Eficiencia Energetica, Projectos Portugueses apresentados no ENERGEX 2004

Aproveitar bem as várias formas de energia é a preocupação de muitos investigadores. Apresentam-se dois trabalhos que visam a eficiência energética, quer isto dizer, que pretendem usar menos energia para obter melhores resultados.
A ilha de Porto Santo serve de modelo para exemplificar um processo de rentabilização da água do mar. Para fornecer água potável a toda a população foi instalado um sistema de dessalinização através da osmose inversa.
Trata-se de um processo de filtragem dos componentes. A água salgada entra em contacto com uma membrana selectiva que retém o cloreto de sódio, o sal, e deixa passar a água no seu estado puro. “A utilização da osmose inversa à escala industrial para dessalinização da água do mar, começou a ser possível nos anos 60 com o desenvolvimento de membranas assimétricas que, pelo facto de terem grandes fluxos de permeabilização e grande selectividade, permitiram ser uma alternativa aos processos técnicos que são processos de utilização intensiva de energia,” explica Maria Norberta Pinho, professora do Instituto Superior Técnico.
Este trabalho foi desenvolvido por uma equipa de investigadores do Instituto Superior Técnico. O objectivo é optimizar a configuração dos módulos de forma a baixar os custos de produção da água doce e o consumo de energia. “Este trabalho é uma parte pequena de um trabalho que temos vindo a desenvolver num tipo de módulos usados para a produção de água por osmose inversa,” explica a investigadora. “São uns módulos enrolados em espiral que são módulos muito compactos, que, associam algumas centenas de metros quadrados por área de membrana por metro cúbico. Mas pelo facto de serem módulos compactos têm alguns problemas que nós temos vindo a trabalhar,” continua.
Os problemas passam pela eficiência da tecnologia que liga a dinâmica de fluidos e a transferência de massas. Esta conjugação é fundamental para o sucesso do sistema.
Em Portugal, a única instalação é a de Porto Santo que é de capacidade média. O factor escala ainda é muito importante para a sustentabilidade do processo, mas este já deu provas das suas vantagens. “Para além de serem processos menos exigentes do ponto de vista energético são processos que são chamados de limpos, porque do ponto de vista do ambiente permitem o tratamento de águas contaminadas, permitem a reciclagem da água nos processos químicos.”
Como se trata de uma tecnologia recente, a sua aplicação ainda não é muito comum.
Do mesmo fala Neil Turley. Engenheiro mecânico de formação, veio para Portugal há oito anos. Nos últimos quatro tem vindo a desenvolver um projecto na área da eficiência energética. O objectivo é criar soluções comerciais de aquecimento de casas através da energia solar. “O grande problema da energia solar sempre foi a forma de armazenamento da energia do dia para a noite, porque de noite precisamos de mais energia,” explica Turley. “Até agora houve várias investigações em universidades sobre um material que se chama PCM. Um PCM é um material de mudança de fase, ou seja, um material sólido que passa a líquido, como o gelo passa a água. Quando há esta mudança de fase há muita energia que é libertada ou absorvida,” conclui.
Estes materiais são instalados no chão do edifício. No telhado, as placas absorvem qualquer energia radiante disponível emitida pelo sol. O calor é transferido para um cilindro de água quente que vai servir de armazém. Desta forma, com a água a circular por toda a instalação é possível manter a temperatura desejada ao longo de todo o ano, tanto da casa como da água.
Este sistema está a ser implementado pela primeira vez na Europa e o lugar escolhido para começar foi Portugal. “Portugal e Espanha são os países com mais quantidade de energia solar disponível da Europa. Portugal tem das melhores conjugações de fontes de energia assim como o Golfo da Arábia. Tem ondas, vento, energia solar e energia geotérmica. Com este sistema de energia solar as casas portuguesas podem reduzir drasticamente o consumo de combustíveis fósseis.”
De forma a tornar este processo mais conhecido, Neil Turley criou uma página na Internet que vai funcionar como um intermediário. “Queremos usar a internet para dar informação. Para permitir às pessoas, que vão à página, colocar informações sobre onde é a casa, qual o tamanho, quantos andares, qual o tamanho dos quartos. Com estas informações eles têm imediatamente os custos do sistema, o design, as implicações ambientais, como o gás CO2 que é poupado e também é uma forma de entender como é que o sistema funciona,” explica o engenheiro.
Soluções para o aproveitamento dos recursos energéticos naturais são uma preocupação que ocupa muitos investigadores. Portugal reúne as melhores condições, em termos de fontes de energias limpas, mas ainda tira pouco partido da maior parte delas.

