Células de combustível é o nome dado a dispositivos criados para a produção de eletricidade a partir do hidrogênio. Pela Figura 14, observa-se que o combustível (normalmente o hidrogênio) supre um dos eletrodos – o anodo, para reagir eletroquimicamente com um oxidante (o oxigênio) que será suprido no outro eletrodo – o catodo. Entre esses dois eletrodos, situa-se um eletrólito que permite o fluxo dos íons positivos e negativos, induzindo assim uma corrente elétrica por meio do circuito externo.
A célula de combustível difere de uma bateria, pois não acumula energia, sendo apenas geradora de energia elétrica enquanto se mantiver o fluxo dos reagentes (hidrogênio e oxigênio). A geração de eletricidade em uma célula combustível é o inverso do fenômeno presente no processo de eletrólise. Sendo de baixa tensão, as células de combustível devem ser dispostas em grande número e em série, para que possam ser utilizadas efetivamente.
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Figura 14 – Esquema básico de uma célula de combustível Fonte: Reis & Silveira (2000, p. 122).
De acordo com as características dos eletrólitos usados, as células de combustíveis são divididas em células de ácido fosfórico, células de carbonato fundido, células de óxido sólido e células de membrana de troca catiônica. As diferentes células operam com diferentes temperaturas e com eficiência, em função do material utilizado e do aproveitamento do
combustível empregado.66 Essas tecnologias encontram-se em testes por empresas
interessadas no negócio. No mundo, ainda muito poucas encontram-se em operação. A tecnologia de células de combustível também pode ser usada em ciclo combinado.
O hidrogênio pode ser produzido eficientemente a partir do uso de várias fontes renováveis disponíveis, usando métodos como a eletrólise da água, no qual a energia elétrica requerida para o processo pode ser fornecida através de geração eólica, hidrelétrica, solar fotovoltaica, gaseificação da biomassa etc. A diversidade de fontes primárias irá facilitar o papel do hidrogênio como um transportador universal de energia do futuro (Reis & Silveira, 2000, p. 126).
O hidrogênio pode ser considerado o combustível do futuro por apresentar potencial de exploração e ser o menos poluidor. No processo de combustão, os gases gerados são os
óxidos de nitrogênio (NOx), os quais podem ser reduzidos a níveis negligenciáveis com o uso
de queimadores catalíticos, e o produto dessa combustão é a água. Se o hidrogênio for produzido por meio de recursos renováveis, é possível não haver geração de GEE nem de outros poluentes na produção e uso da eletricidade.
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Para maiores detalhes, veja Reis & Silveira (2000), capítulo 2.
Sentido do fluxo dos elétrons H2 O2 Anodo Eletrodo Catodo H2O Carga
espaciais e em alguns shopping centers (processo conhecido como chillers de absorção: absorvem o vapor em máquinas térmicas apropriadas). Assim, apesar de confiável e de ser considerada uma fonte “limpa”, essa tecnologia ainda é cara e pouco construída e usada no mundo. No Brasil, por enquanto não é adotada para a geração de eletricidade.
3.2.3.2 Sistemas híbridos
Estes sistemas de geração de eletricidade podem ser formados apenas por fontes renováveis ou podem conjugar fontes renováveis e não renováveis, combinando-as. As possibilidades de diferentes combinações variam com as condições climáticas e a estrutura regional, podendo ser:
• solar-diesel – combinação de energia solar fotovoltaica com algum tipo de combustível
(gasolina, diesel, gás), favorecendo regiões isoladas e de difícil acesso;
• solar-eólico – combinação que visa ao aproveitamento conjunto de forma anticíclica;
períodos de grande radiação solar e períodos de pouco vento (verão); assim a complementação visa a um nivelamento da oferta de energia durante o dia;
• diesel-eólico-solar – combinação de geradores a diesel com instalações de energia solar-
eólica que objetiva abastecer seguramente as regiões isoladas de países em desenvolvimento;
• biogás-eólico-solar – combinação de instalações de energia solar e eólica com o
aproveitamento de gases provenientes da decomposição de matéria orgânica, podendo ser usados em centrais térmicas num processo descentralizado.
O sistema de combinação de fontes diferentes visa otimizar o uso energético global e atender a localidades isoladas numa geração elétrica descentralizada, com custos menores.
As externalidades negativas geradas pelos sistemas híbridos são as mesmas causadas pelos processos utilizados em separado e envolvem não apenas a tecnologia, mas também o combustível usado a partir de fontes renováveis ou não renováveis.
Assim, com base no conhecimento das tecnologias disponíveis para a produção de energia elétrica e dos combustíveis que podem ser associados a essa geração, possibilitado pela descrição aqui realizada, pode-se saber se as opções nacionais por determinadas fontes energéticas são de fato mais impactantes, ambientalmente ou não.
Conclui-se então que as tecnologias associadas aos combustíveis de origem fóssil são
as mais utilizadas no mundo e as mais poluentes e impactantes na emissão de CO2 (Tabela 5)
rapidamente o “paradigma dos hidrocarbonetos” por se estar preso ao lock-in tecnológico, duas opções não excludentes são colocadas para a redução das externalidades ambientais causadas para a produção de eletricidade: (a) o melhoramento na eficiência das tecnologias de geração de combustíveis fósseis, buscando assim reduzir os poluentes na fonte de sua produção; (b) o aumento da participação dos combustíveis renováveis na geração de eletricidade.
Foi visto que as tecnologias têm sido melhoradas e novas estão surgindo, mesmo não sendo, por enquanto, aplicadas em larga escala. Em relação às fontes renováveis, a tendência é de que se tornem mais atrativas e competitivas no futuro, principalmente se os países introduzirem em suas análises de custo/benefício as questões ambientais e sociais provocadas pela energia produzida a partir de tecnologia e combustíveis poluentes.
Somente diante da noção do que pode constituir-se numa trajetória tecnológica sustentável para cada país, reconhecendo suas fontes naturais e sua dependência de insumos externos, é viável uma análise das decisões políticas direcionadas à geração de energia elétrica. A grande diversidade climática do Brasil, por exemplo, torna-o um país com grande possibilidade de utilização de tecnologias de fontes renováveis de energia. Contudo, algumas políticas estratégicas do setor elétrico e de transportes vêm contribuindo para uma mudança no perfil energético a ser seguido a médio e longo prazos.
Decisões de planejamento e política, como importar o combustível e/ou importar a tecnologia, são algumas questões discutidas no próximo capítulo, que tratará dos condicionantes internos e externos ao planejamento de energia na atualidade e dos desafios e perspectivas atuais com relação à sustentabilidade ambiental do sistema energético brasileiro.
DESAFIOS E PERSPECTIVAS PARA
A SUSTENTABILIDADE AMBIENTAL
DO SISTEMA ENERGÉTICO NO BRASIL
Este capítulo objetiva abordar o planejamento energético brasileiro e os principais fatores internos e externos atuais que possam condicionar sua direção futura. Enfoca também os determinantes que se colocam a favor ou contra a manutenção de um padrão tecnológico sustentável no país e as atitudes tomadas pelo governo brasileiro, diante da crise no setor energético especialmente evidenciada em 2001. Por fim, discute como uma crise energética pode constituir-se em estímulos ou obstáculos a uma trajetória consciente e sustentável de tomada de decisões no setor elétrico.
4.1 CONDICIONANTES INTERNOS E EXTERNOS AO SETOR ELÉTRICO