13 de março de 2012 60 anos – UNISAL - Centro Salesiano Demétrio Bastos Netto

1. 13 de março de 2012 60 anos – UNISAL - Centro Salesiano Demétrio Bastos Netto ÁGUA DO MAR PEGA FOGO ? O MAR COMO FONTE DE ENERGIA

2. ÁGUA DO MAR: DEVÍAMOS SIMPLESMENTE QUEIMÁ-LA? OU, QUEM SABE, ANTES DISSO, OLHAR UM POUCO NOSSO MAR COMO FONTE DE ENERGIA? Esta é a 3a. vez em 15 anos que discuto em público este tópico A última vez foi em Brasília, no COBEM 2007 Agora, na UNISAL em LORENA

3. Meus amigos: Como muitos dos Srs. Sabem, mercê de minha idade tive entre muitos deveres, duas funções que muito me honraram: a Coordenação da RNC e a chefia do LCP. Entretanto apenas alguns sabem que nosso LCP já foi um Depto. de Energia. Com isto em mente, ao ser convidado mais uma vez para falar sobre tema livre, decidi, sem imaginar que devesse talvez me ater apenas às nossas engenharias, prestar homenagem a dois colegas nossos que, vivendo décadas antes de seus tempos, ensinaram-me com entusiasmo, paciência e imaginação, o pouco que sei:

4. O Alte. PAULO DE CASTRO MOREIRA da SILVA e O Dr. BELA JOHN EDWARD ZETTL

5. A primeira parte do título de nossa apresentação: ÁGUA DO MAR: “DEVÍAMOS SIMPLESMENTE QUEIMÁ-LA?” parece um poucoestranha. Entretantohápoucosanos, no dia 09/09/2007 apareceu um Artigopor David Templeton na Pittsburgh Post-Gazette com o título: “Salt water as fuel? Erie man hopes so” Eis o Artigo original a mimenviado via E-Mail por amigo, tambémengenheiro, que, ao fazê-lo, certamentenãoacreditavaemsuaimediatavalia:

6. Saltwater as fuel? Eriemanhopesso Sunday, September 09, 2007 By David Templeton, Pittsburgh Post-Gazette For obviousreasons, scientistslonghavethoughtthatsaltwatercouldn'tbeburned. SowhenanEriemanannouncedhe'dignitedsaltwaterwiththeradio-frequencygeneratorhe'dinvented, some thought it a was a hoax. John Kanzius, a Washington Countynative, tried to desalinateseawaterwith a generatorhedeveloped to treatcancer, and it caused a flash in thetesttube. Withindays, hehadthesaltwater in thetesttubeburninglike a candle, as long as it wasexposed to radio frequencies. Hisdiscoveryhasspawnedscientificinterest in usingtheworld'smostabundantsubstance as cleanfuel, amongother uses.

7. Rustum Roy, a Penn State University chemist, held a demonstration last week at the university's Materials Research Laboratory in State College, to confirm what he'd witnessed weeks before in an Erie lab. "It's true, it works," Dr. Roy said. "Everyone told me, 'Rustum, don't be fooled. He put electrodes in there.' " But there are no electrodes and no gimmicks, he said. Dr. Roy said the salt water isn't burning per se, despite appearances. The radio frequency actually weakens bonds holding together the constituents of salt water -- sodium chloride, hydrogen and oxygen -- and releases the hydrogen, which, once ignited, burns continuously when exposed to the RF energy field. Mr. Kanzius said an independent source measured the flame's temperature, which exceeds 3,000 F (~ 1,650 C), reflecting an enormous energy output.

