« A eletricidade não é mais do que um novo agente para as artes e as manufaturas, e, sem dúvida, as gerações futuras considerarão com interesse este século, no qual ela foi aplicada pela primeira vez aos desejos da humanidade. » — Alfred Smee
Assim como nossa geração olhou para trás na transformação do século passado pela produção de eletricidade a partir de combustíveis fósseis, as gerações futuras se voltarão para a adoção de novos recursos renováveis ao longo deste século.
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O futuro deve ser aquele em que extraímos energia de fontes totalmente renováveis. Isso levará a uma realidade humana mais limpa e menos desperdiçada. Aqui, exploramos 5 das energias renováveis mais promissoras do futuro.
- 1. Fazendas solares espaciais
- 2. Energia humana
- 3. Energia geotérmica de base
- 4. Células solares Quantum Dot
- 5. Fusão nuclear
- Nossas próximas etapas
1. Fazendas Solares Espaciais
O essencial disso:
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- Pode fornecer energia em qualquer lugar da Terra
- contorna as desvantagens atuais da produção tradicional de energia solar
- Pode ser comercialmente viável nos próximos 30 anos
Essa tecnologia foi proposta pela primeira vez por um engenheiro aeroespacial chamado Peter Glaser em 1968. As pessoas também o consideram o « pai do satélite solar ».
Desde então, a ideia de criar fazendas de energia solar no espaço tem sido um assunto de interesse para a comunidade científica. No entanto, eles nunca a realizaram plenamente.
Esse modelo de exploração de energia é baseado no fato de que a luz do sol no espaço é amplamente ininterrupta. A tecnologia solar atual está à mercê das condições climáticas. Ela só pode produzir energia durante as horas do dia.
As
fazendas solares espaciais superam esses obstáculos eliminando as falhas noturnas e as intempéries. Além disso, a luz solar encontrada fora da atmosfera da Terra é 30% mais intensa do que a luz solar que recebemos na superfície da Terra.
Para criar uma fazenda solar funcional, as empresas enviariam módulos infláveis para o espaço para formar uma estrutura semelhante a uma cúpula que contém espelhos que direcionam e concentram a luz do sol em painéis solares. Eles poderiam então enviar essa energia para a Terra.
No entanto, as dificuldades relacionadas à exploração espacial podem atrasar o desenvolvimento dessa tecnologia futura.
O maior desafio é trazer a energia extraída de volta à Terra. A energia produzida por essas fazendas solares pode ser enviada na forma de micro-ondas ou de um laser potente. O problema é que o custo de todo o processo atualmente supera a vantagem do aumento da produção de energia que ele fornece.
O transferência de energia também pode ser nociva por armamento ou acidente. Apesar dessas preocupações, as possibilidades para essa tecnologia são brilhantes. Ela será capaz de fornecer energia a locais remotos em qualquer lugar da Terra, o que é de grande valor.
Com o crescimento das empresas espaciais privadas, alguns preveem que essa tecnologia pode ser comercialmente viável em 30 anos. A China atualmente planeja construir uma fazenda solar espacial. Eles afirmam já estar testando a tecnologia e visam ter uma fazenda solar espacial operacional antes de 2050.
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2. Energia Humana
O essencial disso:
- Viável para áreas urbanas muito movimentadas
- Pode converter o calor e a energia cinética produzidos pelos humanos em energia elétrica
- Explora a energia que, de outra forma, seria desperdiçada
Os humanos coletam calorias através do consumo de alimentos, que nosso corpo transforma em energia utilizável. De muitas maneiras, nosso corpo é semelhante a uma máquina, como qualquer outra que usa energia para realizar um trabalho. Usamos essa energia para funções vitais, como manter nossos corações batendo ou alimentar nosso cérebro.
No entanto, uma grande parte da energia produzida por nossos corpos também é utilizada na forma de calor e energia cinética pelo movimento. Grande parte disso é desperdiçada e permanece não aproveitada pelos humanos.
Isso pode parecer uma oportunidade perdida, considerando o número de humanos na Terra e a área de terras usadas para alimentar a vasta população.
Na verdade, durante a maior parte da história humana, a força humana foi a forma mais importante de energia mecânica à nossa disposição. A energia humana ou animal criou e utilizou todas as nossas estruturas, casas, terras agrícolas e ferramentas.
A energia convertida pelos corpos humanos foi usada para empurrar a pá no solo ao escavar uma represa e quando o martelo foi balançado por uma pedra de esculpir. Foi apenas relativamente recentemente que nós, humanos, começamos a usar outras formas de energia, a saber, combustíveis fósseis.
Em repouso, o corpo da pessoa média produz cerca de 100 watts de potência. A produção é muito maior ao realizar atividades vigorosas.
