terça-feira, 27 de dezembro de 2011

Energias renováveis e eficiência energética: um panorama global

Monografia ‘livre’ mostra os rumos da nova revolução energética, os novos padrões de produção e consumo de energia, e como avançar em prol da sustentabilidade 

http://edcompassblog.smarttech.com/archives/3864

Os desafios da nova revolução energética*
Antonio Pralon F. Leite
Laboratório de Energia Solar, Universidade Federal da Paraíba 
*PDF disponível para download no final

INTRODUÇÃO 

Há indícios fortes de que a base energética que sustentou o desenvolvimento econômico desde o início da era industrial não poderá garantir o bem estar de gerações futuras. 

A primeira revolução energética marcou a história recente da humanidade, por ter garantido as bases da industrialização e a formação das cidades. Até a Revolução Industrial, imperava o uso extensivo da lenha como combustível, o que levou à devastação de grande parte das florestas europeias. Esta fonte de energia precisou ser substituída, para atender às necessidades do novo sistema de produção, que passou a ser sustentado por derivados do petróleo, carvão mineral e gás natural, dado o caráter abundante e o preço relativamente baixo dessas fontes energéticas.

Atualmente, a conjunção de uma perspectiva de exiguidade das reservas de petróleo, aumento do consumo de energia e problemas climáticos tornam incerto o mercado de combustíveis fósseis para as próximas décadas, e constitui um fator de insegurança energética. Projeta-se para 2050 um cenário demográfico em que a população mundial terá aumentado 50%, com mais de dois terços das pessoas vivendo em países emergentes – principalmente na China, Índia e Sudeste Asiático – cujo consumo energético per capita terá quase triplicado (MEUNIER, 2008).

Enquanto isso, a produção de petróleo e gás natural estaria em pleno declínio, com preços em alta; o desenvolvimento econômico mundial seria garantido pelo uso de carvão – combustível fortemente emissor de gases deletérios ao clima – cujas reservas são estimadas para mais dois séculos, mantido o atual ritmo de produção. 

Por outro lado, a partir da última década do século passado, evidências científicas estabeleceram que o excesso de gases de efeito estufa na atmosfera teria uma influência nefasta sobre o clima do planeta. Esses gases, emitidos por fontes de energia de origem fóssil, seriam a principal causa de alterações climáticas que podem afetar biomas e intensificar a ocorrência de catástrofes naturais, ameaçando a sobrevivência de centenas de milhões de pessoas em várias partes do globo. E isto em um futuro não muito distante; são projeções para a segunda metade deste século e já são aceitas por um grande número de países. 

Tais cenários catastróficos apontam para uma urgente mudança nos atuais padrões de produção e consumo de energia, para garantir ao mesmo tempo a sustentabilidade ambiental e a segurança energética do planeta. Isto significa substituir combustíveis fósseis por energias renováveis e adotar estratégias de geração e uso eficientes da energia. Em outras palavras, é preciso intensificar a participação de fontes renováveis de energia na matriz energética mundial, seja pela ampliação da geração elétrica com energias limpas e aumento da produção de bioenergia no campo, seja pela transformação dos centros urbanos em espaços mais “brancos”, através de um conjunto de estratégias que incluem, entre outras, o uso de materiais de baixo impacto energético nas edificações. 

A ENERGIA NO SÉCULO XXI 

Segundo dados da Agência Internacional de Energia (IEA, na sigla em inglês), de 1973 a 2007, o consumo energético mundial aumentou quase 75%.  Atualmente, cerca de 80% da oferta mundial de energia provém de combustíveis fósseis; o restante vem de fontes renováveis e de combustível nuclear. 

Avaliar a duração das reservas de energia não renovável (de origem fóssil e nuclear) não é tarefa fácil; além das dificuldades para aferir as jazidas, o ritmo de sua exploração depende da evolução da economia global. As estimativas mais otimistas não extrapolam a duração do petróleo e outros combustíveis fósseis para além do final deste século.

No entanto, como dissera um ex-ministro saudita, assim como a Idade da Pedra não acabou por falta de pedra, a Idade do Petróleo vai acabar bem antes de se exaurirem as reservas de petróleo. 

De fato, uma nova rota para o futuro energético do planeta – de independência dos combustíveis fósseis – vem sendo paulatinamente traçada desde o final do século passado, apesar do surgimento de novas reservas petrolíferas, a exemplo do gigantesco potencial da camada pré-sal descoberto na costa brasileira. 

Obviamente, a trajetória energética alternativa que começou a ser traçada no final do século passado, durante muito tempo ainda contará com inúmeros equipamentos tecnológicos a base de combustíveis fósseis, principalmente no setor de transporte. O conjunto dos derivados de petróleo ainda representa uma parcela considerável da oferta mundial de energia: pouco mais da metade. Na indústria, o petróleo vem sendo gradativamente substituído pelo carvão mineral e gás natural. 

A oferta de energia primária de origem fóssil tem se reduzido em um ritmo bastante moderado nos últimos 35 anos (algo em torno de 6%), período que inclui vários choques do petróleo. Mas, ao contrário da mudança que ocorreu na base energética do mundo ocidental nos primórdios da era industrial – quando as florestas já não supriam as necessidades do setor produtivo e o carvão vegetal foi substituído pelo carvão mineral – questões mais prementes do que o esgotamento dos recursos fósseis tem determinado um desvio de rota importante no rumo da matriz energética mundial. 

Desde os anos 1990, a insustentabilidade ambiental do atual padrão de oferta e consumo de energia tem sido fator indutor da alteração do rumo energético do planeta. O relatório mais recente do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, na sigla em inglês) aponta para a necessidade de uma redução das emissões de gases de efeito estufa entre 50% e 80% até 2050, para evitar catástrofes ambientais que poderiam engendrar sérios problemas humanitários (ONU-Relatório Global, 2011). 

Para atender ao aumento acumulado da demanda de energia primária até 2030 (estimado em 45%, em relação a 2008), o petróleo responderá por 30%, o carvão por 29% e o gás natural por 22%, mantendo a parcela total das fontes emissoras de CO2 praticamente inalterada desde os anos 1970, em torno de 80% (IEA, 2011). 

Segundo o IPCC, o consumo global de energia de origem fóssil gera uma emissão anual de cerca de 8 bilhões de toneladas de gases de efeito estufa, principalmente de CO2. A capacidade da natureza de absorvê-lo é limitada; a cada ano 60 bilhões de toneladas são absorvidas pelas plantas, via fotossíntese. Como as emissões desse gás aumentaram muito nos últimos 150 anos, caso não haja uma mudança de rota no perfil energético global, a concentração de CO2 na atmosfera atingirá níveis que podem desequilibrar o clima do planeta (IPCC Report, 2007). 

As projeções alarmantes do IPCC produziram um elevado grau de conscientização sobre possíveis conseqüências para a vida resultantes dos desequilíbrios climáticos. Uma pesquisa de opinião pública feita recentemente nos países da União Europeia mostraram que 20% dos entrevistados consideram o fenômeno das mudanças climáticas o maior problema global, perdendo apenas para o conjunto de problemas fome/pobreza/água potável (28%) e à frente da situação econômica (16%).

Essas preocupações não são de hoje e foram responsáveis por um conjunto de ações institucionais que possibilitaram um avanço expressivo na participação de energias limpas no perfil energético do bloco dos 27 países europeus (EU-27); praticamente dobrou, de 1999 a 2009, conforme dados da Eurostat (2011), como também levaram à definição de metas para sua expansão nos próximos 20 anos. 

Contudo, os cenários traçados pelo IPCC apontam para uma necessidade de se alterar de forma mais radical a trajetória da matriz energética global, pela intensificação do uso de fontes renováveis e melhoria da eficiência na geração e no uso final da energia. Essa mudança da base energética mundial tornou-se imperativa e constitui um desafio da maior relevância para garantir o equilíbrio do clima e a conservação dos recursos naturais do planeta. 

AS “CORES” DA NOVA REVOLUÇÃO ENERGÉTICA 

Questões envolvendo mudanças climáticas e recursos naturais têm despertado uma conscientização crescente sobre a importância de o mundo se tornar ambientalmente sustentável, ao mesmo tempo em que tem norteado as políticas energéticas de diversos países, especialmente naqueles com altos índices de desenvolvimento humano (IDH). Diante dessa realidade, as energias renováveis e a eficiência energética surgem como vetores essenciais para tornar o mundo mais “verde” e criar cidades “brancas”, formando as bases para o desenvolvimento sustentável. 

