Universidade Federal de Juiz de Fora
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Química Analítica Ambiental
FONTES DE ENERGIA E
MEIO AMBIENTE
Grupo: Isabela Vieira da Silva
Thaeny Costa Amaral
Vitor Iotte
Prof.: Rafael Arromba
Fevereiro, 2014
HISTÓRIA
 Adaptação do estilo de vida do homem ao
ciclo solar;
 Fogo
Descoberta mais importante;
 Até o século XVIII: vento e água;
 Revolução Industrial: Surgimento da máquina
a vapor.
 Utilização
Petróleo.
de
energias
não
renováveis:
2
www.fiec.org.br/artigos/energia/Historia_da_energia.htm acessado 02/02/2014
HISTÓRIA
Século XIX, novo tipo de energia: a energia
elétrica;
Descoberta a energia nuclear;
 Buscas de novas fontes de energias.
www.fiec.org.br/artigos/energia/Historia_da_energia.htm acessado 02/02/2014
3
ENERGIA
 O conceito de energia está relacionado com a
capacidade
de
por
em
movimento
ou
transformar algo.
 Na economia e tecnologia, a energia refere-se
a
um
recurso
associados
que
natural
e
permitem
aos
fazer
elementos
um
uso
industrial do mesmo.
Conceito.de / energia, acessado 02/02/2014
4
 Energia: associação com energia elétrica e
combustível;
Energia
Térmica
Energia
Mecânica
Formas de
energia
Energia
Radiante
Energia
Elétrica
florianonet.com.br/eficienciaenergetica/energia.html acessado dia 02/02/2014
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ENERGIA NÃO RENOVÁVEL
 As fontes de energia não renováveis são aquelas que
se encontram na natureza em quantidades limitadas e
se extinguem com a sua utilização.
• Carvão: é uma rocha orgânica, constituída por
carbono, utilizado em vários processos industriais e
domésticos.
• Petróleo: Substância inflamável, estado físico oleoso,
formados por hidrocarbonetos e dele são extraídos
diversos derivados.
Rocha, L. S. Da; AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS E
NÃO-RENOVÁVEIS. Acessad0 02/02/2014
6
• Gás Natural - o mais limpo dos combustíveis fósseis,
baixa emissão de SO2 e é derivado do petróleo.
 O desenvolvimento econômico e os altos padrões de
vida:
Exploração de
fontes não
renováveis.
Impactos
ambientais
Procura por
alternativas
renováveis
Rocha, L. S. Da; AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS E
NÃO-RENOVÁVEIS. Acessad0 02/02/2014
7
Vantagens
Desvantagens
Baixo preço
Fonte não renovável
O Petróleo: Geração
e combustíveis e
também geração de
derivados
Queima dos
combustíveis gera
problemas ambientais
Rocha, L. S. Da; AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS E
NÃO-RENOVÁVEIS. Acessad0 02/02/2014
8
ENERGIA RENOVÁVEL
 As fontes renováveis de energia são aquelas que
podem ser reconstituídas pelo curso dos fenômenos
naturais.
 Exemplos:
Biomassa,
Biocombustível,
Energia
Solar, Energia Eólica, Energia Elétrica, entre outras.
Viana, A.G; A Experiência Brasileira de Incentivo a Expansão das Fontes Renováveis por
Meio de Leilões de Energia Elétrica; 2010
9
• Biomassa: Quantidade de matéria orgânica
produzida numa determinada área, geração de gases
que são transformados em energia. Esta energia é
resultado da decomposição de materiais orgânicos.
 Vantagem: uso de partes dos vegetais que são
descartados.
 Desvantagem: Geração de energia apenas na época
da safra.
Figura 1: Representação da Biomassa. biomassa-arfec.blogspot.com.br
acessado 02/02/14
Santos, M.G.R.S; Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32
suapesquisa.com/energia/fontes_renovaveis.htm acessado 02/02/2014
10
• Energia hidrelétrica: Obtenção de energia elétrica
através do aproveitamento do potencial hidráulico de um
rio, com a construção de usinas em rios que possuem
elevado volume de água e que apresentam desníveis
em seu curso.
 Vantagens: não ocorre poluição da água, baixíssima
emissão de gases do efeito estufa.
 Desvantagens: a construção de uma usina hidrelétrica
gera alto impacto ambiental, alagando regiões e fazendo
com que haja deslocamento da população local.
Figura 2: Itaipu, a maior hidrelétrica do mundo.
brasilescola.com/geografia/energia-hidreletrica
Santos, M.G.R.S; Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32
suapesquisa.com/energia/fontes_renovaveis.htm acessado 02/02/2014
11
• Energia Solar: Energia térmica e luminosa captada por
painéis solares, formado por células fotovoltáicas, e
transformada em energia elétrica ou mecânica.
