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SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 3ª Aula 1

NUCLEAR ENERGY

Sumário da 3ª aula

1. Política energética actual

2. Necessidade de uma nova política energética

3. Novo paradigma energético

4. Energia Nuclear

SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA


1. POLÍTICA ENERGÉTICA ACTUAL• A política energética dos últimos anos tem sido baseada na

queima de combustíveis fósseis, com relevo especial no petróleo

• Algumas justificações:

- Razões históricas resultantes da descoberta do poder calorífico do lume e das invenções da máquina a vapor e do motor de combustão;

- O preço do petróleo manteve-se baixo e atractivo até ao início da década de setenta do século passado;

Fósseis Hídrica Renováveis Nuclear

80% 7% 3% 10%


- Os combustíveis fósseis podem ser usados quer na produção de energia de base (electricidade) quer no importante sector dos transportes;

Sector Portugal Reino

Unido

Indústria 32% 21%

Transportes 38% 35%

Doméstico 13% 30%

Serviços 9% 14%

Outros 8% -

- A energia nuclear tradicional não é facilmente aceite pela opinião pública


2. NECESSIDADE DE UMA NOVA POLÍTICA ENERGÉTICA

• A queima dos combustíveis fósseis liberta para a atmosfera grandes quantidades de CO e CO2, provocando perturbações graves no ambiente e no clima.


• As jazidas de combustíveis fósseis, especialmente de petróleo e gás natural, estão concentrados em regiões com grande instabilidade política, social e religiosa, o que pode criar problemas políticos e económicos

América do Norte6%

América Central e do Sul9%

Europa e EurAsia9%

Médio Oriente63%

África9%

Ásia Pacifico4%

América do Norte4% América Central e do Sul

4%

Europa e EurAsia35%

Médio Oriente41%

África8%

Ásia Pacifico8%

América do Norte25%

América Central e do Sul2%

Europa e EurAsia33%

África e Médio Oriente8%

Ásia Pacifico32%

Petróleo

Gás natural

Carvão


• O consumo de energia vai aumentar:

- Incremento da população;

- Desenvolvimento dos países do chamado terceiro mundo;

- Melhoria da qualidade de vida nos países industrializados

• Os recursos naturais são limitados

Combustível Anos

Carvão 300

Petróleo 40

Gás Natural 50

0

1E+12

2E+12

3E+12

4E+12

5E+12

6E+12

7E+12

1980 1985 1990 1995 2000

Ano

En

erg

ia [

GJ

]

Petróleo [GJ] Gás Natural [GJ]


Actividadehumana

Gases c/efeitode estufa

Aquecimentoglobal

Alteraçõesclimáticas

IPCC, 19952º relatório

UNF CCC1992



Limitaçõesemissão de GEE

[2008-2012] / 1990

Acordos MarraquexeAdopção política do PQ

Quioto 1997Proposta de protocolo

Ratificação2002


• As políticas energéticas a médio-longo prazo devem obedecer aos seguintes conceitos:

Eficiência Flexibilidade Liberalização Diversidade Inovação

3.1. Eficiência

- No consumo, através de programas de poupança de energia em todos os sectores de actividade, mas com ênfase especial no planeamento urbano, nas habitações e nos transportes.

3. NOVO PARADIGMA ENERGÉTICO

- Na produção, através da melhoria dos rendimentos das fontes energéticas

- Na distribuição, através de um planeamento correcto da localização das centrais eléctricas e da optimização das redes de transporte de energia


3.2. Flexibilidade

- As políticas energéticas devem poder adaptar-se com facilidade ao impacto de factores externos

3.3. Liberalização

- Os consumidores devem poder escolher os seus fornecedores de energia

- Os preços devem ser estabelecidos livremente pelo mercado

3.4. Diversidade

- Devemos recorrer a várias formas de energia, de modo a garantir o fornecimento barato, seguro e eficiente


Esgotar as possibilidades de construção de centrais hidroeléctricas

Aumentar significativamente o peso das outras energias renováveis

- Solar térmica

- Passiva

- Activa

- Solar fotovoltaica

- Eólica

- Geotérmica

- Biomassa (lixos domésticos e resíduos florestais)

- Oceanos (marés, ondas, correntes e gradientes térmicos)


• Energia nuclear convencional• Carvões Limpos (captura de monóxido e dióxido de carbono)• Areias Betuminosas (Canadá) e Óleos Pesados (Venezuela)

• Biocombustíveis - Bioetanol - Fermentação alcoólica de substâncias ricas em

hidratos de carbono, utilizando leveduras ou bactérias

E, se necessário, recorrer às chamadas energias alternativas:

Trigo CenteioCevada Milho

Cereais


Beterraba

Batata doce Tupinambo

Mandioca

Sorgo

Cana de açúcar

Tubérculos Material lenhocelulósico

+ Abundante e de baixo custo- Recolha e transporte- Maior complexidade técnica do processo - Custo de processamento mais elevado

