Análise do ciclo de vida de energia

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A análise do ciclo de vida de energia (ACVE, Life Cycle Energy Analysis, LCEA) é uma abordagem em que todas as entradas de energia de um produto são contabilizadas, e não apenas os insumos energéticos diretos durante a fabricação, mas também todas as entradas de energia necessárias para produzir componentes, materiais e serviços necessários para o processo de fabricação. Um termo primordial para essa abordagem foi 'análise de energia'.

Com a ACVE, o total de entrada de energia num ciclo de vida é estabelecido.

Produção de energia

Reconhece-se que muita energia é perdida na produção da própria energia como commoditie, como a energia nuclear, eletricidade fotovoltaica ou produtos de alta qualidade do petróleo. O teor energético líquido é o conteúdo energético do produto menos a entrada de energia utilizada durante a extração e conversão, direta ou indiretamente. Um resultado controverso no início da ACVE alegou que a fabricação de células solares requerem mais energia que pode ser recuperada em usar-se a célula solar. O resultado foi refutado.[1] Outro conceito novo que surge a partir de avaliações do ciclo de vida é o canibalismo de energia. O conceito de canibalismo de energia refere-se a um efeito onde o rápido crescimento de toda uma indústria de energia intensiva cria uma necessidade de energia que usa (ou 'canibaliza') a energia de usinas já existentes. Assim, durante o rápido crescimento da indústria como um todo produz nenhuma energia porque a energia nova é usado para alimentar a energia incorporada de futuras usinas.[Nota 1] Trabalhos têm sido realizados no Reino Unido para determinar os impactos do ciclo de vida de energia (ao longo de uma ACV) de uma série de tecnologias renováveis.[2][3]

Recuperação de energia

Se os materiais são incinerados durante o processo de eliminação, a energia liberada durante a queima pode ser aproveitada e utilizada para produção de eletricidade. Isto proporciona uma fonte de energia de baixo impacto, especialmente quando comparado com o carvão e o gás natural.[4] Enquanto a incineração produz mais emissões de gases de efeito estufa do que a deposição em aterro, as plantas de resíduos são equipadas com filtros para minimizar esse impacto negativo. Um estudo recente comparando o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa a partir de aterros (sem recuperação de energia) contra a incineração (com recuperação de energia) encontrou valores que apontam que a incineração é superior em todos os casos, exceto para quando o gás de aterro é recuperado para a produção de eletricidade.[5]

Combustão em leito fluidizado, uma opção para a combustão de resíduos (www.ceo-sa.co.za).

Análise dinâmica do ciclo de vida

Nos últimos anos, a literatura sobre análise do ciclo de vida da tecnologia de energia começou a refletir as interações entre a atual rede elétrica e futuras tecnologias de energia. Alguns artigos têm-se centrado no ciclo de vida da energia [6][7][8], enquanto outros se concentraram em dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa.[9] A crítica essencial dada por estas fontes é que, ao considerar-se a tecnologia de energia, a natureza da crescente rede elétrica deve ser levado em consideração. Se isso não for feito, uma determinada classe de tecnologia de energia pode emitir mais dióxido de carbono durante sua vida do que mitiga.

Crítica

Uma crítica da ACVE é que ela tenta eliminar a análise do custo monetário, que é substituir a moeda pela qual as decisões econômicas são feitas com uma moeda de energia. Também foi argumentado que a eficiência energética é apenas uma consideração para decidir qual alternativa de processo se empregar, e que não deve ser elevado para o único critério para determinar a aceitabilidade ambiental, por exemplo, a análise simples de energia não leva em conta as possibilidades de renovação dos fluxos de energia ou a toxicidade dos resíduos, porém a avaliação do ciclo de vida não ajuda empresas a se tornarem mais familiarizadas com propriedades ambientais e melhorar seu sistema ambiental.[10] Incorporando ACVs dinâmicas de tecnologias de energia renovável (usando análises de sensibilidade para projetar futuras melhorias nos sistemas renováveis ​​e suas partes da rede de energia) poderia ajudar a mitigar essa crítica.[11]