Uma nova idéia para produzir hidrogênio

Químicos da Universidade de Massachusetts em Boston dizem ter descoberto um meio de duplicar a eficiência de um processo de produção de hidrogênio movido a energia solar. O avanço pode eliminar as dúvidas sobre o verdadeiro benefício ambiental dos futuros veículos movidos a célula de combustível.

Atualmente, a maior parte do hidrogênio combustível é produzida num processo conhecido como reformação de vapor, um processo que mistura vapor d'água com gás natural. Os críticos da tecnologia de células a combustível afirmam que a troca da gasolina por um combustível extraído do gás natural faria pouco para limpar o meio ambiente, além de não reduzir a dependência da indústria automobilística pelos materiais fósseis.

Os processos baseados na energia solar, por outro lado, usam a energia contida na luz do sol para dividir moléculas de água em moléculas independentes de oxigênio e hidrogênio. O método é seguro para o ambiente, mas, até agora, não era eficiente o bastante para ser levado a sério. "Este é um avanço fundamental na produção de hidrogênio", disse Stuart Licht, professor da UMass e líder do estudo. "Isso confirma que podemos criar quantidades muito grandes de hidrogênio simplesmente usando energia solar e água".

Ao contrário dos geradores solares de hidrogênio atuais, que apenas aproveitam a porção elétrica das partículas de luz, o processo desenvolvido na UMass também utiliza a energia térmica produzida pela luz solar infravermelha. A energia é utilizada para aquecer a água a 600 graus Celsius, para depois injetá-la numa solução alcalina onde é forçada a se dividir em hidrogênio e oxigênio por uma corrente elétrica. Um artigo descrevendo o processo deve ser publicado na edição de dezembro da revista científica Chemical Communications.

De acordo com Licht, O processo tem eficiência de 30%, o que significa que a quantidade de hidrogênio gerado armazena 70% menos energia que a luz usada para produzi-lo. Os processos anteriores tinham eficiência máxima de 18%. "A chave para isso é o uso da poção térmica dos fótons", afirma Licht. "Estamos tirando vantagem do espectro inteiro e usando diferentes porções dele para obter recursos diversos".

Apesar disso, Licht destaca que a técnica ainda não está completamente pronta para uso comercial. Segundo ele, a tecnologia solar para produção de hidrogênio pode demorar de dois a seis anos para tornar-se disponível.

Para outros pesquisadores, as estimativas e Licht são otimistas demais. "As abordagens baseadas na energia solar ainda têm muito caminho pela frente antes de poderem competir. Talvez isso só venha a acontecer daqui a 20 anos", disse John Turner, cientista do Laboratório Nacional de Energia Renovável em Golden, Colorado.

De qualquer forma, os cientistas concordam que será preciso fazer mais pesquisas nessa área para que as células de combustível se tornem um substituto viável dos atuais motores a gasolina. "Com pesquisas adicionais direcionadas à redução do custo das células solares, além da otimização dos sistemas como este proposto pelo professor Licht, a energia solar poderá, um dia, fornecer o hidrogênio e a eletricidade de que necessitamos para mover nossa sociedade", destacou Turner.

Além do trabalho feito na UMass, duas outras universidade americanas anunciaram, no último mês, suas intenções de avançar na pesquisa de tecnologias para a produção de hidrogênio com energia solar. O primeiro anúncio veio da Universidade de Toledo, em Ohio, que recebeu uma verba de US$ 2 milhões para criar seu Centro de Eletricidade Fotovoltaica e Hidrogênio. O segundo foi o da Universidade de Nevada, que acaba de gastar US$ 1,4 milhão um gerador solar de hidrogênio da Proton Energy Systems, uma empresa especializada em sistemas de células a combustível.

"A energia solar está abrindo muitas possibilidades interessantes", disse Licht. "Estamos nos dirigindo a um modelo de sociedade que usa o hidrogênio como seu combustível primário, e isto é maravilhoso".

