Fontes de Energia


         mascote Watt raio amarelo

 De onde vem a energia que nós utilizamos?

A energia pode ser obtida a partir da transformação de variados recursos, que podem ter origens diversas.

[Fontes não renováveis] - [Fontes Fósseis]  [Energia Nuclear]

[Fontes renováveis] - [Energia hidráulica] [Energia solar] [ Energia eólica] [Biomassa] [Energia geotérmica] [Energia oceânica]

[Outra fonte - Hidrogênio]



Fontes de energia não renováveis

As fontes de energia que pertencem a este grupo são finitas ou esgotáveis. Para a maioria delas, a reposição na natureza é muito lenta, pois resulta de um processo de milhões de anos sob condições específicas de temperatura e pressão. Quanto mais usamos as fontes de energia não renováveis, menos teremos no estoque total. São exemplos de fontes não renováveis de energia: petróleo, carvão mineral, gás natural e nuclear.

As fontes de energia não renováveis também são conhecidas como fontes de energia convencionais, quando formam a base de suprimento (fornecimento) de energia (veja Matriz Energética).

Como podemos usá-las sem que o estoque acabe rapidamente? Explorando racionalmente os recursos existentes; promovendo a eficiência no uso e investindo em ciência e tecnologia para o desenvolvimento de fontes renováveis (eólica, hidrelétrica, solar, entre outras) que possam substituir as não renováveis.

Atualmente, grande parte de energia consumida no mundo é proveniente de fontes não renováveis, porque as características dessas fontes são bem conhecidas, possuem um rendimento energético elevado (poucas perdas de energia no processo de transformação), preços atrativos, geram muitos empregos e possuem infraestrutura construída para geração e distribuição (usinas, dutos, ferrovias e rodovias). Os principais usos das fontes não renováveis são: 1- na geração de eletricidade, 2- como combustível nos transportes de cargas e de pessoas e 3- no aquecimento de casas.

Algumas fontes não renováveis de energia, como o petróleo e o carvão mineral, são responsáveis por grande parte da emissão (liberação) de gases de efeito estufa na atmosfera, visto que estas fontes são combustíveis (precisam ser queimadas para gerar energia) e liberam gases poluentes, que impactam a saúde e o meio ambiente

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Fontes Fósseis

As fontes fósseis são: o carvão mineral, o gás natural e o petróleo e seus subprodutos. Estes recursos foram formados há milhões de anos, a partir do depósito de matéria orgânica (plantas e animais mortos) submetida a condições especiais de temperatura e pressão (aprenda mais sobre os fósseis aqui).

Ao longo dos anos, animais e plantas mortos foram se depositando no fundo dos mares
Esses animais e plantas foram cobertos por camadas de sedimento, sendo pressionados sob elas
Após milhares de anos essa matéria orgânica se transformou em petróleo e gás natural ficando presa em reservatórios com água

O petróleo e o gás natural ocorrem em regiões denominadas pelos geólogos (estudiosos das rochas) "bacias sedimentares", que são áreas sob a superfície terrestre que, por terem sido mais baixas e planas que o terreno em volta, permitiram o depósito de matéria orgânica, além de sedimento (fragmentos de rochas). As bacias sedimentares podem ser marinhas (como representado no desenho acima) ou terrestres. Nessas bacias sedimentares, o petróleo e o gás natural são encontrados em poros (buracos muito pequenos) dentro de rochas sedimentares (também chamadas de rochas reservatórios).

Dentre os maiores produtores atuais de petróleo e gás natural estão Rússia, Arábia Saudita, Estados Unidos e Iraque (veja o mapa aqui). Em alguns locais, como no Canadá, pode ser encontrado petróleo em areias próximas à superfície. 

No Brasil, o petróleo tem sido produzido principalmente no litoral da região Sudeste. Você já deve ter ouvido falar também do petróleo do "Pré-sal", que também fica nessa região (veja o mapa aqui). Esse petróleo encontra-se a grandes profundidades e abaixo de camadas de sal encontradas no subsolo marinho. 

Você sabia?



Diferença entre Onshore e Offshore

Na área de energiaOnshore e Offshore são termos usados para localizar as bacias sedimentares onde estão sendo explorados o petróleo e o gás natural. Onshore significa na parte terrestre e Offshore significa que a exploração é nas bacias sedimentares marítimas.



