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Com Ciência

Energia para todos com baixa emissão de carbono: os desafios globais e a realidade brasileira da transição energética

Publicado em 20 janeiro 2021

Por Verónica Savignano

Não há tecnologia que atuará como bala de prata da transição energética. É necessário abrir diversas frentes incluindo obviamente as renováveis como solar, eólica e etanol, assim como tecnologias do futuro, como geração verde de hidrogênio e armazenagem de energia. Entrevista com Flávia Cassiola e Camila Brandão.

Seres humanos, à diferença dos outros animais, criamos máquinas de todo tipo para satisfazer nossas necessidades – e para ir muito além delas. Temos máquinas para produção de alimentos, roupas e objetos; para transporte, iluminação, aquecimento e refrigeração. Máquinas para fazer arte, para fazer ciência, para fabricar outras máquinas. E todas elas precisam de energia para funcionar.

Uma grande mudança está ocorrendo em nosso planeta com relação à energia que os humanos utilizamos para nossas máquinas. Trata-se da chamada “transição energética”. Aos poucos, estamos saindo de uma matriz energética na qual predominam os combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural). Além de ser considerados não renováveis por demorar milhões de anos para ser gerados pela natureza, esses combustíveis liberam energia mediante processos de combustão que geram emissões de dióxido de carbono (CO2) e outros gases do efeito estufa, fenômeno responsável pelo aquecimento global.

No final da transição, esperado para a segunda metade deste século, o mundo terá uma matriz composta, principalmente, por fontes de energia renováveis (solar, eólica, hidráulica, biocombustíveis, hidrogênio, metano sintético etc.) e processos sustentáveis para gerar e armazenar energia, bem como para produzir os materiais envolvidos. Dessa maneira, calcula-se, atingiremos a meta de zerar as emissões líquidas de dióxido de carbono (a diferença entre a quantidade de CO2 emitida pelos seres humanos e a quantidade utilizada pelas plantas ou retirada da atmosfera por meio de processos naturais e de tecnologias artificiais de captura, fixação, armazenamento e reutilização). Poderemos, assim, conter o aquecimento global e alcançar as metas climáticas previstas no Acordo de Paris].

Nesta entrevista, duas mulheres brasileiras que trabalham na área de novas energias, uma cientista e uma gerente, compartilham informações e visões sobre a atual transição energética. Flávia Cassiola é cientista na Shell, no Grupo de Tecnologias para Novas Energias, na plataforma que se dedica à pesquisa e desenvolvimento de longo alcance com vistas ao futuro. Flávia está sediada em Houston (Texas, Estados Unidos), mas o grupo é global. Ela fez graduação em Química na Unesp, mestrado e doutorado em Química na Unicamp e pós-doutorado em Harvard (EUA). Camila Brandão é engenheira química pela UFF. Tem pós-graduação em Engenharia de Petróleo pela mesma universidade e MBA pela Fundação Getúlio Vargas. Com quase quinze anos de experiência na indústria de gás e óleo, Camila é hoje gerente do Programa de Pesquisa e Tecnologia em Novas Energias da Shell.

As duas profissionais participam do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) [http://cine.org.br/], constituído em 2018 pela Shell e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O CINE reúne grupos de pesquisa de três importantes instituições públicas paulistas (Unicamp, IPEN e USP), e seus colaboradores de outras universidades, para fazer pesquisa na fronteira do conhecimento e transferir tecnologia à indústria na área de novas energias. Camila é vice-diretora do CINE e Flávia representa a Shell como responsável técnica no centro.

Leia a entrevista com Flávia e Camila:

Já estamos vivendo a chamada transição energética rumo a uma economia com baixa emissão de dióxido de carbono. Do ponto de vista tecnológico, quais são os principais desafios que precisamos superar para chegar a essa nova economia? Quais são as tecnologias que precisamos desenvolver ou aprimorar?

Flávia: A necessidade por energia é uma constante na história da humanidade. De uma certa forma, estamos constantemente em um certo regime de transição no setor energético, seja pela adaptação a novas tecnologias e modernização, seja pela inclusão de uma nova matriz energética, por menor ou isolada em uma área do globo que possa ser.

O foco da transição energética atual tem um componente global urgente. Este componente traz a percepção de que a nossa principal matriz energética está contribuindo para efeitos indesejáveis, que, se não forem remediados imediatamente, as consequências serão equivalentes a não dispormos mais de uma matriz energética confiável. Os níveis de emissão de CO2 e outros gases responsáveis pelo efeito estufa devem ser reduzidos drasticamente.

