DEVELOPMENT OF SUBMERGED TURBINES FOR THE GENERATION OF MEREMOTRIZ ENERGY: A BIBLIOGRAPHIC ANALYSIS
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ar10202411302201
Kessiane de Sousa Silva¹;
José Rodrigo Santos Ferreira²;
Professor/Orientador: Prof. Me. Patrese Veras Quelemes³.
RESUMO
O desenvolvimento de turbinas submersas para a geração de energia maremotriz apresenta uma solução promissora para diversificar a matriz energética brasileira, aproveitando o extenso litoral e as condições favoráveis de marés, especialmente na região Nordeste. Esta tecnologia, que transforma a energia cinética das correntes marítimas em eletricidade, tem avançado consideravelmente, com inovações que aprimoram sua eficiência, reduzem custos e minimizam os impactos ambientais. A revisão da literatura revela que, embora a energia maremotriz seja uma alternativa sustentável com grande potencial para reduzir a dependência de fontes fósseis, ela enfrenta desafios técnicos, econômicos e ambientais. Entre os benefícios, destacam-se a geração de energia limpa, a viabilidade econômica a longo prazo com o aperfeiçoamento das turbinas e a redução impactos visuais em comparação a outras fontes renováveis. Contudo, obstáculos como a interferência em ecossistemas marinhos e os altos custos iniciais limitam sua implementação em larga escala. A viabilidade da energia maremotriz no Brasil dependerá de avanços contínuos no desenvolvimento de turbinas, na construção de infraestrutura adequada e no estabelecimento de políticas públicas que incentivem a adoção de energias renováveis, com atenção especial à preservação ambiental.
Palavras-chave: Energia maremotriz. Impactos. Perspectivas. Viabilidade.
1 INTRODUÇÃO
A geração de energia no Brasil enfrenta desafios significativos a curto e médio prazo, impulsionados pelo crescimento populacional, pela industrialização e por fatores adicionais. Nesse contexto, torna-se essencial investir em fontes de energia limpa que reduzam os impactos ambientais e promovam a preservação da natureza
No cenário global, a demanda por energia elétrica segue em crescimento, impulsionada pelo estilo de vida das sociedades modernas. Ainda assim, os combustíveis fósseis continuam sendo a principal fonte de energia, evidenciando a urgência de transitar para matrizes energéticas mais sustentáveis. A figura 1 apresenta as principais fontes utilizadas na produção de energia.
Figura 1: Principais matérias-primas da produção de energia.
A utilização do movimento das águas oceânicas para a geração de energia elétrica surge como uma alternativa sustentável promissora no Brasil, país privilegiado por sua extensa faixa litorânea. Estima-se que o Brasil possua potencial para gerar aproximadamente 20 GW por meio dessa fonte, especialmente nas regiões Norte e Nordeste, onde os desníveis de maré são mais favoráveis (NASCIMENTO, 2017).
Este trabalho busca oferecer uma visão clara de como essas tecnologias podem contribuir para diversificar e tornar mais sustentável a matriz energética brasileira. Assim, o objetivo geral desta pesquisa é analisar o desenvolvimento e a aplicação de turbinas submersas na geração de energia maremotriz, destacando seus aspectos tecnológicos, econômicos e ambientais como uma alternativa sustentável. Além disso, será realizada uma análise dos impactos ambientais, com ênfase na fauna e flora marinhas.
2 POTENCIAL DA ENERGIA MAREMOTRIZ: viabilidade e limitações
No Brasil, a exploração da energia maremotriz ainda está em estágio inicial. O relatório da Empresa de Pesquisa Energética (EPE) aponta que “o país tem um potencial considerável para a energia das marés, especialmente na região Nordeste, onde as correntes marinhas oferecem condições muito favoráveis” (EPE, 2021). Apesar do potencial significativo, há desafios a superar, como a adaptação das turbinas às condições específicas do litoral brasileiro e a integração com a infraestrutura elétrica já existente.
