Energia vital: Oceano e mares promessa da energia elétrica do futuro - Bohnen+Messtek
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O mundo foi criado a partir dele, que toma conta de 70% de toda superfície terrestre, portanto, não é de se admirar que o oceano é uma grande promessa para a energia do futuro. Pesquisas demonstram que os ciclos naturais que envolvem os fenômenos marítimos são dotados de grande potencial energético, capazes de serem reaproveitados para gerar energia elétrica de forma limpa e renovável, com mínimo impacto ambiental.
Existem três formas de se aproveitar dos recursos energéticos do mar: a energia das ondas, o movimento das marés e a diferença entre temperaturas. Para saber qual delas é mais propícia para cada região, deve-se levar em conta os diversos recursos oferecidos pela região, bem como, as mudanças climáticas, que também determinam o potencial de cada região em geração de eletricidade.
Apesar de muitos avanços de estudos nesta área, é pequeno o número de energia elétrica gerada através dos mares. Tudo começou a ser pesquisado, com a crise do petróleo e, de olho no futuro, empresas passaram a se preocupar com o fim das reservas naturais de combustíveis fósseis e procuram novas alternativas, mais eficientes e menos agressivas para o meio ambiente para manter o mundo funcionando com a eletricidade.
O sol e o vento: energia das ondas
As ondas são formadas a partir dos ventos. Estes, por sua vez, se formam por causa da energia solar. Dessa forma, podemos dizer, que as ondas dependem do Sol para se formarem. (Veja Energia Solar)
A energia do Sol aquece a Terra e, dependendo de formações naturais e sua orientação em relação ao Astro-Rei, algumas regiões são mais aquecidas do que outras. O ar atmosférico também é aquecido pela energia solar e a parte mais quente torna-se menos densa, portanto conforme esquenta, começa a subir. Mas como não existe espaço vazio, o ar mais frio "toma o lugar" do ar que está subindo. Esse ar em movimento é o vento, aquela brisa fresquinha que vem do mar em dias de sol na praia. (Veja Energia Eólica)
O vento corre na superfície da água, fazendo uma fricção que causa ondulações e a constância somada à pressão do vento sobre às ondulações, forma-se o acúmulo de água, que são as ondas grandes. O tamanho das ondas é determinado pela velocidade, tempo de duração e da distância percorrida pelo vento. Quanto maior esses fatores são, maior a onda será. Portanto, a energia das ondas é formada pela energia cinética do vento que por sua vez foi formada pela energia térmica do sol.
Cabe analisar que as ondas movimentam a energia e não deslocam água. A água se movimenta de forma circular, empurrando as moléculas quando chocam-se, passando a energia de umas às outras até a sua dispersão.
A importância da energia das ondas, é que oferece algumas vantagens em relação à captação direta da energia eólica. Em primeiro lugar, as ondas do oceano têm alta densidade energética, ou seja, elas são capazes de recolher maior volume de energia em tempo menor que os ventos. Além disso, embora o movimento das ondas seja inconstante, é mais confiável e fácil de prever para onde as ondas vão se mover do que para onde o vento vai soprar. Ademais, com um "empurrãozinho" do vento, a onda pode percorrer uma grande distância sozinha, portanto o oceano tem grande capacidade de armazenamento energético. As ondas grandes e fortes são as que mais geram energia e, por isso, são ideais para a geração de energia elétrica.
Perspectivas feitas através de estudos, mostram que a geração de energia elétrica pode atingir a margem dos 10% de toda a energia gerada no mundo em alguns anos, já que, são capazes de produzir uma quantidade enorme de energia e apenas uma pequena parte dela é necessária para a geração de eletricidade. Mas para que isso aconteça, deve-se desenvolver métodos que sejam capazes de recolher e armazenar esta energia.
Atualmente, os sistemas são pequenos, portanto mais utilizados para iluminar uma casa ou bóias de avisos do mar.
Braços mecânicos que acionam bombas hidráulicas
Trata-se de equipamentos que capturam a energia das ondas em posição perpendicular ao seu movimento. Consistem em uma parte fixa na terra ou no fundo do mar e outra que move de acordo com a onda. O movimento da parte móvel pressuriza o ar que move a turbina, que por sua vez, manda a energia mecânica para o gerador que a transforma em elétrica.
