O que são fontes de energia?

As usinas elétricas não criam energia. As usinas convertem a energia disponível em diferentes formas em eletricidade. Os sistemas de geração de energia nada mais são que conversores de energia. As usinas que queimam combustível convertem a energia armazenada na forma de ligações químicas existentes entre os átomos e as moléculas presentes no combustível. Outros tipos de usinas recuperam energia existente em seu ambiente e a convertem em eletricidade.

Você talvez já tenha ouvido falar da lei da conservação de energia. Ela afirma que a energia nunca é criada ou destruída. Em vez disso, a energia só é transformada de uma forma para outra. Vamos tomar como exemplo um vaso de flores no parapeito de uma janela. Alguém teve de carregar o vaso de flores até lá. Essa pessoa usou a energia química armazenada em seu corpo para erguê-lo. Agora, em posição elevada, o vaso de flores tem energia potencial. Daí, o vaso de flores cai e, à medida que cai, ele adquire velocidade, impulso e, portanto, energia cinética. Quando o vaso de flores explode no solo, sua energia cinética é instantaneamente liberada na forma de calor no ar à sua volta. Esse é um exemplo de energia sendo convertida de energia química em energia potencial, em energia cinética e, depois, em calor. Naturalmente, vasos de flores que caem não liberam muito calor.

Mas pense, por exemplo, no que acontece quando meteoritos caem na Terra. O processo é o mesmo — meteoritos convertem sua energia cinética e potencial em calor ao queimarem na atmosfera. O asteroide que matou os dinossauros com certeza liberou mais calor que um vaso de flores caindo.

Quais são os tipos de energia?

1. A energia química resulta das ligações entre as moléculas de uma substância química. Quando essas ligações se rompem, libera-se energia na forma de calor. Qualquer substância que pode queimar contém alguma quantidade de energia química, mas queimar não é a única maneira de liberar energia química. Uma bateria, por exemplo, também contém energia química. Ao conectar os terminais a uma carga, a bateria libera sua energia química armazenada na forma de eletricidade.
2. A energia cinética é a energia associada à matéria em movimento. Quanto mais pesado um objeto e quanto maior sua velocidade, mais energia cinética ele possui. Quando o ar está em movimento (em outras palavras, quando há vento), ele carrega energia cinética.
3. A energia elétrica é transportada em linhas de transmissão pela combinação de corrente elétrica e tensão elétrica.
4. A energia da luz é transportada por ondas eletromagnéticas. As ondas de rádio, as micro-ondas, os raios X e a luz visível são todas ondas eletromagnéticas. Quando você coloca um copo de água no micro-ondas, você está transferindo energia para a água por meio de ondas eletromagnéticas. Se o sol está quente, é porque sua pele está recebendo energia da luz solar.
5. A energia nuclear é liberada pela fissão de átomos. O núcleo de um átomo é unido por forças extremamente fortes. A quebra dessas ligações libera uma grande quantidade de energia na forma de calor e radiação.
6. A energia térmica, ou calor, é simplesmente a energia associada a coisas que estão quentes. Os engenheiros às vezes também falam em entalpia, que é uma medida que incorpora o calor mais a energia associada a fluidos sob pressão.
7. A energia potencial gravitacional é a energia das coisas em queda. Quanto mais alto e pesado um objeto, mais energia sua queda liberará.
8. A energia potencial elástica (de deformação) é a energia armazenada em um objeto elástico devido à força aplicada a esse objeto. Essa força resulta em deformação dentro do objeto elástico. Essa deformação armazena energia dentro do objeto.
9. A energia sonora é uma forma de energia de ondas, que por sua vez é uma forma de energia cinética. As ondas sonoras transportam uma pequena quantidade de energia pelo ar. Na água, as ondas também carregam energia. No oceano, a quantidade de energia carregada pelas ondas é significativa.

O que são combustíveis fósseis e a energia de combustíveis fósseis

De volta às usinas elétricas. Muitas usinas geram eletricidade queimando combustível. Combustíveis como carvão, gás natural e combustíveis derivados de petróleo são conhecidos como combustíveis fósseis.

Os combustíveis fósseis são o resultado da decomposição de organismos mortos enterrados durante longos períodos. Todos esses organismos desenvolveram seus corpos, milhões de anos atrás, por um processo conhecido como fotossíntese (ou comendo outros organismos capazes de fotossíntese). A fotossíntese é um processo biológico que permite que plantas, algas e certas bactérias convertam a energia da luz solar e o dióxido de carbono do ambiente em moléculas de carboidratos. Então, de certa forma, podemos dizer que, em última análise, a eletricidade gerada em uma usina a carvão vem do Sol. Isso significa que as usinas de carvão fornecem energia renovável, como a energia solar? Infelizmente não. Leva muito tempo — milhões de anos — para plantas e animais mortos se transformarem em carvão, então nenhuma quantidade útil de carvão se forma na escala de tempo humana. Se todo o carvão fosse extraído e todo o petróleo bombeado, não haveria mais, o que torna os combustíveis fósseis não renováveis.