Por um lado, é salutar que o mundo se torne mais “verde” porque as energias renováveis não afetam o clima, causam nulo ou baixo impacto ambiental e, assim, propiciam uma efetiva conservação dos recursos naturais, dos diversos biomas e da biodiversidade. Por outro, pelo alcance em termos planetários da bioenergia como alternativa energética, o que tornaria o mundo de fato mais verde, pelo aumento das plantações e florestas com fins energéticos, sem detrimento de áreas agricultáveis necessárias à produção de alimentos. Outras fontes renováveis de energia ainda sem grande participação no perfil energético mundial, como a eólica e a solar, poderiam também contribuir para que o planeta se torne energeticamente mais verde. 

Outro aspecto relevante da nova revolução energética diz respeito aos centros urbanos. Atualmente, mais da metade das pessoas vive nas cidades e estima-se que até 2040 este contingente alcance 70% da população mundial. No Brasil, 88% da população estará vivendo nas cidades em 2030, conforme indica o Plano Nacional de Energia (PNE 2030-EPE/MME, 2006). O consumo de energia em edificações tem uma participação importante na matriz energética dos países mais industrializados e, consequentemente, um grande impacto em termos globais. As edificações residenciais e comerciais dos Estados Unidos, União Europeia, Japão, China, Índia e Brasil, juntas, respondem por 2/3 do consumo mundial de energia (STIGSON, 2009). 

Telhados e pavimentos, fabricados normalmente de cores escuras, são responsáveis pela absorção excessiva da radiação solar, o que acarreta uma demanda importante de energia para climatizar as edificações. A substituição de cores escuras por outras mais claras em 100 m2 de um telhado implica em uma diminuição no consumo de energia de climatização, equivalente a uma quantidade de combustíveis fósseis que estariam despejando anualmente 10 toneladas de CO2 na atmosfera. Em escala planetária (incluindo pavimentos mais claros) isto equivale a evitar 11 vezes as emissões de todos os automóveis do planeta, ou 44 bilhões de toneladas de gás carbônico (AKBARI et al, 2008). 

Assim, na medida em que as cidades se tornem mais brancas (literalmente mais claras), elas se tornam mais frias – o que implica na redução do consumo de energia para prover conforto térmico – propiciando ao cidadão urbano um ar mais saudável e uma redução em seus gastos com energia durante o verão.

Mas o termo “cidades brancas” é bem mais abrangente. Ele engloba um conjunto de estratégias, que inclui, entre outras, o uso de materiais termicamente apropriados nas construções, o uso eficiente de energia nos meios de transporte e nas edificações e o aproveitamento de biogás dos lixões, além de uma mudança de comportamento do cidadão, que o leve a práticas cotidianas de economia de energia e água, de reciclagem de materiais e a facilitar a coleta seletiva do lixo. 

Haja vista a interconexão entre processos produtivos e mercados em escala mundial, bem como o alcance global de eventuais desequilíbrios climáticos que poderiam ser mitigados por um novo paradigma energético, nossa abordagem sobre energias renováveis e eficiência energética também terá uma perspectiva global. Quando couber, faremos alusão ao caso brasileiro. 

COMBATE AO DESPERDÍCIO 

As estratégias para reduzir o consumo de energia passam pela introdução de inovações tecnológicas no processo de produção e uso final da energia, como também por uma mudança no comportamento individual das pessoas. 

Observa-se mundo afora esforços desiguais na busca pela melhoria da eficiência na utilização dos recursos energéticos, e isto se reflete na relação entre a energia consumida e o produto interno bruto (PIB) de cada país, a chamada “intensidade energética”. Atualmente, os Estados Unidos tem uma intensidade energética cerca de 50% maior que a dos países da União Europeia, enquanto que a do Japão é 20% menor do que aquela da maior potência econômica mundial (MEUNIER, 2008).

Embora a relação entre energia consumida e bens produzidos tenha globalmente diminuído nas últimas décadas, ela não significou uma redução no consumo de energia primária. Isto porque o PIB dos países desenvolvidos cresceu vertiginosamente neste período e os ganhos de eficiência energética na produção não acompanharam esse crescimento. No conjunto dos 34 países que formam a Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico (OCDE), esse consumo de energia aumentou 58% entre 1971 e 2002 (MEUNIER & MEUNIER-CASTELAIN, 2006). 

Quatro grandes setores são responsáveis pelo consumo de energia primária: geração de eletricidade, indústria, transportes e “outros setores”, que incluem os setores residencial, terciário e comercial e agricultura. Segundo a IEA, 36% do consumo mundial de energia primária se destina à geração de eletricidade. A indústria, por sua vez, responde por mais de 20% e os transportes por cerca de 18%; o restante, fica a cargo de outros setores. 

ELETRICIDADE – A GRANDE VILà

O uso de energia elétrica é fundamental para garantir o desenvolvimento econômico e prover conforto às pessoas. De caráter extremamente versátil, esta forma de energia tem sustentado praticamente todo o avanço tecnológico, razão pela qual o seu consumo tem crescido globalmente, apesar dos esforços realizados pelo conjunto dos países mais industrializados para reduzir suas intensidades energéticas. Projeções da IEA indicam que até 2030 a produção mundial de eletricidade deverá crescer 100%, em relação a 2002. 

Diante desse quadro, como melhorar a eficiência na geração de eletricidade? Estamos nos referindo à conversão termelétrica que, no caso do Brasil, é uma forma de produção de energia elétrica complementar à hidroeletricidade. Mesmo se considerarmos que muitas de nossas usinas termelétricas são movidas à bioenergia – com emissões líquidas de CO2 nulas – a melhoria do rendimento de conversão termodinâmica da energia não deixa de ser benéfica como estratégia de redução do consumo energético bruto, melhorando o perfil da oferta de eletricidade e adiando a necessidade de novos investimentos para ampliar a capacidade instalada do país. 

Em termos globais, é razoável atribuir à relação entre a energia elétrica produzida e o consumo de energia primária um valor médio de 1/3. Esta fração significa que para cada 3 unidades de energia fornecidas pelo combustível, apenas 1 unidade se transforma em eletricidade; o restante é despejado na atmosfera, na forma de calor. Esta relação pouco eficiente entre energia final e energia primária pode ser significativamente melhorada, por duas vias tecnológicas: a combinação de ciclos termodinâmicos para aumentar o rendimento da conversão calor/eletricidade, e o uso em larga escala de sistemas de cogeração. 

A utilização em escala planetária de centrais elétricas de alto rendimento e de unidades de cogeração representaria uma economia de 15% no consumo total de energia primária até 2030, segundo dados da IEA. Essa economia se traduz, obviamente, em um menor consumo de combustíveis emissores de CO2, principalmente de petróleo e gás natural. 

Outras alternativas para aumentar a oferta mundial de eletricidade são as pequenas centrais elétricas (com capacidade de até 30 MW - giga watt), que podem utilizar distintas fontes de energia renovável, como a hidráulica, eólica, solar térmica e fotovoltaica. 

Ciclo combinado 

No caso de centrais termelétricas, normalmente instaladas distantes dos pontos de consumo, a melhor maneira de aumentar o rendimento de conversão é através do uso de “ciclos combinados”, cujo princípio é associar uma turbina a gás a uma turbina a vapor, aproveitando o calor rejeitado em uma para ajudar na ação da outra. Resultado: é possível obter rendimentos até 70% maiores. 

Segundo a IEA, se todas as novas centrais fossem construídas com a tecnologia de ciclo combinado, seria possível produzir a mesma quantidade de energia elétrica gerada atualmente, com uma redução de 36% no consumo de energia primária. Isto se refere principalmente a países emergentes, como Brasil, China e Índia, com projeções de forte crescimento nas próximas décadas, onde a maioria das novas centrais termelétricas seriam construídas.

Em quase todos esses países (exceção para o Brasil) as usinas elétricas são movidas a combustível fóssil; até 2020 o consumo mundial de petróleo, gás e carvão na geração de eletricidade terá aumentado 80%, enquanto o uso de energia renovável responderá por 20% da produção global, diz a IEA. Com a entrada em operação de usinas de alto rendimento, o consumo mundial de energia primária seria reduzido em 6%, o que não é pouco. 

O desafio que se apresenta é o de como financiar transferência tecnológica a esses países – em processos acelerados de industrialização e crescimento econômico – para permitir a introdução de ciclos combinados em sua matriz de geração elétrica? Uma das possibilidades poderia ser o “mecanismo de desenvolvimento limpo” (MDL), previsto pelo Protocolo de Quioto (redução, até 2012, das emissões de GEE dos países industrializados em 5,2%, em relação a 1990), prorrogado recentemente para até 2015. 

