O consumo de energia, da antiguidade aos dias de hoje – ARTIGO | Ilumina
O consumo de energia, da antiguidade aos dias de hoje – ARTIGO
Já há algumas décadas, ficou claro que o clima mundial está mudando rapidamente, na direção de um aquecimento global. Segundo o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), em 2015, as concentrações atmosféricas de gases de efeito estufa alcançaram o nível mais elevado dos últimos 800 mil anos. A temperatura média na superfície da Terra e sobre os oceanos aumentou 0,85 ºC entre 1880 e 2012.
Com um aquecimento dessa rapidez, a humanidade tem pouco tempo para evitar que o aumento global da temperatura ultrapasse o limite de 2 ºC, como ficou acertado na COP-21, em Paris, em dezembro passado, mesmo que este já seja um limite arriscado para estancar-se o aquecimento global e evitar uma extinção em massa nos moldes daquela que extinguiu 75 % das espécies que viveram na Terra, há cerca de 66 milhões de anos.
Diante da gravidade deste problema, torna-se urgente planejar e pôr em prática medidas destinadas a limitar os impactos das atividades humanas sobre a biosfera.
O primeiro obstáculo para pôr em prática as medidas sugeridas na COP-21 está na própria ambição universal inerente à condição humana, de maximizar a utilidade presente, ou seja, a voracidade do homem por ganhos imediatos. De fato, em última análise, as mudanças climáticas são provocadas pela exploração e uso de combustíveis fósseis que, por serem cômodos e lucrativos em curto prazo, são mais empregados, embora agravem o efeito estufa.
Outro grande obstáculo é de caráter cultural, resultante dos milhares de anos em que a humanidade vem subjugando a natureza, à procura de novas fontes de energia.
As primeiras civilizações só apareceram de fato com a cultura irrigada de cereais, há cerca de 6.000 anos, na Mesopotâmia, quando a força muscular passou a ser complementada pela energia cinética dos cursos de água, além da tração animal e da lenha.
Na Ucrânia, há mais de 4.000 anos, o emprego de cavalos para tração e montaria viabilizou o transporte de madeira de regiões distantes, permitindo que a lenha pudesse ser usada como fonte regular de energia para olarias e fundições primordiais, acarretando profundas transformações econômicas e sociais, que – durante a Idade do Cobre – estenderam-se na direção da Europa Ocidental.
Depois, ao longo dos séculos, a lenha foi sendo complementada por outras fontes de energia, tais como os ventos (barcos a vela, moinhos de vento, etc.), o óleo de baleia, a turfa etc.
Ainda assim, toda a tecnologia industrial alemã do século dezoito baseava-se na madeira, a começar pelos processos de mineração e refino de metais, que dependiam de troncos, para suporte das galerias, e de carvão vegetal, para a redução dos minérios e geração de calor.
Na medida em que ficavam mais problemáticas, as velhas fontes iam sendo complementadas – ou, em alguns casos, substituídas – por novas fontes, mais eficientes, ou mais lucrativas. Assim, a força muscular foi complementada pela lenha e pela tração animal, que foi complementada pela energia das águas e dos ventos, etc.
Em seguida veio o carvão, que foi complementado pelo petróleo, na indústria, nos transportes e nos modernos sistemas agroindustriais.
No século XIX, ainda nos primórdios da Primeira Revolução Industrial, o carvão era abundante e barato. Por isto, em pouco tempo, passou à frente da madeira como fonte de energia. Com isso, as jazidas carboníferas mais acessíveis foram-se esgotando e a exploração passou ao subsolo, em poços e minas frequentemente inundadas, que tornavam indispensável o bombeamento. Esta necessidade está na origem da tentativa de empreendedores ingleses e escoceses, de empregar a máquina a vapor para o acionamento de bombas em minas de carvão. Posteriormente, a máquina a vapor foi aperfeiçoada por James Watt e passou a ser empregada em fábricas, locomotivas, navios, etc. Sem esta máquina, a Primeira Revolução Industrial não teria tomado o rumo que tomou.
No século XIX, entre os anos de 1.830 e 1.840, o emprego da eletricidade nas comunicações (telégrafo) e na metalurgia (galvanoplastia) despertou o interesse dos empresários industriais. Os grandes impulsos vieram em 1.878, quando Thomas Edison criou a lâmpada incandescente de filamento e Werner Siemens apresentou a primeira locomotiva elétrica.