8. As such, Dr. Roy, a founding member of the Materials Research Laboratory and expert in water structure, said Mr. Kanzius' discovery represents "the most remarkable in water science in 100 years.” But researching its potential will take time and money, he said. One immediate question is energy efficiency: The energy the RF generator uses vs. the energy output from burning hydrogen. Etc. Etc. 1375.73 K

9. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.1 - Introdução 1.2 - Gradiente Térmico dos Oceanos 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos 1.3 - Gradientes de Salinidade - Osmose 1.4 - A Energia das Marés 1.5 - Energia das Ondas 1.6 - Energia das Correntes 1.6.1 - Limite de BETZ 1.7 - Energia da Biomassa 1.8 - A Fusão Termonuclear Controlada 1.9 - Emprego Conjugado da Energia Solar com os Gradientes do Oceano

10. COMO VEEM SÃO 09 TÓPICOS, MUITA COISA PARA NOSSO “POUCO” TEMPO. ASSIM, CHAMO A ATENÇÃO DE VV. PARA DUAS COISAS: 1-APESAR DO RUGIR DE SEUS VENTOS, DO BRAMIR DE SUAS ONDAS E DA RIQUEZA DE SUA BIOMASSA O MAR É MUITO MAIS TÉRMICO QUE MECÂNICO OU BIOLÓGICO. ALIÁS ATÉ MESMO O POTENCIAL DA EXPLORAÇÃO DE SEU GRADIENTE DE SALINIDADE É ORDEM DE MAGNITUTE MAIOR QUE O MECÂNICO OU DE BIOMASSA; 2-ASSIM OLHAREMOS APENAS AQUELES ASPECTOS (I.E., O TÉRMICO E O DO GRADIENTE DE SALINIDADE) ALÉM OBVIAMENTE DAQUELE QUE GUARDA O FUTURO DA RAÇA HUMANA

11. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.1 - INTRODUÇÃO O homem não deve viver do planeta que habita, mas sim conviver com ele. É fato sabido que para esta metade do século XXI está prevista uma demanda de eletricidade de 1028 erg (2,7x105 TWh). Por outro lado 3/4 da superfície da Terra são cobertos por água. Assim, dos 600x106 TWh de energia solar que aqui chegam anualmente, 120x106 TWh são absorvidos e armazenados pelos oceanos, sob a forma de energia térmica, química, mecânica e bioquímica (o balanço sendo principalmente refletido). Para se ter uma idéia da proporção dessa energia no balanço global, basta lembrar que os três primeiros metros da camada superficial do oceano armazenam mais energia solar que toda a atmosfera (e aí estão incluídos os ventos, da brisa ao furacão). Vale a pena listar por seu potencial as grandes energias utilizáveis do oceano cujas técnicas (e sugestões de técnicas) de aproveitamento discutiremos a seguir. Vale a pena listar por seu potencial as grandes energias utilizáveis do oceano cujas técnicas (e sugestões de técnicas) de aproveitamento discutiremos a seguir.

12. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA AS GRANDES ENERGIAS UTILIZÁVEIS NO OCEANO A) A EXPLORAÇÃO DO GRADIENTE TÉRMICO ENTRE A SUPERFÍCIE E 0 FUNDO: 40 BILHÕES DE MW. B) A EXPLORAÇÃO DOS GRADIENTES DE SALINIDADE (POR EXEMPLO), NA FOZ DOS RIOS: 1,4 BILHÕES DE MW. C) A EXPLORAÇÃO DAS CORRENTES MARINHAS: 5 MILHÕES DE MW. D) A EXPLORAÇÃO DAS MARÉS: 2,7 MILHÕES DE MW. E) A EXPLORAÇÃO DAS ONDAS: 2,5 MILHÕES DE MW. F) APROVEITAMENTO DO POTENCIAL DE BIOMASSA (ASSUMINDO UMA EFICIÊNCIA DO PROCESSO FOTOSSINTÉTICO DE 2%): 274 MILHÕES DE MW.

13. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2 - GRADIENTE TÉRMICO DOS OCEANOS Então, como vimos, o mar apesar de “mecânico” em sua aparência – “o bramir das ondas, a força das correntes marinhas, etc” - é muito mais “Térmico” (aliás, até o potencial osmótico é muito maior que o mecânico). O oceano (como a atmosfera) apesar das aparências, está sob o domínio da Energia Térmica. Basta lembrar que toda a energia mecânica dissipada no oceano (em suas diversas formas) é no máximo da ordem de 0,1% da energia que o mar entrega à atmosfera no processo de evaporação. Assim a energia mecânica marinha é apenas um subproduto, irrisório até mesmo se comparada com o fluxo térmico das camadas profundas do oceano.

14. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2 - GRADIENTE TÉRMICO DOS OCEANOS Fato é que embora longe de ser insignificante o fluxo da energia mecânica do oceano: - arrebentação das ondas na costa: 6x10-3 W/m2 - marés: 3x10-3 W/m2 - correntes: 3x10-3 W/m2 - ondas ao largo: 3 x 10-4 W/m2 ela se amesquinha diante da energia térmica: somente por evaporação o oceano transmite à atmosfera 75 W/m2 Assim o gradiente térmico é, de longe, o principal recurso utilizável, com cerca de 40 bilhões de Megawatts, excedendo com folga os 32 bilhões estimados para o consumo da humanidade neste Milênio recém-iniciado.

15. Distribuição de temperatura e nitratos no oceano. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano A quase-opacidade da água à radiação solar (especialmente nos maiores comprimentos de onda, do infravermelho próximo em diante) dá aos oceanos uma estrutura térmica característica que, na figura ao lado está representada para o oceano brasileiro:

16. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano Na realidade, a figura anterior é típicaparatodososoceanos (com exceção dos polares), isto é 76% de suaságuas tem umatemperaturamenorque 4ºC, a temperaturamédia dos oceanossendo de 3,52ºC (próximafigura). Masissonão é tudo. Deve ser lembradoqueessaságuasprofundas e frias, nãopenetradaspelaluzcontémmuitasvezesmaisnitratos (verfigura) , fosfatos e silicatos (os sais nutrientes) que as águassuperficiais. A exposiçãodessaságuasprofundas à luz solar seriasuficienteparamultiplicar a produçãoorgânica do oceanoporfator da ordem de 100 (hojelimitadaexatamentepelaescassezdesses sais nazonaeufótica). Assim, a camada superficial dos oceanos (50 a 100 metros de espessura) representaumareserva de energiatérmicadisponívelpara o homemque nada mais é do queenergia solar armazenada. Aquelesquecriticam a energia solar pelofato de que, nãosendoconstantenemmesmo regular, eladeve ser armazenada - operaçãodifícil - esquecem-se que o oceano (72% da superfície do globo) tem comosuafunçãogeofísica principal, exatamenteaquela de armazenar a energia solar. As zonastropicais e equatorial, assim se constituem no reservatório principal destaenergia. Infelizmenteestaenergia é armazenadanumatemperaturarelativamentebaixa (cerca de 25ºC).

17. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano Percentagemvolumétrica das águasoceânicasemdiferentestemperaturas. Observemque a TemperaturaMédia dos oceanos é de 3,52 oC

18. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.1 - A Reserva Térmica do Oceano Todos sabem é “impossível operar uma máquina térmica trocando calor com uma só fonte” (esta é uma maneira de se apresentar a 2a LEI DA TERMODINÂMICA). O que caracteriza o oceano entretanto é que, próximo à esta imensa “fonte quente”a 25º C existe uma fonte fria praticamente inexaurível de água gelada (4ºC ou menos!). Daí a idéia já antiga – D´Arsonval propôs seu emprego em 1881 de se montar uma máquina térmica usando a água da superfície do oceano como fonte quente (25ºC) e a água profunda como fonte fria.

19. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos CICLOS TERMODINÂMICOS DE SISTEMAS OTEC (I) (A) CONCEPÇÃO DE CICLO ABERTO.

20. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos G. Claude gerouem 1930 22 kWeem Cuba (Baía de Matanzas) usandoumadiferença de temperatura de apenas 13º C. Companhias de utilidadespúblicasfrancesasprojetaramdiversasusinasparaoperarem no Caribe e na Costa Oeste da África entre 1940 e 1960. Em particular em 1956 (Abidjan) chegou-se a operarusinaque, com um ΔT = 22°C, gerava 15 MWe! Vale notar que tais projetos não foram levados adiante principalmente pela competição, em preço, de outras fontes de energia. Entretanto a crise de energia, levou cientistas e Organizações Governamentais em todo o mundo a renovarem seus interesses na aplicação da idéia de D´Arsonval.

21. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos O conceito de Ciclo Fechado (B) emprega como fluido de trabalho um material com baixo ponto de Fusão (Amônia, NH3), tem sido sugerido como primeira opção, embora haja outros candidatos tais como Buteno-1, Cloreto de Metila, Difluoretano e os refrigerantes R11, R12, R21, entre outros. A Amônia é vaporizada num trocador de calor (1-2) (evaporador) recebendo calor da água oceânica morna (- 25ºC). Este vapor trabalha numa turbina (2-3) que move um gerador produzindo eletricidade. O vapor de amônia é então condensado noutro trocador de calor (3-4) (condensador) pela água fria profunda (- 5°C) sendo dai bombeada (4-1) de volta para o evaporador, num ciclo de Rankine clássico.

22. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos CICLOS TERMODINÂMICOS DE SISTEMAS OTEC (II) (B) CONCEPÇÃO DE CICLO FECHADO.

23. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos Qualquer que seja a técnica empregada, a diferença de temperatura, ΔT entre a água de superfície e a água profunda é naturalmente um elemento chave na viabilidade econômica do processo. Estudos normalmente consideram um ΔT típico de 22°C. Entretanto vale notar que uma variação de 2ºC deste valor nominal pode acarretar até cerca de 25% de variação na potência líquida com impacto significante na economia da usina. Um valor de ΔT de 20ºC é considerado como um limite inferior para usinas economicamente viáveis. Isto restringe o emprego da OTEC às regiões tropicais. A eficiência térmica ideal (Carnot) é baixa, de 2 a 3%. Daí grandes volumes d’água com enormes superfícies de troca de calor são essenciais para que se obtenha quantidades razoáveis de potência líquida, o que resulta em usinas caras e grandes.

24. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos Por outro lado muitas são as aplicações propostas para tais sistemas e suas variações. 0 produto principal de uma usina OTEC é eletricidade. Esta eletricidade pode ser transmitida para uma malha local para consumo público. Entretanto, dependendo do ponto de geração, esta pode não ser a melhor solução. Tal eletricidade pode ser usada em processos de alto consumo de energia como na produção de Alumínio ou na fabricação de Amônia para fertilizantes ou até mesmo para a obtenção do combustíveis sintéticos em Pólos Petroquímicos Água doce é um subproduto direto das usinas OTEC de ciclo aberto, podendo também ser obtida indiretamente nas OTEC's de ciclo fechado (usando as águas quente e fria em dessalinizadores “flash” múltiplo estágio). A água fria pode ser usada em unidades de refrigeração para condicionamento de ar ou armazenagem de produtos refrigerados. A água fria, rica em sais nutrientes, pode ser usada em estações de maricultura. Dependendo do local e do mercado cada uma dessas aplicações tem maior ou menor potencial.

25. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos Em especial uma opção foi proposta para o NE brasileiro. Eis um esquema dessas aplicações: Aplicações da Tecnologia das Usinas OTEC.

26. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.2.2 - Sistemas de Conversão da Energia Térmica dos Oceanos c - Os efeitos biológicos (Biofouling) sobre os trocadores de calor e sobre o desempenho do sistema podem ser minimizados por contramedidas eficazes. d - 0 ciclo aberto é uma alternativa atraente para pequenas unidades devido a sua habilidade em produzir água doce. e - A construção de usinas de 100-400 MWe, flutuantes requerem desenvolvimento significativo de engenharia para o fundeio, para a tubulação de água fria e para os cabos de transmissão submersos, dado o estado atual da tecnologia.

27. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Como é bem sabido o processo de dessalinização custa dispêndio de energia. Será então que o processo oposto, ou seja, o salgamento de uma massa de água doce por outra, salgada, envolveria liberação de energia, eventualmente aproveitável? A resposta é afirmativa, e mais, não é difícil estimar-se a potência dissipada ao se misturar, por exemplo, as águas de um rio com as do oceano. Da Termodinâmica, a função de Helmholtz (ou função de energia livre ou função de trabalho) é: F = E – TS. Daí, dF = dE – TdS – SdT, onde T é a temperatura absoluta, E a energia interna e S a entropia do sistema.

28. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Por outro lado a relação bem conhecida: TdS = dE + pdV onde p é a pressão e V o volume, que é válida para uma substância pura, pode ser escrita, para uma mistura: onde μi é o potencial químico e Xié afração molar do componente i na mistura. Lembrem-se que ambas são válidas para quaisquer processos, reversíveis ou irreversíveis, pois envolvem apenas propriedades termodinâmicas, que como todos sabem, são funções de ponto.

29. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Assim, para um processo isotérmico tem-se que: Como na ausência de Reações químicas, dXi =0, a variação de Energia livre na mistura, (infelizmente dissipada sob a forma de calor, fica, restabelecido o equilíbrio, Da Físico-Química, (Ref. 2), as partículas do soluto numa solução obedecem à equação (Van´t Hoff, 1885): pV=nRT onde p é a pressão osmótica, R a Constante Universal dos Gases e n é o número de moles do soluto na solução.

30. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Da matemática, a função ln (1+x) pode ser escrita, para valores muito menores que 1 como : ln (1+x)  x, x<<1 Da Química “Em soluções eletrolíticas o soluto está dissociado em seus íons”. Assim, por exemplo, uma solução 0,01 molar de NaCl contém 0,02M de partículas (moles) (i.e., 0,01M de Na+ e 0,01M de Cl- ). Isto posto, considere-se uma massa d’água doce de volume V1 que é misturada numa massa muito maior d’água salgada de volume V2, concentração C2, V1/V2<<1, ambas as massas numa temperatura T. Vale lembrar que n, o número de partículas do soluto pode ser escrito, n=C2V2

31. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Então a energia W liberada na mistura daquelas águas pode ser escrita (restabelecido o equilíbrio) usando a equação: É interessante observar que o problema pode ser, modus in rebus, imaginado como uma “expansão” das partículas do soluto que no início ocupavam um volume V2 e no final passaram a ocupar um volume V1 + V2. O sinal menos mostra que tal energia sai do sistema (calor cedido, convenção clássica na Termodinâmica). Assim, multiplicando-se e dividindo-se o integrando por V,

32. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE e lembrando que pV = nRT onde n, R e T são constantes durante o processo. Então: Como V1/V2<<1, podemos escrever: e a energia liberada fica:

33. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Daí a potência pode ser inferida ( ), onde é a vazão volumétrica da água doce. Suponha-se então que 1m3/sec de água se mistura com uma imensa massa de água salgada de salinidade de 35 0/00 (leia-se 35 partes por mil) ambas a 20ºC. Então a potência dissipada no processo pode ser estimada e a partir da equação:

34. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Embora a concentração C2 possa ser medida com precisão, é possível estimá-la considerando-se o Cloreto de Sódio o único sal presente. Assim, tomando-se 1,02g/cm3 para a densidade da solução, e como 350/00 significam que em 1kg da solução existem 35g de NaCl de massa molecular 58,5 g/mol (23 + 35,5) então tal solução tem a molaridade de (35g/kg x 1,02kg/l)/58,5g/mol = 0,61 mol/l. Porém, como (mencionado anteriormente), existem 0,61 x 2 mol/l de partículas, i.e., 1,22 mol/l (0,61 M de Na+ e 0,61 M de Cl -). Daí, tomando-se C2 = 1,22mol/l encontra-se W = 2,97 Megawatts liberados para cada m3/sec de água doce que se mistura na solução de NaCl de 350/00 ambos à 20°C. Por outro lado sabe-se que a pressão osmótica medida da água do mar 35 0/00 a 20ºC é de 24,52atm (o uso da concentração estimada acima na equação pV=nRT forneceria p = 1,22 mol/l x 0,08205 atm-l/molK x 293K = 29,33 atm) o que corresponde a uma concentração efetiva de 1,019mol/l. Isto equivale a dizer que a água do mar se comporta osmoticamente como se contivesse cerca de 1 mol de partículas por litro.

35. RIOS VAZÃO (m3/seg) POTÊNCIA (GW) Totalidade dos rios 1,1 x 106 2600 Amazonas 2,0 x 105 470 La Plata-Paraná 8,0 x 104 190 Congo 5,7 x 104 130 Yangtse 2,2 x 104 52 Ganges 2,0 x 104 47 Mississipi 1,8 x 104 42 O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE A Tabela abaixo mostra a vazão dos principais rios do mundo e seu potencial energético sob o presente ponto de vista: Tabela - Potencial Osmótico dos Rios.

36. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Esse surpreendente potencial energético (aliás o segundo maior do Oceano, só perdendo para o Gradiente Térmico) é baseado no fenômeno da Osmose, cujo mecanismo foi observado à partir do final do século XVIII. A Osmose é uma propriedade das soluções que se relaciona com a difusão das moléculas do solvente (aqui a água) através de uma barreira que não permite a passagem fácil das partículas do soluto. Barreiras permeáveis à uma substância mas não à outra são chamadas de semipermeáveis. Vale mencionar que todas as membranas envolvendo as células dos organismos vivos exibem permeabilidade à água (tanto àquela do próprio corpo como em relação àquela do meio externo). A água, assim, atravessa a membrana em ambas as direções, mas o fluxo líquido é do lado da solução mais diluída (em soluto) para a solução mais concentrada (em soluto). Assim o volume da solução que tem mais soluto aumenta. Esta direção “líquida” do escoamento concorda com a tendência natural das moléculas de sofrerem difusão de uma região de mais alta para uma região de mais baixa concentração (aqui, do solvente).

37. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Por exemplo, considere-se o solvente puro separado de uma solução por uma membrana semipermeável como sugerido na próxima figura. O solvente atravessa a membrana entrando no compartimento da solução e fazendo subir o nível da solução no tubo à esquerda até que a pressão hidrostática da coluna de solução diluída no lado esquerdo seja suficiente para equilibrar a pressão de difusão das moléculas do solvente passando para a solução através da membrana (claro que também existe uma pequena migração do solvente da solução para o compartimento do solvente, apenas o efeito global é do lado do solvente para o lado da solução). A pressão hidrostática no equilíbrio, isto é, quando as moléculas do solvente estão passando através da membrana em ambas as direções em fluxos iguais, é a pressão osmótica p, da solução.

38. Parase medir a pressão osmótica não é necessário esperar-se o equilíbrio. Basta aplicar uma pressão hidrostática com um êmbolo no tubo do lado da solução. A pressão necessária para evitar o escoamento para o compartimento da solução é a pressão da solução, como já mencionado

39. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE A expressão para a determinação da pressão osmótica já foi dada (pV=nRT). Como se vê ela depende do número de partículas do soluto (e se são íons ou moléculas) por unidade de volume. A equação também pode ser escrita: onde M é concentração molar total das partículas do soluto, R a constante universal dos gases, R = 0,08205 atm-l/mol-K e T a temperatura absoluta em Kelvin.

40. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Osmose e Pressão Osmótica.

41. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE A descrição do fenômeno da osmose já sugere per se uma possível técnica de dessalinização (aliás já empregada) conhecida como osmose reversa, que consiste na aplicação de uma pressão superior à pressão osmótica (que no caso água pura/água do mar é de 24,52 atm aos 20°C) forçando as moléculas do solvente na solução a migrarem em maioria para o lado do solvente puro. E mais, é simples imaginar um esquema onde seria possível retirar-se energia da osmose propriamente dita: Esta idéia existe e ela consistiria em separar numa tubulação a água doce de um rio de uma coluna de água do oceano através de uma membrana semipermeável. Se essa coluna tiver 248,52m de altura, nada acontece, pois isso corresponde à 24,52 atm (ambas águas a 20 C e a água salgada assumida com densidade de 1,02g/cm3) que é a pressão osmótica. Entretanto, se a coluna de água salgada tiver, por exemplo, 100m então a água doce passará através da membrana para a água salgada, fazendo-a subir até 248,53 m. Esses 248,53 m poderão transbordar e em sua queda acionar uma turbina, gerando energia.

42. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.3 - GRADIENTES DE SALINIDADE - OSMOSE Geração de Energia - Osmose. Existem outras técnicas para aproveitarmos os gradientes de salinidade entre os oceanos e os corpos de água doce, que não discutiremos aqui pela falta de tempo. Tais são os casos da bombas osmóticas e dasbaterias dialíticas (entre as quais a célula de concentração eletroquímica).

43. Voltando à OSMOSE REVERSA é interessante a notícia a seguir, recebida por mim hoje cedo via computador , num pacote de novidades energéticas da VSE: Representantes da Aqua-Chem e da Vicel oficializaram na terça-feira (6/3) a criação da Aqua-Chem Brasil. A empresa, que irá operar na Zona Especial de Negócios de Rio das Ostras (RJ), produzirá equipamentos para geração de água potável e industrial para plataformas offshore do pré-sal. A água será tratada a partir do processo de dessanilização. A empresa criada, que já havia anunciado um conteúdo local superior a 60% na fabricação dos dessanilizadorespor osmose reversa, prevê produção para o segundo semestre deste ano. A jointventure deverá prestar serviços para a Petrobrás, demais estaleiros e consórcios nacionais.

44. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.8 - A FUSÃO TERMONUCLEAR CONTROLADA Propositadamente não incluída em Tabela, a fusão representa, na opinião do autor, a liberação final do ser humano para com o problema energético. Aliás, sem dúvida nem risco de sofismar ele (i.e., o próprio ser humano) deve à fusão sua própria existência, pois o sol nada mais é que um enorme forno de fusão termonuclear (não controlada pelo homem). Do mesmo modo que uma bomba atômica envolve a fissão não controlada e um reator nuclear envolve a fissão controlada, uma bomba de Hidrogênio é fusão não controlada, seu controle, que levará ao reator de fusão Termonuclear, é o sonho maior dos cientistas neste novo milênio.

45. Como se sabe a fissão nuclear envolve a ruptura de núcleo um átomo pesado (U235 ou Pu239) através de bombardeio de nêutrons, ocorrendo um “defeito de massa” i.e. a soma das massas obtidas é menor que a massa inicial, esta massa “desaparecida” sendo convertida em energia, proporcional ao quadrado da velocidade da luz, na famosa expressão atribuída a Einstein,

46. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.8 - A FUSÃO TERMONUCLEAR CONTROLADA Na reação de fusão onde átomos mais leves se fundem num mais pesado também ocorre o “defeito de massa”, a energia gerada sendo também proporcional à mc2, c - velocidade da luz. Acontece que, para que, por exemplo, dois átomos de Deutério se fundam formando um átomo de Hélio, mais um nêutron e liberando 3,1x1010 Joules por átomo de He é necessário trazer tais átomos à distância da ordem de cm o que equivale ao aquecimento local da ordem de milhões de graus Kelvin. E aí começam os problemas: nessa temperatura as substâncias envolvidas já há muito são gases (totalmente) ionizados, ou seja, plasmas. Como obter esse nível de temperatura que “dispare” a fusão? Na bomba de Hidrogênio clássica, todos sabem, a “espoleta” é uma bomba atômica. E num reator? Outro problema é, como conter este plasma tão aquecido que vaporizaria instantaneamente as paredes de qualquer recipiente?

47. A primeira parte, uma técnica possível é a da compressão do plasma,outra, a do aquecimento local através do emprego de feixe de Laser ou de associações de Lasers. E a contenção do plasma vem sendo tentada através do emprego de campos magnéticos. Assim é que dezenas de diferentes formas de campos magnéticos têm sido testados para verificar até que ponto eles conseguem conter o plasma quente para uma reação de fusão ser mantida, pois ocorrem tipos de instabilidade no plasma que conduzem à sua fuga dessas “garrafas magnéticas”. Máquinas de espelho magnéticos e Tokamakstêm sido as geometrias mais promissoras para a contenção magnética do plasma.

48. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.8 - A FUSÃO TERMONUCLEAR CONTROLADA As reações envolvidas podem ser escritas[2]: Assim, 1g de Deutério ( ) produzirá 7,7x1010 Joules enquanto 1g de Urânio 235 (U235) num reator de fissão produz 5,1x1010 Joules. e a obtenção do Trítio: - Hélio, isótopo, com dois prótons e um nêutron em seu núcleo; n – nêutron; - Hélio, com dois prótons e dois nêutrons em seu núcleo; [2] - Deutério, isótopo do Hidrogênio, com um próton e um nêutron em seu núcleo; - Trítio, isótopo do Hidrogênio, com um próton e dois nêutrons em seu núcleo; - Lítio.

49. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA 1.8 - A FUSÃO TERMONUCLEAR CONTROLADA Assim, entre os vários ciclos possíveis de fusão o mais limitado é o de Deutério-Trítio porque o Lítio teria que ser explorado para a obtenção do Trítio. Vale dizer que as reservas de Lítio conhecidas podem suprir a demanda por mais de um milhão de anos (e mais, o solo lunar é rico em Lítio). Já o ciclo Deutério-Deutério é o mais abundante. Como 0,015% da água da Terra não é H20 e sim D20 e como o Oceano contém mais de 97% daquela água, ele é a grande reserva de Deutério, representando um potencial de 3,5x1035Joules (1026Mwh), ou seja, 1012 vezes a reserva total de combustíveis fósseis. É interessante notar que o Deutério em 1 grama de água do mar representa energia de fusão equivalente a 300 g de gasolina. Uma extrapolação grosseira prevê a fusão capaz de sustentar as necessidades energéticas do homem para os próximos 40 milhões de anos. E depois? A opinião do autor é a de que, se muito antes disso ele não aprender o caminho para as estrelas, aí...

50. O MAR COMO FONTE DE ENERGIA OUTRAS FONTES “A IMAGINAÇÃO É MAIS IMPORTANTE DO QUE O CONHECIMENTO”. Esta frase, atribuída a A. Einstein, sintetiza bem o espírito de nosso assunto. Isto posto, aqui se discute o emprego conjugado da Lagoa Solar com sistema tipo OTEC. Finalmente nossa apresentação é encerrada com a apresentação de uma Tabela retirada da revista Science (Vol. 207, nº 442, 18 jan 80, p-266) que contem uma estimativa bastante interessante das energias da Natureza. É também pertinente lembrar que invariavelmente a melhor solução é a mais simples e que - também frase de Einstein - “DEUS É POR VEZES SUTIL, MAS NUNCA MALICIOSO”.