Coluna Oscilatória de água (COA)
É um tipo de terminador, formado por duas aberturas. Uma que está localizada no fundo, permite que a água entre na coluna, empurrando o ar para cima. A outra fica no topo e é por onde entra e sai o ar da coluna. Ou seja, as ondas enchem a coluna de água, pressurizando o ar de dentro, forçando-o a sair pela abertura de cima. A pressão do ar faz girar a turbina. Quando a onda desce, suga o ar de volta para baixo, então o ar gira a turbina novamente, mas com o movimento inverso.
Dispositivo de Alagamento
Trata-se de um terminador que conta com uma parede. A água passa por cima da muralha e enche o reservatório, que recolhe a água. Esta entra e sai por uma abertura e ao passar, aciona a turbina.
Salter`s Duck
É o tipo de terminador mais conhecido. Neste caso o equipamento inclui uma cabeça flutuante, em forma de gota que aciona a turbina. Apesar de ser considerado o projeto mais eficiente, ainda não foi construído na prática.
Palemis
Trata-se de um equipamento que se movimenta paralelamente ao movimento da onda e consiste em uma série de cilindros longos flutuantes que estão conectados entre si por dobradiças e são instalados no leito do mar. O movimento dos cilindros faz acionar aríetes hidráulicos nas seções conectadas, que por sua vez, acionam o gerador. Este envia a energia elétrica ao fundo do mar por um cabo que está conectado a outro conectado à terra.
Absorvedor Pontual
São equipamentos que não são instalados em relação ao movimento das ondas, portanto podem absorver a energia das ondas que vêm em qualquer direção.
O mais conhecido entre eles é chamado de Aquabuoy. Trata-se de um tubo vertical sob a água, quando as ondas passam, acionam um pistão, que consiste em um disco flutuante conectado a bombas e mangueiras. De acordo com a Finavera, desenvolvedora do equipamento, o movimento pressuriza a água no interior do tubo e movimenta uma turbina conectada a um gerador elétrico.
Simulação Usina de ondas no Tanque Oceânico da COPPE
Mas por que a energia das ondas não é usada atualmente?
Existem alguns problemas que envolvem a questão das usinas que recolhem a energia das ondas. Os métodos de conversão já estão sendo desenvolvidos e testados, porém, todos os que foram feitos até hoje, não correspondem com as necessidades práticas comerciais, pois não apresentam conversão de energia eficiente, apesar de já existirem avanços muito significativos nesta área.
Um dos maiores problemas é a frequência das ondas, que por serem muito baixas na maior parte do planeta, não são capazes de acionar a turbina de forma eficiente. Assim, é necessário o estudo de materiais, aparelhos e técnicas capazes de reverter este quadro para o aproveitamento da energia das ondas. Além disso, os custos para criação, instalação e manutenção de tais equipamentos deve ser aquém aos das outras fonte de energia para que seja economicamente viável e interessante e, dessa forma, ter os requisitos mínimos para competir no mercado.
As melhores áreas para a implantação de projetos de usinas de energia das ondas são aquelas que estão entre 30 e 60 graus de latitude. Nos EUA, a zona do Oregon é a mais indicada; Na Escócia é um país ideal, já que recebe fortes ondas, assim perfeito para o desenvolvimento de métodos de captura. Portugal há alguns anos já investe de forma pioneira em fazendas de ondas com o método Palemis.
Além disso tudo, um fator importante é a eficiência na armazenagem da energia das ondas, pois apesar serem mais confiáveis do que os ventos, ainda apresentam porcentagem de variação da qual não podemos deixar de lado, já que pode interferir no volume de energia elétrica gerada. Ademais, o contrário também pode acontecer, ou seja, o clima pode torna-se severo demais e danificar os equipamentos. Assim, torna-se necessário que se desenvolva aparelhos eficientes e duráveis, o que aumenta os custos e caímos de novo na questão econômica.
Tanque Oceânico da COPPE
O nível do mar nunca permanece igual durante as 24 horas de um dia. Trata-se do fenômeno chamado de maré, que é o movimento de subida e descida do nível das águas do mar. Responsável também por tornar viável as usinas hidrelétricas. A energia das marés é uma fonte limpa, renovável e não-poluente.
As marés ocorrem devido à força gravitacional do Sol e da Lua, diferenças que acontecem a cada 12 horas.