 Vantagens: Baixo custo de manutenção dos
equipamentos e baixíssimo impacto ao meio ambiente.
 Desvantagens: alto custo dos equipamentos e geração
de energia somente quando há luz solar.
Figura 3:Painéis de captação de luz solar. brasilescola.com/geografia/energia-solar
Santos, M.G.R.S; Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32
suapesquisa.com/energia/fontes_renovaveis.htm acessado 02/02/2014
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MATRIZ ENERGÉTICA
Figura 4: Composição percentual da matriz energética
Santos, M.G.R.S; Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32
13
ENERGIA NUCLEAR
Figura 5: Usina Nuclear. fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm
14
BREVE HISTÓRICO
1896 - Descoberta a radioatividade;
1898 -Isolados o polônio e o rádio. Descoberta a
radiação gama;
1926 - Uso de radiação para o tratamento de câncer;
1934 - Primeiro radionuclídeo artificial. Primeira fissão
do urânio com nêutrons;
1939 - Carta de Einstein sobre a possibilidade de os
alemães construírem a bomba atômica;
1941 - Início do programa nuclear norte-americano;
1942 - Início da construção de um reator nos Estados
Unidos;
1945 - Lançamento das bombas atômicas sobre
Hiroshima e Nagasaki;
Figura6: Marie e Pierre Curie: http://algarve-saibamais.blogspot.com.br/2010/06/marie-curie-uma-das-maisbrilhantes.html
Biodieselbr Online Ltda.História da energia nuclear. Disponível em biodieselbr.com/energia/nuclear/historia-energianuclear.htm acessado em 28/01/2014
15
BREVE HISTÓRICO
1957- Primeiro acidente nuclear - na usina russa de
Tcheliabínski - contamina cerca de 270 mil pessoas.
1972 - Assinado com os Estados Unidos acordo para a
construção de Angra 1;
1984 – Angra 1 entra em operação comercial;
1986 - Acidente Chernobyl – Ucrânia – o mais grave;
1987 – Acidente Césio-137 – Goiânia;
1987 - Brasil inicia produção de urânio enriquecido.
2000 - Início de operação de Angra 2;
2004 - Entra em operação a usina de enriquecimento
nuclear em Resende (RJ).
2011 – Acidente Fukushima – Japão;
Biodieselbr Online Ltda.História da energia nuclear. Disponível em
biodieselbr.com/energia/nuclear/historia-energia-nuclear.htm acessado em 28/01/2014
16
INTRODUÇÃO
 Tipo de energia produzida através da ocorrência
certos processos envolvendo núcleos atômicos;
 Dois processos de obtenção de energia de um
núcleo atômico:
– Fissão: colisão de certos tipos de núcleos
pesados (urânio-235) com um nêutron – cisão do
núcleo em dois fragmentos de tamanho similar;
– Fusão: combinação de dois núcleos muito leves –
formação de um núcleo combinado.
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos
M. Carrera. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas
17
FUSÃO NUCLEAR
 Constituem as fontes de energia das estrelas,
incluindo o sol;
 Possuem uma enorme energia de ativação –
gigantesca repulsão eletrostática existente entre os
núcleos carregados positivamente no momento em
que são colocados muito próximos;
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª
edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.
18
FUSÃO NUCLEAR
 Devido a isto, é difícil iniciar e sustentar uma reação
de fusão controlada, de modo que ela forneça mais
energia do que venha a consumir;
 As reações de fusão que apresentam maior
potencial como produtoras de energia comercial útil –
núcleos de isótopos pesados de hidrogênio:
2H
1
+ 2H1
Em outros termos,
D+ D
3He
2
+ 1n0 ou 3H1 + 1H1
He + n
ou T + H
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera.
2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.
19
FISSÃO NUCLEAR
 Reação de fissão nuclear:
 Torna-se possível que esses nêutrons atinjam outros
núcleos de urânio-235, sucessivamente, liberando
muito calor – reação em cadeia;
Cardoso, E. M. et al. Apostila educativa – Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia Nuclear.
Disponível em: http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf acessado 01/02/2014.
Figura 7: Cardoso, E. M. et al. Apostila educativa – Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia Nuclear.
Disponível em: http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf acessado 01/02/2014.
Figura8: Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª edição.
Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas
20
FISSÃO NUCLEAR
 Normalmente esta reação não pararia – até
consumir quase todo o material físsil;
 Controle da reação em cadeia - eliminação do
agente causador da fissão: o nêutron;
Cardoso, E. M. et al. Apostila educativa – Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia Nuclear. Disponível em:
http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf acessado 01/02/2014.
