A descoberta do fogo foi muito importante para o cotidiano desses grupos humanos pois

Efeito estufa,

�suas causas e medidas para amenizar� suas conseq��ncias

Sandro Pereira Gon�alves � EE Valdomiro Silveira � Cafel�ndia � SP

Sidn�ia Alves da Silva � EE Valdomiro Silveira � Cafel�ndia � SP

Ros�ngela Hayd� Gon�alves Anacleto � EE Prof. Octac�lio Sant�anna � Lins � SP

Ros�ngela Santos de Oliveira � EE Dom Henrique Mour�o � Lins � SP

Sandra Ferreira Borges � EE Prof. Jos� Egea � Guarant� � SP

Alexandra Cristina Salatino � EE 21 de Abril � Lins � SP

Edmara Mary Romano � Diretoria de Ensino de Lins � SP

O homem sempre necessitou do fogo para se aquecer, cozinhar, iluminar, se proteger. A primeira forma de energia que o homem conseguiu dominar foi o fogo.

O Homem sempre necessitou do fogo para se aquecer, cozinhar, iluminar e se proteger.

Antigamente, juntavam um montinho de mato seco, dois peda�os de madeira, que friccionados, esquentavam rapidamente, queimando o mato seco com seu calor.

O fogo, pela fascina��o que exerce, pela fantasia que sua chama desperta, deu origem a muitos contos, lendas, mitos, deuses, her�is... Para muitas civiliza��es, ele � um deus ou uma d�diva dos deuses, ou� ainda, o produto de� um roubo. Ele �, muitas vezes, associado ao Sol. Os Incas acreditavam que o fogo lhes havia sido dado pelo filho do Sol. Para os �ndios Navajos, o fogo tinha sido dos Deuses por um Coiote.

Entre os romanos, eram sacerdotisas, as vestais, que guardavam em seus templos o fogo sagrado, e esse nunca deveria se apagar.

Desde a sua conquista, h� mais de 500.000 anos, o fogo se tornou, nas m�os dos homens, o primeiro meio para o modificar o mundo, sendo pois, a primeira forma de energia que conseguiu dominar.

O fogo sempre existiu na natureza, provocando queimadas, onde havia a libera��o de CO2 e vapor d��gua na atmosfera.

Esse fogo tinha origem vulc�nica, pois ao entrarem em erup��o, os vulc�es la�avam suas lavas pelas florestas, causando as queimadas. Tamb�m se originava de rel�mpagos que, ao atingirem uma �rvore, esta se queimava.

Com o dom�nio do fogo o homem foi aprimorando o uso do mesmo para benef�cio pr�prio.

Com a chegada da revolu��o industrial acontece o auge do aprimoramento humano em rela��o ao fogo, surgindo as m�quinas a vapor, cuja fonte de energia era o carv�o. Esta nova tecnologia provocou uma grande mudan�a na sociedade, pois as ind�strias se multiplicaram criando a necessidade de se utilizar novos combust�veis. Em suas pesquisas o homem encontrou o petr�leo que passou a substituir o carv�o.

Os combust�veis f�sseis originaram-se de mat�ria org�nica que realizavam fotoss�ntese, portanto, acumulavam energia vinda do Sol na forma de mol�culas de carbono (hidrocarbonetos). Com a decomposi��o dessa mat�ria a cerca de 500 milh�es de anos formou-se o petr�leo e o carv�o mineral.

Antes da revolu��o industrial havia um equil�brio entre a emiss�o de CO2 (queimadas e respira��o) e o seu consumo (pela fotoss�ntese), mantendo dessa forma sua concentra��o est�vel na atmosfera.

O aumento da concentra��o de CO2 na atmosfera, resultante da queima em larga escala dos hidrocarbonetos, produziu-se uma intensifica��o do efeito estufa.

O fogo sempre existiu na natureza, provocando queimadas, onde havia a libera��o de g�s carb�nico e vapor d��gua na atmosfera. Esse fogo tinha origem vulc�nica, pois, ao entrarem em erup��o os vulc�es lan�avam sua lava pelas florestas causando queimadas. Tamb�m se originava de rel�mpagos que, ao atingir uma �rvore, esta se queimava.

Com o dom�nio do fogo o homem foi aprimorando o uso do mesmo para benef�cio pr�prio.

Metalurgia e sua hist�ria

A hist�ria da metalurgia come�a quando os homens encontram os elementos de sua exist�ncia nas realiza��es de seus antepassados.

���� Com o surgimento da escrita, por volta de 4000 a.C. houve:

-       a utiliza��o da pedra como arma e ferramenta,

-       a cria��o da linguagem oral,

-       o surgimento da arte,

-       a utiliza��o e o dom�nio da produ��o do fogo,

-       a domestica��o e a cria��o dos animais,

-       a pr�tica da agricultura e

-       surge a cria��o da metalurgia.

����� A revolu��o cient�fica do s�culo XVII e a revolu��o industrial do s�culo XVIII n�o refletiram de imediato sobre a tecnologia metal�rgica. No entanto, o car�ter cient�fico das propriedades dos metais foram feitos tentando utilizar as propriedades do ferro fundido com o aux�lio do microsc�pio.

A partir do s�culo XVIII a metalurgia � descrita como uma ci�ncia do estudo dos metais: ci�ncia que estuda a estrutura, a composi��o, as caracter�sticas e as propriedades dos metais, tendo como objetivo n�o s� fabricar produtos metal�rgicos como tamb�m as causas e efeitos.

A partir de 1855 com o ferro implantado nos materiais de constru��o, surge o alum�nio, importante no desenvolvimento industrial.

O alum�nio, metal de baixa intensidade, d�ctil, est�vel e facilmente fundido n�o era f�cil de produzir. Preparava-se o segundo a seq��ncia bauscite � alumina � alum�nio metal�rgico e foi nesta altura que se come�ou a aplicar a eletricidade � metalurgia.

No per�odo (1855 � 1957) introduziram-se processos metal�rgicos de sistema de produ��o de a�o, a capacidade dos altos fornos de conter ferro cresceu intensamente (produto de alto forno, que � o ferro no estado natural normalmente cont�m 4,5% de carbono e impurezas como f�sforo, enxofre e sil�cio) para evitar que as barras quentes de ferro expostas �s desloca��es de ar sofressem descarboniza��o, introduziu o primeiro convertido (reservat�rio aquecido que cont�m �pig iron� fundido) que fez reduzir suficientemente o pre�o do a�o de modo a que este fosse usado em quantidades muito maiores.

Em 1875 a quantidade produzida de a�o era superior a 700.000 toneladas, usado por companhias de caminho de ferro, armamento e constru��o naval.

Dando a origem da metalurgia f�sica que consiste no estudo das propriedades e composi��es dos metais.

Neste s�culo deu-se o desenvolvimento de uma s�rie de novos elementos de an�lise, como os microsc�pios eletr�nicos de varrimento e de transmiss�o e o difract�metro de raios x, o que permitiu aos cientistas estudarem as estruturas existentes nos materiais e correlacionarem-nas com as propriedades observadas.

Aumenta-se a resist�ncia dos metais com a adi��o de elementos de liga adequados (n�quel, cobre, molibd�nio, van�dio, tungst�nio...).

Os metais que mais recentemente come�aram a ser usados foram: o zirc�nio, tit�nio, magn�sio, n�quel, cobalto, ur�nio entre muitos outros.

A evolu��o cient�fica e tecnol�gica trouxe consigo os reatores nucleares, originando deste modo, problemas metal�rgicos nos componentes dos reatores, tais como, a resist�ncia � corros�o, car�ter de absor��o de n�utrons espec�ficos, resist�ncia � radia��o, estabilidade mec�nica �s temperaturas de trabalho.

O zirc�nio � um dos metais mais usados com vista �s dimens�es destes problemas.

A transmuta��o de metais passou a ser uma realidade com a descoberta da radioatividade, em 1919, iniciou a transmuta��o artificial bombardeando nitrog�nio gasoso com part�culas alfa produzindo novos materiais � hidrog�nio e um is�topo de oxig�nio.

As ligas de tit�nio t�m vindo a ser cada vez mais produzida, diminuindo o seu pre�o.

G�lio e �ndio s�o usados diretamente em aplica��es termom�tricas e em fus�veis devido ao seu baixo ponto de fus�o, t�rio e germ�nio s�o semicondutores.

Nos �ltimos 80 anos tem-se apostado na produ��o de ligas e superligas met�licas, cujo resultado � uma melhoria nas propriedades.

A ind�stria aeroespacial procura ligas com um peso m�nimo sem altera��o das propriedades mec�nicas, a ind�stria qu�mica, por sua vez, necessita de ligas para aplica��o em equipamentos de extrus�o de pl�sticos, aplica��es criog�nicas, turbinas, etc...

Muitas destas ligas s�o produzidas por Pulverometalurgia que consiste na introdu��o de um p� met�lico num molde que � sujeito a elevadas press�es e temperaturas.

Como conseq��ncia da produ��o destas ligas por Pulverometalurgia e solidifica��o Super R�pida as temperaturas de trabalho das turbinas nas aplica��es de aeron�utica.

