Top 10 Recursos Energéticos Renováveis
Recursos renováveis são aqueles que podem ser gerados continuamente na natureza e são inesgotáveis, por exemplo, madeira, energia solar, energia eólica, energia das marés, energia hidrelétrica, energia de biomassa, biocombustíveis, energia geotérmica e hidrogênio. Eles também são conhecidos como fontes não convencionais. de energia e eles podem ser usados de novo e de novo de uma maneira infinita.
1. Energia Solar:
O sol oferece uma fonte de energia ideal, ilimitada no fornecimento, cara, que não aumenta a carga de calor total da Terra e não produz poluentes do ar e da água. É poderosa alternativa aos combustíveis fósseis e nucleares. A energia solar é tão abundante, mas com uma eficiência de coleta de apenas 10%.
A incidência diária de energia solar é entre 5 a 7 kWh / m 2 em diferentes partes do país. Este enorme recurso de energia solar pode ser convertido em outra forma de energia através de rotas de conversão térmica ou fotovoltaica. A rota solar térmica usa radiação na forma de calor que, por sua vez, pode ser convertida em energia mecânica, elétrica ou química.
Limitações para geração de energia solar:
1. Intensidade da energia solar não é constante.
2. A densidade da energia solar é baixa em comparação com o petróleo, gás ou carvão, etc.
3. Há um problema de coletar economicamente a energia solar em uma área grande.
4. Problemas de projetar instalações que podem utilizar a luz solar difusa.
Dispositivos solares térmicos como fogões solares, aquecedores solares de água, secadores solares, células fotovoltaicas, placas de energia solar, fornos solares, etc.
Coletor de calor solar:
Estes podem ser passivos ou ativos na natureza. Os coletores de calor solar passivos são materiais naturais, como pedras, tijolos, etc., ou materiais como o vidro, que absorvem calor durante o dia e liberam-no lentamente à noite. Coletores solares ativos bombeiam um meio absorvedor de calor (ar ou água) através de um pequeno coletor que normalmente é colocado no topo do edifício.
Células solares:
Eles também são conhecidos como células fotovoltaicas ou células fotovoltaicas. As células solares são feitas de lâminas finas de materiais semicondutores como silício e gálio. Quando as radiações solares caem sobre elas, é produzida uma diferença de potencial que causa o fluxo de elétrons e produz eletricidade.
O silício pode ser obtido a partir de sílica e areia, que é abundantemente disponível e barato. Utilizando arsenieto de gálio, sulfureto de cádmio ou boro, a eficiência da célula fotovoltaica pode ser melhorada. A diferença de potencial produzida por uma única célula de tamanho de 4 cm 2 é de cerca de 0, 4-0, 5 V e produz uma corrente de 60 mili amperes.
Fogão Solar:
Fogões solares fazem uso do calor solar, refletindo as radiações solares usando um espelho diretamente sobre uma folha de vidro que cobre a caixa preta isolada dentro da qual o alimento cru é mantido.
Aquecedores Solares:
Consiste em uma caixa isolada pintada de preto por dentro e com uma tampa de vidro para receber e armazenar o calor solar. Dentro da caixa tem uma bobina de cobre pintada de preto através da qual a água fria é levada a fluir, que se aquece e flui para um tanque de armazenamento. A água quente do tanque de armazenamento instalado no telhado é então fornecida através de tubos em edifícios como hotéis e hospitais.
Fornos Solares:
Aqui, milhares de pequenos espelhos de aviões são dispostos em refletores côncavos, os quais coletam o calor solar e produzem uma temperatura tão alta quanto 3000 ° C.
Central térmica solar:
A energia solar é aproveitada em grande escala usando refletores côncavos que fazem com que a água fervente produza vapor. A turbina a vapor aciona um gerador para produzir eletricidade. Uma usina de energia solar (capacidade de 50 K Watt) foi instalada em Gurgaon, Haryana.
2. Energia Eólica:
A energia eólica é energia das turbinas que criam a eletricidade quando o vento gira as pás dos moinhos de vento. Um grande número de moinhos de vento é instalado em clusters chamados parques eólicos. A turbina eólica é construída para uma determinada especificação, a fim de maximizar a eficiência da geração de energia.
A turbina típica gira em torno de 10 a 25 revoluções por minuto e o tipo de vento para gerar essa rotação é de cerca de oito a 10 nós ou 10 milhas por hora (16 km / h). Do ponto de vista meteorológico, o vento é descrito como o ar em movimento e é essencialmente um movimento de uma área de alta pressão para uma de baixa pressão.