As turbinas submersas representam um dos principais componentes dessa tecnologia. Elas convertem a energia cinética das correntes marinhas em eletricidade e têm apresentado avanços consideráveis em termos de eficiência e durabilidade. O desenvolvimento de turbinas submersas tem progredido de forma significativa, com inovações que tornam a energia das marés cada vez mais uma alternativa viável e competitiva em relação a outras fontes de energia renovável (SANTOS; OLIVEIRA; SILVA, 2022).
Figura 2: Ilustração de turbinas submersas para produção de energia maremotriz.
A busca por soluções inovadoras nesse campo vai além de uma necessidade técnica; representa um passo essencial rumo a um futuro mais sustentável. Este estudo analisa o desenvolvimento das turbinas submersas, bem como os desafios e oportunidades relacionados à energia maremotriz no Brasil (ZAPAROLLI, 2023).
A energia maremotriz é uma fonte renovável derivada do movimento das marés, fenômeno causado principalmente pela interação gravitacional entre a Terra, a Lua e o Sol. Esse tipo de energia pode ser explorado de duas formas principais: a cinética, gerada pelo fluxo das correntes oceânicas, e a potencial, oriunda da diferença de altura entre as marés alta e baixa (SANTOS; MOREIRA, 2015).
A exploração da energia maremotriz exige instalações específicas, como barragens ou turbinas submersas, em áreas com grande amplitude de maré, geralmente superiores a 7 metros. Um exemplo dessa prática é a usina de La Rance, na França, cuja construção remonta à década de 1960 (NASCIMENTO, 2017).
Figura 3: Usina maremotriz de La Rance (França) – Visão geral.
Essa tecnologia apresenta vantagens, como previsibilidade, baixa emissão de gases de efeito estufa e menor impacto visual em comparação a outras fontes de energia. Contudo, enfrenta desafios significativos, incluindo altos custos de instalação, restrições geográficas e potenciais impactos em ecossistemas marinhos (ZAPAROLLI, 2023).
Apesar do seu potencial para diversificar a matriz energética e contribuir para a mitigação das mudanças climáticas, a energia maremotriz ainda enfrenta barreiras técnicas e econômicas que restringem sua implementação em larga escala.
2.1 Viabilidade
As projeções para a geração de energia maremotriz no Brasil, particularmente na Região Nordeste, têm sido objeto de estudos e análises que destacam tanto seu potencial quanto seus desafios. O país conta com uma extensa faixa litorânea dotada de características favoráveis à exploração da energia maremotriz, como diferenças significativas entre marés altas e baixas em determinadas regiões, além da presença de baías e estuários adequados para a instalação de usinas (SANTOS; MOREIRA, 2015).
No Nordeste, estados como Ceará e Rio Grande do Norte se destacam por suas condições topográficas favoráveis, incluindo amplitudes de marés significativas e áreas costeiras protegidas, que facilitam a instalação de usinas (SANTOS; MOREIRA, 2015).
Santos e Moreira (2015) apontam que a produção de energia maremotriz no Brasil apresenta vantagens relevantes, como:
- Renovabilidade e previsibilidade: os ciclos das marés seguem padrões astronômicos, permitindo um planejamento eficiente da geração energética.
- Exploração sustentável de recursos costeiros: o Brasil possui uma extensa linha costeira, especialmente no Nordeste, com locais propícios para projetos experimentais e de pequena escala, como estuários e baías.
- Geração contínua: a energia oceânica pode complementar fontes intermitentes, como solar e eólica, contribuindo para a estabilidade da matriz elétrica.
2.2 Limitações
Apesar do potencial da energia maremotriz, as soluções técnicas e econômicas enfrentam barreiras significativas. Entre elas destacam-se os elevados custos iniciais para a construção de infraestruturas, como barragens e turbinas submersas, além da ausência de regulamentação específica e de incentivos governamentais que atraiam investimentos para o setor.