Por exemplo, o ciclismo pode gerar 400 watts de potência por hora. No entanto, os ciclistas mais eficientes foram registrados gerando até 1800 watts. Isso ocorreu durante curtas explosões de esforço.
Se você considerar a quantidade média de calor e energia cinética produzida pelos humanos em uma única cidade (energia que não está sendo aproveitada), você pode começar a entender por que os cientistas estão prestando atenção a essa fonte de energia renovável promissora.
Portanto, com toda essa energia que vai se perder, devemos nos perguntar: como podemos aproveitar essa energia? Existem dois grandes problemas com a exploração da energia humana.
O primeiro é que as estratégias atuais de colheita de energia não são muito eficientes. No entanto, isso deve mudar no futuro. Os cientistas estão desenvolvendo tecnologias que utilizam essa energia para ganhos de eficiência e a um custo menor.
O segundo problema que impede a energia humana de ser uma fonte de energia renovável viável é a tecnologia moderna de baterias. Os sistemas de baterias atualmente disponíveis são grandes, pesados e volumosos demais para tornar esse tipo de tecnologia viável. No entanto, avanços recentes na área de técnicas de armazenamento de energia podem estar à vista.
Os cientistas imaginaram cidades capazes de aproveitar energia humana suficiente para gerenciar edifícios inteiros apenas com nossas ações diárias. Na verdade, uma rua em Londres foi convertida com materiais que aproveitam a energia cinética à medida que as pessoas caminham ao longo dela.
Como parte do projeto Human Power Plant, a Universidade de Utrecht, na Holanda, planeja criar um dormitório. Ele será totalmente alimentado pelos estudantes que lá vivem.
Esses 750 estudantes ativarão o edifício de 22 andares com energia mecânica humana. Isso inclui iluminação e aquecimento, sem o uso de combustíveis fósseis.
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3. Energia Geotérmica do Núcleo
O essencial disso:
- Está acessível em qualquer lugar da Terra
- Fornece um suprimento ilimitado de energia sem poluição
- Poderia produzir energia equivalente à das usinas nucleares
Embora já tenhamos tecnologia para explorar a energia geotérmica em alguns lugares onde a atividade vulcânica está próxima da superfície da Terra, ela não está de forma alguma disponível na maioria das regiões do mundo.
No entanto, profundamente abaixo da superfície da Terra está seu núcleo fundido, contendo energia suficiente para atender às necessidades da humanidade em um suprimento ilimitado. Se pudéssemos escavar até o núcleo, seríamos capazes de acessar quantidades incríveis de energia limpa e sem poluição que pessoas em qualquer lugar da Terra poderiam explorar.
O núcleo da Terra é incrivelmente quente, em torno da marca de 6.000 graus Celsius, que é tão quente quanto a superfície do sol. Esse calor é uma combinação do calor remanescente da formação da Terra, do calor proveniente da desintegração de materiais radioativos e do calor gerado pelo atrito quando o núcleo denso flui em direção ao centro da Terra.
Então, com essa quantidade incrível de energia sob nosso domínio, por que não a aproveitamos mais? Para acessar essa energia, precisaríamos perfurar até uma profundidade de 10.000 quilômetros ou mais para acessar o calor geotérmico profundo. O calor encontrado a essas profundidades é comparável à energia produzida por um reator nuclear.
No entanto, essa profundidade incrível complica o processo de perfuração devido às temperaturas extremas. Outro problema paralisante é trazer essa energia à superfície com os materiais que temos disponíveis. O cobre derrete a essas temperaturas, assim como a maioria dos outros materiais viáveis.
Os cientistas podem ter encontrado a resposta graças a um recente desenvolvimento na tecnologia do grafite. É a descoberta do grafeno.
O
grafeno é um material incrível, que é 200 vezes mais resistente que o aço, e é um excelente condutor térmico e elétrico. Esse material é 100 vezes mais condutor que o cobre e só começa a derreter a uma temperatura de cerca de 4.000 graus Celsius.
A utilização de hastes de grafeno que descem para regiões próximas ao núcleo da Terra poderia nos fornecer energia ilimitada que é 100% livre de poluição, transformando sem dúvida a indústria energética.
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4. Células Solares Quantum Dot
O essencial disso:
- revolucionará a tecnologia solar atual através das janelas solares
- Converte consideravelmente mais energia solar
- A tecnologia pode ser aplicada a muitos materiais
Não apenas o futuro conterá novas maneiras de explorar as energias renováveis, mas também conterá versões muito avançadas das tecnologias que usamos atualmente. Temos conseguido explorar a energia solar há algum tempo e essa tecnologia não parou de progredir.
Mais recentemente, o cientista criou a tecnologia das células solares de pontos quânticos.
