Fernando Alcoforado*
Este artigo tem por objetivo apresentar como ocorreu a evolução do uso e da produção de energia desde a pré-história até os tempos atuais, bem como sua provável futura evolução rumo ao uso da energia limpa e renovável com o abandono dos combustíveis fósseis. Da pré-história até o século XVIII predominou o uso de fontes renováveis de energia como a madeira, o vento e a energia hidráulica. Do século XVIII até a era contemporânea, os combustíveis fósseis predominaram com o carvão e o petróleo, mas seu uso chegará ao fim provavelmente a partir do século XXI para evitar a mudança climática catastrófica global resultante de sua utilização ao emitir gases do efeito estufa responsáveis pelo aquecimento global. Com o fim da era dos combustíveis fósseis virá a era das fontes renováveis de energia quando prevalecerá a utilização da energia hidrelétrica, energia solar, energia eólica, energia das marés, energia das ondas, energia geotérmica, energia da biomassa e energia do hidrogênio.
Uso e produção de energia da pré-história até o século XVIII
Energia é um insumo essencial para os seres humanos e para o desenvolvimento econômico e social. Pode-se afirmar que a necessidade mais básica dos seres humanos é a energia para manter seus corpos em funcionamento. Por muito tempo, nos primórdios da humanidade, a força muscular foi a principal fonte de energia utilizada pelo homem. Nos primórdios da história da humanidade, a domesticação dos animais lhe propiciou a energia mecânica necessária ao transporte e à produção agrícola, etc. A descoberta pelos seres humanos de que poderia controlar formas de energia que lhe seriam úteis como o fogo representou um marco importantíssimo para a humanidade para, com o uso da energia térmica, poder cozinhar seus alimentos e se aquecer. Há cerca de 7 mil anos a.C., no período neolítico, começou o uso do fogo. Há alguns milênios, a energia hidráulica dos rios e a eólica foram utilizadas pela humanidade com base na ciência e na tecnologia disponível. Por volta de 12 mil anos atrás, a Revolução Agrícola marcou o início do uso da tração animal, da força dos ventos e das quedas d’água na produção agrícola e pecuária.
Durante a Antiguidade, a utilização do vento na navegação à vela foi essencial para a colonização e o comércio nas margens do Mar Mediterrâneo, substituindo a navegação a remo que usava a força muscular humana. Durante o Império Romano, no período de 31 a.C. a 410 d.C., a lenha foi muito utilizada para a produção de armas no processo de forjar os metais. Isso causou o desmatamento de grande parte da Itália e da Península Ibérica. Nessa mesma época, muito distante dali, mais especificamente na China foram introduzidas grandes inovações em tecnologia hidráulica, pela criação de dispositivos de elevação de água e sistemas de irrigação. Desde o domínio do fogo até o advento da 1ª Revolução Industrial no século XVIII não houve grande evolução na forma da humanidade utilizar a energia. As mudanças na matriz energética mundial, em termos da diversidade de fontes e padrões de uso, não mudaram muito ao longo dos séculos até a 1ª Revolução Industrial.
O uso do carvão mineral a partir do século XVIII na produção de energia
Somente com o advento da 1ª Revolução Industrial, também chamada “era do carvão e do ferro”, ocorrida na Inglaterra em 1786, o uso e a produção de energia assumiram importância fundamental na substituição de homens e animais pelas máquinas. Com a 1ª Revolução Industrial e o consequente processo de industrialização, a necessidade de energia aumentou e novas fontes primárias, com maior densidade energética, foram introduzidas. A utilização do carvão mineral como fonte de energia marcou o fim da era da energia renovável representada pelo uso da madeira e dos parcos aproveitamentos hidráulicos e eólicos utilizados desde os primórdios da humanidade para iniciar-se a era não renovável da energia, a era dos combustíveis fósseis com o uso do carvão mineral e a invenção das máquinas a vapor.
Uma máquina a vapor dispõe de uma caldeira que com o calor proveniente da queima de combustível leva a água a transformar-se em vapor tendo por finalidade transformar a energia quente que é liberada pela queima de combustível, o carvão. A adoção da máquina a vapor foi lenta demorando um século após a patente de James Watt (1769) ser utilizada para transformar a produção industrial e o transporte terrestre com o advento da ferrovia e seu uso no transporte marítimo de longa distância com as embarcações a vapor. A substituição do carvão vegetal pelo coque na fundição de ferro foi uma das “maiores inovações técnicas da era moderna, pois acabou com o uso insustentável de madeira na Inglaterra e aumentou vertiginosamente a produção de ferro. Além disso, o carvão mineral estabeleceu a base para a indústria siderúrgica moderna e abriu caminho para o advento do metal-chave da industrialização, o ferro.
