Energia renovável - Renewable energy

As adições à capacidade de energia renovável em 2020 aumentaram em mais de 45% em relação a 2019, incluindo um aumento de 90% na capacidade eólica global (verde) e uma expansão de 23% de novas instalações solares fotovoltaicas (amarelo).

Repartição da geração de eletricidade renovável (+ nuclear) a partir de 2018.

  Hydro (45%)
  Nuclear (28%)
  Vento (13%)
  Solar (6%)
  Biocombustíveis (5%)
  Outros (3%)

A energia renovável é a energia útil coletada de recursos renováveis , que são naturalmente reabastecidos em uma escala de tempo humana , incluindo fontes neutras em carbono como luz solar , vento , chuva , marés , ondas e calor geotérmico . Esse tipo de fonte de energia contrasta com os combustíveis fósseis , que estão sendo usados ​​muito mais rapidamente do que reabastecidos. Embora a maior parte das energias renováveis ​​seja sustentável , algumas não o são; por exemplo, alguma biomassa é insustentável.

A energia renovável geralmente fornece energia em quatro áreas importantes: geração de eletricidade , aquecimento / resfriamento de ar e água , transporte e serviços de energia rural (fora da rede) .

Com base no relatório de 2017 da REN21 , as energias renováveis ​​contribuíram com 19,3% para o consumo global de energia pelos humanos e 24,5% para a geração de eletricidade em 2015 e 2016, respectivamente. Este consumo de energia é dividido em 8,9% proveniente da biomassa tradicional, 4,2% como energia térmica (biomassa moderna, geotérmica e solar), 3,9% da hidroeletricidade e os restantes 2,2% são eletricidade eólica, solar, geotérmica e outras formas de biomassa. Em 2017, os investimentos mundiais em energia renovável totalizaram US $ 279,8 bilhões, com a China respondendo por 45% dos investimentos globais, e os Estados Unidos e a Europa por cerca de 15%. Globalmente, havia cerca de 10,5 milhões de empregos associados às indústrias de energia renovável, com a energia solar fotovoltaica sendo o maior empregador renovável. Os sistemas de energia renovável estão rapidamente se tornando mais eficientes e baratos e sua participação no consumo total de energia está aumentando. Em 2019, mais de dois terços da capacidade de eletricidade recém-instalada em todo o mundo era renovável. O crescimento no consumo de carvão e petróleo pode terminar em 2020 devido ao aumento da absorção de energias renováveis ​​e gás natural . Em 2020, na maioria dos países, a energia solar fotovoltaica e a energia eólica onshore são as formas mais baratas de construção de novas usinas de geração de eletricidade.

Em nível nacional, pelo menos 30 nações ao redor do mundo já têm energia renovável, contribuindo com mais de 20% de seu suprimento de energia. Os mercados nacionais de energia renovável devem continuar a crescer fortemente na próxima década e além. Pelo menos dois países, Islândia e Noruega, já geram toda a sua eletricidade usando energia renovável, e muitos outros países estabeleceram uma meta de atingir 100% de energia renovável no futuro. Pelo menos 47 nações ao redor do mundo já possuem mais de 50% da eletricidade proveniente de recursos renováveis. Os recursos de energia renovável existem em amplas áreas geográficas, em contraste com os combustíveis fósseis, que se concentram em um número limitado de países. A rápida implantação de tecnologias de energia renovável e eficiência energética está resultando em segurança energética significativa , mitigação da mudança climática e benefícios econômicos. Em pesquisas de opinião pública internacional, há um forte apoio à promoção de fontes renováveis, como a energia solar e a energia eólica.

Embora muitos projetos de energia renovável sejam em grande escala, as tecnologias renováveis ​​também são adequadas para áreas rurais e remotas e países em desenvolvimento , onde a energia é freqüentemente crucial para o desenvolvimento humano . Como a maioria das tecnologias de energia renovável fornece eletricidade, a implantação de energia renovável é frequentemente aplicada em conjunto com eletrificação adicional , o que tem vários benefícios: a eletricidade pode ser convertida em calor, pode ser convertida em energia mecânica com alta eficiência e é limpa no ponto de consumo. Além disso, a eletrificação com energia renovável é mais eficiente e, portanto, leva a reduções significativas nas necessidades de energia primária.

Em 2017, os investimentos em energia renovável somaram US $ 279,8 bilhões em todo o mundo, com a China sendo responsável por US $ 126,6 bilhões ou 45% dos investimentos globais. De acordo com a pesquisadora Dra. Cornelia Tremann, "a China se tornou o maior investidor, produtor e consumidor mundial de energia renovável, fabricando painéis solares de última geração, turbinas eólicas e instalações de energia hidrelétrica", além de se tornar o maior do mundo produtor de carros elétricos e ônibus.

Visão geral

Carvão, petróleo e gás natural continuam sendo as principais fontes de energia global, mesmo com o rápido aumento das energias renováveis.
PlanetSolar , o maior barco do mundo movido a energia solar e o primeiro veículo elétrico solar a circunavegar o globo (em 2012)

Os fluxos de energia renovável envolvem fenômenos naturais, como luz solar , vento , marés , crescimento das plantas e calor geotérmico , como explica a Agência Internacional de Energia :

A energia renovável é derivada de processos naturais que são reabastecidos constantemente. Em suas várias formas, ele deriva diretamente do sol ou do calor gerado nas profundezas da terra. Incluídos na definição estão a eletricidade e o calor gerados a partir de energia solar, eólica, oceânica, hidrelétrica , biomassa, recursos geotérmicos e biocombustíveis e hidrogênio derivados de recursos renováveis.

Os recursos de energia renovável e oportunidades significativas para a eficiência energética existem em amplas áreas geográficas, ao contrário de outras fontes de energia, que se concentram em um número limitado de países. A rápida implantação de energia renovável e eficiência energética, e diversificação tecnológica de fontes de energia, resultaria em segurança energética significativa e benefícios econômicos. Também reduziria a poluição ambiental , como a poluição do ar causada pela queima de combustíveis fósseis e melhoraria a saúde pública, reduziria a mortalidade prematura devido à poluição e economizaria os custos de saúde associados que chegam a várias centenas de bilhões de dólares anualmente apenas nos Estados Unidos. Múltiplas análises das estratégias de descarbonização dos EUA descobriram que os benefícios quantificados à saúde podem compensar significativamente os custos de implementação dessas estratégias. As fontes renováveis ​​de energia, que derivam sua energia do sol, direta ou indiretamente, como hídrica e eólica, devem ser capazes de fornecer energia à humanidade por quase mais 1 bilhão de anos, ponto em que o aumento previsto do calor do Sol espera-se que a superfície da Terra fique quente demais para a existência de água líquida.

As mudanças climáticas e as preocupações com o aquecimento global , juntamente com a queda contínua nos custos de alguns equipamentos de energia renovável, como turbinas eólicas e painéis solares, estão levando ao aumento do uso de energias renováveis. Novos gastos, regulamentações e políticas governamentais ajudaram a indústria a enfrentar a crise financeira global melhor do que muitos outros setores. A partir de 2019, no entanto, de acordo com a Agência Internacional de Energia Renovável , a participação geral das energias renováveis ​​na matriz energética (incluindo energia, calor e transporte) precisa crescer seis vezes mais rápido, a fim de manter o aumento das temperaturas globais médias "bem abaixo" 2,0 ° C (3,6 ° F) durante o século atual, em comparação com os níveis pré-industriais.

A partir de 2011, pequenos sistemas fotovoltaicos solares fornecem eletricidade para alguns milhões de residências, e micro-hidrelétricas configuradas em mini-redes atendem a muitos mais. Mais de 44 milhões de famílias usam biogás feito em digestores domésticos para iluminar e / ou cozinhar , e mais de 166 milhões de famílias dependem de uma nova geração de fogões de biomassa mais eficientes. O oitavo secretário-geral das Nações Unidas , Ban Ki-moon , disse que a energia renovável tem a capacidade de elevar as nações mais pobres a novos níveis de prosperidade. Em nível nacional, pelo menos 30 nações ao redor do mundo já têm energia renovável, contribuindo com mais de 20% do fornecimento de energia. Os mercados nacionais de energia renovável devem continuar a crescer fortemente na próxima década e além, e cerca de 120 países têm várias metas políticas para participações de energia renovável de longo prazo, incluindo uma meta de 20% de toda a eletricidade gerada para a União Europeia até 2020 Alguns países têm metas de política de longo prazo muito mais altas de até 100% de energias renováveis. Fora da Europa, um grupo diversificado de 20 ou mais países almeja quotas de energias renováveis ​​no período de 2020–2030 que variam de 10% a 50%.

A energia renovável muitas vezes substitui os combustíveis convencionais em quatro áreas: geração de eletricidade , água quente / aquecimento de ambientes , transporte e serviços de energia rural (fora da rede):

  • Geração de energia
Em 2040, projeta-se que a energia renovável iguale a geração de eletricidade com carvão e gás natural. Várias jurisdições, incluindo Dinamarca, Alemanha, o estado da Austrália do Sul e alguns estados dos EUA alcançaram alta integração de energias renováveis ​​variáveis. Por exemplo, em 2015, a energia eólica atendeu a 42% da demanda de eletricidade na Dinamarca, 23,2% em Portugal e 15,5% no Uruguai. Os interconectores permitem aos países equilibrar os sistemas elétricos, permitindo a importação e exportação de energia renovável. Sistemas híbridos inovadores surgiram entre países e regiões.
  • Aquecimento
O aquecimento solar de água dá uma contribuição importante para o calor renovável em muitos países, principalmente na China, que agora tem 70% do total global (180 GWth). A maioria desses sistemas é instalada em edifícios de apartamentos multifamiliares e atendem a uma parte das necessidades de água quente de cerca de 50 a 60 milhões de residências na China. Em todo o mundo, o total de sistemas de aquecimento solar de água instalados atendem a uma parte das necessidades de aquecimento de água de mais de 70 milhões de residências. O uso de biomassa para aquecimento também continua crescendo. Na Suécia, o uso nacional de energia de biomassa ultrapassou o de petróleo. A geotérmica direta para aquecimento também está crescendo rapidamente. A mais recente adição ao aquecimento vem das bombas de calor geotérmicas, que fornecem aquecimento e resfriamento, e também achatam a curva de demanda elétrica, sendo, portanto, uma prioridade nacional crescente (ver também energia térmica renovável ).
  • Transporte
Um ônibus movido a biodiesel
O bioetanol é um álcool feito por fermentação , principalmente de carboidratos produzidos em safras de açúcar ou amido , como milho , cana-de-açúcar ou sorgo doce . A biomassa celulósica , derivada de fontes não alimentares, como árvores e gramíneas, também está sendo desenvolvida como matéria - prima para a produção de etanol. O etanol pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, mas normalmente é usado como aditivo à gasolina para aumentar a octanagem e melhorar as emissões veiculares. O bioetanol é amplamente utilizado nos EUA e no Brasil . O biodiesel pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, mas geralmente é usado como aditivo de diesel para reduzir os níveis de partículas, monóxido de carbono e hidrocarbonetos de veículos movidos a diesel. O biodiesel é produzido a partir de óleos ou gorduras por transesterificação e é o biocombustível mais comum na Europa.
Um veículo solar é um veículo elétrico movido total ou significativamente por energia solar direta . Normalmente, as células fotovoltaicas (PV) contidas em painéis solares convertem a energia solar diretamente em energia elétrica . O termo "veículo solar" geralmente implica que a energia solar é usada para fornecer energia total ou parcial à propulsão de um veículo . A energia solar também pode ser usada para fornecer energia para comunicações ou controles ou outras funções auxiliares. Os veículos solares não são vendidos como dispositivos de transporte do dia-a-dia práticos no momento, mas são principalmente veículos de demonstração e exercícios de engenharia, muitas vezes patrocinados por agências governamentais. Exemplos de alto nível incluem PlanetSolar e Solar Impulse . No entanto, veículos carregados indiretamente com energia solar são comuns e barcos solares estão disponíveis comercialmente.

