Indústria 4.0: Caminhos para a Transição Energética

Por: André Lins, Diretor da Pentagro Soluções Tecnológicas

A energia é vital para a vida e para processos de mudança no mundo, sendo a capacidade de um sistema gerar trabalho, movimento ou mudanças. Ela se apresenta de várias formas, como energia: cinética, potencial, térmica, elétrica, química e nuclear. Pelo princípio da conservação, a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma para outra.

O desenvolvimento e evolução da sociedade humana estão intimamente ligados ao domínio e uso da energia ao longo da história, influenciando diretamente o desenvolvimento econômico, tecnológico e social das civilizações. O uso eficiente e sustentável da energia é e continuará sendo um desafio fundamental à medida que buscamos equilibrar o crescimento econômico com a preservação ambiental e o bem-estar social.

Durante as três primeiras Revoluções Industrias, ocorrida entre o final do século XVII até a primeira década do século XXI, a fonte primária de geração de energia foi predominantemente a fóssil. Na primeira revolução industrial, a fonte primária era o carvão mineral. Na segunda, se juntou ao carvão os combustíveis oriundos do petróleo. A terceira revolução industrial foi marcada pela diversificação das fontes, tendo o petróleo como principal protagonista, mas acrescido também de gás natural, energia nuclear, carvão, e o início da utilização de fonte renováveis como biocombustíveis, eólica e solar.

A partir da segunda década do século XXI, teve início a Quarta Revolução Industrial, um período marcado não apenas por grandes avanços tecnológicos, mas também por um significativo movimento em direção à transição energética. A substituição de fontes fósseis por fontes sustentáveis tornou-se uma necessidade global, devido ao desequilíbrio causado pelo excesso de CO2 e outros gases poluentes na atmosfera, resultando em consequências desastrosas para o clima do planeta.

Atualmente no Brasil, a utilização de fontes renováveis de energia tem uma participação próxima a 50% do total. Já no setor elétrico, o Brasil possui uma das matrizes mais limpas do mundo, com participação das fontes renováveis acima de 90%.

O maior consumidor de fontes fósseis na matriz energética brasileira atualmente está no setor de transportes, apesar da representatividade de 24% de biocombustíveis. A franca expansão da frota de veículos automotivos elétricos e hibrido no Brasil é uma realidade no mercado, porém, a sua representatividade ainda é baixa, representando algo em torno de 0,2% da frota total de veículos.

Caso ocorresse uma transição imediata onde todos os 120 milhões de veículos automotivos em território nacional fossem elétricos e, todos os 130 bilhões de combustíveis consumidos por ano na forma de diesel, gasolina e etanol fossem substituídos por energia elétrica na rede, isso ocasionaria uma necessidade, além da construção da infraestrutura necessária para carregamento desses veículos, de adicionar mais 325 TW.h de energia elétrica à rede, ou seja, 52% a mais de energia elétrica do que foi gerada em 2023.

O cenário nacional de transição total da frota veicular puramente elétrico (EV) sugere algo improvável para os próximos 20 anos devido às restrições técnicas, logísticas e econômicas que se apresentam. O mais provável é que a frota de EVs continue crescendo gradativamente até ocupar o nicho de mercado composto por pessoas que se locomovem predominantemente em espaço urbano e que tenham disponibilidade de carregamento doméstico, de preferência, tendo como fonte de energia as placas fotovoltaicas. Agora, no curto e médio prazo, por conta das vantagens econômicas, sociais e ambientais, a tendência é a ocupação de um modelo intermediário de eletrificação, principalmente voltado para os veículos híbridos Flex (HEV Flex) e os híbridos plug-in Flex (PHEV Flex).