O uso do petróleo a partir do século XIX na produção de energia
A partir de 1860, na Inglaterra, surgiram novas transformações na indústria. Essa fase foi chamada de 2ª Revolução Industrial que ficou conhecida como a “era do aço e da eletricidade”. Com a 2ª Revolução Industrial, que perdurou até a primeira metade do século XX, foram necessários novos combustíveis de maior poder energético, sendo o petróleo o combustível que reuniu essas propriedades. Iniciou-se, assim, uma nova fase da utilização dos combustíveis líquidos que perdura até os dias de hoje. Inicialmente o petróleo foi utilizado só para a obtenção de querosene e óleos lubrificantes. Nesse tempo, a gasolina gerada durante a destilação do petróleo era jogada fora nos rios ou queimada. Por vezes era misturada com querosene para produzir um perigoso explosivo. Entre as invenções surgidas durante a 2ª Revolução Industrial, estão o processo de Bessemer de transformação do ferro em aço, que permitiu a produção do aço em larga escala, o dínamo que permitiu a substituição do vapor pela eletricidade e o motor de combustão interna que permitiu a utilização do petróleo em larga escala criando condições para o uso de seus derivados no automóvel e, mais tarde, nos caminhões e aviões.
A utilização da gasolina como combustível para veículos automotores só começou após a invenção dos motores de combustão interna e a produção de automóveis em grande escala. O automóvel se tornou viável com a invenção do motor a combustão interna e a descoberta de que se podia usar o derivado de petróleo, a gasolina, como combustível que ocorreu a partir de 1876. Nikolaus August Otto, engenheiro e inventor alemão, foi quem inventou e construiu o primeiro motor de combustão interna de quatro tempos e determinou o ciclo teórico sob o qual trabalha o motor de explosão, o conhecido ciclo Otto. Daí em diante, a demanda por derivados de petróleo, especialmente a gasolina aumentou de maneira vertiginosa nos países industrializados. O petróleo até então somente empregado na obtenção do querosene passou a ser fonte de obtenção da gasolina. Algumas décadas mais tarde, essa mesma tendência transformou o diesel em um combustível utilizado em jipes e caminhões e o óleo combustível de larga utilização na indústria a partir da 2ª Guerra Mundial.
O uso da eletricidade a partir do século XIX na produção de energia
A 2ª Revolução Industrial foi a continuação do processo de revolução na indústria, por meio da melhoria de técnicas, da criação de máquinas e de novos meios de produção. Os avanços no conhecimento científico e tecnológico possibilitaram o uso da eletricidade e a invenção das máquinas elétricas no século XIX, juntamente com a introdução dos veículos automotores, que lançaram as bases para a introdução da moderna sociedade de consumo, caracterizada por uma intensidade energética nunca vista na história da humanidade. Foi em 1913 nos Estados Unidos, tendo como carro-chefe a indústria automobilística, que a Segunda Revolução Industrial se consolidou. Com a 2ª Revolução Industrial, a eletricidade surgiu como um esforço combinado de vários engenheiros e cientistas, começando com a descoberta de Michael Faraday da indução eletromagnética. Isso culminou no trabalho de Thomas Edison, que não apenas projetou a primeira lâmpada elétrica, mas também construiu uma usina geradora de eletricidade e um sistema elétrico em corrente contínua em 1880 para fornecer energia aos clientes na parte baixa de Manhattan em Nova Iorque.
Mais tarde, ocorreu nas duas últimas décadas do século XIX a famosa “guerra das correntes elétricas” entre a corrente alternada defendida por Nikola Tesla e George Westinghouse e a corrente contínua defendida por Thomas Edison. A diferença entre a corrente elétrica contínua e a corrente alternada é que, enquanto na corrente contínua os elétrons movem-se em um único sentido, a corrente alternada possui elétrons que variam sua direção constantemente. Se os elétrons se movimentam num único sentido, essa corrente é chamada de contínua. Se os elétrons mudam de direção constantemente, trata-se de corrente alternada. Para a distribuição de eletricidade, a corrente elétrica alternada é significativamente mais prática do que a corrente contínua, uma vez que é muito mais fácil mudar a tensão elétrica na corrente alternada do que a tensão da corrente contínua.