Um problema que o método de análise de energia não pode resolver é que diferentes formas de energia (calor, eletricidade, energia química, etc) têm uma qualidade diferente e um valor ainda em ciências naturais, como consequência das duas principais leis da termodinâmica. Uma medida termodinâmicada de qualidade da energia é a exergia.[Nota 2] De acordo com a primeira lei da termodinâmica, todos os insumos energéticos devem ser contabilizados com igual peso, enquanto que pela segunda lei diversas formas de energia devem ser contabilizados por valores diferentes.

O conflito é resolvido em uma das seguintes formas:

• • diferença de valor entre insumos energéticos é ignorada,

  • uma relação de valor é atribuída arbitrariamente (por exemplo, um joule de energia elétrica é de 2,6 vezes mais valioso do que um joule de calor ou de entrada de combustível),

  • a análise é complementada pela análise de custo econômico (monetária),

  • exergia em vez de energia pode ser a métrica utilizada para a análise do ciclo de vida.[12]

Nexo água-energia

O nexo água-energia é a relação entre a quantidade de água é evaporada para gerar e transmitir energia, e quanta energia é necessário para coletar, limpar, passar, armazenar, e dispor de água.[13] A conexão direta entre a maior parte da energia e o consumo de água é a água que é usada para produzir vapor (em termelétricas), que gira uma turbina, que por sua vez move um gerador, produzindo eletricidade.

As necessidades de água na produção de energia

Diferentes tipos de produção de energia elétrica exigem diferentes quantidades de água. Exceto para a energia solar fotovoltaica e energia eólica, que não requerem água para produzir energia.

No entanto, há uma exigência de água substancial para todas as formas de geração de eletricidade na tomada de matérias-primas e construção e manutenção da planta. Assim, embora a energia eólica tenha uma exigência de água muito baixa operacionalmente, se é montada em uma torre de concreto ou aço, muitas toneladas de água terão sido exigidas na sua construção.

Nos EUA a média nacional ponderada para termelétricas e hidrelétricas do uso da água é de cerca de 2 galões (aproximadamente 7,6 L) de água evapora para produzir um quilowatt-hora (kWh) de energia.[14] Em usinas termelétricas, 0,47 gal (aprox. 1,8 L) de água doce é evaporada por kWh de eletricidade consumida no ponto de uso final. Usinas hidrelétricas evaporam uma média de 18 gal (aprox. 68 L) de água doce por kWh utilizado pelo consumidor.[14]

A quantidade de água que evapora durante a produção de eletricidade varia de acordo com tipo e localização do da usina . Na Califórnia, por exemplo, gasta-se 0,05 galões (aprox. 190 ml) de água evaporada para criar um kWh em uma usina termelétrica. A mesma quantidade de energia produzida em uma usina hidrelétrica usa um total de 20,87 galões (aprox. 79,0 L), dos quais a maior parte é água evaporada da superfície dos reservatórios.[14]

Durante o período de um ano a produção de eletricidade para alimentar uma lâmpada incandescente de 60W iria evaporar cerca de 3.000 a 6.300 galões (aprox. 24.000 L) de água.[15]

Análise do ciclo de vida para Planejamento de Sistemas de Águas Metropolitanas Sustentáveis (Life cycle assessment for Sustainable Metropolitan Water Systems Planning) de Sydney, segundo Lundie et al. 2004, In Eniron. Sci. Technol. 38, 3465-3473).[18]

O fornecimento de água requer energia

Assim como a produção de energia necessita de água, o abastecimento de água e esgotamento sanitário precisam de energia. Na Califórnia, dois terços daprecipitação cai no norte do estado, enquanto 2/3 da população vive no sul. Mover-se esta água por centenas de quilômetros para atender a oferta e a demanda usa uma quantidade enorme de energia.