Para Zaparolli (2023), as limitações na produção de energia maremotriz consistem em:
- Custos elevados, considerando que a instalação de infraestruturas, como barragens e turbinas, exige altos investimentos iniciais. Esse fator dificulta a competitividade da energia maremotriz em relação a outras fontes, como solar e eólica onshore.
- Falta de regulamentação e incentivos, no Brasil, pois ainda não há uma política nacional bem estruturada para incentivos e projetos regulatórios de energia maremotriz. Isso desestimula os investidores e dificulta o avanço tecnológico e a comercialização dessa fonte.
- Concorrência com outras fontes renováveis, tendo em vista que o potencial brasileiro para produção de energia como a solar e a eólica, muitas vezes oferece uma relação custo-benefício mais favorável, o que reduz a prioridade para projetos de energia maremotriz no curto prazo (ZAPAROLLI, 2023).
Segundo Nascimento (2017), outro fator limitante é o impacto ambiental, uma vez que a instalação de usinas maremotrizes pode comprometer ecossistemas marinhos e costeiros sensíveis. A construção de barragens para a geração de energia altera o alcance e o comportamento das marés, além de criar barreiras físicas que afetam os ecossistemas. Essa exploração também pode gerar prejuízos econômicos locais, especialmente em estuários relevantes para atividades econômicas, como a pesca, essenciais para a subsistência de diversas comunidades.
Apesar das limitações atuais, avanços tecnológicos e políticas públicas voltadas para a diversificação da matriz energética podem, no futuro, tornar a energia maremotriz uma alternativa mais atrativa para complementar outras fontes renováveis, especialmente em áreas onde sua aplicação seja mais promissora. Iniciativas-piloto, como a usina experimental de ondas no Porto do Pecém, no Ceará, demonstram o interesse crescente em explorar o potencial energético dos oceanos no Brasil (NASCIMENTO, 2017).
Figura 4: Vista da Usina de Ondas do Porto de Pecém – CE.
Embora a energia maremotriz desempenhe um papel complementar e específico, sua implementação em larga escala no Brasil ainda exige avanços tecnológicos que reduzam custos, além de incentivos governamentais e de uma regulamentação clara para superar os desafios existentes. A exploração piloto no Nordeste representa um passo inicial promissor para avaliar com maior precisão o potencial e os impactos dessa tecnologia no contexto brasileiro.
3 TURBINAS SUBMERSAS PARA GERAÇÃO DE ENERGIA DAS MARÉS
O aprimoramento das turbinas submersas para a geração de energia a partir das marés representa uma solução inovadora e sustentável no setor de energias renováveis. Instaladas diretamente no leito marinho, essas turbinas captam a energia cinética das correntes marítimas de maneira semelhante às turbinas eólicas, mas com maior eficiência devido à densidade da água, que é cerca de 800 vezes superior à do ar (HAMMONS, 2016).
Essa tecnologia se destaca por sua previsibilidade e baixa variação, uma vez que as correntes marítimas são influenciadas por fenômenos constantes, como os ventos globais e o movimento de rotação da Terra. Um exemplo prático é o projeto SeaGen, que utiliza sistemas modulares de turbinas para converter energia cinética em eletricidade (HAMMONS, 2016).
As turbinas submersas são projetadas para resistir a ambientes agressivos, sendo fabricadas com materiais altamente resistentes à corrosão causada pela água salgada. Além disso, elas são integradas de forma a minimizar os impactos ambientais, reduzindo as perturbações à fauna marinha e aos ecossistemas locais (SANTOS; OLIVEIRA; SILVA, 2022).
No Brasil, embora o desenvolvimento de turbinas submersas ainda seja incipiente, a extensa costa do país oferece características das correntes marítimas que apresentam um grande potencial para essa tecnologia. No entanto, a implementação enfrenta desafios relacionados aos custos de investimento e às limitações técnicas, como o desgaste causado pela salinidade e a necessidade de manutenção constante (SANTOS; OLIVEIRA; SILVA, 2022).