História

Antes do desenvolvimento do carvão em meados do século 19, quase toda a energia usada era renovável. Quase sem dúvida, o uso mais antigo conhecido de energia renovável, na forma de biomassa tradicional para queimar fogueiras, data de mais de um milhão de anos atrás. O uso de biomassa para o fogo não se tornou comum até muitas centenas de milhares de anos depois. Provavelmente, o segundo uso mais antigo de energia renovável é o aproveitamento do vento para conduzir os navios sobre as águas. Essa prática remonta a cerca de 7.000 anos, a navios no Golfo Pérsico e no Nilo. A partir de fontes termais , a energia geotérmica tem sido usada para banhos desde os tempos Paleolíticos e para aquecimento de ambientes desde a antiguidade romana. Indo para o tempo da história registrada, as fontes primárias de energia renovável tradicional eram trabalho humano , energia animal , energia hídrica , vento, moinhos de vento de moagem de grãos e lenha , uma biomassa tradicional.

Nas décadas de 1860 e 1870, já havia temores de que a civilização ficaria sem combustíveis fósseis e sentia-se a necessidade de uma fonte melhor. Em 1873, Augustin Mouchot escreveu:

Chegará o tempo em que a indústria europeia deixará de encontrar os recursos naturais de que tanto necessita. As fontes de petróleo e as minas de carvão não são inesgotáveis, mas estão diminuindo rapidamente em muitos lugares. O homem, então, retornará ao poder da água e do vento? Ou ele emigrará para onde a mais poderosa fonte de calor envia seus raios para todos? A história mostrará o que virá.

Em 1885, Werner von Siemens , comentando sobre a descoberta do efeito fotovoltaico no estado sólido, escreveu:

Em conclusão, eu diria que por maior que seja a importância científica desta descoberta, seu valor prático não será menos óbvio quando refletimos que o fornecimento de energia solar é ilimitado e sem custo, e que continuará a jorrar. caíram sobre nós por incontáveis ​​eras depois que todos os depósitos de carvão da terra foram exauridos e esquecidos.

Max Weber mencionou o fim do combustível fóssil nos parágrafos finais de seu Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus (A Ética Protestante e o Espírito do Capitalismo), publicado em 1905. O desenvolvimento de motores solares continuou até a eclosão da Primeira Guerra Mundial. A importância da energia solar foi reconhecida em um artigo da Scientific American de 1911 : "em um futuro muito distante, os combustíveis naturais tendo se esgotado [a energia solar] permanecerão como o único meio de existência da raça humana".

A teoria do pico petrolífero foi publicada em 1956. Na década de 1970, ambientalistas promoveram o desenvolvimento de energia renovável tanto como uma substituição para o eventual esgotamento do petróleo , quanto para uma fuga da dependência do petróleo, e as primeiras turbinas eólicas geradoras de eletricidade apareceu. Solar há muito era usado para aquecimento e resfriamento, mas os painéis solares eram muito caros para construir fazendas solares até 1980.

Tecnologias convencionais

Energia hidrelétrica

Capacidade global de geração de energia elétrica 1.211 GW (2020)
Taxa de crescimento anual da capacidade de geração de energia elétrica global 2,7% (2011-2020)
Parcela da geração global de eletricidade 16% (2018)
Custo nivelado por megawatt hora USD 65.581 (2019)
Tecnologia primária Barragem
Outras aplicações de energia Armazenamento bombeado , energia mecânica

Como a água é cerca de 800 vezes mais densa que o ar , mesmo um fluxo lento de água ou uma ondulação moderada do mar podem produzir quantidades consideráveis ​​de energia. Existem muitas formas de energia hídrica:

  • Historicamente, a energia hidrelétrica vinha da construção de grandes represas e reservatórios hidrelétricos, que ainda são populares nos países em desenvolvimento . Os maiores deles são a Barragem das Três Gargantas (2003) na China e a Barragem de Itaipu (1984) construída pelo Brasil e Paraguai.
  • Pequenos sistemas hidrelétricos são instalações de energia hidrelétrica que normalmente produzem até 50 MW de energia. Eles são freqüentemente usados ​​em rios pequenos ou como um empreendimento de baixo impacto em rios maiores. A China é o maior produtor de hidroeletricidade do mundo e possui mais de 45.000 pequenas instalações hidrelétricas.
  • As usinas hidrelétricas a fio de água obtêm energia dos rios sem a criação de um grande reservatório . A água é normalmente transportada ao longo da lateral do vale do rio (usando canais, tubos e / ou túneis) até que esteja bem acima do fundo do vale, quando então pode ser permitida que caia através de uma comporta para acionar uma turbina. Este estilo de geração ainda pode produzir uma grande quantidade de eletricidade, como a Represa Chief Joseph no Rio Columbia, nos Estados Unidos. Muitas usinas hidrelétricas a fio d'água são micro hidrelétricas ou pico hidrelétricas .

A energia hidrelétrica é produzida em 150 países, com a região Ásia-Pacífico gerando 32 por cento da energia hidrelétrica global em 2010. Para os países com a maior porcentagem de eletricidade proveniente de fontes renováveis, os 50 principais são principalmente hidrelétricos. A China é o maior produtor de hidroeletricidade, com 721 terawatts-hora de produção em 2010, representando cerca de 17% do uso doméstico de eletricidade. Existem agora três usinas hidrelétricas com mais de 10 GW: a Barragem das Três Gargantas na China, a Barragem de Itaipu na fronteira do Brasil com o Paraguai e a Barragem de Guri na Venezuela.

Wave Power , que capta a energia das ondas de superfície do oceano, e energia das marés , convertendo a energia das marés, são duas formas de energia hidrelétrica com potencial de futuro; no entanto, eles ainda não são amplamente empregados comercialmente. Um projeto de demonstração operado pela Ocean Renewable Power Company na costa do Maine , e conectado à rede, aproveita a energia das marés da Baía de Fundy , local do maior fluxo de maré do mundo. A conversão de energia térmica oceânica , que usa a diferença de temperatura entre as águas superficiais mais frias e mais quentes, atualmente não tem viabilidade econômica.

Força do vento

Geração de energia eólica por região ao longo do tempo.
Mapa global do potencial de densidade da energia eólica.
Capacidade global de geração de energia elétrica 733 GW (2020)
Taxa de crescimento anual da capacidade de geração de energia elétrica global 14% (2011-2020)
Parcela da geração global de eletricidade 5% (2018)
Custo nivelado por megawatt hora Eólica terrestre: USD 30.165 (2019)
Tecnologia primária Turbina de vento
Outras aplicações de energia Moinho de vento , bomba de vento

O fluxo de ar pode ser usado para operar turbinas eólicas . As turbinas eólicas modernas em escala de utilidade variam de cerca de 600 kW a 9 MW de potência nominal. A potência do vento disponível é uma função do cubo da velocidade do vento, portanto, à medida que a velocidade do vento aumenta, a potência de saída aumenta até a potência máxima para a turbina em particular. As áreas onde os ventos são mais fortes e constantes, como locais offshore e de alta altitude , são os locais preferidos para parques eólicos. Normalmente, as horas de carga total das turbinas eólicas variam entre 16 e 57 por cento ao ano, mas podem ser maiores em locais offshore particularmente favoráveis.

A eletricidade gerada pelo vento atendeu a quase 4% da demanda global de eletricidade em 2015, com quase 63 GW de nova capacidade de energia eólica instalada. A energia eólica foi a principal fonte de nova capacidade na Europa, Estados Unidos e Canadá, e a segunda maior na China. Na Dinamarca, a energia eólica atendeu a mais de 40% de sua demanda de eletricidade, enquanto a Irlanda, Portugal e Espanha atenderam cada um a quase 20%.

Globalmente, acredita-se que o potencial técnico de longo prazo da energia eólica seja cinco vezes a produção total de energia global atual, ou 40 vezes a demanda atual de eletricidade, assumindo que todas as barreiras práticas necessárias foram superadas. Isso exigiria que turbinas eólicas fossem instaladas em grandes áreas, particularmente em áreas de maiores recursos eólicos, como offshore. Como a velocidade do vento offshore é em média 90% maior do que a terrestre, os recursos offshore podem contribuir substancialmente com mais energia do que as turbinas estacionadas em terra.

