Energia Azul (Energia Osmótica) - Vantagens e Desvantagens

POR Pedro Coelho

Publicado: sexta-feira, 8 de maio de 2015

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Desenvolvida no inicio dos anos 70, a energia osmótica (também conhecida como energia azul) é a energia que é obtida a partir do contato de entre a água doce de um rio e a água salgada do mar, através de uma membrana semipermeável, que, por diferença de concentração de sal faz com que a pressão do lado com água salgada aumente, fazendo acionar uma turbina, para gerar energia elétrica. Sendo esse processo de geração de energia osmótica chamado de Osmose Retardada por Pressão (ORP, ou em inglês PRO, Pressure-Retardaded Osmosis).

Essa fonte de energia está sendo considerada uma fonte de energia do futuro, por ser uma fonte inesgotável e sem emissão de poluentes. A energia osmótica vem sendo testada com sucesso em laboratórios, porém apenas tendo como obstáculo o alto custo das membranas, problema que talvez possa ser resolvido com o desenvolvimento de novas membranas a base de polietileno eletricamente modificado, podendo ser mais barato.

Primeira Planta de Energia Osmótica

Em outono de 2009, a empresa Statkraft construiu a primeira planta de teste do mundo para aproveitar a energia osmótica na Noruega, situando-se no meio de colinas cobertas de pinheiros, nas margens do fiorde de Oslo, 60 km ao sul da capital norueguesa, em Tofte.

Planta de energia osmótica da Statkraft

Na planta de teste, a água doce e a água salgada são mandadas separadamente para uma câmara, que é dividida por uma membrana semipermeável, onde de um lado fica a água doce e do outro lado fica a água salgada. Quando há esse contato, a água doce é atraída pela água do mar, e com isso, o fluxo exerce pressão sobre o lado da água do mar, e a pressão pode ser utilizada para acionar uma turbina, para produzir energia elétrica.

Esquema de como é gerada a energia

Os dois andares da planta possuem o tamanho de um campo de tênis e estão situados ao lado de uma fábrica de celulose, e gerava pouca energia. Essa planta produzia cerca de 2 a 4 quilowatts. 

A empresa anda testando e refinando a tecnologia ao longo dos últimos anos na estação de Tofte. As membranas que a estação está usando agora são 10 vezes mais eficientes que as usadas quando lançadas, em 2009, de acordo com Stein Erik Skilhagen, que é o cabeça da Statkraft quando o assunto é energia osmótica.

Statkraft investiu 100 milhões de crowns (moeda da Noruega) no projeto desde 1997, além de 50 milhões de coroas que recebeu de fundos da Noruega e da UE (União Européia). A empresa espera lançar a primeira planta comercial entre 2015 e 2020, se tudo correr conforme planejado.

A Statkraft diz que a energia osmótica poderia produzir até 1,60 a 1,70 terawatts/hora em todo o mundo. Sendo isso, o equivalente à metade da energia gerada na UE hoje.

Desafios da produção

A tecnologia para gerar energia elétrica através da energia osmótica está ao nosso alcance, embora alimentar uma grande estação de tratamento exija uma membrana de grandes proporções, podendo se estender por milhões de metros quadrados.

Além disso, a baixa eficiência em relação ao custo da membrana faz com que a energia elétrica gerada acabe se tornando mais cara, sendo que para se tornar algo viável, a membrana semipermeável precisaria ser 5 vezes mais eficiente do que é hoje.

Membrana de nanotubos a partir de nitreto de boro

Na França, um grupo de pesquisadores franceses liderados por Lydéric Boquet e Alessandro Siria, ambos da Universidade de Lyon, estão produzindo uma membrana mais eficiente para geração de energia osmótica.

Eles estão construindo membranas de nanotubos a partir de nitreto de boro, que podem ser até mil vezes mais eficientes do que uma membrana osmótica média. De acordo com Boquet, o nitreto de boro tem uma estrutura de superfície única que cria fortes cargas elétricas.

“Os nanotubos de nitreto de boro constituem poros ideais, que são como tubos com uma estrutura cristalográfica perfeita. Eles não apresentam quaisquer padrões irregulares ou erráticos de carga, que são geralmente encontrados em outros compostos e, podem arruinar a conversão de eletricidade”, diz Boquet.

Os pesquisadores primeiro obtiveram uma membrana eletricamente isolante e lisa com um pequeno buraco perfurado nela. Em seguida, eles inseriram alguns nanotubos de nitreto de boro nesse buraco. O nanotubo tem uma carga superficial negativa forte que atrai os cátions de átomos com carga positiva dentro da água salgada.

Boquet e os outros pesquisadores estimam que com mais alguns ajustes, um nanotubo de nitreto de boro com uma membrana de um metro quadrado, poderia ser capaz de gerar até 30 megawatts-hora de eletricidade por ano. Um megawatt-hora é igual à quantidade de eletricidade usada por cerca de 330 casas durante uma hora.

"A interação é eletrostática, e não requer qualquer energia inicial em tudo", diz Boquet. "Ela ocorre devido à superfície de poros da membrana a ser carregada em si."