Esses fatores elevam os custos iniciais e operacionais, tornando difícil a competitividade frente a outras fontes renováveis, como a eólica e a solar. No entanto, a pesquisa e o desenvolvimento contínuos nessa área podem contribuir para superar esses obstáculos, destacando-se como um campo promissor para diversificar a matriz energética brasileira e reduzir a dependência de fontes fósseis (NASCIMENTO, 2017).
3.1 Avanços Tecnológicos: vantagens e desvantagens
Em seu estudo, Mendonça et al. (2022) destacam que os avanços tecnológicos relacionados às turbinas submersas para geração de energia maremotriz foram impulsionados pela necessidade de fontes renováveis mais eficientes e de menor impacto ambiental. Três aspectos centrais se sobressaem: a eficiência energética, a durabilidade dos materiais e a mitigação dos impactos ambientais.
A eficiência energética das turbinas submersas é um dos fatores mais críticos no desenvolvimento dessa tecnologia. Novos modelos são projetados com rotores de alto desempenho, capazes de capturar uma maior proporção da energia cinética das correntes marítimas (MENDONÇA et al., 2022).
O uso de sistemas de controle adaptativo, que ajustam a operação das turbinas às condições dinâmicas das marés, também melhorou consideravelmente a produção de energia. Tecnologias como turbinas de eixo horizontal e vertical foram otimizadas para operar em velocidades de correntes mais baixas, ampliando as soluções em locais com diferentes regimes de maré (MOREIRA, 2021).
A corrosão causada pela exposição contínua à água salgada é um dos maiores desafios para as turbinas submersas. Nesse contexto, o desenvolvimento de materiais avançados, como ligas metálicas resistentes à corrosão e compostos de alta durabilidade, tem se mostrado essencial. Revestimentos específicos, como os à base de polímeros ou cerâmicas, são aplicados para prolongar a vida útil dos componentes. Tecnologias de monitoramento remoto também permitem a identificação precoce de desgastes, otimizando a manutenção e reduzindo os custos operacionais (MOREIRA, 2021).
Para mitigar os impactos ambientais, os avanços tecnológicos têm se concentrado na concepção de turbinas que minimizam a interferência nos ecossistemas marinhos. Modelos com níveis reduzidos de ruído subaquático e designs que evitam a captura acidental de espécies marinhas são exemplos de inovações recentes. Além disso, tecnologias que utilizam bases flutuantes ou fixações modulares reduziram a necessidade de obras civis extensas no leito marinho, minimizando o impacto físico sobre o habitat local (MENDONÇA et al., 2022).
Conclui-se que esses avanços tecnológicos, ao combinar eficiência energética, maior durabilidade e menor impacto ambiental, posicionam as turbinas submersas como uma solução promissora para atender à crescente demanda por energia limpa de forma sustentável e economicamente viável.
3.1.1 Vantagens
Contudo, conforme Mendonça et al. (2022), o desenvolvimento de turbinas submersas para a produção de energia apresenta tanto vantagens quanto desvantagens, com impactos na economia, sociedade e meio ambiente. Entre as vantagens econômicas, as turbinas submersas oferecem uma fonte de energia renovável que, após o alto investimento inicial, pode gerar eletricidade de forma contínua e previsível, reduzindo os custos de energia no longo prazo para as comunidades locais.
A instalação e manutenção dessas turbinas impulsionam o desenvolvimento de indústrias especializadas e geram empregos locais em áreas como construção, engenharia e pesquisa. Além disso, contribuem para a diversificação da matriz energética, uma vez que a exploração desse recurso reduz a dependência de combustíveis fósseis, diminuindo os custos com energia e aumentando a segurança energética nacional (MENDONÇA et al., 2022).
Entre as vantagens ambientais, conforme os estudos de Gonçalves et al. (2018), destaca-se a baixa emissão de poluentes, já que a geração de energia por turbinas submersas não emite gases de efeito estufa durante a operação, contribuindo para mitigar as mudanças climáticas.