Hydrogen3

Quase dez mil quilómetros depois, eis que o «Hydrogen3» está prestes a chegar a Portugal. A chegada deste veículo, movido a hidrogénio, está a ser preparada com toda a pompa e circunstância. A tal ponto que, no próprio dia da chegada, será realizada uma conferência dedicada às células de combustível e ao futuro da mobilidade automóvel, no Instituto Superior Técnico.

A bordo do «Hydrogen3»

Partiu da Noruega e está na estrada há quase 1 mês. Nesta longa maratona, o «Hydrogen3» passou por 14 países europeus. Ou melhor: está prestes a entrar naquele que é o 14º país e que é, justamente, Portugal.
O veículo, movido a hidrogénio, foi construído pela General Motors. Até agora, o automóvel tem superado todos os obstáculos durante o longo percurso, tais como as alterações atmosféricas e a constante mudança das densidades de tráfego que influenciam o consumo.
A cada paragem troca-se de condutor e abastece-se a viatura, através de um posto de combustível móvel. A esta altura o «Hydrogen3» atravessa Espanha e avança em direcção a Portugal, mais precisamente ao Cabo da Roca, cuja chegada está programada para 9 de Junho.

Os detalhes da máquina

Mas, afinal, que carro é este? À primeira vista, o «Hydrogen3» assemelha-se a um automóvel perfeitamente normal. Ainda para mais, este protótipo baseia-se na versão de um dos veículos da Opel – o Zafira - com 5 lugares.
Quem observar atentamente o motor, certamente reparará nas diferenças… e, para isso, não é preciso ser-se um «expert» em mecânica. Na verdade, existe uma pilha (que não é mais do que um bloco de 200 células de combustível ligadas em série), que geram 80 kW de potência constante.
Nestas células, o hidrogénio e o oxigénio reagem separadamente num processo electroquímico, com a ajuda de um catalisador, produzindo água. A maior parte da energia química gerada durante esta reacção é, então, convertida em energia eléctrica.
Quanto a velocidades, eis os números: com um sistema de propulsão quase silencioso, o «Hydrogen3» acelera dos 0 aos 100 km/h em cerca de 16 segundos, podendo alcançar uma velocidade máxima de 160 km/h.

Do automóvel para a conferência

Já se sabe que a chegada do «Hydrogen3» está prevista para a tarde de 9 de Junho, no Cabo da Roca. Esta chegada antecede precisamente uma conferência sobre «Hidrogénio e Células de Combustível: o Futuro da Mobilidade Automóvel”, que irá decorrer no Instituto Superior Técnico, em Lisboa.
Pelo centro de congressos da instituição, a partir da 10h30, vão passar Carlos Matos Ferreira (presidente do IST) e Marques Gonçalves (presidente da General Motors). São estas as figuras encarregues pela abertura da sessão que, depois disso, prossegue com Tiago Farias, presidente da Associação Portuguesa para a Promoção do Hidrogénio. O presente e o futuro do hidrogénio em Portugal serão assim discutidos pela mão deste especialista e o encerramento da conferência, previsto para as 12h30, será feito por Râmoa Ribeiro, presidente da Fundação para a Ciência e Tecnologia.

Primeiro Passo para Uma Rede de Energias Renováveis no Baixo Alentejo
Descrição: O primeiro-ministro, Durãoo Barroso, inaugura hoje o sistema hidroeléctrico de Alqueva, com dois grupos geradores e uma potência de 129,6 MW cada. É o primeiro grande projecto de aproveitamento de energias renováveis que se concretiza no Baixo Alentejo.
Seguir-se-á, ainda no ano em curso, a construção da maior central solar do mundo e a médio prazo será desenvolvida a produção de biocombustí­veis e o aproveitamento da biomassa produzida na região. Até ao final de Maio serão avaliadas as potencialidades oferecidas pela energia eólica. A região dispõe de condições para cumprir e até superar a quota comunitária de 39 por cento exigida para a produção de energias renováveis até 2010.

Só a barragem de Alqueva produzirá 460 GWh/ano, o suficiente para suprir as necessidades `do consumo doméstico, industrial, agrícola e de serviços` dos cerca de 160 mil residentes no distrito de Beja, afirma a Empresa de Desenvolvimento e Infra-estruturas de Alqueva (EDIA).

A central solar que começará, este ano, a ser instalada na Amareleja, concelho de Moura, terá uma potência máxima de 64 MW, cerca de 20 por cento da energia produzida pela barragem. A EDIA tem projectado instalar junto à barragem outra central fotovoltaica, com uma potência de 150 MW.

