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O menino que descobriu o vento como fonte de energia e venceu a seca

 

Foto: Netflix/Divulgação

 

Quantas vezes você já recarregou o seu smartphone hoje? Alguma vez parou para fazer essa conta? Talvez não, se você tiver eletricidade disponível ao alcance de uma tomada (ou de uma bateria externa). Mas o garoto William Kamkwamba e sua família precisavam pensar sobre isso o tempo todo. Produtores rurais no Malawi, na África, eles não tinham acesso nem à eletricidade nem à água encanada. A falta desses recursos deixava sua família à mercê das secas, que comprometiam as plantações, sua fonte de renda. Para completar, o acesso à educação por ali era escasso, só quem podia permanecer na escola era quem podia pagar por ela.

Em meio a esse cenário, com uma hélice de ventilador de trator, peças de bicicleta, pedaços de cano e outros itens catados no lixo, William Kamkwamba, de apenas 13 anos, transformou uma ideia em prática: construiu um “cata-vento” para salvar a sua comunidade da fome. O start veio depois que o garoto tomou contato com um livro sobre energia eólica, aquela que é gerada a partir do vento. A história, baseada em fatos reais, é retratada no filme “O menino que descobriu o vento”, produção original da Netflix, que estreou no serviço de streaming em março de 2019.

O longa, dirigido por Chiwetel Ejiofor (“12 anos de Escravidão”), que também interpreta o pai de William, é inspirado no livro homônimo, escrito por Kamkwamba e pelo jornalista Bryan Mealer, publicado em 2009.

 

 

A invenção de William e o papel das energias renováveis em comunidades sem acesso a um sistema de distribuição

O que William fez foi criar uma tecnologia para gerar eletricidade por meio de uma fonte de energia renovável abundante na região, a eólica, que cresceu 12% no mundo em 2018. A invenção tinha uma função muito clara na cabeça dele: trazer água para irrigar as plantações de sua comunidade que foram destruídas pela forte seca na região.

Em um relato publicado no HuffPost US, ele contou que o insight veio depois que ele entrou em contato com livros de ciência de uma biblioteca local, pelos quais diz ter se apaixonado, e descobriu como funcionavam os motores e a eletricidade. “Um outro livro dizia que um moinho poderia bombear água e gerar eletricidade. Bombear água significava irrigação. Uma defesa contra a fome. Então eu decidi construir um moinho sozinho”, lembra Kamkwamba no TEDGlobal2009.

Mas para construir essa solução para salvar sua família e comunidade da fome, esse jovem de apenas 13 anos teve de passar por muitos desafios. Para descobrir o que aconteceu com William e sua família depois de sua invenção, recomendamos que assista o filme. Sinalizamos que o debate que ele levanta é pra anteontem: mais de 1 bilhão de pessoas ainda não têm acesso à energia elétrica, de acordo com o relatório “Monitorando o ODS 7: Relatório de Progresso Energético 2018”, publicado pelas Nações Unidas, Banco Mundial e Organização Mundial da Saúde (OMS). A maioria delas está no continente africano. A meta é que em 2030 cada uma dessas pessoas tenha eletricidade em suas casas.

Pensando na realidade brasileira, embora tenhamos avançado bastante nos últimos anos, 0,95% da população ainda está sem acesso à energia elétrica, segundo a publicação  “Quem ainda está sem acesso à energia elétrica no Brasil?”, do Instituto de Energia e Meio Ambiente (IEMA), o que corresponde à quase 2 milhões de pessoas, se pensarmos que o Brasil tem 208,4 milhões de habitantes. A maioria se encontra na Região Norte do país em lugares dispersos ou de difícil acesso. O documento ainda ressalta a importância das fontes renováveis de energia (como a dos ventos, a do sol, a da água e das plantas. Sim, você está lendo certo, das plantas)  para essas comunidades que ainda não estão ligadas à grande rede que compartilha a eletricidade gerada no país, o chamado Sistema Interligado Nacional.

Nesses locais, a eletricidade é gerada localmente, nos quais os geradores a diesel ou gasolina ainda são muito usados. Mas, como aponta o IEMA, eles têm desvantagens em relação às tecnologias renováveis, porque poluem o ar, têm um custo de combustível e manutenção mais caros, são mais barulhentos e quebram com maior frequência. Uma das soluções apontadas, por exemplo, é utilizar esses geradores de forma complementar às fontes de energia renovável disponíveis no local, como a fotovoltaica, eólica, hidráulica e biomassa.

Não por acaso, dentre os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU, está o  ODS 7, “Energia Limpa e Acessível”, com o intuito de “assegurar o acesso confiável, sustentável, moderno e a preço acessível à energia para todas e todos”. Os ODS são compostos por 17 objetivos que precisarão ser atendidos em 2030 como um esforço mundial para salvar a Terra e o que vive nela..

