7.9: Uso mundial de energia

Last updated
Save as PDF

Page ID: 194338

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Descreva a distinção entre fontes de energia renováveis e não renováveis.
Explique por que a conversão inevitável de energia em formas menos úteis torna necessário conservar os recursos energéticos.

A energia é um ingrediente importante em todas as fases da sociedade. Vivemos em um mundo muito interdependente, e o acesso a recursos energéticos adequados e confiáveis é crucial para o crescimento econômico e para manter a qualidade de nossas vidas. Mas os níveis atuais de consumo e produção de energia não são sustentáveis. Cerca de 40% da energia mundial vem do petróleo, e grande parte disso vai para usos de transporte. Os preços do petróleo dependem tanto de novas (ou previstas) descobertas quanto de eventos e situações políticas em todo o mundo. Os EUA, com 4,5% da população mundial, consomem 24% da produção mundial de petróleo por ano; 66% desse petróleo é importado!

Fontes de energia renováveis e não renováveis

Os principais recursos energéticos usados no mundo são mostrados na Figura 7.10.1. O mix de combustíveis mudou ao longo dos anos, mas agora é dominado pelo petróleo, embora as contribuições do gás natural e da energia solar estejam aumentando. As formas renováveis de energia são aquelas fontes que não podem ser usadas, como água, eólica, solar e biomassa. Cerca de 85% da nossa energia vem de combustíveis fósseis não renováveis — petróleo, gás natural, carvão. A probabilidade de uma ligação entre o aquecimento global e o uso de combustíveis fósseis, com a produção de dióxido de carbono por combustão, tornou, aos olhos de muitos cientistas, uma mudança para combustíveis não fósseis de extrema importância, mas não será fácil.

Um gráfico circular do consumo mundial de energia por fonte é mostrado. Trinta e cinco vírgula quatro três por cento é petróleo, vinte e oito ponto um cinco por cento é carvão, vinte e três vírgula quatro seis por cento é gás natural seco, seis vírgula dois sete por cento é hidroeletricidade, cinco vírgula sete nove por cento é eletricidade nuclear, ponto oito seis por cento é geotérmica, eólica, solar, biomassa, e o ponto zero cinco por cento é energia geotérmica, biomassa ou solar não usada para eletricidade. — Figura\(\PageIndex{1}\): Consumo mundial de energia por fonte, em bilhões de quilowatts-hora: 2006. (crédito: KVDP)

As crescentes necessidades energéticas do mundo

O consumo mundial de energia continua aumentando, especialmente nos países em desenvolvimento. (Veja a Figura 7.10.1.) A demanda global por energia triplicou nos últimos 50 anos e pode triplicar novamente nos próximos 30 anos. Embora grande parte desse crescimento venha das economias em rápida expansão da China e da Índia, muitos dos países desenvolvidos, especialmente os da Europa, esperam atender às suas necessidades de energia expandindo o uso de fontes renováveis. Embora atualmente seja apenas uma pequena porcentagem, a energia renovável está crescendo muito rápido, especialmente a energia eólica. Por exemplo, a Alemanha planeja atender 20% de sua eletricidade e 10% de suas necessidades gerais de energia com recursos renováveis até o ano de 2020. (Veja 7.10.2.) A energia é uma restrição fundamental no rápido crescimento econômico da China e da Índia. Em 2003, a China ultrapassou o Japão como o segundo maior consumidor mundial de petróleo. No entanto, mais de 1/3 disso é importado. Ao contrário da maioria dos países ocidentais, o carvão domina os recursos energéticos comerciais da China, respondendo por 2/3 de seu consumo de energia. Em 2009, a China ultrapassou os Estados Unidos como o maior gerador de\(CO_2\) Na Índia, os principais recursos energéticos são biomassa (madeira e esterco) e carvão. Metade do petróleo da Índia é importado. Cerca de 70% da eletricidade da Índia é gerada por carvão altamente poluente. No entanto, há avanços consideráveis sendo feitos em energia renovável. A Índia tem uma base de energia eólica em rápido crescimento e tem o maior programa de cozimento solar do mundo.

Um gráfico de barras representando o consumo mundial de energia é mostrado. O ano está listado no eixo horizontal e a energia consumida está listada no eixo vertical. O consumo de energia do mundo é mostrado por anos diferentes. O consumo de energia aumenta com o tempo. No ano de mil novecentos e noventa eram trezentos e setenta e três multiplicados por dez elevado a dezoito joules, e a projeção é que ele se tornará oitocentos e doze multiplicado por dez elevado a dezoito joules pelo ano vinte e trinta e cinco. — Figura\(\PageIndex{2}\): Uso mundial de energia passado e projetado (fonte: Com base em dados da Administração de Informações sobre Energia dos EUA, 2011)

Matrizes de células solares alinhadas em um campo. — Figura\(\PageIndex{3}\): Conjuntos de células solares em uma usina de energia em Steindorf, Alemanha (crédito: Michael Betke, Flickr)

A tabela mostra o mix de energia comercial de 2006 por país para alguns dos principais usuários de energia do mundo. Embora as fontes não renováveis dominem, alguns países obtêm uma porcentagem considerável de sua eletricidade a partir de recursos renováveis. Por exemplo, cerca de 67% da demanda de eletricidade da Nova Zelândia é atendida por hidrelétricas. Apenas 10% da eletricidade dos EUA é gerada por recursos renováveis, principalmente hidrelétricos. É difícil determinar a contribuição total http://physwiki.ucdavis.ed... _Energy_Usos de energia renovável em alguns países com uma grande população rural, portanto, essas porcentagens nesta tabela são deixadas em branco.