Pelo MDL, um país que reduz suas emissões de GEE pode obter “créditos de carbono” equivalentes às emissões evitadas e utilizar esses recursos para financiar a transferência de tecnologia necessária para cumprir suas próprias metas ou que contribuam para outros países atingirem suas metas de redução. América Latina e Ásia dividem 90% dos projetos de MDL, que começaram a serem certificados em 2005; o Brasil lidera com mais de 15% deles, seguido pelo México. Por esse mecanismo, países em desenvolvimento podem ter acesso a novas tecnologias para tornar suas matrizes energéticas mais limpas. No entanto, não há estudos que apontem os limites desses recursos financeiros, para fazer face às inovações tecnológicas requeridas para propiciar – especialmente pela via dos ciclos combinados – uma economia de energia em larga escala nos países emergentes. 

Cogeração 

A cogeração – outra alternativa tecnológica para reduzir o desperdício na geração elétrica – baseia-se igualmente na utilização do calor rejeitado para o meio ambiente nos ciclos termodinâmicos de conversão de energia. Neste caso, porém, é preciso que a unidade de produção esteja operando no local onde a energia é consumida, para evitar perdas no transporte. Idealmente, seria alcançar uma recuperação da energia utilizada no ciclo, de modo que a relação energia útil/energia consumida tendesse à unidade, com a energia útil agora representando simultaneamente calor, eletricidade e energia mecânica.

Dessa forma, evita-se o desperdício de energia térmica (como ocorre nas centrais termelétricas), na medida em que essa energia possa ser usada para diversos fins, mas principalmente em processos industriais, como secagem, aquecimento e destilação, entre outros. Atualmente, o rendimento dos sistemas de cogeração está entre 0,8 e 0,9, o que significa uma economia considerável de energia primária usada para gerar eletricidade. 

As técnicas mais comumente usadas em cogeração são: motores a diesel, turbinas a vapor e turbinas a gás. As fontes de energia são os combustíveis fósseis e a bioenergia, como biomassa de madeira de reflorestamento, biogás ou dejetos vegetais. O bagaço e a palha da cana já são largamente utilizados na indústria sucroalcooleira brasileira, na qual é alta a demanda de energias térmica, elétrica e mecânica. Outro resíduo vegetal usado intensivamente em sistemas de cogeração no Brasil é a casca do eucalipto, na indústria de papel e celulose. 

Uma concepção descentralizada da cogeração limitaria sua aplicação a centrais com capacidade instalada de até 1 GW, já que unidades com potências superiores estariam localizadas longe dos centros de consumo, justamente onde a energia térmica é requerida. Assim, com pequenas unidades geradoras, seria possível atender às necessidades de calor e eletricidade diretamente nos locais de consumo, como nas fábricas, em grandes condomínios residenciais, no comércio e setor de serviços. 

No Brasil, onde a demanda elétrica para prover ar condicionado é alta, unidades de cogeração poderiam suprir boa parte desse consumo, pelo uso de ciclos de refrigeração térmica – nos quais o principal insumo energético é o calor – em grandes espaços, como centros comerciais e administrativos, hipermercados, hospitais, aeroportos e indústrias. Além disso, uma vez que a geração descentralizada dispensa o transporte de eletricidade a grandes distâncias, evitam-se as perdas de energia na transmissão, que não são desprezíveis. Em nosso país, essas perdas são estimadas entre 15 e 17%. 

Aproveitamento do metano 

O gás liberado na decomposição da matéria orgânica de lixões e aterros sanitários contém altas concentrações de metano (CH4), que pode ser usado para gerar eletricidade. O CH4 é altamente deletério para a atmosfera e sua queima pode atenuar o efeito estufa de origem antrópica e ao mesmo tempo gerar energia. O potencial energético do metano liberado nas cidades brasileiras é estimado em até 3.600 GWh (giga watt hora) por ano, ou energia elétrica para abastecer até 18,3 milhões de casas com consumo mensal médio de 200 kWh (ANDRADE & CANELLAS, 2011). 

Em alguns países europeus, o biogás proveniente do lixo urbano movimenta centrais elétricas e também é usado como fonte de energia térmica (calor), para calefação invernal. Em Copenhague, 97% do aquecimento de ambientes provêm do calor residual de usinas de incineração de lixo e de cogeração, economizando energia e reduzindo consideravelmente emissões de CO2 e gases poluentes. A Suécia tem uma usina de reciclagem de resíduos sólidos – em Boras (350 km ao sudoeste de Estocolmo) – com 100% de recuperação e reintrodução, que gera 10 MW (mega watt) de potência elétrica, suficiente para atender boa parte da demanda dos 100 mil habitantes da cidade. 

Eficiência energética na indústria 

O setor secundário tem uma participação capital no consumo de energia primária e de eletricidade. Neste sentido, o estabelecimento de critérios de eficiência energética na indústria constitui uma estratégia importante no combate ao desperdício de energia. Empresas que promovam políticas de sustentabilidade energética e o uso eficiente da energia receberão uma certificação internacional, com base na norma ISO 50.001, fruto de uma iniciativa conjunta do Brasil e Estados Unidos. 

A nova ISO (International Organization for Standardization) foi viabilizada por uma parceria entre a Comissão de Gestão da Energia da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e o Procobre Brasil (entidade ligada a produtores de cobre), com o objetivo de privilegiar o consumo consciente de energia, levando em conta três aspectos: o qualitativo (tipo de uso), o quantitativo (uso racional) e o tecnológico (eficiência). 

A indústria do cobre pode servir de exemplo para outras do setor de bens de capital e manufaturados. Ela participa de um programa internacional que promove ações para otimizar o uso do cobre nos sistemas  elétricos, visando impulsionar a eficiência energética, a proteção ao meio ambiente, a segurança e a confiabilidade na geração, transmissão e distribuição da energia elétrica. A nova norma deve contribuir com o PNE 2030, que considera a eficiência energética fundamental para garantir o suprimento de energia para o setor secundário nos próximos anos. Estima-se que, com a adoção de estratégias de eficiência energética, a indústria brasileira pode economizar 440 mil barris de petróleo até 2020 (PNE 2030-EPE/MME, 2008a). 

A ISO 50.001 deve se tornar uma ferramenta importante para a disseminação dos conceitos de eficiência energética no país, assim como na formulação de políticas para o setor industrial, tais como incentivos fiscais para modernização e eficiência energética, critérios de desempenho energético para a obtenção de financiamentos, certificados de redução de consumo e metas de eficiência – com base em índices de referência – em diversas áreas da indústria. Além disso, ela deverá fomentar o uso de produtos e equipamentos eficientes, como os motores elétricos certificados com o selo do Procel (Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica), junto ao setor produtivo e consumidores.

A nova certificação deverá, ainda, contribuir para expandir o mercado de tecnologias que geram ou economizam energia com baixo impacto ambiental, as chamadas “tecnologias limpas”. 

Espera-se que a maioria das empresas adote a nova ISO, como forma de demonstrar ao mercado seu compromisso com o desenvolvimento sustentável, permitindo à sociedade identificar de forma mais contundente as diferenças entre empresas responsáveis e as não responsáveis.

FONTES DE ENERGIAS RENOVÁVEIS 

O sol, o vento, o calor da terra, as quedas d’água e as plantas formam as principais famílias de fontes de energia renovável, definida pelo seu caráter inesgotável. São fontes limpas ou que produzem uma quantidade mínima de poluentes, ao contrário dos combustíveis de origem fóssil (petróleo, carvão e gás natural) ou nuclear (urânio). Assim, esses recursos renováveis dão origem as energias solar, eólica, geotérmica, hidráulica e à bioenergia. 

As cinco famílias de fontes renováveis citadas são aquelas que apresentam maior nível de desenvolvimento tecnológico e são responsáveis por uma quantidade importante de energia elétrica mundo afora. Mas há ainda uma fonte de energia renovável promissora, a energia dos mares e oceanos, com potencial para suprir em um futuro não muito distante boa parte da demanda mundial de eletricidade.

Conforme sua natureza, uma dada fonte de energia renovável pode ser usada para gerar calor – diretamente (solar térmica) ou via combustão (bioenergia) – ou para gerar diretamente eletricidade (eólica, solar fotovoltaica, geotérmica e oceânica/marés). A capacidade mundial de geração elétrica com fontes de energia limpa é atualmente de 388 GW, com a seguinte distribuição (PEW Report, 2011): eólica (193 GW), PCH (80 GW), biomassa e rejeitos térmicos (65GW), solar (43 GW), geotérmica (7 GW) e marés (0,3 GW). 

