Energia e Ambiente
Vong Chau Son*
A utilização de energia pelo homem, tem beneficiado gigantescamente a vida dos homens.No entanto, a excessiva exploração e utilização de energia tem contribuido para a criação de uma série de problemas que dificilmente se encontram resolvidos
Energia é um termo simplificado utilizado para representar todos os recursos energéticos que, embora sejam usados amplamente, não têm uma definição única. Segundo a Enciclopédia Científica e Técnica “A energia refere-se a todos os recursos energéticos que fornecem calor, luz e potência”. A Enciclopédia Britânica define “Energia” como um termo técnico que abrange todos os combustíveis, águas correntes, raios solares e vento. Os homens adquirem, através de transformações adequadas, a força energética necessária”. Podemos resumir que a energia inclui todas as matérias como raios solares, vento, águas correntes, geotermia, marés, biomassa, hulha, petróleo, gás natural, etc. e os seus movimentos, que proporcionam forças energéticas para a produção e para a vida dos homens.
Classifição dos Recursos energéticos
Origens da energia
Energia originária do sol - Refere-se à energia radiante directamente oriunda de raios emitidos pelo sol e aos recursos do carvão, do petróleo, do gás natual, dos xistos betuminosos, das matérias biológicas, das águas, do vento, das trovoadas, dos oceanos, etc. que são todos os resultados das transformações da energia ra-diante do sol. Um exemplo está nas plantas verdes, que transformam pela fotossíntese os raios emitidos pelo sol em energia química e depositam nos seus corpos os recursos energéticos necessários para a sobrevivência dos homens e dos diversos animais. Outro exemplo é que todos os combustíveis minerais são realmente seres vivos antigos, depositados em profundidade, que sofreram uma evolução feita de mudanças químicase físicas, sendo, de facto, o resultado indirecto da energia do sol, do vento e das águas correntes transformadas pelas radiações dos raios do sol.
Energia originária do próprio Globo - Refere-se nomeadamente às energias geotérmica e atómica. São formas de expressão diferentes da energia geotérmica as águas quentes, o vapor, o calor seco e o corpo de magma existentes no interior do Globo, onde existe um grande reservatório de calor, bem como os vulcões e os sismos cujas energias ainda não foram utilizadas. Além disso, há no interior do Globo uma grande reserva de combustíveis nucleares, como o urânio e o tório, que são essenciais para a produção da energia atómica - outro recurso energético gigantesco do planeta.
Energia originária da acção mútua entre o Globo e outros corpos celestiais - Refere-se nomeadamen te à energia de marés, resultante da força gravitacional do Sol e da Lua sobre a Terra.
Energias primárias e secundárias
São classificados como energias primárias todos os recursos energéticos naturais referidos no ponto anterior, que existem na natureza e que podem ser directamente utilizados sem alterar as suas formas originais. Destes, os raios emitidos pelo sol que irradiam o Globo ficam na dianteira atingindo o nível anual de 54.4×1017 milhões de Joule, ou seja, o equivalente ao calor produzido pela combustão de 186 000 biliões de toneladas de carvão, enquanto os recursos referidos nas alíneas b) e c) do ponto anterior equivalem apenas a 1/5000 daquele. Com a existência de nuvens e partículas em suspensão, 30% dos raios solares reflecte-se e dispersa-se no universo, 47% é absorvido pelo ar, pela superfície terrestre e pelos oceanos transformando-se na energia calorífica que é geralmente chamada de energia solar e o resto participa na circulação hídrica atmosférica através da evaporação, das neves e das chuvas que constituem os recursos hidráulicos da natureza.
As energias primárias transformam-se pelo aproveitamento humano noutras formas de produtos energéticos como o gás, o vapor, o carvão, o petróleo artificial, a gasolina, o querosene, o diesel, etc. que são geralmente chamados de energias secundárias.
Energias renováveis e não renováveis
As energias primárias dividem-se em renováveis e não renováveis. São renováveis as energias do sol, das águas, do vento, dos oceanos e das marés, que surgem constantemente e nunca se esgotam. São energias não renováveis o carvão, o petróleo, o gás natural, os xistos betuminosos, os combustíveis nucleares, etc. que, com a exploração e utilização em grande escala e a diminuição cada dia mais rápida da reserva global, esgotar-se-ão no futuro.
