Quando se trata de produção de energia, infelizmente não existe um almoço gratuito.
Como o mundo começa sua transição em grande escala para fontes de energia de baixo carbono, é vital que os prós e contras de cada tipo sejam bem compreendidos e que os impactos ambientais das energias renováveis, por menores que sejam em comparação com o carvão e o gás, sejam considerados.
Em dois artigos – publicados hoje nas revistas Environmental Research Letters e Joule – pesquisadores da Universidade de Harvard descobrem que a transição para a energia eólica ou solar nos EUA.S. exigiria cinco a 20 vezes mais terra do que se pensava anteriormente, e, se tais parques eólicos de grande escala fossem construídos, aqueceriam a temperatura média da superfície sobre os EUA continental em 0,24 graus Celsius.
“O vento bate o carvão por qualquer medida ambiental, mas isso não significa que seus impactos sejam insignificantes”, disse David Keith, o Professor Gordon McKay de Física Aplicada da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard e autor sênior dos artigos. “Temos de fazer uma rápida transição dos combustíveis fósseis para acabar com as emissões de carbono”. Ao fazer isso, devemos fazer escolhas entre várias tecnologias de baixo carbono, todas com alguns impactos sociais e ambientais”
Keith também é professor de políticas públicas na Harvard Kennedy School.
Um dos primeiros passos para entender o impacto ambiental das tecnologias renováveis é entender quanta terra seria necessária para atender às futuras demandas de energia dos EUA. Mesmo começando com as demandas energéticas atuais, a área de terra e as densidades de energia associadas necessárias têm sido debatidas há muito tempo por especialistas em energia.
Em pesquisas anteriores, Keith e co-autores modelaram a capacidade de geração de grandes parques eólicos e concluíram que a geração de energia eólica no mundo real tinha sido superestimada porque eles negligenciaram a precisão das interações entre as turbinas e a atmosfera.
Na pesquisa de 2013, Keith descreveu como cada turbina eólica cria uma “sombra de vento” atrás dela, onde o ar tem sido retardado pelas pás da turbina. Os parques eólicos de hoje em escala comercial cuidadosamente espaçam as turbinas para reduzir o impacto dessas sombras de vento, mas dada a expectativa de que os parques eólicos continuarão a se expandir à medida que a demanda de eletricidade derivada do vento aumenta, as interações e impactos climáticos associados não podem ser evitados.
O que estava faltando nesta pesquisa anterior, no entanto, foram observações para apoiar a modelagem. Então, alguns meses atrás, o U.S. Geological Survey divulgou a localização de 57.636 turbinas eólicas nos EUA. Usando este conjunto de dados, em combinação com várias outras bases de dados do governo dos EUA, Keith e o colega de pós-doutorado Lee Miller foram capazes de quantificar a densidade de energia de 411 parques eólicos e 1.150 usinas solares fotovoltaicas operando nos EUA.S. durante 2016.
“Para vento, descobrimos que a densidade média de energia – ou seja, a taxa de geração de energia dividida pela área envolvente da usina eólica – foi até 100 vezes inferior às estimativas de alguns dos principais especialistas em energia”, disse Miller, que é o primeiro autor de ambos os trabalhos. A maioria dessas estimativas não considerou a interação turbina-atmosfera”. Para uma turbina eólica isolada, as interações não são nada importantes, mas uma vez que os parques eólicos têm mais de cinco a 10 quilômetros de profundidade, essas interações têm um grande impacto sobre a densidade de energia”
As densidades de energia eólica baseadas na observação também são muito menores do que as estimativas importantes da U.S. Department of Energy and the Intergovernmental Panel on Climate Change.
Para a energia solar, a densidade média de energia (medida em watts por metro quadrado) é 10 vezes maior do que a energia eólica, mas também muito menor do que as estimativas dos principais especialistas em energia.
Esta pesquisa sugere que não só os parques eólicos necessitarão de mais terra para atingir as metas propostas de energia renovável, mas também, em tão grande escala, se tornariam um participante ativo no sistema climático.
A próxima questão, conforme explorada na revista Joule, era como esses parques eólicos de larga escala teriam impacto no sistema climático.
Para estimar os impactos da energia eólica, Keith e Miller estabeleceram uma linha de base para o clima americano de 2012-2014 usando um modelo padrão de previsão do tempo. Então, eles cobriram um terço dos EUA continental com turbinas eólicas suficientes para atender à demanda atual de eletricidade nos EUA. Os pesquisadores descobriram que este cenário iria aquecer a temperatura da superfície dos EUA continental em 0,24 graus Celsius, com as maiores mudanças ocorrendo à noite, quando a temperatura da superfície aumentou até 1,5 graus. Este aquecimento é o resultado de turbinas eólicas misturando ativamente a atmosfera perto do solo e no alto, enquanto se extraem do movimento da atmosfera.
Esta pesquisa suporta mais de 10 outros estudos que observaram o aquecimento próximo a parques eólicos em operação nos EUA. Miller e Keith compararam suas simulações com estudos observacionais baseados em satélite no Norte do Texas e encontraram aumentos de temperatura mais ou menos consistentes.
Miller e Keith são rápidos em apontar a inverossimilhança dos EUA gerando tanta energia eólica quanto eles simulam em seu cenário, mas o aquecimento localizado ocorre em projeções ainda menores. A questão seguinte é então entender quando os benefícios crescentes da redução de emissões são aproximadamente iguais aos impactos quase instantâneos da energia eólica.
Os pesquisadores de Harvard descobriram que o efeito de aquecimento das turbinas eólicas nos EUA continentais foi na verdade maior do que o efeito da redução de emissões para o primeiro século de sua operação. Isto porque o efeito de aquecimento é predominantemente local para o parque eólico, enquanto as concentrações de gases de efeito estufa devem ser reduzidas globalmente antes que os benefícios sejam realizados.
Miller e Keith repetiram o cálculo para a energia solar e descobriram que seus impactos climáticos foram cerca de 10 vezes menores que os do vento.
“Os impactos climáticos diretos da energia eólica são instantâneos, enquanto os benefícios da redução de emissões se acumulam lentamente”, disse Keith. “Se a sua perspectiva é a dos próximos 10 anos, a energia eólica realmente tem – em alguns aspectos – mais impacto climático do que o carvão ou o gás”. Se a sua perspectiva é a dos próximos mil anos, então a energia eólica tem enormemente menos impacto climático do que o carvão ou o gás.
“O trabalho não deve ser visto como uma crítica fundamental à energia eólica”, disse ele. “Alguns dos impactos climáticos do vento serão benéficos – vários estudos globais mostram que a energia eólica resfria regiões polares. Ao contrário, o trabalho deve ser visto como um primeiro passo para se levar mais a sério a avaliação desses impactos para todas as energias renováveis”. Nossa esperança é que nosso estudo, combinado com as recentes observações diretas, marque um ponto de virada onde os impactos climáticos da energia eólica comecem a ser seriamente considerados nas decisões estratégicas sobre descarbonização do sistema energético”.
Esta pesquisa foi financiada pelo Fundo para Pesquisa Inovadora de Clima e Energia.