Em sua coluna de maio para BiodieselBR.com, Décio Luiz Gazzoni, oferece sua visão para 10 das maiores polêmicas relacionadas às perspectivas de futuro da energia renovável.
Em abril de 2013 presidi a reunião do International Council for Science, que congrega as Academias de Ciências dos diferentes países. Nesta condição, fiz a conferência de abertura do evento [veja a apresentação]*, escolhendo como tema as dez perguntas mais polêmicas, e que necessitam ser adequadamente respondidas, para entender os rumos futuros da energia renovável.
É importante considerar que a tendência de médio e longo prazo é o aumento da participação de energias renováveis na matriz energética, entre elas o biodiesel. Porém, para cada boa notícia – uma oportunidade – existe uma má notícia – uma ameaça – que precisa ser convenientemente administrada para extrair dela as ameaças possíveis, ao se dispor da informação antecipada. A notícia não tão boa é que outras energias renováveis, em especial a eletricidade e o biohidrogênio, serão fortes competidores do biodiesel nas próximas décadas. Por este motivo é muito importante entender como será a trilha da energia renovável, no futuro.
Para cada uma das perguntas abaixo elencadas procurei sintetizar a polêmica e a controvérsia em torno do assunto, finalizando com minha opinião. Para responder a estas perguntas, considerei como premissas:
- Existem formas rentáveis de investimento em energia renovável, para todas as fontes disponíveis;
- No nível local, as novas tendências no planejamento urbano, infraestrutura e sistemas de transporte incorporam energias renováveis em proporções crescentes;
- No plano das nações, os mercados de energia renovável crescem rapidamente, em um grande número de países;
- Em termos globais, a tecnologia evolui, os custos declinam, e os mercados globais possuem delineamentos bem nítidos.
As principais perguntas que devem ser respondidas são:
I. Quanta energia renovável pode ser gerada de forma sustentável, no médio e no longo prazos?
Em 2012, o mundo obteve 18% de sua energia de fontes renováveis, sendo 8% a partir da biomassa tradicional e 10% de energias renováveis modernas. A biomassa tradicional tem se mantido estável nos últimos anos, com tendência a diminuir, enquanto a parcela moderna vai continuar aumentando.
Há vinte anos, as projeções mais confiáveis, como as da Agência Internacional de Energia (AIE), previam que a proporção de energia renovável moderna na matriz energética mundial situar-se-ia entre 5% e 10%, no longo prazo.
Entrementes, por efeito das políticas públicas e do desenvolvimento tecnológico dos últimos 15 anos, essas projeções iniciais já foram superadas, e mais da metade de toda a nova capacidade de energia elétrica adicionado em todo o mundo, a partir de 2011, é renovável.
Um dos primeiros cenários a capturar a revolução das energias renováveis, no final dos anos 90, foi o "Sustainable Growth" da Shell Oil Company, estimando uma quota de 50% em 2050, o que chocou muitas pessoas à época. Em seguida, a AIE divulgou um relatório denominado "Energia para 2050: Cenários para um Futuro Sustentável", com previsão de 35% de participação de fontes renováveis.
Em meados da década passada, surgiu um número maior de cenários mostrando participações de 30-50% de renováveis na matriz energética mundial, no médio e longo prazos. Entre estes estava o Energy Technology Perspectives da AIE, com um conjunto de cenários denominados "Accelerated Technology", prevendo valores nesta faixa, para 2050.
Já nesta década, o Conselho Assessor Alemão sobre Mudanças Globais publicou o seu cenário denominado "Exemplary Pathway", projetando uma participação de 50% para 2050, valor semelhante ao cenário de Revolução Energética do Greenpeace, da mesma forma que o Conselho Europeu de Energia Renovável.
A resposta mais provável para essa questão é que a participação das energias renováveis na matriz energética vai crescer a taxas mais elevadas do que a energia convencional, sendo estas mais intensas próximo a 2050, quando a participação de 40% de renováveis na matriz energética, embora possa revelar-se conservadora, é razoável e possível.
