Existem muitas fontes de energia renováveis e consideradas amigas do ambiente e que aproveitam os processos naturais. Estas fontes de energia constituem uma fonte alternativa de energia “mais limpa”, ajudando a anular os efeitos de certas formas de poluição. Todas estas técnicas de geração de energia podem ser descritas como renováveis, uma vez que não esgotam nenhum recurso para criar a energia. Embora existam muitos projectos e produção de energias renováveis em grande escala, as tecnologias renováveis também são adequadas para pequenas aplicações fora da rede, por vezes em zonas rurais e remotas, onde a energia é muitas vezes crucial para o desenvolvimento humano.
A energia das marés pode ser gerada de duas maneiras, geradores de correntes de marés ou por geração de barragens. A energia criada através dos geradores de marés é geralmente mais amiga do ambiente e causa menos impacto nos ecossistemas estabelecidos. Semelhante a uma turbina eólica, muitos geradores de correntes de marés giram debaixo d’água e são movidos pela água densa que se move rapidamente. Embora ainda não seja amplamente utilizada, a energia das marés tem potencial para a futura geração de eletricidade. As marés são mais previsíveis do que a energia eólica e solar. Historicamente, os moinhos de marés têm sido utilizados, tanto na Europa como na costa atlântica dos EUA. As primeiras ocorrências datam da Idade Média, ou mesmo da época romana. A energia das marés é a única forma de energia que deriva diretamente dos movimentos relativos do sistema Terra-Lua e, em menor grau, do sistema Terra-Sol. As forças das marés produzidas pela Lua e pelo Sol, em combinação com a rotação da Terra, são responsáveis pela geração das marés. A empresa britânica Lunar Energy anunciou que construiria a primeira fazenda de energia das marés do mundo na costa de Pembrokshire, no País de Gales. Será a primeira fazenda de energia das marés em águas profundas do mundo e fornecerá eletricidade para 5.000 residências. Oito turbinas submarinas, cada uma com 25 metros de comprimento e 15 metros de altura, serão instaladas no fundo do mar ao largo da península de St David. A construção deverá começar no Verão de 2008 e as turbinas de energia das marés propostas, descritas como “um parque eólico no fundo do mar”, deverão estar operacionais em 2010.
A energia das ondas é o transporte de energia pelas ondas da superfície do oceano e a captura dessa energia para realizar trabalhos úteis – por exemplo, para geração de eletricidade, dessalinização de água ou bombeamento de água (para reservatórios). A energia das ondas pode ser difícil de aproveitar devido à imprevisibilidade do oceano e da direção das ondas. Parques de ondas foram criados e estão em uso na Europa, usando conversores flutuantes de energia das ondas Pelamis. A maioria dos sistemas de energia das ondas inclui o uso de um dispositivo flutuante com bóia e gera energia por meio de um movimento sinuoso ou por movimento mecânico dos picos e vales das ondas. Embora muitas vezes misturada, a energia das ondas é distinta do fluxo diurno da energia das marés e do giro constante das correntes oceânicas. A geração de energia das ondas não é atualmente uma tecnologia comercial amplamente utilizada, embora tenha havido tentativas de utilizá-la desde pelo menos 1890. O primeiro parque comercial de ondas do mundo está baseado em Portugal, no Parque de Ondas da Aguçadora, que consiste em três dispositivos Pelamis de 750 quilowatts. Nos Estados Unidos, a Pacific Northwest Generating Cooperative está a financiar a construção de um parque comercial de energia das ondas em Reedsport, Oregon. O projeto utilizará a tecnologia PowerBuoy Ocean Power Technologies, que consiste em bóias oceânicas modulares. A subida e descida das ondas movem a estrutura em forma de bóia, criando energia mecânica que é convertida em eletricidade e transmitida à costa através de uma linha de transmissão submersa. Uma bóia de 40 kW tem um diâmetro de 12 pés (4 m) e 52 pés (16 m) de comprimento, com aproximadamente 13 pés da unidade elevando-se acima da superfície do oceano. Usando o sistema de amarração de três pontos, eles são projetados para serem instalados de uma a cinco milhas (8 km) da costa, em águas de 100 a 200 pés (60 m) de profundidade.
A energia solar fotovoltaica (PV) aproveita a energia do sol para produzir eletricidade. Sendo uma das fontes de energia que mais cresce, as novas tecnologias estão a desenvolver-se a um ritmo acelerado. As células solares estão se tornando mais eficientes, transportáveis e até flexíveis, permitindo fácil instalação. A energia fotovoltaica tem sido usada principalmente para alimentar aplicações de pequeno e médio porte, desde calculadoras alimentadas por uma única célula solar até residências fora da rede alimentadas por um conjunto fotovoltaico. A crise do petróleo de 1973 estimulou um rápido aumento na produção de energia fotovoltaica durante a década de 1970 e início da década de 1980. A queda constante dos preços do petróleo durante o início da década de 1980, no entanto, levou a uma redução no financiamento para pesquisa e desenvolvimento fotovoltaico e à descontinuação dos créditos fiscais associados à Lei do Imposto sobre Energia de 1978. Esses fatores moderaram o crescimento para aproximadamente 15% ao ano, de 1984 a 1996. Desde meados da década de 1990, a liderança no sector fotovoltaico passou dos EUA para o Japão e a Alemanha. Entre 1992 e 1994, o Japão aumentou o financiamento de I&D, estabeleceu directrizes de medição líquida e introduziu um programa de subsídios para incentivar a instalação de sistemas fotovoltaicos residenciais. Nos últimos anos, as instalações solares também começaram em grande parte a expandir-se para áreas residenciais, com os governos a oferecer programas de incentivos para tornar a energia “verde” uma opção economicamente mais viável. No Canadá, o governo oferece o RESOP (Renewable Energy Standard Offer Program).
A energia eólica é a conversão da energia eólica por turbinas eólicas em uma forma útil, como eletricidade ou energia mecânica. Os parques eólicos de grande escala são normalmente ligados à rede local de transmissão de energia com pequenas turbinas utilizadas para fornecer eletricidade a áreas isoladas. As unidades residenciais estão entrando em produção e são capazes de alimentar grandes eletrodomésticos para casas inteiras, dependendo do tamanho. Os parques eólicos instalados em terras agrícolas ou áreas de pastagem têm um dos impactos ambientais mais baixos de todas as fontes de energia. Embora a energia eólica produza apenas cerca de 1,5% da utilização mundial de electricidade, está a crescer rapidamente, tendo duplicado nos três anos entre 2005 e 2008. Em vários países alcançou níveis de penetração relativamente elevados, representando aproximadamente 19% da produção de electricidade na Dinamarca. , 11% em Espanha e Portugal, e 7% na Alemanha e na República da Irlanda em 2008. A energia eólica tem sido historicamente utilizada directamente para impulsionar navios à vela ou convertida em energia mecânica para bombear água ou moer cereais, mas a principal aplicação do vento energia hoje é a geração de eletricidade. A partir de 2008, a Europa lidera o mundo no desenvolvimento de energia eólica offshore, devido aos fortes recursos eólicos e águas rasas no Mar do Norte e no Mar Báltico, e às limitações em locais adequados em terra devido à densidade populacional e aos desenvolvimentos existentes. A Dinamarca instalou os primeiros parques eólicos offshore e durante anos foi líder mundial em energia eólica offshore, até que o Reino Unido ganhou a liderança em outubro de 2008. Outros grandes mercados de energia eólica, incluindo os Estados Unidos e a China, concentraram-se primeiro no desenvolvimento dos seus -recursos eólicos terrestres onde os custos de construção são mais baixos (como nas Grandes Planícies dos EUA, e nas estepes igualmente varridas pelo vento de Xinjiang e da Mongólia Interior na China), mas os centros populacionais ao longo da costa em muitas partes do mundo estão próximos de recursos eólicos offshore, o que reduziria os custos de transmissão.
A hidroeletricidade é a eletricidade gerada pela energia hidrelétrica, ou seja, a produção de energia através do uso da força gravitacional da queda ou do fluxo da água. É a forma de energia renovável mais utilizada. Uma vez construído um complexo hidrelétrico, o projeto não produz resíduos diretos. A energia hidroeléctrica ou micro-hidroeléctrica de pequena escala tem sido uma fonte de energia alternativa cada vez mais popular, especialmente em áreas remotas onde outras fontes de energia não são viáveis. Os sistemas hidroeléctricos de pequena escala podem ser instalados em pequenos rios ou riachos com pouco ou nenhum efeito ambiental perceptível ou perturbação na migração dos peixes. A maioria dos sistemas hidroeléctricos de pequena escala não utiliza barragens ou grandes desvios de água, mas sim rodas de água para gerar energia. Isto representou aproximadamente 19% da electricidade mundial (acima dos 16% em 2003) e representou mais de 63% da electricidade proveniente de fontes renováveis. Embora muitos projectos hidroeléctricos forneçam redes eléctricas públicas, alguns são criados para servir empresas industriais específicas. Projetos hidrelétricos dedicados são frequentemente construídos para fornecer as quantidades substanciais de eletricidade necessárias para usinas eletrolíticas de alumínio, por exemplo. Nas Terras Altas da Escócia existem exemplos em Kinlochleven e Lochaber, construídos durante os primeiros anos do século XX. A represa Grand Coulee, há muito a maior do mundo, passou a apoiar o alumínio da Alcoa em Bellingham, Washington, para os aviões americanos da Segunda Guerra Mundial, antes de ser autorizada a fornecer irrigação e energia aos cidadãos (além da energia do alumínio) após a guerra. No Suriname, o reservatório de Brokopondo foi construído para fornecer eletricidade à indústria de alumínio da Alcoa. A Central Elétrica de Manapouri, na Nova Zelândia, foi construída para fornecer eletricidade à fundição de alumínio em Tiwai Point.