Esse movimento é aprimorado quando há pouco para interromper o fluxo geral. Assim, a geração mais eficiente de energia de turbinas eólicas deve ser feita em áreas de alta altitude ou em águas abertas. O potencial de energia eólica do nosso país é estimado em cerca de 20.000 MW, enquanto atualmente estamos gerando cerca de 1020 MW. O maior parque eólico do nosso país fica perto de Kanyakumari, em Tamil Nadu, gerando 380 MW de eletricidade.
3. Hidrelétrica:
A primeira usina hidrelétrica na Índia era uma pequena usina hidrelétrica de 130 kW comissionada em 1897 em Sidrapong, perto de Darjeeling, em Bengala Ocidental. Com o avanço das tecnologias e o aumento da demanda de eletricidade, a ênfase foi transferida para as usinas hidrelétricas de grande porte.
A água que flui em um rio é coletada pela construção de uma grande represa onde a água é armazenada e deixada cair da altura. A lâmina da turbina localizada na parte inferior da barragem se move com a água em movimento rápido, que por sua vez gira o gerador e produz eletricidade.
Também podemos construir mini ou micro usina hidrelétrica no rio em regiões montanhosas para aproveitar a energia hidrelétrica em pequena escala, mas a altura mínima das cachoeiras deve ser de 10 metros.
Vantagens:
A energia hidrelétrica tem várias vantagens, como:
uma. É uma fonte limpa de energia.
b. Fornece instalações de irrigação.
c. Ele fornece água potável para as pessoas que vivem, particularmente no deserto de Rajasthan e Gujarat.
d. É absolutamente não poluente, tem uma vida longa e tem custos operacionais e de manutenção muito baixos.
e. Ajuda no controle de enchentes e na disponibilização de água durante as estações não chuvosas para irrigação e outros usos.
Problemas:
Hidrelétrica (barragem) tem grandes problemas ambientais:
uma. Os locais das barragens são especialmente as áreas florestais e agrícolas e ficam submersos durante a construção.
b. Isso faz com que a captação de água e assoreamento.
c. Causa perda de biodiversidade e a população de peixes e outros organismos aquáticos são afetados negativamente.
d. Deslocar pessoas locais e criar problemas de reabilitação e problemas sócio-econômicos relacionados.
e. Aumentar a sismicidade devido ao grande volume de água retido.
4. Energia das Marés:
Marés oceânicas produzidas pelas forças gravitacionais do sol e da lua contêm enorme quantidade de energia. A "maré alta" e a "maré baixa" referem-se à subida e descida da água no oceano. É necessária uma diferença de vários metros entre a altura da maré alta e a baixa-mar para girar as turbinas.
A energia das marés pode ser aproveitada pela construção de uma barragem de maré. Durante a maré alta, a água do mar flui para o reservatório da barragem e gira a turbina, que por sua vez produz eletricidade ao girar os geradores. Durante a maré baixa, quando o nível do mar está baixo, a água do mar armazenada no reservatório da barragem flui para o mar e novamente gira a turbina.
5. Energia térmica oceânica:
A energia disponível devido à diferença de temperatura da água na superfície do oceano tropical e em níveis mais profundos é chamada de energia térmica oceânica (OTE). Uma diferença de 20 ° C ou mais é necessária para operar usinas de energia OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). A água da superfície quente do oceano é usada para ferver um líquido como a amônia.
Os vapores de alta pressão do líquido formado pela fervura são então usados para girar a turbina de um gerador e produzir eletricidade. A água mais fria dos oceanos mais profundos é bombeada para resfriar e condensar os vapores em líquido.
6. Energia Geotérmica:
A energia geotérmica é o calor da Terra. É limpo e sustentável. Os recursos da energia geotérmica variam desde o solo raso até a água quente e a rocha quente encontrados a alguns quilômetros abaixo da superfície da Terra, e caem ainda mais fundo até as temperaturas extremamente altas da rocha derretida chamada magma.
O vapor ou a água quente sai do solo naturalmente através de rachaduras na forma de gêiseres naturais. Às vezes o vapor ou a água fervente debaixo da terra não encontra nenhum lugar para sair. Podemos perfurar artificialmente um buraco até as pedras quentes e, colocando um tubo nele, fazer o vapor ou a água quente jorrar pelo tubo a alta pressão, o que faz com que as turbinas de um gerador produzam eletricidade.