II. A energia renovável é mais cara?
Historicamente, os debates giram em torno de comparações de custos entre as tecnologias individuais, ou de competitividade de custos. Eu entendo ser necessário fazer comparações econômicas sólidas entre alternativas concorrentes.
Normalmente, esta questão é abordada de forma que o custo expresso em centavos de dólar por quilowatt-hora, responde pelo investimento direto, custo de combustível, operação e manutenção, além dos custos de capital ou juros.
No entanto, visualizo deficiências na abordagem convencional, que não leva em conta alguns fatores, em especial:
- Subsídios ao combustível fóssil;
- Custos ambientais;
- Riscos de oscilações de preço de combustíveis fósseis.
Devemos levar em conta que um sistema altamente distribuído custa quase o mesmo que uma versão totalmente centralizada, mas oferece melhor mitigação de riscos de interrupção e outros choques econômicos e ambientais.
Em conclusão, quando as externalidades são calculadas e incluídas no preço da energia, e a racionalização é maximizada, os custos de energia a partir de fontes convencionais e renováveis tendem para os mesmos valores, no médio prazo, e, provavelmente, favorecerão as energias renováveis, no longo prazo.
III. Qual é o papel futuro das políticas públicas?
Diversas políticas públicas foram adotadas para estimular a energia renovável, entre 1995 e 2005. Nos últimos sete anos houve uma intensificação do processo, e o número de países com políticas de apoio dobrou, passando de 55 para 120.
Essas metas e suas políticas de apoio continuarão a exercer uma forte influência nos anos e décadas seguintes. Além disso, como as energias renováveis se tornam mais integradas com a infraestrutura existente, os formuladores de políticas enfrentarão a necessidade de novas políticas para adequar essas várias formas de integração, tais como:
- Metas legalmente vinculadas para as energias renováveis;
- Reformas do mercado de eletricidade para geração de energia ou CHP a partir de fontes renováveis;
- Apoio do setor público à pesquisa, desenvolvimento e comercialização;
- Tarifas feed-in, cotas e outros regimes atrativos do ponto de vista financeiro;
- Subsídios, créditos fiscais, abatimentos e outros incentivos de redução de custos;
- Políticas de agregação de mercado;
- Padrões de eficiência energética para equipamentos, veículos e materiais;
- Códigos e normas de construção, incorporando energias renováveis;
- Incremento do comércio de emissões e sistemas de cap-and-trade, tanto para eletricidade quanto para fornecimento de calor;
- Impostos de carbono ou outras formas de penalização das emissões;
- Políticas industriais de energia renovável visando criação de empregos e competitividade internacional;
- Políticas sociais que favoreçam a energia renovável por seus benefícios sociais;
- Estruturas tarifárias de energia que reflitam o seu custo total, incluindo os custos ambientais e sociais;
- Eliminação de subsídios para combustíveis fósseis e energia nuclear.
A minha resposta a esta pergunta é que as políticas públicas, abordando diretamente a energia renovável, ou interfaceando o assunto, como políticas ambientais ou sociais, continuarão desempenhando um papel importante para incrementar o uso de energia renovável.
IV. Qual será o papel das energias renováveis para mitigar as mudanças climáticas globais?
Primeiramente, temos de considerar que a eficiência do uso de energia, levando à contenção da demanda, é um aspecto crucial para reduzir as emissões do setor de energia, e para facilitar o ingresso de energia renovável na matriz energética. Se a demanda total de energia no futuro for substancialmente reduzida, em relação ao que de outra forma seria, então é mais fácil aumentar a participação de energias renováveis, com menores emissões.
Um bom indicador da relação entre energia renovável e mudanças climáticas pode ser visualizado no trabalho do IPCC. Em 2011, o IPCC examinou mais de 160 cenários com metas de mitigação do clima, organizados em intervalos de estabilização da concentração atmosférica de CO2, sendo:
- Um intervalo acima de 600 ppm;
- Três intervalos entre 400 e 600 ppm;
- Um intervalo abaixo de 400 ppm.
A proporção de energia renovável estava acima de 50% para a maioria dos cenários próximos a 450 ppm de CO2, e foi de até 77% para algumas concentrações mais baixas. Todos estes cenários consideram energias renováveis como uma ferramenta poderosa para a mitigação das mudanças climáticas.
Alguns cenários trabalham com redução de emissões, em vez de níveis de estabilização, com grande proporção de energia renovável:
- Greenpeace, com 85% de redução das emissões de CO2 até 2050;
- GEA, por 30-70% cento menos emissões em 2050.
Pessoalmente, considero ser quase impossível alcançar metas ambiciosas de concentração de carbono na atmosfera sem substituir grandes quantidades de combustíveis fósseis por energia renovável.
V. É necessário dispor de tecnologia avançada para o armazenamento de grande quantidade de energia renovável?
O senso comum indica que a grande participação de energia renovável exigiria tecnologias de armazenamento caras, que ainda necessitam de desenvolvimento mais aprimorado. Isto é particularmente verdadeiro em relação à geração intermitente, como a solar ou eólica.
Mas, muitos especialistas discordam dessa visão, afirmando que a ampla gama de opções para gerenciar a variabilidade permite o armazenamento adequado de energia, enquanto a participação de renováveis na matriz variar entre baixa e média. Sua lógica é que a necessidade imediata não é tão grande, pois o problema pode ser equacionado com água ou gás bombeados. Como uma solução lateral, a geração adicional (back-up) pode ser adicionada ao sistema, para compensar a variabilidade em vez de aumentar a armazenagem.
Como uma resposta pragmática a esta pergunta, podemos dizer que, para os próximos 40 anos, considerando os sistemas integrados e o protagonismo global de fontes de energia convencionais, o sistema pode conviver com o estado da arte da tecnologia de armazenamento de energia. Se a energia renovável for efetivamente dominante após 2050, tecnologia de ponta de sistemas de armazenamento de alta densidade de energia e de baixo custo será necessária, possivelmente até mesmo antes desta data.
VI. Redes de energia centralizada ou descentralizada?
Especialistas do setor, gestores públicos, pesquisadores e outros especialistas têm pontos de vista muito divergentes sobre os sistemas de geração de energia distribuída ou descentralizada, e o grau com que os atuais sistemas de energia centralizada evoluirão para versões mais descentralizada e distribuída.
Alguns especialistas em energia acreditam que as redes de gestão centralizada se tornarão relíquias, e imaginam redes menores, redes locais interligadas com as energias renováveis e armazenamento de energia espalhados em pontos estratégicos.
Mas também há a visão oposta, negando que o sistema de energia será semelhante à Internet, posto que a economia favoreceria os sistemas de energia centralizados, tornando os descentralizados mais caros.
Entre os dois extremos, há motivações e condições específicas que poderiam favorecer sistemas de energia distribuídos, como restrições para a construção de maior capacidade de transmissão.
Na minha opinião, é provável que o futuro possa ser uma combinação equilibrada de ambos os sistemas, centralizados e distribuídos, com as energias renováveis presentes em todos os níveis e escalas. Sistemas centralizados ainda serão necessários para acomodar os parques eólicos de grande escala, incluindo a energia eólica offshore, juntamente com a CSP. Os sistemas distribuídos serão menos sujeitos a panes e mais fáceis de gerenciar.
VII. Qual será o volume do investimento em energias renováveis?
O investimento global em energia renovável atingiu 290 bilhões dólares em 2011, contra 40 bilhões apenas sete anos antes. De fato, desde 2010, a energia renovável recebeu mais da metade dos novos investimentos na produção de energia em escala global.
No entanto, enquanto a maioria dos especialistas em finanças é geralmente otimista sobre as possibilidades de intensificação e extensão das atuais fontes de investimento, para outros provavelmente haverá necessidade de ir além das fontes de financiamento do momento.