Na Califórnia, uso da água relacionada com a energia, que inclui o transporte, armazenamento, tratamento, distribuição de águas residuais, recolhimento, tratamento e setores de descarga do ciclo de uso da água, consome cerca de 19 por cento da eletricidade do estado, 30 por cento de seu gás natural, e 88 bilhões de galões (aprox. 330 milhões m³) de óleo diesel a cada ano e essa demanda está em crescimento.[16]

Notas

1. Um exemplo típico é que usinas nucleares necessitam de usinas "de apoio", como um termoelétrica, para garantir a refrigeração de seus reatores em caso de acidentes, e muita geração de energia para a produção de seu combustível.

2. Em termodinâmica, a exergia de um sistema é o máximo trabalho útil possível durante um processo que mantém o sistema em equilíbrio com um reservatório de calor.[17]

Referências

1. David MacKay; Sustainable Energy- www.withouthotair.com

2. McManus, M.; "Life cycle impacts of waste wood biomass heating systems: A case study of three UK based systems"; Energy Volume 35, Issue 10, October 2010, Pages 4064-4070.

3. Allen, S.R., G.P. Hammond, H. Harajli, C.I. Jones, M.C. McManus and A.B. Winnett, 2008. 'Integrated appraisal of micro-generators: methods and applications', Proc. Instn Civil Engrs: Energy, 161 (2):73-86. [DOI:10.1680/ener.2008.1 61.2.73]

4. Damgaard, A, et. al. Life-cycle-assessment of the historical development of air pollution control and energy recovery in waste incineration. Waste Management 30 (2010) 1244–1250.

5. Liamsanguan, C., Gheewala, S.H., LCA: A decision support tool for environmental assessment of MSW management systems.Jour. of Environ. Mgmt. 87 (2009) 132–138.

6. J.M. Pearce, “Optimizing Greenhouse Gas Mitigation Strategies to Suppress Energy Cannibalism” 2nd Climate Change Technology Conference Proceedings, p. 48, 2009. PDF

7. Joshua M. Pearce, “Thermodynamic limitations to nuclear energy deployment as a greenhouse gas mitigation technology,” International Journal of Nuclear Governance, Economy and Ecology 2, no. 1 (2008): 113–130. Abstract

8. Jyotirmay Mathur, Narendra Kumar Bansal, and Hermann-Joseph Wagner, “Dynamic energy analysis to assess maximum growth rates in developing power generation capacity: case study of India,” Energy Policy 32, no. 2 (January 2004): 281–287. Abstract

9. R. Kenny, C. Law, J.M. Pearce, “Towards Real Energy Economics: Energy Policy Driven by Life-Cycle Carbon Emission”, Energy Policy 38, pp. 1969–1978, 2010. Abstract

10. Hammond, Geoffrey P. (2004), "Engineering sustainability: thermodynamics, energy systems, and the environment",International Journal of Energy Research 28 (7): 613–639,doi:10.1002/er.988

11. Pehnt, Martin (2006), "Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies", Renewable Energy: An International Journal 31 (1): 55–71,doi:10.1016/j.renene.2005.03.002

12. Cornelissen, Reinerus Louwrentius (1997), Thermodynamics and sustainable development; the use of exergy analysis and the reduction of irreversibility

13. California Sustainability Alliance, Cynthia Truelove, Senior Water Policy Analyst, California Public Utilities Commission,videos, sustainca.org

14. P. Torcellini, N. Long, and R. Judkoff; Consumptive Water Use for U.S. Power Production

15. Rachelle Hill and Dr. Tamim Younos; Water Cooler, The intertwined tale of energy and water

16. Martha Krebs; Energy Use in California Assembly Committee on Water, Parks and Wildlife, February 20, 2007

17. Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.

18. Life Cycle Assessment - water.unsw.edu.au

Ver também

• Análise do ciclo de vida