Marques, Paulo. Os deletérios impactos da crise nuclear no Japão. Estudos vançados, vol.26, nº74, São
Paulo,
2012. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-40142012000100022&script=sci_arttext
acessado em 27/01/2014.
21
FISSÃO NUCLEAR
 Alguns elementos químicos – boro (ác. bórico ou
metal) e cádmio (barras metálicas) – possuem a
propriedade de absorver nêutrons, porque seus
núcleos podem conter ainda um número de nêutrons
superior ao existente em seu estado natural formação de isótopos de boro e de cádmio;
 A grande aplicação do controle da reação de fissão
nuclear em cadeia – reatores nucleares – geração de
energia elétrica;
Cardoso, E. M. et al. Apostila educativa – Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia Nuclear.
Disponível em: http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf acessado 01/02/2014
22
REATOR NUCLEAR
 É todo sistema no qual, sob condições efetivamente
controláveis, se pode produzir reação em cadeia de
fissão nuclear;
Figura 9: Reator nuclear. brasilescola.com/quimica/reator-nuclear.htm
Vaso de contenção - serve para impedir a saída de
material radioativo para o meio ambiente e, além disso,
protege contra impactos externos.
Massili,
G.
S.,
Esteves,
R.J.G.A.
Usina
Nuclear.
Disponível
http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm acessado em 03/02/2014.
em
23
URÂNIO ENRIQUECIDO
 A principal fonte de combustível nuclear é o urânio235;
 A quantidade de urânio-235 na natureza é muito
pequena – 0,7% Urânio-235 e 99,3% Urânio-238;
 Para a reação de fissão nuclear em cadeia ocorrer, é
necessário haver quantidade suficiente de urânio-235;
 O urânio encontrado na natureza precisa ser tratado
industrialmente, com o objetivo de elevar a proporção
(ou concentração) de urânio-235 de 0,7% para 3%.
Cardoso, E. M. et al. Apostila educativa – Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia Nuclear. Disponível em:
http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf acessado 01/02/2014.
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª edição. Porto
Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.
24
URÂNIO ENRIQUECIDO
 O processo físico de retirada de urânio-238 do urânio
natural,
aumentando,
em
consequência,
a
concentração de urânio-235, é conhecido como
Enriquecimento de Urânio;
 Processo muito caro – requer meios de separação
física em vez de química, visto que todos os isótopos
de um dado elemento comportam-se quimicamente
de modo idêntico.
Bomba atômica:
Grau de enriquecimento muito alto (acima de 90%) - pode ocorrer uma
reação em cadeia muito rápida, de difícil controle, mesmo para uma
quantidade relativamente pequena de urânio.
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª
edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.
25
CONTAMINAÇÃO
 Durante a mineração do urânio é comum ocorrer a
contaminação do ambiente por substâncias
radioativas;
 O minério de urânio contém vários elementos
radioativos, consequentemente, a grande quantidade
de material residual que permanece após a extração
química do urânio é por si radioativa;
 O lixo liberado pela rocha original, que o imobiliza,
ocorre na forma de um líquido ou pó chamados
refugo.
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª
edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.
26
CONTAMINAÇÃO
 Refugo líquido – estocado em tanques especiais até
a separação dos sólidos – pode ocorrer
contaminação dos aquíferos locais se estes tanques
vazarem ou transbordarem;
 Refugo sólido – exposto à intempérie – pode ser
parcialmente dissolvido pelas chuvas e contaminar
os mananciais de abastecimento de água;
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª
edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.
27
LIXO RADIOATIVO
 O principal problema da fissão nuclear é a produção
de rejeitos radioativos (também chamado lixo
atômico), que podem emitir radiações ionizantes por
milhares de anos;
 Como exemplo crucial mencionamos o plutônio 238 meia-vida é de 88 anos. Caso mais dramático ainda é
o do plutônio 239 - meia-vida de 240 séculos.
Marques, Paulo. Os deletérios impactos da crise nuclear no Japão. Estudos
vançados, vol.26, nº74, São Paulo, 2012. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S010340142012000100022&script=sci_arttext acessado em 27/01/2014.
28
LIXO RADIOATIVO
 Tradicionalmente os rejeitos nucleares são classificados
em três tipos:
– HLW (High Level Waste) → é o combustível irradiado
pelo núcleo;
– ILW (Intermediate Level Waste) → representado pelo
material metálico que entrou em contato com o
combustível nuclear ou com o reator;
– LLW (Low Level Waste) → engloba as roupas de
proteção, equipamentos de laboratório ou algum outro
material que tenha tido contato com o material
radioativo.
