Distribuição de Tarefas

Fiquei responsável pela procura de informação acerca dos seguintes temas:

1. Hidrogénio como fonte de energia
2. Biocombustíveis
3. Construção de uma pilha

Construção de uma Pilha Galvânica

(Programa Nacional de Química 12ºano)

Objectivo: Construção de uma pilha electroquímica com diferença de potencial entre 0,5V e 1,5V.

Uma célula electroquímica, ou galvânica, baseia-se em processos e reacções idênticos às pilhas comuns. Aliás, uma célula electroquímica é uma pilha comum, apenas tem uma "arquitectura" diferentes das pilhas que costumamos utilizar no dia-a-dia.

O funcionamento destas pilhas baseia-se em reacções de oxidação-redução, em que, simultaneamente, ocorre a oxidação do ânodo e a redução do cátodo, ou seja, um dos componentes (ânodo) liberta electrões, dando origem à corrente eléctrica, enquanto que o ânodo recebe os electrões, completando o circuito. Essa corrente eléctrica pode ser aproveitada por um circuito externo, como por exemplo um equipamento eléctrico.

Esquema do funcionamentos de uma Pilha Galvânica:

Consoante o fim destinado à pilha, esta pode adquirir várias geometrias de forma a tornar-se mais prática. Como o tipo de pilha demonstrado na imagem é um esquema relativamente fácil de construir recorrendo a pouca tecnologia, e com custos reduzidos, será uma destas pilhas que o nosso grupo irá construir.

Todos os passos para a construção da pilha podem ser visitados no seguinte site:

http://page.esec-aquilino-ribeiro.rcts.pt/quimica/album/pilha.pdf

Pilha de limão:

Por mais ridícula que a ideia possa parecer, sim é possível construir uma pilha utilizando limões (ou até mesmo batatas, maçãs, laranjas e tomates) e uma barra de cobre e outra de zinco. O que acontece é que, quando se inserem as barras no limão e as ligamos por um fio eléctrico, o meio electrolítico (o interior do limão, que é ácido) promove a ocorrência de reacções de oxidação-redução, criando uma corrente eléctrica de cerca de 1,5V, que pode ser aumentada ligando vários limões em série.

Hidrogénio como fonte de energia

O hidrogénio, o elemento mais abundante no Universo e no nosso planeta, é actualmente visto, devido à suas propriedades, como a solução para os problemas que a humanidade tem enfrentado em termos energéticos, por um lado é possivel produzir grandes quantidades de energia e por outro não emite gases nocivos:

• O hidrogénio quando combinado com o oxigénio liberta enormes quantidades de energia (princípio de funcionamento das células de combustível), apenas libertando água como produto das reacções;


• Através de fusão nuclear, utilizando o hidrogénio (reacções que ocorrem nas estrelas, como por exemplo, o Sol), produz-se massivas quantidades de energia, libertando elementos inofensivos (p.ex. Hélio).

Por ser um elemento muito reactivo, ou seja reage facilmente com outros elementos, o hidrogénio não se encontra na sua forma elementar na Natureza, sendo mais frequentemente encontrado na água (combinado com o oxigénio), ou nos muitos conhecidos hidrocarbonetos (p.ex. petróleo e gás natural). É aí que reside um dos grandes senão do hidrogénio, na sua obtenção. Actualmente, a forma mais comum de obtenção deste elementos (96%) é a partir de subprodutos de petróleo, e caso se venha apostar neste elemento como resposta para suprir as necessidades da humanidade, a médio e longo prazo não se tornará sustentável a sua utilização visto que o petróleo é um recurso não renovável (que rapidamente se tem vindo a esgotar), e também a obtenção de hidrogénio a partir destes produtos liberta CO2 (dióxido de carbono) e CO (monóxido de carbono).

Então será necessário procurar novas fontes, e de preferência inesgotáveis e inofensivas, para se obter o tal precioso elemento. Uma dessas fontes é a água! A água (elemento constituído por hidrogénio e oxigénio), quando forçada a reagir, pela passagem de uma corrente eléctrica (electólise da água), liberta hidrogénio molecular e oxigénio. Actualmente, apenas 4% do hidrogénio se obtém através deste processo muio por causa da sua baixa eficiência e grandes custos. No entanto, a electrólise tem poderosos argumentos a seu favor sendo um deles a abundância da matéria-prima (a água), visto que não é necessário que esta seja potável para que se obtenha o hidrogénio e tendo em conta que este elemento ocupa cerca de 2/3 da superfície do planeta, então poderá considerar-se a água como um recurso renovável praticamente inesgotável.

Outro argumento a favor da electólise são as "emissões zero", ou seja, apenas se obtem como subproduto das reacções hidrogénio e oxigénio, que poderão ser utilizados para a produção de energia eléctrica por meio de células de combustível, água!

