Quais foram as principais fontes de energia utilizadas durante a Revolução Industrial?

Classificado como uma fonte energética não renovável e de origem fóssil, o carvão mineral é formado através da transformação química do soterramento de raízes, folhas e árvores. Esses organismos vegetais são submetidos a condições com pouco oxigênio, altas temperaturas e pressão da terra; após cerca de 250 milhões de anos, ocorre a formação de uma massa negra homogênea, denominada jazida de carvão mineral.

Para a geologia, o carvão mineral é qualquer rocha que contenha alta concentração de carbono não cristalizado. Conforme a porcentagem de carbono em sua composição, o carvão mineral pode ser encontrado em quatro tipos: antracito (90% a 96%), hulha (75% a 90%), linhita (65% a 75%) e turfa (menos de 65%). As condições ambientais e a época em que foi formado são fatores que influenciam no seu poder calorífico, que está diretamente relacionado com a concentração de carbono.

O potencial energético do carvão mineral foi de fundamental importância para o desenvolvimento industrial, visto que ele foi a principal fonte de energia durante a Primeira Revolução Industrial, no século XVIII – o carvão foi responsável por fornecer energia para as máquinas a vapor. Atualmente, seu uso é mais comum para a geração de eletricidade, através da instalação de usinas termoelétricas.

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De acordo com dados divulgados em 2008, pela Agência Internacional de Energia (AIE), o carvão mineral responde por 26,5% da matriz energética global. Os maiores produtores mundiais são a Rússia, Estados Unidos da América (EUA), Canadá e China. No Brasil, os estados da Região Sul, em especial o Rio Grande do Sul e Santa Catarina, abrigam reservas de carvão.

Porém, é importante destacar que, por ser uma fonte não renovável, ou seja, esgotável na natureza, o carvão mineral está com os dias contados. De acordo com estimativas da AIE, caso se mantenha o ritmo de consumo registrado nas últimas décadas, as jazidas de carvão mineral se esgotarão em menos de 200 anos.

No aspecto ambiental, a combustão do carvão libera dióxido de carbono na atmosfera. Esse fenômeno intensifica o efeito estufa e desencadeia chuvas ácidas. Outros agravantes são o destino final dos resíduos sólidos resultantes da utilização do carvão e os riscos durante sua extração nas jazidas.

As transformações observadas ao longo da Terceira Revolução Industrial foram seguidas de uma exigência progressiva de energia. Ademais, o crescimento econômico constatado em algumas regiões do mundo, entre o final do século 20 e início do 21, além do crescimento populacional, intensificou a busca de fontes de energia.

O aumento do número de veículos automotores em circulação, uma característica comum das sociedades em industrialização, também passou a requerer um maior volume de combustíveis fósseis, apesar de os veículos produzidos atualmente consumirem, em média, 50% menos combustível do que os modelos de décadas atrás.

Atualmente há uma diversidade de fontes de energia, classificadas em renováveis e não-renováveis. Renováveis são aquelas que continuam disponíveis depois de utilizadas, isto é, que não se esgotam. Como exemplo, temos a energia solar, a energia dos vegetais (biomassa), da correnteza dos rios (hidráulica), dos ventos (eólica), do calor interno do planeta Terra (geotérmica), das marés, entre outras.

Quanto às não-renováveis, estas são limitadas e demoram milhões de anos para se formar, isto é, se esgotarão e não serão repostas (o petróleo, o gás natural, o carvão mineral e o urânio, por exemplo).

Algumas fontes de energia podem ser produzidas pelo homem, como a lenha e o álcool, por meio da queima do bagaço da cana-de-açúcar cultivada, e nesse caso também são consideradas fontes renováveis.

Os combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral e gás natural) são chamados assim porque são, de fato, derivados de plantas e vegetais mortos, soterrados com os sólidos que formam as rochas sedimentares.

Eles são a principal fonte de energia utilizada no mundo hoje. Em 2002, representavam mais de 85% da matriz energética mundial, ou seja, considerando-se todas as fontes utilizadas no mundo e todos os tipos de energia, o petróleo, o carvão mineral e o gás natural eram responsáveis por 86% da energia gerada. Veja o Gráfico 1, a seguir:

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  Fonte: IEA - International Energy Agency - Key World Energy Statistics, 2004 Edition

Neste artigo, serão analisados os principais tipos de fonte de energia utilizados hoje no planeta - petróleo, gás natural, carvão mineral, água e urânio.

Carvão mineral

O carvão é uma complexa e variada mistura de componentes orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos, como ocorre com todos os combustíveis fósseis. Sua qualidade, determinada pelo conteúdo de carbono, varia de acordo com o tipo e o estágio dos componentes orgânicos.

A turfa, de baixo conteúdo carbonífero, constitui um dos primeiros estágios do carvão, com teor de carbono na ordem de 45%; o linhito apresenta um índice que varia de 60% a 75%; o carvão betuminoso (hulha), mais utilizado como combustível, contém de 75% a 85% de carbono; e o mais puro dos carvões, o antracito, apresenta um conteúdo carbonífero superior a 90%.