Um pouco mais tarde, Nikola Tesla desenvolveu o motor de corrente alternada, graças ao qual a eletricidade passou a ser usada nas fábricas, para o acionamento mecânico. Ao mesmo tempo aperfeiçoava-se a turbina hidráulica, como alternativa para a turbina a vapor até então usada na geração elétrica. Surgiram assim as primeiras hidroelétricas de certo porte – e linhas de transmissão que permitiam o uso da energia cinética dos rios, nas cidades e nas fábricas.
Na virada dos séculos XIX para XX começava a "idade do petróleo".
Foi o petróleo que consolidou o modelo industrial moderno, caracterizado pela produção em massa, com setores dinâmicos – como o automobilístico, o naval, o ferroviário, o de máquinas e equipamentos, etc. – forçando o desenvolvimento tecnológico de indústrias satélites, ligadas às respectivas linhas de produção.
Além de o petróleo não ser renovável, sua combustão responde pela maior parcela das emissões de gases de estufa. Isto significa que todo o desenvolvimento subsequente à Primeira Revolução Industrial tem-se apoiado em bases ambientalmente deletérias – e fisicamente insustentáveis.
O petróleo abundante e barato ofereceu as condições básicas para o vertiginoso desenvolvimento da indústria automobilística, com seus fornecedores e sub-fornecedores; e uma poderosa estrutura de comercialização, que se estende por todo o mundo em paralelo à rede de distribuição de combustíveis.
Desde as primeiras décadas do século passado, a indústria automobilística vem exercendo um papel de paradigma para a moderna civilização humana. Transformado em suprema aspiração de posse das famílias, o automóvel condicionou a evolução da sociedade, consagrando o transporte individual, que influencia fortemente a ocupação do território, o urbanismo e a arquitetura das cidades modernas e acarreta importantes mudanças no modo de vida das pessoas.
Entretanto, como foi dito acima, a biosfera vem se aquecendo rapidamente, por força da combustão de petróleo, gás natural e carvão. Portanto, medidas drásticas devem ser tomadas, para limitar o uso desses combustíveis. Mas, como foi mostrado, os combustíveis fósseis exerceram e exercem um papel decisivo sobre os costumes e o modo de vidada das pessoas, de modo que, malgrado o ar triunfante exibido pelo presidente da França, François Hollande e seu ex-ministro do exterior, Lorent Fabius, no encerramento da COP-21, será muito difícil que a civilização humana possa "recivilizar-se", para se livrar do consumismo energético, em particular dos combustíveis fósseis – no escasso tempo disponível para evitar que a biosfera se torne imprópria para a vida.
* Mestre em engenharia nuclear e doutor em energia pela USP, foi engenheiro da CESP e diretor industrial das Nuclen (atual Eletronuclear)
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5 comentários para "O consumo de energia, da antiguidade aos dias de hoje – ARTIGO"
neddo sandro marcello zecca
31 de outubro de 2017 at 10:19
Ponderações sobre o Aquecimento Global.
Penso ser necessário esboçar a quantidade de entalpia necessária para que o evento aconteça.
Primeiro vamos estabelecer o que vai ser aquecido às massas totais envolvidas, seus calores específicos e a variação de temperatura que esta sendo projetada.
O que vai ser aquecido?
Massa da terra: 5,97 x 10E 21 ton.
Massa da atmosfera: 5,1 x 10E 15 ton.
As relações de massa entre a terra e a sua atmosfera torna impossível a transferência de calor suficiente para que o evento aconteça. Implica em uma temperatura na ordem de 10E 6
Vamos restringir a analise a uma milionésima parte da terra o esboço.
Pela questão do empuxo devemos considerar os oceanos e a atmosfera na sua totalidade de massa.
Da Crosta terrestre: Somente um metro de espessura do solo e a vegetação que esta na sua superfície e o material orgânico do solo.
Massas para serem aquecidas:
Atmosfera (sendo 78,08% de N2 e 20,95% de O2)…………………………………….. 5,1 x 10E+15 ton.
CO2 no ar……………………………………………………………………….. 760 x 10E+9 ton.
Oceanos e outros: Água……………………………………………………………………. 1400 x 10E+15 ton.
Gelo………………………………………………………………………… 43 x 10E+12 ton.
