“A densidade energética consiste na característica mais importante de qualquer fonte de energia”
Vaclav Smil. Power Density: A Key to Understanding Energy Sources and Uses (MIT Press) (Locais do Kindle 41-42). Edição do Kindle.
As fontes de energia se dividem em Fontes Primárias e Fontes de Uso Final.
As Fontes Primárias englobam os energéticos encontrados na natureza, mas nem sempre adequados para a utilização pelos consumidores. Atualmente, os seguintes energéticos se encontram no grupo de Fontes Primárias:
Por sua vez, as Fontes de Uso Final reúnem as fontes utilizadas pelos consumidores finais; indústrias, comércio e residências.
Ninguém consome energia pela energia. O consumo desse insumo resulta do uso final desejado; iluminação, calor, frio, movimento, transporte, comunicação etc.
Atualmente, pertencem às Fontes de Uso Final os seguintes energéticos:
-
- Eletricidade.
- Gasolina.
- Diesel.
- Álcool.
- Óleo Combustível.
- Gás Natural.
- GLP.
- Carvão; etc.
Como existe uma enorme variedade de subprodutos e existem fontes de energia enquadradas nas duas classificações, considera-se, para fins estatísticos, as Fontes de Uso Final como as Fontes Primárias sem a Água e o Urânio, mas com a Eletricidade.
Isso significa que as fontes primárias incluem todos os usos de energia e não apenas a geração de eletricidade.
Fontes Primárias
A Figura 1 mostra a evolução da oferta total de energia no mundo por Fonte Primária desde 1990. Deve-se ressaltar que essa oferta de energia engloba todas as fontes e usos, e a análise das fontes de energia utilizadas na geração de eletricidade serão analisadas no capítulo Eletricidade.
A oferta total cresceu 60% em 30 anos representando um crescimento anualizado de 1,6%, elevado para padrões mundiais, principalmente por ter ocorrido depois da descoberta do aquecimento global.
A oferta de 584 Exa Joules (EJ) em 2020 representa uma quantidade colossal de energia de difícil visualização, apesar de incorporar os efeitos da COVID-19.
Figura 1. Oferta total de energia.
Para se ter uma noção da ordem de grandeza da oferta global de energia, o mundo consumiu em 2020 a energia equivalente a 5.700.000 usinas de Itaipu gerando seu recorde histórico de 103 TWh obtido em 2016.
Comparando com o Brasil, a oferta de energia primária brasileira representou apenas 2% da oferta de energia primária global em 2020, que equivale a 114.000 usinas de Itaipu gerando seu valor recorde.
Por que precisamos de tanta energia?
Conforme visto no Capítulo da História da Energia, o crescimento populacional da humanidade somente se tornou possível com a utilização da energia para produzir alimentos, moradias, e outros itens indispensáveis à sobrevivência.
A Figura 2 mostra que a oferta de energia primária per capita aumentou apenas 14% no período analisado, que representa 0,5% de crescimento anual.
O crescimento populacional explica o menor crescimento da energia per capita e revela uma questão perturbadora. Nosso planeta se encontra superlotado, atingiremos a marca de 8 bilhões de indivíduos em 2022, e o Brasil possui a sétima maior população do planeta.
Além do crescimento populacional, as desigualdades sociais contribuem para o aumento da demanda por energia. Mesmo que a população permanecesse constante, o desenvolvimento econômico demandaria aumento no consumo de energia, conforme mostra a Figura 2. Na primeira década do século XXI, a oferta total de energia per capita aumentou devido ao crescimento econômico mundial.
Figura 2. Oferta total de energia per capita
De acordo com a Figura 1, o Petróleo continua a fonte primária mais importante, apesar de toda a oposição ambientalista. Adicionalmente, sua produção cresceu 38,5 % nos últimos 29 anos, representando um crescimento anualizado de 1,1% e seguindo de perto o crescimento da oferta das fontes primárias de energia.
Por que o Petróleo permanece como a fonte primária de energia mais importante? Porque é líquido1 e possui a segunda maior densidade de energia2 dentre as fontes de energia disponíveis.
O Carvão ocupa a segunda posição e apresentou um crescimento 1% ao ano, apesar de provocar maior impacto ambiental do que as outras fontes primárias. Na verdade, o petróleo, que salvou a humanidade dos malefícios do carvão, não conseguiu eliminá-lo do mercado nesses últimos 100 anos. Isso demonstra que as mudanças nas fontes de energia ocorrem muito lentamente.