- Biodiesel - Transesterificação de óleos vegetais, gorduras e metanol

Girassol Colza Soja

Óleos usados de fritos


3.5. Inovaçãoo Existe uma consciência crescente de que as fontes

energéticas actuais podem não ser suficientes para satisfazer as necessidades da Humanidade

o Por isso, os governos devem investir no desenvolvimento até à comercialização de novas tecnologias energéticas

o No estado actual do conhecimento, as células de hidrogénio e a fusão nuclear são as duas tecnologias que se apresentam como mais promissoras, respectivamente, a curto-médio prazo e a longo prazo,


Soluções alternativas no sector dos TRANSPORTES

• Combustíveis Combustíveis alternativosalternativos

• EtanolEtanol

• BioDieselBioDiesel

• Gás NaturalGás Natural

• Hidrogénio?Hidrogénio?• Sistemas de propulsão alternativosSistemas de propulsão alternativos

• Híbridos, eléctricos...Híbridos, eléctricos...

• Pilhas de combustível?Pilhas de combustível?


4. ENERGIA NUCLEAR

4.1. Introdução

• A energia nuclear está relacionada com alterações na estrutura dos núcleos atómicos, sendo a única forma de energia que, até agora, foi descoberta no laboratório.

• As alterações na estrutura dos núcleos podem ocorrer de uma forma espontânea ou em resultado de reacções nucleares.

4.2. Emissão espontânea

• Um exemplo das alterações espontâneas dos núcleos atómicos é a chamada radioactividade, em que um núcleo instável se transforma num núcleo estável, de menor massa, através da emissão de uma partícula- e/ou de uma partícula- e/ou da emissão de radiação-.


• As partículas- são núcleos idênticos aos núcleos dos átomos de hélio, formados por dois protões e dois neutrões, têm carga positiva e o seu percurso no ar é de cerca de 3.5 cm, podendo ser absorvidas por algumas folhas de papel.

• As partículas- podem percorrer vários metros no ar, podendo ser absorvidas por placas de alumínios.

• Existem dois tipos de partículas-: (i) - (electrões), que resultam da transformação de um neutrão do núcleo num protão que permanece no núcleo e num electrão que é expelido com grande velocidade; e (ii) + (positrões) que resultam da transformação de um protão num neutrão e num positrão, que é expelido a alta velocidade, até que se anula ao encontrar um electrão com produção de energia sob a forma de radiação electromagnética.


• A radiação- não tem nem carga nem massa, sendo a sua energia transportada sob a forma de ondas electromagnéticas que se propagam à velocidade da luz. Esta radiação pode acompanhar a emissão de partículas- ou ou resultar da captura de um electrão do átomo.

4.3. Reacções nucleares• As reacções nucleares ocorrem quando um núcleo é

bombardeado por uma partícula- ou por um neutrão.

• A reacção absorve energia (reacção endoenergética) ou liberta energia (reacção exoenergética) consoante os novos núcleos resultantes da reacção tenham maior ou menor massa do que os núcleos iniciais, isto é, estão pior ou melhor ligados que os antigos.


4.4. Reacções exoenergéticas• Existem dois tipos de reacções nucleares exoenergéticas: a fissão e a fusão

- Fissão Nuclear ou Cisão Nuclear Desagregação de átomos de um elemento

pesado: urânio, plutónio

- Fusão Nuclear ou Fusão a Plasma

Fusão de átomos de dois elementos leves: Deutério, Trítio e Hélio.


• Estas reacções conduzem à formação de átomos mais estáveis e à libertação de quantidades significativas de energia devido à redução da massa dos produtos das reacções em comparação com a massa dos reagentes iniciais.


• A fissão nuclear consiste na desintegração de um átomo pesado e cindível, através de um conjunto, auto-sustentado, de reacções em cadeia, que produzem como produtos da reacção vários núcleos mais pequenos e alguns sub-produtos como neutrões livres, raios gama e partículas alfa e beta.


• A fusão consiste na coalescência de dois átomos de elementos leves.


• A fissão nuclear é o processo utilizado nas actuais centrais

nucleares para a produção de grandes quantidades de

electricidade.

• A fusão nuclear é a fonte de energia do Universo, que o

Homem tenta reproduzir na Terra, de uma forma controlada, de

modo a obter uma fonte de energia limpa, praticamente

inesgotável, segura, economicamente atractiva e amiga do

ambiente.


Formas de produzir 1 MW durante um ano:

2500 toneladas de carvão

1500 toneladas de petróleo

700 toneladas de gás natural

25 Kg de urânio

5000 toneladas de CO2, SO2, cinzas e metais pesados4800 toneladas de CO2, SO2 e outros

2400 toneladas de CO2

23 Kg de resíduos, dos quais apenas 1 Kg tem alta actividade

4.5. Vantagens da energia nuclear• Não há libertação de gases para a atmosfera criadores do efeito de

estufa e das chuvas ácidas• A energia nuclear é economicamente atractiva• Os combustíveis são abundantes• As reacções nucleares são muito potentes

250 gr de Deutério + Trítio ?

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