Energia solar

Imagem de satélite do Parque Solar Bhadla na Índia , é o maior Parque Solar do mundo
Mapa global de irradiação horizontal .
Capacidade global de geração de energia elétrica 714 GW (2020)
Taxa de crescimento anual da capacidade de geração de energia elétrica global 29% (2011-2020)
Parcela da geração global de eletricidade 2% (2018)
Custo nivelado por megawatt hora Fotovoltaicos em escala de serviço público: US $ 38.343 (2019)
Tecnologias primárias Fotovoltaica , energia solar concentrada , coletor solar térmico
Outras aplicações de energia Aquecimento de água; aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC); cozinhando; calor de processo; tratamento de água

A energia solar , a luz radiante e o calor do sol são aproveitados por meio de uma série de tecnologias em constante evolução, como aquecimento solar , energia fotovoltaica , energia solar concentrada (CSP), concentrador fotovoltaico (CPV), arquitetura solar e fotossíntese artificial . As tecnologias solares são amplamente caracterizadas como solar passiva ou solar ativa, dependendo da maneira como capturam, convertem e distribuem a energia solar. As técnicas solares passivas incluem orientar um edifício para o Sol, selecionar materiais com massa térmica favorável ou propriedades de dispersão de luz e projetar espaços que circulem naturalmente o ar . As tecnologias solares ativas englobam a energia solar térmica , usando coletores solares para aquecimento, e a energia solar, convertendo a luz do sol em eletricidade, seja diretamente usando energia fotovoltaica (PV) ou indiretamente usando energia solar concentrada (CSP).

Um sistema fotovoltaico converte luz em corrente elétrica contínua (DC), aproveitando o efeito fotoelétrico . Solar PV se tornou uma indústria multibilionária e de rápido crescimento , continua a melhorar sua relação custo-benefício e tem o maior potencial de todas as tecnologias renováveis ​​junto com CSP. Os sistemas de energia solar concentrada (CSP) usam lentes ou espelhos e sistemas de rastreamento para focar uma grande área de luz solar em um pequeno feixe. As usinas de energia solar concentrada comerciais foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980. CSP-Stirling tem de longe a maior eficiência entre todas as tecnologias de energia solar.

Em 2011, a Agência Internacional de Energia disse que "o desenvolvimento de tecnologias de energia solar acessíveis, inesgotáveis ​​e limpas trará enormes benefícios a longo prazo. Aumentará a segurança energética dos países por meio da dependência de um recurso nativo, inesgotável e principalmente independente de importação, aumentar a sustentabilidade , reduzir a poluição, diminuir os custos de mitigação das mudanças climáticas e manter os preços dos combustíveis fósseis mais baixos. Essas vantagens são globais. Portanto, os custos adicionais dos incentivos para implantação antecipada devem ser considerados investimentos de aprendizagem; devem ser gastos com sabedoria e precisam ser amplamente compartilhados ". A Austrália tem a maior proporção de eletricidade solar do mundo; em 2020, a energia solar supriu 9,9% da demanda de eletricidade.

Bioenergia

Plantação de cana-de-açúcar para produção de etanol no Brasil
Uma usina de CHP usando madeira para abastecer 30.000 residências na França
Capacidade global de geração de energia elétrica 127 GW (2020)
Taxa de crescimento anual da capacidade de geração de energia elétrica global 6,5% (2011-2020)
Parcela da geração global de eletricidade 2% (2018)
Custo nivelado por megawatt hora USD 118,908 (2019)
Tecnologias primárias Biomassa , biocombustível
Outras aplicações de energia Combustíveis para aquecimento, cozinha, transporte

Biomassa é material biológico derivado de organismos vivos ou recentemente vivos. Na maioria das vezes, refere-se a plantas ou materiais derivados de plantas que são especificamente chamados de biomassa lignocelulósica . Como fonte de energia, a biomassa pode ser usada diretamente por meio da combustão para produzir calor ou indiretamente após sua conversão em várias formas de biocombustível . A conversão de biomassa em biocombustível pode ser alcançada por diferentes métodos, que são amplamente classificados em: métodos térmicos , químicos e bioquímicos . A madeira era a maior fonte de energia de biomassa em 2012; exemplos incluem resíduos florestais - como árvores mortas, galhos e tocos de árvores -, aparas de quintais, aparas de madeira e até resíduos sólidos urbanos . No segundo sentido, a biomassa inclui matéria vegetal ou animal que pode ser convertida em fibras ou outros produtos químicos industriais , incluindo biocombustíveis. A biomassa industrial pode ser cultivada a partir de vários tipos de plantas, incluindo miscanthus , switchgrass , cânhamo , milho , choupo , salgueiro , sorgo , cana-de-açúcar, bambu e uma variedade de espécies de árvores, variando de eucalipto a dendê ( óleo de palma ).

A energia das plantas é produzida por plantações especificamente cultivadas para uso como combustível que oferecem alta produção de biomassa por hectare com baixo consumo de energia. O grão pode ser usado como combustível de transporte líquido, enquanto a palha pode ser queimada para produzir calor ou eletricidade. A biomassa vegetal também pode ser degradada de celulose a glicose por meio de uma série de tratamentos químicos, e o açúcar resultante pode ser usado como biocombustível de primeira geração.

A biomassa pode ser convertida em outras formas utilizáveis ​​de energia, como gás metano , ou combustíveis de transporte, como etanol e biodiesel . Lixo em decomposição e resíduos agrícolas e humanos liberam gás metano - também chamado de gás de aterro ou biogás . As safras, como milho e cana-de-açúcar, podem ser fermentadas para produzir o combustível de transporte, o etanol. O biodiesel, outro combustível de transporte, pode ser produzido a partir de sobras de produtos alimentícios, como óleos vegetais e gorduras animais. Além disso, biomassa para líquidos (BTLs) e etanol celulósico ainda estão em pesquisa. Existem muitas pesquisas envolvendo combustível de algas ou biomassa derivada de algas devido ao fato de ser um recurso não alimentar e poder ser produzido em taxas 5 a 10 vezes maiores do que em outros tipos de agricultura terrestre, como o milho. e soja. Depois de colhido, pode ser fermentado para produzir biocombustíveis como etanol, butanol e metano, bem como biodiesel e hidrogênio . A biomassa usada para geração de eletricidade varia por região. Subprodutos florestais, como resíduos de madeira, são comuns nos Estados Unidos. Os resíduos agrícolas são comuns nas Maurícias (resíduo da cana-de-açúcar) e no Sudeste Asiático (cascas de arroz). Resíduos da criação de animais, como cama de frango, são comuns no Reino Unido.

Os biocombustíveis incluem uma ampla variedade de combustíveis derivados da biomassa. O termo abrange combustíveis sólidos , líquidos e gasosos . Os biocombustíveis líquidos incluem bioálcoois, como o bioetanol, e óleos, como o biodiesel. Os biocombustíveis gasosos incluem biogás , gás de aterro e gás sintético . O bioetanol é um álcool feito pela fermentação dos componentes do açúcar de materiais vegetais e é feito principalmente de safras de açúcar e amido. Entre eles estão o milho, a cana-de-açúcar e, mais recentemente, o sorgo doce . A última cultura é particularmente adequada para cultivo em condições de terra seca e está sendo investigada pelo Instituto Internacional de Pesquisa de Culturas para os Trópicos Semi-Áridos por seu potencial para fornecer combustível, junto com alimentos e ração animal, em partes áridas da Ásia e da África.

Com tecnologia avançada em desenvolvimento, a biomassa celulósica, como árvores e gramíneas, também é utilizada como matéria-prima para a produção de etanol. O etanol pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, mas geralmente é usado como aditivo à gasolina para aumentar a octanagem e melhorar as emissões veiculares. O bioetanol é amplamente utilizado nos Estados Unidos e no Brasil . Os custos de energia para produzir bioetanol são quase iguais aos rendimentos de energia do bioetanol. No entanto, de acordo com a Agência Ambiental Europeia , os biocombustíveis não atendem às preocupações com o aquecimento global. O biodiesel é feito de óleos vegetais , gorduras animais ou graxas recicladas. Pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura ou, mais comumente, como aditivo de diesel para reduzir os níveis de partículas, monóxido de carbono e hidrocarbonetos de veículos movidos a diesel. O biodiesel é produzido a partir de óleos ou gorduras por transesterificação e é o biocombustível mais comum na Europa. Os biocombustíveis forneceram 2,7% do combustível de transporte mundial em 2010.

Biomassa, biogás e biocombustíveis são queimados para produzir calor / energia e, com isso, prejudicar o meio ambiente. Poluentes como óxidos sulfurosos (SO x ), óxidos nitrosos (NO x ) e partículas (PM) são produzidos a partir da combustão de biomassa. A Organização Mundial da Saúde estima que 3,7 milhões morreram prematuramente devido à poluição do ar externo em 2012, enquanto a poluição interna da queima de biomassa afetou mais de 3 bilhões de pessoas em todo o mundo.

Energia geotérmica

Vapor subindo da Central Geotérmica de Nesjavellir, na Islândia
Capacidade global de geração de energia elétrica 14 GW (2020)
Taxa de crescimento anual da capacidade de geração de energia elétrica global 3,7% (2011-2020)
Parcela da geração global de eletricidade <1% (2018)
Custo nivelado por megawatt hora USD 58,257 (2019)
Tecnologias primárias Vapor seco, vapor instantâneo e estações de energia de ciclo binário
Outras aplicações de energia Aquecimento

A energia geotérmica de alta temperatura é proveniente da energia térmica gerada e armazenada na Terra. A energia térmica é a energia que determina a temperatura da matéria. A energia geotérmica da Terra se origina da formação original do planeta e da decomposição radioativa de minerais (em proporções atualmente incertas, mas possivelmente quase iguais). O gradiente geotérmico , que é a diferença de temperatura entre o centro do planeta e sua superfície, impulsiona uma condução contínua de energia térmica na forma de calor do centro para a superfície. O adjetivo geotérmico tem origem nas raízes gregas geo , que significa terra, e garrafa térmica , que significa calor.

O calor que é usado para a energia geotérmica pode vir das profundezas da Terra, até o centro da Terra - 4.000 milhas (6.400 km) de profundidade. No núcleo, as temperaturas podem atingir mais de 9.000 ° F (5.000 ° C). O calor conduz do núcleo para a rocha circundante. Temperatura e pressão extremamente altas fazem com que algumas rochas derretam, o que é comumente conhecido como magma. O magma convecta para cima por ser mais leve do que a rocha sólida. Esse magma então aquece a rocha e a água na crosta, às vezes até 700 ° F (371 ° C).