Outro benefício é a previsibilidade e confiabilidade, uma vez que a energia das marés segue ciclos previsíveis, permitindo um planejamento mais eficiente na distribuição de eletricidade. No âmbito social, a energia maremotriz pode facilitar o acesso à eletricidade em áreas remotas, permitindo que comunidades costeiras isoladas, frequentemente desassistidas por redes tradicionais, se beneficiem diretamente dessa tecnologia (GONÇALVES et al., 2018).
3.1.2 Desvantagens
A tecnologia para o desenvolvimento de turbinas submersas também pode gerar impactos sociais negativos em diversos setores. Uma de suas desvantagens é o surgimento de conflitos com atividades locais. A instalação de turbinas em áreas costeiras pode interferir em atividades como pesca e turismo, afetando economias dependentes dessas práticas. Em alguns casos, projetos de grande escala podem exigir a realocação de moradores próximos às áreas de instalação (ZAPAROLLI, 2023).
Em relação aos impactos ambientais, a instalação e operação de turbinas submersas para geração de energia pode causar alterações significativas nos ecossistemas marinhos, afetando tanto o ambiente físico quanto as espécies que nele habitam, interferindo na distribuição de nutrientes e na dinâmica de sedimentos no ambiente marinho (COPPING et al., 2016).
Alterações nas correntes também podem influenciar os habitats de várias espécies marinhas, como corais e moluscos, que dependem de um fluxo constante de nutrientes para sua sobrevivência. Segundo estudos, mudanças significativas nas correntes podem levar à degradação de ecossistemas frágeis, como estuários e zonas de desova (U.S. DEPARTAMENT OF ENERGY, 2014).
As turbinas submersas em operação geram ruídos e vibrações que podem ser prejudiciais a várias espécies marinhas, especialmente mamíferos marinhos, como baleias e golfinhos, que utilizam a ecolocalização para comunicação e navegação. Estudos indicam que o estresse causado pelo aumento de ruídos subaquáticos pode interferir nos comportamentos de alimentação, migração e reprodução desses animais, além de resultar em desorientação ou até mudanças nos padrões migratórios. As vibrações podem afetar peixes e outros invertebrados, alterando seus padrões de comportamento e reprodução (COPPING et al., 2016).
A presença de turbinas submersas pode criar “barreiras” físicas para diversas espécies migratórias. Alguns peixes podem evitar áreas onde as turbinas estão instaladas devido ao medo de predadores ou pela dificuldade de navegação causada pela presença das estruturas submersas. Além disso, a possibilidade de lesões físicas devido à colisão com as lâminas das turbinas representa uma preocupação, especialmente para espécies vulneráveis (LEWANDOWSKI et al., 2015).
A construção das fundações e o processo de instalação das turbinas podem causar perturbações no leito marinho, afetando os habitats de diversas espécies que dependem do fundo marinho, como moluscos e crustáceos. Essas intervenções podem resultar na perda de biodiversidade local se não forem adequadamente geridas. No entanto, estudos sugerem que, quando planejadas de forma sustentável, as turbinas podem até atuar como estruturas artificiais que oferecem novos habitats para determinadas espécies (BORTHWICK, 2016).
3.2 Análise dos Resultados
A literatura confirma que o desenvolvimento de turbinas submersas para a produção de energia maremotriz apresenta tanto oportunidades quanto desafios, possuindo grande potencial para contribuir com a matriz energética do Brasil, especialmente considerando o extenso litoral e os regimes de maré favoráveis encontrados, particularmente no Nordeste do país.
As turbinas submersas oferecem uma alternativa sustentável para a geração de energia, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis e favorecendo o cumprimento das metas relacionadas à sustentabilidade no Brasil. O avanço tecnológico nesse campo, incluindo melhorias nos sistemas de controle e maior eficiência na captura da energia das correntes marítimas, tem ampliado o potencial de geração energética dessas estruturas. Isso é crucial para garantir que a energia maremotriz seja competitiva em termos de custos, conforme Borthwick (2016) destaca.