Os pontos quânticos são nanocristais construídos com materiais semicondutores. Uma fina camada dessas células pode ser aplicada em uma célula solar. Os pontos quânticos absorvem a luz do sol para excitar as partículas nanocristalinas.
A largura da banda desses pontos quânticos corresponde à frequência da luz solar que recebem, permitindo-lhes converter mais de 65% da luz solar em energia.
Isso é muito mais do que qualquer tecnologia solar que temos hoje, com a célula solar média utilizada atualmente alcançando um rendimento de cerca de 15%.
Isso, combinado com o fato de que as células solares de pontos quânticos são muito mais leves, versáteis e duráveis do que nossas células solares atuais, significa que essa tecnologia tem o potencial de transformar muitas superfícies materiais.
Uma aplicação promissora para essa tecnologia são as janelas solares. Essas janelas poderiam produzir eletricidade enquanto garantem isolamento e sombreamento ao mesmo tempo. As janelas são incrivelmente eficientes, pois a camada frontal absorve a luz azul enquanto a segunda camada absorve o restante do espectro.
Os
pontos quânticos da segunda camada de uma janela solar reemitem fótons a um comprimento de onda mais longo, permitindo que as células solares integradas na moldura da janela convertam a energia em eletricidade. Essa tecnologia seria relativamente barata e poderia reduzir significativamente o preço da tecnologia solar.
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5. Fusão Nuclear
O essencial disso:
- Tem o maior potencial para mudar o rosto da produção de energia
- A energia da fusão nuclear é 100% limpa, em comparação com a energia da fissão nuclear atual
- As pequenas instalações de produção seriam portáteis
As pessoas às vezes consideram a tecnologia nuclear como uma maneira « suja » de produzir energia, uma vez que o método atual de fissão nuclear produz quantidades significativas de resíduos radioativos.
No entanto, as pessoas devem fazer uma distinção clara entre a fissão nuclear e a fusão nuclear. A fissão nuclear divide um grande átomo em dois menores, liberando energia e nêutrons, o que provoca a divisão de outros átomos. Isso resulta em uma reação em cadeia possível.
A fusão nuclear, por outro lado, ocorre quando dois átomos se juntam para criar um átomo mais pesado que libera energia, mas exponencialmente mais do que a fissão. A fusão não produz resíduos radioativos de longa duração como a fissão, tornando-a uma fonte de energia limpa.
A fusão também pode ser realizada com materiais amplamente inesgotáveis e amplamente disponíveis. Na verdade, a energia solar é um tipo de energia de fusão porque o sol produz energia por meio de um processo de fusão em seu núcleo.
Com a capacidade da fusão nuclear de produzir cerca de quatro milhões de vezes mais energia do que a combustão do carvão, precisaríamos apenas de uma fração do número de usinas elétricas na Terra hoje para atender às necessidades energéticas da população humana. A quantidade de energia produzida pela fusão é tão grande que poderia ser considerada praticamente ilimitada.
Embora a fusão seja uma fonte de energia incrivelmente promissora, não está isenta de seus defeitos. O processo é incrivelmente difícil de realizar. Isso se deve ao fato de que a reação só pode ocorrer em condições extremas. A fusão requer quantidades extremas de calor (100 milhões de kelvin) e quantidades massivas de pressão.
Esses requisitos significam que a realização da fusão nuclear na Terra muitas vezes requer mais energia do que produz. No entanto, à medida que a tecnologia avança e os cientistas realizam mais pesquisas, estamos nos aproximando da criação de um reator de fusão viável.
O Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER) na França é uma colaboração de 35 países. Ele busca uma maneira de explorar essa fonte de energia potencial.
Alguns preveem que o ITER pode fornecer energia de fusão nuclear à rede até 2045. Essa é a primeira via para energia limpa e ilimitada.
As empresas privadas também têm se esforçado para explorar plenamente o potencial da fusão nuclear. Isso inclui a Lockheed Martin e a Tokamak, uma empresa no Reino Unido.
A Lockheed Martin afirma que poderia produzir um reator de fusão pequeno o suficiente para caber em um reboque de caminhão que teria a capacidade de alimentar 100.000 lares. A Tokamak poderia produzir energia de fusão nuclear já em 2030.
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Nossas Próximas Etapas
A tecnologia humana progrediu a um ritmo exponencial, e o setor de energia não é diferente. Os cientistas concordam quase unanimemente que faremos a transição para um mundo que depende exclusivamente de energia renovável durante a vida de alguém nascido nos últimos 20 anos.
Essa transição é uma necessidade absoluta, considerando a ameaça que a mudança climática representa para nós como espécie. Embora as pessoas nem sempre vejam o futuro com otimismo, ao considerar o futuro da produção de energia, é certamente uma previsão mais clara e mais limpa.
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