Geotérmica de baixa temperatura refere-se ao uso da crosta externa da Terra como uma bateria térmica para facilitar a energia térmica renovável para aquecimento e resfriamento de edifícios e outros usos de refrigeração e industriais. Nesta forma de geotérmica, uma bomba de calor geotérmico e o calor acoplado-chão permutador são usados em conjunto para mover a energia de calor para dentro da Terra (para arrefecimento) e para fora da Terra (para aquecimento) numa base sazonal variando. Geotérmica de baixa temperatura (geralmente referida como "GHP") é uma tecnologia renovável cada vez mais importante porque reduz as cargas totais de energia anuais associadas ao aquecimento e resfriamento e também achatam a curva de demanda elétrica, eliminando o pico extremo do suprimento elétrico de verão e inverno requisitos. Assim, o geotérmico / GHP de baixa temperatura está se tornando uma prioridade nacional crescente, com suporte a vários créditos fiscais e foco como parte do movimento contínuo em direção à energia zero líquida.

Tecnologias emergentes

Outras tecnologias de energia renovável ainda estão em desenvolvimento e incluem etanol celulósico , energia geotérmica de rocha quente e seca e energia marinha . Essas tecnologias ainda não foram amplamente demonstradas ou têm comercialização limitada. Muitos estão no horizonte e podem ter potencial comparável a outras tecnologias de energia renovável, mas ainda dependem de atrair atenção suficiente e financiamento para pesquisa, desenvolvimento e demonstração (PD&D).

Existem inúmeras organizações nos setores acadêmico, federal e comercial conduzindo pesquisas avançadas em grande escala no campo de energia renovável. Esta pesquisa abrange várias áreas de foco em todo o espectro de energia renovável. A maior parte da pesquisa visa melhorar a eficiência e aumentar a produção geral de energia. Várias organizações de pesquisa com apoio federal têm se concentrado em energia renovável nos últimos anos. Dois dos laboratórios mais proeminentes são Sandia National Laboratories e o National Renewable Energy Laboratory (NREL), ambos financiados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e apoiados por vários parceiros corporativos. Sandia tem um orçamento total de $ 2,4 bilhões, enquanto o NREL tem um orçamento de $ 375 milhões.

Sistema geotérmico aprimorado

Os sistemas geotérmicos aprimorados (EGS) são um novo tipo de tecnologia de energia geotérmica que não requer recursos hidrotérmicos convectivos naturais. A grande maioria da energia geotérmica ao alcance da perfuração está em rochas secas e não porosas. As tecnologias EGS "aprimoram" e / ou criam recursos geotérmicos nesta "rocha quente e seca (HDR)" por meio de fraturamento hidráulico . Espera-se que as tecnologias EGS e HDR, como a geotérmica hidrotérmica, sejam recursos de carga de base que produzem energia 24 horas por dia, como uma usina fóssil. Diferentes de hidrotérmicos, HDR e EGS podem ser viáveis ​​em qualquer lugar do mundo, dependendo dos limites econômicos da profundidade de perfuração. As boas localizações são sobre granito profundo coberto por uma camada espessa (3-5 km) de sedimentos isolantes que reduzem a perda de calor. Existem sistemas HDR e EGS atualmente sendo desenvolvidos e testados na França, Austrália, Japão, Alemanha, Estados Unidos e Suíça. O maior projeto EGS do mundo é uma planta de demonstração de 25 megawatts atualmente em desenvolvimento na Bacia de Cooper, Austrália. A Bacia de Cooper tem potencial para gerar de 5.000 a 10.000 MW.

Etanol celulósico

Várias refinarias que podem processar biomassa e transformá-la em etanol são construídas por empresas como Iogen , POET e Abengoa , enquanto outras empresas como Verenium Corporation , Novozymes e Dyadic International estão produzindo enzimas que podem permitir a comercialização futura . A mudança de matérias-primas de culturas alimentares para resíduos de resíduos e gramíneas nativas oferece oportunidades significativas para uma variedade de participantes, de agricultores a firmas de biotecnologia e de desenvolvedores de projetos a investidores.

Energia marinha

A energia marinha (também conhecida como energia do oceano) refere-se à energia transportada pelas ondas do oceano , marés , salinidade e diferenças de temperatura do oceano . O movimento da água nos oceanos do mundo cria um vasto estoque de energia cinética , ou energia em movimento. Essa energia pode ser aproveitada para gerar eletricidade para abastecer residências, transportes e indústrias. O termo energia marinha abrange tanto a energia das ondas  - energia das ondas de superfície quanto a energia das marés  - obtida da energia cinética de grandes corpos d'água em movimento. A eletrodiálise reversa (RED) é uma tecnologia de geração de eletricidade por meio da mistura de água doce do rio e água salgada do mar em grandes células de energia projetadas para esse fim; a partir de 2016, ele está sendo testado em pequena escala (50 kW). A energia eólica offshore não é uma forma de energia marinha, já que a energia eólica é derivada do vento , mesmo se as turbinas eólicas forem colocadas sobre a água. Os oceanos têm uma quantidade enorme de energia e estão próximos de muitas, senão a maioria das populações concentradas. A energia dos oceanos tem o potencial de fornecer uma quantidade substancial de novas energias renováveis ​​em todo o mundo.

# Estação País Localização Capacidade Refs
1 Estação de energia das marés do Lago Sihwa Coreia do Sul 37 ° 18 47 ″ N 126 ° 36 46 ″ E / 37,31306 ° N 126,61278 ° E / 37,31306; 126.61278 ( Estação de energia das marés do Lago Sihwa ) 254 MW
2 Rance Tidal Power Station França 48 ° 37 05 ″ N 02 ° 01 24 ″ W / 48,61806 ° N 2,02333 ° W / 48,61806; -2,02333 ( Rance Tidal Power Station ) 240 MW
3 Estação Geradora Annapolis Royal Canadá 44 ° 45′07 ″ N 65 ° 30′40 ″ W / 44,75194 ° N 65,51111 ° W / 44,75194; -65.51111 ( Estação Geradora Annapolis Royal ) 20 MW

Desenvolvimentos de energia solar

Energia solar experimental

Os sistemas fotovoltaicos concentrados (CPV) empregam a luz solar concentrada em superfícies fotovoltaicas para fins de geração de eletricidade. Dispositivos termoelétricos ou "termovoltaicos" convertem uma diferença de temperatura entre materiais diferentes em uma corrente elétrica.

Painéis solares flutuantes

Painéis solares flutuantes são sistemas fotovoltaicos que flutuam na superfície de reservatórios de água potável, lagos de pedreira, canais de irrigação ou tanques de remediação e de rejeitos. Um pequeno número desses sistemas existe na França , Índia , Japão , Coréia do Sul , Reino Unido , Cingapura e Estados Unidos . Diz-se que os sistemas têm vantagens sobre os fotovoltaicos em terra. O custo do terreno é mais caro e existem menos regras e regulamentos para estruturas construídas em corpos d'água não utilizados para recreação. Ao contrário da maioria das usinas solares terrestres, os arranjos flutuantes podem ser discretos porque estão escondidos da vista do público. Eles alcançam eficiências mais altas do que os painéis fotovoltaicos em terra, porque a água resfria os painéis. Os painéis possuem um revestimento especial para evitar ferrugem ou corrosão. Em maio de 2008, a Far Niente Winery em Oakville, Califórnia, foi pioneira no primeiro sistema floatovoltaico do mundo, instalando 994 módulos solares fotovoltaicos com uma capacidade total de 477 kW em 130 pontões e flutuando-os no tanque de irrigação da vinícola. Fazendas fotovoltaicas flutuantes em escala de utilidade estão começando a ser construídas. A Kyocera desenvolverá a maior fazenda do mundo, uma fazenda de 13,4 MW no reservatório acima da represa de Yamakura, na província de Chiba, usando 50.000 painéis solares. Fazendas flutuantes resistentes à água salgada também estão sendo construídas para uso no oceano. O maior projeto floatovoltaico anunciado até agora é uma usina de 350 MW na região amazônica do Brasil.

Bomba de calor assistida por energia solar

Uma bomba de calor é um dispositivo que fornece energia térmica de uma fonte de calor para um destino denominado "dissipador de calor". As bombas de calor são projetadas para mover a energia térmica oposta à direção do fluxo de calor espontâneo, absorvendo o calor de um espaço frio e liberando-o para um mais quente. Uma bomba de calor assistida por energia solar representa a integração de uma bomba de calor e painéis solares térmicos em um único sistema integrado. Normalmente, essas duas tecnologias são usadas separadamente (ou apenas colocadas em paralelo) para produzir água quente . Neste sistema, o painel solar térmico desempenha a função de fonte de calor de baixa temperatura e o calor produzido é utilizado para alimentar o evaporador da bomba de calor. O objetivo desse sistema é obter um alto COP e, então, produzir energia de forma mais eficiente e menos cara.

É possível usar qualquer tipo de painel solar térmico (folha e tubos, roll-bond, heat pipe, placas térmicas) ou híbrido ( mono / policristalino , filme fino ) em combinação com a bomba de calor. A utilização de um painel híbrido é preferível porque permite cobrir uma parte da procura de eletricidade da bomba de calor e reduz o consumo de energia e consequentemente os custos variáveis do sistema.

Aeronave solar

Em 2016, o Solar Impulse 2 foi a primeira aeronave movida a energia solar a completar uma circunavegação do mundo.

Uma aeronave elétrica é uma aeronave que funciona com motores elétricos em vez de motores de combustão interna , com eletricidade proveniente de células de combustível , células solares , ultracapacitores , feixes de energia ou baterias .

Atualmente, os aviões elétricos tripulados são principalmente demonstradores experimentais, embora muitos pequenos veículos aéreos não tripulados sejam alimentados por baterias. Aeromodelos movidos a eletricidade têm sido pilotados desde a década de 1970, com um relatório em 1957. Os primeiros voos movidos a eletricidade transportando homens foram feitos em 1973. Entre 2015 e 2016, um avião movido a energia solar , Solar Impulse 2 , completou uma circunavegação da Terra.

Torre Solar Updraft

Uma torre de atualização solar é uma usina de energia renovável para gerar eletricidade a partir do calor solar de baixa temperatura. A luz do sol aquece o ar por baixo de uma estrutura colectora telhada em forma de estufa muito ampla que rodeia a base central de uma torre de chaminé muito alta . A convecção resultante causa uma corrente ascendente de ar quente na torre pelo efeito chaminé . Esse fluxo de ar impulsiona as turbinas eólicas colocadas na corrente ascendente da chaminé ou ao redor da base da chaminé para produzir eletricidade . Planos para versões ampliadas de modelos de demonstração permitirão geração significativa de energia e podem permitir o desenvolvimento de outras aplicações, como extração ou destilação de água e agricultura ou horticultura. Uma versão mais avançada de uma tecnologia com tema semelhante é o motor Vortex, que visa substituir grandes chaminés físicas por um vórtice de ar criado por uma estrutura mais curta e menos cara.