Por outro lado, a ind�stria mec�nica (General Motors) desenvolveu um carro movido � energia solar denominado �Sun Raycer� cujo motor, mais leve, pequeno e resistente motores el�tricos, � tamb�m produzido por solidifica��o Super R�pida.

A introdu��o de certas ligas met�licas amorfas� nos n�cleos dos transformadores que tem uma responsabilidade significativa nas perdas de energia el�trica no seu transporte, permite reduzir as perdas de energia. Desta maneira, a energia solar poder� ser tornada vi�vel.

O surgimento de novas ligas como as ligas com mem�ria de forma, t�m v�rias aplica��es em robots, v�lvulas, molas... Estes metais ap�s serem dobrados e retorcidos regressam � sua forma inicial quando aquecidos a uma temperatura determinada.

No entanto, a conseq��ncia do desenvolvimento da ci�ncia e engenharia n�o � apenas a implementa��o de novos metais, mas tamb�m a introdu��o de novas t�cnicas de superf�cie (tratamentos superficiais por laser, nitrora��o i�nica, CVD, PVD...) que alteram as suas propriedades.

A evolu��o cient�fico-metal�rgica dos dias de hoje faz-nos deparar com metais cujas propriedades n�o se encaixam na classifica��o tradicional (d�cteis, bons condutores e relativamente pesados), como � o caso das ligas met�licas leves, dos metais org�nicos ou dos comp�sitos.

Muitos destes metais influenciaram tanto o modo de vida das popula��es que se tornaram indispens�veis ao funcionamento das sociedades modernas.

H�, por�m, que ter em conta a sele��o racional dos materiais e o modo de processamento tecnol�gico que dever� ser econ�mico quer em custos, n�o esquecendo o aspecto ambiental que envolve todo um processo de reciclagem ou de incinera��o tanto dos res�duos industriais, como dos produtos j� usados. Pois � destas precau��es, em grande parte, que depende o nosso futuro.

Fonte: http://www.acertubos.com.br (Acessado em 07/12/2002)

A origem da cer�mica remonta aos antigos povos do Oriente, que a 7000 anos atr�s j� tinham tradi��o da ind�stria cer�mica.

Quando o homem deixou de utilizar as cavernas, necessitou de objetos que deveriam ser resistentes, imperme�veis e de f�cil fabrica��o, para armazenar alimentos e �gua, essas facilidades foram encontradas na argila (barro), que misturadas a �gua e endurecida ap�s a queima, foi largamente utilizada na constru��o de casas, vasilhames, urnas funer�rias e at� para a escrita.

Muitos potes produzidos hoje, ainda contam com a apar�ncia e t�cnica bastante semelhantes a dos produzidos a mil�nios.

Cada est�gio de desenvolvimento da cer�mica � imposs�vel sem o seu antecessor, pois a cer�mica segue leis independentes de desenvolvimento.

A caracter�stica t�cnica do utens�lio cer�mico � vari�vel de acordo com o calor e o tipo de argila empregado.

Com o calor, a �gua � eliminada tornando-a incapaz de tornar-se male�vel novamente.

Muito do que sabemos hoje sobre as antigas civiliza��es deve-se a pesquisas de arque�logos com os objetos cer�micos.

H� registros de objetos cer�micos brasileiros com cerca de 2000 anos produzidos por aldeias instaladas pr�ximos a rios.

Existem v�rios tipos de emprego para a cer�mica: vasos, objetos de artes, utens�lios, etc que embelezam, facilitam e enriquecem qualquer ambiente.

Com a chegada da Revolu��o Industrial acontece o auge do aprimoramento humano em rela��o ao fogo, surgindo as m�quinas a vapor cuja fonte de energia era o carv�o. Esta nova tecnologia provocou uma grande mudan�a na sociedade, pois as ind�strias se multiplicaram criando a necessidade de se utilizar novos combust�veis. Em suas pesquisas o homem encontrou o petr�leo que passou a substituir o carv�o.

Os combust�veis f�sseis originam-se de mat�ria org�nica que realizaram fotoss�ntese, portanto, acumularam energia vinda do Sol na forma de mol�culas de carbono (hidrocarbonetos). Com a decomposi��o dessa mat�ria a cerca de 500 milh�es de anos formou-se o petr�leo e o carv�o mineral.

CICLO DO CARBONO

O carbono � um elemento qu�mico metal�ide que � encontrado na natureza ou cristalizado. Sendo junto com o hidrog�nio elementos b�sicos na estrutura dos compostos org�nicos. � encontrado sob as formas de: diamante , grafite , carv�o, hulha, antracito, �xidos, di�xidos, hidratos. O carbono combina-se com v�rios metais, dando origem aos carbonetos. O anidrido carb�nico ou g�s carb�nico. O tri�xido de carbono, pode ser resultante da combust�o do g�s carb�nico. Os carbonos passam de s�lido a g�s quando se encontram em fornos el�tricos desprovidos da presen�a de oxig�nio. As pessoas que trabalham em recintos onde se encontra carv�o que queime constantemente, est�o sujeitas a envenenamento do sangue, pelo fato da a��o do mon�xido de carbono sobre a hemoglobina . O carbono � bastante empregado nas ind�strias , quer como redutor dos sulfetos met�licos quer na produ��o de a�o.O carbono difere dos outros elementos pelo fato de formar mais compostos que todos outros juntos. Outros elementos: 40 mil; Carbono: 400 mil. Capacidade de formar cadeias e an�is. O carbono � um componente prim�rio da mat�ria viva.

CICLO GEOL�GICO DO CARBONO

O di�xido de carbono se desprende das fumarolas e das fontes termais uma parte deste di�xido de carbono � juvenil e outra mete�rico. Uma parte deste CO2 pode reagir metassomaticamente e substituindo a s�lica das rochas silicatadas - a conseq��ncia disto � a forma��o de espilitas e rochas talco-carbonatadas. A maior ponte do di�xido do carbono se desprende para atmosfera ou se dissolve na �gua.
Durante a meteoriza��o, as �guas que cont�m di�xido de carbono reagem principalmente com os sais de c�lcio dissolvidos para formar carbonato e bicarbonatos c�lcicos. Por �ltimo, o carbonato c�lcico se precipita por agentes org�nicos ou inorg�nicos, A maior perda no ciclo do carbono � a forma��o de calc�rio. � evidente que o di�xido de carbono que desaparece do ciclo por este processo n�o volta nunca por completo � atmosfera. Durante a silicifica��o dos calc�rios n�o se desprendem mais que uma quantidade insignificante de di�xido de carbono porque a quantidade de rochas carbonatadas tende a aumentar.

CARBONO ATMOSF�RICO

Nas plantas o carbono entra e sai por difus�o, na forma de CO2, atrav�s dos est�matos presentes na epiderme das folhas. Entrando, o CO2 vai servir como mat�ria-prima de compostos org�nicos, durante a fotoss�ntese. Saindo, o CO2 � um dos produtos finais da respira��o. J� os animais realizam apenas a respira��o liberando o CO2 na atmosfera, e obt�m o carbono de que precisam de forma direta, se herb�voros, ou de forma indireta se forem carn�voros. Depois de mortos, tanto animais quanto vegetais, sofrem a a��o dos decompositores, se a decomposi��o de sua mat�ria org�nica for total, h� libera��o de g�s carb�nico e �gua, e se for parcial, h� transforma��o em material combust�vel. A mat�ria combust�vel quando queimada, devolve o carbono � atmosfera na forma de CO2. Ou seja, o carbono fixado por fotoss�ntese, mais cedo ou mais tarde retorna � atmosfera pela decomposi��o da mat�ria org�nica morta. As florestas do mundo n�o s�o apenas os principais consumidores de di�xido de carbono em terra; tamb�m representam o principal reservat�rio de carbono fixado biologicamente. As florestas cont�m entre 400 e 500 bilh�es de toneladas de carbono, ou aproximadamente, dois ter�os da quantidade presente como di�xido de carbono na atmosfera (700 bilh�es de toneladas).
O ciclo do carbono revela dados e quantidades verdadeiramente surpreendentes. Est� provado que uma determinada c�lula de CO2 da atmosfera entra em uma certa estrutura vegetal uma vez a cada 200 anos e que todo o oxig�nio do ar � renovado pelos vegetais de 2.000 em 2.000 anos. O ciclo respira��o-fotoss�ntese, j� alterado pela introdu��o do homem, via atmosfera, de grande quantidade de di�xido de carbono, pela combust�o dos chamados combust�veis f�sseis. Um fator que ameniza este fato, � que os mares s�o imensos reservat�rios de carbono que agem como amortecedores de choque do g�s carb�nico na atmosfera. Pode-se dizer: aumente-se a quantidade do g�s carb�nico na atmosfera e o oceano se encarrega de retir�-lo. Retire-se g�s carb�nico do ar e o mar repor� novamente. De 1.850 dc, o homem, inadvertidamente, vem realizando um experimento geoqu�mico global, queimando grandes quantidades de combust�veis f�sseis e, dessa forma, devolvendo � atmosfera o carbono que foi fixado pela fotoss�ntese a milh�es de anos atr�s. Geralmente, entre cinco e seis bilh�es de toneladas carbono f�ssil est�o sendo liberadas por ano na atmosfera. Isto seria suficiente para aumentar a quantidade de di�xido de carbono no ar de 2,3 partes por milh�o por ano, se o di�xido de carbono estivesse uniformemente distribu�do e n�o fosse removido. No s�culo passado, o conte�do de di�xido de carbono aumentou de 290 partes por milh�o para 320, sendo que mais de um quinto desse aumento ocorreu na d�cada passada. O aumento total corresponde somente a um pouco mais de um ter�o do di�xido de carbono (cerca de 200 bilh�es de toneladas no total) liberado dos combust�veis f�sseis. Embora a maior parte dos dois ter�os restantes tenha ido para os oceanos, uma fra��o significativa pode perfeitamente ter aumentado a quantidade total de vegeta��o na terra. Estudos de laborat�rio mostram que as plantas crescem mais rapidamente quando o ar circundante � enriquecido com o di�xido de carbono. Assim, � poss�vel que o homem esteja fertilizando campos e florestas, com a queima dos combust�veis f�sseis.