Recursos energéticos convencionais e novos
Os recursos energéticos classificam-se ainda em convencionais e novos. São considerados recursos convencionais aqueles que são muito vulgares e amplamente aproveitados pelo homem, tais como o petróleo, o carvão, o gás natural, os combustíveis biológicos e os recursos hidráulicos. Os recursos novos ou não convencionais incluem aqueles que, nas condições técnicas e económicas actuais, ainda não podera ser amplamente utilizados na vida humana, mas cujo uso já se iniciou ou iniciar-se-à em breve, sendo provavelmente intensificada a sua utilização; incluem os raios solares, o vento, o calor subterrâneo, as marés, as matérias nucleares e as águas do mar.
Impacte no Ambiente da exploração e utilização de energia
A utilização de energia pelo homem, cada dia mais ampla, tem impulsionado a elevação do nível científico e tecnológico e do nível de produtividade, bem como tem beneficiado gigantescamente a vida dos homens. No entanto, a excessiva exploração e utilização de energia tem contribuido para a criação de uma série de problemas que dificilmente se encontram resolvidos.
Impacte no ambiente dos combustíveis que descarregam poluentes no seu processo de mineração, produção e transporte (apresentase aqui como exemplo o processo de produção de carvão)
Destruição do ambiente resultante da mineração do carvão
Há dois métodos utilizados na mineração do carvão. Um é a mineração por poços minerais, que pode causar o abaixamento da superfície terrestre até ao nível máximo de 80% da totalidade do carvão produzido, deformando e destruindo as construções, canais de abastecimento de águas, linhas rodoviárias e ferroviárias e pontes existentes nas áreas superficiais e ameaçando também a segurança dos mineiros que trabalham nos poços subterrâneos. Outro método é a mineração a céu aberto, que ocupa terrenos e destrói a superfície terrestre e o ambiente ecológico natural, para além de originar problemas de ruído e poeiras no processo de produção.
Poluição das águas residuais resultantes da limpeza do carvão
As águas residuais resultantes do processo de lavagem do carvão contêm grande quantidade de substâncias tóxicas e impurezas, poluindo rios, entupindo os leitos dos rios e afectando a sobrevivência de peixes e a vida dos homens.
Poluição por gases emitidos pelos poços minerais
Existem, no carvão subterrâneo, gases cujo componente principal é o metano, que se libertam e que esguicham constantemente durante a produção do carvão. Quando a percentagem do gás misturado no ar ultrapassa um certo nível, podem ocorrer incêndios e explosões, ameaçando a segurança dos mineiros nos poços. As emissões de gases constituem não apenas um desperdício de energia, mas também uma forma de poluição do ar.
Poluição resultante do depósito e transporte do carvão
A falta de instalações e lapsos de gestão, provavelmente existentes no processo do depósito e transporte do carvão, originam sempre em zonas minerais, estações e cais de carga e descarga, combustões espontâneas e poeiras, poluindo a atmosfera, os rios e destruindo as paisagens.
Impacte no ambiente da utilização de energias poluentes
A queima dos combustíveis para a produção da energia calorífica liberta grande quantidade de materiais poluentes que poluem o ambiente.
Efeito de estufa
A principal causa do efeito de estufa é devida ao dióxido de carbono que resulta da combustão do carvão e do petróleo. Antes da revolução industrial, no século XIX, mantinha-se um equilíbrio entre o nível de dióxido de carbono libertado no ar e a capacidade de absorção dos oceanos e plantas do Globo. Durante os últimos 30 anos, o nível da concentração deste gás tornou-se cada dia maior e o problema do efeito de estufa tem-se agravado de dia para dia.
Chuvas ácidas
As causas fundamentais da formação das chuvas ácidas são os dióxidos de enxofre e de azoto libertados durante a queima do petróleo, do gás natural, do carvão e doutros combustíveis, que são emitidos por numerosas instalações industriais, centrais térmicas e viaturas. Os gases referidos reagem em contacto com o oxigénio do ar, originando substâncias ácidas que são arrastadas pela chuva, provocando as chuvas ácidas que destroem o ambiente e prejudicam os lagos, as florestas, os animais selvagens e as construções.
Efeito de ilha quente
O aquecimento global do clima torna o tempo no verão cada vez mais quente, o que é especialmente notório em grandes municípios onde as instalações urbanas e industriais consomem sem cessar combustíveis e emitem calor, dificilmente dispersado por causa da concentração de construções urbanas. O calor emitido pela populacão urbana e pela grande circulação dos transportes urbanos agravam ainda mais o aquecimento do ar urbano. A temperatura média do centro urbano de Los Angeles, nos Estados Unidos, é (0.5 － 1.5)℃ mais alta do que a das zonas rurais circundantes, e a de Nova Iorque é 1.1℃ mais alta do que a dos subúrbios. A diferença da temperatura entre as zonas urbanas e rurais de Pequim atinge 9℃ e, em Shanghai, 6.8℃.