Energia solar baseada no espaço

Para sistemas fotovoltaicos ou térmicos, uma opção é elevá-los para o espaço, especialmente a órbita geossíncrona. Para ser competitivo com os sistemas de energia solar baseados na Terra, a massa específica (kg / kW) multiplicada pelo custo para aumentar a massa mais o custo das peças precisa ser $ 2.400 ou menos. Ou seja, para um custo de peças mais reteno de $ 1100 / kW, o produto de $ / kg e kg / kW deve ser $ 1300 / kW ou menos. Assim, para 6,5 ​​kg / kW, o custo de transporte não pode exceder $ 200 / kg. Embora isso exija uma redução de 100 para um, a SpaceX tem como meta uma redução de dez para um, os motores de reação podem possibilitar uma redução de 100 para um.

Fotossíntese artificial

A fotossíntese artificial usa técnicas que incluem nanotecnologia para armazenar energia eletromagnética solar em ligações químicas, dividindo a água para produzir hidrogênio e, em seguida, usando dióxido de carbono para fazer metanol. Os pesquisadores neste campo estão se esforçando para projetar mímicas moleculares da fotossíntese que usam uma região mais ampla do espectro solar, empregam sistemas catalíticos feitos de materiais abundantes e baratos que são robustos, prontamente reparados, não tóxicos, estáveis ​​em uma variedade de condições ambientais e ter um desempenho mais eficiente, permitindo que uma proporção maior da energia do fóton acabe nos compostos de armazenamento, ou seja, carboidratos (em vez de construir e sustentar células vivas). No entanto, pesquisas proeminentes enfrentam obstáculos, a Sun Catalytix, um spin-off do MIT, parou de ampliar seu protótipo de célula a combustível em 2012, porque oferece poucas economias em relação a outras maneiras de produzir hidrogênio a partir da luz solar.

Outros

Combustíveis de algas

A produção de combustíveis líquidos a partir de variedades de algas ricas em óleo é um tópico de pesquisa em andamento. Várias microalgas cultivadas em sistemas abertos ou fechados estão sendo testadas, incluindo alguns sistemas que podem ser instalados em áreas abandonadas e desérticas.

Vapor de água

A coleta de cargas de eletricidade estática de gotículas de água em superfícies de metal é uma tecnologia experimental que seria especialmente útil em países de baixa renda com umidade relativa do ar acima de 60%.

Resíduos de colheitas

Dispositivos AuREUS (Aurora Renewable Energy & UV Sequestration), que são baseados em resíduos da colheita, podem absorver a luz ultravioleta do sol e transformá-la em energia renovável.

Integração no sistema de energia

A produção de energia renovável de algumas fontes, como a eólica e a solar, é mais variável e mais distribuída geograficamente do que a tecnologia baseada em combustíveis fósseis e nuclear. Embora integrá-lo ao sistema de energia mais amplo seja viável, ele leva a alguns desafios adicionais, como aumento da volatilidade da produção e diminuição da inércia do sistema. Para que o sistema de energia permaneça estável, um conjunto de medições pode ser feito. Assim, a utilização de conversores eletrônicos de potência permite o ajuste dos níveis e da forma de onda da energia de fontes renováveis. Além disso, a utilização do dispositivo de armazenamento de energia é essencial para o funcionamento do sistema isolado, quando este possui uma fonte intermitente em sua composição. Isso permite o fornecimento de energia ininterrupto às cargas dentro de seus limites operacionais. A implementação de armazenamento de energia, usando uma ampla variedade de tecnologias de energia renovável, e a implementação de uma rede inteligente em que a energia é usada automaticamente no momento em que é produzida pode reduzir os riscos e custos da implementação de energia renovável.

Armazenamento de energia elétrica

O armazenamento de energia elétrica é um conjunto de métodos usados ​​para armazenar energia elétrica. A energia elétrica é armazenada durante os momentos em que a produção (especialmente de fontes intermitentes, como energia eólica , energia das marés , energia solar ) excede o consumo e é devolvida à rede quando a produção cai abaixo do consumo. A hidroeletricidade de armazenamento bombeado é responsável por mais de 90% de todo o armazenamento de energia da rede. Os custos das baterias de íon-lítio estão caindo rapidamente e estão cada vez mais sendo implantados em serviços auxiliares de rede e para armazenamento doméstico. Além disso, a energia pode ser armazenada em células de combustível de hidrogênio .

Custos elevados e vida útil limitada ainda tornam as baterias um "substituto fraco" para fontes de energia despacháveis e são incapazes de cobrir lacunas de energia renovável variável que duram dias, semanas ou meses. Em modelos de grade com alta participação de VRE, o custo excessivo de armazenamento tende a dominar os custos de toda a rede - por exemplo, apenas na Califórnia , 80% de participação de VRE exigiria 9,6 TWh de armazenamento, mas 100% exigiria 36,3 TWh. Em 2018, o estado tinha apenas 150 GWh de armazenamento, principalmente em armazenamento bombeado e uma pequena fração em baterias. De acordo com outro estudo, suprir 80% da demanda americana de VRE exigiria uma rede inteligente cobrindo todo o país ou armazenamento de bateria capaz de abastecer todo o sistema por 12 horas, ambos a um custo estimado em US $ 2,5 trilhões.

Tendências de mercado e da indústria

A energia renovável tem sido mais eficaz na criação de empregos do que carvão ou petróleo nos Estados Unidos . Em 2016, o emprego no setor aumentou 6% nos Estados Unidos, enquanto o emprego no setor de petróleo e gás diminuiu 18%. Em todo o mundo, as energias renováveis ​​empregam cerca de 8,1 milhões de pessoas em 2016.

Crescimento de renováveis

Investimento: empresas, governos e famílias comprometeram US $ 501,3 bilhões com a descarbonização em 2020, incluindo energia renovável (solar, eólica), veículos elétricos e infraestrutura de carregamento associada, armazenamento de energia, sistemas de aquecimento com eficiência energética, captura e armazenamento de carbono e hidrogênio.
Investimento em energia renovável por região
Os custos anteriores de produção de energia renovável diminuíram significativamente, com 62% da geração total de energia renovável adicionada em 2020 tendo custos mais baixos do que a nova opção de combustível fóssil mais barata.
Custo nivelado: Com a implementação cada vez mais ampla de fontes de energia renováveis, os custos diminuíram, principalmente para a energia gerada por painéis solares.
Custo nivelado de energia (LCOE) é uma medida do custo líquido atual médio de geração de eletricidade para uma usina geradora ao longo de sua vida.
Em 2020, as energias renováveis ​​ultrapassaram os combustíveis fósseis como a principal fonte de eletricidade da União Europeia pela primeira vez.
Comparando o uso mundial de energia, o crescimento das energias renováveis ​​é mostrado pela linha verde

Desde o final de 2004, a capacidade mundial de energia renovável cresceu a taxas de 10–60% ao ano para muitas tecnologias. Em 2015, o investimento global em energias renováveis ​​aumentou 5%, para US $ 285,9 bilhões, quebrando o recorde anterior de US $ 278,5 bilhões em 2011. 2015 também foi o primeiro ano em que as energias renováveis, excluindo grandes hidrelétricas, respondem pela maioria de toda a nova capacidade de energia (134 GW, representando 54% do total). Do total das energias renováveis, a energia eólica representou 72 GW e a solar fotovoltaica 56 GW; ambos números recordes e nitidamente acima dos números de 2014 (49 GW e 45 GW, respectivamente). Em termos financeiros, a energia solar representou 56% do total de novos investimentos e a energia eólica 38%.

Em 2014, a capacidade eólica global expandiu 16% para 369.553 MW. A produção anual de energia eólica também está crescendo rapidamente e atingiu cerca de 4% do uso mundial de eletricidade, 11,4% na UE, e é amplamente utilizada na Ásia e nos Estados Unidos . Em 2015, a capacidade fotovoltaica instalada mundialmente aumentou para 227 gigawatts (GW), o suficiente para suprir 1 por cento das demandas globais de eletricidade . As estações de energia solar térmica operam nos Estados Unidos e na Espanha e, em 2016, a maior delas é o Ivanpah Solar Electric Generating System de 392 MW, na Califórnia. A maior instalação de energia geotérmica do mundo é The Geysers, na Califórnia, com capacidade nominal de 750 MW. O Brasil tem um dos maiores programas de energia renovável do mundo, envolvendo a produção de etanol combustível a partir da cana-de-açúcar, e o etanol agora fornece 18% do combustível automotivo do país. O etanol combustível também está amplamente disponível nos Estados Unidos.

Em 2017, os investimentos em energias renováveis ​​somaram US $ 279,8 bilhões em todo o mundo, sendo a China responsável por US $ 126,6 bilhões ou 45% dos investimentos globais, os Estados Unidos por US $ 40,5 bilhões e a Europa por US $ 40,9 bilhões. Os resultados de uma recente revisão da literatura concluíram que, à medida que os emissores de gases de efeito estufa (GEE) começam a ser responsabilizados por danos resultantes das emissões de GEE que resultam em mudanças climáticas, um alto valor para a mitigação de passivos forneceria incentivos poderosos para a implantação de tecnologias de energia renovável .

Na década de 2010-2019, o investimento mundial em capacidade de energia renovável, excluindo grandes hidrelétricas, totalizou US $ 2,7 trilhões, dos quais os principais países, China, contribuíram com US $ 818 bilhões, os Estados Unidos contribuíram com US $ 392,3 bilhões, o Japão contribuiu com US $ 210,9 bilhões, a Alemanha contribuiu US $ 183,4 bilhões, e o Reino Unido contribuiu com US $ 126,5 bilhões. Este foi um aumento de mais de três e possivelmente quatro vezes o montante equivalente investido na década de 2000–2009 (não há dados disponíveis para 2000–2003).