Os sistemas atuais são apenas escaláveis até um certo ponto, e não suportariam mais de US$ 500 bilhões de investimento anual. Acima deste nível pode ser necessário captar outros investidores institucionais e novas fontes de capital, em pequenas e grandes escalas.
Todos os cenários importantes e recentes mostram grandes volumes de investimento em energia renovável, no futuro. Na projeção mais pessimista, o último IEA World Energy Outlook projeta US$6,4 trilhões de investimento em energia renovável, durante os próximos 23 anos, ou uma média de 280 bilhões de dólares por ano. Outros autores, mais otimistas, vão além de US$500 bilhões.
Em conclusão, haverá investimento maciço em energias renováveis nas próximas décadas, que vão desde a presente inversão anual de US$290 bilhões até valores otimistas de US$ 500 bilhões, sendo mais provável um valor menor até 2020, crescendo progressivamente em direção à metade do século. Neste último caso, as novas fontes de financiamento desempenharão um papel importante, complementando as que atualmente suportam o investimento em fontes renováveis.
VIII. Qual será o papel futuro das empresas de gás e óleo?
As companhias de petróleo são protagonistas dos sistemas de energia atualmente existentes, com base em combustíveis fósseis. Muitas dessas empresas estão investindo em energias renováveis, mas ainda em níveis relativamente baixos, embora existam indicativos de que algumas delas planejam grandes investimentos no longo prazo.
Ao longo da última década, algumas companhias de petróleo têm procurado posicionar-se como futuros fornecedores de hidrogênio a partir de fontes renováveis, ou em projetos de energia solar ou de biomassa, ainda em pequena escala. Em geral, as empresas de petróleo estão claramente se posicionando como fornecedores de biocombustíveis, ao lado de outros investidores do setor, por ser o segmento mais próximo do seu negócio central.
Alguns especialistas acreditam que a capacidade de logística em projetos marítimos desempenhará um papel importante para as empresas de petróleo, conferindo-lhes vantagens comparativas na exploração de energia eólica offshore.
Minha visão é que as empresas de petróleo e gás têm perfeita consciência do papel das energias renováveis no futuro, e elas estão se movendo nessa direção, mas não na mesma velocidade de outros investidores. No momento em que as companhias de petróleo começarem a investir no mesmo ritmo que os demais investidores, haverá um impulso para a rápida expansão da participação da energia renovável na matriz energética.
IX. A Energia renovável se comportará como os produtos agrícolas orgânicos?
Como engenheiro agrônomo, me sinto confortável para fazer esse tipo de comparação.
Atente-se que os consumidores já dispõem de uma variedade de opções para a compra de energia "verde" renovável, geralmente na forma de energia elétrica, de bioetanol, biodiesel e biogás.
De outra parte, há uma tendência mundial no sentido de que a governança corporativa concentre-se cada vez mais em metas de sustentabilidade. E a energia verde é apropriada para atender esses objetivos.
Esta é uma tendência encorajadora, na medida em que a energia renovável é visualizada como importante na sustentabilidade empresarial.
Minha opinião é que o alimento orgânico é percebido como uma alternativa mais saudável ao alimento convencional, e as energias renováveis também têm o “selo verde”, que é convenientemente visualizado pelas empresas como um ícone da sustentabilidade. Logo é plausível que grandes corporações incentivem o uso de energia renovável próprio ou de terceiros, como forma de serem percebidas como sustentáveis.
X. Como será a evolução da tecnologia, dos custos e do mercado global?
A participação de energia renovável na matriz energética dependerá fortemente do custo das energias renováveis para o usuário final. E o custo é intimamente ligado à inovação. Então, analisaremos esses dois fatores em conjunto, para as principais fontes de energia renovável, de acordo com as referências mais recentes.
a. Energia eólica onshore
Os custos atuais de energia eólica terrestre estão na faixa de US$0,05-0,16/kWh, embora sejam encontrados custos inferiores a US$0,05/kWh nos melhores projetos comerciais.