Nosso maior desafio é desenvolver uma diversidade de matrizes energéticas sustentáveis e confiáveis que poderão suprir as necessidades de energia de uma população em crescimento. Assim, as matrizes energéticas têm que apresentar custo acessível a todos os setores, do produtivo ao individual, garantindo a cada habitante do globo acesso à energia de qualidade.

Tecnologias já mapeadas apresentam grande potencial para serem disponibilizadas. Contudo, ainda têm custos extremamente elevados para todos os setores. Precisamos superar desafios tecnológicos em Ciências de Materiais e Engenharia. Mesmo sem considerarmos grandes mudanças na infraestrutura já estabelecida, muitos dos processos que emitem menos CO2 ainda são muito caros. Na corrida contra o tempo, cientistas nas indústrias e nas universidades buscam novos materiais e novos processos para que a engenharia tenha meios de construir a indústria do futuro. Os processos híbridos, onde mais de uma fonte de energia e mais de um tipo de processo são usados para se atingir um processo limpo e sustentável, são parte chave da transição para uma economia de baixa emissão de carbono.

Outro grande desafio é garantir que todo o processo contribua para um ciclo sustentável, onde se reconheçam rotas para reuso, redução e reciclagem. Emissões-zero, aqui, inclui o conhecimento de que o que se produz volta ao meio ambiente para regenerar e não poluir. Ainda não temos tecnologias para isso.

Na América Latina podemos contar com quase todos os tipos de fontes energéticas. Reconhece-se o potencial de cada região para energia solar, eólica, hidráulica, gás natural e petróleo.

Camila: É importante ressaltar que não existem uma ou duas tecnologias que atuarão como a bala de prata da transição energética. É necessário se abrir diversas frentes incluindo obviamente as renováveis como solar, eólica e etanol, assim como tecnologias do futuro, como geração verde de hidrogênio e armazenagem de energia. É importante respeitar as vocações de cada região, entendendo o momento socioeconômico e cultural que cada país atravessa e encontrar a saída mais adequada.

Países diferentes vivem a transição energética de forma diferenciada. Considerando as particularidades do Brasil, de que maneira e em que velocidade essa transição está ocorrendo? Quais são as fontes de energia e as tecnologias mais adequadas à nossa realidade nacional?

Flávia: Sem dúvida, cada área do globo tem sua abordagem e cada país responde de forma diferente aos recursos que possui, ou ainda, que compartilha com os seus vizinhos. Considerando o dinamismo da transição energética, como colocado anteriormente, na constante busca e aprimoramento de matrizes energéticas, o Brasil pode ser considerado um país pioneiro. Iniciativas como o Proálcool nos anos 80, a adaptação dos motores a combustão da frota de transporte automotivo pessoal ao uso de gás natural, o biodiesel e, sem dúvida o pioneirismo nos megaprojetos de hidroelétricas são exemplos suficientes para entender o papel do Brasil. Também não se podem ignorar os incríveis avanços nos combustíveis nucleares que nutrem a produção de eletricidade mais limpa que se conhece, porém não sem grandes riscos. Por este olhar, o Brasil não está atrás de nenhuma outra nação em termos de experiência e resiliência na transição energética.

Como cientista no setor produtivo, é difícil comentar sobre a velocidade com que os países individualmente respondem à transição energética. No ambiente científico vemos dezenas de soluções descritas e publicadas a cada dia. Contudo, opções que possam ter engenharia executável e custo aceitável aparecem com menor frequência. E este é apenas um aspecto da velocidade com que a transição energética pode ocorrer em um país – e o único que podemos discutir aqui. Também, do ponto de vista científico e tecnológico, o Brasil pode e deve fazer uso de praticamente todas as fontes de energia. A infraestrutura local indicará a melhor estratégia para o cidadão e o meio ambiente. Com certeza, o CINE está fazendo a parte que lhe cabe no cenário brasileiro.