Nevoeiros
Nos diversos gases emitidos por instalações industriais que queimam carvão encontram-se, nomeadamente, dióxido de enxofre e partículas em suspensão. Quando essas matérias atingem ou ultrapassam uma determinada percentagem, forma-se o nevoeiro de ácido sulfúrico, que prejudica a saúde dos homens causando diversas doenças respiratórias, doenças de pele e até mesmo cancro.
o nevoeiro fotoquímico que polui o ar é resultante de uma série de reacções químicas muito complexas, sob a acção dos raios solares, - reacções fotoquímicas - entre os óxidos de azoto e certos gases que resultam das emissões de escape das viaturas e da indústria petrolífera.
Exploração de novos recursos energéticos
Novos recursos energéticos e suas características
Trata-se, de facto, da exploração e utilização, pela aplicação de tecnologia avançada e moderna, dos recursos energéticos existentes, nas energias solar, oceânica, eólica, geotérmica e nuclear, no hidrogénio e nas matérias biológicas.
As novas energias referidas têm as seguintes características:
Existem na natureza e são instáveis e frequentemente afectadas por diversos elementos naturais, não podendo ser armazenadas como os combustíveis fósseis.
São geralmente directa ou indirectamente transformadas da energia solar, sendo extremamente abundantes e jamais esgotáveis desde qu5e o sol exista. Originadas da energia solar, não emitem materiais tóxicosque poluam o ambiente, pelo que são energias limpas e renováveis (com excepção da energia nuclear). Pela sua alta instabilidade, a sua exploração e utilização baseia-se na solução de grandes dificuldades através da aplicação de técnicas sofisticadas e novas.
Informação sobre novas energias
Energia solar
O sol é uma estrela extremamente quente, que emite um tipo de ondas radiantes muito curtas que constituem a origem basilar da energia geral do Globo. As reacções de fusão nuclear do núcleo de hidrogénio que acontecem no interior da estrela e que parecem explosões de bombas de hidrogénio, libertam fortes raios e calor que são considerados a energia do sol. A esmagadora maioria da energia das radiações solares dispersa-se no universo e apenas uma parte em dois biliões atinge o Globo. Mesmo esta pequena parte já é um recurso energético gigantesco. A energia solar que atinge anualmente o Globo equivale à força produzida pela combustão de 2 milhões de toneladas de carvão (a reserva total do carvão de todo o mundo não é superior a 13 600 biliões de toneladas), sendo equivalente também a dez vezes mais que a totalidade das reservas mundiais de hulha, petróleo, gás natural e urânio.
Há três formas de conversão de energia solar, que são seguintes:
Conversões da energia solar em:
·energia calorífica (conversão de raios em calor)
·energia eléctrica (conversão de raios em electricidade)
·energia química (conversão de raios em energia química)
Energia hídrica
Os recursos energéticos hídricos incluem os terrestres e os oceânicos.
Energia hídrica terrestre
Indica os recursos energéticos contidos nas águas correntes da superfície terrestre, que são renováveis. Os recursos hídricos, amplamente utilizados, constituem uma das energias que os homens aprenderam a utilizar na antiguidade. Trata-se duma energia convencional renovável e limpa. As condições técnicas e económicas da sua utilização são mais acessíveis, em comparação com as das energias solar e calorífica, não originando, além disso, reacções químicas que emitem poluentes. Por outro lado, a integração do aproveitamento dos recursos hidráulicos nos planos de prevenção de cheias e seca, irrigação, navegação, abastecimento de água e cultivo, bem como para o turismo, possibilitará a criação de gigantescos benefícios sociais, ambientais e económicos. Os custos das centrais hídricas são um terço a um quinto mais baixos do que os das térmicas e a sua eficiência é mais elevada.
Os recursos hídricos do mundo são muito abundantes. A reserva teórica calculada de recursos hidráulicos mundiais atinge 44 280 biliões quilowatt.hora/ano e a reserva da China é de 1 920 biliões quilowatt.hora/ano, ficando no primeiro lugar do mundo e sendo seguida pela Rússia, pelo Brasil, pelos Estados Unidos, pelo Canadá, pelo Zaire, etc.. No entanto, a distribuição dos recursos hídricos abundantes do nosso país é irregular e varia de região para região, concentrando-se a maioria nas províncias de Sichuan, de Yunnan e do Tibet.