Por outro lado, o Gás Natural manteve uma taxa de crescimento de 1% ao ano, praticamente igual à taxa de crescimento do Carvão.
Por que o crescimento do Gás Natural tem sido inferior ao do Carvão? 3
Os Biocombustíveis e o Lixo dominam o segundo grupo, bem abaixo dos anteriores, mas cresceram 1,5% ao ano. Porém, deve-se considerar que a lenha continua muito utilizada como fonte de energia por populações rurais e/ou mais pobres.
A Energia Nuclear cresceu 2,1% ao ano a partir 1990 e atingiu seu valor máximo em 2005. Manteve-se constante até 2011 e iniciou um declínio anual de 1,3% após o acidente de Fukushima em 2011. A partir de 2015 voltou a crescer, retornando ao valor de 2005 em 2019.
Por que a Energia Nuclear, que utiliza a fonte primária de energia com maior densidade energética não cresce?
A Energia Hidrelétrica, a fonte renovável mais importante, representava apenas 33% da energia nuclear em 1990, cresceu com a taxa de 2,4% ao ano e reduziu a diferença para a nuclear para 50%.
Por que as Hidrelétricas, responsáveis pela maior geração de energia renovável não crescem mais e sofrem tantas restrições ambientais? 4
Finalmente, aparecem a Energia Eólica e Solar, as fontes renováveis da moda, mas que representaram apenas 2% da oferta de energia primária em 2019. Contudo, cresceram 7,8% ao ano nos últimos 29 anos e muitos consideram a salvação do planeta.
Será que essas fontes renováveis conseguirão substituir totalmente o Carvão e o Petróleo?
Para responder a essa e outras perguntas, torna-se necessário compreender os aspectos econômicos das fontes de energia e a geopolítica energética.
Os aspectos econômicos das fontes energéticas se encontram no Capítulo Aspectos Econômicos e a geopolítica energética na continuação desse Capítulo.
Emissões Zero em 2050
As questões ambientais e, em particular, as emissões de gases de efeito estufa dominam o planejamento energético mundial.
A Figura 3 mostra a previsão do balanço energético total para atender o cenário de emissões líquidas zero em 2050 a partir dos dados disponibilizados pela Agência Internacional de Energia.
Observa-se que o consumo total de energia deverá diminuir 0,6% anualmente durante os próximos 21 anos.
Independentemente de qualquer outro aspecto, o atendimento dessa meta será extremamente difícil para os países em desenvolvimento e com maior crescimento populacional, particularmente para China, Índia, Brasil e Rússia.
Adicionalmente, o cenário prevê as fontes renováveis fornecendo 67% da demanda energética global, que representa crescimento anual de 5,6% durante as próximas três décadas.
- Será que o mundo consegue produzir essa quantidade de equipamentos?
- Haverá disponibilidade de matérias primas para isso?
- Existe potencial energético renovável no mundo capaz de suprir essa energia?
Figura 3. Previsão de Demanda Energética
Finalmente, a geração nuclear deverá dobrar nos próximos 30 anos e, para que isso se torne realidade, a tecnologia nuclear deverá se espalhar pelo mundo.
Esses aumentos reduziriam as emissões devido à redução de 4,8% todos os anos na produção de petróleo e gás natural e diminuição de 7% anuais na produção de carvão durante os próximos 30 anos.
Mesmo que essas metas sejam factíveis do ponto de vista técnico, as consequências sociopolíticas e econômicas serão devastadoras.
Fontes de Uso Final
As Fontes de Uso Final incluem todas as fontes de energia utilizadas por consumidores finais. Esta definição faz com que praticamente todas as fontes de energia possam ser consideradas de uso final, pois basta ter um consumidor a utilizando no mundo.
A Figura 4 apresenta a evolução do consumo de Fontes de Energia de Uso Final no mundo.
Observa-se que os derivados de petróleo dominam o uso final e continuam crescendo ao longo do tempo.
Porém, a Eletricidade, que se encontrava em segundo lugar no final do século XX, assumiu a primeira posição no início do século XXI. Curiosamente, foram necessários cerca de 100 anos para que a Eletricidade passasse de uma curiosidade científica para o topo das Fontes de Uso Final.