A import�ncia do ciclo do carbono na natureza pode ser melhor evid�ncia pela estimativa de que todo o CO2 presente no ar, caso n�o houvesse reposi��o, seria completamente exaurido em menos de 20 anos, tendo em vista a fotoss�ntese atual. A fixa��o total de carbono por ano, nos oceanos, ascende � cifra aproximada de 1,2 x 1010 tons, enquanto que o teor fixado em terra � da ordem de 1,6 x1010 tons. As plantas clorofiladas constituem o mais importante agente da redu��o do CO2 a mat�ria org�nica; outros seres, como as bact�rias fotossintetizantes e as quimiolitotr�ficas (redutoras de CO2) tem pequena contribui��o para id�ntico fim.
Nos processos de mineraliza��o das subst�ncias carbonadas, com a conseq�ente reposi��o do CO2 � atmosfera, tem revelante papel os microrganismos heterotr�ficos. Outra grande contribui��o destes no ciclo de carbono � o suprimento de CO2 ao solo, onde este g�s funciona como um eficiente solvente na prepara��o de alimentos inorg�nicos para as plantas, a partir de subst�ncias minerais do solo. De import�ncia relevante � ainda a opera��o de degrada��o levada ao cabo pelos microrganismos, das grandes quantidades de celulose, amido e outros in�meros carboidratos complexos presentes no solo, provenientes de modo especial de tecidos vegetais, sem o que a crosta terrestre se transformaria pouco a pouco numa impenetr�vel camada de plantas mortas, inteiramente inadequada aos processos vitais que a� tem lugar. O trabalho dos microrganismos, entretanto, forma aproveit�vel pelas plantas, compostos org�nicos complexos e contribui de modo decisivo para elabora��o do h�mus. As fontes de carbono introduzido no solo s�o numerosas:

Carbono mineral do CO2 atmosf�rico e dos carbonatos tel�ricos e o carbono org�nico dos organismos vegetais e animais sob sua m�ltiplas formas, desde os gluc�dios simples at� as subst�ncias altamente polimerizadas, como a celulose, ou de estrutura complexa, como a lignina. O metabolismo destas diversas formas varia extraordinariamente no solo devido � estrutura mesma das subst�ncias carbonadas e a multiplicidade das esp�cies zim�genas ativas sobre elas. Estas varia��es traduzem-se por diferentes velocidades de ataque e produ��o de subst�ncias metab�licas intermedi�rias diversas. De fato, se os produtos finais constantemente CO2 e H2O (e mais CH4, em anaerobiose), os produtos intermedi�rios, s�o extremamente vari�veis : �cidos org�nicos, alde�dos, �lcoois, a��cares, mais ou menos complexos. A mineraliza��o do carbono org�nico � excepcionalmente realizada em uma �nica etapa, e via de regra, numerosos grupos bacterianos e f�ngicos interv�m sucessivamente at� o processo atingir a sua fase final. Este ciclo � ainda complicado pelo fato das subst�ncias gluc�dicas estarem constantemente associadas em propor��es vari�veis, com subst�ncias azotadas (prote�nas) ou lip�dicas, com lignina, com resinas, com taninos, etc., Por fim, como �ltimo fator de complica��o considere-se o fato do que ao mesmo tempo que tem lugar a degrada��o de carboidratos complexos, os microrganismos sintetizam corpos do mesmo tipo (hemiceluloses microbianas, por exemplo) e seus demais constituintes celulares, tornando-se dif�cil a separa��o entre os compostos intermedi�rios de degrada��o e os de s�ntese. Uns e outros podem, por combina��es qu�micas ou arranjos f�sicos, se ligar entre si ou a outros corpos, para formarem as subst�ncias de reserva h�micas. Tal se apresenta, em linha gerais, a complexidade do ciclo do carbono na natureza.

�	���	CO2	����
�
	�	�
Combust�o  10-12%	Fotoss�ntese   �	Respira��o  10-12 %	Decomposi��o  75-80%
	��
���	Plantas e Animais	�����

Fonte:http:// www.cptec.inpe.br (acessado em 07/12/2002)

 Muitos dos compostos org�nicos tern�rios (a��cares, amido, �cidos org�nicos, aldeios, etc.,) s�o decompostos por um n�mero relativamente grande de fungos, bact�rias e actinomicetos do solo, atrav�s de v�rios tipos de rea��es que se desenvolvem em sucess�o, no exterior e no interior das c�lulas microbianas, resultando na libera��o final de CO2. Outros compostos org�nicos tern�rios, entretanto, tais como celulose, hemicelulose, lignina, pectinas, s�o utilizadas por menor n�mero de microrganismos espec�ficos, e sua decomposi��o �, no geral, mais demorada que a dos demais. Entre os v�rios fatores que afetam a decomposi��o dos compostos org�nicos, tem especial import�ncia na velocidade desse processo de an�lise, a rela��o C/N do material em decomposi��o, visto que os microrganismos o utilizam tanto como fonte de nitrog�nio necess�rio �s suas prote�nas como fonte de C. necess�ria a seus constituintes celulares. Como conseq��ncia, material com baixa rela��o C/N � decompostos com r�pida libera��o do N em excesso, sob a forma de sais de am�nio, ao passo que em material com rela��o C/N elevada, o nitrog�nio � retido na forma org�nica por mais tempo, s� sendo liberado, � disposi��o das plantas, quando o processo de decomposi��o, com conseq�ente libera��o de CO2, faz baixar a rela��o C/N do material original.

A geoqu�mica � uma ci�ncia f�sica importante, interessada na composi��o qu�mica da terra e a troca de elementos entre as diferentes partes da crosta terrestre com seus oceanos, rios, etc. A biogeoqu�mica, � o estudo das trocas (movimentos de ida e volta) de materiais entre os componentes viventes e n�o viventes da biosfera. Sobrepondo um ciclo biogeoqu�mico a um diagrama simplificado de fluxo de energia, com a finalidade de mostrar a inter-relac�o entre estes dois processos b�sicos. Os elementos vitais est�o nunca, ou quase nunca distribu�dos homogeneamente na natureza e nem presentes sob a mesma forma qu�mica atrav�s de ecossistema, ao contr�rio os est�o em compartimentos ou pools com v�rias taxas de c�mbio entre eles.

CO2  
(DI�XIDO DE CARBONO)

G�s incolor e inodoro, resultante de processos de combust�o. Asfixiante.

    Quem mais emite CO2 (dados de 1997):

Fonte:http:// www.cptec.inpe.br (acessado em 07/12/2002)

Antes da revolu��o industrial havia um equil�brio entre a emiss�o de g�s carb�nico (queimadas e respira��o) e o seu consumo (fotoss�ntese), mantendo dessa forma a concentra��o est�vel na atmosfera.

O aumento da concentra��o de g�s carb�nico na atmosfera, resultante da queima em larga escala dos hidrocarbonetos, provocou uma intensifica��o do efeito estufa.

EFEITO ESTUFA

O ciclo do carbono est� estreitamente ligado ao do oxig�nio. Os processos de fotoss�ntese e de respira��o se equilibram perfeitamente, e n�o deveria haver mudan�a nas quantidades de oxig�nio e de g�s carb�nico envolvidas no ciclo do carbono, a n�o ser pequenas varia��es sazonais. (GAINOTTI et al, 2002)

Em um ambiente natural, as varia��es da intensidade da fotoss�ntese produzem simplesmente uma oscila��o na quantidade de CO2atmosf�rico, com um pico no inverno e uma diminui��o no ver�o.

Mesmo durante a noite, quando a fotoss�ntese n�o acontece, acima das grandes coberturas vegetais, como as florestas, h� um grande e cont�nuo fluxo de CO2, produzido pela respira��o, que vai do solo e da vegeta��o em dire��o � atmosfera.

O equil�brio entre o oxig�nio e o g�s carb�nico estabeleceu-se h� mais de 400 milh�es de anos. As plantas, de fato, retiram o CO2da atmosfera e regeneram o oxig�nio na mesma velocidade em que o pr�prio oxig�nio � consumido pela respira��o.

Hoje, por�m, grande quantidade de CO2, proveniente da utiliza��o de combust�veis como o petr�leo e o carv�o, � emitida para a atmosfera. Calcula -se que o consumo de combust�veis f�sseis elimina cerca de 100 bilh�es de toneladas de CO2por ano. O carbono armazenado no solo pelo soterramento de antigas florestas e, assim, destinado a um ciclo longo, � despejado de modo irrefre�vel no ar. Para que pudessem recicl�-lo com a fotoss�ntese, as florestas deveriam aumentar em extens�o; mas, na verdade, est�o sofrendo redu��o.

Do exame de bolhas de ar retidas em blocos de gelo na Ant�rtica, da an�lise de dados que remontam � revolu��o industrial e de medidas sistematicamente realizadas a partir dos anos 50, � poss�vel obter um gr�fico que mostra o alarmante incremento de CO2. A concentra��o de um g�s na atmosfera tamb�m pode ser expressa em partes por milh�o (ppm), isto �, como n�mero de mol�culas do g�s em um milh�o de mol�culas do ar.Atualmente a concentra��o do CO2corresponde a 350 partes por milh�o. No in�cio da era industrial, por�m, era de apenas 280 ppm.

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�Varia��es nas concentra��es de CO2atmosf�rico. Fonte: Gainotti et al, 2002

O aumento da concentra��o de CO2, � motivo de grande preocupa��o, pois provoca o aumento do efeito estufa, cujas conseq��ncias, a longo prazo, podem modificar o clima terrestre.

O Efeito Estufa � a forma que a Terra tem para manter constante a temperatura prop�cia � vida que herdou. Mesmo sendo a atmosfera altamente transparente perante a luz solar cerca de 35% da radia��o que recebemos � refletida para o espa�o, ficando os outros 65% retidos na Terra. Isto deve-se principalmente ao efeito sobre os raios infravermelhos de gases como o di�xido de carbono, vapor de �gua , metano, �xidos de azoto e oz�nio presentes na atmosfera (totalizando menos de 1% desta).

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���������������������� A atmosfera do nosso planeta, permite a passagem de luz, por�m impede a sa�da de�

calor. � o efeito estufa. Fonte: Silva Jr. et all, 1995.

Em condi��es normais, o efeito estufa � precioso para a vida. Calcula-se que, se faltasse essa "capa" gasosa que ret�m o calor, sobre a Terra s� haveria gelo: a temperatura seria de 33 graus a menos do que a confort�vel m�dia atual, de 15 �C, isto �, baixariapara aproximadamente 18 �C negativos.

Contudo, se a temperatura do planeta aumentar, mesmo que apenas poucos graus (nos �ltimos cem anos o aumento foi de 0,5 �C), estar�o comprometidos todos os biomas, e, com o derretimento das geleiras, acontecer� um aumento do n�vel dos mares, que poder�o invadir as cidades costeiras.

O ciclo do carbono sofre, portanto, uma altera��o ocasionada pela prepotente introdu��o de um fator novo: o progresso humano.���������������

A quebra do ciclo do carbono � um assunto atual, que preocupa a comunidade cient�fica n�o apenas pelos efeitos nefastos que pode ter sobre o planeta, mas, sobretudo, porque coloca o mundo frente a dois problemas muito s�rios: at� que ponto o homem pode interferir nos equil�brios naturais e at� que ponto a biosfera pode resistir �s agress�es da atividade humana?

���� As mudan�as do clima no planeta s�o uma realidade comprovada cientificamente e medidas urgentes s�o necess�rias pra minimizar a amea�a deste fen�meno � humanidade e aos ecossistemas, assim como para a constru��o de uma sociedade sustent�vel todas as suas dimens�es.

A principal causa do efeito estufa �: a pr�pria queima de combust�veis f�sseis, incluindo a� a queima de gasolina e diesel nos motores dos autom�veis, as queimadas das florestas para se fazer grandes pastos para o gado, � emiss�o de gases poluentes pelas industrias, erup��es vulc�nicas, dentre outras.

Veja na figura abaixo a emiss�o de cada um na atmosfera:

Fonte:http://www.ecoequilibrio.hpg.ig.com.br (Acessado em 07/12/2002)

Como conseq��ncias do efeito estufa, temos principalmente o aquecimento global, que desencadear� o derretimento das calotas polares que causar� o aumento do n�vel do mar que poder� at� inundar cidades litor�neas provocando o seu desaparecimento. Isto tamb�m provocar� uma mudan�a nos comportamentos dos rios, provocando grandes enchentes e afetando principalmente as planta��es.

Poder� tamb�m provocar mudan�as no clima da Terra que gerar� regi�es des�rticas (o que pode acontecer com o Nordeste brasileiro, por exemplo.) e regi�es sujeitas a grandes tormentas e furac�es, causando o deslocamento de milh�es de pessoas.

Com o aumento da temperatura tamb�m haver� a extin��o de v�rias esp�cies que n�o se adaptar�o as condi��es clim�ticas e isto causar� o desequil�brio em v�rios ecossistemas e at� o desaparecimento de alguns (como por exemplo, os mangues).

Tamb�m ajudar� o aumento da propaga��o de doen�as causadas por insetos (como dengue), e a sobreviv�ncia de v�rios fungos e bact�rias prejudiciais aos homens, que tamb�m passar�o a sofrer mais de doen�as respirat�rias e ter mais ataques card�acos.

No quadro abaixo podemos notar o aumento de temperatura nos �ltimos 1000 anos.

Fonte:http:// www.cptec.inpe.br (Acessado em 07/12/2002)

MEDIDAS PARA MINIMIZAR O �EFEITO ESTUFA�

O ser humano para reverter a situa��o ca�tica na qual se encontra o nosso meio ambiente, necessita modificar as suas atitudes,� seus interesses econ�micos e financeiros.

����������� Podemos perceber que a situa��o atual na qual vivemos � conseq��ncia de fatos ocorridos em espa�os temporais mais remotos como o advento da Revolu��o Industrial, onde o homem alterou o seu modo de viver e consumir, mas conseq�entemente tamb�m alterou o ciclo da natureza.

����������� Para amenizar esta situa��o � necess�rio que chefes de estados, tanto de pa�ses ricos, quanto menos favorecidos tomem as mesmas medidas, pensando em um primeiro plano no ser humano e deixando de lado seus interesses econ�micos.

����������� Com rela��o ao Brasil, um primeiro grupo de medidas atenuadoras visa � redu��o das emiss�es de gases do efeito estufa (GEE), propondo mudan�as nas fontes de obten��o de energia, priorizando investimentos em pesquisa e implementa��o de fontes que n�o liberam carbono, e de fontes como a cana-de-a��car, a mandioca e o baba�u, que apesar de tamb�m liberarem carbono, este � reabsorvido � medida que novas plantas se desenvolvem.

����������� A maior parte dessas medidas j� � conhecida, como o Programa Pro�lcool. A COPPE, por exemplo, j� encaminhou alguns projetos ao comit� gestor do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), entre eles o uso do biodiesel como combust�vel, a partir da reciclagem de �leo vegetal, e a coleta de g�s metano e seu uso com combust�vel, cuja experi�ncia piloto ser� no Aterro de Gramacho e na Usina do Caju, com a produ��o de biog�s a partir do lixo.

����������� A raz�o dessas medidas n�o terem sido implementadas at� o momento com maior �xito, segundo Gilberto Januzzi(2002), � porque �trata-se de uma conjuntura de desenvolvimento econ�mico que escolheu os combust�veis f�sseis como seu eixo principal�. Bilh�es e bilh�es de d�lares giram em torno dos energ�ticos originados de combust�veis f�sseis, e as ind�strias apresentam muitos subs�dios. �A quest�o dos Estados Unidos n�o estarem ratificando o Protocolo de Quioto, ocorre porque isso n�o interessa economicamente�.

����������� A emin�ncia de uma mudan�a t�o dr�stica como a altera��o da temperatura global do planeta tr�s consigo perigos que deviam estar a preocupar muito mais os governos em fazer diminuir as taxas de emiss�o dos gases de Efeito Estufa para a atmosfera, pelo menos ao n�vel das atividades industriais e nos autom�veis particulares, encarando o problema com o n�vel de seriedade que este merece.

����������� A seguir novas tecnologias que podem auxiliar na diminui��o do �efeito estufa� encontradas em sites de pesquisa.

Energia do Hidrog�nio

Introdu��o

O hidrog�nio � o primeiro elemento da tabela peri�dica, constitu�do apenas por um pr�ton e um el�tron, sendo assim, o elemento mais simples de todo universo. Por este motivo � um dos mais abundantes no universo, pois muitas estrelas, cometas e planetas s�o formadas basicamente de hidrog�nio. No caso das estrelas, � o combust�vel essencial para o fornecimento de energia para muitos sistemas planet�rios como o nosso. Um outro exemplo � o planeta J�piter, que � formado de hidrog�nio nas fases l�quida, gasosa e s�lida.

No nosso planeta s� � poss�vel encontr�-lo associado a outros elementos como a �gua, sendo necess�rio energia para obt�-lo e, como res�duo temos apenas �gua, ou seja, uma fonte de energia altamente limpa e sem res�duos t�xicos.

O g�s hidrog�nio H2 � explorado para uso em motores e combust�o e c�lulas de combust�vel. Basicamente temos duas maneiras de obter hidrog�nio:

�      Eletr�lise: usa-se energia el�trica para promover a quebrar da mol�cula de H2.