O nível de aproveitamento dos recursos hídricos nos países industrializados é muito alto, atingindo na Inglaterra 90%, na Alemanha 76%, na França 95% e na Suíça 98%. Com um atraso de 40 anos de exploração dos recursos hidráulicos em comparação com o ocidente, o nível do seu aproveitamento no nosso país atinge apenas 3% da reserva nacional, ficando no oitavo lugar do mundo.
Energia oceânica
Trata-se de uma energia nova que é renovável e inesgotável e abrange todos os recursos energéticos oceânicos, tais como as marés, as ondas, as correntes marítimas e o calor oceânico etc.. É também uma energia limpa, disponível e não poluente, que não ocupa espaços terrestres. As suas vantagens residem em não apresentar os defeitos ou as dificuldades existentes no aproveitamento das energias convencionais. As suas desvantagens são a enor-midade de instalações e equipamentos necessários para a sua exploração, as dificuldade técnicas, a exigência rigorosa quanto aos materiais utilizados e os altos custos. Calcula-se que a energia cinética das correntes marítimas do Globo é de 5×107 quilowatt, a força energética das ondas, 2 biliões e cem milhões de quilowatt, e a das marés, 3×109 quilowatt. O nosso país tem também uma reserva abundante de recursos oceânicos, contando com a energia das marés de 20 milhões de quilowatt, equivalente à capacidade eléctrica de 58 billiões de quilowatt. Cerca de 90% deste potencial concentra-se em províncias ou municípios como Shanghai, Zhejiang e Fujian e Leste da China, onde é mais avançado o nível do desenvolvimento económico.
Energia eólica
Trata-se de outra forma transformada da energia solar. O vento vem do movimento horizontal do ar resultante do desiquilíbrio do calor distribuído pelas radiações solares em diferentes lugares do Globo. O vento produz a força energética.
O potencial de energia eólica no Globo é enorme, atingindo 1.3×1015 watt, equivalente a cerca de 3 mil vezes a energia produzida pelos combustíveis fósseis actualmente existentes no mundo. A energia eólica tem as vantagens de ser amplamente distribuída, renovável, limpa e não poluente. No entanto, com as desvantagens da irregularidade, e do facto de a baixa capacidade energética do vento obrigar a que o diâmetro das rodas impulsoras das turbinas eólicas seja centenas de vezes maior do que as das turbinas hidráulicas, para a produção da mesma energia, o que dificulta em parte a sua utilização.
A energia eólica aplica-se, nomeadamente, à produção de energia eléctrica, que constitui o seu principal aproveitamento e tem um significado importante para a resolução da crise da energia no mundo. Mas as dificuldades, como a instabilidade e a irregularidade da orientação do vento, e da sua velocidade restrigem o seu amplo aproveitamento. O progresso cada dia mais rápido da ciência e da técnica permitirá, no entanto, ultrapassar algumas dificuldades e melhorará as perspectivas da produção eléctrica a partir do vento. Nos Estados Unidos existem mais de vinte mil unidades eléctricas de energia eólica que representam 10% da capacidade produtiva total daquele país, prevendo-se atingir, em 2020, cerca de 25%, estando ainda previsto instalar, no vale de Altamont, o maior campo de produção energética eólica com a capacidade total de 7 milhões e 730 mil watt.
Energia geotérmica
Existe no interior do Globo uma grande quantidade de energia. A energia geotérmica vem do decaimento dos elementes radiactivos do estrato. Com o aumento da profundidade a temperatura é cada vez mais alta. À profundidade de 5 quilómetros a temperatura é superior a 300℃. O Globo dispersa anualmente, para a atmosfera, o calor equivalente ao produzido pela combustão de 38 biliões de toneladas de carvão. São comuns duas formas de energia geotérmica: calor das águas quentes e calor seco. As águas subterrâneas absorvem o calor do magma, tor-nando-se quentes. Também se podem fazer perfurações na crosta quente, preenchendo-as depois com água. A partir do início deste século, a utilização de energia geotérmica tornou-se cada dia mais vulgar. Na Islândia cerca de 80 a 85% da procura de energia a nível nacional é satisfeita por este tipo de energia.