Consumo de energia — países selecionados (2006):
País	Consumo, na UE (10 ¹⁸ J)	Óleo	Gás natural	Carvão	Nuclear	Hidro	Outras energias renováveis	Uso de eletricidade per capita (kWh/ano)	Uso de energia per capita (GJ/ano)
Austrália	5.4	34%	17%	44%	0%	3%	1%	10000	260
Brasil	9.6	48%	7%	5%	1%	35%	2%	2000	50
China	63	22%	3%	69%	1%	6%		1500	35
Egito	2.4	50%	41%	1%	0%	6%		990	32
Alemanha	16	37%	24%	24%	11%	1%	3%	6400	173
Índia	15	34%	7%	52%	1%	5%		470	13
Indonésia	4.9	51%	26%	16%	0%	2%	3%	420	22
Japão	24	48%	14%	21%	12%	4%	1%	7100	176
Nova Zelândia	0,44	32%	26%	6%	0%	11%	19%	8500	102
Rússia	31	19%	53%	16%	5%	6%		5700	202
NOS.	105	40%	23%	22%	8%	3%	1%	12500	340
Mundo	432	39%	23%	24%	6%	6%	2%	2600	71

Energia e bem-estar econômico

As duas últimas colunas desta tabela examinam o uso de energia e eletricidade per capita. O bem-estar econômico depende do uso de energia e, na maioria dos países, padrões de vida mais elevados, medidos pelo PIB (produto interno bruto) per capita, são acompanhados por níveis mais altos de consumo de energia per capita. Isso é confirmado na Figura 7.10.4. O aumento da eficiência do uso de energia mudará essa dependência. Um problema global é equilibrar o desenvolvimento de recursos energéticos com os efeitos nocivos sobre o meio ambiente em sua extração e uso.

Um gráfico de dispersão do consumo de energia per capita versus G D P per capita em vários países. O consumo de energia em quilowatts per capita é mostrado ao longo do eixo horizontal e G D P per capita é mostrado ao longo do eixo vertical. — Figura\(\PageIndex{4}\): Consumo de energia per capita versus PIB per capita em vários países. Observe o aumento no uso de energia com o aumento do PIB. (2007, crédito: Frank van Mierlo, Wikimedia Commons)

Conservando energia

Ao terminarmos este capítulo sobre energia e trabalho, é relevante fazer algumas distinções entre dois termos às vezes mal compreendidos na área de uso de energia. Como já foi mencionado em outro lugar, a “lei da conservação de energia” é um princípio muito útil na análise de processos físicos. É uma afirmação que não pode ser comprovada a partir de princípios básicos, mas é um dispositivo de contabilidade muito bom e nenhuma exceção foi encontrada. Ele afirma que a quantidade total de energia em um sistema isolado sempre permanecerá constante. Relacionada a esse princípio, mas notavelmente diferente dele, está a importante filosofia de conservação de energia. Esse conceito tem a ver com a busca de diminuir a quantidade de energia usada por um indivíduo ou grupo por meio de (1) atividades reduzidas (por exemplo, desligar termostatos, dirigir menos quilômetros) e/ou (2) aumentar a eficiência de conversão no desempenho de uma tarefa específica, como desenvolver e usar mais aquecedores de ambiente eficientes, carros com classificações maiores de milhas por galão, luzes fluorescentes compactas com eficiência energética, etc.

Como a energia em um sistema isolado não é destruída, criada ou gerada, pode-se perguntar por que precisamos nos preocupar com nossos recursos energéticos, já que a energia é uma quantidade conservada. O problema é que o resultado final da maioria das transformações de energia é a transferência de calor residual para o meio ambiente e a conversão em formas de energia que não são mais úteis para o trabalho. Para afirmar isso de outra forma, o potencial da energia para produzir trabalho útil foi “degradado” na transformação de energia. (Isso será discutido com mais detalhes em Termodinâmica.)

Resumo

O uso relativo de diferentes combustíveis para fornecer energia mudou ao longo dos anos, mas o uso de combustível é atualmente dominado pelo petróleo, embora as contribuições do gás natural e da energia solar estejam aumentando.
Embora as fontes não renováveis dominem, alguns países atendem a uma porcentagem considerável de suas necessidades de eletricidade a partir de recursos renováveis.
Os Estados Unidos obtêm apenas cerca de 10% de sua energia de fontes renováveis, principalmente energia hidrelétrica.
O bem-estar econômico depende do uso de energia e, na maioria dos países, padrões de vida mais elevados, medidos pelo PIB (Produto Interno Bruto) per capita, são acompanhados por níveis mais altos de consumo de energia per capita.
Embora, de acordo com a lei de conservação de energia, a energia nunca possa ser criada ou destruída, a energia que pode ser usada para trabalhar é sempre parcialmente convertida em formas menos úteis, como calor residual para o meio ambiente, em todos os nossos usos de energia para fins práticos.

Glossário

formas renováveis de energia: aquelas fontes que não podem ser usadas, como água, vento, energia solar e biomassa

combustíveis fósseis: petróleo, gás natural e carvão