�      S�ntese: a partir de subst�ncias como biomassa e carv�o, pode-se obter o hidrog�nio.

Combust�o do hidrog�nio

No processo de combina��o entre o oxig�nio e hidrog�nio, ocorre uma rea��o do tipo oxidante, com produ��o de calor e 33.890 kcal/kg. � esta libera��o de energia que pode ser aproveitada.

Possibilidades para o Brasil

A tecnologia de obten��o de hidrog�nio para explora��o energ�tica no nosso pa�s j� � uma realidade, o que podemos considerar que o Brasil j� est� preparado para esta nova era, a do hidrog�nio. A UNICAMP domina v�rios m�todos:

�      Eletr�lise da �gua

�      decomposi��o da am�nia

�      Rea��o de hidretos met�licos

�      ligas de ferro-tit�nio

�      n�quel-magn�sio

O hidrog�nio pela suas possibilidades, pode ser considerado como vetor energ�tico, pode ser considerado como fonte inesgot�vel de energia, pois a rea��o abaixo se d� nos dois sentidos:

H2 + 1/2O2 <=> H20 + 33.890 kcal/kg

C�lula de Combust�vel

A maioria das c�lulas de combust�vel usam o hidrog�nio na rea��o acima para produ��o de energia e �gua. Este � a forma usada pela NASA em seu programa espacial. A �gua de rea��o � aproveitada para uso da tripula��o para beber.

As possibilidades do uso do hidrog�nio prometem para o futuro. Entretanto, ainda s�o caras as c�lulas, mas como toda nova forma de energia, a melhoria de sua performance depende em muito da compreens�o das na��es de que n�s devemos preservar o ambiente livre de cargas poluentes, ou pelo menos com menor carga, com menores riscos para a humanidade e, dessa forma podermos nos sentir realmente humano.

Mercado de autom�veis incentiva pesquisas como a desenvolvida por equipe da USP para a aplica��o do H2
www.brasilenergia.com.br (Acessado em 07/12/2002)

www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm(Acessado em 07/12/2002)

O que s�o as pilhas de combust�vel?  ���� A pilha de combust�vel � um dispositivo eletroqu�mico em que um combust�vel e um oxidante reagem diretamente, produzindo eletricidade. Uma vez que este processo n�o segue o ciclo termodin�mico,as temperaturas altas n�o s�o necess�rias para uma boa efici�ncia. Al�m de eficientes, as pilhas de combust�vel apresentam a vantagem de serem silenciosas e n�o poluentes. Motores de combust�o interna vs. Pilha de Combust�vel   Nos sistemas de propuls�o tradicionais, os combust�veis s�o queimados num motor de combust�o interna. Conseq�entemente, os �tomos que os constituem reagem na presen�a de oxig�nio. Neste processo designado por oxida��o, os �tomos do combust�vel doam el�trons aos �tomos de oxig�nio. O combust�vel � oxidado e o oxig�nio � reduzido, em simultaneidade. Desta rea��o resulta a liberta��o de energia t�rmica, transformada em energia cin�tica pelas componentes mec�nicas do motor. Numa pilha de combust�vel, as rea��es de oxida��o e redu��o s�o separadas por um eletr�lito. A separa��o destas duas rea��es resulta na produ��o de uma carga negativa no �nodo e positiva no c�todo. Aplicando uma corrente, pode retirar-se energia el�trica desta rea��o. Embora exista similaridade com os processos que ocorrem nas baterias, � importante perceber que numa pilha de combust�vel os reagentes (combust�vel e oxig�nio) s�o fornecidos por uma fonte externa. A pilha de combust�vel, por isso, nem pode estar "vazia" nem necessita de ser "recarregada".

N�o poluente, silenciosa e eficiente... Embora as pilhas de combust�vel sejam realmente eficientes, da convers�o de energia qu�mica em eletricidade resulta, tamb�m, a produ��o de calor. No caso da aplica��o em ve�culos o calor n�o � aproveitado, mas noutras aplica��es esse aproveitamento � feito resultando num aumento da efici�ncia total do sistema. Os ve�culos a pilha de combust�vel "poupam-nos" dos ru�dos incomodativos dos motores tradicionais, uma vez que a produ��o de energia n�o est� dependente nem de combust�o nem do movimento de elementos mec�nicos. O produto da rea��o � o combust�vel oxidado. Se utilizar diretamente o hidrog�nio, o produto da rea��o � apenas vapor de �gua. Conseq�entemente, um ve�culo que utilize este tipo de sistema de propuls�o � classificado como ve�culo de emiss�es nulas - ZEV (zero emission vehicle). Se o combust�vel utilizado para alimenta��o da pilha for um hidrocarboneto, o di�xido de carbono pode estar tamb�m presente. Outra das vantagens das pilhas de combust�vel � o fato de a temperatura de opera��o ser relativamente baixa, o que evita a produ��o de �xidos de azoto (NOx). Os NOx contribuem para a polui��o do ar nos grandes centros urbanos e para a degrada��o das fachadas dos pr�dios.

Tipos de c�lulas de combust�vel �s pilhas de combust�vel s�o geralmente atribu�dos nomes que designam o tipo de eletr�lito que os diferentes sistemas utilizam:  AFC alkaline fuel cell , pilha de combust�vel alcalina PAFC phosphoric acid fuel cell , pilha de combust�vel de �cido fosf�rico  MCFC molten carbonate fuel cell , pilha de combust�vel de carbonato fundido SOFC solid oxide fuel cell , pilha de combust�vel de �xido s�lido SPFC solid polymer fuel cell , pilha de combust�vel de pol�mero s�lido  As SPFC tamb�m s�o designadas por:  SPEFC solid polymer electrolyte fuel cell PEFC proton exchange fuel cell ou polymer electrolyte fuel cell PEMFC proton exchange membrane fuel cell IEMFC ion exchange membrane fuel cell DMFC direct methanol fuel cell , pilha de combust�vel em que o combust�vel  utilizado � o metanol (exce��o � regra de designa��o em fun��o do eletr�lito)

. Temperatura de opera��o [oC]  Combust�vel*   Eletr�lito   Aplica��o   AFC 80  H 2   KOH (hidr�xido de pot�ssio)  transporte aeroespacial  SPFC 40-80  H 2 (/CO 2 )  pol�mero  transporte, produ��o de eletricidade (rede e baterias), co-gera��o  DMFC 60-130  metanol  pol�mero  produ��o de eletricidade (baterias), transporte (?)  PAFC  200  H 2 (/CO 2 )  �cido fosf�rico  produ��o de eletricidade (rede), co-gera��o**  MCFC 650  H2, CO  carbonato fundido  produ��o de eletricidade (rede), co-gera��o**  SOFC 1000  H 2 , CO  �xido s�lido  produ��o de eletricidade (rede), co-gera��o**  Nota:*Pilhas de combust�vel que aceitem misturas de H 2CO 2 podem, em combina��o com reformador, utilizar alguns hidrocarbonetos; **co-gera��o: produ��o de energia el�trica e energia t�rmica. www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002)

Sistema SPFC ����� A pilha de combust�vel com eletr�lito de pol�mero s�lido utiliza a caracter�stica da membrana de pol�mero para a condu��o de �ons positivos de hidrog�nio: pr�tons. O eletr�lito � disposto entre dois eletrodos, finas camadas que cont�m catalisadores de platina com a fun��o de ajudar as rea��es de oxida��o e redu��o. Estes eletrodos s�o geralmente aplicados num suporte de fibra de carbono ou grafite. A combina��o dos eletrodos e eletr�lito de membrana de pol�mero � designada por MEA ( membrane electrode assembly ) . O MEA � colocado entre dois compartimentos onde fluem os gases, produzindo uma c�lula individual. Quando o hidrog�nio entra no compartimento do �nodo e o ar (ou oxig�nio) no compartimento do c�todo, produz-se um potencial el�trico de aproximadamente 1 Volt. Quando o �nodo e o c�todo s�o ligados por uma carga el�trica externa, produz-se corrente a partir do consumo de hidrog�nio e oxig�nio.

www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002)����������� �� A tens�o da SPFC varia em fun��o da corrente retirada da c�lula. Ap�s uma quebra inicial da tens�o, existe uma rela��o quase linear entre a densidade de corrente e a tens�o. Com elevada densidade de corrente, pr�xima da pot�ncia m�xima, a tens�o come�a a diminuir de forma n�o linear.

www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002)

www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002) O que constitui uma pilha de combust�vel? A pilha de combust�vel � constitu�da por s�ries de c�lulas individuais. Por si s�, uma c�lula produz uma tens�o inferior a 1 Volt. "Empilhando" em s�rie v�rias c�lulas individuais obt�m-se uma pilha com uma tens�o pratic�vel. Entre as c�lulas, s�o dispostas placas separadoras. Estas placas s�o constitu�das por materiais condutores como a grafite ou metais resistentes � corros�o. As placas s�o configuradas de forma a que os reagentes entrem em contacto com os eletrodos. Podem utilizar-se placas similares para arrefecimento da pilha, embora a fun��o de refrigera��o possa ser efetuada tamb�m atrav�s das placas separadoras. Em alguns casos a pilha possui uma sec��o de umidifica��o dos gases reagentes. A pilha � completada por placas coletoras de corrente. O n�mero de c�lulas numa pilha varia entre 10 e cerca de 100. Existem c�lulas com superf�cie desde 100 a 300 cm 2 . A gama de pot�ncia das pilhas � de 1 kW at� cerca de 100 kW. Para pilhas que operam a ar e H2, o valor m�ximo de pot�ncia atingido por unidade de volume (ou massa) ronda o 1 kW/L ou 1 kW/kg.