Camila: Se olharmos a matriz energética do Brasil em comparação ao resto do mundo, por exemplo, estamos em uma posição privilegiada. Hoje o país já possui 40% de sua matriz energética baseada em fontes verdes, número que representa um alvo a ser atingido pelos principais países que hoje engrossam os esforços de transição energética. Em termos de números estamos bastante compatíveis com a matriz energética alemã, prestes a atingir a marca de 50% de fontes verdes em sua matriz energética. Mas, se olharmos a velocidade dos esforços aplicados à transição energética no mundo, podemos dizer que o Brasil está um tanto desacelerado, principalmente em respeito à definição clara de metas e planos. Essa meta ainda não foi definida no Brasil. Por sermos um país em desenvolvimento, de proporções continentais e de grande desigualdade social, uma abordagem cuidadosa se faz necessária. É preciso selecionar cuidadosamente o caminho a ser percorrido nesta transição, pois o que é válido na Alemanha, por exemplo, não necessariamente se aplicará ao Brasil. Na Europa a eletrificação de frotas é uma forte tendência e certamente será um dos pilares da transição energética por lá. No Brasil não vejo essa opção como algo amplamente aceito pela sociedade, pois veículos elétricos são caros e demandam pesados investimentos de infraestrutura, considerando a extensão continental. Porém temos abundância em biocombustíveis, e possivelmente eles serão um grande aliado em nosso processo. Além disso, precisamos de respaldo legal que dê segurança ao investidor. Passos fundamentais ainda precisam ser dados pelo Brasil para que possamos dizer que estamos de fato inseridos num processo de transição energética.

Vocês trabalham em uma das principais empresas do ramo de energia com histórico em combustíveis fósseis. De que maneira as empresas tradicionais de energia estão participando da transição energética?

Flávia: No setor da indústria de petróleo e gás há uma concordância de que as emissões de carbono devem ser sustentáveis para que as atividades do setor possam prosperar e seguir lado a lado com outras fontes de combustíveis que já fazem e ainda farão parte da transição energética. Assim, as empresas têm elaborado estratégias distintas para responder ao desafio.

O conhecimento e experiência que o setor possui em extração de petróleo e gás natural e refino é, e será, o componente principal para viabilizar outras matrizes energéticas que irão substituir os combustíveis fósseis. Nossa indústria entende as dimensões do problema. Tecnologias de produção, tecnologias em instrumentação de pequeno e grande porte, logística de distribuição, processos de conversão, processos de obtenção de produtos (considerando segurança à pessoa e ao meio ambiente) e relação direta com o consumidor (industrial e individual) fazem parte do nosso dia a dia.

Assim, nossa empresa tem investido em tecnologias que serão parte do processo produtivo de energia renovável, do processo de armazenamento dessa energia, assim como na utilização de energia elétrica como fonte de energia para o processo de produção de outras moléculas.

Camila: A Shell vem participando de forma ativa e proativa. Desde 2016 vem promovendo uma mudança expressiva em seu portfólio de projetos, onde a inclusão do business de New Energies foi um divisor de águas. Desde então, a Shell vem ampliando sua participação em diversos mercados que suportam a transição energética, como geração solar, eólica, hidrogênio, biocombustíveis, entre outros. Ao mesmo tempo, os investimentos em ciência e tecnologia em novas energias são uma realidade na Shell. A empresa possui parcerias com as melhores universidades do mundo, que desenvolvem projetos em conjunto objetivando gerar conhecimento e desenvolver tecnologias disruptivas para o futuro. O próprio CINE é uma prova viva deste esforço. Localizado na Unicamp, o Centro é um importante ente afiliado à Shell, com o mandato de desenvolver tecnologias promissoras que suportem a transição energética no Brasil e no mundo. A Shell acredita que através de investimentos em expansão do portfólio em novas energias aliada ao desenvolvimento de tecnologias verdes conseguirá oferecer à sociedade uma grande oferta de energia a baixo custo e isenta de emissões de carbono.

Hidrogênio é uma das palavras que costumamos ouvir no contexto das novas energias, sendo a sua aplicação mais conhecida o carro a hidrogênio. Mas essa molécula pode ter muitas outras aplicações na economia de baixo carbono, não é mesmo? Conte-nos um pouco sobre essas aplicações e explique-nos por que uma simples molécula tem tanto potencial na geração e/ou armazenamento de energia.

Flávia: Vamos começar por entender que a molécula de hidrogênio é um carregador de energia que pode fornecer ou armazenar grandes quantidades de energia via ligações químicas. A molécula em si não é uma fonte de energia.