Indicadores globais de energia renovável selecionados 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Investimento
Investimento em nova capacidade renovável
(anual) (bilhões de dólares)
182 178 237 279 256 232 270 285,9 241,6 279,8 289 302 304
Poder
Capacidade de energia renovável (existente) (GWe) 1.140 1.230 1.320 1.360 1.470 1.578 1.712 1.849 2.017 2.195 2.378 2.588 2.839
Capacidade de energia hidrelétrica (existente) (GWe) 885 915 945 970 990 1.018 1.055 1.064 1.096 1.114 1.132 1.150 1.170
Capacidade solar fotovoltaica (conectada à rede) (GWe) 16 23 40 70 100 138 177 227 303 402 505 627 760
Capacidade de energia eólica (existente) (GWe) 121 159 198 238 283 319 370 433 487 539 591 651 743
Aquecer
Capacidade solar de água quente (existente)
(2008-2018 GW th , 2019-2020 EJ)
130 160 185 232 255 373 406 435 456 472 480 GW th
(1,4 EJ)
1,4 1,5
Transporte
Produção de etanol (anual) (bilhões de litros) 67 76 86 86 83 87 94 98,8 98,6 106 112 114 105
Produção de biodiesel, éster metílico de ácido graxo
(anual) (bilhões de litros)
12 17,8 18,5 21,4 22,5 26 29,7 30,1 30,8 31 34 47 39
Política
Países com metas de energia renovável 79 89 98 118 138 144 164 173 176 179 169 172 165
Fonte: REN21

Projeções futuras

Projeção de custo nivelado para o vento nos EUA (esquerda)

As tecnologias de energia renovável estão ficando mais baratas, por meio da mudança tecnológica e dos benefícios da produção em massa e da competição de mercado. Um relatório de 2018 da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA), descobriu que o custo da energia renovável está caindo rapidamente e provavelmente será igual ou inferior ao custo das energias não renováveis, como os combustíveis fósseis até 2020. O relatório concluiu que os custos da energia solar caíram 73% desde 2010 e os custos da energia eólica onshore caíram 23% no mesmo período.

As projeções atuais sobre o custo futuro das energias renováveis ​​variam, no entanto. O EIA previu que quase dois terços das adições líquidas à capacidade de energia virão de energias renováveis ​​até 2020 devido aos benefícios combinados da política de poluição local, descarbonização e diversificação de energia.

De acordo com um relatório de 2018 da Bloomberg New Energy Finance, espera-se que a energia eólica e solar gerem cerca de 50% das necessidades de energia do mundo até 2050, enquanto as usinas de eletricidade movidas a carvão deverão cair para apenas 11%. A hidroeletricidade e a eletricidade geotérmica produzidas em locais favoráveis ​​são agora a forma mais barata de gerar eletricidade. Os custos com energia renovável continuam a cair e o custo nivelado da eletricidade ( LCOE ) está diminuindo para a energia eólica, solar fotovoltaica ( PV ), energia solar concentrada ( CSP ) e algumas tecnologias de biomassa. A energia renovável também é a solução mais econômica para novas capacidades conectadas à rede em áreas com bons recursos. Conforme o custo da energia renovável cai, o escopo de aplicações economicamente viáveis ​​aumenta. Hoje, as tecnologias renováveis ​​costumam ser a solução mais econômica para uma nova capacidade de geração. Onde "a geração a óleo é a fonte predominante de geração de energia (por exemplo, em ilhas, fora da rede e em alguns países), quase sempre existe uma solução renovável de custo mais baixo". Uma série de estudos do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos Estados Unidos modelou a "rede no oeste dos Estados Unidos sob uma série de cenários diferentes em que as energias renováveis ​​intermitentes representavam 33% da energia total". Nos modelos, as ineficiências na ciclagem das usinas de combustível fóssil para compensar a variação na energia solar e eólica resultaram em um custo adicional de "entre $ 0,47 e $ 1,28 para cada MegaWatt hora gerado"; no entanto, a economia no custo dos combustíveis economizados "chega a US $ 7 bilhões, o que significa que os custos adicionais são, no máximo, 2% da economia".

Demanda

Em julho de 2014, o WWF e o World Resources Institute convocaram uma discussão entre várias das principais empresas dos EUA que declararam sua intenção de aumentar o uso de energia renovável. Essas discussões identificaram uma série de "princípios" que as empresas que buscavam maior acesso às energias renováveis ​​consideravam resultados importantes do mercado. Esses princípios incluíam escolha (entre fornecedores e produtos), competitividade de custos, suprimentos de preços fixos de prazo mais longo, acesso a veículos de financiamento de terceiros e colaboração.

Estatísticas do Reino Unido divulgadas em setembro de 2020 observaram que "a proporção da demanda atendida por energias renováveis ​​varia de um mínimo de 3,4 por cento (para transporte, principalmente de biocombustíveis) a altos de mais de 20 por cento para 'outros usuários finais', que é em grande parte o setores de serviços e comerciais que consomem quantidades relativamente grandes de eletricidade, e indústria ".

Em alguns locais, as famílias podem optar por comprar energia renovável por meio de um programa de energia verde para o consumidor .

Tendências para tecnologias individuais

Hidroeletricidade

Em 2017, a capacidade hidrelétrica renovável mundial era de 1.154 GW. Apenas um quarto do potencial hidrelétrico mundial estimado de 14.000 TWh / ano foi desenvolvido. Os potenciais regionais para o crescimento da energia hidrelétrica em todo o mundo são, 71% Europa, 75% América do Norte, 79% América do Sul, 95% África, 95 % Oriente Médio, 82% Ásia Pacífico. Novos projetos hidrelétricos enfrentam oposição das comunidades locais devido ao seu grande impacto, incluindo relocação de comunidades e inundação de habitats de vida selvagem e terras agrícolas. Os altos custos e prazos de execução do processo de permissão, incluindo avaliações ambientais e de risco, com falta de aceitação ambiental e social são, portanto, os principais desafios para novos empreendimentos. Além disso, as limitações econômicas no terceiro mundo e a falta de um sistema de transmissão em áreas subdesenvolvidas resultam na possibilidade de desenvolver 25% do potencial restante antes de 2050, com a maior parte na área da Ásia-Pacífico. Há um crescimento lento ocorrendo nos condados ocidentais, mas não no estilo convencional de barragem e reservatório do passado. Novos projetos assumem a forma de fio d'água e pequenas hidrelétricas , sem usar grandes reservatórios. É comum repotenciar barragens antigas, aumentando assim sua eficiência e capacidade, bem como capacidade de resposta mais rápida na rede. Onde as circunstâncias permitirem, as represas existentes, como a Represa Russell construída em 1985, podem ser atualizadas com instalações de "bombeamento" para armazenamento bombeado que é útil para cargas de pico ou para suportar energia solar e eólica intermitentes. Países com grandes empreendimentos hidrelétricos, como Canadá e Noruega, estão gastando bilhões para expandir suas redes para o comércio com países vizinhos que possuem recursos hídricos limitados.

Desenvolvimento de energia eólica

Crescimento mundial da capacidade eólica (1996-2018)
Quatro parques eólicos offshore estão na área do estuário do Tamisa : Kentish Flats , Gunfleet Sands , Thanet e London Array . Este último é o maior do mundo em abril de 2013.

A energia eólica é amplamente utilizada na Europa , China e Estados Unidos . De 2004 a 2017, a capacidade instalada mundial de energia eólica cresceu de 47 GW para 514 GW - um aumento de mais de dez vezes em 13 anos. No final de 2014, China, Estados Unidos e Alemanha combinados representavam metade do total global capacidade. Vários outros países alcançaram níveis relativamente altos de penetração da energia eólica, como 21% da produção de eletricidade estacionária na Dinamarca , 18% em Portugal , 16% na Espanha e 14% na Irlanda em 2010 e desde então continuaram a expandir sua capacidade instalada . Mais de 80 países ao redor do mundo estão usando a energia eólica em uma base comercial.

As turbinas eólicas estão aumentando em potência com alguns modelos implantados comercialmente, gerando mais de 8 MW por turbina. Modelos mais potentes estão em desenvolvimento, consulte a lista das turbinas eólicas mais potentes .

Em 2017, a energia eólica offshore somava 18,7 GW da capacidade instalada global, respondendo por apenas 3,6% da capacidade total de energia eólica.
Em 2013, o Alta Wind Energy Center (Califórnia, 1,5 GW) é o maior parque eólico único do mundo. The Walney Extension (Londres, 0,7 GW) é o maior parque eólico offshore do mundo. O Parque Eólico Gansu (China, 7,9 GW) é o maior projeto de geração de energia eólica que consiste em 18 parques eólicos.

Solar térmico

O 377 MW Ivanpah Solar Electric Generating System com todas as três torres sob carga, fevereiro de 2014. Retirado de I-15.

A capacidade de energia térmica solar aumentou de 1,3 GW em 2012 para 5,0 GW em 2017.

A Espanha é líder mundial na implantação de energia solar térmica com 2,3 GW implantados. Os Estados Unidos têm 1,8 GW, a maior parte na Califórnia, onde 1,4 GW de projetos de energia solar térmica estão em operação. Várias usinas de energia foram construídas no deserto de Mojave , sudoeste dos Estados Unidos. Em 2017, apenas 4 outros países têm implantações acima de 100 MW: África do Sul (300 MW) Índia (229 MW) Marrocos (180 MW) e Emirados Árabes Unidos (100 MW).

Os Estados Unidos realizaram muitas pesquisas iniciais em energia fotovoltaica e energia solar concentrada . Os Estados Unidos estão entre os principais países do mundo em eletricidade gerada pelo Sol e várias das maiores instalações de serviços públicos do mundo estão localizadas no deserto do sudoeste.

A usina térmica solar mais antiga do mundo é a usina termelétrica SEGS de 354  megawatts (MW) , na Califórnia. O Ivanpah Solar Electric Generating System é um projeto de energia solar térmica no deserto de Mojave , na Califórnia , a 64 km a sudoeste de Las Vegas , com uma capacidade bruta de 377 MW. A 280 MW Solana Generating Station é uma usina de energia solar perto de Gila Bend , Arizona , cerca de 70 milhas (110 km) a sudoeste de Phoenix , concluída em 2013. Quando comissionada, foi a maior usina parabólica do mundo e a primeira usina solar dos EUA com armazenamento de energia térmica de sal fundido .

Nos países em desenvolvimento, foram aprovados três projetos do Banco Mundial para usinas de energia solar térmica integrada / turbina a gás de ciclo combinado no Egito , México e Marrocos .

Desenvolvimento fotovoltaico

50.000
100.000
150.000
200.000
2006
2010
2014
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     Europa
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Crescimento mundial da capacidade fotovoltaica agrupada por região em MW (2006–2014)

A energia fotovoltaica (PV) está crescendo rapidamente, com a capacidade global aumentando de 177 GW no final de 2014 para 385 GW em 2017.