Há muitas inovações possíveis, como novos materiais, menor peso dos conjuntos, torres de concreto substituindo as metálicas, geradores de ímãs permanentes e os não-magnéticos, menor uso de terras raras, perfis de lâmina deformáveis, monitoramento mais sofisticado e relatórios de desempenho.
Neste particular, a otimização do desempenho futuro tem um foco forte na tecnologia da informação e no monitoramento, ou seja, centenas de pontos de medição em uma única turbina, combinados com a manutenção inteligente, levando a menos tempo de inatividade, pois os componentes serão substituídos antes das falhas.
Melhor aerodinâmica e otimização dos conceitos de dinâmica dos fluidos, balanceamento de rede, avaliação das condições de vento e análise do local do vento que usa anti-correlações de recursos eólicos para menor variabilidade, também serão incorporados. Turbinas de pequena escala, mais baratas, podem revolucionar o uso da energia eólica em aplicações locais e para sistemas híbridos eólico-termogeração, em aplicações off-grid.
b. Energia eólica offshore
Os custos atuais de energia eólica offshore estão na faixa de US$0,11-0,22 / kWh, com tendência a cair para US$0,06 até 2035.
O "Technology Roadmap" da AIE prevê cadeias de suprimentos melhoradas e estratégias de instalação, que já estarão disponíveis na próxima geração de turbinas eólicas offshore, com fundações flutuantes.
A confiabilidade das turbinas marítimas precisa de melhorias, incluindo turbinas mais robustas, projetados desde o início para operar em condições offshore, ajudando a redução dos custos.
c. Energia fotovoltaica
Na Europa, o custo da energia solar fotovoltaica (PV) varia entre US$0,22-0,44 / kWh para instalações em telhados e US$0,20-0,37 / kWh para grandes instalações comerciais. Há projetos comerciais com números mais baixos, na faixa de US$0,09-0,13 / kWh. No longo prazo, os custos para a energia solar PV são projetados para cair abaixo de US$0,10.
As principais inovações que devem chegar ao mercado incluem:
- Eficiência das células PV de até 40%, na década de 2030;
- Maior uso de filmes PV de camada fina, podendo chegar a 40% do mercado até 2030;
- Uso de corante, polímeros e PV orgânica, com custos menores;
- Utilização de materiais mais abundantes, de menor custo, na fabricação de células PV;
- Novos materiais e fundações mais baratas, tais como grafite, para reduzir a necessidade de armações de aço; e
- Componentes de integração de sistemas mais baratos.
d. Energia solar concentrada
Os custos de energia solar concentrada (CSP) estão, atualmente, entre US$0,19-0,29 / kWh, devendo refluir para US$0,06-0,10 / kWh no longo prazo.
O "Technology Roadmap" da AIE prevê inovações, incluindo altas temperaturas de trabalho, maior capacidade de armazenamento, plantas supercríticas, dessalinização por cogeração, e torres com receptores de ar e turbinas a gás. O roteiro também prevê redes de linhas de transmissão HVDC para trazer energia CSP de áreas remotas.
e. Energia geotérmica
A energia geotérmica é considerada uma tecnologia madura, com custos de energia atualmente na faixa de US$0,06-0,11 / kWh, com leve tendência de declínio para o futuro.
A criação de grandes superfícies de troca de calor subterrâneas - conhecidas como sistemas geotérmicos melhorados – e a melhoria da conversão de energia de baixa temperatura, por exemplo, com o Ciclo Rankine Orgânico, poderia tornar possível a produção de eletricidade geotérmica em locais anteriormente inviáveis.
Plantas avançadas de cogeração de calor e energia também melhorarão a eficiência econômica da eletricidade geotérmica. Como uma parte ponderável dos custos de uma usina de energia geotérmica provém de perfuração subterrânea profunda, é esperado o desenvolvimento de tecnologia de perfuração inovadora, de menor custo.
f. Biomassa
Atualmente a energia é obtida a partir de biomassa na faixa de US$0,08-0,17 / kWh (especialmente bioeletricidade em sistema de ciclo combinado potência e calor), igualmente com leve tendência de declínio no médio e longo prazo.