O carvão foi a principal fonte de energia para usinas elétricas em muitas partes do mundo durante a maior parte do século 20 e ainda é o combustível dominante para geração de energia em diversos países. O gás natural é outra fonte de energia muito comum. Atualmente, é o principal combustível para geração de energia nos Estados Unidos. O gás natural é barato, limpo e é ótimo para usinas com turbinas a gás. Combustíveis líquidos como nafta, diesel e petróleo pesado também são combustíveis importantes usados em aplicações de geração de energia. Eles são amplamente disponíveis, fáceis de transportar e de armazenar, o que os torna perfeitamente adequados para geração de energia para emergências, atuando quando outras usinas não estão disponíveis.

Energia de biocombustíveis renováveis: energia neutra em CO2

Nem todos os combustíveis queimados em usinas elétricas são combustíveis fósseis. Com o tipo certo de sistema de queima, quase tudo que queima pode ser usado para geração de eletricidade. Muitas usinas são movidas a combustíveis como lascas de madeira, palha de milho, fibras de cana-de-açúcar e até lixo doméstico. Algumas fábricas de papel, por exemplo, incluem uma pequena usina elétrica que funciona com licor negro, um subproduto da madeira derivado do processo de fabricação de papel. Esses combustíveis vêm de plantas que podem ser cultivadas arbitrariamente e, por isso, são considerados combustíveis renováveis.

Também é possível produzir combustíveis renováveis que são quase indistinguíveis dos combustíveis fósseis. Por exemplo, soja, milho, beterraba e outros produtos agrícolas podem ser convertidos em etanol e biodiesel. Muitos motores a diesel podem funcionar com biodiesel sem nenhuma modificação. O etanol pode ser queimado sozinho ou misturado à gasolina e ser usado como combustível na maioria dos veículos. Sabia que 98% da gasolina vendida nos Estados Unidos contêm 10% de etanol?

A tecnologia de processamento de biocombustíveis tem passado por muitas inovações nos últimos anos. Um dos motivos para os biocombustíveis atraírem tanta atenção é a afirmação de que sua queima é "livre de CO2". Mas essa descrição não está correta. Quando as lascas de madeira queimam, CO2 é liberado na atmosfera. Ninguém pode negar isso. No entanto, as lascas de madeira vieram de uma árvore, e a árvore capturou a mesma quantidade de CO2 durante sua vida. O resultado é que não há aumento líquido de CO2 na atmosfera, então o nome "neutro em CO2" é mais adequado.

Os biocombustíveis permitem que as usinas funcionem de forma tão confiável quanto as usinas movidas a combustíveis fósseis, mas sem as emissões de carbono. Em contraste, quando o combustível fóssil queima, o CO2 liberado foi capturado milhões de anos atrás. Em uma escala de tempo de cem milhões de anos, os combustíveis fósseis podem queimar de forma neutra em CO2, mas na escala de tempo humana, a queima de combustíveis fósseis resulta em um aumento líquido de CO2 atmosférico.

Energia solar e eólica: energia limpa

Os painéis fotovoltaicos e aerogeradores são as tecnologias de geração de energia de crescimento mais rápido ao redor do mundo. Também são as principais fontes de energia renovável, ao lado das usinas hidrelétricas. Nenhum deles exige combustível para gerar eletricidade. Isso significa que eles criam energia do nada? É claro que não. Os painéis fotovoltaicos extraem a energia eletromagnética da luz solar. Os aerogeradores exploram a energia cinética do vento. As duas opções são excelentes para gerar eletricidade — não há combustível com que se preocupar, não há emissões. Além disso, os painéis fotovoltaicos e aerogeradores estão ficando mais baratos e fáceis de instalar a cada ano.

A principal desvantagem é que, embora o sol e o vento nunca acabem, isso não significa que está sempre ventando ou fazendo sol. Sem sol, sem energia solar. Sem vento, sem energia eólica. Quando grandes quantidades de energia eólica e solar estão presentes em uma rede elétrica, é importante ter usinas de energia para emergências disponíveis que possam complementar os recursos solares e eólicos quando eles não puderem gerar eletricidade. Por exemplo, o sistema elétrico da Califórnia inclui muita energia solar e, como resultado, exige que muitas usinas termelétricas flexíveis sejam iniciadas à noite para compensar a perda de eletricidade solar.

Energia de usinas nucleares: energia do átomo

As usinas nucleares retiram sua energia de uma fonte de natureza diferente.

O combustível nuclear, o urânio, não armazena nenhuma quantidade significativa de energia química e não queima da mesma forma que o carvão ou o gás natural. Em vez disso, os átomos de urânio são quebrados por meio do processo de fissão. Quando o combustível normal queima, as ligações químicas que unem as moléculas do combustível se rompem, liberando energia. Quando ocorre a fissão do urânio, são as ligações nucleares que mantêm os núcleos dos átomos de urânio unidos que se rompem e liberam energia. As ligações nucleares são muitas vezes mais fortes que as ligações químicas, e isso explica por que uma pequena quantidade de urânio pode liberar tanta energia.

Sabia que o urânio não é o único elemento que pode ser usado para alimentar usinas nucleares? Outro elemento natural que pode ser usado como fonte de energia nuclear é o tório. O tório geralmente é mais abundante que o urânio, e países como a Índia, que carecem de recursos domésticos de urânio, expressaram interesse em desenvolver um ciclo de combustível de tório.