As condiçõees da região alentejana para a produção da energia fotovoltaica são únicas a ní­vel nacional e europeu. É o espaço territorial onde se registam os maiores ní­veis de concentração solar. A freguesia da Amareleja é considerada o seu epicentro.

A instalação deste projecto já foi iniciada com colocação de três pequenas centrais solares em outras tantas escolas do concelho de Moura, com potência somada de 75 KW. Duas delas já se encontram em funcionamento. José Oliveira, membro da administração da Amper, entidade promotora do empreendimento fotovoltaico, a par do municí­pio de Moura, salienta que a central da Amareleja «evitará que sejam lançadas na atmosfera 28.320 toneladas de CO2» .

Cerca de 120 moradores dos montes isolados de Ourique utilizam, desde Setembro de 2000, a energia eléctrica produzida por três centrais de sistema fotovoltaico/eólico, com uma potência conjunta de 100 KW.

As metas europeias
Na fileira das energias renováveis destacam-se ainda as potencialidades oferecidas, a médio e longo prazo, pelos 110 mil hectares de regadio de Alqueva e os extensos campos de sequeiro alentejanos para o plantio de espécies produtoras de biocombustí­veis.

O biodiesel é feito a partir das culturas de girassol e colza, enquanto o milho, beterraba, trigo e sorgo suportam o fabrico de bioetanol. Esta opção energética encontra-se apoiada pela directiva comunitária 2003/20/CE, que propõe, como metas indicativas, a produção de uma quota de dois por cento em 2005 e de 5,75 até 2010, para estes biocombustí­veis.

As áreas de regadio necessárias para a plantação de girassol e colza, produtores de biodiesel, variam entre os 74 mil e os 180 mil hectares. O bioetanol necessita de uma área entre os 20 mil e 72 mil hectares. Estas produções terão de ser feitas em regime de rotação, o que implica alienar o triplo ou o quádruplo daquelas áreas de cultivo.

Outra forma de energia, a biomassa, que aproveita a queima dos resí­duos florestais, lenha, ramos e folhas do sobreiro e azinheira e de outras espécies florestais do Alentejo, está neste momento em estudo.

Teresa Cordeiro, professora na Escola Superior Agrária de Beja, refere que a biomassa disponí­vel na região tem um potencial energético total de 18.500 T. joules, por ano.

A alternativa baseada na força do vento parece não ter boas perspectivas, sobretudo no interior alentejano. O mesmo não acontece na sua zona litoral, «onde é mais rentável instalar alguns parques eólicos», salienta Vicente Reis. Há vários anos que foram instalados geradores junto ao complexo de Sines. Mesmo assim, a EDIA vai colocar um gerador eólico dentro do parque temático sobre energias renováveis que será criado em Alqueva.

Mas, apesar do contributo alentejano, Portugal «dificilmente poderá cumprir até 2010 a quota de 39 por cento de produçãoo de energias renováveis que lhe é exigida a ní­vel comunitário», admite o administrador da EDIA. O seu incumprimento vai traduzir-se, no perí­odo de 2008 a 2012, num excedente de emissões de CO2 calculado entre 15 a 19 milhões de toneladas, com um preço a pagar de 40 euros por tonelada.

Tecnologia Solar


O Sol é a grande fonte de energia do nosso Planeta, porém esta energia é normalmente utilizada indirectamente sob a forma de combustíveis fósseis (petróleo, carvão), biomassa florestal, energia hídrica, energia eólica, energia das ondas, etc..

Células fotovoltaicas

O aproveitamento da energia solar para produção de energia eléctrica é possível através de células fotovoltaicas, de que são constituídos os painéis ou módulos fotovoltaicos existentes no mercado.

As células fotovoltaicas são fabricadas com materiais semicondutores, tipicamente o silício, e podem converter 7 a 16% da energia solar captada em energia eléctrica, com uma potência de pico de 60 a 140 W/m2.