PV usa células solares montadas em painéis solares para converter a luz solar em eletricidade. Os sistemas fotovoltaicos variam de pequenas instalações residenciais e comerciais em telhados ou instalações integradas em edifícios a grandes centrais fotovoltaicas de grande escala . A tecnologia fotovoltaica predominante é o silício cristalino , enquanto a tecnologia de células solares de película fina é responsável por cerca de 10 por cento da implantação fotovoltaica global. Nos últimos anos, a tecnologia fotovoltaica melhorou sua eficiência de geração de eletricidade , reduziu o custo de instalação por watt , bem como seu tempo de retorno de energia e atingiu a paridade de rede em pelo menos 30 mercados diferentes até 2014. Sistemas fotovoltaicos integrados em edifícios ou sistemas fotovoltaicos "no local" usar terrenos e estruturas existentes e gerar energia perto de onde é consumida.

A energia fotovoltaica cresceu mais rapidamente na China , seguida pelo Japão e pelos Estados Unidos. Prevê-se que a energia solar se torne a maior fonte mundial de eletricidade até 2050, com a energia solar fotovoltaica e a energia solar concentrada contribuindo com 16% e 11%, respectivamente. Isso requer um aumento da capacidade fotovoltaica instalada para 4.600 GW, dos quais mais da metade deverá ser implantada na China e na Índia .

As usinas de energia solar concentrada comerciais foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980. À medida que o custo da eletricidade solar caiu, o número de sistemas solares fotovoltaicos conectados à rede cresceu para milhões e estações de energia solar em grande escala com centenas de megawatts estão sendo construídas. Muitas usinas solares fotovoltaicas foram construídas, principalmente na Europa, China e Estados Unidos. O Tengger Desert Solar Park de 1,5 GW , na China, é a maior estação de energia fotovoltaica do mundo . Muitas dessas plantas são integradas à agricultura e algumas usam sistemas de rastreamento que seguem a trajetória diária do sol no céu para gerar mais eletricidade do que sistemas fixos.

Desenvolvimento de biocombustíveis

O Brasil produz bioetanol de cana-de-açúcar disponível em todo o país. Um posto de gasolina típico com serviço de combustível duplo é marcado com "A" para álcool (etanol) e "G" para gasolina.

A capacidade global de bioenergia em 2017 era de 109 GW. Os biocombustíveis forneceram 3% do combustível de transporte mundial em 2017.

Os mandatos para a mistura de biocombustíveis existem em 31 países a nível nacional e em 29 estados / províncias. De acordo com a Agência Internacional de Energia, os biocombustíveis têm potencial para atender a mais de um quarto da demanda mundial por combustíveis para transporte até 2050.

Desde a década de 1970, o Brasil mantém um programa de etanol combustível que permitiu ao país se tornar o segundo maior produtor mundial de etanol (depois dos Estados Unidos) e o maior exportador mundial. O programa de etanol combustível do Brasil usa equipamentos modernos e cana -de- açúcar barata como matéria - prima, e o resíduo da cana-de- açúcar ( bagaço ) é usado para produzir calor e energia. Não existem mais veículos leves no Brasil movidos a gasolina pura. No final de 2008, havia 35.000 postos de abastecimento em todo o Brasil com pelo menos uma bomba de etanol. Infelizmente, a Operação Lava Jato minou seriamente a confiança do público nas empresas de petróleo e envolveu várias autoridades brasileiras de alto escalão.

Quase toda a gasolina vendida nos Estados Unidos hoje é misturada com 10% de etanol, e os fabricantes de veículos automotores já produzem veículos projetados para funcionar com misturas de etanol muito maiores. Ford , Daimler AG e GM estão entre as empresas automobilísticas que vendem carros, caminhões e minivans "flexíveis" que podem usar misturas de gasolina e etanol que vão desde a gasolina pura até 85% de etanol. Em meados de 2006, havia aproximadamente 6 milhões de veículos compatíveis com etanol nas estradas dos Estados Unidos.

Desenvolvimento geotérmico

Planta geotérmica em The Geysers , Califórnia, EUA

A capacidade geotérmica global em 2017 foi de 12,9 GW.

A energia geotérmica é econômica, confiável, sustentável e ecologicamente correta, mas historicamente tem sido limitada a áreas próximas aos limites das placas tectônicas . Avanços tecnológicos recentes expandiram a gama e o tamanho dos recursos viáveis, especialmente para aplicações como aquecimento doméstico, abrindo um potencial para ampla exploração. Poços geotérmicos liberam gases de efeito estufa aprisionados nas profundezas da terra, mas essas emissões são geralmente muito mais baixas por unidade de energia do que as dos combustíveis fósseis. Como resultado, a energia geotérmica tem o potencial de ajudar a mitigar o aquecimento global se amplamente implantada no lugar dos combustíveis fósseis.

Em 2017, os Estados Unidos lideraram o mundo na produção de eletricidade geotérmica com 12,9 GW de capacidade instalada. O maior grupo de usinas geotérmicas do mundo está localizado em The Geysers , um campo geotérmico na Califórnia. As Filipinas seguem os EUA como o segundo maior produtor de energia geotérmica do mundo, com 1,9 GW de capacidade online.

Países em desenvolvimento

Os fogões solares usam a luz solar como fonte de energia para cozinhar ao ar livre.

A tecnologia de energia renovável às vezes foi vista como um item de luxo caro pelos críticos e acessível apenas no mundo desenvolvido afluente. Essa visão errônea persistiu por muitos anos, no entanto, entre 2016 e 2017, os investimentos em energia renovável foram maiores nos países em desenvolvimento do que nos desenvolvidos, com a China liderando o investimento global com um recorde de 126,6 bilhões de dólares. Muitos países latino-americanos e africanos também aumentaram significativamente seus investimentos. A energia renovável pode ser particularmente adequada para países em desenvolvimento. Em áreas rurais e remotas, a transmissão e distribuição de energia gerada a partir de combustíveis fósseis pode ser difícil e cara. Produzir energia renovável localmente pode oferecer uma alternativa viável.

Os avanços tecnológicos estão abrindo um novo mercado enorme para a energia solar: aproximadamente 1,3 bilhão de pessoas em todo o mundo que não têm acesso à eletricidade da rede. Embora sejam geralmente muito pobres, essas pessoas têm que pagar muito mais pela iluminação do que as pessoas dos países ricos porque usam lâmpadas de querosene ineficientes. A energia solar custa a metade do que a iluminação com querosene. Em 2010, cerca de 3 milhões de residências obtinham energia de pequenos sistemas solares fotovoltaicos. O Quênia é o líder mundial em número de sistemas de energia solar instalados per capita. Mais de 30.000 painéis solares muito pequenos, cada um produzindo de 12 a 30 watts, são vendidos no Quênia anualmente. Alguns Pequenos Estados Insulares em Desenvolvimento (SIDS) também estão recorrendo à energia solar para reduzir seus custos e aumentar sua sustentabilidade.

Micro-hidro configuradas em mini-redes também fornecem energia. Mais de 44 milhões de famílias usam biogás feito em digestores domésticos para iluminar e / ou cozinhar , e mais de 166 milhões de famílias dependem de uma nova geração de fogões de biomassa mais eficientes. O combustível líquido limpo proveniente de matérias-primas renováveis ​​é usado para cozinhar e iluminar áreas pobres em energia do mundo em desenvolvimento. Álcool combustíveis (etanol e metanol) podem ser produzidos de forma sustentável a partir de matérias-primas não alimentares açucaradas, amiláceas e celulósicas. Project Gaia, Inc. e CleanStar Mozambique estão implementando programas de cozinha limpa com fogões de etanol líquido na Etiópia, Quênia, Nigéria e Moçambique.

Projetos de energia renovável em muitos países em desenvolvimento demonstraram que a energia renovável pode contribuir diretamente para a redução da pobreza , fornecendo a energia necessária para a criação de negócios e empregos. As tecnologias de energia renovável também podem fazer contribuições indiretas para aliviar a pobreza, fornecendo energia para cozinhar, aquecimento de ambientes e iluminação. As energias renováveis ​​também podem contribuir para a educação, fornecendo eletricidade às escolas.

Política

As políticas de apoio às energias renováveis ​​têm sido vitais para sua expansão. Onde a Europa dominou no estabelecimento de políticas energéticas no início dos anos 2000, a maioria dos países ao redor do mundo agora tem alguma forma de política energética.

Tendências da política

A Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) é uma organização intergovernamental para promover a adoção de energia renovável em todo o mundo. Tem como objetivo fornecer aconselhamento político concreto e facilitar o desenvolvimento de capacidades e a transferência de tecnologia. A IRENA foi formada em 2009, por 75 países que assinaram a Carta da IRENA. Em abril de 2019, IRENA tinha 160 estados membros. O então secretário-geral das Nações Unidas, Ban Ki-moon , disse que a energia renovável tem a capacidade de elevar as nações mais pobres a novos níveis de prosperidade e, em setembro de 2011, lançou a iniciativa Energia Sustentável para Todos das Nações Unidas para melhorar o acesso à energia e a eficiência e implantação de energia renovável.

O Acordo de Paris de 2015 sobre mudanças climáticas motivou muitos países a desenvolver ou melhorar políticas de energia renovável. Em 2017, um total de 121 países adaptaram alguma forma de política de energia renovável. As metas nacionais naquele ano existiam em 176 países. Além disso, há também uma ampla gama de políticas nos níveis estadual / provincial e local. Alguns serviços públicos ajudam a planejar ou instalar atualizações de energia residencial . Sob o presidente Barack Obama , a política dos Estados Unidos encorajou a adoção de energia renovável em linha com os compromissos do acordo de Paris. Mesmo que Trump tenha abandonado essas metas, o investimento em energias renováveis ​​ainda está aumentando.

Muitos governos nacionais, estaduais e locais criaram bancos verdes . Um banco verde é uma instituição financeira quase pública que usa capital público para alavancar o investimento privado em tecnologias de energia limpa. Os bancos verdes usam uma variedade de ferramentas financeiras para preencher lacunas de mercado que impedem a implantação de energia limpa. Os militares dos EUA também se concentraram no uso de combustíveis renováveis para veículos militares. Ao contrário dos combustíveis fósseis, os combustíveis renováveis ​​podem ser produzidos em qualquer país, criando uma vantagem estratégica. Os militares dos EUA já se comprometeram a fazer com que 50% de seu consumo de energia provenha de fontes alternativas.