Da mesma forma, os depósitos variam de camadas relativamente simples e próximas da superfície do solo - e, portanto, de fácil extração e baixo custo - a complexas e profundas camadas, de difícil extração e custos elevados.

Em termos de contribuição na matriz energética mundial, segundo o Balanço Energético Nacional 2005 - dados mundiais do ano de 2002, fornecidos pelo Ministério de Minas e Energia do Brasil -, o carvão é responsável por 7,1% de todo o consumo mundial de energia e de 39,0% de toda a energia elétrica gerada.

No âmbito mundial, apesar dos graves impactos sobre o meio ambiente, o carvão é uma importante fonte de energia. As principais razões para isso são as seguintes: a) abundância das reservas; b) distribuição geográfica das reservas; c) baixos custos e estabilidade nos preços, relativamente a outros combustíveis.
Além de constituir fonte de energia, o carvão mineral é importante matéria-prima da indústria de produtos químicos orgânicos, como piche, asfalto, eletrodos para baterias, corantes, plásticos, naftalina, inseticidas, tintas, benzeno e náilon.

O Mapa 1 (abaixo) ilustra as reservas mundiais no ano de 2002. Observe que as reservas de carvão mineral do hemisfério Norte são bem maiores que as do Sul, o que se deve, basicamente, a dois fatores: no primeiro hemisfério há maior quantidade de terras emersas e ocorrência de verões mais quentes e invernos mais rigorosos, favorecendo a ação biológica.

No Brasil, as principais reservas de carvão mineral estão localizadas no Sul do país, notadamente no Estado do Rio Grande do Sul, que detém mais de 90% das reservas nacionais. No final de 2002, as reservas nacionais de carvão giravam em torno de 12 bilhões de toneladas, o que corresponde a mais de 50% das reservas sul-americanas e a 1,2% das reservas mundiais.

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  Statiscal Review of World Energy. London 2003

Petróleo

O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos (moléculas de carbono e hidrogênio) que tem origem na decomposição de matéria orgânica, principalmente o plâncton (plantas e animais microscópicos em suspensão nas águas), causada pela ação de bactérias em meios com baixo teor de oxigênio. Ao longo de milhões de anos, essa decomposição foi-se acumulando no fundo dos oceanos, mares e lagos; e, pressionada pelos movimentos da crosta terrestre, transformou-se na substância oleosa denominada petróleo. Essa substância é encontrada em bacias sedimentares específicas, formadas por camadas ou lençóis porosos de areia, arenitos ou calcários.

Embora conhecido desde os primórdios da civilização humana, somente em meados do século 19 (Segunda Revolução Industrial) tiveram início a exploração de campos e a perfuração de poços de petróleo. A partir de então, a indústria petrolífera teve grande expansão, principalmente nos Estados Unidos e na Europa.

Apesar da forte concorrência com o carvão e com outros combustíveis considerados nobres naquela época, o petróleo ganhou projeção no cenário internacional, especialmente após a invenção dos motores a gasolina e a óleo diesel.

Durante muitas décadas, o petróleo foi o grande propulsor da economia internacional, chegando a representar quase 50% do consumo mundial de energia primária, no início dos anos 1970. Embora declinante ao longo do tempo, sua participação nesse consumo ainda representa cerca de 43%, segundo a Agência Internacional de Energia (2004), e deverá manter-se expressiva por várias décadas.

Além de predominante no setor de transportes, o petróleo ainda é o principal responsável pela geração de energia elétrica em diversos países do mundo. Apesar da expansão recente da hidroeletricidade e da diversificação das fontes de geração de energia elétrica verificadas nas últimas décadas, o petróleo ainda é responsável por aproximadamente 7,2% de toda a eletricidade gerada no mundo.

Durante muitos séculos, o homem procurou abrigo e instalação de suas atividades cotidianas em locais próximos de recursos naturais, particularmente energéticos. Com a descoberta dos combustíveis fósseis e da eletricidade, isso deixou de ser uma preocupação, de modo que, atualmente, os grandes centros consumidores podem estar distantes das grandes reservas e dos potenciais energéticos. O caso do petróleo ilustra bem essa tendência do mundo moderno.

Como indicado no Mapa 2 (abaixo), há uma grande irregularidade na distribuição geográfica das reservas mundiais de petróleo, em razão das condições geológicas específicas das regiões detentoras. Cerca de 2/3 das reservas provadas estão localizados no Oriente Médio, que responde por cerca de, aproximadamente, 6% do consumo mundial. Por outro lado, a América do Norte, que possui apenas 4,8% das reservas, é responsável por cerca de 30% do consumo mundial.

