Nos Estados Unidos, as usinas de energia representam 41% das necessidades de água doce do país. De fato, de acordo com a Union of Concerned Scientists (União dos Cientistas Preocupados), mais água é retirada para o resfriamento das usinas de energia do que para qualquer uso, com a agricultura vindo em segundo lugar (37%) e a água potável em terceiro (13%). Com o consumo de energia crescente e a redução dos recursos hídricos, as comunidades já estão enfrentando as assim chamadas colisões entre energia e a água. Uma abordagem integrada e uma nova tecnologia com uso eficiente de energia podem fornecer uma solução parcial.
A equação da coslisão entre a energia e água é simples: é necessário água para fazer energia e é necessário energia para tratar e transportar a água. Ainda assim, com as quantidades massivas de energia e água envolvidas, a situação se tornou cada vez mais complicada – e extremamente cara. A quantidade de água necessária para resfriar as usinas de energia nos Estados Unidos por minuto, por exemplo, é equivalente a três vezes a quantidade de água que flui através das Cataratas do Niágara em um único minuto, isto é, três vezes 168.000 metros cúbicos.
A Europa enfrenta desafios similares. De acordo com a Agência Ambiental Europeia, 37% da água doce utilizada é para o resfriamento na produção de energia, e a Alemanha, a França e a Polônia usam mais da metade da sua água doce retirada para a produção de energia. Essas altas porcentagens são razão para preocupação, uma vez que a agência estima que 19,5% da população europeia vive em países com pressão sobre os recursos hídricos.
O alto uso de energia e água doce e além recursos hídricos limitados podem resultar no que a Union of Concerned Scientists chama de “colisões energia-água”. Por exemplo, recentemente em áreas atingidas pela seca dos Estados Unidos, algumas usinas de energia foram forçadas a operar com capacidade reduzida devido à falta de água.
Energia para o tratamento e transporte de água
A quantidade de energia utilizada para tratar e transportar a água é também surpreendente – aproximadamente 20% do consumo total de energia de uma cidade. Do mesmo modo, um estudo de 2005 da Comissão de Energia da Califórnia descobriu que 19% do uso de eletricidade do estado estava relacionado com a água, incluindo transporte de água, tratamento de esgotos e usos agrícola, residencial, comercial e industrial.
Não apenas a quantidade de energia necessária para tratar e transportar a água é alta, mas a infraestrutura precária também leva a perdas massivas. Muitas cidades nos Estados Unidos, por exemplo, perdem entre 30 e 50% de sua água potável tratada através de sistemas com infraestrutura ineficiente e velha.
Custos de energia do tratamento de esgotos
O tratamento de esgotos é uma área onde há potencial significativo para reduzir o uso de energia. De acordo com a Comissão de Energia da Califórnia, principal agência de planejamento e de políticas de energia do estado, a energia representa o maior custo controlável dos serviços de abastecimento de água ou de tratamento de esgotos para o público.
O projeto Conexão Energia-Água da comissão diz que “a maioria das instalações foram projetadas e construídas quando os custos da energia não eram uma preocupação. Se você não pesquisou em profundidade a aplicabilidade da tecnologia moderna, você provavelmente está desperdiçando uma grande quantidade de dinheiro sem perceber”.
Enormes quantidades de energia, por exemplo, são usadas durante o processo de tratamento biológico/secundário dos esgotos em que a aeração é frequentemente usada em vez de produtos químicos. Algumas vezes, a injeção de ar na água pode representar até 60% do consumo de energia de uma estação.
“Olhando para trás, para os últimos cinco anos, a produção da maioria das estações de tratamento de esgotos permaneceu a mesma, mas os custos de eletricidade dobraram”, diz Johan Grön, diretor de Tecnologia da Xylem. “Durante os próximos 10 anos, os custos com eletricidade provavelmente continuarão aumentando. Portanto, repensar o uso da água e da energia a partir de uma abordagem do planejamento urbano integrado pode ser muito benéfico financeiramente”.
Investindo em novas soluções
Embora muitas cidades reconheçam a necessidade de melhorar a infraestrutura e diminuir os custos de energia, muitas estão relutantes em tentar novas tecnologias e soluções.
“Embora a maioria das cidades concorde que, financeiramente, os investimentos fazem sentido, muitas sentem que ainda não há dados confiáveis suficientes disponíveis para provar que a realização de investimentos para a economia de energia hoje em dia será recompensada no ao longo prazo”, diz Grön. “Elas estão também um pouco hesitantes quando se trata de lidar com novas tecnologias, que exigem que adotemos uma abordagem diferente para a implementação. Aumentar a escala e testar novas tecnologias se torna ainda mais importante para garantir a confiabilidade”.
Como parte do seu compromisso com os testes, a Xylem participou recentemente de um projeto de reengenharia de processo na estação de tratamento de esgotos de Sternö, em Karlshamn, Suécia. Seu sistema de aeração representava 44% do consumo total de energia da estação. Através da instalação de um sistema de controle de monitoramento, da substituição da aeração por tubos por difusores de disco e sopradores lobulares com versões do tipo rosca eficientes, a estação reduziu seu consumo de energia em impressionantes 13%. O retorno do investimento é esperado em quatro anos.
“As coisas estão mudando”, diz Grön. “As cidades estão começando a ter acesso a dados sobre o custo do abastecimento da água e a aumentar sua conscientização sobre as oportunidades de melhoria disponíveis para elas”.
Um futuro com uso inteligente da água para a produção de energia
Uma tecnologia mais eficiente será uma parte essencial da para a solução do problema da colisão entre água e energia, de acordo com um relatório da Energy and Water in a Warming World Initiative (Energia e Água em uma Iniciativa do Mundo em Aquecimento). Seu relatório de 2011 Freshwater Use by U.S. Power Plants (Uso da água doce pelas usinas de energia dos Estados Unidos) diz que os “incorporadores e as empresas de fornecimento de serviços públicos estão reduzindo o risco das colisões entre energia e água por meio da escolha de tecnologias que essencialmente não usam água, tais como energia eólica e placas fotovoltaicas solares e através do investimento do uso eficiente de energia”.
Por exemplo, o Ivanpah Solar Electric Generating System (Sistema de Geração Elétrica Solar de Ivanpah), uma usina de energia de 370 megawatts que está sendo construída no deserto de Mojave, na Califórnia, usa tecnologia de resfriamento a seco que utilizará 90% menos água por unidade de eletricidade em comparação com as usinas com de resfriamento molhado do mesmo tipo. Outra usina de energia em Amarillo, no Texas, resolveu seu problema de falta de água passando a utilizar esgoto tratado para resfriamento.
“Cada vez que construímos uma usina de energia, estamos tomando decisões que duram décadas”, diz Peter Frumhoff, chefe do comitê de assessoria científica para o relatório. “Por meio do investimento em usinas de energia eficientes que utilizem pouca água para o resfriamento e produzam pouca ou nenhuma emissão de carbono, as empresas de abastecimento público e os donos das usinas podem ajudar a proteger os recursos hídricos de que nossos filhos e netos dependerão”.