porém a tecnologia actual não nos permite fazer a conversão de massa em energia com facilidade, caso contrário a Humanidade teria os seus problemas energéticos resolvidos: a quantidade de matéria contida num botão seria suficiente para alimentar uma lâmpada de 100 watts durante 30 000 anos.

"A nossa ignorância não é tão vasta quanto o nosso fracasso em utilizar o que sabemos."

M. King Hubbert

Bibliografia

Livros:

. Costa, Alexandre; Costa, Ana Maria; Ferreira, Ana Margarida, "Química 12º – Caderno de Actividades", "Química 12º – Volume 1 e 2", Plátano Editora, 2005.

. Dantas, Maria da Conceição; Ramalho, Marta Duarte, "Jogo de partículas", Texto Editores, 2004

. Paiva, João; Ferreira, António José; Ventura, Graça; Fiolhais, Manuel; Fiolhais, Carlos, "10 Q" e "10 F", Texto Editores, 2003

. Vários autores, "Enciclopédia Pedagógica Universal – Volume 1, 3, 7, 8, 22, 23 e 24", Hiperlivro, 2002

Websites:

. naturlink.pt

. jn.pt

. infopedia.pt

. publico.pt

. ambiente.kazulo.pt

. wikipedia.pt

. renovaveis.tecnopt.com

. resistir.info/energia

. instituto-camoes.pt/lextec

. jf-paiopires.pt

. green-trust.org

. biodieselbr.com

. cienciapt.net

. guardian.co.uk

. wolf.readinglitho.co.uk

. hubbertpeak.com

. ambiente.maiadigital.pt

 

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