A molécula de hidrogênio (H2) faz parte de muitos processos industriais que dão origem a uma infinidade de produtos usados em toda a sociedade moderna. Ainda hoje, dizemos que o hidrogênio é produzido e comercializado para satisfazer a indústria (produção de fertilizantes, processo de refino de petróleo, produção de derivados de petróleo e de produtos químicos, além de produtos especiais como na indústria farmacêutica). Porém, no setor de produção de energia, o hidrogênio aparece como opção emergente. Na transição energética, e na economia de baixo carbono, a molécula de hidrogênio continuará a ser usada nos mesmos processos industriais e será gradualmente usada como carregador de energia e como reagente na produção de outras fontes de energia renováveis, como já ocorre em mercados emergentes.

A utilização de hidrogênio no setor automotivo está difundindo e afirmando-se rapidamente, em países como Japão, Alemanha e Canadá. Estes países vêm estabelecendo padrões para que outras economias aprendam com o exemplo e tenham condições de repetir e melhorar as tecnologias já disponíveis. Nos EUA, Califórnia e Havaí saíram na frente nessa corrida tecnológica.

Um dos entraves da utilização do hidrogênio para automóveis é o armazenamento do mesmo, no que hoje chamamos de tanque de combustível do veículo. Como o hidrogênio é uma molécula pequena, as paredes do tanque têm que ser muito mais vedadas do que em um tanque convencional para armazenar um combustível líquido (ainda mais especiais do que o bujão que armazena gás de cozinha, ou o cilindro para o gás natural veicular). Assim, a proporção do peso e do volume do tanque (tanques de fibra de carbono reforçado são os mais comuns) precisam ser otimizadas para cada tipo de veículo. As moléculas gasosas de hidrogênio devem ser pressurizadas a 700 bar ou 691 atmosferas (ou seja, uma pressão 691 vezes maior do que a exercida pela atmosfera sobre nós ao nível do mar). Considerando eletricidade, a densidade de energia do hidrogênio é igual a 33,6 kWh de energia utilizável por quilo de hidrogênio. Já um motor a diesel possui 12-14 kWh por quilo de combustível. Ou seja, 1 kg de hidrogênio usado para gerar eletricidade em uma célula combustível e acionar um motor elétrico contém a mesma energia que um galão de diesel (3,8 litros) em um motor a combustão.

Como funcionam os veículos movidos a hidrogênio?

Flávia: Os veículos circulando “a hidrogênio” hoje (Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo) trabalham com células combustível. Uma célula combustível em um veículo opera da seguinte forma: o ar do ambiente é capturado pela frente do veículo e direcionado para a célula combustível. Deste ar capturado, estamos interessados na molécula de oxigênio. Na célula combustível, o oxigênio encontra o hidrogênio que é injetado do tanque e, mediante um processo químico que usa um catalisador, a reação produz eletricidade que vai para o motor elétrico a cada vez que se pisa no acelerador. Em outras palavras, o hidrogênio é convertido em eletricidade que move o veículo e vapor de água que é expelido para o ambiente. Ainda, para satisfazer requerimentos de operação, um componente de baterias ou supercapacitores faz parte dos veículos a célula combustível para armazenar a eletricidade quando os freios são acionados.

Há protótipos de veículos utilizando hidrogênio em motores de combustão interna, similares aos motores a combustão de gasolina. O maior atrativo desses veículos é a infraestrutura já estabelecida e a cadeia produtiva definida e confiável, portanto constituem uma opção economicamente atrativa durante o período de transição de um combustível de elevada emissão para um de baixa emissão. Muito similar ao que o Brasil já fez quando introduziu o gás natural veicular, utilizando a infraestrutura existente com relativo baixo investimento em adaptações (veículos e infraestrutura de distribuição e abastecimento). Contudo, o motor a combustão de hidrogênio não é livre de emissões que podem causar danos ao indivíduo e ao meio ambiente. Óxidos de nitrogênio resultam da combustão do hidrogênio.

Interessante como a simplicidade torna-se “a bola da vez” na transição energética. A mecânica de veículos a célula combustível e elétricos é mais simples de que a do veículo a combustão. Da mesma forma, a manutenção é bem menos complexa e frequente nos motores elétricos. Assim, a complexidade se transfere para os componentes eletrônicos.

A esta altura nos perguntamos de onde virá todo esse hidrogênio. Aqui reside outro aspecto desvantajoso da molécula de hidrogênio, a sua produção em escala industrial. O processo de reforma do gás metano (um combustível fóssil) é hoje o método mais econômico e estabelecido de se produzir H2 em larga escala. Esse processo gera emissões significativas de carbono.

