A contribuição da Coppe no Relatório do IPPC

As fontes renováveis suprirão 80% da energia em 2050. A biomassa, a energia eólica e a energia solar serão, dentre as renováveis, as que mais estarão contribuindo para a oferta de energia no mundo em 40 anos. Mas para isso é preciso que governos adotem políticas públicas que viabilizem a substituição de combustíveis fósseis por fontes de energia mais limpas. Essas são as principais conclusões do Relatório Especial sobre Energias Renováveis que divulgado, dia 9 de maio, pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) – o painel da ONU que estuda a mudança climática -, em Abu Dhabi. De acordo com os cenários analisados pelo IPCC, as fontes renováveis poderão reduzir entre 220 Gt e 560 Gt (gigatoneladas) a emissão de CO2 na atmosfera entre 2010 e 2050.

Quatro professores da Coppe participaram da elaboração desse relatório: Segen Estefen, professor de Engenharia Oceânica, e Roberto Schaeffer, professor de Planejamento Energético, coordenaram, respectivamente, o capítulo sobre Energia dos Oceanos e o capítulo sobre Potencial de Mitigação e Custos; Marcos Freitas, professor de Planejamento Energético, é um dos autores do capítulo sobre Hidreletricidade, e Suzana Kahn Ribeiro, professora de Engenharia de Transportes da Coppe, revisou o capítulo que trata de Biomassa.

De acordo com o Sumário Executivo que resume o Relatório Especial, o planeta dispõe de um grande potencial de energia que pode ser obtido de fontes renováveis. Essas fontes, segundo o documento, terão um papel crescente na mitigação das emissões de gases causadores da mudança climática e vão fornecer uma fração cada vez maior da energia primária no mundo a partir de 2020. Em 2008, a produção total de energias renováveis no mundo era de 64 dos 492 exajoules gerados por ano (EJ/ano), respondendo por 12,9% do total da energia consumida no planeta. O cenário mais otimista analisado pelo IPCC estima que em 2050 as fontes renováveis poderiam fornecer 77% das necessidades globais, ou seja, 314 dos 407 exajoules. No mais pessimista, essas fontes atenderiam a 15% da demanda mundial anual de energia de 749 EJ/ano. Sem o uso dessas fontes, as emissões de CO2 provenientes da queima de combustíveis fósseis e de outras emissões industriais chegarão a 1.530 Gt em 2050.

O relatório alerta que as projeções devem ser vistas com cautela, porque sua realização depende de muitos fatores, inclusive do comportamento das outras fontes de energia que as renováveis podem substituir. Mas observa que, na maioria dos cenários, está claro que, em 2050, a participação das renováveis no suprimento de energia de baixo carbono será maior que a de outras opções também de baixo carbono, como a energia nuclear e o chamado CCS (captura e sequestro de carbono de combustíveis fósseis, notadamente o carvão).

2050: participação de renováveis precisa ser superior a 50% para conter aquecimento global

Embora não tenha projetado um número fixo, o relatório diz que muitos dos diversos cenários analisados pelos cientistas do IPCC apontam uma participação superior a 50% de energia de fontes renováveis na produção de energia primária em 2050, para se alcançar uma estabilização das emissões de gases de efeito estufa na faixa de 450 ppm (partes por milhão) – meta apontada como necessária para conter o aquecimento global em 20C. O documento também informa que, mesmo na ausência de políticas deliberadas para reduzir as emissões de gases causadores da mudança climática, a tendência é de expansão das energias renováveis no mercado global.

Hoje, as fontes renováveis são responsáveis por 12,9% da oferta de energia primária no mundo. Nada menos que 10,2% correspondem à biomassa, mas, dentro desta, a maior parte (8,1%) se refere ao uso tradicional (e poluente) de lenha para cozinhar, típico dos países em desenvolvimento. As aplicações modernas da biomassa respondem por apenas 2,1% da oferta atual de energia primária, contra os 2,3% da energia hidráulica. As demais fontes renováveis, somadas, respondem por apenas 0,4%.

