Energia eólica: limpa, mas nem tanto…
Traduzido de: Scientists Find Night-Warming Effect Over Large Wind Farms in Texas
As turbinas eólicas interagem com a camada limítrofe da atmosfera próxima à superfície
Em várias partes do Texas as “fazendas de vento” são numerosas; os cientistas relatam novos resultados sobre seus efeitos.
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29 de abril de 2012
Grandes fazendas de ventos em certas áreas dos Estados Unidos parecem estar afetando as temperaturas de superfície locais, de acordo com um artigo publicado hoje em Nature Climate Change.
O estudo, liderado por Liming Zhou, um cientista atmosférico na State University of New York (SUNY) -Albany, fornece novos dados acerca dos possíveis efeitos das fazendas de ventos.
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Localizações de centros de fazendas de ventos no Texas, até o ano de 2010. |
Os resultados podem ser importantes para o desenvolvimento de estratégias eficientes de adaptação e gerenciamento, para assegurar a sustentabilidade a longo prazo da energia eólica.
“Este estudo indica que as temperaturas de superfície aumentaram nas vizinhanças das grandes fazendas de ventos no centro-oeste do Texas, especialmente durante as noites”, declara Anjuli Bamzai, diretor de programa da Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da Fundação Nacional de Ciências (National Science Foundation = NSF), que financiou a pesquisa.
“As observações e análises se referem a um período de tempo relativamente curto, mas levantam importantes questões que merecem atenção, na medida em que nos dirigimos a uma era de rápido crescimento das fazendas de ventos em nossa busca por fontes alternativas de energia”.
Extensas pesquisas ligaram a produção de dióxido de carbono produzido pela queima de combustíveis fósseis com o aumento global das temperaturas.
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Fazendas de ventos pontilham o horizonte do condado de Lubbock County e outras áreas do Texas. |
Em consequência, muitas nações estão dando preferência a fontes mais limpas de energia renovável, tais como turbinas eólicas. A energia eólica para geração de energia elétrica não cria emissões, não usa água e é considerada “verde”.
“Precisamos compreender melhor o sistema através de observações para poder descrever e criar modelos dos complexos processos envolvidos, para prever como as fazendas de ventos podem afetar futuramente as temperaturas e o clima”, disse Zhou.
O número de estudos sobre os efeitos das fazendas de ventos sobre o tempo e o clima vem crescendo, empregando principalmente modelos numéricos, devido á ausência de observações sobre as fazendas de ventos.
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Um novo tipo de fazenda no Texas – uma fazenda de ventos. |
Uma vez que os modelos numéricos exigem grandes esforços de computação e apresentam incertezas na representação de tempo e clima locais, explicou Zhou, o sensoreamento remoto é provavelmente a maneira mais eficiente e eficaz para estudar os efeitos das fazendas de ventos em escalas espaciais e temporais maiores.
Para compreender o impacto potencial das fazendas de ventos nos tempo e clima locais, a equipe de Zhou analisou as temperaturas de superfície medidas pelos satélites em torno das grandes fazendas de ventos do Texas ao longo do período de 2003 a 2011.
Os pesquisadores encontraram um efeito de aquecimento noturno nas áreas de fazendas de ventos da ordem de 0.72°C por década, ao longo do período de 9 anos de coleta de dados.
Uma vez que o padrão do aquecimento espelha a distribuição geográfica das turbinas eólicas, os cientistas atribuem esse aquecimento diretamente às fazendas de ventos.
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Uma fazenda de ventos no Texas partilha o espaço com cactos e outros habitantes do deserto. |
A medição anual da temperatura de superfície sobre as fazendas de ventos mostra uma tendência persistente de aquecimento de 2003 até 2011, consistente com o aumento do número de turbinas eólicas em funcionamento ao longo do período.
“Este efeito de aquecimento provavelmente é causado pelo rastro de turbulência das turbinas agindo como um ventilador para sugar para baixo o ar mais quente de altitudes maiores à noite”, explica Somnath Baidya Roy da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, um co-autor do artigo.