Os principais tipos de células fotovoltaicas disponíveis no mercado são:

w Células monocristalinas – são as mais eficientes, podendo aproveitar 14 a 16% da energia solar, porém o seu custo é muito elevado.

w Células policristalinas – têm uma eficiência de 12 a 14% e os preços são mais acessíveis que as células monocristalinas.

w Células de silício amorfo – esta é uma tecnologia promissora, que consiste na deposição de camadas muito finas de ligas de silício sobre diversos tipos de material (p. ex. plásticos), apresentando um vasto leque aplicações, designadamente em elementos construtivos de edifícios, e tem custos de produção mais reduzidos, embora com uma eficiência inferior às células cristalinas, situando-se entre 7 e 11%.

Aplicações

Os equipamentos fotovoltaicos são particularmente indicados para utilizações de baixa potência em locais onde não existe rede eléctrica, como é o caso das ilhas Selvagens, que dispõe do sistema fotovoltaico mais antigo do País (com cerca de 20 anos), e das ilhas Desertas. A energia produzida durante o dia é armazenada em baterias e pode ser utilizada para iluminação nocturna, frigoríficos, comunicações e outros fins.

Outras aplicações muito comuns são, entre outros:

w Sinalização luminosa de estradas em locais remotos;

w Telefones de emergência;

w Iluminação de parques e miradouros;

w Casas isoladas;

w Estações meteorológicas;

w Sistemas de vigilância contra incêndios;

w Sistemas de telegestão.

Em casos como estes, os elevados custos de lançamento da rede eléctrica ou de instalação de um gerador a gasóleo, para consumos relativamente reduzidos, tornam mais interessante a utilização de sistemas fotovoltaicos autónomos com baterias.

Candeeiros fotovoltaicos para iluminação pública

Os preços dos equipamentos fotovoltaicos têm baixado substancialmente nos últimos anos. De facto, actualmente, se forem aplicados tarifários “verdes” adequados (cerca de 4 a 5 vezes o preço da energia eléctrica de origem petrolífera), contabilizando as mais-valias ambientais, como está a ser implementado em Portugal no âmbito do Programa E4, começa já a ser economicamente interessante a instalação de “centrais” de produção de energia eléctrica a partir da radiação solar, para venda à rede pública.

No futuro, os sistemas fotovoltaicos tornar-se-ão certamente cada vez mais acessíveis e competitivos em relação às outras formas de energia, prevendo-se um significativo crescimento da produção de electricidade de origem solar, de forma descentralizada, por empresas e por particulares, para consumo próprio ou para venda, designadamente em coberturas de edifícios de habitação e de serviços.

Exemplo practico

A radiação solar no Funchal representa, por ano, cerca de 1 660 kWh/m2. Considerando 25 m2 de painéis solares de 100 Wpico/m2, a potência total de pico será de 2,5 kW e a produção anual será de 3 320 kWh, subtraindo já as perdas na conversão para corrente alternada (para compatibilizar com a rede eléctrica). Esta energia equivale ao consumo de electricidade de uma família média na Madeira.

O investimento necessário seria de aproximadamente 15 000 euros, sem incluir as baterias. Se esta energia fosse vendida à rede eléctrica, renderia cerca de 1 300 euros/ano (com os preços especiais para energias renováveis aplicados em Portugal). Deste modo, sem subsídio, seriam necessários cerca de 12 anos para recuperar o investimento, enquanto os painéis poderão durar muito mais de 20 anos.

Do ponto de vista ambiental, o aproveitamento de energia solar deste exemplo corresponde a uma redução de 710 kg/ano de fuelóleo na produção de energia eléctrica numa central térmica, o que representa uma redução de 2 300 kg/ano de emissões de CO2 (gás de estufa).

Na Madeira e Porto Santo, para 74 000 edifícios (Censos 2001), se fossem instalados 25 m2 de painéis fotovoltaicos de 100 Wpico/m2 em cada edifício (moradias, prédios de habitação colectiva, etc.), obter-se-ia uma área total de 185 hectares e uma potência de pico de 185 MW, resultando numa produção anual superior a 200 GWh, que é da ordem de grandeza do consumo total do sector doméstico.

Este potencial de produção equivale a uma redução de 52 500 toneladas/ano nas importações e na queima de fuelóleo, evitando a emissão de 170 000 toneladas/ano de CO2 para a atmosfera.

NOTA: Refira-se, no entanto, que esta é apenas uma abordagem teórica e que, com a tecnologia actual, uma operação desta natureza acarretaria custos incomportáveis para os produtores (domésticos e empresariais) e um aumento significativo dos preços da energia eléctrica para o consumidor.