Figura 4. Fontes de Uso Final
O crescimento da Eletricidade, praticamente constante em 2,9% ao ano, demonstra sua importância no cenário energético e insensibilidade à volatilidade do mercado de fontes de energia.
O gás natural, que dominava as fontes de uso final até o ano 2000, cresceu 1,9% anualmente nos últimos 29 anos. Porém, se o cenário de emissões zero em 2050 for implementado, seu crescimento ficará negativo.
O Diesel, o derivado de Petróleo mais utilizado, ocupou a terceira colocação durante todo o período analisado com crescimento anual de 1,7%. Essa posição decorre do seu predomínio como o combustível dos meios de transporte. Caminhões, trens, e ônibus respondem pela maior parcela do transporte de cargas no mundo e, consequentemente, o Diesel se tornou estratégico.
A gasolina, mais utilizada por veículos leves e de passeio, ocupa a quarta posição com crescimento um pouco menor de 1,3% ao ano.
Em seguida surge o carvão, muito utilizado na geração de energia elétrica, na indústria do aço, e de cimento. Observa-se que sua demanda cresce nos períodos de crescimento econômico quando o preço das fontes de energia aumenta. Na média, o crescimento do carvão permaneceu em 1,9 % ao ano, superior ao da Gasolina e Diesel, mas igual ao da Eletricidade. Esse resultado se encontra de acordo com o Capítulo Eletricidade, porque o Carvão ocupa a posição de fonte primária mais utilizada na geração de energia elétrica.
Conclusões
Fontes Primárias de Energia se encontram disponíveis na natureza, mas nem sempre adequadas para os consumidores. Por outro lado, os consumidores finais podem utilizá-las, mas nem sempre se encontram disponíveis na natureza.
O consumo de mundial de energia cresce continuamente com o aumento da população e do desenvolvimento econômico. Por outro lado, o crescimento populacional e econômico induz à multiplicação do consumo de energia.
A densidade energética das fontes de energia, definida como a razão entre energia da fonte e a sua massa, também conhecida como poder calorífico no caso dos combustíveis, determina a escolha da fonte primária. Por isso, o Carvão substituiu a Biomassa (Lenha e Carvão Vegetal), os derivados de Petróleo tomaram o lugar do Carvão, e o Urânio deveria suceder os derivados de Petróleo. Porém, elevadas densidades de energia ocasionam desastres mais catastróficos.
A História da Energia mostrou que a humanidade se tornou dependente da energia para manter a população sempre crescente.
A Eletricidade consiste na única fonte de energia que deverá permanecer para sempre porque é flexível, segura, e eficiente, porém ela inexiste na natureza.
Consequentemente, a geração de energia elétrica requer uma fonte primária de energia, mas todas possuem limitações.
Referências
Agência Internacional de Energia (IEA) é uma organização criada em 1974 dentro da OECD – Organization for Economic Co-operation and Development – para implementar um programa energético internacional. Por isso, seu banco de dados é extremamente valioso para todos os estudiosos da questão energética no mundo.
Os objetivos da organização são:
- Manter e aprimorar mecanismos para lidar com crises de suprimento de petróleo;
- Promover o uso racional da energia;
- Operar sistema permanente de informação sobre o mercado internacional de petróleo;
- Desenvolver fontes alternativas de energia e seu uso eficiente;
- Promover a colaboração internacional na área de tecnologia energética;
- Auxiliar na integração das políticas ambientais e energéticas.
Os países membros da OECD são: Austrália, Áustria, Bélgica, Canadá, República Checa, Dinamarca, Finlândia, França, Alemanha, Grécia, Hungria, Islândia, Irlanda, Itália, Japão, Coreia, Luxemburgo, México, Holanda, Nova Zelândia, Noruega, Polônia, Portugal, Eslováquia, Espanha, Suécia, Suíça, Turquia, Reino Unido, EUA. Destes 30 países, apenas Islândia e México não pertencem a IEA.
OECD América do Norte é formada por Canadá, México e USA.
OECD América Latina é o restante da América. Observem que México não é considerado América Latina.
OECD Pacífico é formado por Austrália, Japão, Coreia e Nova Zelândia. China é a República Popular da China e Hong Kong.
Não OECD Europa é formado por Albânia, Bósnia, Herzegovina, Bulgária, Croácia, Chipre, Gibraltar, Macedônia, Malta, Romênia, Servia, Montenegro e Eslovênia.