De acordo com a Associação de Energia Eólica Europeia (EWEA, na sigla em inglês), a capacidade de geração eólica acumulada ao final de 2009, no âmbito dos 27 países que formam a União Européia (EU-27), foi de pouco mais de 75 GW, com quase 2 GW provenientes de aerogeradores instalados no mar (EUROBSERV’ER Report, 2010). O mesmo estudo destaca que a EWEA projeta para 2020 uma expansão da capacidade eólica instalada para 230 GW, dos quais 40 GW offshore (no mar). Em relação à geração elétrica fotovoltaica, a capacidade acumulada em 2009 no bloco EU-27 foi de pouco mais de 16 GWp (giga watt pico). 

Diversos fatores determinam o aproveitamento maior ou menor dessa ou daquela fonte de energia renovável, tais como a disponibilidade local, acesso à tecnologia, custos de matérias-primas e de equipamentos, qualificação da mão de obra e regulamentação. Por exemplo, a geração de eletricidade a partir de energia solar (térmica e fotovoltaica) – utilizada nos Estados Unidos e em vários países da Europa – tem custos ainda proibitivos para o Brasil, comparados aos de outras fontes energéticas limpas.

Portanto, o foco de nossa abordagem levará em conta este e outros aspectos citados acima, priorizando as alternativas energéticas com fontes limpas de alcance mais global e apontará possíveis caminhos para ampliação do caráter renovável da matriz energética brasileira. 

BIOENERGIA 

A bioenergia se confunde com a biomassa, definida como toda matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada para produzir energia. Assim, ela inclui o biogás, um dos produtos da decomposição anaeróbica de matéria orgânica, que pode ser uma fonte de energia importante no campo e nas cidades.

O potencial de biomassa da Terra é estimado em dois trilhões de toneladas, o que em termos energéticos corresponde a oito vezes o consumo mundial de energia primária em 1995 (RAMAGE & SCURLOCK, 1996). Além de ser uma fonte de energia renovável – quando não oriunda de atividade extrativista – a combustão direta da biomassa (em fornos, caldeiras, etc.) constitui uma de suas principais vantagens, apesar da baixa eficiência. 

A energia total produzida atualmente a partir de biomassa corresponde a 14% de todo o consumo mundial de energia primária, valor superior ao do carvão mineral e próximo ao do gás natural e ao da eletricidade; nos países em desenvolvimento, essa parcela chega a 34%, sendo de aproximadamente 20% no Brasil (CLEMENTE, 2003). Projeções da IEA indicam que a participação da biomassa na geração mundial de eletricidade deverá ser multiplicada por 2,7 em 2020, em relação ao que era em 1995. 

No Brasil, a biomassa já é largamente usada em vários setores, como nas indústrias sucroalcooleira e de papel e celulose, que geram uma grande quantidade de resíduos utilizados para gerar eletricidade, principalmente em sistemas de cogeração. A produção de lenha, carvão vegetal e toras também gera grandes volumes de resíduos, que podem ser usados na geração de energia elétrica. Em nosso país, a madeira de reflorestamento produzida em São Paulo e de atividade extrativista no Pará são as maiores fontes de desse tipo de biomassa. 

O transporte rodoviário ainda é o mais utilizado no mundo para movimentar pessoas e produtos; cerca de 80% da população mundial utiliza estradas de rodagem, e os derivados de petróleo (diesel e gasolina) respondem por 98% do total de combustíveis. Os combustíveis verdes (bioetanol e biodiesel) poderão ter um papel relevante no setor de transportes em escala global, a exemplo do que acontece no Brasil, onde o etanol de cana é misturado à gasolina, compondo uma parcela importante (~25%) do combustível da frota automotiva nacional. 

Por outro lado, uma “grande e longa transição” aponta para uma corrida energética e tecnológica para abastecer o automóvel do futuro (CARSON & VAITHEESWARAN, 2008). Nesta corrida, o Brasil saiu na frente com os motores a bicombustível (motores flex), mas carros elétricos e híbridos plug-in não vão demorar a entrar na competição. A combinação de combustível verde com veículos elétricos deverá contribuir fortemente com a nova rota energética do planeta, rumo a mundo mais verde, com cidades mais brancas. 

Bioetanol 

A bioenergia é hoje, entre as renováveis, aquela com maiores perspectivas de se estabelecer em grande escala de produção, a exemplo do que ocorre no Brasil, maior produtor mundial de etanol. A produção de bioetanol brasileira na safra 2005/06 respondeu por 1/3 do total produzido no mundo; foram 15,2 bilhões de litros (VICENTE & GONÇALVES, 2010) – 84% destinado ao mercado interno – ante uma produção global de 46 bilhões de litros (MEUNIER, 2008).

Embora com grande potencial para se tornar uma fonte energética importante, o biodiesel ainda se restringe a uma escala de produção global pequena frente ao bioetanol; em 2005 foram produzidos 3 bilhões de litros. Atualmente, a indústria sucroalcooleira brasileira produz 28 bilhões de litros de etanol, em 400 usinas instaladas no país, a uma taxa de 80 toneladas de cana por hectare plantado (SOUZA, 2011). 

Segundo um dos maiores especialistas da área, o professor da Unicamp Isaías Macedo, a opção brasileira pelos biocombustíveis é “uma das formas mais efetivas de reduzir as emissões líquidas de gases de efeito estufa associadas ao consumo energético no setor de transporte” (MACEDO, 2006). O bioetanol produzido no Brasil é largamente vantajoso em termos de capacidade de reduzir emissões poluentes, comparado ao de outros países. Enquanto a razão entre energia renovável obtida e energia fóssil usada na produção do etanol de cana no Brasil é de 8,9, na produção do etanol de milho (Estados Unidos) é de 1,3 e na do etanol de trigo (Europa) é de 2,0. 

Embora nosso etanol seja altamente rentável do ponto de vista ambiental, é possível melhorar a produtividade no plantio e na colheita da cana, com a introdução de técnicas inovadoras, como a que está sendo testada em São Paulo (no âmbito do Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia – BIOEN), que consiste no uso de uma máquina versátil, que produz menor compactação do solo (reduzindo as perdas de mudas) e acesso a terrenos íngremes, mantendo a estabilidade do equipamento. Com a mecanização total e eficiente da colheita, além de não haver a liberação de gases de efeito estufa, a parte da palha que é depositada no solo age como um sumidouro de carbono; a taxa média anual de acumulo desse resíduo equivale a 1.500 kg de carbono por hectare (Pesquisa FAPESP, 2011). 

O bioetanol brasileiro pode, ainda, ter um papel preponderante no setor de transporte aéreo, uma vez que a Associação de Transporte Aéreo Internacional (IATA, na sigla em inglês) estabeleceu que as companhias de aviação devam reduzir em 50% as emissões de CO2 até 2050, em relação aos níveis de 2005. Para isto, é preciso que os biocombustíveis atendam às especificações técnicas requeridas para substituir o querosene de aviação, o que implicará na pesquisa de novas matérias-primas e mais desenvolvimento tecnológico dos combustíveis verdes. 

Outro insumo vegetal que pode ser usado para produzir etanol de forma eficiente é a casca do eucalipto, uma biomassa descartada em grande quantidade na fabricação de papel e celulose. No Brasil, a área plantada de eucaliptos (cerca de 4,5 milhões de hectares) representa um potencial de produção anual de quase 12 bilhões de litros de etanol. A relação entre o volume de etanol produzido e a quantidade de madeira é semelhante àquela obtida com a cana de açúcar.

De acordo com uma pesquisa da Escola Superior de Agricultura Luiz Queiroz, da USP, com as 5 milhões de toneladas de casca descartadas anualmente pela indústria brasileira de papel e celulose, seria possível produzir 1 bilhão de litros de etanol. No entanto, caso este insumo alternativo se mostre tecnicamente viável, um eventual modelo produtivo em larga escala baseado em monocultura extensiva seria bastante questionável. 

Monocultura extensiva para produção de energia: os dois lados da moeda 

Nos últimos 30 anos, o aumento de eficiência da indústria sucroalcoolerira nacional foi bastante expressivo, graças a um extenso desenvolvimento tecnológico – que incluiu a geração, importação, adaptação e transferência de tecnologias na produção (agrícola e industrial) – na logística e nos usos finais. 

A produção de etanol no Brasil tem crescido vigorosamente nas últimas décadas, com os menores custos do mundo. Alguns dos principais avanços tecnológicos do setor sucroalcooleiro podem servir de exemplo para impulsionar o desenvolvimento de outros biocombustíveis, embora haja margem para melhorar ainda mais a produção e os usos do etanol nos próximos anos, como afirma Macedo (2007), “existem ainda áreas a explorar com grandes margens de aperfeiçoamento para saltos importantes na competitividade”. 