Mas o relatório do IPCC mostra que a disponibilidade de energias renováveis vem crescendo rapidamente nos últimos anos, graças a políticas governamentais de incentivo em alguns países, à queda de custos de diversas tecnologias e a elevações de preços dos combustíveis fósseis. Em 2009, apesar da crise financeira global, a capacidade instalada de energia proveniente de fontes renováveis continuou a crescer rapidamente. Dos 300 GW acrescentados ao parque gerador de eletricidade entre 2008 e 2009, nada menos que 140 GW vieram de fontes renováveis.

Brasil se antecipa ao futuro

Para Roberto Schaeffer, professor do Programa de Planejamento Energético da Coppe e coordenador de um dos capítulos do relatório de energias renováveis do IPCC, o cenário futuro que emerge desse documento já se antecipa, de certa forma, no Brasil – com sua predominância de hidrelétricas na matriz energética, a recente e crescente instalação de usinas eólicas para produção de eletricidade, o amplo uso do etanol como combustível no setor de transportes e a infraestrutura daí decorrente, como os carros flex e os postos de combustíveis adaptados para diferentes tipos de tanques de armazenamento.

O futuro visualizado por Schaeffer, a partir dos dados contidos no estudo do IPCC, é o de um mundo cada vez mais eletrificado, isto é, onde a energia elétrica tenderá a ocupar espaço crescente na matriz energética, e onde os combustíveis líquidos tenderão a ser cada vez mais biocombustíveis. É também um futuro com crescente participação de energia eólica e solar, as quais terão as maiores taxas de crescimento nas próximas décadas, diz ele.

O capítulo 10 do relatório, que avalia de maneira integrada o potencial de mitigação e os custos das seis fontes renováveis estudadas (biomassa, eólica, solar, energia dos oceanos, hidrelétrica e geotérmica), projetando os resultados para um horizonte até 2050, não aponta predominância de uma fonte sobre outra. Apenas indica tendências. Mas Schaeffer afirma que a energia eólica, primeiro, e a solar, em seguida, são as que terão as maiores taxas de penetração na matriz energética mundial nas próximas décadas. “É claro que os biocombustíveis vão continuar crescendo”, diz. Mas, graças à redução de custos e ganhos de escala que já se observam, a energia eólica crescerá mais que todas as demais fontes até 2030. A partir daí, a energia solar começará a ganhar espaço, pois terá alcançado uma escala que a tornará comparável com a eólica.

Schaeffer explica que a preeminência da energia eólica se justifica não apenas pela redução de custos de geração, graças a ganhos de escala e eficiência, mas também ao fato de que essa forma de energia já começa a se mostrar capaz de se integrar bem à rede de transmissão e distribuição de eletricidade. Essa integração costuma ser uma limitação para as formas de energia provenientes de fontes variáveis, e muitas vezes imprevisíveis, como a solar e a eólica, afetadas pelas variações da natureza em curtos espaços de tempo.

A tendência ao aumento da presença da eletricidade nos sistemas energéticos do mundo deverá facilitar ainda mais a penetração da energia eólica e solar. “Hoje, o único mercado cativo para os combustíveis líquidos é o setor de transportes. E, se tudo correr bem, no futuro teremos carros elétricos”, lembra o professor da Coppe. “É claro que nada impede que se gere eletricidade com biomassa, mas suas características são mais apropriadas ao uso como combustível líquido”.

De qualquer forma, diz ele, há incertezas de diversas ordens envolvendo as projeções sobre o comportamento das fontes renováveis de energia. A penetração mais rápida ou mais lenta dessas formas de energia no mercado poderá ser influenciada, por exemplo, pelo comportamento futuro de alternativas não renováveis de baixo carbono, notadamente a energia nuclear e o CCS (captura e sequestro de carbono, um tipo de tecnologia desenhado para mitigar as emissões das instalações que queimam combustíveis fósseis como o petróleo e o carvão). Se a tecnologia de CCS avançar suficientemente para se tornar competitiva em custos, talvez seja economicamente mais interessante manter em funcionamento as atuais usinas térmicas a carvão, o que poderia retardar algumas das aplicações de energias renováveis na produção de eletricidade.

