Quanta energia renovvel h disponvel na Terra?

Energia

Com informações do Empa – 12/07/2021

Fluxos de materiais e fluxos de energia

Que a Terra tem seus limites em termos de energia, algo sobre o que j temos uma noo muito firme.

por isso que governos e instituies em todo o mundo esto defendendo o conceito de economia circular. Ao fechar os ciclos dos materiais, os impactos ambientais associados extrao de matrias-primas podem ser evitados e o problema dos resduos pode ser resolvido em grande medida.

Essa abordagem, no entanto, no por si s suficiente para construir uma sociedade sustentvel, uma vez que deixa em aberto a questo de quanto e com que rapidez os materiais podem ser reciclados e quanta energia usada para alimentar esses ciclos.

Afinal, em uma sociedade verdadeiramente sustentvel, no apenas os fluxos de materiais, mas tambm os fluxos de energia devem permanecer dentro dos limites estabelecidos pelo nosso planeta.

A questo-chave , portanto: H energia renovvel suficiente disponvel na Terra para gerenciar de forma sustentvel os fluxos de materiais sem violar os limites planetrios?

Esta questo est sendo investigada por uma equipe liderada pelo professor Harald Desing, do Laboratrio de Tecnologia e Sociedade, ligado ao EMPA, na Sua.

Esquema para quantificao do estoque de energia renovvel da Terra.
[Imagem: Harald Desing et al. – 10.3390/en12244723]

Energia limpa sem limites?

Se olharmos para a Terra como um sistema, ela s troca energia com o espao. De longe, a maior parte da energia trazida para o sistema terrestre a radiao solar, complementada por pequenas contribuies do movimento planetrio e da energia geotrmica. Esses fluxos de energia sempre foram usados inteiramente pela prpria Terra, alimentando seus vrios subsistemas, como os oceanos, a atmosfera e as florestas, bem como a gerao das superfcies de gelo reflexivas.

A maioria desses subsistemas converte a energia recebida em fluxos de energia renovveis adicionais, por exemplo, as correntes de vento e gua ou a produo de biomassa. Nessas converses, a energia livre, chamada exergia, extrada dos fluxos de energia que chegam.

medida que a humanidade desvia cada vez mais fluxos de energia renovvel para suas atividades, as partes disponveis para o sistema terrestre so reduzidas. O sistema terrestre pode compensar esses desvios at certo ponto. No entanto, se eles forem muito grandes, aumenta o risco de ultrapassar os chamados “pontos de inflexo”. Isso resultaria em mudanas rpidas e irreversveis no sistema terrestre, como o derretimento das calotas polares, o que por sua vez aceleraria as mudanas climticas.

A fim de no exceder esses pontos de inflexo, a rea de terra ocupada pela tecnosfera no deve exceder um determinado limite planetrio – que no sabemos ainda qual . Contudo, alm da escala, a forma como a terra usada tambm crucial: Usinas de energia solar, em vez de florestas, por exemplo – apenas um exemplo, j que no h propostas de derrubar florestas para instalar painis solares – atrapalhariam a biodiversidade, a evaporao e, portanto, o ciclo da gua, a irradiao de calor de volta ao espao e muito mais.

Esses limites mximos para ocupao da terra no se aplicam apenas ao uso direto da energia solar, mas tambm colheita da chamada energia qumica – isto , agricultura e silvicultura, que produzem alimentos e forragens, materiais de aquecimento, combustveis e materiais de construo. Aqui, a produo de energia para uso humano, incluindo os biocombustveis, j compete com a produo de alimentos em muitas reas.

H muita energia na Terra, mas apenas uma parte pequena dela pode ser desviada da manuteno do prprio sistema planetrio.
[Imagem: Harald Desing et al. – 10.3390/en12244723]

Eletricidade como moeda universal

Para poder comparar ou somar os diversos potenciais de energias renovveis, os pesquisadores os converteram em equivalentes de energia eltrica.

Para fazer essa converso, foram levadas em considerao as eficincias das tecnologias das usinas disponveis hoje, j que faz diferena se a eletricidade gerada a partir de energia solar, queima de madeira ou carvo ou energia hidreltrica. Essas perdas de converso reduzem a possvel colheita de alguns potenciais de forma significativa.

O resultado do estudo surpreendente: 99,96% da energia que chega Terra vinda do espao necessria para alimentar o prprio sistema terrestre e a produo de alimentos – portanto, apenas 0,04% pode ser usado tecnicamente.

Embora parea pouco, esse potencial ainda cerca de dez vezes maior do que a demanda global de energia de hoje.

Um outro resultado, por outro lado, no surpreendente quando olhamos para as perdas de converso: Devemos preferir colher e usar a energia disponvel por meio da converso direta da energia solar. Afinal, quase todos os recursos de energia renovvel – incluindo elica, hidreltrica e produo de biomassa – so, em ltima anlise, movidos a energia solar. O uso direto de energia solar, portanto, significa menos etapas de converso e, desta forma, menos perdas.

Fotovoltaicos em todas as superfcies feitas pelo homem

Grande parte da energia do Sol poderia ser colhida de uma pequena poro dos desertos da Terra, mas isso tcnica e logisticamente problemtico.

Assim, a equipe prope que a energia solar deve ser colhida em superfcies j “tampadas” em todo o mundo, o que inclui telhados e fachadas, mas tambm estradas, ferrovias e estacionamentos. Essa rea seria suficiente para alimentar uma sociedade global com o consumo de energia dos pases desenvolvidos.

No entanto, se o interesse for elevar a demanda global de energia ao nvel da demanda per capita atual na Sua, ser necessrio usar reas desrticas. Todos os outros potenciais de energia (por exemplo, elico ou biomassa) so ordens de magnitude menores do que o uso direto de energia solar – e alguns recursos j esto sendo usados em demasia. No entanto, eles podem desempenhar um papel significativo localmente, especialmente porque podem reduzir a necessidade de capacidade de armazenamento de energia, um problema que no foi considerado neste estudo – a coleta de energia solar pela tecnologia fotovoltaica tima para o dia, mas no funciona noite.

Ento o caminho para uma sociedade sustentvel em termos energticos to simples quanto construir usinas solares em massa? No to simples, claro.

A equipe analisou apenas a primeira etapa – calcular o potencial de energia disponvel. A quantidade real de energia disponvel ser menor: Os fatores limitantes incluem a disponibilidade de matrias-primas, mas tambm capital humano e financeiro, impactos ambientais durante a extrao ou produo de matrias-primas, operao e descarte das usinas e a necessidade de infraestrutura adicional para distribuio e armazenamento de energia.

Os pesquisadores esto analisando agora como pode ser esse caminho para nos levar de uma sociedade baseada em combustveis fsseis para uma sociedade solar. O sistema de energia solar no deve apenas ser grande o suficiente para atender demanda global, mas tambm deve ser capaz de substituir o sistema de combustvel fssil com rapidez suficiente para evitar a catstrofe climtica a tempo, adiantam eles.

Outras notcias sobre: