quarta-feira, 25 de março de 2015

Termelétricas: Números Estarrecedores, Crime contra o Clima!

Sinceridade, mas só em parte. a ex-Humble, hoje Exxon, bem
que podia realmente colocar o quanto de gelo ela é capaz de
derreter, através do CO2 que emite. A conta certamente sur-
preenderia o mais "catastrofista" dos ativistas!
Tive minha atenção chamada hoje por uma imagem compartilhada através da página da People and Climate no Facebook. Eram duas páginas de anúncio de 1962, da Humble, companhia de petróleo que mais tarde veio a se chamar... Exxon! A frase, em tom altissonante, em tradução livre, é "a cada dia a Humble provê energia em quantidade suficiente para derreter 7 milhões de toneladas de geleiras". É um número impressionante, que já mostrava a pujança da antecessora da maior petroquímica dos EUA há 5 décadas, mas parece uma estranha manifestação de "honestidade" da parte de uma das companhias que mais financiam o negacionismo climático hoje em dia. Claro, o que a hoje Exxon queria mostrar é que ela produzir muito petróleo, mas seria interessante que a sinceridade fosse real e ela mostrasse o quanto de geleiras o CO2 por ela emitido efetivamente derrete!

Arrisquei, em algo raro para mim, compartilhar a foto e comentá-la com um "chute", dizendo que à energia "suficiente para derreter 7 milhões de toneladas de geleiras", somavam-se emissões de CO2 que derreteriam "outras tantas" toneladas. O palpite, implícito era de que os efeitos do CO2 acumulado na atmosfera, ao armazenar calor no sistema climático terrestre, seriam comparáveis com a geração de energia pelas próprias fontes fósseis.

Minha cobaia para o cálculo proposto: a termelétrica do
Pecém, o fóssil mais próximo...
Mas... cientista é cientista. Não conseguindo assumir o risco de ser leviano nem mesmo com a indústria fóssil, propus-me efetivamente a fazer as contas. A pergunta que ficou na minha mente era "Quanta energia se acumula no Sistema Terra por causa das emissões de CO2 de uma companhia fóssil em comparação com a energia que ela produz?" e não sosseguei enquanto não obtive respostas, pelo menos da ordem de magnitude.

O cálculo feito é relativamente simples. Usando uma termelétrica a carvão como a do Porto do Pecém, cujas unidades somadas produzem 1080 MW de eletricidade, estimei o quanto de CO2 ela emite ao longo dos 30 anos (tempo mínimo de operação geralmente previsto para uma usina do tipo). Com a potência da termelétrica em mãos e fazendo uma estimativa do calor retido nesse período pelo CO2 acumulado na atmosfera por conta das emissões da usina, comparei os dois resultados. E os números que emergiram foram simplesmente de estarrecer, de surpreender e chocar qualquer um/a. Claro, você pode pular os próximos parágrafos (em azul) se quiser, e ir direto ao final deste artigo. Mas fiz questão de detalhar minhas contas para que qualquer um possa seguir cada estimativa, reproduzir os cálculos por si só e verificar sua correção.

Mega, Giga, Tera, Peta, Exa... socorro! Calma... com esta
tabela esperamos ajudar a quem estiver se atrapalhando
com os números muito grandes que envolvem as
mudanças climáticas! =)
A primeira parte do cálculo é simples: quanta eletricidade uma termelétrica como essa gera? Ora, se sua potência é 1080 MW, isto significa 1,08 bilhões de Joules a cada segundo. Um joule é a aproximadamente a energia necessária para pegar um objeto de 1kg e elevá-lo de 0,1m, ou 10 cm e é uma unidade pequena, mas com essa taxa de produção de energia, em um único dia uma termelétrica como a do Pecém produz quase 93,3 TJ (1 Tera-Joule equivale a 1 trilhão de Joules). E daí em diante tudo pode ser resolvido usando proporcionalidade simples, ou regra de três: em um mês, são 2,8 PJ (1 Peta-Joule é um quatrilhão de Joules); em um ano, 34 PJ; em uma década 340 PJ e, ao final do período de 30 anos, 1,02 EJ (um Exa-Joule são mil Peta-Joules, ou um quintilhão de Joules). Essa é a quantidade de energia elétrica máxima que seria produzida por uma termelétrica de 1080 MW em 3 décadas: 1.020.000.000.000.000.000 Joules.

A segunda parte do cálculo também é relativamente trivial, apesar de ter algum grau de incerteza. De acordo com a UCS (Union of Concerned Scientists), uma usina termelétrica movida a carvão típica emite 3,5 milhões de toneladas de CO2 (mas neste caso eles trabalham com uma usina de 600 MW, bem menor do que a do Pecém, tal que aplicando uma regra de três para 1080 MW chegaríamos a 6,3 milhões de toneladas emitidas anualmente) e conforme a Agência de Proteção Ambiental dos EUA, a EPA, as termelétricas daquele país emitiram, em média 3,8 milhões de toneladas de CO2 por usina, estimativa bastante próxima à da UCS, mas novamente a termelétrica do Pecém tem dimensões maiores do que a média... Neste link, é indicado que um documento recente, entregue ao Ibama (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis) pela Associação Brasileira de Energia Nuclear, baseado em dados europeus, demonstra que termelétricas a carvão emitem de 838 gramas a 1.231 gramas de CO2 por KWh. No caso de uma usina como a do Pecém, com seus 1080 MW, teríamos de multiplicar 1.080.000 kW (1 MW = 1000 kW) por 24 horas num dia por 365 dias num ano, para obter a energia produzida anualmente: 9.460.800.000 kWh. Usando o dado anterior (838 a 1231 gCO2/kWh), obtemos de 7.928.150 a 11.646.245 de toneladas de CO2 por ano! Nós seremos particularmente generosos com a UTE-Pecém, e usaremos um número muito próximo da estimativa inferior desse intervalo: 8 milhões por ano ou 22 mil toneladas de CO2 a cada dia. Ao final de 30 anos de funcionamento uma usina termelétrica do porte da UTE-Pecém pode chegar a emitir, portanto, mais de 240 milhões de toneladas de CO2 (óbvio, alguém pode questionar que nem sempre a termelétrica funciona com potência máxima, mas lembro que isso reduziria, na mesma proporção, o cálculo anterior, de energia gerada)!

Agora vamos considerar o efeito desse gás sendo lançado na atmosfera. A primeira questão aqui é: quanto do CO2 emitido por uma termelétrica permanece no ar? Para isso, vamos usar dois números: um deles, é a porcentagem de CO2 emitido que permanece no ar. conversão de toneladas de CO2. Essa percentagem foi calculada por Le Quéré e colaboradores, que concluíram que "entre 1959 e 2008, 43% das emissões de CO2 permaneceram na atmosfera, em média e o restante foi absorvido por sumidouros nos continentes e oceanos". Apesar de indícios de perda da capacidade de alguns desses sumidouros em absorver CO2 no mesmo ritmo (caso da Floresta Amazônica), seremos novamente otimistas e consideraremos que essa percentagem permanecerá constante. O outro número é a conversão do CO2 emitido, em toneladas, para fração atmosférica, em partes por milhão (ppm). Esse cálculo é também simples, bastando usar a massa total da atmosfera terrestres e chega-se à conclusão de que a cada 2,12 bilhões de toneladas de CO2 emitido, a sua concentração aumenta em 1 ppm, como mostrado neste link e em vários outros. Usando os dados anteriores, conclui-se que a cada dia, a UTE-Pecém (e cada uma das centenas de similares ao redor do mundo) contribui para que a concentração atmosférica de CO2 aumente 0,00000445 ppm. Parece pouco, mesmo considerando um ano (aumento de 0,00163 ppm), em 10 anos (0,0163 ppm) ou ao longo de toda a vida da usina (0,0487 ppm), mas quando lembramos que há alguns milhares de termelétricas em operação no mundo (sendo 2300 a carvão, sendo mais de 600 na China) percebemos o tamanho do estrago que elas podem causar em questão de poucas décadas, pois o CO2 se acumula!

Os cálculos aqui mostrados se referem a UMA termelétrica.
Mas são mais de 2000 delas emitindo CO2 planeta afora.
Pensem, reflitam no tamanho do estrago...
Dando o passo seguinte responderemos à segunda questão, isto é, quanto de energia o CO2 que permanece na atmosfera, oriundo de uma termelétrica, retém de energia no sistema terrestre? Aqui, usaremos uma formulação que é conhecida desde o 3° relatório do IPCC, que é uma maneira simples de estimar a forçante radiativa a partir da concentração de CO2, lembrando que a forçante radiativa nada mais é do que o excesso de energia por unidade de área por unidade de tempo (por isso é dada em Watts por metro quadrado, ou W/m2). A fórmula usa um logaritmo, tal que a forçante é estimada como ∆F = a . ln (C/Co), sendo a = 5,35 W/m2, "ln" representa o logaritmo natural (ou neperiano), e C e Co são concentrações de CO2, a alterada e a original, respectivamente. Sem nos prendermos aos detalhes, o uso de uma simples derivada nos leva à conclusão que, numa atmosfera contendo em torno de 400 ppm de CO2, a forçante radiativa aumenta 0,013375 W/m2 a cada ppm acrescentado. O problema é que a energia acumulada por unidade de tempo requer que multipliquemos esse número pela área... da superfície da Terra! E este é um número grande (4π vezes o quadrado do raio terrestre, cerca de 6400 km, considerando-a como esférica, o que dá 514,7 trilhões de metros quadrados). Daí, espalhado pela atmosfera, cada ppm de CO2 que for acrescentado implicará num aquecimento, em energia por unidade de tempo, de 6.88 TW (trilhões de Watts). Daí, os tímidos 0,00000445 ppm de CO2 acrecentados por uma termelétrica como a UTE-Pecém no primeiro dia de seu funcionamento, nos dão um aquecimento a uma taxa de 30,6 MW, o que ao longo de 24 horas nos daria 2,644 TJ, o que pode ser considerado pequeno comparado aos 93,3 TJ de eletricidade que ela gerou, dando uma falsa sensação de conforto... O problema é que no segundo dia, o novo CO2 emitido se junta ao emitido no dia anterior e o desequilíbrio energético passa a ser de 61,2 MW (de energia em 24h). O aquecimento provocado pela termelétrica no segundo dia é 5,29 TJ. No terceiro dia, é de 7,93 TW, e segue aumentando linearmente, dia após dia, até que com pouco mais de um mês, no 36° dia, o aquecimento do planeta produzido por uma termelétrica já se dá a uma taxa de 1102 MW, maior do que a produção de eletricidade da própria usina. No septuagésimo dia de funcionamento, a Terra terá acumulado mais calor (6,57 PJ) por conta do CO2 emitido por uma termelétrica como a UTE-Pecém do que esta terá produzido de eletricidade (6,53 PJ)! E segue crescendo, crescendo, crescendo...

Ao final do primeiro ano de funcionamento, uma usina como a UTE-Pecém funcionando a pleno terá produzido 34,06 PJ de energia elétrica e o CO2 lançado à atmosfera terá levado ao armazenamento de 176,62 PJ de calor, um valor mais de 5 vezes maior. E como o CO2 se acumula, essa relação só piora: o "prejuízo energético" ao clima acumulado ao final do segundo ano já é mais de 10 vezes maior. Uma década depois de inaugurada, os 340,6 PJ produzidos pela usina serão já irrisórios diante dos quase 18 EJ (lembrando 1 exa-Joule equivale a mil peta-Joules) de calor acumulado pelo sistema Terra devido ao CO2 lançado apenas por essa usina. Ao final dos 30 anos de vida, caso funcione a pleno, uma termelétrica como a do Pecém terá gerado 1,02 EJ (como mostramos anteriormente), mas terá emitido 240 milhões de toneladas de CO2 e levado a um armazenamento de energia no sistema climático terrestre de nada menos que 158,5 EJ.



As figuras a seguir mostram como em 3 meses, 1 ano e 30 anos a relação entre o dano climático e a produção energética associados a uma termelétrica muda, por conta da característica cumulativa das emissões de CO2. Mas resta uma pergunta importante: o que realmente significam 158,5 EJ? Quanto de estrago isso realmente representa no sistema Terra?