Por outro lado, o bioetanol sempre gerou controvérsia entre estudiosos e formuladores de políticas energéticas, porque sua produção em larga escala ocupa, via de regra, grandes e contínuas extensões de terra, seja qual for o vegetal cultivado. Possíveis danos ao meio ambiente, decorrentes da centralização dos processos de produção, e as políticas de subsídio também são questões levantadas por especialistas. Cerca de 35% do total de gases de efeito estufa emitidos se devem a atividades agropecuárias, queimadas e uso excessivo de fertilizantes (FOLEY et al, 2011). 

Pesquisadores da Unicamp advertem que a opção brasileira pela grande escala de produção de etanol significa reproduzir um modelo de “monocultura danosa, com pouca possibilidade de interação com a pecuária, que pode levar à destruição da diversidade ecológica e das pequenas economias nos locais onde as grandes usinas se instalam” (ORTEGA et al, 2007).

Para esses especialistas, a economia de escala da monocultura extensiva só é possível à custa de fortes subsídios aos grandes produtores; ela desaparece se contabilizadas as perdas de serviços ambientais e as “externalidades negativas” (custos do impacto ambiental dos agroquímicos aplicados na lavoura) resultantes da indústria do álcool. Eles defendem que sistemas agroecológicos integrados a micro-destilarias podem ser economicamente viáveis em instalações de pequeno porte, as chamadas micro-usinas e mini-usinas. 

Outra questão pertinente se refere ao uso da terra, à importância de boas práticas conservacionistas nas culturas energéticas, para criar condições favoráveis à semeadura e ao desenvolvimento das plantas cultivadas. O ideal seria viabilizar a coexistência de plantações destinadas à produção de energia e alimento, através de um manejo adequado, propiciando o convívio de plantas e animais, a conservação da biodiversidade e a presença do homem do campo. 

Produção de energia versus produção de alimentos 

Incertezas no mercado de petróleo, aliadas a pressões ambientais, deverão impulsionar fortemente a produção de biocombustíveis na próxima década. No bloco dos 15 países mais desenvolvidos da União Europeia (EU-15), a taxa de incorporação de biocombustíveis (etanol e biodiesel) ao consumo energético total do setor de transporte deverá alcançar 10% em 2020, o que significa dobrar a participação dos combustíveis verdes de 2010.

A IEA avalia que nas terras agrícolas improdutivas do EU-15 poderiam ser produzidos 63 bilhões de litros de biocombustível, o que supera em 30% a produção global atual. Os estudos da IEA mostram, ainda, que o potencial mundial de produção de biocombustíveis equivale ao dobro do total consumido no transporte terrestre em todo o planeta (MEUNIER, 2008); esta produção seria economicamente viável e alcançada com o uso das terras disponíveis. 

Se por um lado a disponibilidade de terras para o cultivo de culturas energéticas nos países mais ricos mostra-se auspiciadora para fomentar a produção de biocombustíveis, questões mercadológicas muito provavelmente farão com que uma boa parte da demanda desses países seja atendida por países pobres ou em desenvolvimento. Caso haja um aumento de terras destinadas a culturas energéticas, em detrimento da produção de alimentos, a pobreza deverá se intensificar em várias partes do mundo, agravando a fome, conforme advertem diversos observadores internacionais.

Para garantir a segurança alimentar mundial e as necessidades futuras de sustentabilidade, a produção de alimentos deve crescer substancialmente, ao mesmo tempo em que o impacto ambiental da agricultura deve diminuir acentuadamente. 

Estima-se que atualmente cerca de 1 bilhão de pessoas no mundo sofram de desnutrição crônica. Segundo um estudo da organização não governamental ActionAid, para atender à meta fixada para o setor de transporte europeu, 2/3 da produção de biocombustíveis seriam produzidos em países em via de desenvolvimento, o que poderia causar fome em mais de 600 milhões de pessoas (MEALS PER GALLON Report, 2010).

Neste mesmo estudo são mencionados dados do Banco Mundial sobre a relação entre mercado de alimentos e produção de bioenergia, mostrando que – para atender ao aumento da demanda de combustível verde nos países industrializados – o preço de alguns alimentos poderia subir até 76% em 2020. 

Outro dado relevante sobre essa questão se refere ao etanol fabricado nos Estados Unidos – cuja produção se destina essencialmente a abastecer automóveis pouco eficientes – que consome 15% de todo o milho produzido no país. Além da baixíssima capacidade de reduzir emissões poluentes, a produção de bioetanol americano, impulsionada por um mercado de biocombustíveis em alta, poderia contribuir para a elevação dos preços de alimentos e desabastecer países pobres, agravando a fome. 

Na contramão da lógica de que a bioenergia ameaça o suprimento de alimentos, enquanto nos últimos 40 anos a produção rural cresceu 150%, a população mundial avanço metade disso, o que significa que a persistência da fome em várias regiões do planeta está muito mais relacionada a problemas de distribuição dos alimentos, que, por sua vez tem uma forte componente socioeconômica. Embora a taxa de crescimento demográfico global tenha diminuído nas últimas décadas, novos fenômenos – ganhos de renda da população e intensificação do processo de urbanização em países emergentes – tendem a pressionar a demanda alimentar.

De acordo com a Agência das Nações Unidas para a Agricultura e Alimentação (FAO), para atender à demanda mundial de alimentos até 2050, a produção de alimentos necessita crescer entre 70% e 100%. Nesse contexto, é preciso que um aquecimento do mercado da bioenergia nas próximas décadas não ameace a produção alimentar, o que levaria ao aumento dos preços dos alimentos e, inevitavelmente, fome a muitas populações. 

CIDADES SUSTENTÁVEIS, CIDADES “BRANCAS” 

Com base em concepções estabelecidas por diversos autores (BREMER, 2004; DIAS, 2004; PEARCE et al, 1990), pode-se definir uma cidade sustentável como aquela que segue uma trajetória de desenvolvimento sem comprometer a capacidade de gerações futuras em suprir suas próprias necessidades, propiciando um ambiente adequado para a realização de aspirações sociais desejáveis, a partir de uma gestão racional de insumos bióticos, abióticos (solo, água, vento e sol) e antrópicos a ela necessários. 

No entanto, seria mais adequado empregar o termo no plural, “cidades sustentáveis”, uma vez que é preciso levar em conta diferentes estágios de urbanização, localização geográfica, contexto socioeconômico e aspectos culturais, entre outros. Seja qual for o caso, a busca pela sustentabilidade urbana passa por considerar a inter-relação entre diversos fatores envolvidos, embora nossa abordagem tenha como foco a questão energética. 

O desenvolvimento urbano sustentável depende em grande medida da sustentabilidade da construção civil – uso de materiais reciclados, biodegradáveis e de baixo impacto ambiental –, da utilização de materiais termicamente apropriados nas edificações e vias públicas, do uso de equipamentos e dispositivos elétricos eficientes, da implantação de edificações de baixo consumo energético, do uso em larga escala de veículos elétricos e de meios de transportes à base de biocombustíveis.

O aproveitamento da energia solar nas edificações para aquecer água (residencial, hospitalar, industrial, em hotéis, etc.) é uma alternativa que já vem sendo amplamente utilizada nas cidades, com potencial para ser aplicada em sistemas de climatização. 

Este arcabouço de estratégias, uma vez implementado, formaria o conceito de “cidades brancas”. Este termo reforça uma ideia relativamente simples – mais clara a superfície, mais ela reflete a luz – mas de grande eficácia, para reduzir a quantidade de energia solar absorvida pelos invólucros das edificações e pelos pavimentos das vias públicas, que contribuem significativamente para o aquecimento da atmosfera de áreas urbanas.

A elevação da temperatura do ar das cidades é intensificada pelo uso de aparelhos de ar condicionado, que despejam ainda mais calor no espaço urbano, criando um círculo vicioso que contribui para a formação de “ilhas de calor”. 

O especialista americano Hashem Akbari, que há mais de 20 anos pesquisa soluções para mitigar ilhas de calor, liderou uma pesquisa realizada em Sacramento, na Califórnia (EUA), cidade de 500 mil habitantes, cujos resultados mostraram que edifícios com fachadas mais claras consomem em média 40% menos energia na climatização estival, em relação àqueles com invólucros mais escuros (LEVINSON & AKBARI, 2009). 

Efeito oásis para mitigar ilhas de calor 

A energia solar e os ventos têm sido utilizados cada vez mais para reduzir o consumo de energia das edificações nos países do bloco europeu EU-15, onde os setores de comércio, serviços e residencial respondem por 40% de toda a demanda energética (MEUNIER, 2008).