Energia totalmente renovável

O incentivo para usar 100% de energia renovável, para eletricidade, transporte, ou mesmo o fornecimento total de energia primária globalmente, foi motivado pelo aquecimento global e outras preocupações ecológicas e econômicas. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas afirmou que existem poucos limites tecnológicos fundamentais para a integração de um portfólio de tecnologias de energia renovável para atender à maior parte da demanda energética global total. O uso de energia renovável cresceu muito mais rápido do que até mesmo os defensores anteciparam. Em nível nacional, pelo menos 30 nações ao redor do mundo já têm energia renovável, contribuindo com mais de 20% do fornecimento de energia. Além disso, Stephen W. Pacala e Robert H. Socolow desenvolveram uma série de " cunhas de estabilização " que podem nos permitir manter nossa qualidade de vida, evitando mudanças climáticas catastróficas, e "fontes de energia renováveis", em conjunto, constituem o maior número de suas "cunhas".

O uso de energia 100% renovável foi sugerido pela primeira vez em um artigo da Science publicado em 1975 pelo físico dinamarquês Bent Sørensen . Seguiram-se várias outras propostas, até que em 1998 foi publicada a primeira análise detalhada de cenários com percentagens muito elevadas de renováveis. Estes foram seguidos pelos primeiros cenários 100% detalhados. Em 2006, uma tese de doutorado foi publicada por Czisch na qual foi demonstrado que em um cenário 100% renovável a oferta de energia poderia atender a demanda em todas as horas do ano na Europa e no Norte da África. No mesmo ano, o engenheiro dinamarquês Henrik Lund publicou um primeiro artigo em que aborda a combinação ideal de energias renováveis, que foi seguido por vários outros artigos sobre a transição para energia 100% renovável na Dinamarca. Desde então, Lund tem publicado vários artigos sobre energia 100% renovável. Depois de 2009, as publicações começaram a aumentar vertiginosamente, cobrindo cenários de 100% para países da Europa, América, Austrália e outras partes do mundo.

Em 2011, Mark Z. Jacobson , professor de engenharia civil e ambiental na Universidade de Stanford, e Mark Delucchi publicaram um estudo sobre o fornecimento de energia 100% renovável global na revista Energy Policy . Eles descobriram que produzir toda a nova energia com energia eólica , solar e hidrelétrica até 2030 é viável e os arranjos de fornecimento de energia existentes podem ser substituídos até 2050. As barreiras à implementação do plano de energia renovável são vistas como "principalmente sociais e políticas, não tecnológicas ou econômico". Eles também descobriram que os custos de energia com um sistema de água eólica, solar, deveriam ser semelhantes aos custos de energia de hoje.

Da mesma forma, nos Estados Unidos, o Conselho Nacional de Pesquisa independente observou que "existem recursos renováveis ​​nacionais suficientes para permitir que a eletricidade renovável desempenhe um papel significativo na geração de eletricidade futura e, assim, ajude a enfrentar as questões relacionadas às mudanças climáticas, segurança energética e escalada dos custos de energia ... A energia renovável é uma opção atraente porque os recursos renováveis ​​disponíveis nos Estados Unidos, considerados coletivamente, podem fornecer quantidades significativamente maiores de eletricidade do que a demanda doméstica total atual ou projetada. "

As barreiras mais significativas para a implementação generalizada de energia renovável em grande escala e estratégias de energia de baixo carbono são principalmente políticas e não tecnológicas. De acordo com o relatório Post Carbon Pathways de 2013 , que revisou muitos estudos internacionais, os principais obstáculos são: negação da mudança climática , lobby dos combustíveis fósseis , inação política, consumo insustentável de energia, infraestrutura de energia desatualizada e restrições financeiras.

De acordo com o Banco Mundial, o cenário climático "abaixo de 2 ° C" requer 3 bilhões de toneladas de metais e minerais até 2050. O fornecimento de recursos minerados como zinco, molibdênio, prata, níquel e cobre deve aumentar em até 500%. Uma análise de 2018 estimou aumentos necessários no estoque de metais exigidos por vários setores de 1000% (energia eólica) a 87.000% (baterias de veículos pessoais).

Debate

A produção de eletricidade renovável, a partir de fontes como energia eólica e solar, é variável, o que resulta em fator de capacidade reduzido e requer tanto armazenamento de energia de capacidade igual à sua produção total, ou fontes de energia de carga de base de fontes não intermitentes como energia hidrelétrica , combustíveis fósseis ou energia nuclear .

Como a densidade de energia das fontes de energia renovável por área de terra é, no máximo, três ordens de magnitude menor do que a energia fóssil ou nuclear, as usinas de energia renovável tendem a ocupar milhares de hectares, causando preocupações ambientais e oposição dos residentes locais, especialmente em países densamente povoados. As usinas de energia solar estão competindo com terras aráveis ​​e reservas naturais, enquanto os parques eólicos em terra enfrentam oposição devido a preocupações estéticas e ruído, que está afetando os seres humanos e a vida selvagem. Nos Estados Unidos, o projeto Massachusetts Cape Wind foi adiado por anos, em parte devido a questões estéticas. No entanto, os residentes em outras áreas foram mais positivos. De acordo com um vereador, a grande maioria dos habitantes locais acredita que o Parque Eólico Ardrossan, na Escócia, melhorou a área. Essas preocupações, quando direcionadas contra as energias renováveis, às vezes são descritas como atitude de "não estou no meu quintal" ( NIMBY ).

Um documento recente do governo do Reino Unido afirma que "os projetos geralmente têm maior probabilidade de sucesso se tiverem amplo apoio público e o consentimento das comunidades locais. Isso significa dar às comunidades uma palavra e uma participação". Em países como Alemanha e Dinamarca, muitos projetos de energias renováveis ​​pertencem às comunidades, principalmente por meio de estruturas cooperativas , e contribuem significativamente para os níveis gerais de implantação de energia renovável.

O mercado de tecnologias de energia renovável não para de crescer. As preocupações com as mudanças climáticas e o aumento dos empregos verdes , juntamente com os altos preços do petróleo, pico do petróleo , guerras do petróleo, derramamentos de óleo , promoção de veículos elétricos e eletricidade renovável, desastres nucleares e aumento do apoio governamental, estão levando ao aumento da legislação, incentivos e comercialização de energia renovável . Novos gastos, regulamentações e políticas governamentais ajudaram a indústria a enfrentar a crise econômica de 2009 melhor do que muitos outros setores.

Embora as energias renováveis ​​tenham tido muito sucesso em sua contribuição cada vez maior para a energia elétrica, não há países dominados por combustíveis fósseis que tenham um plano para parar e obter essa energia de fontes renováveis. Apenas a Escócia e Ontário pararam de queimar carvão, em grande parte devido ao bom fornecimento de gás natural. Na área de transporte, os combustíveis fósseis estão ainda mais arraigados e as soluções mais difíceis de encontrar. Não está claro se há falhas com políticas ou energia renovável, mas vinte anos após o Protocolo de Kyoto, os combustíveis fósseis ainda são nossa fonte de energia primária e o consumo continua crescendo.

A Agência Internacional de Energia afirmou que a implantação de tecnologias renováveis ​​geralmente aumenta a diversidade das fontes de eletricidade e, por meio da geração local, contribui para a flexibilidade do sistema e sua resistência a choques centrais.

Geopolítica da energia renovável

Por volta de 2010 em diante, aumentou a discussão sobre o impacto geopolítico do uso crescente de energias renováveis. Argumentou-se que os ex-exportadores de combustíveis fósseis experimentariam um enfraquecimento de sua posição nas relações internacionais, enquanto os países com abundantes recursos de energia renovável seriam fortalecidos. Também se esperava que países ricos em materiais essenciais para tecnologias de energia renovável aumentassem de importância nos assuntos internacionais.

O índice GeGaLo de ganhos e perdas geopolíticas avalia como a posição geopolítica de 156 países pode mudar se o mundo fizer uma transição completa para recursos de energia renovável. Espera-se que os ex-exportadores de combustíveis fósseis percam energia, enquanto as posições dos ex-importadores de combustíveis fósseis e de países ricos em recursos de energia renovável devem se fortalecer.

Impacto ambiental

A capacidade da biomassa e dos biocombustíveis de contribuir para a redução do CO
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as emissões são limitadas porque tanto a biomassa quanto os biocombustíveis emitem grandes quantidades de poluição do ar quando queimados e, em alguns casos, competem com o suprimento de alimentos. Além disso, a biomassa e os biocombustíveis consomem grandes quantidades de água. Outras fontes renováveis ​​como energia eólica , fotovoltaica e hidroeletricidade têm a vantagem de poder conservar água, diminuir a poluição e reduzir o CO
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emissões. As instalações de produção de energia eólica, solar e hídrica são uma ameaça crescente às principais áreas de conservação, com instalações construídas em áreas destinadas à preservação da natureza e outras áreas ambientalmente sensíveis. Freqüentemente, são muito maiores do que as usinas de combustível fóssil, precisando de áreas de terra até 10 vezes maiores do que carvão ou gás para produzir quantidades equivalentes de energia. Mais de 2.000 instalações de energia renovável são construídas, e mais estão em construção, em áreas de importância ambiental e ameaçam os habitats de espécies vegetais e animais em todo o mundo. A equipe dos autores enfatizou que seu trabalho não deve ser interpretado como anti-renovável porque a energia renovável é crucial para reduzir as emissões de carbono. A chave é garantir que as instalações de energia renovável sejam construídas em locais onde não prejudiquem a biodiversidade.

Dispositivos de energia renovável dependem de recursos não renováveis , como metais extraídos, e usam grandes quantidades de terra devido à sua pequena densidade de potência superficial . A fabricação de painéis fotovoltaicos, turbinas eólicas e baterias requer uma quantidade significativa de elementos de terras raras e aumenta as operações de mineração, que têm significativo impacto social e ambiental. Devido à coocorrência de elementos de terras raras e radioativos ( tório , urânio e rádio ), a mineração de terras raras resulta na produção de resíduos radioativos de baixo nível .

Os painéis solares mudam o albedo da superfície, o que aumenta sua contribuição para o aquecimento global.

A mineração de materiais necessários para a produção de energia renovável deve aumentar as ameaças à biodiversidade . Em setembro de 2020, os cientistas publicaram um mapa mundial de áreas que contêm materiais de energia renovável, bem como estimativas de suas sobreposições com "Áreas Chave de Biodiversidade", "Deserto Restante" e " Áreas Protegidas ". Os autores avaliaram que é necessário um planejamento estratégico cuidadoso .

Galeria

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos