Nosso futuro mix energético

Previsão de sistemas de energia

Muito poucos tópicos são tão complexos e importantes como o futuro mix energético da nossa civilização. Dependendo de a quem você perguntar, é impossível se livrar da dependência dos combustíveis fósseis, ou as energias renováveis ​​assumirão o controle em um ritmo vertiginoso. A realidade é obviamente complexa e é muito difícil prever o futuro da energia.

Neste artigo, analisaremos a nossa situação actual, veremos os poucos cenários possíveis e, mais importante, que mudanças económicas ou tecnológicas tornarão um cenário mais provável de acontecer do que o outro.

Onde Estamos

Se existe até agora um padrão no nosso uso crescente de energia, é que novas fontes de energia tendem a ser adicionadas ao nosso cabaz energético, em vez de substituir as anteriores.

Por exemplo, ainda utilizamos tanta, se não mais, biomassa (principalmente madeira) do que em 1800, antes da Revolução Industrial. Da mesma forma, o consumo de carvão só aumentou principalmente ao longo do tempo, ao qual foi adicionado petróleo, gás e, em seguida, energia hidroeléctrica, nuclear e energias renováveis.

Fonte: Nosso MundoInData

Isto pode ser uma surpresa, considerando o progresso aparentemente registado na nossa produção de electricidade com energias renováveis. Isto se deve a múltiplas causas:

• A China, líder em nova capacidade de energias renováveis ​​e transição para veículos elétricos, também é líder na construção de usinas de energia a carvão.
• A maior parte do consumo de energia primária não é utilizada para gerar eletricidade. Em vez disso, a maior parte do nosso consumo de energia provém da mobilidade, do aquecimento e de utilizações industriais, como a produção de aço e a petroquímica (produção de fertilizantes, plásticos, produtos farmacêuticos, produtos químicos, etc.).
• O crescimento populacional e a saída de milhares de milhões de pessoas da pobreza extrema significaram um aumento do consumo de energia, sendo a opção mais barata disponível frequentemente o carvão. Assim como mais consumo de carne, ar condicionado, carros, viagens de avião, etc.
• Globalização da economia, levando a muito mais transporte de mercadorias, incluindo múltiplos movimentos de ida e volta de matérias-primas, peças semitransformadas e produtos finais.
• Industrialização da agricultura, aumentando os rendimentos e reduzindo a mão-de-obra necessária, mas também aumentando o consumo de combustíveis fósseis e fertilizantes.

Para qualquer pessoa preocupada com as alterações climáticas e as emissões de carbono, isto pode constituir uma perspectiva deprimente, com os combustíveis fósseis firmemente enraizados no nosso cabaz energético global. Mas este também não é realmente o quadro completo.

A mudança contínua

De apenas uma boa teoria em 2016, os carros eléctricos (VE) são agora uma parte em crescimento exponencial das vendas globais, com mais de 10 milhões de carros eléctricos vendidos em 2022, ou 14% das vendas globais, com a China e a Europa a liderar.

Fonte: IEA

A quota de energias renováveis ​​(hídrica + solar + eólica + geotérmica) também está a crescer rapidamente. E embora alguns países estejam no topo desta lista há muito tempo, devido aos enormes recursos hidroelétricos (como a Noruega, o Brasil ou o Canadá), a energia solar + eólica é realmente onde a mudança está a acontecer.

Fonte: Nosso mundo em dados

Uma análise por país mostra o claro ponto de inflexão em 2010, quando as energias renováveis ​​muitas vezes mais do que duplicaram, normalmente inteiramente influenciadas pelo crescimento da produção solar e eólica. Por exemplo, China e Austrália:

Fonte: Nosso MundoInData

Fonte: Nosso MundoInData

Um grande impulsionador desta mudança foi um declínio acentuado nos custos das energias renováveis. Impulsionados igualmente pela inovação tecnológica e pelo aumento da produção industrial, isto tornou as energias renováveis ​​cada vez mais competitivas. Pelo menos no papel, as energias renováveis ​​parecem agora mais baratas que os combustíveis fósseis (mais sobre isso abaixo), conforme mostrado pela IRENA (Agência Internacional de Energia Renovável).