Diferentemente de outras fontes renováveis, como parques eólicos ou solares, as turbinas submersas não ocupam grandes áreas de terra, o que reduz o impacto visual e evita competir com o uso do solo. No entanto, a implementação dessas turbinas também enfrenta desafios ambientais, sociais e técnicos, conforme destacado por Copping et al. (2016).
Embora a energia maremotriz tenha grande potencial, os custos iniciais de instalação e manutenção das turbinas ainda são elevados, o que pode restringir sua viabilidade econômica em larga escala. Além disso, o desenvolvimento de infraestruturas adequadas para essas turbinas exige altos investimentos, como apontado por Lewandowski et al. (2015).
A durabilidade dos materiais utilizados nas turbinas, especialmente devido à corrosão causada pela água salgada, e os custos relacionados à manutenção em ambientes subaquáticos profundos representam barreiras adicionais para o crescimento do setor, conforme os dados divulgados pelo U.S. Department of Energy (2014).
No entanto, as perspectivas para o desenvolvimento de turbinas submersas no Brasil são promissoras, especialmente com o aumento das pesquisas e inovações tecnológicas que buscam reduzir os impactos ambientais e aprimorar a eficiência dos sistemas.
Políticas públicas voltadas para a energia renovável, a crescente demanda por soluções energéticas sustentáveis e o aprimoramento das tecnologias de monitoramento e manutenção poderão favorecer a expansão dessa tecnologia no país. No entanto, será essencial equilibrar os benefícios econômicos com os possíveis impactos ambientais, por meio de uma regulamentação eficaz e de monitoramento constante dos ecossistemas marinhos.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A pesquisa demonstrou que o desenvolvimento de turbinas submersas para a geração de energia maremotriz no Brasil apresenta um significativo potencial para contribuir com a matriz energética renovável do país, especialmente considerando o extenso litoral e as condições favoráveis de maré na região Nordeste.
A energia maremotriz é uma alternativa sustentável, capaz de reduzir a dependência de fontes fósseis e minimizar impactos ambientais em comparação com outras formas de geração de energia, como hidrelétricas e termelétricas. No entanto, os desafios associados ao desenvolvimento dessa tecnologia não são desprezíveis. Questões relacionadas à durabilidade dos materiais, custos elevados e aos impactos ambientais, como alterações nos ecossistemas marinhos e o estresse causado por ruídos e vibrações, devem ser cuidadosamente avaliadas.
A necessidade de equilibrar os benefícios econômicos com a preservação ambiental é crucial para o sucesso dessa fonte de energia no Brasil. Inovações tecnológicas em eficiência energética e mitigação de impactos ambientais, além de um sistema robusto de monitoramento, serão essenciais para a viabilidade e expansão da energia maremotriz no país.
A viabilidade a longo prazo da energia maremotriz depende do alinhamento entre as políticas públicas de incentivo à energia renovável, os avanços nas tecnologias subaquáticas e o compromisso com práticas ambientais responsáveis. Assim, com a implementação de medidas eficazes de sustentabilidade e gestão ambiental, a energia maremotriz tem o potencial de se tornar uma peça chave na busca por um futuro energético mais limpo e eficiente para o Brasil.
Pesquisas adicionais sobre os impactos ambientais e o aprimoramento das tecnologias de construção e operação das turbinas submersas são essenciais para equilibrar os benefícios da energia renovável com a proteção dos ecossistemas marinhos.
REFERÊNCIAS
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¹Kessiane De Sousa Silva – Graduanda em Bacharelado em Engenharia Elétrica, Centro Universitário Santo Agostinho, Teresina – PI. E-mail: kessianesousa133@gmail.com
²José Rodrigo Santos Ferreira- Graduando em Bacharelado em Engenharia Elétrica, Centro Universitário Santo Agostinho, Teresina – PI. E-mail: rodrigofjs96@gmail.com
³Graduado Em Bacharelado em Engenharia Elétrica, Universidade Estadual do Piauí, Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Campina Grande, e docente do Centro Universitário Santo Agostinho, Teresina – PI. Email: patresequelemes@unifsa.com.br