7. Energia de Biomassa:
Usamos energia de biomassa ou bioenergia, a energia da matéria orgânica há milhares de anos, desde que as pessoas começaram a queimar madeira para cozinhar ou manter o calor. E hoje, a madeira ainda é nosso maior recurso energético de biomassa.
Mas muitas outras fontes de biomassa podem agora ser usadas, incluindo plantas, resíduos da agricultura ou silvicultura e o componente orgânico de resíduos municipais e industriais. Até mesmo os gases dos aterros sanitários podem ser usados como fonte de energia de biomassa.
O uso de energia de biomassa tem o potencial de reduzir significativamente nossas emissões de gases de efeito estufa. A biomassa gera aproximadamente a mesma quantidade de dióxido de carbono que os combustíveis fósseis, mas toda vez que uma nova planta cresce, o dióxido de carbono é realmente removido da atmosfera.
A emissão líquida de dióxido de carbono será zero, desde que as usinas continuem a ser reabastecidas para fins de energia de biomassa. Essas culturas energéticas, como árvores e gramíneas de rápido crescimento, são chamadas de estoque de biomassa. O uso de estoques de biomassa também pode ajudar a aumentar os lucros para a indústria agrícola.
A queima de resíduos vegetais ou de animais causa poluição do ar e produz muita cinza como resíduo de resíduos. A queima de esterco destrói nutrientes essenciais como nitrogênio e fósforo. É, portanto, mais útil converter a biomassa em biogás ou biocombustíveis.
8. Biogás:
O biogás é uma mistura de metano, dióxido de carbono, hidrogênio e sulfito de hidrogênio, sendo os principais constituintes o metano. O biogás é produzido pela degradação anaeróbica de resíduos animais (por vezes, resíduos de plantas) na presença de água. A degradação anaeróbica significa a decomposição da matéria orgânica por bactérias na ausência de oxigênio.
O biogás é um combustível não poluente, limpo e de baixo custo, muito útil para as zonas rurais, onde estão disponíveis muitos resíduos animais e resíduos agrícolas. Há um fornecimento direto de gás da usina e não há problema de armazenamento. A lama restante é um fertilizante rico contendo biomassa bacteriana com a maioria dos nutrientes preservados como tal.
As usinas de biogás utilizadas em nosso país são basicamente de dois tipos:
1. Planta de biogás tipo cúpula fixa:
Uma planta de domo fixo consiste em um digestor com um suporte de gás fixo e não móvel, que fica no topo do digestor. Quando a produção de gás é iniciada, a lama é deslocada para o tanque de compensação. A pressão do gás aumenta com o volume de gás armazenado e a diferença de altura entre o nível da polpa no digestor e o nível da polpa no tanque de compensação.
Enquanto o digestor subterrâneo é protegido de baixas temperaturas durante a noite e durante as estações frias, o sol e as estações quentes levam mais tempo para aquecer o digestor. Nenhuma flutuação de temperatura dia / noite no digestor influencia positivamente os processos bacteriológicos.
A construção de usinas de domo fixo é intensiva em mão-de-obra, criando assim empregos locais. “Plantas de cúpula fixa não são fáceis de construir. Eles só devem ser construídos onde a construção pode ser supervisionada por técnicos experientes em biogás. Caso contrário, as plantas podem não ser estanques a gás.
2. Planta de biogás flutuante-tipo tambor:
As plantas de tambor flutuante consistem em um digestor subterrâneo e um suporte de gás em movimento. O gasômetro flutua diretamente na polpa de fermentação ou em uma camisa de água própria. O gás é coletado no tambor de gás, que sobe ou desce, de acordo com a quantidade de gás armazenada. O tambor de gás é impedido de inclinar por um quadro de orientação. Se o tambor flutuar em uma jaqueta d'água, ele não poderá ficar preso, mesmo em substratos com alto teor de sólidos.
No passado, as fábricas de tambores flutuantes eram construídas principalmente na Índia. Uma planta de tambor flutuante consiste de um digestor cilíndrico ou em forma de cúpula e um suporte de gás flutuante ou tambor. O suporte de gás flutua diretamente na polpa de fermentação ou em uma camisa de água separada.
O tambor no qual o biogás se acumula tem uma estrutura de guia interna e / ou externa que proporciona estabilidade e mantém o tambor na posição vertical. Se o biogás é produzido, o tambor se move para cima, se o gás for consumido, o porta-gás afunda-se.