A partir de um trabalho com campos magnéticos rotacionais, Nikola Tesla desenvolveu um sistema de geração, transmissão e uso da energia elétrica proveniente de corrente alternada. Tesla fez uma parceria com George Westinghouse para comercializar esse sistema. A “guerra das correntes elétricas” terminou favorecendo a corrente alternada porque apresenta como vantagem a possibilidade de abaixar ou aumentar facilmente sua tensão elétrica por meio dos transformadores e a transmissão de alta potência é mais econômica, pois oferece menor perda energética. Os sistemas elétricos implantados no mundo passaram a ser nela baseados. Hoje, a corrente alternada é a norma para sistemas de energia elétrica que produzem eletricidade com o uso de usinas hidroelétricas e termoelétricas convencionais e nucleares, entre outras.
O uso da energia nuclear a partir do século XX na produção de energia elétrica
O funcionamento de uma usina nuclear na geração de eletricidade consiste no uso do reator nuclear (peça principal da usina) para, simplesmente, ferver água cujo vapor é empregado por um ciclo termodinâmico para mover um alternador e produzir energia elétrica. A energia nuclear é obtida a partir da fissão do núcleo do átomo de urânio enriquecido, liberando uma grande quantidade de energia. A transformação de energia nuclear em energia elétrica pode acontecer controladamente em reator nuclear através da fissão nuclear do urânio como principal aplicação civil da energia nuclear. A energia elétrica foi gerada pela primeira vez por um reator nuclear em 3 de setembro de 1948 pelo Reator de Grafite X-10 em Oak Ridge, Tennessee, Estados Unidos acendendo uma lâmpada elétrica. Hoje, os Estados Unidos é o país com maior número de usinas nucleares totalizando 104 representando 18% da matriz energética do país. A França está no topo dos países com maior dependência desse tipo de energia com o uso em 80% de energia nuclear em sua matriz energética.
A principal vantagem da energia nuclear é a de que ela possibilita a não utilização de combustíveis fósseis como o petróleo e o carvão mineral na produção de eletricidade que passou a ser defendida até por alguns ecologistas pelo fato de não gerar gases de efeito estufa. Esses ecologistas defendem uma virada radical em direção à energia nuclear como forma de combater o aquecimento global resultante da emissão de gases do efeito estufa pelo combustíveis fósseis, especialmente o petróleo. Em comparação com a geração hidroelétrica, o uso da energia nuclear tem a vantagem de não requerer o alagamento de grandes áreas para a formação dos lagos de reservatórios, evitando assim a perda de áreas de reservas naturais ou de terras agriculturáveis, bem como a remoção de comunidades inteiras das áreas que são alagadas. No entanto, as usinas nucleares têm a desvantagem relacionada com a disposição final de seus resíduos (lixo atômico) não solucionada até hoje e com a impossibilidade de evitar acidentes como aqueles ocorridos em Chernobyl em 1986 e em Fukushima em 2011 que ao ocorrerem assumiram dimensões catastróficas.
Os combustíveis fósseis e a mudança climática global
Não existem dúvidas de que as atividades humanas sobre a Terra provocam alterações no meio ambiente em que vivemos. Muitos destes impactos ambientais são provenientes da geração, manuseio e uso da energia com o uso de combustíveis fósseis. A principal razão para a existência desses impactos ambientais reside no fato de que o consumo mundial de energia primária proveniente de fontes não renováveis (petróleo, carvão, gás natural e nuclear) corresponde a aproximadamente 88% do total, cabendo apenas 12% às fontes renováveis. Esta enorme dependência de fontes não renováveis de energia tem acarretado, além da preocupação permanente com a possibilidade de esgotamento destas fontes, a emissão de grandes quantidades de dióxido de carbono (CO2) e outros gases do efeito estufa na atmosfera que bateram recorde em 2013 tendo sido da ordem de 36,3 bilhões de toneladas, aproximadamente 3,9 vezes a quantidade emitida em 1960 (9,3 bilhões de toneladas).
