FONTES DE ENERGIA E MEIO AMBIENTE

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FONTES DE ENERGIA E

MEIO AMBIENTE

Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química Química Analítica Ambiental

Grupo: Isabela Vieira da Silva

Thaeny Costa Amaral Vitor Iotte

Prof.: Rafael Arromba

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 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 de energias não renováveis:

Petróleo.

HISTÓRIA

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Século XIX, novo tipo de energia: a energia

elétrica;

Descoberta a energia nuclear;

 Buscas de novas fontes de energias.

HISTÓRIA

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 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 natural e aos elementos

associados que permitem fazer um uso

industrial do mesmo.

ENERGIA

Conceito.de / energia, acessado 02/02/2014

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

Energia: associação com energia elétrica e

combustível;

Formas de energia Energia Térmica Energia Radiante Energia Elétrica Energia Mecânica

florianonet.com.br/eficienciaenergetica/energia.html acessado dia 02/02/2014

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 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.

ENERGIA NÃO RENOVÁVEL

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Rocha, L. S. Da; AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS E

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• 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 7

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Vantagens Baixo preço O Petróleo: Geração e combustíveis e também geração de derivados Desvantagens

Fonte não renovável

Queima dos combustíveis gera problemas ambientais

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 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.

ENERGIA RENOVÁVEL

Viana, A.G; A Experiência Brasileira de Incentivo a Expansão das Fontes Renováveis por

Meio de Leilões de Energia Elétrica; 2010

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• 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.

Santos, M.G.R.S; Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32 suapesquisa.com/energia/fontes_renovaveis.htm acessado 02/02/2014

Figura 1: Representação da Biomassa. biomassa-arfec.blogspot.com.br

acessado 02/02/14

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• 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

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• 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

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MATRIZ ENERGÉTICA

Santos, M.G.R.S; Revista Analytica • Dezembro 2007/Janeiro 2008 • Nº32

Figura 4: Composição percentual da matriz energética

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ENERGIA NUCLEAR

14 Figura 5: Usina Nuclear. fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm

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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;

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Figura6: Marie e Pierre Curie: http://algarve-saibamais.blogspot.com.br/2010/06/marie-curie-uma-das-mais-brilhantes.html

Biodieselbr Online Ltda.História da energia nuclear. Disponível em biodieselbr.com/energia/nuclear/historia-energia-nuclear.htm acessado em 28/01/2014

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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;

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Biodieselbr Online Ltda.História da energia nuclear. Disponível em

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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.

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Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas

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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;

18

Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas.

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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:

2_H

1 + 2H1 3He2 + 1n0 ou 3H1 + 1H1

Em outros termos,

D + D He + n ou T + H

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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;

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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

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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;

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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.

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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;

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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

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REATOR NUCLEAR

 É todo sistema no qual, sob condições efetivamente controláveis, se pode produzir reação em cadeia de fissão nuclear;

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Vaso de contenção - serve para impedir a saída de material radioativo para o meio ambiente e, além disso,

protege contra impactos externos.

Figura 9: Reator nuclear. brasilescola.com/quimica/reator-nuclear.htm

Massili, G. S., Esteves, R.J.G.A. Usina Nuclear. Disponível em http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm acessado em 03/02/2014.

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URÂNIO ENRIQUECIDO

 A principal fonte de combustível nuclear é o urânio-235;

 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%.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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;

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Vantagens Poluição mínima do ar e da água Custo da operação relativamente baixo Grande quantidade de energia pode ser gerada para pouco material usado (o

urânio)

Desvantagens

Produção de resíduos radioativos

Possibilidade de acidentes com sérios riscos para a

saúde humana

Requer um sistema de segurança internacional para

evitar o desvio de materiais nucleares para uso bélico

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Baird, Colin. Química Ambiental . Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera. 2ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2002. 622 páginas

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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.

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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.

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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.

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Funcionamento de uma Célula a

Combustível

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Impactos

ambientais

Custo do

Hidrogênio

Custo x Impacto ambiental

Eletrólise c/ energia solar voltaica Eletrólise c/ energia eólica Eletrólise c/ energia Hidroelétrica Reforma-vapor de etanol Gaseificação de biomassa Reforma de GN

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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)

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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;

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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.

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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.

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