Com a evolução da sociedade, cada vez mais complexa, fomos incorporando uma quantidade maior de energia no nosso cotidiano para dar conta de nossas necessidades de transporte, conforto ambiental, manufatura e produção de alimentos, entre outras. Atualmente a potência média demandada per capita, no Brasil, gira em torno de 5 KW – um aumento de cerca de 30 vezes em relação à sociedade primitiva.

A possibilidade do uso de mais energia confere muito mais poder ao homem moderno. Não por acaso, em inglês, a palavra “power” significa “potência” e também “poder”.

Com o desenvolvimento da sociedade moderna, aumenta a importância do Planejamento Energético, no qual se busca atender, da forma mais racional possível, às suas complexas necessidades energéticas. Embora no mundo capitalista o mercado tenha ajustado a oferta às necessidades, frequentemente os preceitos da Segunda Lei da Termodinâmica não são observados da forma como deveriam.

Nesses tempos de transição energética, lembro de ver uma pesquisa sobre o uso de caldeiras a hidrogênio. Em um primeiro momento, poder-se-ia aventar uma rota tecnológica onde o H2V viesse substituir o Gás Natural – GN, por exemplo, na produção de vapor para a indústria. Mas nesse caso, estaríamos usando a energia mais nobre (elétrica) para uma aplicação de muito mais baixa entropia, com baixa eficiência (inferior a 40%), quando uma solução mais racional seria usar a energia elétrica renovável em uma caldeira elétrica com eficiência de quase 100%. Ou, ainda melhor, buscar uma energia mais barata e menos nobre, como calor residual, por exemplo, que atendesse àquela necessidade de calor para a indústria.

Outra situação de análise interessante diz respeito à produção de H2V no Brasil, liquefação, exportação e distribuição na Europa. Em uma análise global, como justificar a produção de energia termelétrica não flexível (na base) no Brasil utilizando GN com eficiência de 60% e exportar H2V (produção, armazenamento e transporte) que, seria distribuído por gasodutos na Europa em mistura com GN? Essa rota para o fornecimento de gás combustível à Europa (Cenário A) teria uma eficiência global de 48%.

Alternativamente poderíamos simplesmente exportar o GN que, então, não seria usado nas termelétricas brasileiras e substituí-lo (no Brasil) por eletricidade de fonte renovável (Cenário B). Por essa rota alternativa teríamos uma eficiência de cerca de 79% na exportação da energia (armazenamento e transporte) e um melhor aproveitamento da energia elétrica renovável no Brasil (eficiência de quase 100%). Tudo isso sem considerar o custo de capital – CAPEX muito menor do cenário B, em relação ao cenário A.

Quanto à emissão de Gases de Efeito Estufa – GEE, queimando a mesma quantidade de GN, emiti-los no Brasil ou na Europa é indiferente, no que concerne ao impacto global sobre as mudanças climáticas.

Professor Mario Olavo Magno de Carvalho | Consultor da SER

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Assim, algumas formas, denominadas “mais nobres”, como as energias mecânica e elétrica permitem transformações energéticas com alta eficiência para qualquer outra forma, enquanto energias “menos nobres”, como a térmica, por exemplo, o fazem com eficiência tão mais baixa quanto mais próxima estiver da temperatura ambiente.

Dessa maneira, a energia de um sistema flui naturalmente de uma forma mais nobre para uma menos nobre, tendendo para a forma mais degradada de energia que é o calor na temperatura ambiente. Se das formas mais nobres se pode extrair trabalho com boa eficiência, do calor na temperatura ambiente nada se pode fazer.

A ciência, através da “Segunda Lei da Termodinâmica”, trata dessa questão e indica um sentido preferencial para as transformações energéticas. Transformar energia mais nobre em menos nobre é o sentido privilegiado apontado por essa lei e pode ocorrer espontaneamente. É assim que fazemos para esquentar as mãos, esfregando-as convertemos trabalho em calor.

Uma outra maneira conveniente de se descrever essa lei é afirmando que os sistemas energéticos tendem para forma de energia mais desorganizada. Entenda-se aqui um sistema totalmente desorganizado ou caótico, como aquele que não apresenta nenhum padrão. Se algum padrão houver (como regiões contendo energia com nobrezas diferentes), algum grau de organização também estará presente nesse sistema.

Assim, criou-se o conceito de entropia, que é uma propriedade dos sistemas energéticos de valor correspondente ao seu estado de desorganização. Se em uma transformação a entropia de um sistema fechado (isolado) se mantém constante, temos aí um processo reversível (com eficiência 100%).

Qualquer outra possibilidade de transformação implica no aumento da entropia, como em uma xícara de café esfriando em uma sala. A rigor, como todos os processos reais são irreversíveis em maior ou menor grau, nenhum apresenta rendimento 100% e, assim, a entropia sempre aumenta ¹.

Cada vez que misturamos distintas formas de energia dentro de um mesmo sistema aumentamos a sua desorganização e, com isso, a sua entropia. Tal fenômeno pode ocorrer espontaneamente, por exemplo, com a mistura de energia na forma de calor de diferentes temperaturas (café quente e ar frio da sala). Ou ainda com a mistura íntima de substâncias puras, como água e sal. Tais processos podem ser revertidos (o ar da sala esquentar o café ou a água salgada se separar em água doce e sal)² e a entropia baixada, ambos à custa de energia nobre de fonte externa ao sistema.

¹ Existe uma implicação interessante decorrente desse conceito que afirma ser esse resultado que dá sentido ao tempo. Assim, em um sistema fechado, “antes” corresponde ao estado mais organizado e “depois” ao menos organizado. Como a desorganização o tempo transcorre continuamente, sempre em um mesmo sentido.

² Para tanto pode ser utilizado, respectivamente, um dispositivo chamado de “Bomba de Calor” e um processo de destilação.

Professor Mario Olavo Magno de Carvalho | Consultor da SER
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