Quanto à energia nuclear, quando o relatório do IPCC começou a ser produzido, despontava como uma possível alternativa para a geração de energia sem emissão de carbono. Mas, com o recente acidente radioativo em Fukushima, no Japão, o panorama da energia nuclear voltou a ficar nebuloso.

Na biomassa, as limitações do etanol brasileiro

Para Suzana Kahn Ribeiro, professora do Programa de Engenharia de Transportes da Coppe e uma das vice-presidentes do Grupo de Trabalho do IPCC que produziu o relatório sobre energias renováveis, em todas as análises o etanol de cana-de-açúcar brasileiro apareceu como um grande exemplo. Mas, embora o capítulo que trata de biomassa mostre que esta deverá permanecer como uma das mais importantes fontes de energia renovável na primeira metade deste século, é preciso ter em mente que a pujança da produção brasileira de etanol de cana não é o bastante para que se tenha um mercado pujante de biocombustíveis, capaz de colocar o país como um grande fornecedor internacional.

“Se não houver outros países investindo nisso, não teremos um mercado internacional. O mundo não vai apostar num biocombustível que só pode ser produzido em poucos países. Ninguém vai querer ficar refém do etanol brasileiro”, avisa a professora da Coppe.

O capítulo do relatório do IPCC que trata da biomassa, e que foi revisado por Suzana, mostra a grande variedade de fontes de matérias-primas que podem ser utilizadas para a produção de bioenergia, e que incluem desde produtos alimentícios como cana e oleaginosas, até resíduos agrícolas e pecuários, lixo urbano e, no futuro, a celulose extraída de florestas plantadas com esse objetivo. Segundo o estudo, atualmente 50 EJ/ano de energia já são provenientes das variadas fontes de biomassa e esse valor pode crescer até seis vezes nos próximos 40 anos.

Para que essa previsão se torne realidade, será preciso criar políticas que visem melhorar a eficiência do setor agrícola, investir no desenvolvimento de tecnologias de segunda geração, como a da extração de biocombustíveis de celulose e as biorrefinarias, e desenvolver uma boa governança para lidar com os impactos ambientais e sociais – especialmente no que se refere ao uso do solo, com a instituição de zoneamento e práticas de manejo integrado de cultivos e pecuária. Se isso não for feito, a contribuição que a biomassa poderá dar à mitigação das mudanças climáticas será reduzida e haverá conflitos significativos envolvendo o abastecimento de alimentos, recursos hídricos e biodiversidade.

Em termos econômicos, o capítulo sobre a biomassa avalia que algumas de suas formas já tem preços competitivos no mercado: o etanol de cana no Brasil , alguns sistemas de uso de lixo urbano e alguns fogões mais eficientes que os fogões a lenha tradicionais amplamente utilizados nos países mais pobres. Estima-se ainda que, entre 2020 e 2030, tecnologias mais avançadas – como os biocombustíveis de celulose para substituir gasolina, diesel e combustível de aviação e algumas opções de bioeletricidade e biorrefinarias – também estarão oferecendo energia a preços competitivos com os das opções não renováveis.

Oceanos: Uma oportunidade para o Brasil não perder

As energias dos oceanos são as cercadas por mais incertezas no relatório do IPCC sobre fontes renováveis. As tecnologias para a exploração do potencial energético de ondas, marés, correntes, gradiente térmico e gradiente de salinidade do mar são as menos maduras, em comparação com as outras fontes analisadas. Os estudos sobre o potencial técnico dessas diferentes fontes indicam grande variabilidade. O potencial estimado para extração da energia dos oceanos, por exemplo, varia de 7 a 331 EJ/ano. Devido ao pequeno número de protótipos em operação, ainda não se tem dados relevantes quanto aos custos, impactos ambientais, facilidades e dificuldades de integração com os sistemas de distribuição. Isto porque, com exceção da tecnologia de marés com utilização de barragens, que tem algumas unidades comerciais em funcionamento no mundo, todos os demais desenvolvimentos estão em fase de protótipo pré-comercial.