Tudo leva a crer que, se for mantida a tendência atual de consumo de energia, a participação dos combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural) na matriz energética mundial alcançará 80% em 2030. O petróleo tem uma posição dominante entre as fontes de energia utilizadas. O petróleo, o carvão e o gás natural são, pela ordem, as fontes de energia mais utilizadas na atualidade no consumo mundial final de energia. Os países industrializados da OCDE (Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico) são os maiores consumidores de energia seguidos da China, Rússia e outros países da Ásia. Segundo a Agência Internacional de Energia, o petróleo e o carvão são os maiores responsáveis pela emissão de CO2 na atmosfera cujos maiores emissores são os países industrializados da OCDE (Ver o artigo AIE: mundo se encaminha para futuro energético insustentável publicado no website <http://g1.globo.com/mundo/noticia/2011/11/aie-diz-que-mundo-se-encaminha-para-futuro-energetico-insustentavel.html>). Se for mantida a tendência atual, é muito provável que, em 2025, o mundo estará fazendo uso de 75% a mais de energia e que a maior parte dela será fornecida pelo petróleo, pelo carvão, pelo gás natural e pela energia nuclear. Este é o cenário energético provável para os próximos 30 anos, se a atual matriz energética mundial for mantida.
A Agência Internacional de Energia (AIE) advertiu que “o mundo se encaminhará para um futuro energético insustentável” se os governos não adotarem “medidas urgentes” para otimizar os recursos disponíveis. Para a AIE, até 2035 seria necessário investimento mundial de US$ 38 trilhões em infraestrutura energética – dois terços em países fora da Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico (OCDE) – para atender à crescente demanda, 90% para abastecer os países emergentes como China e Índia. Independentemente das várias soluções que venham a ser adotadas para eliminar ou mitigar as causas do efeito estufa, a mais importante ação é, sem dúvidas, a adoção de medidas que contribuam para a eliminação ou redução do consumo de combustíveis fósseis na produção de energia, bem como para seu uso mais eficiente nos transportes, na indústria, na agropecuária e nas cidades (residências e comércio), haja vista que o uso e a produção de energia são responsáveis por 57% dos gases de estufa emitidos pela atividade humana (Lashof, D.A. & Tirpak, D.A.orgs. Policy options for stabilizing global climate, Washington, DC, Environmental Protection Agency, 1989). Neste sentido, é imprescindível a implantação de um sistema de energia sustentável.
O futuro sistema sustentável de energia
Em um sistema de energia sustentável, a matriz energética mundial só deveria contar com fontes de energia limpa (hidroelétrica, solar, eólica, hidrogênio, geotérmica, das marés, das ondas e biomassa), não devendo contar, portanto, com o uso dos combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural). Até alcançar esta condição, a matriz energética mundial deveria passar por uma transição em que conviveriam as fontes de energia renovável e não renovável como a proposta pelo Worldwatch Institute que preconiza reduzir à metade à produção mundial de petróleo e de 90% a de carvão, enquanto as fontes de energia renováveis deveriam crescer quase 4 vezes. No ano 2030, as energias renováveis deveriam ser da ordem de 70% da produção total de energia do planeta. Para otimizar os recursos energéticos disponíveis no planeta, é preciso implantar um sistema de energia sustentável em escala planetária. As tecnologias já se acham à disposição para dar início a essa transição histórica de energias que só ocorrerá com mudanças fundamentais na política energética na grande maioria dos países (ALCOFORADO, Fernando. Energia no mundo e no Brasil. Curitiba: Editora CRV, 2015. Página 31).
Segundo o Worldwatch Institute, o primeiro passo das mudanças na política energética no mundo consiste em redirecionar um grande número de políticas governamentais dos países de modo que se destinem a realizar os objetivos centrais da eficiência energética e da redução do uso de combustíveis fósseis. Por exemplo: recompensar a aquisição de veículos automotores eficientes e a de veículos elétricos com redução de impostos neles incidentes, encorajar alternativas de transporte de massa de alta capacidade sobre trilhos como metrô e VLT em substituição ao automóvel, implantar ferrovias para substituir o uso de caminhões no transporte de carga, reestruturar as indústrias para fazerem uso das energias limpas e renováveis e elevar os impostos sobre os combustíveis fósseis. Um sistema de energia sustentável somente será possível se, além do abandono dos combustíveis fósseis, a eficiência energética for também muito aperfeiçoada. Com o sistema de energia sustentável, é muito possível que o gás natural passe a ser, entre os combustíveis fósseis, o único desses recursos energéticos a ser utilizado no futuro. A energia nuclear não será uma fonte importante de energia em um sistema energético realmente sustentável. Isto se deve, em grande medida, aos acidentes de Tchernobil na ex- União Soviética e Fukushima no Japão.