A geração eléctrica, através da transformação da energia calorífica das águas quentes e vapores, conduzidos do fundo subterrâneo, em energia eléctrica, constitui o meio basilar do aproveitamento da geotermia. A Itália foi o primeiro país a pôr em prática a geração eléctrica com a energia geotérmica. A capacidade mundial das instalações geotérmicas de geração eléctrica, espalhadas por mais de 10 países, totaliza cerca de 2 milhões de quilowatt. De acordo com os resultados da investigação realizada no Japão sobre os custos da geração eléctrica, respectivamente com as energias geotérmica, térmica, hidráulica e atómica, a geotérmica é mais barata do que as outras, pelo que todos os países estão acelerando a sua exploração. As capacidades planeadas pelo Japão e pelos Estados Unidos ultrapassarão, em 2000, respectivamente valores de 50 milhões e de 100 milhões de quilowatt.
Energia nuclear
A energia nuclear contida nos núcleos atómicos inclui as forças libertadas no pro cesso de desintegração, fusão e radiação dos núcleos atómicos bem como no da aniquilação das matérias atómicas.
Então como fazem os núcleos atómicos libertar a sua energia? A desintegração dos núcleos atómicos pesados e a fusão dos leves são as duas hipóteses mais disponíveis. Na actualidade, as enormes energias das bombas atómicas e das centrais nucleares vêm da desintegração dos núcleos atómicos provocada pelo bombardeamento com neutrões dos núcleos atómicos.
O principal combustível que contribui para a desintegração nuclear é o Urânio 235 extraído dos minérios urânicos. Pode-se extrair sete toneladas de Urânio natural em cada mil toneladas de minérios urânicos. Segundo os cálculos se a procura actual se mantiver inalterada a reserva do Urânio 235 no mundo satisfará apenas a necessidade de consumo para os próximos 30 a 40 anos.
Por isso, a pesquisa nuclear a desenvolver no futuro deve acentuar nos meios de elevar o valor adicional nuclear e a sua aplicação, procurando aproveitar os reactores nucleares e combinar o Urânio 235 com um neutrão a fim de transformá-lo em Plutónio 239 - outro combustível nuclear facilmente desintegrado - o que multiplicará os recursos nucleares existentes satisfazendo a necessidade dos séculos vindouros.
Energia biológica
Trata-se de energia que vem das matérias biológicas incluindo as plantas, animais e microrganismos. Todas estas matérias fundamentalmente oriundas da energia solar são renováveis. Antigamente, os nosso antepassados sabiam utilizar as plantas como combustíveis. Com o actual desenvolvimento tecnológico o aproveitamento, deste recurso energético, terá uma óptima perspectiva de desenvolvimento.
As matérias biológicas existem em grande quantidade produzindo-se anualmente cerca de (144 a 180) biliões de toneladas, equivalente a mais de dez vezes o consumo energético anual do Globo e ocupando 10% da totalidade dos recursos energéticos existentes. No entanto, a percentagem mundial da utilização deste tipo da energia é relativamente baixa, sendo apenas nos países industrializados (3 a 4)%, nos países em via de desenvolvimento 60% e no nosso país 30%.
Gás dos pântanos (metano)
Gás dos pântanos, de que o metano constitui o seu principal componente químico, é um tipo de gás combustível que aparece nas áreas pantanosas.
Fermenta, sob condições pobres em oxigénio,de fezes, de palhas, de ervas, de águas e de substâncias residuais que contêm organismos, onde existem bactérias metânicas e outros grupos de bactérias que decompõem respectivamente as celuloses, as proteínas e as gorduras, nutrindo directa ou indirectamente as bactérias metânicas e promovendo a rápida produção do metano. Dantes, a eficácia do aproveitamento era baixa e pequena a escala da produção do gás de pântanos, sendo nomeadamente utilizado como combustível e para a iluminação.
A técnica de produção industrial desta energia possibilitará o tratamento eficiente de grande quantidade das águas residuais descarregadas por indústrias alimentares, de produção de papel e de abate, eliminando a poluição e aproveitando alguma energia.
Plantas energéticas
Algumas plantas que contêm hidrocarbonetos e que contêm componentes petrolíferos podem ser directamente utilizados para substituir o diesel.
Outras plantas com abundantes carbohidratos podem servir para a produção do álcool.
O grupo de vegetais que contem gordura serve não só como alimento dos homens, mas também como matéria-prima industrial.
Essas plantas energéticas constituem a parte integrante dos recursos energéticos do mundo de que vale a pena explorar o seu potencial energético. A União Europeia planeia desenvolver, a produção de plantas energéticas baseando-se em técnicas biológicas.
* Membro do Conselho do Ambiente
Este artigo foi traduzido por Wu Xinjuan