É exatamente esse quadro de aparente desvantagem para as energias do mar que Segen Estefen, diretor de Inovação da Coppe e coordenador do capítulo que tratou do tema no relatório do IPCC, aponta comouma grande oportunidade estratégica que gostaria de ver o Brasil aproveitando. “Esse é um campo em que o Brasil pode fazer a diferença. Justamente porque a tecnologia ainda não está madura, há uma janela de oportunidade para quem quiser investir e sair na frente, inovando no mercado mundial”, diz Segen. Para ele, com exceção da energia da biomassa, campo em que os brasileiros estão estabelecidos e são reconhecidos, nas demais fontes renováveis – como a eólica e a solar – as possibilidades de avanços tecnológicos de peso são reduzidas. “Essas tecnologias já estão avançadas e o Brasil deverá ser apenas usuário delas, com poucas chances de liderar”, avisa.

Considerando o vasto conhecimento acumulado pelos brasileiros na engenharia offshore para produção de petróleo, área em que o país tem liderança indiscutível, o professor da Coppe considera que o Brasil está em posição privilegiada para se tornar líder na exploração das energias do oceano. Para isso, seria necessário o governo tomar a decisão estratégica de investir para consolidar uma posição de destaque nessas tecnologias.

Segen alerta, porém, que “essa janela de oportunidade só ficará aberta por no máximo 10 anos. Depois disso será tarde”. Grandes empresas internacionais associadas a pequenas e médias empresas de base tecnológica, por exemplo, já estão investindo no desenvolvimento tecnológico para o aproveitamento de energias do oceano. O governo britânico fixou como meta ter em 2020 uma potência instalada de 2 GW, o que significa multiplicar por seis a atual potência instalada no mundo. Canadá, Estados Unidos, Irlanda e Portugal atualmente trabalham na fixação de metas semelhantes.

A Coppe está ultimando a instalação de um protótipo pré-comercial de usina de ondas no porto do Pecém, no Ceará, uma parceria com a empresa Tractebel. Será a primeira da América Latina. Mas Segen gostaria de ver um programa mais ambicioso de desenvolvimento tecnológico na área, envolvendo mais universidades, empresas e diferentes formas de exploração das energias do mar. Estimativas preliminares da Coppe apontam um bom potencial para exploração de ondas em quase todo o litoral brasileiro. Nas regiões Nordeste e Norte, as marés e os gradientes térmicos também têm potenciais relevantes.

A tecnologia para produção de eletricidade a partir de gradientes térmicos ao longo da profundidade dos oceanos consiste em explorar a diferença de temperatura entre a água do fundo do mar, mais fria, e a da superfície, mais quente. A água da superfície é colocada numa câmara de vácuo, onde entra em ebulição, produzindo o vapor que movimenta uma turbina para gerar eletricidade. Em seguida, a água mais fria trazida do fundo do mar condensa o vapor, transformando-o novamente em líquido. Experimentos realizados em outros países esbarraram algumas vezes na dificuldade de trazer para a superfície a água do fundo do mar – tarefa que, segundo Segen, será trivial para quem, como os brasileiros, já extraem petróleo a mais de mil metros de profundidades e terá que ir a profundezas ainda maiores para explorar o pré-sal.

Outra grande vantagem da energia dos oceanos é a possibilidade de ser combinada a tecnologias de dessalinização de água.