A França ainda não iniciou quaisquer projetos de energia osmótica como nas instalações feitas na Noruega pela Statkraft, mas Boquet espera que as inovações que ele e seus colegas estão desenvolvendo irão inspirar mais pesquisadores e engenheiros para ver o que eles podem fazer.

Em sua opinião, a energia osmótica é uma adição promissora para o mix de fontes de energia que o mundo necessita para criar.

Estudos de energia osmótica pelo mundo

A energia osmótica é objeto de discussões e pesquisas em muitas localidades. A empresa canadense Canadá Hydro-Québec mapeou 12 MW de potencial de geração de energia osmótica ao longo de cursos d’água canadenses.

Nos Estados Unidos, a NASA (Agência Espacial Norte-Americana) está explorando os sistemas de energia osmótica portáteis. Os pesquisadores da NASA estão olhando para a tecnologia como uma possível maneira de fornecer água suficiente para missões tripuladas de longa duração para a Lua ou Marte. A ideia é usar um sistema que utiliza energia osmótica que poderia separar o sal da água a partir de águas residuais e purifica os resíduos líquidos humanos, como urina e água não potável, em água que é segura para beber.

No MIT (Massachusetts Institute of Technology), o estudante Leonardo Banchick e seus colegas propuseram-se a enfrentar o problema, modelando o desempenho de uma grande usina de energia osmótica em função do tamanho da membrana.

Curiosamente, eles descobriram que apesar de uma membrana maior sempre gerar mais energia, 95 por cento da potência máxima de saída pode ser gerado com a metade ou até menos da área máxima da membrana, e com isso, reduzindo o tamanho da membrana, que é muito cara, tornando a energia osmótica mais barata e competitiva.

Estudos anteriores propuseram também maneiras de aumentar a eficácia e reduzir os custos, mas Banchick diz que a maneira em que foram estimados os ganhos de desempenho pode ter sido falha. Os investigadores geralmente baseiam seus cálculos sobre as membranas de tamanho laboratorial que assumem um fluxo constante de água em toda a sua superfície, significando que a energia gerada é diretamente proporcional ao tamanho da membrana.

No entanto, diz Banchick, sobre uma membrana em grande escala, este é também uma aproximação em bruto, uma vez que a salinidade e o fluxo da corrente estão sujeitos a variações locais. O modelo que ele e sua equipe desenvolveram leva em conta essa variabilidade.

Uma vez que a potência de saída depende da diferença de salinidade entre os dois reservatórios de água, diferentes aplicações podem levar a resultados mais elevados de geração de energia. Por exemplo, os pesquisadores descobriram que uma mistura de água salgada e água residual tratada poderia bruscamente dobrar a quantidade de energia gerada.

No Japão, o Instituto de Tecnologia de Tokyo abriu um centro de pesquisa para estudar a energia osmótica em 2010. Akihiko Tanioka, líder do centro de pesquisa, cita o terremoto de 2011 e o tsunami que destruiu a usina nuclear de Fukushima como mais de uma razão para prosseguir com os estudos referentes à energia osmótica. Tanioka estima que as correntes do rio do Japão poderiam gerar energia elétrica suficiente para substituir cinco ou seis reatores nucleares de fissão.

Vantagens da Energia Osmótica

A energia osmótica possui varias vantagens sobre as fontes de energia existentes. Ela produz energia de forma consistente, não de forma intermitente como solar ou eólica. Além disso, não requer qualquer energia para iniciar a reação, assim como na produção de energia a partir de carvão e outros combustíveis fósseis oriundos do petróleo.

Outra vantagem é que uma planta comercial dela possuiria um tamanho mais modesto, mas ainda produziriam uma quantidade significativa de energia. Além disso, como a tecnologia tem evoluído muito, a geração de energia nas proximidades de lugares como o Mar Morto ou lagos de sal poderão levar a retornos significativamente grandes.

Desvantagens da Energia Osmótica

Uma planta osmótica possui algumas desvantagens, pois a mesma oferece os mesmos impactos ambientais que uma usina hidrelétrica. A infra-estrutura da planta pode ter um impacto sobre a biodiversidade da área, pois seria necessário inundar áreas extensas dependendo da planta, com isso, prejudicando muitas espécies de seres vivos.

Além disso, não seria possível usar água de um rio poluído em uma planta osmótica. Sendo que se a água do rio for barrenta, seria necessário fazer uma limpeza dessa água, para poder usá-la.

Referências

• Fontes alternativas de combustíveis para obtenção de energia elétrica, Carolina Sobral, Stephanie Telmo, Santos, São Paulo, 2014.
• http://www.theguardian.com/environment/2009/nov/25/osmosis-plant-emission-free-energy (acessado em 02/05/2015 as 15:12)
• http://www.statkraft.com/ (acessado em 02/05/2015 as 15:22)
• http://www.gizmag.com/mit-osmotic-power/33464/ ( acessado em 02/05/2015 as 15:38)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)