A produção de hidrogênio pela divisão da molécula de água em eletrolisador já é comercialmente disponível, mas não compete em custo e em escala com a reforma do metano. O tipo de eletrodos que são usados nos eletrolisadores hoje (baseados em platina e outros metais raros) precisam ser substituídos por eletrodos de materiais mais abundantes na natureza e mais baratos.

Quando ouvimos falar em novas energias, normalmente pensamos em painéis solares instalados nos telhados das residências, em carros e ônibus elétricos, ou, ainda, em parques eólicos. Como vocês imaginam o mundo da economia de baixo carbono? Qual será a sua cara? O que mudará na vida cotidiana das pessoas?

Flávia: Sem dúvida, as tecnologias já estabelecidas para fazendas de painéis solares, veículos elétricos, baterias de uso residencial e industrial, parques eólicos, plantas de energia hidroelétrica menores e com menor impacto territorial e ambiental vêm à mente facilmente porque já as vemos hoje dando resultados e se encaixando no nosso dia-a-dia. Isso é transição energética ou parte dela. Portanto, tudo começa pela nossa contribuição como consumidores e agentes críticos da transição energética e a transição para uma economia de baixo carbono.

O mundo da economia de baixo carbono é muito mais verde, ou de qualquer outra cor na qual a fixação de carbono ocorra de forma sustentável. Hoje, a forma mais eficiente de tirar o carbono do ambiente é através das plantas, que, em sua maioria, são clorofiladas, de cor verde.

Talvez o cotidiano não inclua as tão sonhadas cápsulas de “teletransporte”, mas sim o que temos hoje, veículos, aeronaves (sim, foguetes também!) e navios operando com extrema eficiência de uso de combustíveis renováveis. Nós, cidadãos inteligentes e bem-educados, prezando pela eficiência dos recursos energéticos e fazendo escolhas sustentáveis. Reutilização, Redução e Reciclagem estarão em nosso DNA como cidadãos. Nada será produzido sem que seja pensado em seu destino final e na volta à cadeia produtiva.

Temos que estabelecer um equilíbrio no ciclo do carbono no setor energético que possa atender as necessidades de uma população em crescimento. Qualquer revolução tecnológica terá que ser acompanhada por uma mudança de comportamento de cada pessoa, independentemente da localização no mundo e de sua condição socioeconômica. O respeito aos recursos naturais e seu uso consciente ditará o perfil do consumidor que compreenderá regulamentações e exigirá implementação das mesmas.

Camila: Eu imagino acima de tudo um mundo mais educado e mais consciente. Pessoas cientes e conscientes de sua participação em todo o processo. É importante ressaltar a importância do consumidor final em toda a equação, porque, no final das contas, todos nós temos a nossa contribuição para dar. Sob o ponto de vista da geração energética, é fácil concluir que as empresas de energia estão e continuarão fazendo sua parte. Veremos ao longo do tempo uma migração de ativos para novos negócios baseados na geração mais limpa, menos agressiva ao meio ambiente. Veremos os governos se aparelhando em termos de leis para que os negócios possam prosperar, para que tenhamos ambiente favorável a futuros investimentos, onde haja visibilidade e transparência. A disponibilidade tecnológica é uma questão de tempo. As mentes mais brilhantes do mundo estão a serviço da transição energética. É um movimento irreversível. Mas para que a transição seja realmente um sucesso, precisamos da participação do consumidor final. Precisamos que as pessoas entendam o poder de suas decisões pessoais, das suas escolhas do dia-a-dia. Que adotar um comportamento de consumo consciente, sem desperdícios, é de suma importância. Economizar água, energia elétrica é uma atitude de preservação. Escolher seus fornecedores de serviço, buscando saber se sua cadeia de produção e serviços é sustentável, será uma obrigação dos consumidores do futuro. No futuro, devido à disseminação da geração distribuída, o consumidor se tornará fornecedor e as relações de cadeia de produção e consumo se dissolverão. Dialogar com o governo, dizer o que a sociedade não aceita mais também é importante. Ninguém será capaz de comercializar um produto não-sustentável se a sociedade disser não. Mas é um grande esforço de educação e conscientização até lá.

Verónica Savignano tem especialização em Jornalismo Científico pelo Laboratório de Estudos Avançados em Jornalismo (Labjor – Unicamp) e graduação em Comunicação Social – Jornalismo pela PUC-Campinas. Trabalha desde 2005 na área de comunicação, em organizações dedicadas à pesquisa e inovação. Atualmente, atua como jornalista científica no Centro de Inovação em Novas Energias (CINE).