Hidrelétricas: ainda há muito potencial a explorar, mas com limitações sociais e ambientais

Contribuindo atualmente com 16% da energia elétrica produzida no mundo, a hidreletricidade é a principal fonte de energia renovável do setor elétrico. Apesar de tão amplamente explorada, ainda tem um grande potencial de aproveitamento. Segundo o relatório do IPCC, o potencial técnico total para geração de hidreletricidade no mundo é de 52,47 EJ por ano, o que corresponde a uma capacidade instalada de 3.734 GW – quatro vezes a atual capacidade instalada, de 926 GW. A maior parte desse potencial ainda inexplorado está na África, Ásia e América Latina, mas também há aproveitamentos possíveis nos EUA e na Europa.

Segundo Marcos Freitas, professor do Programa de Planejamento Energético da Coppe que participou do relatório do IPCC como um dos autores do capítulo sobre a energia hidrelétrica, o potencial de aproveitamento no Brasil é um dos maiores do planeta, cerca de 250 GW. O país aproveita cerca de 25% desse total. A maior parcela do potencial inexplorado está concentrada na Bacia Amazônia, onde o Brasil detém 100 GW e onde há mais 100 GW pertencentes aos países vizinhos. O total da Bacia Amazônica, diz Marcos, pode representar “um pré-sal renovável, pois equivale a 3 milhões de barris de petróleo por dia”.

Além do vasto potencial ainda passível de exploração no mundo, a hidreletricidade é uma fonte confiável, com tecnologias maduras e preços competitivos. Isso significa que tem um significativo potencial de redução das emissões de carbono para mitigação das mudanças climáticas. Mas o relatório do IPCC alerta que os aspectos ambientais e sociais representarão os principais desafios aos empreendimentos hidrelétricos, se não forem cuidadosamente administrados.

De um lado, o documento lista as principais limitações ambientais e sociais das hidrelétricas – mudança no regime de vazão dos rios e na qualidade da água, barreiras à migração de peixes, perda de biodiversidade e desalojamento de populações humanas, para as quais será preciso investir em inovações tecnológicas que melhorem o desempenho dos empreendimentos. De outro lado, o relatório do IPCC aponta nas usinas hidrelétricas a vantagem de poderem ser utilizadas para mitigar a escassez de água doce e regular os eventos extremos de chuvas e secas que serão mais frequentes com as mudanças climáticas.

Limitações para emprego de renováveis são econômicas e não técnicas

Não há limitações de potencial técnico para o emprego das fontes renováveis. De acordo com o Relatório do IPCC, tecnicamente elas poderiam abastecer, com folga, todas as necessidades atuais de energia do planeta. As limitações são de ordem econômica (custos de geração e distribuição mais altos que os preços de mercado); e, em alguns casos, problemas de ordem ambiental e social – como é o caso de algumas matérias-primas para a produção de biocombustíveis e seus impactos sobre o meio ambiente, a competição com a produção de alimentos e os efeitos da construção de hidrelétricas sobre a biodiversidade e os meios de sustento de grupos humanos locais.

Na área de combustíveis líquidos, a produção de etanol cresceu 10% (7 bilhões de litros) em 2009 e a de biodiesel subiu 9% (2 bilhões de litros). O Brasil e os Estados Unidos responderam, respectivamente, por 54% e 35% da produção global de etanol a partir de biomassa em 2009.

A energia eólica cresceu 32%, adicionando 38 GW ao parque instalado no mundo; as hidrelétricas ganharam mais 31 GW, com um aumento de 3%; a energia solar fotovoltaica para geração de eletricidade cresceu 53% (mais 7 GW); a energia solar para aquecimento de água aumentou 21% (mais 31 GWth) e a energia geotérmica cresceu 4%. Esta última é importante em alguns países onde há potenciais expressivos, como Chile, México, Filipinas, Índia e Estados Unidos e já tem tecnologia comercial disponível.

Quanto à energia dos oceanos, não entra nessa lista porque é a mais incipiente das seis fontes renováveis estudadas no relatório. Com exceção de usinas comerciais de marés, que, somadas, não superam os 300 MW de potência, e uma nova usina que entrou recentemente em operação na Coréia do Sul, com 255 MW de potência, as demais instalações existentes estão em fase pré-comercial.