O que faz funcionar uma pilha de combust�vel? O funcionamento de uma pilha de combust�vel requer a cont�nua alimenta��o de ar e hidrog�nio para produzir corrente. Durante a opera��o, as c�lulas que constituem a pilha produzem calor que tem de ser removido. Assim, a pilha necessita de componentes auxiliares para operar. Estas componentes s�o: � Compressor ou ventilador para fornecer ar ao c�todo;  � Reformador, caso o combust�vel utilizado seja um hidrocarboneto;  � Circuito de refrigera��o;  � Separador para remo��o de �gua contida nos gases sa�dos do c�todo;  � Bomba para recircula��o dos gases rejeitados pelo �nodo;  � Controlador do sistema (computador de bordo);  � Sistema de alimenta��o de combust�vel.  O sistema de armazenagem do combust�vel pode ser um cilindro contendo hidrog�nio comprimido (associado a um controlador da press�o) ou um dep�sito de hidrog�nio liquefeito (mantido a cerca de -250 �C). No caso da utiliza��o de hidrocarbonetos, o sistema tem de compreender um processador de combust�vel (reformador de combust�vel ou purificador de g�s) que fornece o hidrog�nio para a pilha de combust�vel. A energia el�trica produzida pela pilha (ou pilhas) � transmitida ao conversor para transforma��o em corrente alternada que alimentar� os motores el�tricos de tra��o. Para cobrir os picos de carga, por exemplo durante o arranque e acelera��o, pode ser utilizada uma bateria auxiliar: sistema h�brido.  Reformadores Os reformadores s�o dispositivos que convertem os hidrocarbonetos em misturas de hidrog�nio e di�xido de carbono. Os dois principais m�todos utilizados s�o a convers�o pelo vapor de �gua e a oxida��o parcial. Na convers�o pelo vapor os hidrocarbonetos e a �gua reagem para formar a mistura gasosa de H 2 , CO 2 e CO. Este processo requer calor para ocorrer. No processo de oxida��o parcial � utilizado ar e, conseq�entemente, o g�s resultante contem uma quantidade consider�vel de azoto (N 2 ). A oxida��o parcial � uma rea��o exot�rmica (gera calor). A combina��o dos dois processos � designada por "reforma autot�rmica" uma vez que, teoricamente, n�o produz nem requer o fornecimento de energia t�rmica para ocorrer.

www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm(acessado em 07/12/2002) A Opel est� a desenvolver um prot�tipo do modelo Zafira a pilha de combust�vel. Prev�-se que em 2004 o Projecto Hydrogen 1 esteja conclu�do e possa passar � produ��o em s�rie. O hidrog�nio � armazenado na forma criog�nica, a cerca de 6 bar, num reservat�rio de a�o com parede dupla.

Projeto em desenvolvimento A CARRIS, Companhia de Carris de Ferro de Lisboa est� a participar com v�rios parceiros - num projeto europeu para o desenvolvimento de um autocarro com propuls�o a pilha de combust�vel. O Projeto integra-se no Programa Comunit�rio Thermie e prev� o teste deste autocarro na cidade de Lisboa, durante dois meses. De entre os parceiros envolvidos neste projeto destacam-se um fabricante de autocarros (MAN), a APVE - Associa��o Portuguesa do Ve�culo El�trico , o Instituto Superior T�cnico, um fabricante de pilhas de combust�vel e outras empresas de transportes.

www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm (acessado em 07/12/2002) Os STCP (Soc. de Transportes Coletivos do Porto) est�o tamb�m envolvidos num projeto de demonstra��o de autocarros a pilha de combust�vel, que prev� em 2003 a realiza��o de experi�ncias com viaturas da Mercedes.

Que combust�vel usar em ve�culos? � As pilhas de combust�vel de pol�mero s�lido requerem hidrog�nio para operar. Quando o combust�vel utilizado � o hidrog�nio, o sistema � relativamente simples e a efici�ncia do ve�culo � maximizada. No entanto: - o hidrog�nio n�o � facilmente disponibilizado, os custo de produ��o e armazenagem s�o elevados;  - a sua distribui��o at� � esta��o de abastecimento tem que ser feita em ve�culos especiais que permitam o transporte do hidrog�nio no estado l�quido (a cerca de - 250 �C);  - o seu armazenamento no ve�culo � problem�tico, resultando em custos elevados devido �s condi��es de baixa temperatura a que deve ser mantido; - as perdas associadas � produ��o, liquefa��o ou compress�o reduzem a efici�ncia fonte-utiliza��o final a um n�vel em que a sua utiliza��o pode n�o ser mais eficiente que a de metanol, g�s natural ou gasolina; - ainda n�o existe legisla��o que defina o hidrog�nio como carburante para transportes terrestres.  Uma vez que o abastecimento de hidrog�nio necessita de infraestruturas dedicadas, a sua constru��o s� se torna vi�vel para grandes frotas (empresas de autocarros e de distribui��o e entregas, por exemplo) que operem em circuito urbano. O alargamento � utiliza��o em outros segmentos de mercado pode ser uma perspectiva a longo prazo se o peso do consumo de energia alternativa se tornar comum. Nessa condi��o, o hidrog�nio poder� constituir um importante vetor energ�tico. Por forma a evitar problemas de distribui��o e armazenagem a bordo, o uso de hidrocarbonetos l�quidos como combust�vel � uma das op��es vi�veis. Estes combust�veis podem ser convertidos para hidrog�nio no ve�culo, atrav�s da utiliza��o de um processador ou reformador. Metanol Durante algum tempo, o metanol foi considerado como o melhor candidato a combust�vel para os ve�culos a pilhas de combust�vel ( fuel cells ). O metanol � convertido para hidrog�nio a temperaturas entre os 220-240 �C produzindo g�s com raz�o H 2 /CO 2 de 3:1. Normalmente, o metanol � produzido em largas quantidades a partir do g�s natural e armazenado em stock para a ind�stria qu�mica. Para a utiliza��o em ve�culos apresenta a desvantagem de ser um produto t�xico em contacto com a pele, o que traz restri��es quanto ao seu manuseamento. O processador que a bordo reformula o metanol para hidrog�nio chega a pesar cerca de 130 kg, com capacidade para produzir pot�ncias de 61 kW.  G�s natural Entre os v�rios fabricantes, existe um consenso em rela��o � utiliza��o do g�s natural como combust�vel de partida para pilhas de combust�vel. O fato de j� existirem redes de g�s natural para os sectores dom�stico e industrial, faz com que este seja um combust�vel dispon�vel e o mais conveniente. Para aplica��es estacion�rias j� existem t�cnicas de reforma��o do g�s natural para obten��o de hidrog�nio. A liga��o carbono-hidrog�nio na mol�cula de metano � muito forte, sendo necess�rias elevadas temperaturas para a reforma��o. O g�s natural pode ser reformado na esta��o de abastecimento, em vez de o ser a bordo do ve�culo. A utiliza��o da gasolina est�, em parte, restringida pelo fato de este combust�vel n�o ser facilmente reform�vel a bordo. Por isso, a efici�ncia da sua utiliza��o � inferior � do g�s natural e do metanol. No entanto, apresenta a vantagem de as perdas na produ��o e distribui��o serem consideravelmente inferiores �s do hidrog�nio e do metanol. Com o avan�o tecnol�gico dos reformadores para a gasolina, a utiliza��o das pilhas de combust�vel seria bastante beneficiada.  Biog�s Pode ser tamb�m utilizado o biog�s, promovendo assim a utiliza��o de uma fonte de energia renov�vel.

Aplica��es estacion�rias Para muitos pa�ses, a escolha de combust�veis para aplica��es estacion�rias � o g�s natural, propano e diesel. Para este tipo de aplica��o, o processo de convers�o n�o difere em grande parte do dos ve�culos. O propano � mais facilmente reform�vel que o g�s natural que, por sua vez, � mais f�cil que o diesel. Remo��o do CO Em fun��o da temperatura a que o processo de reforma��o se realiza assim variam as concentra��es de forma��o de CO, podendo-se situar entre 1 e 20%. Uma vez que o CO � um inibidor da platina (Pt) que constitui o catalisador das SPFC, a sua concentra��o tem de ser reduzida para concentra��es entre 10-100 ppm.

Energia Solar

Introdu��o

O Sol � a mais pr�xima estrela de nosso planeta Terra. Ele est� a aproximadamente 150 milh�es de quil�metros de dist�ncia, brilhando a bilh�es de anos fornecendo energia para a manuten��o da vida na superf�cie do planeta. Sem o Sol n�o haveria como prover a Terra da maior d�diva que temos, a vida. Podemos dizer, sem receio de errar que a maior parte da energia de que dispomos prov�m do Sol. Os alimentos que consumimos s�o o resultado da convers�o da energia solar atrav�s da fotoss�ntese realizada pelas plantas. A atual comunidade global tem como matriz energ�tica o petr�leo e seus derivados, que tem como fonte a energia solar, armazenada durante milh�es de anos na forma de combust�veis f�sseis. Podemos dizer que essas duas fontes s�o indiretas, pois fornecem energia ap�s um processamento.