Energia gerada por uma termelétrica como a UTE-Pecém
comparada ao aquecimento produzido por suas emissões de
CO2. O efeito do CO2 é cumulativo e ao longo do tempo (3
meses, acima; 1 ano, no meio e 30 anos, abaixo) o "dano
climático" se torna várias ordens de grandeza maior do que
o "benefício elétrico"
Para se ter uma ideia, comecemos com um fenômeno dos mais claramente associados ao aquecimento global antrópico e anunciado pela pré-Exxon: a perda de massa nas geleiras. Como são necessários 343.000 J para derreter 1 kg de gelo, conclui-se que uma única termelétrica, ao longo desses 30 anos, terá gerado eletricidade suficiente para derreter 3 bilhões de toneladas de gelo. Mas o aquecimento global provocado por ela, uma única termelétrica, em unidades de energia, é capaz de derreter 461 bilhões de toneladas de gelo. Dado que o gelo marinho do Ártico tem uma espessura de cerca de 2 a 3 metros, usando o valor intermediário de 2,5 m, e para uma densidade de 0,9167 g/cm3, esta massa equivale a mais de 200.000 quilômetros quadrados de área!

Mas há outras comparações possíveis. Um furacão em média dura 9 dias e a energia cinética (movimento do ar) a ele associada é 0,13 EJ/dia, o que nos dá 1,17 EJ de energia dos ventos ao longo de toda a sua vida. O aquecimento global produzido por uma termelétrica ao longo de 30 anos é capaz de fornecer energia cinética para os ventos de 135 furacões (claro, é importante lembrar que as projeções apontam para uma tendência de formação de furacões mais intensos, ou seja, com mais conteúdo energético, ao invés de o número deles crescer)

Desde 2001, nosso sistema
climático acumulou ener-
gia equivalente à explosão
de quase 1,9 milhões de
bombas de Hiroshima!
Também é razoável estimar a quantidade de água que se pode evaporar com tamanha quantidade de energia. E de novo os números são impressionantes. Como são necessários 2260 kJ para evaporar 1 kg de água, a enorme quantidade de 158,5 EJ é capaz de transformar em vapor incríveis 70,1 bilhões de toneladas de água...

Claro, a maneira como essa energia a mais se distribui no sistema Terra é bem mais complexa do que as comparações feitas aqui, mais para fins didáticos. Mas não custa lembrar que os cálculos foram feitos para uma única termelétrica. Mas há 2300 delas. Hhá inúmeras outras fontes de emissões de CO2 e outros gases de efeito estufa, dos automóveis ao rebanho bovino, de aeronaves aos resíduos sólidos, do desmatamento ao uso de fertilizantes. A energia extra, acumulada no sistema terrestre, e estimada pelo IPCC no período de 1971 a 2010 em incríveis 273 ZJ (1 zetta-Joule equivale a 1000 exa-Joules, ou um sextilhão de Joules) se distribui em diversos componentes do sistema climático, aquecendo os oceanos superficiais e profundos (mais de 93% desse excedente energético é, na verdade, absorvido pelas massas oceânicas), derretendo geleiras, evaporando maiores quantidades de água dos lagos e reservatórios hídricos, induzindo secas cada vez mais extremadas, ondas de calor cada vez mais insuportáveis e produzindo tempestades mais severas, incluindo superfuracões e supertufões.

Ao final do tempo de "vida" (uma metáfora) o que uma termelétrica produz de morte (sem aspas) é infinitamente maior do que qualquer benefício que se possa imaginar. Os cálculos aqui mostrados apenas evidenciam mais uma vez a irracionalidade das fontes fósseis de energia. Não há alternativa minimamente coerente com o compromisso mais elementar para com o futuro das novas gerações a não ser a decisão de abandoná-las, deixando petróleo, carvão e gás no chão! 

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Em tempo, gostaria de registrar que de nossa parte estamos agindo para abrir o debate, o mais amplo e urgente possível, sobre a necessidade de se planejar o fechamento da UTE-Pecém, iniciando esse debate pelo uso abusivo de água pela usina (800 litros por segundo, podendo chegar a 993). Ontem, na Assembleia Legislativa do Ceará, o "Fórum Ceará no Clima", articulação de movimentos ambientais, ONGs e movimentos sociais, mostrou sua cara. Apesar do "gentil convite" para sairmos do recinto, onde o Governador Camilo Santana realizava um leilão reverso para perfuração de poços profundos, o recado já estava dado. Não descansaremos enquanto não enterrarmos o fóssil!








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