Fonte: IRENA

Os desafios

Nos últimos anos, uma situação estranha começou a surgir. O rápido declínio dos custos das energias renováveis ​​convenceu muitas pessoas de que os combustíveis fósseis iriam seguir o caminho dos dodôs em breve.

Fonte: Twitter/X

Mas nos últimos anos, alguns choques macroeconómicos colocaram esta ideia em causa. A guerra na Ucrânia desencadeou uma inflação maciça e forçou países como a Alemanha a reiniciarem a sua dependência do carvão.

E essa mesma inflação prejudicou gravemente a rentabilidade dos projectos renováveis ​​planeados. Enormes projetos eólicos offshore foram cancelados, provocando queda no preço das ações de empresas solares e eólicas, este tem sido um período doloroso. Você pode ler mais sobre o que acontece em nosso artigo “A crise das energias renováveis ​​de 2023".

Até as vendas de EV são questionadas, depois o adiamento ou cancelamento da estratégia de EV por parte de grandes fabricantes, como GM, Ford ou Honda.

Intermitência das energias renováveis

Uma questão importante que precisará ser resolvida é o armazenamento de energia. A produção de energia eólica e solar depende do clima e pode ser temporariamente desconectada da demanda. Este é um problema para uma rede eléctrica que exige produção “just-in-time” e um equilíbrio perfeito e instantâneo entre produção e procura.

Existem muitas alternativas possíveis, mas as tecnologias estão apenas a começar ou não foram implementadas em grande escala a breve prazo. Isto leva a excedentes de energia durante o dia e/ou verão e escassez à noite e/ou inverno.

O problema não é insolúvel, mas requer políticas bem coordenadas e mais investimento em redes eléctricas.

E, francamente, admitindo também que os custos “reais” das energias renováveis ​​deveriam incluir os custos do armazenamento de energia. As energias renováveis ​​poderão ainda não ser totalmente mais baratas do que os combustíveis fósseis, pelo menos quando se tornarem uma grande parte da produção eléctrica do país.

O Llimites de baterias

A preocupação com a continuidade da adoção de VE deve-se a limitações tecnológicas semelhantes. Embora os primeiros adotantes estivessem satisfeitos com custos iniciais mais elevados, menor autonomia ou tempo de carregamento mais lento do que os veículos ICE (Motor de Combustão Interna), outros compradores podem não estar. A escassez de lítio que impulsionou o preço do metal branco também causou algumas preocupações.

Felizmente, novas tecnologias de baterias surgirão em breve, desde baterias chinesas de iões de sódio até baterias de estado sólido, que deverão ajudar a reduzir os preços dos veículos eléctricos e anular preocupações legítimas, como a ansiedade de autonomia ou os riscos de incêndio.

Demanda de energia difícil de mudar

E então, é simplesmente difícil abandonar parte do consumo de energia dos combustíveis fósseis. Por exemplo, transporte de longa distância ainda requer um combustível muito denso e líquido para funcionar. Voar também requer uma fonte de energia com densidade energética muito alta, que as baterias por enquanto não são capazes de fornecer. A maior parte da produção de plástico depende do petróleo, dos fertilizantes do gás e do aço do carvão metalúrgico.

Também aqui existem soluções, mas são tecnologias um tanto imaturas e longe de serem implementadas globalmente.

Tecnologias que mudam o jogo

As prováveis ​​mudanças no jogo

Já existem algumas soluções para ajudar a relançar o crescimento das energias renováveis ​​e da tecnologia de baixo carbono.

Inovação Nuclear

Ainda controversa, a energia nuclear é, no entanto, uma tecnologia de baixo carbono que podem ser necessários para preencher a lacuna em direção a um futuro impulsionado pelas energias renováveis.

Os Pequenos Reatores Nucleares (SMRs) são outro setor que recentemente sofreu com más notícias devido ao aumento dos custos, ligados à inflação global. Mas, em qualquer caso, a tecnologia nuclear está a passar por um renascimento, com novos projetos mais seguros voltados para reatores menores (SMRs e microrreatores), ou mesmo novos combustíveis como tório. Enquanto isso, China está construindo 24 novos grandes reatores nucleares, e planejando um total de tantos como 150 reatores.