Atualmente, gramas de dióxido de carbono equivalente emitido por unidade de energia (gCO2 eq./MJ) ou por quilômetro rodado (gCO2 eq./km) são métricas mais comumente usadas para avaliar a sustentabilidade de um veículo em termos de emissões de gases de efeito estufa e impacto ambiental. No entanto, é fundamental considerar a fonte primária de geração dessa energia no cálculo do ciclo de vida desses veículos, pois, ao contrário do senso comum, a eletrificação da frota veicular não garante necessariamente que a fonte energética seja sustentável. No Brasil, isso pode até ser parcialmente verdadeiro, mas em grande parte do mundo não é, já que prevalece uma matriz elétrica “suja” que utiliza combustíveis fósseis como fonte primária, o que reduz drasticamente a sustentabilidade ambiental dessa alternativa.

Atualmente as principais fontes primárias de energia limpas são hidráulicas, eólica e a solar. Os biocombustíveis, como por exemplo o etanol, tem como fonte primária a radiação solar que é utilizada pela planta durante a fotossíntese para converter a energia solar em energia química, armazenada sob a forma de açúcares e biomassa. Além disso, esse processo é um grande sequestrador de CO2 do meio ambiente, o que lhe permite entrar na classe de energias de fontes renováveis, pois todo o CO2 obtido na utilização da energia no destino final, é totalmente capturado no plantio da cana-de-açúcar ou do milho.

É possível que em algum momento exista uma competição saudável entre utilização de fonte solar por meio de usinas fotovoltaicas e a cana-de-açúcar, mas atualmente, apesar da produtividade em kW.h/ha pender para as placas fotovoltaicas, o custo do kW.h por hectare pende para a produção de cana-de-açúcar. De um lado os custos de capital envolvidos na implantação de usinas fotovoltaicas têm diminuído, por outro lado, o aumento de disponibilidade de energia oriunda da cana tem aumentado, tais como: bioeletricidade, biogás, e etanol de segunda geração.

Globalmente, um dos maiores desafios da transição energética é a armazenagem e o transporte de energia sustentável. No Brasil, ao contrário de outros países, já se utilizam formas de armazenagem de energia renovável, como hidráulica, biomassa e biocombustíveis. No Mundo, o hidrogênio verde, gerado a partir de fontes renováveis, é considerado chave para um sistema energético mais limpo e sustentável devido à sua versatilidade, emissões zero, alta densidade energética e capacidade de armazenar e transportar energia. Contudo, por ser altamente inflamável e leve, o hidrogênio verde apresenta desafios técnicos e econômicos em seu manejo, armazenagem e transporte. Assim, dificilmente será transportado em larga escala em sua forma natural, mas de forma indireta, como hidretos metálicos, materiais de adsorção ou portadores químicos, como etanol e amônia verde.

Utilizar a molécula de etanol para transporte e armazenagem de energia, e posteriormente convertê-lo em hidrogênio verde próximo ao ponto de uso, por meio de um processo químico, é uma estratégia potencialmente viável em certos contextos. Essa abordagem pode aproveitar as infraestruturas existentes de armazenamento e transporte, melhorar a segurança e a eficiência logística, além de contribuir para a redução das emissões de carbono. No entanto, a viabilidade econômica e técnica dependerá dos avanços nas tecnologias de reforma e células de combustível, bem como da disponibilidade do biocombustível em escala.

Há grande expectativa na viabilidade técnica e econômica dos veículos elétricos com células a combustível de etanol (e-FCEV). Esta tecnologia pode substituir os ineficientes motores de ciclo Otto, que têm cerca de 27% de eficiência, por e-FCEVs com o dobro ou mais de eficiência. Com a evolução dessa tecnologia e outras iniciativas, é possível alcançar emissões de g CO2 eq./km cada vez mais próximas de zero.

Para ler o artigo na íntegra, veja a versão publicada na Revista Opiniões Ago-Out 2024 – OpAA81) na temática sobre Transição Energética: https://sucroenergetico.revistaopinioes.com.br/pt-br/revista/detalhes/4-industria-40-caminhos-para-transicao-energetica/