Esta energia natural pode realizar as mesmas maravilhas que a eletricidade comum, por menos de 1% do custo. Contudo, não se comporta exactamente como a electricidade, o que contribuiu para a má compreensão que a comunidade científica tem dela. A Comunidade Methernitha, na Suíça, tem atualmente 5 ou 6 modelos funcionais de dispositivos autônomos e sem combustível que aproveitam essa energia. O transmissor de ampliação de Nikola Tesla, o dispositivo de energia radiante de T. Henry Moray, o motor EMA de Edwin Gray e a máquina Testatika de Paul Baumann funcionam com energia radiante. Essa forma de energia natural pode ser obtida diretamente do meio ambiente ou extraída da eletricidade comum pelo método denominado fracionamento. Um dos primeiros telefones sem fio baseados em energia radiante foi inventado por Nikola Tesla. O aparelho utilizava transmissores e receptores cujas ressonâncias eram sintonizadas na mesma frequência, permitindo a comunicação entre eles. Em 1916, ele relatou um experimento que havia feito em 1896. Ele lembrou que “Sempre que recebia os efeitos de um transmissor, uma das maneiras mais simples [de detectar as transmissões sem fio] era aplicar um campo magnético às correntes geradas em um condutor”. , e quando fiz isso, a baixa frequência emitia notas audíveis.”
A energia geotérmica é uma forma muito poderosa e eficiente de extrair energia renovável da terra através de processos naturais. Isto pode ser realizado em pequena escala para fornecer calor a uma unidade residencial (uma bomba de calor geotérmica) ou em grande escala para a produção de energia através de uma central geotérmica. Tem sido utilizado para aquecimento de ambientes e banhos desde a antiguidade romana, mas hoje é mais conhecido pela geração de eletricidade. A energia geotérmica é económica, fiável e amiga do ambiente, mas anteriormente estava geograficamente limitada a áreas próximas dos limites das placas tectónicas. Os recentes avanços tecnológicos expandiram dramaticamente a gama e o tamanho dos recursos viáveis, especialmente para aplicações directas, como o aquecimento doméstico. O maior grupo de usinas geotérmicas do mundo está localizado em The Geysers, um campo geotérmico na Califórnia, Estados Unidos. Em 2004, cinco países (El Salvador, Quénia, Filipinas, Islândia e Costa Rica) geravam mais de 15% da sua electricidade a partir de fontes geotérmicas. A energia geotérmica não requer combustível e, portanto, é imune às flutuações no custo do combustível, mas os custos de capital tendem a ser elevados. A perfuração é responsável pela maior parte dos custos das centrais elétricas e a exploração de recursos profundos acarreta riscos financeiros muito elevados. A energia geotérmica oferece um certo grau de escalabilidade: uma grande central geotérmica pode abastecer cidades inteiras, enquanto centrais eléctricas mais pequenas podem abastecer aldeias rurais ou aquecer casas individuais. A electricidade geotérmica é gerada em 24 países em todo o mundo e vários locais potenciais estão a ser desenvolvidos ou avaliados.
A biomassa, como fonte de energia renovável, refere-se a material biológico vivo e recentemente morto que pode ser utilizado como combustível ou para produção industrial. Neste contexto, biomassa refere-se à matéria vegetal cultivada para gerar eletricidade ou produzir, por exemplo, lixo, como árvores e ramos mortos, aparas de jardim e aparas de madeira, biocombustível, e também inclui matéria vegetal ou animal utilizada para a produção de fibras, produtos químicos ou calor. A biomassa também pode incluir resíduos biodegradáveis que podem ser queimados como combustível. A biomassa industrial pode ser cultivada a partir de vários tipos de plantas, incluindo miscanthus, switchgrass, cânhamo, milho, choupo, salgueiro, sorgo, cana-de-açúcar e uma variedade de espécies de árvores, desde o eucalipto ao dendê (óleo de palma). A planta específica utilizada geralmente não é importante para os produtos finais, mas afeta o processamento da matéria-prima. A produção de biomassa é uma indústria em crescimento à medida que cresce o interesse em fontes de combustível sustentáveis. A indústria comercial existente de geração de energia de biomassa nos Estados Unidos produz cerca de 0,5% do fornecimento de eletricidade dos EUA. Atualmente, a New Hope Power Partnership é a maior usina de biomassa da América do Norte. A instalação reduz a dependência do petróleo em mais de um milhão de barris por ano e, ao reciclar a cana-de-açúcar e os resíduos de madeira, preserva o espaço dos aterros sanitários nas comunidades urbanas da Florida.