A circulação natural de ar e a radiação solar são recursos que podem atenuar sensivelmente a demanda de energia para climatizar os ambientes. Além de ser uma forma natural de iluminação, a luz solar pode ser usada para controlar a radiação solar que ingressa no interior dos prédios na forma de calor – através de dispositivos como as “fachadas inteligentes”, já usadas na Alemanha – contribuindo para prover conforto a baixo custo energético. Esses invólucros utilizam vidros que se tornam mais opacos ou mais transparentes, de acordo com a luminosidade externa, e são alimentados por uma corrente elétrica de baixa voltagem. 

A integração de componentes solares às edificações permite não só reduzir o consumo de energia, como também aumentar o “albedo” (parcela da radiação solar transmitida de volta ao espaço) dos centros urbanos, contribuindo para mitigar a formação de ilhas de calor, especialmente nas grandes cidades. 

“Efeito oásis” é um conceito defendido pelo francês Francis Meunier – físico e membro do GIEC (sigla francesa para IPCC) – para amenizar ondas térmicas em áreas urbanas que levam à formação de ilhas de calor. Segundo o cientista, os principais fatores que causam ilhas de calor, além da absorção excessiva da energia solar por telhados e pavimentos, são: os rejeitos térmicos decorrentes do consumo antropogênico de energia, incluindo transportes; a redução das superfícies naturais de evaporação e vegetação, causada pelo processo de urbanização; e o aumento do efeito estufa, devido à emissão de gases resultantes da atividade industrial e dos meios de transporte (MEUNIER, 2007). 

Para se produzir efeito oásis, Meunier propõe duas alternativas tecnológicas aos equipamentos convencionais de ar condicionado (A/C), responsáveis em boa medida pela intensificação das ilhas de calor. A primeira é transferir para o subsolo ou cursos naturais de água (rios, lençóis freáticos, etc.) o calor rejeitado dos aparelhos de A/C, principalmente das grandes instalações. A segunda alternativa é usar sistemas de A/C movidos à energia solar (térmica ou fotovoltaica); os raios solares – antes incidindo diretamente nos telhados e fachadas, contribuindo para aquecer as edificações – uma vez captados nesses equipamentos, seriam usados como fonte de energia para esfriar os recintos. 

Para o pesquisador francês, se as alternativas acima fossem implementadas em larga escala, simultaneamente ao uso de materiais de construção termicamente apropriados, à implantação de edificações de baixo consumo energético e ao uso maciço de veículos elétricos, seria possível criar um efeito oásis: áreas urbanas mais frias do que áreas periféricas rurais.

Obviamente que algumas dessas estratégias se mostram inviáveis para a realidade brasileira. Por exemplo, a substituição de 20% da nossa frota de veículos leves (39 milhões, segundo o Denatran) por carros elétricos demandaria uma capacidade instalada adicional equivalente à que foi projetada para a usina de Belo Monte (11,2 GW). 

Energia solar para climatizar 

Como assinalado por Meunier (2007), a energia solar pode ser usada em equipamentos de ar condicionado, como alternativa para mitigar ilhas de calor nas grandes cidades. São sistemas que utilizam o efeito fotovoltaico da radiação solar (conversão direta da luz em eletricidade) para acionar aparelhos convencionais (a compressão de vapor) ou aproveitam o calor de origem solar como insumo energético de “refrigeradores térmicos”, nos quais o consumo de energia mecânica e elétrica é mínimo. 

Além dessas possibilidades tecnológicas, a energia solar acumulada no solo pode ser usada como reservatório frio ou quente para esfriar o ar ambiente no verão e aquecê-lo no inverno, mediante um dispositivo – conhecido como bomba de calor geotérmica – que aproveita a diferença de temperatura entre o solo e o ar ambiente. 

As bombas de calor consomem energia elétrica e, dependendo do seu modo de operação, servem tanto para aquecer, como para esfriar. Quanto menor a diferença de temperatura entre o ar ambiente e o ar do recinto a climatizar, melhor o desempenho do equipamento e, consequentemente, menor o consumo de energia elétrica. Daí a ideia de se utilizar um reservatório natural – o solo a poucos metros de profundidade – que é mantido naturalmente a uma temperatura constante, ora menor (no verão) ora maior (no inverno) do que a temperatura do ar ambiente. 

O uso desse tipo de equipamento tem aumentado significativamente na Europa, devido ao seu baixo consumo elétrico (em relação à energia transferida) e ao seu caráter “reversível”. Na Alemanha, a taxa atual de novas instalações é de 125 mil unidades por ano. Em ambos os casos, o uso do solo proporciona diferenças de temperatura menores do que aquelas existentes para “bombear calor” do (ou para o) espaço a climatizar com uma bomba de calor comum. Essa é a principal vantagem de usar energia geotérmica para climatizar, do ponto de vista energético. 

Em algumas regiões do Brasil pode ser interessante o uso da bomba de calor geotérmica, como sistema de climatização alternativo, especialmente nas latitudes mais altas. Uma análise termodinâmica comparativa – entre a tecnologia proposta e a convencional – pode ser feita, a partir dos valores anuais médios da temperatura do ar ambiente, bem como das temperaturas mínima e máxima diárias do lugar.

Em Porto Alegre, por exemplo, a temperatura anual média é de 19,5oC, com valores médios extremos de 9oC em Julho e 31oC em Janeiro. Considerando, neste caso, apenas o modo de resfriamento, teríamos com o sistema geotérmico uma diferença de temperatura ar-solo de 2,5oC durante todo o verão (para condicionar um ambiente a 22oC), enquanto que o sistema convencional – um ar condicionado comum – operaria com uma diferença de até 9oC para prover a mesma temperatura de conforto. 

Em termos de desempenho energético – tomando como base um ciclo termodinâmico ideal – uma bomba de calor geotérmica operando na capital gaúcha proporcionaria uma economia de energia elétrica de cerca de 48%, em relação ao aparelho comum. 

Ar condicionado no Brasil 

Evidentemente que nem todas as propostas de Francis Meunier poderiam ser aplicadas irrestritamente ao Brasil (exceção para a alternativa tecnológica de A/C usando energia solar descrita acima), por diversas razões. 

A energia consumida por equipamentos de ar condicionado é relevante na matriz energética nacional, conforme indicam alguns dados: na indústria têxtil e em prédios comerciais os sistemas de A/C respondem por 40% do total de energia elétrica consumida; nos aeroportos esse número chega a 50%; em supermercados, centros comerciais (shoppings) e bancos o consumo de energia na climatização supera os 70% do total. 

No Brasil, o consumo energético das edificações é extremamente elevado devido, entre outros fatores, à falta de critérios de eficiência térmica na escolha dos materiais de revestimento das construções. Iniciativas para incentivar o consumo consciente de energia em edificações são incipientes e muito recentes.

Apenas no final de 2010 houve uma medida consistente neste sentido; o Inmetro lançou um regulamento para a certificação de eficiência para edificações residenciais, o Regulamento Técnico da Qualidade-Residencial (RTQ-R). O RTQ-R visa dar suporte técnico e jurídico para profissionais ligados ao projeto, construção e comercialização de edifícios residenciais (arquitetos, engenheiros, agentes de marketing e incorporadores), visando à implementação, entre outras, de estratégias de melhoria na eficiência energética, de métodos de classificação e avaliação de recursos naturais de iluminação e ventilação e de uso racional de áreas comuns. 

Ao contrário de países situados em latitudes altas, como os europeus, no Brasil a maior parcela da “carga térmica” (energia que deve ser dissipada do recinto para gerar conforto aos seus ocupantes) tem origem na radiação solar incidente nos telhados. Isto porque nosso território se situa entre latitudes baixas. No Nordeste, a carga térmica média é de 200 W/m2, que equivale – para uma residência de 100 m2 de planta – a uma demanda mensal de 4.800 kWh (quilo watt hora).

Considerando os desempenhos atuais dos aparelhos de ar condicionado, o consumo elétrico para atender a esta demanda estaria entre 960 e 1.200 kWh, valores pelo menos 3 vezes maiores que o consumo domiciliar mensal médio no Nordeste. Já em zonas mediterrâneas da Europa (onde há necessidade tanto de calefação como de resfriamento), a potência anual média consumida em climatização pelas ecobuildings – edificações energeticamente eficientes – está em torno de 50 W/m2. 

O uso de sumidouros naturais (subsolo, ou água) poderia contribuir para mitigar ilhas de calor nos grandes centros urbanos de nosso país, uma vez que melhoram o desempenho dos sistemas de A/C – especialmente de grandes unidades – reduzindo o consumo de energia elétrica requerido na climatização. Por outro lado, o uso de energia solar para acionar A/C pode ser uma alternativa interessante, especialmente em regiões ensolaradas (Norte e Nordeste), onde a demanda por climatização é alta. 