A história do menino William mostra que o acesso à água e à energia é uma questão urgente que permeia aspectos políticos, sociais, econômicos, tecnológicos e ambientais e que está longe de ser um problema isolado. Você já parou para pensar nisso? Nós, por exemplo, ficamos pensando em quais seriam as histórias de cada uma das outras milhões e milhões de famílias como a do William.

Texto: Sarah C. Schmidt

Revisão técnica: Rodolfo Gomes

Planejamento e armazenagem de energia

Uma das maneiras que tenho para apresentar o sistema energético nas minhas aulas é separar as tecnologias de energia em grandes grupos: as tecnologias de oferta, as de demanda ou uso final e um grupo mais complicado que chamo de tecnologias de interface. Planejamento energético é fundamentalmente planejar sistemas de conversão entre formas de energia. Esse agrupamento me ajuda também nos exercícios de prospecção futura de necessidades  de demanda e oferta de energia.

 

PIR

 

 

 

 

 

Costumo iniciar o curso sobre Planejamento Integrado de Recursos com o diagrama abaixo. Convencionalmente o que se pratica é um tipo de planejamento que privilegia os investimentos na expansão do sistema de oferta de energia. Damos muita atenção às tecnologias de oferta  e às fontes de energia (petróleo, gás natural, hidro-eletricidade, etc). Novas refinarias, novas usinas elétricas, investimentos em se ampliar a oferta de combustíveis e eletricidade é o que tem guiado de maneira predominante as políticas de energia em muitos países, e em particular no Brasil. O planejamento que se pratica ainda no Brasil privilegia as tecnologias de oferta.

Quero escrever um pouco sobre um elenco de tecnologias está avançando bastante rapidamente para se tornarem comercialmente viáveis em pouco tempo. São aquelas destinadas a armazenar energia elétrica. O desenvolvimento de inovações nunca é um fato isolado. Pesquisas com novos materiais, avanços na eletrônica, juntamente com sistemas de controle e automação e a integração desses avanços com sistemas eólicos e solares, principalmente concorrem para que novos sistemas de armazenagem de energia se tornem viáveis do ponto de vista técnico (mais eficientes principalmente) e do ponto de vista econômico. A dimensão e o interesse do mercado de eletricidade e de transportes (veículos elétricos) juntamente com políticas de metas de redução de emissões são outros fatores relevantes para explicar a tendência favorável de progresso dessas tecnologias.

Há uma ampla gama de opções de tecnologias de armazenamento de energia em uso e em desenvolvimento. Não existe uma tecnologia que desempenhe sozinha todas as funções do armazenamento de energia, e a escolha daquela mais apropriada a uma aplicação específica pauta-se por critérios técnicos e econômicos, como capacidade de armazenamento e custos de capital, operação e manutenção.

Já escrevi aqui sobre o sistema brasileiro que já possui um interessante sistema de armazenagem de energia que tem sido muito importante para a segurança de fornecimento de um sistema baseado em hidro-eletricidade: os reservatórios de água. Além desse tipo de armazenagem teremos que investir e desenvolver outros métodos, uma vez que temos tido grandes limitações para incorporar novos reservatórios junto ao nosso sistema e isso o tem tornado mais vulnerável às mudanças climáticas e à expansão do consumo.

Um de meus alunos (Luan M dos Santos) fez um levantamento na literatura sobre o estágio de diversos sistemas de armazenagem de eletricidade e seus custos.O gráfico abaixo apresenta, em ordem crescente de estágio de desenvolvimento, as faixas de custo de capital (em US$/kWh) de algumas das tecnologias que se destacam ora por suas peculiaridades técnicas, ora pelas suas perspectivas de progresso e difusão. Essas informações estão apresentadas logo a seguir.

 

As tecnologias de armazenamento bombeado (PHS) e a ar comprimido (CAES) compartilham várias características, como custos de capital relativamente baixos e as mais altas capacidades de armazenamento em relação às demais rotas tecnológicas, podendo armazenar energia por períodos prolongados. Dependem, contudo, de condições geologicamente favoráveis para sua instalação. O armazenamento bombeado é uma tecnologia bastante madura, mas é precipitado afirmar o mesmo sobre CAES – sua modalidade tradicional encontra-se em plenas condições de comercialização, mas melhorias estão sendo concebidas e testadas, como armazenagem de energia a ar comprimido em pequena escala e sistemas de armazenamento em ar comprimido isotérmicos e adiabáticos.