As principais inovações tecnológicas previstas para a área são:
- Novos processos e carriers energéticos como pellets, bio-óleo de aquecimento, pirólise e torrefação;
- Melhoria das rotas tecnológicas como a conversão anaeróbica para o biogás; o aumento da produção de biogás de esgoto, dejetos e resíduos orgânicos; novos materiais mais baratos para usinas de biogás; gaseificação térmica; e conversão de sólidos para líquidos;
- Melhoria de tecnologias de aquecimento como cogeração, sistemas de aquecimento urbano, sistemas de refrigeração de edifícios, e calor ou vapor para processos industriais;
- Integração de indústrias agrícolas e florestais através de biorefinarias, com desenvolvimento de sistemas de coprodução e multiusos, gerando biocombustíveis, açúcar, energia elétrica e biogás em escala, e que também permitem obter produtos químicos, além de propiciar o uso de resíduos para fabricar rações ou fertilizantes.
g. Biocombustíveis
Os biocombustíveis, em escala global, são mais caros que os equivalentes fósseis. Normalmente isto ocorre por razões de tecnologia, escala e cadeia de suprimentos. Entretanto, no Brasil, o fato decorre de políticas públicas errôneas que, indiretamente, reduziram artificialmente o preço dos combustíveis fósseis.
Para os biocombustíveis, o conceito mais inovador é a biorefinaria, mas também deve ser considerada viável a produção de biocombustíveis derivados de algas e outras rotas inovadoras, especialmente usando a biologia sintética, com microorganismos modificados, permitindo avançar além da primeira geração (bioetanol, biodiesel e biogás).
Especialistas apontam para várias possibilidades, incluindo a gaseificação de biomassa, a conversão sólido para líquido, a conversão de cana diretamente a biodiesel, utilizando fermentação de leveduras; bactérias para a produção de biodiesel a partir de materiais celulósicos ou resíduos utilizados como matérias-primas. Para o médio prazo prevê-se o ingresso no mercado, em larga escala, de novos produtos como biogasolina, biobutanol e bioquerosene.
Conclusões
Um futuro com grande participação de energia renovável é plenamente atingível e, com certeza, trata-se de uma questão de escolha da sociedade, posto o cenário favorável de inovações tecnológicas e de custo, para os médio e longo prazos.
No caso da energia renovável, todas as tecnologias necessárias já existem, e as inovações estão no pipeline. No longo prazo, os indicativos são de que os custos serão convergentes, na média das fontes fósseis e renováveis, prevendo-se uma inclinação em favor das energias renováveis, no longo prazo.
Há um longo caminho pela frente para melhorar a tecnologia atual, trazendo à luz inovações que certamente afetarão a competitividade e a economia da energia renovável como um todo, em virtude da forte relação existente entre tecnologia e custos.
A escolha da sociedade se manifestará através das políticas públicas, devendo ser especialmente pressionada por razões ambientais e sociais.
Será necessário refletir sobre o papel da energia como instrumento de equidade social, e conceitos como "democracia de energia" para denotar o controle e a escolha que formas descentralizadas de energia renovável podem trazer.
Estas abordagens vão favorecer o investimento menos centralizado, baseados nas comunidades. A aceitação pública de infraestrutura nas proximidades de aglomerados urbanos, como parques eólicos e linhas de transmissão, varia de acordo com o grau com o qual as comunidades locais perceberem que esta infraestrutura está a servi-las diretamente, ou o grau em que elas têm uma propriedade ou o seu controle acionário.
Portanto, na minha opinião, se não tivermos um futuro de energia renovável, não é porque nós não podemos, é porque decidimos não tê-lo.
*O áudio (em inglês) da palestra pode ser escutado clicando aqui.
Décio Luiz Gazzoni é engenheiro agrônomo e pesquisador da Embrapa Soja. Visite o website do autor.