Aquecimento solar 

Um estudo envolvendo 53 países mostrou que a energia termossolar produzida entre 2008 e 2009 equivale a uma economia anual de 46 milhões de toneladas de CO2, que seriam despejadas na atmosfera, caso todo esse aquecimento (de água e ar) fosse gerado por combustíveis fósseis (IAE Report, 2011). A área total de coletores solares no mundo no final de 2009 era de 246 milhões de metros quadrados. 

No Brasil, o mercado de energia solar térmica experimentou um grande avanço nos últimos dez anos; a área total de coletores solares aumentou 27 vezes no período. Em 2010, foram instalados 976 mil m2 de coletores solares, a maior área anual já registrada, um avanço de 21% em relação a 2009, totalizando uma área acumulada de 6,24 milhões de m2 (DASOL, 2011). É muito pouco.

A área total instalada em nosso país equivale a 32,5 m2 para cada mil habitantes, ou menos de 2% de todas as casas, uma taxa de penetração muito inferior à de outros países. Em Chipre, por exemplo, 90% das casas dispõem de coletores solares. Na Alemanha – país que tem uma incidência de radiação solar pífia comparada à do Brasil – foram instalados 1,15 milhão de m2 de coletores solares em 2010; naquele país a área total de coletores é de 14 milhões de metros quadrados. 

No país germânico e em outros, como Grécia, Áustria e Israel, os coletores solares competem diretamente com sistemas convencionais de aquecimento, mas o mercado solar térmico só se tornou atraente nesses países impulsionado por programas de incentivo, que no Brasil são ainda incipientes. França e Espanha também contaram com incentivos governamentais de 1999 a 2008, principais responsáveis pelo crescimento do mercado termossolar nesses países. 

Apesar do enorme potencial não explorado da energia solar em nosso país e da falta dos incentivos fiscais necessários para disseminar a tecnologia termossolar, o Brasil teve uma taxa de crescimento na área instalada similar à da França, de 2001 a 2008. O país já é o quarto maior mercado mundial de coletores solares, atrás de China, Alemanha e Turquia, e à frente da Índia; estima-se que a China tenha alcançado ao final de 2010 um total 150 milhões de metros quadrados de coletores instalados em seu território (REN21 Report, 2011). 

O governo brasileiro, através da Caixa Econômica Federal, financiou nos últimos dois anos quase 42 mil moradias populares com sistemas de aquecimento solar (SAS) e pretende – no âmbito do Programa Minha Casa, Minha Vida II – entregar mais 820 mil casas com SAS até 2015. A disseminação do aquecimento solar doméstico no país se deve, em grande parte, a um dispositivo genuinamente brasileiro: o chuveiro elétrico. Ele pode ser usado como fonte auxiliar para os dias chuvosos ou de baixa incidência solar, através de uma instalação que interconecta o sistema elétrico ao sistema solar (coletor solar e tanque), constituindo um “chuveiro híbrido”. 

Esta tecnologia pode contribuir para reduzir o consumo de energia no chamado “horário de ponta”, período entre 18h e 21h, em que são ligados simultaneamente diversos dispositivos elétricos de uso coletivo ou individual, entre os quais o chuveiro, que consome uma potência muito alta (entre 2 e 7 kW, dependendo do modelo). 

No horário de ponta, o consumo de todos os chuveiros pode chegar a 6% da demanda total de energia elétrica no país. Na região Sudeste, onde mais de 90% das residências dispõem de chuveiro elétrico, seria possível economizar mensalmente 33 kWh de eletricidade com o uso do chuveiro híbrido, o que equivale a uma redução de 19% no consumo domiciliar médio. Se essa energia fosse fornecida por uma usina termelétrica a gás natural, a capacidade necessária seria de 400 MW e a atmosfera estaria recebendo 1,3 milhão de toneladas de CO2 a cada ano (EPE Resenha Mensal, 2011). 

Para se massificar o uso de aquecedores solares no Brasil, é necessário a implementação de políticas públicas consistentes e duradouras, através de programas nacionais de incentivo à produção e ao financiamento da comercialização. Segundo especialistas e empresários do setor de aquecimento solar, iniciativas como a obrigatoriedade do aquecimento solar nas habitações do Programa Minha Casa, Minha Vida, aliada à exigência de um selo de qualidade dos equipamentos (programa de etiquetagem compulsória do Inmetro), podem fazer com que a área de coletores solares instalada no país salte dos atuais 6,2 milhões para 15 milhões de m2 até 2015, contribuindo para uma participação maior da energia solar na matriz energética brasileira (SOLBRASIL, 2011). 

MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA – RAIO X E PROJEÇÕES 

O perfil energético brasileiro evoluiu de forma expressiva nos últimos 70 anos. Até 1940 a base energética do país eram a lenha e o carvão vegetal, mas com a aceleração da industrialização do país ela passou a ser altamente dependente do petróleo. Os produtos da cana-de-açúcar (etanol e bagaço) foram responsáveis pela maior oscilação na oferta de energia no período. Já a variação da oferta de carvão mineral e seus derivados foi pequena (entre 5% e 8%), enquanto que o de “outras fontes” – urânio, biodiesel, eólica, solar, resíduos – foi marginal (IPEA, 2011). 

Apesar da forte dependência do petróleo e seus derivados, a matriz energética brasileira é extremamente “limpa” (com baixa emissão de gases de efeito estufa), se comparada com a maioria dos países, com uma participação de energias renováveis na oferta total de energia de quase 46% em 2008, enquanto que a média mundial ficou em torno de 13%, com cerca de 8% nos países desenvolvidos.

Na geração elétrica, dados de 2010 mostram que as fontes renováveis de energia responderam por quase 80% de toda a capacidade instalada (~110 GW), com cerca de 90% proveniente de hidrelétricas, ou 79 GW (IPEA, 2011). A geração termelétrica responde por 19 GW ou 25% do total, dos quais 7 GW são fornecidos por biomassa (6% da capacidade instalada total), o restante é repartido entre termonucleares (1,8%) e geração eólica (0,7%). 

Sem considerar as grandes hidrelétricas, a capacidade instalada de energias renováveis no Brasil é a nona maior do mundo, com quase 14 GW, atrás apenas de quatro países do G-8 mais Espanha, Índia, resto da EU-27 e China, que lidera com 103 GW (PEW Report, 2011). Da capacidade mundial de geração com essas fontes (de 388 GW), 50% provém de energia eólica, 21% de pequenas centrais hidrelétricas (PCH), 17% de biomassa e rejeitos térmicos e 11% da energia solar. 

A geração termelétrica à base de combustíveis fósseis deve aumentar em 30% sua participação na matriz elétrica brasileira nos próximos 20 anos, passando de 17,7% para 23,1% (IPEA, 2011). As projeções do IPEA indicam o fortalecimento dos biocombustíveis (etanol e biodiesel) no período e que o petróleo do pré-sal ou de outros campos não ampliará de modo significativo sua participação em detrimento de fontes renováveis de energia.

Novas hidrelétricas e termelétricas a biomassa juntamente com a forte expansão da geração eólica devem garantir uma participação apenas ligeiramente menor que a atual de energias renováveis na matriz elétrica até 2030. Destaque para a eólica, que deverá triplicar sua capacidade instalada até 2020, alcançando uma participação na matriz elétrica similar à dos Estados Unidos hoje, que é de 2,3%, embora para os americanos esse percentual represente uma capacidade eólica instalada 25 vezes maior que a nossa: 53 GW (PIKE Report, 2011).

Pelo cenário mais realista apontado pelo IPEA para 2030, em termos de qualidade ambiental, a matriz energética brasileira estará 67% mais limpa, em relação a 2005. 

Rumo a um sistema elétrico limpo e sustentável 

Nos últimos cinco anos, o Brasil foi o quinto país do mundo que mais investiu em fontes renováveis (aumento de 81%), atrás apenas da China, Indonésia, África do Sul, Argentina e Turquia, este último o líder, com um crescimento de 190% no período. Isto sem considerar os investimentos em centrais hidrelétricas de médio e grande porte, que deverão aumentar a capacidade de geração hidráulica em 18 GW até 2016, de acordo com o Plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica (PDE-EPE/MME, 2011). 

Além do avanço da energia hidráulica e outras fontes, como a eólica e a geração termelétrica com o bagaço da cana, estudos do IPEA apontam para o fortalecimento dos biocombustíveis (etanol e biodiesel), o que torna pouco provável que o petróleo do pré-sal, ou de outros campos, venham a alterar a participação das fontes renováveis na matriz energética brasileira.