Apesar de parecer que a obtenção de energia a patir do hidrogénio provém de processos muito simples, na verdade estes ainda tão longe de poderem ser aproveitados em larga escala por acarretarem custos muito elevados e serem processos ainda com baixa eficiência. Outros problemas estão relacionados com o armazenamento do hidrogénio, para não falar da sua obtenção que també é um grande entrave. Sendo um elementos muito reactivo, o hidrogénio facilmente entra em combustão, e sendo que é um gás inodoro e incolor (a chama também é incolor), pode tornar-se muito perigoso ao ar livre.

Assim, a forma de eliminar estes entraves à utilização desta fonte de energia, que se pode considerar renovável, passa pelo investimento e aumento de interresse nas tecnologias relacionadas com o hidrogénio.

Será o hidrogénio o "combustível milagroso"? Estarão os problemas energéticos da Humanidades perto de chegarem a um fim que beneficie tanto o Homem como o planeta Terra? Será o hidrogénio o futuro da Humanidade?

Mais informação em:

www.eq.uc.pt/inovar/hidrogenio.pdf

http://energia_do_fuego.tripod.com/quimica.htm

Fusão Nuclear: O lado bom da Energia Nuclear

A Fusão Nuclear é uma tecnologia que está em grande destaque, sendo vista como possível substitúta das actuais fontes de energia (petróleo, carvão, gás natural e energia nuclear por cisão de elementos pesados).

• O que é a Energia Nuclear por Fusão de Núcleos Leves? - A fusão nuclear é um tipo de reacções nucleares, em que dois nucleos de átomos leves (Hidrogénio) fundem-se libertando energia e originando elementos mais pesados (Hélio). Estas reacções são muito comuns nas estrelas, como por exemplo o Sol, e são nada mais do que a fonte de energia destas, em que o combustível (o hidrogénio) reage, dando origem a elementos mais pesados, e libertando energia. Pensa-se até que foi através destas reacções que a maioria dos elementos químicos nossos conhecidos se formaram, tendo como "matéria original" o Hidrogénio.

• Fusão Nuclear vs Cisão (Fissão) Nuclear - A energia nuclear já não é nenhum mistério para nós, visto que há anos que é utilizada para produzir energia. Essa energia nuclear é denominada de Energia Nuclear por Cisão de Átomos Pesados, ou seja, em termos leigos, a separação (ou cisão) de átomos pesados e instáveis (p.ex. urânio) libertando energia e dando origem a matéria mais leve e estável. No entanto, esta fonte de energia tem muitos inconvenientes, sendo um dos mais preocupantes a origem de produtos radioactivos e tóxicos, e o risco de contaminação ambiental. Já a fusão nuclear não possui esse inconvenientes, visto que apenas se origina Hélio, ou outros elementos inofensivos, apesar de possuir outras desvantagens. A fusão nuclear, tal como a fissão nuclear, permite a produção de quantidades enormes, talvez até mais, de energia.

• Desvantagens da fusão nuclear - Actualmente, a maior desvantagem desta tecnologia é os custos, ainda acarreta custos elevadíssimos para a produção de quantidades mínimas de energia, visto ser uma tecnologia muito nova e pouco investigada. É tão dispendiosa que o único reactor nuclear de fusão, o ITER (ainda em construção), resulta do esforço e investimento de muitos países, entre os quais a UE, China, EUA, Japão, entre outros. Outro problema é as condições em que ocorrem as reacções de fusão. Estas reacções ocorrem a elevadíssimas tempreaturas (cerca de 100 milhões de graus Celsius), o que nas estrelas ocorre devido à elevada massa e atracção gravítica destas. Ora, no nosso planeta, a obtenção dessas condições é muito difícil, tal como a tentativa de contê-las visto que a essas temperaturas não há material que resista. Devido aos seus custos, torna-se quase impossível de um só país investir sozinho na construção do reactor, e na produção de energia por este método. A solução passa pelo investimento conjunto entre vários países. Como um único reactor produz massivas quantidades de energia, há a possibilidade de vários países obterem a sua energia de um reactor comum, reduzindo os custos acarretados pelos países.

Mais informações:

http://energia_do_fuego.tripod.com/quimica.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%A3o_nuclear

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion

Biocombustíveis

Biocombustíveis são combustíveis de origem biológica não fóssil.

Normalmente, são produzidos a partir de material orgânico que gere energia, por exemplo plantas, e que tenha potencial económico aproveitável, como a cana-de-açúcar, beterraba, milho, soja e mandioca, sendo a maior parte destas plantas produzidas apenas para este fim.

Hoje em dia, são maioritariamente utilizados para diminuir o preço dos combustíveis para automóveis e diminuir as emissões destes. A sua procura é tanta que países como a China começam a comprar terrenos em países desfavorecidos, mais frequentemente nos países do continente africano, de forma a suprir as suas necessidades em termos de procura destes combustíveis.