Entretanto a energia solar na forma direta tamb�m pode ser aproveitada e possui caracter�sticas importantes em compara��o com outras formas de energia, como por exemplo:

�      Renovabilidade quase infinita - para a escala de tempo humana, o Sol ainda brilhar� por muitos bilh�es de anos, o que lhe confere uma infinitude de fornecimento de energia;

�      Impacto ambiental - em compara��o com outras fontes, � m�nimo o impacto ambiental, pois n�o deixa res�duo;

�      Regionalidade - � uma fonte de aplica��o regional n�o necessita ser transportada por grandes dist�ncias.

A utiliza��o da energia solar � uma das mais antigas, pois muitas civiliza��es antigas como os �ndios pr�-incaicos, j� utilizavam-na para preserva��o de alimentos secando-os ao sol. No nordeste brasileiro e litoral, esta pr�tica se d� como a pr�tica de secagem de peixes e carnes como forma de ampliar o tempo de consumo desses alimentos.

As aplica��es atuais s�o mais bem estruturadas para atender a uma concep��o moderna de vida. Nos �ltimos cem anos houve aperfei�oamentos das formas de aproveitamento energ�tico. Basicamente, temos duas maneiras de uso direto da energia do sol: atrav�s da luz emitida pelo sol e calor. De forma indireta temos a biomassa, as mar�s, dos ventos, dos oceanos pela diferen�a de temperatura. A necessidade de aproveitamento energ�tico solar se d� pelo fato de que a atual fonte energ�tica petrol�fera estar com os dias contados e a� entraremos em uma problem�tica de ordem planet�ria e uma pergunta surge: "como iremos suprir a demanda de uma sociedade que cresce constantemente?", "Como poderemos armazenar energia para atender a essa demanda?". Estas quest�es t�m que come�ar a ser discutida desde j� e n�o esperar o momento da retirada da �ltima gota de petr�leo do po�o virado uma pe�a de museu como demonstrativo de qual foi a mola propulsora da humanidade por pouco mais de 150 anos.

Tipos de Coletores solares

 S�o dispositivos que transformam a luz do sol em calor, que pode ser utilizado para aquecimento de �gua. Para isso aproveitam-se as caracter�sticas dos materiais como emiss�o, absor��o e reflex�o de luz e calor. Todos os corpos irradiam ondas eletromagn�ticas e que dependem da temperatura. � o que denominamos de radia��o t�rmica. Um corpo ideal emite toda a radia��o poss�vel a uma dada temperatura � chamado de corpo negro. O princ�pio de funcionamento dos coletores solares � o efeito estufa. Todo corpo exposto � radia��o tende a se aquecer por absor��o de energia e de acordo com a cor deste corpo este aquecimento se dar� mais ou menos r�pida. Para placas absorvedoras dos coletores � usada a cor preta fosca por possuir maior capacidade de absor��o calor�fica. A luz solar, ao incidir sobre a superf�cie, aquece, mas tamb�m h� uma emiss�o de energia ultravioleta. Para garantir que a energia fique confinada, os coletores solares s�o constru�dos como recipientes na forma de caixas de forma a que haja o m�ximo de aproveitamento dessa energia radiante, como mostra a figura abaixo:

A energia que irradia da placa absorvedora � retida pela placa de vidro plano proporcionando o denominado efeito estufa, semelhante ao que acontece quando entramos em nosso carro ap�s ficar exposto ao Sol por muito tempo. Este tipo de coletor � mais utilizado para aquecimento de �gua, bastando que se coloque acoplado uma tubula��o na parte interna, pr�ximo � placa absorvedora e que se tenha uma caixa de �gua com isolamento t�rmico para evitar dissipa��o de energia.

Segundo literaturas, a pot�ncia solar estimada � da ordem de 1018cvh ou 7,3.1017kWh. A incid�ncia di�ria de energia solar sobre a superf�cie terrestre � da ordem de 1443 kWh/m2. Ainda falando sobre dados energ�ticos, uma �rea de 42 000 m2  absorve diariamente a energia produzida pelo homem. Entretanto, produzimos muito pouco em rela��o ao que est� dispon�vel, pois a metade dessa energia � refletida para o espa�o pela camada mais externa da atmosfera terrestre, alem de estarmos tecnologicamente aqu�m das necessidades e do alto custo de produ��o. Outro fator � que a energia solar n�o � port�til e n�o pode ser armazenada, ao contr�rio dos combust�veis que s�o utilizados atualmente no mundo.

Todo o calor da Terra, exceto o obtido no interior dos �tomos, vem, em �ltima an�lise, do Sol. Al�m de aquecer a Terra, o Sol fornece a energia utilizada pelas plantas na s�ntese do alimento que fornece o combust�vel necess�rio �s fun��es e aos animais que o comem. O calor do Sol produz a evapora��o da �gua dos oceanos, formando as nuvens que caem sob a forma de chuva sobre as montanhas e descendo correm para o mar. O homem coloca turbinas no caminho por onde passa a �gua, transformando sua energia em energia el�trica. Os demais combust�veis utilizados pelo homem como g�s, petr�leo, carv�o e a madeira s�o remanescentes ou produtos de organismos cuja energia original foi derivada do Sol.

������ O carv�o, o g�s natural e o petr�leo, chamados combust�veis f�sseis, t�m reservas limitadas. Talvez a solu��o do problema esteja diante de n�s quando olhamos para o c�u - o pr�prio Sol, que por milh�es de anos nos tem fornecido sua energia. A luz solar proporciona ao Brasil em cada dois dias energia igual a todas as reservas remanescentes de combust�veis f�sseis. Como utilizar essa energia, entretanto, � que � o problema. Uma vez que ela nos alcan�a de forma t�o difusa. Para transform�-la numa fonte eficiente de energia, ela deve ser captada e concentrada, como numa fornalha solar, processo este que custa muito caro. A escurid�o e o mau tempo tamb�m causam interrup��es constantes na recep��o da irradia��o regular da energia do Sol. Por conseguinte, as mais importantes aplica��es industriais da for�a solar ainda est�o bem distantes, mas em pequena escala ela j� � utilizada com �xito.
A energia solar pode ser usada de v�rias maneiras. A luz solar pode ser captada por esp�cies de estufas colocadas nos telhados das resid�ncias, que aquecem a �gua que passa por elas atrav�s de serpentinas. Pode ser aproveitada atrav�s de um forno solar, que concentra os raios solares por meio de espelhos curvos. Ou tamb�m por meio de c�lulas fotovolt�icas, que convertem diretamente a energia solar em energia el�trica. Este processo tem grande aplica��o em sat�lites artificiais. 

Painel solar

���� O aquecimento da �gua para ser aproveitada nas resid�ncias e feito com uma caixa semelhante a uma estufa, coberta com vidro. A radia��o solar incide na parte transparente do coletor. Parte dessa radia��o atinge a chapa de alum�nio pintada de preto no interior da caixa. A pintura preta aumenta a absor��o da energia incidente.

Fixada � placa de alum�nio encontra-se a tubula��o de �gua. Pelo processo de condu��o, parte do aquecimento da placa � transmitido para a �gua. Uma vez aquecida, a �gua na tubula��o fica menos densa e sobe indo para o reservat�rio. Ao mesmo tempo, a �gua mais fria desce da parte inferior do reservat�rio. A �gua quente, pronta para o consumo, � retirada da parte superior do reservat�rio, e uma nova quantidade de �gua � introduzida na parte inferior.

O mesmo princ�pio pode ser utilizado para o aquecimento e refrigera��o de resid�ncias. A casa tem suas paredes de face sul (hemisf�rio norte) pintado de preto �s quais se superp�em paredes de vidro: a radia��o atravessa o vidro e aquece a parede, dando origem a uma coluna ascendente de ar quente entre ambas. Com aberturas convenientes no sistema, o ar pode circular no interior da casa, aquecendo-a ou resfriando-a. Como a parede ret�m o calor por v�rias horas, o sistema continua a funcionar durante a noite e nos per�odos nublados do dia.

Forno solar
Um exemplo de aplica��o do forno solar est� em Odeillo, nos Pirineus franceses, um colossal espelho parab�lico (formado por 9.500 espelhos planos individuais), com a altura de um edif�cio de sete andares, focaliza os raios solares em um forno dentro da torre do coletor, fazendo-o alcan�ar temperaturas de at� 3.800� C, o suficiente para abrir um furo de 30 cm de di�metro numa chapa de a�o de 3/8 de polegada de espessura, em apenas 60 segundos.