Independentemente das várias soluções que venham a ser adotadas para eliminar ou mitigar as causas do efeito estufa, a mais importante é sem dúvidas a adoção, na fase de transição, de medidas que contribuam para a eliminação ou redução do consumo de combustíveis fósseis na produção de energia, bem como para seu uso mais eficiente nos transportes, na indústria, na agropecuária e nas cidades (residências e comércio), haja vista que o uso e a produção de energia são responsáveis pela emissão de 57% dos gases de estufa emitidos pela atividade humana. Neste sentido, é imprescindível a implantação de um sistema de energia sustentável.
Conclusões
Pelo exposto, a humanidade se defronta no momento atual diante da necessidade imperiosa de substituir os combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) por fontes de energia limpa para evitar a mudança climática catastrófica que se admite com a manutenção da política energética atual, bem como adotar medidas de eficiência energética ou de economia de energia para reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. Energia limpa diz respeito a toda fonte de energia que não emite substâncias poluidoras. Essa é a definição mais básica e sucinta a respeito de energia limpa. Sua produção e consumo são importantes para a proteção do meio ambiente e para a melhora na qualidade de vida das pessoas.
As fontes de energia limpa a serem utilizadas preferencialmente são hidroelétrica, solar, eólica, hidrogênio, geotérmica, das marés, das ondas e biomassa. Excepcionalmente, poderão ser utilizadas, como fonte de energia, a nuclear que teria restrições pelos riscos que ela representa e o gás natural por ser o combustível fóssil menos agressivo ao meio ambiente. As fontes de energia limpa já são uma realidade em todo o mundo. O futuro do setor energético em todo o mundo significará obrigatoriamente o uso das fontes de energia limpa. A energia limpa é uma alternativa concreta para fazer frente à degradação ambiental e à má utilização dos recursos naturais do planeta. O uso da energia limpa é, sem sombra de dúvidas, a forma racional de garantir a sustentabilidade do planeta Terra para as atuais e futuras gerações.
A transição da matriz energética atual baseada em combustíveis fósseis para a que contempla a adoção de uma matriz energética sustentada em energia limpa requer a otimização dos recursos energéticos disponíveis no planeta com a produção mundial de petróleo sendo reduzida à metade e a de carvão de 90%, enquanto a de fontes de energia renováveis cresceria quase 4 vezes. Progressivamente, a matriz energética mundial evoluiria para ter em sua composição a predominância de energia limpa e renovável.
* Fernando Alcoforado, 81, condecorado com a Medalha do Mérito da Engenharia do Sistema CONFEA/CREA, membro da Academia Baiana de Educação, engenheiro e doutor em Planejamento Territorial e Desenvolvimento Regional pela Universidade de Barcelona, professor universitário e consultor nas áreas de planejamento estratégico, planejamento empresarial, planejamento regional e planejamento de sistemas energéticos, é autor dos livros Globalização (Editora Nobel, São Paulo, 1997), De Collor a FHC- O Brasil e a Nova (Des)ordem Mundial (Editora Nobel, São Paulo, 1998), Um Projeto para o Brasil (Editora Nobel, São Paulo, 2000), Os condicionantes do desenvolvimento do Estado da Bahia (Tese de doutorado. Universidade de Barcelona,http://www.tesisenred.net/handle/10803/1944, 2003), Globalização e Desenvolvimento (Editora Nobel, São Paulo, 2006), Bahia- Desenvolvimento do Século XVI ao Século XX e Objetivos Estratégicos na Era Contemporânea (EGBA, Salvador, 2008), The Necessary Conditions of the Economic and Social Development- The Case of the State of Bahia (VDM Verlag Dr. Müller Aktiengesellschaft & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2010), Aquecimento Global e Catástrofe Planetária (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2010), Amazônia Sustentável- Para o progresso do Brasil e combate ao aquecimento global (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2011), Os Fatores Condicionantes do Desenvolvimento Econômico e Social (Editora CRV, Curitiba, 2012), Energia no Mundo e no Brasil- Energia e Mudança Climática Catastrófica no Século XXI (Editora CRV, Curitiba, 2015), As Grandes Revoluções Científicas, Econômicas e Sociais que Mudaram o Mundo (Editora CRV, Curitiba, 2016), A Invenção de um novo Brasil (Editora CRV, Curitiba, 2017), Esquerda x Direita e a sua convergência (Associação Baiana de Imprensa, Salvador, 2018, em co-autoria), Como inventar o futuro para mudar o mundo (Editora CRV, Curitiba, 2019) e A humanidade ameaçada e as estratégias para sua sobrevivência (Editora Dialética, São Paulo, 2021).
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