CO2 até 100 metros de profundidade………………………………………………… 800 x 10E+9 ton.
CO2 no restante dos Oceanos……………………………………………………….. 38000 x 10E+9 ton.
Crosta até uma espessura de 1 metro de profundidade…………………………….. 1,3x 10E+14 ton.
Vegetação e carbono no solo……………………………………………………………….. 2300x 10E+9 ton.
Das atividades humanas emissões de CO2……………………………………………… 7x 10E+9 ton.
A energia necessária para o evento ocorrer? Vamos considerar uma condição especial ao sistema proposto não haverá variações de pressão e volume com suas respectivas perdas. Admitindo uma variação positiva de 1 C0 Celsius. Sabendo que 1 BTU equivale a 252 cal. Todos os resultados obtidos são por segundo. (1 Quad = 10E15 BTU).
Atmosfera…………………………………………………………………….. 4857 Quad
Oceanos…………………………………………………………………. 5 550 000 Quad
Terra (1 metro)………………………………………………………………. 3000 Quad
Todo o fluxo de Carbono e CO2…………………………………………… 100 Quad
Participação do homem com emissões de CO2…………….. 0, 0000277 Quad
Total de 5 560 957 Quad/s para aquecer o sistema em 1 C0 grau Celsius.
Comparações uso anual energético humano de 400 Quad. Necessidade para o evento acontecer 13 900 anos de atividade humana dentro dos padrões atuais em um segundo.
Importante: Se formos verificar a participação do Homem nas suas atividades usos corrente energéticos. Seria de uma ordem de grandeza percentual de 1 x 10E-12 %. Para que o evento proposto aconteça. Um pico por cento.
Exemplo de calculo da tarefa anterior:
Vamos supor que é verdade que o nível do mar vai subir 1 metro em função de degelo. Dados superfície da Terra 5,1 10E+14 m2. Volume de água para o evento ocorrer ¾ X 5,1 x 10E+14 = 3,8 x 10E+14 m3. Calor necessário para a mudança de estado calor latente. Cada litro precisa de 248 BTU, cada m3 demandara 240 000 BTU. Donde 3,8 x 10E+14 m3 x 2,48 x 10E+5BTU = 94300 10E+15 BTU ou 94300 Quad por segundo. Algo como 235 anos de atividade humana no padrão 400 Quad anual para ser usado por segundo só para manter a mudança de estado. Ou 55 Arábias Sauditas de reservas. Não me aprofundei no calculo de elevar a temperatura de menos -40 0 graus Celsius até 0 0grau e depois elevar até a temperatura media do Oceano. Pois já na fase preliminar ficam evidentes as falhas na premissa.
Sabendo agora da demanda de energia necessária vamos verificar primeiro na Terra onde temos energias potenciais químicas capazes teoricamente para ocorrer o previsto aquecimento global.
Temos na Terra: Energia
Potencial química fossilizada total………………………………..5000x 10E+9tc
Potencial química biomassa de ciclos curtos…………………….. 610x 10E+9tc
O total disponível de energia potencial química na Terra é 200 000 Quad.
Para aquecer todo o sistema proposto será necessário entorno de 5 560 957 Quad por segundo.. Os 200.000 Quad Atendem somente 28% da demanda energética no segundo inicial. Resulta daí que qualquer atividade humana fica limitada e é impossível fazer qualquer aquecimento. A nova contribuição só será possível com o deslocamento da Terra em direção ao Sol. Mostrando que é impossível o aquecimento pela atividade humana. Para todos pensarem: Todas as formas potenciais químicas existentes na terra correspondem a 200 000 Quad. E o consumo médio anual mundial é 400 Quad. Restam para os ilustres humanos aproximadamente 500 anos. Be Happy………
Agradeço o interessante comentário do Sr. Neddo S. M. Zecca e observo que o artigo não se refere ao aquecimento de toda a massa do planeta Terra, mas sim ao aquecimento da biosfera, causado pelo efeito estufa.
Por outras palavras, o espectro completo da radiação solar penetra na biosfera e, ao atingir a superfície dos continentes e oceanos, reflete-se de volta. Como o CO2 (dióxido de carbono) é opaco às radiações infravermelhas (faixa térmica do espectro), estas ficam retidas e vão aquecendo a atmosfera.