Em Portugal, são considerados, segundo a lei, biocombustíveis os seguintes produtos:

• Bioetanol
• Biodiesel
• Biohidrogénio
• Biogás
  

Vantagens

Os biocombustíveis são apresentados como alternativas aos combustíveis fósseis, uma vez que são energias renováveis. No entanto, há quem afirme que estes combustíveis não são alternativas às actuais fontes de energia visto que não são livres de emissões, apesar de o carbono que estes combustíveis emitem ser o mesmo carbono que as plantas "aprisionaram" durante a fotossíntese.

Actualmente, em muitos países, já se utilizam estes combustíveis ou na sua forma pura, ou em percentagem misturados com os 'combustíveis tradicionais'.

Balanço Ambiental

O balanço ambiental dos biocombustíveis depende do tipo de biocombustível e do tipo de agricultura praticado na obtenção da matéria-prima.

No caso dos biocombustíveis resultantes da reciclagem de óleos usados pode-se considerar que há um balanço ambiental positivo, uma vez que estes óleos quando lançados na Natureza são altamente poluentes.

Quanto aos biocombustíveis obtidos a partir de produtos agrícolas há que ter em conta o impacto de adubos e pesticidas, o consumo de água e o impacto na biodiversidade, quando as culturas substituem áreas florestais. Em termos de emissões de carbono, é preciso ter também atenção à energia necessária para a produção dos adubos e pesticidas, para a locomoção dos tractores agrícolas e para o armazenamento e transporte dos produtos.

Muitas organizações mundiais, como por exemplo a OCDE e FAO, começam a questionar as vantagens destes combustíveis uma vez que a grande procura da matéria-prima para a produção de biocombustíveis tem levado a um grande aumento do preço dos cereais e a uma carência dos stocks destes para consumo. Com o aumentos da procura dos produtos e a diminuição da disponibilidade destes prevê-se que se possam a vir passar grandes períodos de fome global, com grande acentuação nos países mais desfavorecidos.

Outros problemas que derivam da produção intensa de produtos agrícolas para a produção dos biocombustíveis são a desflorestação e a seca. Um caso muito preocupante é a desflorestação da floresta amazónica, em que a produção de cana-de-açúcar tem devastado áreas imensas da Amazónia, a maior área verde do plante Terra. Também têm ocorrido, em certos países, casos de seca devido ao grande consumo de água das plantações.

Desta forma, não se poderá ver os biocombustíveis como as futuras fontes energéticas, mas sim como intermédias enquanto outras fontes e processos mais promissores e livres de grandes impactos são investigados e desenvolvidos, de forma a serem mais proveitosos em benefício tanto da Humanidade, como do planeta e restantes seres vivos.

Bioetanol

O bioetanol é um tipo de biocombustível que compreende todos os processos de obtenção de etanol com origem biológica, cuja matéria-prima é biomassa, por exemplo cana-de-açúcar, milho e celulose. É obtido a partir da fermentação alcoólica da matéria orgânica que constitui a matéria-prima.

No Brasil, é produzido em grande escala a partir da cana-de-açúcar, sendo este processo o mais eficiente visto que por cada unidade de energia utilizada no processo de produção, obtêm-se 8 unidades de energia sob a forma de etanol.

Nos EUA, produz-se bioetanol através do milho, sendo o processo muito pouco eficiente pois a relação dispêndio-obtenção de energia é de 1 para 1,3.

Em França, é ainda obtido bioetanol utilizando beterraba, através de um processo pouco mais eficiente que o americano, com uma relação de 1 para 1,5.

De qualquer das formas, o bioetanol é muito criticado por ser considerado um desperdício de produtos agrícolas que poderiam alimentar seres vivos, e por ser responsável pela desflorestação de grandes áreas verdes.

Biodiesel

Biodiesel é um produto renovável biodegradável obtido a partir da reacção química entre óleos ou gorduras, de origem animal ou vegetal (ex.: óleo alimentar doméstico), com um álcool (ex.: etanol). Este combustível substitui total ou parcialmente os gasóleo (ou diesel) nos motores, podendo ser usado em estado puro ou misturado, em diversas proporções, com o diesel. É, normalmente, confundido com a mistura de diesel e biodiesel disponível em postos de combustível. O nome correcto para essa mistura é Bx, sendo x a percentagem de biodiesel nessa mistura (ex.: B30 - mistura de 30% de biodiesel com diesel). O biodiesel pode, assim, ser utilizado em mistura com o diesel, em qualquer proporção, sem necessidade de alteração dos motores actuais (em princípio) dos automóveis, sendo assim uma boa forma de reduzir a dependência dos produtos petrolíferos e de diminuir o preço destes.

Este combustível tem, mais uma vez, a vantagem de ser constituído por carbono neutro, ou seja, o carbono emitido na sua emissão é o mesmo carbono atmosférico consumido pelas plantas durante a fotossíntese.

Os campos de plantações agrícolas são responsáveis pela desflorestação e seca, e o consumo de produtos agrícolas pode levar ao aumento do preço dos alimentos.