Melhores energias renováveis

A redução dos custos em comparação com os combustíveis fósseis provavelmente continuará a ser uma tendência duradoura. Isto é especialmente verdadeiro para a energia solar, com inovações como células solares de película fina ou células solares de 3ª geração (silício amorfo, polímeros orgânicos ou cristais de perovskita).

Os projetos de baterias à escala dos serviços públicos também ajudarão, com mais do triplo da capacidade atual até 2025.

Fonte: EIA

Baterias de estado sólido

Todos que trabalham com tecnologia de baterias sabem que as baterias de estado sólido, que não requerem os eletrólitos líquidos da bateria de lítio atual, serão uma virada de jogo. E muitas empresas estão falando em lançar sua própria versão de baterias de estado sólido já em 2026-2029. Isso inclui QuantumScape (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS) e Samsung SDI (006400.KS). Enquanto Tesla (TSLA) está trabalhando sua própria alternativa às baterias de estado sólido.

A virada do jogo especulativo

Algumas outras tecnologias são menos maduras, mas ainda mais promissoras e provavelmente serão a forma como obteremos a nossa energia em 2040-2050 e em diante.

Surgeradores Nucleares

Uma grande preocupação com as usinas nucleares são os resíduos nucleares. Surgeradores (ou “criadores”) podem consumir esses resíduos nucleares e transformá-los novamente em energia e combustível nuclear. Isto poderia tornar o combustível nuclear disponível virtualmente ilimitado e reduzir enormemente a questão dos resíduos nucleares. Um bônus é que esta tecnologia não é realmente nova, como foi usado pela França até 1997, portanto é apenas especulativo devido à dificuldade política em torno da energia nuclear.

Solar baseado no espaço

Produzir energia solar a partir da órbita resolveria de uma vez todos os problemas da energia solar: sem intermitência, sem nuvens, sem declínio da produção no inverno. Com a Internet espacial se tornando repentinamente uma realidade, Starlink, isso não é tão estranho quanto parece.

É algo que investigamos mais detalhadamente em nosso artigo “Da ficção científica às alturas: os painéis solares em órbita são uma ideia brilhante?"

Geotérmica

Uma fonte de energia renovável até agora negligenciada e capaz de fornecer energia de base 24 horas por dia, 7 dias por semana, é a energia geotérmica. Isto está finalmente mudando, com empresas como a Vulkan Energy (VUL.AX), Tecnologias Ormat (ORA), E Eavor. Estas empresas, um tanto ironicamente, reaproveitam os avanços na perfuração e no fracking feitos pela indústria petrolífera para explorar as fontes de calor da Terra. (Cobrimos Ormat neste artigo e Vulcano neste).

Combustíveis sintéticos

A energia gerada a partir de fontes renováveis ​​(ou mesmo nuclear) poderia ser usada para sintetizar gás ou combustíveis líquidos. Isso inclui hidrogênio, amônia, gás de síntese, or combustíveis sintéticos.

Outra opção para o combustível sintético poderia ser aproveitar a biologia e usar microalgas para gerar biocombustíveis (ver “Biocombustível de algas: a próxima revolução energética?”) ou biofermentadores para produzir biogás e biometano provenientes de resíduos de matéria orgânica.

Esses combustíveis poderiam então ser usados ​​em aviões, navios e outras aplicações que exijam combustíveis muito densos ou temperaturas de combustão muito altas (como a fabricação de aço).

Fusion

A energia de fusão visa criar energia através da fusão de elementos leves como o hidrogénio, recriando na Terra o processo que alimenta o próprio Sol. Com temperaturas que variam entre milhões e centenas de milhões de graus, este é um imenso desafio tecnológico.

Também forneceria energia limpa, não produzindo nem carbono nem resíduos nucleares, com um fornecimento ilimitado de “combustível”, uma vez que o hidrogénio é o átomo mais abundante no universo.

O maior projecto de fusão é o consórcio internacional de pesquisa ITER, com muitas startups também perseguindo o sonho da fusão nuclear, incluindo hélio, Fusão geral, Fusão da Comunidade, Tecnologias TEA, ZAP Energiae NEO Fusão (financiado pelo fabricante chinês de veículos elétricos Nio).