Marques, Paulo. Os deletérios impactos da crise nuclear no Japão. Estudos
vançados, vol.26, nº74, São Paulo, 2012. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S010340142012000100022&script=sci_arttext acessado em 27/01/2014.
29
LIXO RADIOATIVO
 Os rejeitos do tipo ILW e LLW devem ser
armazenados em locais fechados e blindados até que
a atividade radioativa decaia em nível de baixo
impacto ambiental;
 Já os rejeitos HLW devem ser isolados por milhares
de anos;
 Os Estados Unidos optaram por enterrar os rejeitos
em regiões desérticas - há décadas eles depositam o
lixo atômico em túneis construídos no deserto do
Arizona.
Marques, Paulo. Os deletérios impactos da crise nuclear no Japão. Estudos vançados, vol.26, nº74, São
Paulo,
2012. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-40142012000100022&script=sci_arttext
acessado em 27/01/2014.
30
LIXO RADIOATIVO
 Em Angra dos Reis (RJ) – onde há duas centrais
nucleares em operação e a terceira planta em fase
de construção - os resíduos de baixa radioatividade
(na
maior
parte
luvas
e
equipamentos
contaminados) são guardados em contêineres
alojados em galpões de concreto construídos em
prédio anexo às usinas.
Marques, Paulo. Os deletérios impactos da crise nuclear no Japão. Estudos
vançados, vol.26, nº74, São Paulo, 2012. Disponível em http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S010340142012000100022&script=sci_arttext acessado em 27/01/2014.
31
Vantagens
Desvantagens
Poluição mínima do ar e da
água
Produção de resíduos
radioativos
Custo da operação
relativamente baixo
Possibilidade de acidentes
com sérios riscos para a
saúde humana
Grande quantidade de
energia pode ser gerada
para pouco material usado (o
urânio)
Requer um sistema de
segurança internacional para
evitar o desvio de materiais
nucleares para uso bélico
Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos
M. Carrera. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas
32
Algumas aplicações
Gamagrafia
Impressão de radiação gama em filme
fotográfico.
Agricultura
Monitoramento de plantas e insetos através
da absorção de um traçador radioativo.
Medicina Nuclear
É a área da medicina onde são utilizados os
radioisótopos, tanto em diagnósticos como em
terapias.
Cardoso, E. M. et al. Apostila educativa – Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia
Nuclear. Disponível em: http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf acessado
01/02/2014.
33
Células a combustível
O que são Células a Combustível?
São
dispositivos
eletroquímicos
que
convertem a energia química contida em
combustíveis ( especialmente hidrogênio )
diretamente em energia elétrica.
Aplicações prática teve início na década de
60 com a corrida espacial, sendo
basicamente desenvolvida pela NASA.
34
Funcionamento de uma Célula a
Combustível
Fonte: BrasilH2
35
Fonte: BrasilH2
36
Fonte: BrasilH2
37
Fonte: BrasilH2
38
Custo x Impacto ambiental
Eletrólise c/ energia
solar voltaica
Impactos
ambientais
Eletrólise c/ energia
eólica
Eletrólise c/ energia
Hidroelétrica
Custo do
Hidrogênio
Reforma-vapor de
etanol
Gaseificação de
biomassa
Reforma de GN
39
40
Vantagens
 Pode ser obtido de diversas fontes
( fósseis ou renováveis)
 Sua conversão produz apenas água
(menor poluição local)
 Alta densidade de energia por massa
(vantagem no uso aeroespacial)
41
Desvantagens
 Não é uma fonte primária de energia;
 Precisa ser extraído, podendo gerar poluição;
 Difícil de ser armazenado em grandes
quantidades;
 Baixa densidade energética por volume;
42
Perspectivas Futuras
Nos próximos 20/30 anos:
Haverá um crescimento no consumo de
energia com taxa média de crescimento de 2%
ao ano.
Continuo uso de fontes de energias não
renováveis para suprimento energético.
O uso de energias renováveis tende a reduzir
para uma faixa de 10% a 15% no consumo
mundial.
Filho, A.V: O Brasil no contexto Energético Mundial, NAIPPE, USP, Volume 6,2009
43
O Brasil nesse contexto
Possui fontes energéticas primárias com disponibilidades muito
superiores às demandas previstas
O total de cerca de 350.000 milhões de bep (barril equivalente de
petróleo) seriam suficientes para manter, por duzentos anos, a atual
oferta de energia do país.
Filho, A.V: O Brasil no contexto Energético Mundial, NAIPPE, USP, Volume 6,2009
44
OBRIGADO !!!
45