O Gás Natural Comprimido (GNC) é um combustível fóssil que substitui a gasolina, o diesel ou o combustível propano. Embora a sua combustão produza gases com efeito de estufa, é uma alternativa ambientalmente mais limpa a esses combustíveis e é muito mais segura do que outros combustíveis em caso de derrame (o gás natural é mais leve que o ar e dispersa-se rapidamente quando libertado). O GNV é usado em carros tradicionais com motor de combustão interna a gasolina que foram convertidos em veículos bicombustíveis (gasolina/GNC). Os veículos a gás natural são cada vez mais utilizados na Europa e na América do Sul devido ao aumento dos preços da gasolina. Em resposta aos elevados preços dos combustíveis e às preocupações ambientais, o GNV está a começar a ser utilizado também em veículos ligeiros de passageiros e camionetas, camiões médios de entrega, autocarros de transporte público e escolares e comboios. A Itália tem atualmente o maior número de veículos movidos a GNV na Europa e é o quarto país do mundo em número de veículos movidos a GNV em circulação. O Canadá é um grande produtor de gás natural, portanto o GNV é usado no Canadá como combustível econômico para motores. A indústria canadense desenvolveu motores para caminhões e ônibus movidos a GNV, ônibus de trânsito movidos a GNV, caminhões leves e táxis. Os postos de abastecimento de GNV e propano não são difíceis de encontrar nos grandes centros. Durante as décadas de 1970 e 1980, o GNV foi comumente usado na Nova Zelândia após as crises do petróleo, mas entrou em declínio depois que os preços da gasolina recuaram.
A energia nuclear é qualquer tecnologia nuclear projetada para extrair energia utilizável de núcleos atômicos por meio de reações nucleares controladas. O único método em uso hoje é através da fissão nuclear, embora outros métodos possam um dia incluir a fusão nuclear e o decaimento radioativo. Todos os reatores de grande escala aquecem água para produzir vapor, que é então convertido em trabalho mecânico com a finalidade de gerar eletricidade ou propulsão. Em 2007, 14% da electricidade mundial provinha da energia nuclear, sendo os EUA, a França e o Japão responsáveis, em conjunto, por 56,5% da electricidade gerada por energia nuclear. Existem 439 reatores nucleares em operação no mundo, operando em 31 países. De acordo com a Associação Nuclear Mundial, a nível mundial, durante a década de 1980, um novo reator nuclear entrou em funcionamento a cada 17 dias, em média, e até 2015 esta taxa poderá aumentar para um a cada 5 dias. De acordo com uma história de 2007 transmitida no programa 60 Minutes, a energia nuclear dá à França o ar mais limpo de qualquer país industrializado e a electricidade mais barata de toda a Europa. A França reprocessa os seus resíduos nucleares para reduzir a sua massa e produzir mais energia. O reprocessamento pode potencialmente recuperar até 95% do urânio e plutónio restantes no combustível nuclear irradiado, transformando-os em novo combustível de óxido misto. Isto produz uma redução na radioactividade a longo prazo nos resíduos restantes, uma vez que estes são, em grande parte, produtos de fissão de curta duração, e reduz o seu volume em mais de 90%. A França é geralmente citada como o reprocessador de maior sucesso, mas actualmente recicla apenas 28% (em massa) do combustível consumido anualmente, 7% em França e outros 21% na Rússia.
Os defensores da energia nuclear afirmam que a energia nuclear é uma fonte de energia sustentável que reduz as emissões de carbono e aumenta a segurança energética ao diminuir a dependência do petróleo estrangeiro. Os proponentes também sublinham que os riscos de armazenamento de resíduos são pequenos e podem ser ainda mais reduzidos através da utilização da tecnologia mais recente em reactores mais recentes, e o registo de segurança operacional no mundo ocidental é excelente quando comparado com outros tipos importantes de centrais eléctricas. Os críticos acreditam que a energia nuclear é uma fonte de energia potencialmente perigosa, com uma proporção decrescente de energia nuclear na produção de energia, e contestam se os riscos podem ser reduzidos através de novas tecnologias. Os proponentes avançam a noção de que a energia nuclear praticamente não produz poluição atmosférica, em contraste com a principal alternativa viável dos combustíveis fósseis. Os proponentes também apontam que a energia nuclear é o único caminho viável para alcançar a independência energética para a maioria dos países ocidentais. Os críticos apontam para a questão do armazenamento de resíduos radioactivos, a história e o potencial contínuo de contaminação radioactiva por acidente ou sabotagem, a história e a possibilidade contínua de proliferação nuclear e as desvantagens da produção centralizada de electricidade.
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