A(s) Futura(s) Combinação(s) de Energia

Embora sejam provavelmente promissores a longo prazo, examinaremos principalmente possíveis combinações energéticas sem quaisquer dos “revolucionários especulativos” discutidos acima, ao olharmos para o horizonte de 2040.

A EIA (Energy Information Administration) divulgou múltiplos cenários, dependendo do crescimento económico e da adoção ou não de tecnologia de baixo carbono.

Na maioria dos casos, espera-se que o uso de energia continue crescendo, com os combustíveis fósseis ainda gerando a maior parte da energia mundial até 2050. Agora, esta é uma projeção se nenhuma lei mudar e os investimentos em energia permanecerem alinhados com a tendência atual.

Fonte: EIA

Negócio como de costume

Este é um cenário deprimente para quem presta atenção às alterações climáticas. Assume que o carvão, o gás e o petróleo continuarão durante as próximas duas décadas a força dominante no nosso sistema energético, produzindo a maior parte da nossa energia.

Isto está longe de ser impossível, como ilustrado pelo recente regresso da Alemanha ao carvão, apesar de o país ser amplamente visto anteriormente como um defensor das energias renováveis ​​e da transição energética.

A estrada da alta tecnologia

Outra opção é as nossas sociedades abraçarem a mudança tecnológica no que diz respeito à energia. Isto inclui energias renováveis, mas também energia nuclear massiva, provavelmente tanto do tipo convencional como do tipo mais pequeno ao mesmo tempo.

Este é um cenário em que a geração de energia a partir de combustíveis fósseis é precificada por alternativas melhores ou totalmente proibida por lei.

É também um cenário em que os VE continuam a ser adotados rapidamente, provavelmente graças às novas tecnologias de baterias.

Embora a energia nuclear produza energia de base e capacidades de inverno, as energias renováveis ​​podem gerir a produção excedentária de combustíveis líquidos para descarbonizar a aviação, a navegação e a indústria pesada.

A estrada do baixo consumo

Considerando a fome de energia do mundo em desenvolvimento, incluindo não só a China, mas também a América do Sul, a África, a Índia e a Indonésia, este não parece ser um cenário muito provável.

De alguma forma, envolveria “escolher” o verdadeiro decrescimento e, provavelmente, em média, um declínio nos padrões de vida, com especialmente menos viagens e comércio internacional. A agricultura desindustrializa-se até certo ponto, a actividade industrial diminui e as economias globais tornam-se muito mais locais.

Um tal cenário deveria muito provavelmente ser imaginado em paralelo com enormes tensões internacionais, guerra ou uma depressão global, explicando a diminuição repentina das actividades económicas, uma vez que uma escolha voluntária de uma produção mais baixa parece improvável tanto em países democráticos como em países autocráticos.

O cenário confuso

Este é um cenário onde tudo acontece ao mesmo tempo. Os combustíveis fósseis estão em ligeiro declínio, mas não foram totalmente eliminados. O carvão está, em geral, a ser eliminado gradualmente, mas o petróleo e o gás nem tanto. Alguns países apostam na energia nuclear, outros nas energias renováveis, outros mantêm os negócios como sempre.

A eletrificação e a descarbonização ocorrem, mas a um ritmo mais lento do que o desejado. As emissões de carbono permanecem nesse cenário muito acima do cenário zero líquido previsto pelo GIEC para evitar que as temperaturas globais subam demasiado.

Isto não é muito diferente dos cenários de AIA mencionados acima. Mais tarde, a captura de carbono poderá ser implementada para acelerar a descarbonização e reverter algumas das emissões anteriores.

O cenário inovador

É feito um avanço na geração de energia, permitindo energia abundante, e a solução pode ser rapidamente implantada em todo o mundo.

Poderia ser um declínio drástico da infraestrutura solar orbital através de uma nova corrida espacial entre a SpaceX e as empresas chinesas.

Ou um enorme sucesso para o ITER no lançamento em 2025-2026.

Ou novos designs revolucionários em tecnologia solar e de baterias.

Tais mudanças são, por natureza, quase impossíveis de prever ou quantificar. Mas também não devem ser totalmente descartados.