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  Statiscal Review of World Energy. London 2003

Gás natural

Combustível fóssil encontrado em estruturas geológicas sedimentares, o gás natural está associado ao petróleo e, portanto, é esgotável e não-renovável. É utilizado em maçaricos, motores a explosão, altos-fornos, fogões, etc. e sua queima libera uma boa quantidade de energia, cada vez mais utilizada nos transportes, na termeletricidade e na produção industrial.

Segundo a Agência Internacional de Energia (2004), a participação do gás natural no consumo mundial de energia é, atualmente, da ordem de 16,2%, sendo responsável por cerca de 19,1% de toda a eletricidade gerada no mundo.

No Brasil, as reservas provadas são da ordem de 230 bilhões de m3, dos quais 48% estão localizados no Estado do Rio de Janeiro, 20% no Amazonas, 9,6% na Bahia e 8% no Rio Grande do Norte. A produção é concentrada no Rio de Janeiro (44%), no Amazonas (18%) e na Bahia (13%). A participação do gás natural na matriz energética brasileira ainda é pouco expressiva, da ordem de 5,6% do consumo final.

Outras características importantes do gás natural são os baixos índices de emissão de poluentes em comparação a outros combustíveis fósseis - como o carvão mineral e o petróleo -, rápida dispersão em caso de vazamentos, baixos índices de odor e de contaminantes.

Ainda em relação a outros combustíveis fósseis, o gás natural apresenta maior flexibilidade, tanto em termos de transporte (facilmente transportado em condutos) como de aproveitamento.

Assim como ocorre com o petróleo e o carvão mineral, as principais reservas estão no hemisfério Norte, conforme podemos observar no Mapa 3:

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  Statiscal Review of World Energy. London 2003

Energia elétrica

A eletricidade pode ser obtida pela força da água (hidráulica), pelo vapor da queima de combustíveis fósseis (termelétricas) e pelo calor produzido pela fissão do urânio no núcleo de um reator.

Temos, portanto, três tipos de usinas que geram eletricidade: as usinas hidrelétricas, as termelétricas e as termonucleares ou atômicas. Em qualquer dessas usinas, a energia elétrica é produzida numa turbina, que consiste, principalmente, num conjunto cilíndrico de ferro que gira em torno de seu eixo, no interior de um receptor imantado. Na turbina, portanto, a energia de movimento (cinética) é transformada em energia elétrica.

• As hidrelétricas:

A geração de energia hidrelétrica é realizada em barragens, dentro das quais se encontram geradores, cujas hélices são movidas pela água que escoa sob forte pressão. A eletricidade produzida pelos geradores é transmitida por cabos até os centros consumidores.

Ao contrário das demais fontes renováveis, a hidrelétrica representa uma parcela significativa da matriz energética mundial e possui tecnologias de aproveitamento devidamente consolidadas. Atualmente, é a principal fonte geradora de energia elétrica para diversos países e representa cerca de 17% de toda a eletricidade gerada no mundo.

A produção da energia elétrica não é poluente, mas a construção de usinas pode causar profundos impactos sociais e ambientais na região. Como exemplo, temos a inundação de grandes áreas, o deslocamento de comunidades ribeirinhas, a mudança de curso de rios, etc.

• As termelétricas:

A geração de energia elétrica pelas termelétricas é realizada com maiores custos e com maior impacto ambiental, porém, a construção de uma usina desse tipo necessita de investimentos menores que a de uma hidrelétrica.

Se, na usina hidrelétrica, as águas dos rios movimentam as turbinas, na termelétrica quem faz esse papel é a pressão do vapor de água produzido por uma caldeira aquecida pela queima de carvão mineral, gás ou petróleo.

Uma das vantagens em relação à hidroeletricidade é que a localização da usina é determinada pelo mercado consumidor e não pelo relevo, o que possibilita sua construção em áreas próximas onde há demanda, resultando em despesas inferiores na transmissão da energia elétrica produzida.

Energia nuclear

A energia nuclear é proveniente da fissão de átomos de urânio em um reator nuclear. Apesar da complexidade de uma usina nuclear, seu princípio de funcionamento é similar ao de uma termelétrica convencional, onde o calor gerado pela queima de um combustível produz vapor que aciona uma turbina, acoplada a um gerador de corrente elétrica.

As crises internacionais do petróleo, na década de 1970, e a crise energética subsequente levaram à busca de fontes alternativas de geração de eletricidade. Nesse contexto, a energia nuclear passou a ser vista como a alternativa mais promissora, recebendo a atenção de muitos analistas e empreendedores, assim como vultosos investimentos. Em pouco mais de duas décadas, passou de uma participação desprezível (0,1%) para 17% da produção mundial de energia elétrica, ocupando assim o terceiro lugar entre as fontes de geração.

Contudo, o futuro da energia nuclear não parece favorável, em razão dos problemas de segurança (risco de um vazamento nuclear) e dos altos custos de disposição dos rejeitos nucleares (lixo atômico). Com exceção de poucos países, dentre os quais a França e o Japão, a opinião pública internacional tem sido sistematicamente contrária à geração termonuclear de energia elétrica.

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