Embora o efeito de aquecimento relatado seja local e pequeno, comparado com a forte variação anual da temperatura de solo de fundo, os autores acreditam que este trabalho chama a atenção para uma importante questão científica que merece maiores investigações.
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Diferenças nas temperaturas noturnas da superfície , próximo a fazendas de ventos, entre 2010 e 2013. |
“A tendência de aquecimento estimada se aplica somente à região estudada e ao período do estudo, não devendo, portanto, ser interpolada para outras regiões de maneira global ou por períodos mais extensos”, esclarece Zhou. “Para uma dada fazenda de ventos, uma vez que não haja a instalação de novas turbinas eólicas, o efeito de aquecimento pode chegar a um patamar de estabilidade”.
O estudo representa um primeiro passo para a exploração de dados de satélites para quantificar os possíveis efeitos do desenvolvimento de grandes fazendas de ventos sobre o tempo e o clima, declara Chris Thorncroft da SUNY-Albany, um co-autor do artigo.
“Estamos expandindo esse enfoque para outras fazendas de ventos”, diz Thorncroft, “e criando modelos para compreender os processos e mecanismos físicos que regem as interações das turbinas eólicas e a camada atmosférica de fronteira próxima à superfície”.
Os outros autores do artigo são Lance Bosart da SUNY-Albany, Yuhong Tian da NOAA e Yuanlong Hu do Terra-Gen Power LLC em San Diego, Califórnia.
-NSF-
Na manufatura industrial, quanto mais tecnologia, menos eficiência
[In Industrial Manufacturing, Efficiency Falls as Technology Advances]
Um estudo compreensivo sobre velhos e novos processos de manufatura, da usinagem de metais à frabricação de nano-fibras de carbono, mostra que as tecnologias mais avançadas são menos eficientes no uso de energia e matérias primas por quilo de produto comercial
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Tecnologias avançadas são menos eficientes no uso de energia e material por quilograma de produto final |
1 de maio de 2009
No século passado, a manufatura industrial foi dominada por processos em larga escala, devoradores de energia, tais como a fusão de minérios e a usinagem de metais. Atualmente, o cenário industrial apresenta um conjunto de técnicas modernas que funcionam em escalas muito menores, produzindo chips de computador, nano-fibras de carbono e outros produtos sofisticados. Essa evolução no sentido de uma manufatura mais avançada em tecnologia ocorreu ao custo de uma acentuada queda na eficiência — é o que mostra um novo estudo. Os processos mais hi-tech podem consumir até um milhão de vezes mais energia e matérias primas para uma dada quantidade de produtos finais do que os processos industriais tradicionais — uma tendência que pode fazer fracassarem os esforços para construir uma economia industrial mais consciente no emprego da energia que use matriais e tecnologias de ponta.
Qualquer processo de manufatura usa energia para transformar as matérias primas em um produto desejado. Porém, algo das matérias primas geralmente irá para o lixo e a energia nem sempre é usada de maneira tão eficiente quanto podia ser. Para compreender melhor essas perdas, Timothy Gutowski do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) em Cambridge, Mass., e seus colegas desenvolveram um modelo, com base nas leis da termodinâmica, que rastreia tanto as transformações energéticas, como as físicas ou químicas dos materiais, na medida em que passam pelas fases de um processo industrial.
Os cientistas pesquisaram 20 técnicas de manufatura. Os processos tradicionais incluíram a fusão e a fundição de metais, moagem e usinagem, e a moldagem por injeção de plásticos, juntamente com inovações mais recentes tais como o uso de lasers e jatos d’água para a modelagem de materiais. Completando a lista de técnicas, aparece a vasta gama de processos usados no setor de micro-eletrônica, tais como a deposição química por vapor e sputtering (pulverização catódica), bem como a produção de nano-fibras de carbono.