C�lulas solares fotovoltaicas
�������� A energia solar � usada tamb�m na gera��o cont�nua de eletricidade. Para isso utilizam-se as "c�lulas solares", desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em sat�lites artificiais. Apresentam uma efici�ncia de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor.
As c�lulas solares s�o semicondutores constitu�dos de cristais de sil�cio nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou ars�nio). Com isso, formam-se no condutor regi�es de tipo N e do tipo P, com propriedades diferentes: na regi�o N h� excesso de el�trons enquanto na regi�o P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por el�trons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus el�trons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente cont�nua.
Se a utilidade das c�lulas solares � grande nos sat�lites artificiais, o mesmo n�o pode ser dito em rela��o �s aplica��es terrestres, pois elas n�o possuem capacidade de armazenamento, os custos de sua fabrica��o s�o bastantes elevados e apresentam uma efici�ncia de convers�o muito baixa. Para operar um aquecedor el�trico de 500 W, por exemplo, seriam necess�rios 2,5 m2 de c�lulas, mesmo que sobre elas incidisse a radia��o m�xima do Sol. 

Energia E�lica

Introdu��o

O uso da energia e�lica � muito antigo, e o homem j� utilizava como forma de convert�-la em trabalho �til. A principal mola propulsora da coloniza��o europ�ia foram as naus movidas a vento. O fen�meno de forma��o de ventos se d� pelo aquecimento desigual que ocorre na superf�cie do planeta Terra. A massa de ar que se apresenta com maior temperatura diminui sua densidade. Essa massa de ar sobe na atmosfera. O espa�o deixado pela massa � ocupado por uma massa de ar de maior densidade e menor temperatura, ocorrendo assim, uma movimenta��o de massas. Esta movimenta��o de massas de ar caracteriza a convec��o t�rmica, isto �, o vento, que n�s sentimos em nossa pele e que tem energia aproveit�vel. A� entra a pergunta: e o vento tem energia? Tem sim. O conceito f�sico de energia se refere ao movimento. Tudo que tem movimento possui energia. A energia est� na natureza sob diversas formas e uma delas � a que n�s estamos discutindo aqui, a ENERGIA E�LICA. A energia e�lica pode ser convertida de em energia �til por dois tipos de sistemas bem definidos:

- Um de simples constru��o, o "moinho de vento", que a civiliza��o usa h� mais de 300 anos para produ��o de energia mec�nica. S�o aqueles moinhos que s�o caracter�sticos dos pa�ses baixos como a Holanda.

- O outro, mais modernos, e com um melhor aproveitamento da energia e que serve para produzir energia el�trica, s�o os aerogeradores.

Mas n�o s� na forma de moinhos e aerogeradores encontramos sistemas de aproveitamento de energia e�lica. Um exemplo marcante na hist�ria da humanidade foram as caravelas e naus, que desbravaram os mares para explorar regi�es muito distantes. E assim se deu o processo de explora��o das col�nias portuguesas e espanholas, e mais tarde inglesas, francesas, holandesas, etc.

�������������� Disponibilidade da Energia E�lica

A disponibilidade de energia e�lica est� ligada a diversos fatores, dentre os quais, f�sicos e geol�gicos. A forma��o da energia e�lica se d� devido � diferen�a de aquecimento da superf�cie terrestre. Isto acontece por v�rios motivos. Um deles � a inclina��o do eixo terrestre, fazendo com que os raios solares cheguem inclinados � superf�cie.

Na figura acima podemos ver o efeito dessa inclina��o, que � um fator determinante para a defini��o das esta��es do ano. Portanto, a disponibilidade de energia e�lica � vari�vel de v�rias maneiras: depende da hora do dia, da esta��o do ano, e de outros aspectos clim�ticos. A diferencia��o de aquecimento da superf�cie modifica a densidade do ar (por densidade, defini-se a rela��o entre a massa e o volume ocupado pela mesma). O ar mais quente � menos denso e sobe na atmosfera. O vazio deixado por ele � ocupado por uma massa de ar mais frio, que possui maior densidade. Esta diferen�a proporciona um deslocamento de massas denominado correntes de convec��o. O movimento das massas � dotado de um tipo de energia denominada Energia Cin�tica, expressa pela equa��o abaixo:

Onde v � a velocidade do vento e m a massa de ar que passa por uma �rea a varrida pelas p�s em rota��o. A massa, por sua vez, deve ser obtida, pela equa��o:

onde a � a �rea,

� a densidade do ar e v � a velocidade do vento.

Essa equa��o da energia � obtida a partir das leis de Newton. Entretanto, a energia e�lica n�o pode ser totalmente convertia em energia aproveit�vel, assim como em qualquer processo de convers�o de uma energia em outra.

Para medir a velocidade do vento, s�o utilizados os anem�metros, que s�o dispositivos semelhantes a um moinho de vento (do grego anem�s=vento, metros=medidor). Com a velocidade, podemos estimar a pot�ncia dispon�vel pela equa��o:

Onde P � pot�ncia em quilowatt por metro quadrado e v � a velocidade do vento em metro por segundo.

Um detalhe a respeito desta equa��o � proporcionalidade ao cubo, o que faz com que, para pequenas redu��es na velocidade do vento, h� uma grande perda de pot�ncia. O rendimento de um gerador e�lico � expresso pela rela��o entre a velocidade da ponta da p� e a velocidade do vento.

Outro fator que influencia o aproveitamento da energia e�lica � o tipo de rotor. O rotor com duas p�s tem um melhor desempenho que um rotor de mais p�s e, para cada tipo de rotor h� uma velocidade m�nima para operar, onde abaixo dela o rotor n�o inicia a opera��o, devido a perdas de energia, principalmente por atrito.

A estimativa da velocidade do vento tem que levar em considera��o a altitude, pois ela aumenta em fun��o da altura em rela��o ao solo, de acordo com a f�rmula abaixo:

V - velocidade do vento � altura h; Vo - velocidade do vento � altura ho de refer�ncia;

As correntes de vento s�o influenciados pelas condi��es geogr�ficas relacionadas abaixo:

1- As melhores condi��es s�o observadas nos litorais e no mar, com diminui��o a partir de 1 km do litoral para o interior;

2- Segue-se como melhores lugares as montanhas;

3- As plan�cies possuem os mais baixos n�veis de incid�ncia de ventos.

O clima � um outro par�metro importante para a estimativa de incid�ncia de ventos, tendo na regi�o equatorial �mida uma regi�o praticamente sem vento, mesmo no mar ou litoral. Em climas quentes a energia e�lica convers�vel � boa, bem como nos climas quentes ou secos. Em pa�ses quentes e ventosos, a energia e�lica n�o pode ser aproveitada devido � incid�ncia de ciclones.

O homem vive num oceano de energia. Ao redor dele a natureza trabalha constantemente, expendendo energia em t�o inesgot�veis quantidades que dela o homem pode aproveitar apenas uma fra��o. As quedas de �gua poderiam proporcionar for�a hidrel�trica suficiente para suprir 80% da energia total consumida pelo homem, embora ele use apenas 1 ou 2% dela. Se os ventos fossem dominados, eles poderiam produzir duas vezes mais eletricidade do que a for�a da �gua o faz agora.A atmosfera da Terra age como uma gigantesca m�quina t�rmica. Os raios do Sol, mais fortes no equador do que nas regi�es polares, causa o aquecimento do ar tropical que se eleva, cedendo lugar ao ar polar mais frio que se move para tomar-lhe o lugar. Esse fluxo � constantemente perturbado pela rota��o da Terra e por condi��es atmosf�ricas locais. O resultado � o vento. Esta for�a pode criar o sopro de uma ventania �rtica, ou, ainda, a pavorosa f�ria de um ciclone de 800 km por hora. Embora imprevis�vel e inconstante, mesmo assim o vento tem sido importante fonte de energia para o homem. Durante s�culos o vento impeliu navios � vela e moveu moinhos.

Os moinhos de vento foram inventados na P�rsia no s�culo V. Eles eram usados para bombear �gua para irriga��o. Os mecanismos b�sicos de um moinho de vento n�o mudaram desde ent�o: o vento atinge uma h�lice que ao movimentar-se gira um eixo que impulsiona uma bomba, uma moenda ou, em tempos mais modernos, um gerador de eletricidade.

As h�lices de uma turbina de vento s�o diferentes das l�minas dos antigos moinhos porque s�o mais aerodin�micas e eficientes. As h�lices t�m o formato de asas de avi�es e usam a mesma aerodin�mica. As h�lices em movimento ativam um eixo que est� ligado � caixa de mudan�a. Atrav�s de uma s�rie de engrenagens a velocidade do eixo de rota��o aumenta. O eixo de rota��o est� conectado ao gerador de eletricidade que com a rota��o em alta velocidade gera energia el�trica.

http://geocities.yahoo.com.br/saladefisica5/leituras/eolica.htm(acessado em 07/12/2002)

Os ventos quase incessantes de todo o litoral brasileiro, at� agora aproveitados apenas para bombear �gua, em cataventos r�sticos, passar�o a ser usados para gerar energia el�trica. As pesquisas nessa �rea v�m sendo realizadas pelo Centro Brasileiro de Testes de Turbinas E�licas (CBTTE), ligado a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Estima-se que at� 2005 o pa�s deva ter 1.600 turbinas e�licas.
A energia e�lica � atraente por n�o causar danos ambientais, e ter custo de produ��o baixo em rela��o a outras fontes alternativas de energia.

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MARCHAND, Pierre � As Origens do Saber Ci�ncias � S�o Paulo, Editora Melhoramentos, 1� Ed., 1994.

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