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.
Por muito tempo, nos primórdios da humanidade, a força muscular foi a principal fonte de energia utilizada pelo homem. 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 energia eólica foram utilizadas pela humanidade com base 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. Nessa mesma época, 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.
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. 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 que foram utilizadas na produção industrial e no transporte terrestre com o advento da ferrovia e seu uso no transporte marítimo de longa distância com as embarcações a vapor. 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. Daí em diante, a demanda por derivados de petróleo, especialmente a gasolina, aumentou de maneira vertiginosa nos países industrializados. 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.
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. 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
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 tem sido realizada 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 pelos 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.
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.
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. 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.
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. Neste sentido, é imprescindível a implantação de um sistema de energia sustentável. Em um sistema de energia sustentável, a matriz energética mundial só deveria contar com fontes de energia limpa e renováveis (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). Excepcionalmente, poderia utilizar o gás natural que é o combustível fóssil menos poluente e usinas nucleares pelo fato de serem fontes de energia limpa na fase de transição energética.
Um sistema de energia sustentável somente será possível se, além do abandono dos combustíveis fósseis, a eficiência energética for também muito aperfeiçoada. Acima de tudo, o mundo teria de produzir bens e serviços com um terço à metade da energia que utiliza atualmente. Já se acham disponíveis tecnologias que quadruplicariam a eficiência da maioria dos sistemas de iluminação e duplicariam a de novos automóveis. Melhoramentos na eficiência elétrica poderão reduzir em 40 a 75% a necessidade de energia. As necessidades de aquecimento e de refrigeração de edifícios podem ser cortadas para uma fração ainda menor dos níveis atuais graças a equipamentos de aquecimento e condicionadores de ar mais aperfeiçoados. Até alcançar a situação ideal, a matriz energética mundial deveria passar por uma fase de transição em que conviveriam as fontes de energia renovável e não renovável. 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.
O futuro energético requerido para o mundo implicará no uso e produção de energia limpa e renovável. Até alcançar esta situação, é preciso que haja uma etapa de transição da matriz energética atual baseada em combustíveis fósseis para a matriz energética baseada em energia limpa e renovável. As fontes de energia limpa e renovável a serem utilizadas preferencialmente são hidroelétrica, solar, eólica, hidrogênio, geotérmica, das marés, das ondas e biomassa. Na fase de transição, 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. O uso da energia solar e de outras energias renováveis provocará mudanças de grande magnitude em todo o planeta destacando-se, entre elas, a criação de indústrias totalmente novas, o desenvolvimento de novos sistemas de transporte e a modificação da agricultura e das cidades. É provável que a conversão direta de energia solar em eletricidade e calor seja a pedra angular de um sistema mundial de energia sustentável. A energia solar não apenas se acha disponível em grande quantidade como também está mais extensamente distribuída do que qualquer outra fonte energética.
Quando se fala em alternativas aos combustíveis fósseis, muitas vezes aparece o hidrogênio, que é um elemento químico que constitui aproximadamente 75% do Universo. Localizada principalmente em estrelas e planetas gigantes, é uma fonte considerável de energia. O uso do hidrogênio pode ser uma solução para lidar com a intermitência do uso de energias renováveis utilizando-as no processo para produzir e armazenar o hidrogênio que consiste em produzir hidrogênio com a eletrólise da água que é composta por moléculas de hidrogênio e oxigênio (H2O). Usando corrente elétrica com o uso da energia solar e eólica ou outra fonte de energia de energia renovável, é possível obter o hidrogênio verde separando as moléculas da água e, assim, armazenar hidrogênio a ser utilizado na geração de eletricidade e para outros fins. Com o hidrogênio armazenado, é possível produzir eletricidade através de uma célula de combustível. A célula de combustível é um dispositivo eletroquímico que converte a energia química contida no hidrogênio em energia elétrica e água.
Uma das questões climáticas mais importantes é a do setor dos transportes que emite cerca de 20% das emissões de gases do efeito estufa no mundo. Uma das soluções previstas para descarbonizar este setor é, portanto, o uso do hidrogênio. Células de combustível podem servir de unidades fixas de geração de energia para prédios. Em alguns casos, elas podem fornecer também calor. As células de combustível são vistas como potenciais fontes de energia para aeronaves. É possível, por exemplo, usá-las como sistema gerador de emergência. Além disso, podem servir de unidade auxiliar de energia para o avião. O hidrogênio pode fornecer a energia para a propulsão de embarcações. Também é possível que o hidrogênio alimente veículos de serviço como empilhadeiras e caminhões, além de ônibus e trens.
Para ler o artigo completo de 9 páginas em Português e Inglês, acessar os websites do Academia.edu <https://www.academia.edu/
Fernando Alcoforado, 84, condecorado com a Medalha do Mérito da Engenharia do Sistema CONFEA/CREA, membro da SBPC- Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência, do IPB- Instituto Politécnico da Bahia e da Academia Baiana de Educação, engenheiro pela Escola Politécnica da UFBA e doutor em Planejamento Territorial e Desenvolvimento Regional pela Universidade de Barcelona, professor universitário (Engenharia, Economia e Administração) e consultor nas áreas de planejamento estratégico, planejamento empresarial, planejamento regional e planejamento de sistemas energéticos, foi Assessor do Vice-Presidente de Engenharia e Tecnologia da LIGHT S.A. Electric power distribution company do Rio de Janeiro, Coordenador de Planejamento Estratégico do CEPED- Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Bahia, Subsecretário de Energia do Estado da Bahia, Secretário do Planejamento de Salvador, 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.
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