Com exceção dos métodos que envolvem a fusão de metais, as demandas de energia para cada processo foram surpreendentemente similares, variando entre 5 a 50 kilowatts de eletricidade. Por outro lado, as quantidades de material processadas variava enormemente, indo de centenas de quilogramas por hora ou mais, para os processos mais antigos, até umas poucas miligramas por hora para as duas técnicas mais recentes. Uma tendência espantosa começou a aparecer: na medida em que os processos se tornavam mais sofisticados tecnologicamente, tendiam a manipular quantidades cada vez menores de material em ritmos cada vez mais lentos, mas, como o consumo de energia por processo continuava a ser quase o mesmo, a quantidade de energia necessária para gerar uma dada quantidade de produto acabado crescia rapidamente.
Gutowski e seus colegas concedem que um processo ineficiente, funcionando sobre uma pequena quantidade de material, pode não ser muito importante quando comparado a todo o consumo de energia pela indústria. Entretanto, eles observam que o mundo produz atualmente mais de 20.000 toneladas de silício com pureza para a indústria eletrônica por ano, consumindo cerca de 50 bilhões de quilowatts-hora de eletricidade nesse processo. A produção de fibras de carbono, cuja utilização é frequentemente proposta para aplicações em larga escala, fica na mesma faixa em termos de energia usada por quilograma de produto. Ambas as indústrias envolvem processos que caem nas faixas inferior e média de eficiência descobertas pelos pesquisadores do MIT, de forma que a falta de atenção para o uso mais eficiente de energia pode ter consequências significativas.
As modernas técnicas industriais frequentemente requerem materiais e processos elaborados cujos custos energéticos e de matéria prima não são diretamente incorporados no produto. Por exemplo, gases altamente reagentes podem ser empregados para a limpeza de equipamentos de produção de chips de silício, em preparação para etapas subsequentes, e esses gases podem ter que ser quimicamente tratados depois do uso por questões de segurança ou de controle de poluição. Esses elementos marginais, porém essenciais, de um processo de manufatura hi-tech podem reduzir enormemente seu “grau de perfeição” — a razão entre o valor termodinâmico do produto e o valor termodinâmico de tudo o que é necessário para fazê-lo. Quanto mais “ideal” for um processo, mais essa razão se será de um para um. Na verdade, os processos podem variar significativamente em seus graus de perfeição. Por exemplo, a equipe do MIT calculou que uma fornalha elétrica que derrete sucata e outros tipos de ferro para gerar um produto metálico refinado, pode ter um grau de perfeição de 0,79. Em comparação, um processo de deposição química de vapor, usado pela indústria de semicondutores para produzir finas camadas de dióxido de silício, pode ter um grau de perfeição menor um pouco do que 4 milionésimos (0,000004).
No projeto de processos que transformam materiais caros em pequenas quantidades de produtos hi-tech, os fabricantes se focalizaram em diversas questões tais como tamanho e qualidade, mas, como diz Gutowski, “não tiveram fortes incentivos para reduzir o consumo de energia”. Mas isso pode estar mudando. Fabricantes de painíes solares, por exemplo, estão bem conscientizados do processo gastador de energia que usam, e o incluem nas estimativas do prazo de auto-compensação — em termos tanto de energia, quanto de dinheiro — dos produtos que fabricam. Para ser realmente “verde”, em outras palavras, um painel solar deve produzir uma quantidade substancialmente maior de energia, durante sua vida útil, do que a consumida para produzí-lo.
Este tipo de racicínio ainda não tomou pé em outras áreas, tais como a dos nano-materiais, acrescenta Gutowsk, onde os custos energéticos da manufatura não são amplamente conhecidos. Quanto mais as apliações desses materiais ganhar atenção, especialmente no contexo da tecnologia “verde”, “terá que ocorrer uma negociação mais séria com relação aos custos energéticos. Apresentando um modelo analítico compreensivo que pode contabilizar tanto o material quanto a energia usados na manufatura industrial, o estudo do MIT disponibiliza uma linguagem na qual essa negociação pode ser conduzida.
| – | David Lindley |
Investigadores
Timothy Gutowski
Instituições/Organizações Relacionadas
Massachusetts Institute of Technology