O tambor de aço é relativamente caro e exige muita manutenção. Remoção de ferrugem e pintura tem que ser realizada regularmente. A vida útil do tambor é curta (até 15 anos; nas regiões costeiras tropicais, cerca de cinco anos). Se substratos fibrosos forem usados, o porta-gás apresenta uma tendência a ficar “preso” na espuma flutuante resultante.
9. Biocombustíveis:
Ao contrário de outras fontes de energia renováveis, a biomassa pode ser convertida diretamente em combustíveis líquidos, chamados “biocombustíveis”, para ajudar a atender às necessidades de combustível para transporte. Os dois tipos mais comuns de biocombustíveis em uso atualmente são o etanol e o biodiesel.
O etanol é um álcool, o mesmo que na cerveja e no vinho (embora o etanol usado como combustível seja modificado para torná-lo intragável). É mais comumente feito através da fermentação de qualquer biomassa rica em carboidratos através de um processo semelhante ao da cerveja.
Hoje, o etanol é feito de amidos e açúcares, mas os cientistas da NREL estão desenvolvendo tecnologia para permitir que ele seja feito de celulose e hemicelulose, o material fibroso que compõe a maior parte da matéria vegetal.
O etanol também pode ser produzido por um processo chamado gaseificação. Os sistemas de gaseificação usam altas temperaturas e um ambiente de baixo oxigênio para converter a biomassa em gás de síntese, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. O gás de síntese, ou “syngas”, pode então ser quimicamente convertido em etanol e outros combustíveis.
O etanol é usado principalmente como agente de mistura com gasolina para aumentar a octanagem e reduzir o monóxido de carbono e outras emissões causadoras de poluição. Alguns veículos, chamados de Flexible Fuel Vehicles, são projetados para rodar no E85, um combustível alternativo com teor de etanol muito mais alto do que a gasolina comum.
O biodiesel é produzido pela combinação de álcool (geralmente metanol) com óleo vegetal, gordura animal ou graxa de cozinha reciclada. Pode ser usado como um aditivo (tipicamente 20%) para reduzir as emissões do veículo ou em sua forma pura como um combustível alternativo renovável para motores a diesel.
Pesquisas sobre a produção de combustíveis líquidos para transporte a partir de algas microscópicas, ou microalgas, estão ressurgindo no NREL. Esses microrganismos usam a energia do sol para combinar o dióxido de carbono com a água para criar biomassa com mais eficiência e rapidez do que as plantas terrestres.
As cepas de microalgas ricas em petróleo são capazes de produzir matéria-prima para vários combustíveis de transporte - biodiesel, diesel e gasolina “verdes” e combustível para jatos - enquanto mitigam os efeitos do dióxido de carbono liberado de fontes como usinas de energia.
10. Hidrogênio:
O hidrogênio (H 2 ) está sendo explorado de forma agressiva como combustível para veículos de passageiros. Pode ser usado em células de combustível para alimentar motores elétricos ou queimados em motores de combustão interna (ICEs). É um combustível ecologicamente correto que tem o potencial de reduzir drasticamente nossa dependência do petróleo importado, mas vários desafios significativos devem ser superados antes que possam ser amplamente utilizados.
Benefícios do combustível de hidrogênio:
1. Produzido domesticamente:
O hidrogênio pode ser produzido domesticamente a partir de várias fontes, reduzindo nossa dependência das importações de petróleo.
2. Ambientalmente Amigável:
O hidrogênio não produz poluentes do ar ou gases de efeito estufa quando usado em células de combustível; produz apenas óxidos de nitrogênio (NO X ) quando queimado em ICEs.
Desafios do Combustível de Hidrogênio:
1. Custo e Disponibilidade de Combustível:
Atualmente, o hidrogênio é caro para produzir e está disponível apenas em alguns locais, principalmente na Califórnia.
2. Custo e Disponibilidade do Veículo:
Os veículos movidos a célula de combustível são atualmente muito caros para a maioria dos consumidores, e estão disponíveis apenas para algumas frotas de demonstração.
3. Armazenamento de Combustível a bordo:
O hidrogênio contém muito menos energia do que a gasolina ou o diesel em uma base por volume, o que torna difícil para os veículos movidos a hidrogênio ir tão longe quanto os veículos a gasolina entre encher-ups - cerca de 300 milhas. A tecnologia está melhorando, mas os sistemas de armazenamento de hidrogênio a bordo ainda não atendem às metas de tamanho, peso e custo para comercialização.