A produção brasileira de etanol em 2010 foi de 36 bilhões de litros – o dobro do volume produzido em 2006 – com previsão de se alcançar 60 bilhões de litros até 2017 (PNE 2030 EPE/MME, 2008b). Já em relação ao biodiesel, cuja produção mundial representou pouco mais de 2% da oferta global de combustíveis em 2010 (IEA Report, 2011), o Brasil poderia produzir 11 bilhões de litros em 2017, dependendo da disponibilidade de matéria prima e da regulação do mercado (IPEA, 2010). 

A previsão de crescimento da demanda energética nacional até 2020 é de mais de 60%, com os setores da indústria e transporte respondendo por cerca de 67% do consumo total. A capacidade instalada passaria dos atuais 110 GW para 171 GW, graças à intensificação do uso de fontes renováveis (hidráulica, eólica e biomassa). Embora a produção de petróleo e derivados deva aumentar significativamente nos próximos anos (com a exploração da camada pré-sal), é esperada uma diminuição da participação desses combustíveis na composição da matriz energética.

Por outro lado, a queda (de 76% para 67%) na participação das hidrelétricas no perfil energético deve ser compensada pelo aumento da geração oriunda de fontes renováveis alternativas, como a eólica, termelétricas à biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCH). A participação de PCH na capacidade instalada deve aumentar de 8% para 16% e a de geração eólica deve saltar de 1% para 7% nos próximos 20 anos, contribuindo para ampliar o caráter renovável da matriz elétrica brasileira. 

Apesar desses avanços na intensificação do uso de energias renováveis, não se pode negar que a ampliação da capacidade hidrelétrica, com a construção de novas unidades de grande porte, especialmente na Amazônia, é de grande relevância para garantir a qualidade da matriz energética brasileira.

Por outra parte, a devastação de vastas áreas de mata nativa destrói a biodiversidade e pode ameaçar a sobrevivência de povos indígenas e ribeirinhos, daí a necessidade de medidas enérgicas para minimizar impactos socioambientais na região. É preciso, ainda, avaliar o impacto das emissões de gases de efeito estufa (CO2, CH4 e N2O) oriundos de nutrientes depositados nos reservatórios, e quais mecanismos de mitigação poderiam ser implementados. 

Segundo Carvalho e Sauer (2011a), se apenas 80% do potencial hidrelétrico da Amazônia for utilizado, a uma relação (conservadora) área inundada/potência instalada de 0,2 km2/MW, as usinas e seu entorno ocupariam 0,4% da área da região, ou seja, menos do que os grandes projetos agrícolas ou de pecuária.

Dessa maneira, o Brasil poderia adicionar uma capacidade hidrelétrica de quase 149 GW aos 79 GW já instalados, que, somados ao potencial de 17 GW de PCH, elevaria a capacidade hidrelétrica total para 245 GW, ou seja, poderia mais que dobrar a capacidade instalada em território nacional atualmente. 

Não fosse a questão geográfica – e obviamente o fato consumado décadas antes (a opção brasileira pela geração nuclear, como oferta de energia complementar para o Sudeste) – o aporte hidrelétrico estimado acima cobriria com folga a capacidade nuclear instalada com a ampliação do complexo de Angra dos Reis, que nos próximos será de pouco menos de 3,4 GW.

Apesar dos argumentos oficiais para justificar a geração nuclear – que não incluem os subsídios nem gastos com a gestão do lixo atômico – o custo da energia produzida pela nova unidade (Angra III) é 90% maior do que o de novas hidrelétricas (CARVALHO & SAUER, 2011b), que por sua vez é praticamente igual ao custo da energia eólica, conforme os últimos leilões (R$ 100/MWh). 

Além de muito mais econômicas, a hidroeletricidade e a energia eólica apresentam a  vantagem de serem renováveis e não oferecerem riscos de acidentes catastróficos, como o ocorrido recentemente em Fukushima, Japão. Um sistema interligado hidro-eólico, como defendido por Carvalho e Sauer (2011c), parece a melhor alternativa para o Brasil ampliar a oferta de energia nas próximas décadas, de forma limpa e sustentável.

Centrais termelétricas a gás (já existentes em várias regiões do país) juntamente com novas usinas a biocombustível poderiam constituir uma reserva de segurança do sistema hidro-eólico, que entrariam em operação em períodos de seca e/ou falta de ventos. 

CONCLUSÃO 

Segurança energética, redução de emissões de gases de efeito estufa, sustentabilidade e inclusão social, são os principais fatores que devem nortear uma mudança na rota do perfil de energia mundial. Uma vez priorizado este conjunto de elementos essenciais, é possível minimizar desequilíbrios climáticos do planeta e melhorar a conservação dos recursos naturais, pelo uso judicioso da terra para a produção de bioenergia (sem comprometer a segurança alimentar), da geração elétrica baseada em fontes de energia renovável, da adoção de estratégias de uso eficiente da energia e de uma nova concepção de cidade.

Para garantir sua sustentabilidade, a cidade ideal deve incluir, entre outros elementos: edificações e pavimentos de vias públicas feitos com materiais de baixo impacto ambiental e termicamente apropriados; sistemas de energia solar para aquecimento de água; e equipamentos e dispositivos de baixo consumo energético. 

É preciso superar as barreiras tecnológicas que ainda impedem o uso mais efetivo de algumas energias renováveis cujo fornecimento depende de eventos naturais, ao mesmo tempo em que é preciso torná-las mais competitivas no mercado energético. Incidência solar, ventos, marés e chuvas são recursos naturais que podem ser afetados de maneira significativa por mudanças climáticas de alcance global, tonando essas fontes de energia ainda mais imprevisíveis do que já são naturalmente. 

Ao mesmo tempo em que a nova revolução energética deve ser orientada pelo objetivo prioritário de reduzir a utilização de recursos energéticos fósseis e seu impacto ambiental, é preciso que ela atenda às demandas da sociedade.

As principais externalidades resultantes da produção de energia devem ser contabilizadas no custo do seu uso final, como forma de estimular o uso eficiente dos recursos e evitar eventuais impactos ambientais que possam afetar a qualidade de vida nas cidades e no campo e desestabilizar o clima global. 

No caso do Brasil, destacamos a importância da bioenergia, tanto para o setor de transporte (bioetanol) como para os setores secundário e terciário (biomassa), e as formas de ampliar a participação dessas fontes na matriz energética nacional.

É indiscutível que biomas como a floresta amazônica exercem uma forte influência sobre regimes hidrológicos e pluviométricos, e são responsáveis pela estabilidade climática, fluvial e do regime de chuvas de continentes inteiros, garantindo a sustentabilidade de suas agriculturas.

Mas não se pode prescindir do aproveitamento do potencial hidrelétrico da Amazônia para ampliar a oferta de energia limpa em nosso país, embora sua exploração deva incluir medidas efetivas para minimizar impactos socioambientais na região. 

A sinergia entre hidrelétricas e geradores eólicos, amparados por centrais termelétricas a gás e novas usinas a biocombustível (como reserva de segurança) parece uma solução adequada para se ampliar – de forma limpa e sustentável – a oferta de eletricidade em nosso país nas próximas décadas. 

Finalmente, muito embora as questões aqui levantadas como desafios da nova revolução energética apontem para uma redução gradual e consistente das emissões antrópicas de CO2, não há como desvincular os problemas ambientais do predomínio de um sistema econômico e produtivo que tem ignorado sua inserção em um planeta, cujos recursos naturais são limitados. Para concluir, nada melhor do que a citação feita há mais de 25 anos, mas que permanece atual (HÉMERY, DEBEIR & DELÉAGE, 1986): 

A transição energética não pode reduzir-se a simples aperfeiçoamentos técnicos ou ao desenvolvimento de novas linhas energéticas: ela implica necessariamente na mutação completa das sociedades em escala mundial. Qualquer que seja sua duração e seu ritmo, esta mutação será global. Nenhuma revolução, até hoje, questionou realmente ou duradouramente as bases materiais da organização social; no entanto, nenhuma alternativa social será concebível, de agora em diante, se não implicar o estabelecimento de um novo sistema energético. 

REFERÊNCIAS

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Os Desafios da Nova Revolução Energética em PDF disponível aqui

2 comentários:

  1. A Toyota está investindo em carros sustentáveis. O Toyota NS4 é um novo veículo conceito Plug-In Hybrid, que é bem mais "green" e ecologicamente correto. Vai ser exposto pela primeira vez semana que vem no Salão de Detroit (NAIAS auto show), durante a conferência coletiva da Toyota, terça-feira, 10 de Janeiro às 9:45 da manhã, horário de Brasília. http://youtu.be/dTa9KW0vTS4

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