O método mais utilizados assemelham-se aos das hidrelétricas. Forma-se um reservatório junto ao mar com as barragens de eclusas que permitem a entrada e saída da água. O movimento da água na maré alta, faz a água entrar e aciona turbinas que são ligadas em geradores de eletricidade. Quando a maré baixa, a água sai e esvazia o reservatório, passando de novo pela turbina em sentido contrário. Mas, para que isso seja possível, deve-se ter um desnível de no mínimo 5,5 metros, o que torna sua instalação difícil, já que são poucos os lugares propícios.
Os desníveis e marés mais importantes do mundo estão na Baía de Fundy, no Canadá e na Baía de Mont-Saint-Michel, na França, as duas contam com mais de 15 metros. Já no Brasil, os locais mais propícios são estuários do Rio Bacanga em São Luís, no Maranhão, que apresentam marés de até 7 metros e na Ilha de Maracá no Amapá, que conta com marés de até 11 metros.
Os impactos ambientais causados pela instalação de usinas de marés, é sobre a fauna e a flora marítima. Mas, são muito menores do que os causados por hidrelétricas de rios, onde se constroem lagos para os reservatórios.
A energia das marés é melhor aproveitada em lugares que ofereçam diferenças grandes entre as marés altas e baixas e onde haja espaço para a construção do reservatório.
Mas existem problemas semelhantes aos da energia das ondas. Ou seja, a eficiência energética depende do ciclo das marés e sua amplitude, assim torna irregular a geração de energia elétrica, levando a considerar o desenvolvimentos de métodos para que isso não prejudique o fornecimento de energia.
Energia Térmica dos Oceanos (Gradientes Térmicos Verticais - termoclina)
Existe uma diferença de temperaturas entre a superfície e o fundo do mar, pois a primeira recebe mais incidência de raios solares. Devido a isso, é possível armazenar a energia solar e depois convertê-la em energia elétrica. Mas, para isso, a diferença de temperatura deve ser mais de 27ºC, para que se possa vaporizar fluídos de baixo ponto de ebulição.
As usinas responsáveis pela geração de energia elétrica a partir da diferença de temperaturas do oceano, utilizam um sistema de tubos circulares onde o vapor alimenta uma turbina que manda a energia a um gerador para a produção de energia elétrica. Depois, o fluido vaporizado é reaproveitado por condensação na parte fria do mar.
Existem dois tipos de usinas: as de sistema aberto, onde é usada como fluído a própria água do mar; e fechado, onde são utilizados como fluídos, o amoníaco, cloreto de metila ou dióxido de hidrogênio.
A água quente da superfície é bombeada a uma câmara a vácuo. Ali, ela evapora e se expande, movimento que faz acionar as turbinas. A água fria do fundo, por sua vez, é bombeada para o sistema e condensa o vapor. De volta em forma líquida a água é doce e pode ser aproveitada para o consumo.
O sistema OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) consiste em evaporar a amônia, com água quente da superfície, que movimenta as turbinas que estão ligadas a um gerador. Depois a amônia condensa-se na água fria ao ser bombeada para o nível abaixo, assim, já em forma líquida de novo, volta ao sistema.
O sistema térmico dos oceanos ainda estão em fase de pesquisas, portanto não existe nenhuma usina com fins comerciais e de alta geração energética. Algumas usinas-piloto foram construídas em Porto Rico, Cuba e EUA, para testes.
O gradiente térmico vertical, termoclina, pode acontecer diariamente quando se considera as diferenças de temperatura entre o dia e a noite. Pode ser também sazonal, ou seja, ocorre apenas no verão em regiões de clima temperado. Ou ainda permanente, ocorrendo o ano todo em regiões banhadas de sol e calor o tempo todo, como nas regiões de clima tropical, nesse caso, a diferença térmica é muito mais acentuada.
Após tentativas fracassadas na implantação de usinas de gradiente térmico vertical por alguns países, entre eles, o Brasil, os EUA avançaram as pesquisas nos anos 70 a fim de aprimorar as técnicas e reduzir custos.
O governo estadosunidense junto a empresas privadas, construiu um sistema pequeno de OTEC em um navio no Havaí. O sistema é capaz de alimentar a iluminação do navio e manter os computadores funcionando.