Assim, quanto maior for a concentração atmosférica de CO2, mais intenso será o efeito estufa e mais alta irá ficando a temperatura da biosfera.
É por isto que, desde que há medições sistemáticas da temperatura da atmosfera (meados do século XIX, com a revolução industrial e o começo da substituição gradativa da lenha pelo carvão e, depois, pelo petróleo) constata-se um crescimento anual mensurável, na temperatura da atmosfera, exceto em poucos anos.
Observe-se que a combustão de lenha e outras biomassas não contribui para desequilibrar o balanço de CO2 na atmosfera, uma vez que, ao crescerem (por fotossíntese), as árvores e outros vegetais absorvem da atmosfera a mesma quantidade de CO2 que posteriormente emitirão, por combustão.
31 de outubro de 2017 at 22:41
Peço desculpas, mas devo alertar que a biofera mantém um permanente contacto entre a atmosfera, oceanos e a terra não existe isolante entre os meios. As trocas são constantes pois a atmosfera está em regime turbulento devido a rotação da terra..
Partes das radiações são absorvidas e parte refletidas quando superfícies lisas. Existe uma pequena diferença entre a abordagem francesa e a americana.
O espectro das radiações solares é tanto absorvido pelo oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono e a água. Não existe seleção. Absorver energia não significa armazenar. As trocas são permanentes e ao final equalizam a temperatura. Sabendo que a pressão parcial de vapor na atmosfera está entre 2 e 4% da massa.gráfico anexo
Alguma vez passou pela sua analise verificar quantos metros cúbicos de ar são necessários para formar um único mol de dióxido de carbono?
Sabendo que o ar pesa 1275 gramas com água, em base seca 1204 gramas e a concentração atual de dióxido de carbono no ar 380 ppm em volume após acertar para massa. Serão necessários 4000 metros cúbicos de ar para ter um mol de CO2 48 gramas/mol. Percebeu qual deve ser a temperatura do mol de CO2 para poder aquecer a massa de ar que o cerca?
Só vou me ater a uma das reações naturais de sequestro de carbono na natureza.
As reações de formação de carbonatos, bicarbonatos, oxalatos e a liquefação do CO2 nos oceanos torna impossível um aumento da concentração do CO2 devido a percentagem de cálcio, magnésio e silício nos oceanos.
Para nós que trabalhamos com trocas térmicas e tivemos acesso aos dados de Gibbs e a formulação dos Diagramas de Ellingham, fica difícil aceitar a heresia de que o aumento da concentração do CO2 implique no aumento da temperatura. Quando os diagramas apontam ao contrario o aumento da temperatura estabiliza o CO2. . Assim nós pautamos nos altos fornos na fabricação de ferro gusa.
Fica uma indagação.
Qual a razão das acusações ao dióxido de carbono?????? Pense,
Marion King Hubert em 1956, Jimi Carter em 1977,e suas declarações são uma pista.
Em vez de se guiar por um geólogo antigo e um político, por mais ilustres e meritórios que sejam (King Hubert e Jimi Carter), sugiro que você siga os trabalhos de climatologistas e geofísicos como, por exemplo, Axel Kleidon, Ralph Lorenz e Roderick Dewar e pense um pouco sobre os processos de transferência de calor no sistema climático terrestre.
São processos muito mais complicados do que simples processos de condução, convexão e radiação.
E não têm nada a ver com fornos de produção de gusa.
Prefiro parar este debate por aqui.
10 de novembro de 2017 at 12:06
Aqui eu devo divergir sobre encerrar o debate. O assunto é de extrema importância para a sociedade.
Quando mencionei o Jimmy Carter não me referia ao Presidente político. Referia-me a sua qualificação Eng. Nuclear (seu par) 59 classificado para o setor nuclear da Marinha. Que foi trabalhar com Hyman Rickoven "Pai do programa nuclear americano". No ano que me formava ele foi à televisão e fez um discurso brilhante em 1977 e atual em 2017. Estamos falando da escassez das entalpias químicas.
Perdão minhas referencias são outros militam na Termodinâmica.
Exemplo: Gerhard D Gerlic e Ralf D. Tscheuschner.
Destaco o texto:
Sugiro acessar direto as paginas 91 – 93 das conclusões caso sejam complexas as anteriores. Todas partem inicialmente de radiação, condução e convecção. O dx/dt preliminar.