Baterias de sódio-enxofre (NaS) e de lítio-íon (Li-íon) estão entre as mais promissoras tecnologias de armazenamento eletroquímico. As baterias NaS são notavelmente atrativas para a integração de fontes renováveis intermitentes de energia, devido à sua longa vida útil em ciclos e às suas altas densidades de energia armazenável e de potência. Mais de 99% da massa dessas baterias é reciclável, e figuram como a mais econômica opção de armazenamento em baterias. Já as de Li-íon são atualmente as que mais atraem atenção no âmbito do armazenamento de energia integrado à oferta energética, sendo o tipo de bateria mais eficiente do ponto de vista elétrico, devido à baixa resistência interna de suas células. Baterias Li-íon, porém, são tecnologias ainda caras para aplicações de larga escala no setor de suprimento energético. Aquelas baseadas em cobalto enfrentam o problema de relativa escassez de matéria prima, enquanto as baseadas em fosfato, ainda em estágio de desenvolvimento, são mais eficientes e de menor custo, apresentando também estas alta densidade energética e alta potência.

Capacitores podem ser carregados a velocidades substancialmente maiores que baterias, mas sua baixa densidade energética e sua faixa de potência de operação (da ordem de alguns quilowatts) os tornam adequados para serviços de qualidade da energia, e podem ser utilizados para maximizar a vida útil de baterias. Os supercapacitores, por sua vez, representam um grande avanço na tecnologia de armazenamento capacitivo, trazendo consigo capacitâncias e densidades energéticas muito maiores que as de capacitores convencionais. A inserção de supercapacitores em sistemas de potência que integram energias renováveis intermitentes traz diversos benefícios, oferecendo serviços de estabilização de energia em redes elétricas e em usinas eólicas e fotovoltaicas. No mesmo ramo de atuação dos supercapacitores encontram-se os volantes de inércia, relativamente recentes no comércio e com custos de capital variando amplamente. Sua grande vantagem em relação a baterias é a sua longa vida útil, capaz de promover centenas de milhares de ciclos de carga e descarga completos. Volantes de inércia são altamente eficientes, e encontram aplicações mormente em processos de regulação da qualidade da energia e fornecimento de potência em casos de interrupções de poucos segundos, ou mesmo agindo como ponte durante a mudança de uma fonte de energia a outra. A evolução do desempenho de supercapacitores e de volantes de inércia é altamente dependente de inovações em ciência e engenharia de materiais. Interessantes exemplos, nesse sentido, são o supercapacitor composto de silício e o volante de inércia baseado em fibras de carbono.

No caso específico do armazenamento térmico (TES), verifica-se um vasto espectro de tecnologias, com desenvolvimento territorialmente e temporalmente fragmentado, o que dificulta a compilação de informações sobre seus custos e parâmetros de desempenho técnico, bem como investimentos de longo prazo. Dentre as tecnologias térmicas, destacam-se, no âmbito da oferta de energia, aquelas de armazenamento a alta temperatura (HT-TES), cujo custo de capital pode variar de 200 a 300 US$/kW. O desenvolvimento de usinas solares térmicas com armazenamento de energia a alta temperatura para geração contínua de eletricidade pode oferecer uma nova alternativa para oferta de energia em carga de base.

 

 

Storage-resumo kWh
Variação de custos (US$/kWh) de algumas tecnologias de armazenamento de energia

 

 Referências

[1] Chen, H. et al. Progress in electrical energy storage system: A critical review. Progress in Natural Science, v. 19, pp. 291-312, 2009.

[2] Rastler, D. Electricity energy storage technology options: a white paper primer on applications, costs, and options. Electric Power Research Institute (EPRI), 2010.

[3] Taylor, P. et al. Pathways for energy storage in the UK. Centre for low carbon futures, 2012. Disponível em:

<http://www.lowcarbonfutures.org/sites/default/files/Pathways%20for%20Energy%20Storage%20in%20the%20UK.pdf>. Acesso em 01 abr. 2016.

[4] Rastler, D. Overview of energy storage options for the electric enterprise. Electric Power Research Institute (EPRI). 2009. Disponível em:

<http://www.energy.ca.gov/2009_energypolicy/documents/2009-04-02_workshop/presentations/0_3%20EPRI%20-%20Energy%20Storage%20Overview%20-%20Dan%20Rastler.pdf>. Acesso em 01/04/2016.

[5] Evans, A; Strezov, V; Evans, T. J. Assessment of utility energy storage options for increased renewable energy penetration. Renewable & Sustainable Energy Reviews, v.16, pp. 4141-4147, 2012.

[6] Shoenung, S. M. Characteristics and technologies for long- vs. short-term energy storage: a study by the DOE energy storage systems program. SAND2001-0765. Sandia National Laboratories. United States Department of Energy, 2001.