Caso queiram saber sobre o caminho que o petróleo e o gás natural percorrem para sair de dentro da terra para nossas casas, nossos carros, etc, acessem O que são combustíveisInfográficos!


Você sabia?


O Petróleo além da energia

petróleo está na sua vida muito mais do que somente para movimentação de máquinas e veículos. Ele está presente 24 horas por dia. Quando você acorda de manhã, vai escovar os dentes com uma escova de plástico proveniente do petróleo. A água que você utiliza percorre seu caminho até a torneira em tubos de PVC, uma substância proveniente de petróleo. Roupas, meias e sapatos podem ter derivados de petróleo.

Na sua casa existem utensílios de plástico para guardar e conservar alimentos, garrafas de plástico para guardar água, leite, sucos e refrigerantes. Os alimentos foram produzidos com adubos e defensivos agrícolas cuja base é o petróleo. Na escola, o material que você usa, como: caneta, cola, durex, tintas e pincéis contém produtos de petróleo.

Enfim, você pode observar o seu dia a dia e verá a importância do petróleo na sua vida e de milhões de pessoas no mundo. E no fim do dia quando você for dormir, continuará utilizando petróleo: se o seu colchão e travesseiro forem de espuma, você dorme sobre produtos derivados do petróleo.

Mas não se esqueça de reutilizar ou reciclar o plástico, para evitarmos que ele cause danos à natureza!



Já o carvão mineral se encontra em "jazidas" (locais onde haviam florestas e pântanos que deram origem a esse recurso), que se formaram há mais de 200 milhões de anos (Aprender mais aqui).

Antes da época dos dinossauros, havia plantas gigantes e pântanos espalhados pelo mundo
Após sua morte, estas plantas foram cobertas por camadas de terra e sedimento
A pressão e o calor fizeram com que estas plantas se transformassem em reservatórios de carvão mineral

As principais jazidas se localizam nos Estados Unidos, Rússia e China (veja o mapa aqui). E no Brasil, o carvão mineral ocorre predominantemente na região Sul (veja o mapa aqui).


As fontes fósseis são utilizadas em equipamentos especiais, como caldeiras e motores, onde a energia armazenada nas suas ligações químicas é convertida em formas de energia útil (elétrica - nas termelétricas ou cinética - nos veículos). No Brasil, utilizamos o gás natural também como fonte de energia térmica (calor) para cozinhar e aquecer a água do banho.

Ao queimarmos carvão mineralpetróleo ou gás natural produzimos alguns gases poluentes e gases do efeito estufa (veja as consequências em Energia e Aquecimento Global). Além disso, pode haver outros impactos ambientais ao longo da cadeia do petróleo, por exemplo, vazamentos de óleo na extração ou no transporte por dutos, caminhões ou embarcações, mas os responsáveis por essa questão (empresas da área do petróleo e instituições de defesa do meio ambiente) estão sempre atentos e se esforçando para que não aconteçam. No caso do carvão, a mineração (extração do carvão da terra) tem que ser feita com muito cuidado, para que a chuva não leve resíduos para os rios. Também deve se dar atenção à saúde de quem trabalha na extração de petróleo, gás natural e carvão, para evitar acidentes e contaminações.


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Energia Nuclear


Como vimos em "Formas de Energia" (Energia elétrica), "Se você pudesse olhar qualquer material com uma super lupa você veria que ela é composta por moléculas (partes menores) e essas moléculas, vistas por uma lupa mais potente ainda, são formadas por átomos." A energia nuclear é proveniente de reações que ocorrem no núcleo de certos átomos chamados de radioativos. Estas reações, em geral, dividem um átomo de um elemento químico em dois átomos diferentes liberando uma grande quantidade de energia. Quando isso acontecesse, dizemos que ocorreu a "fissão nuclear". Na natureza, o único elemento natural que encontramos para realizar a fissão nuclear é o Urânio. O urânio é um mineral encontrado na natureza com relativa abundância e antes de ser usado, passa por processos de purificação e concentração (chamados enriquecimento). A energia liberada durante o processo de fissão aquece um líquido, geralmente a água, produzindo vapor, que em alta pressão movimenta as turbinas que, por sua vez, acionam geradores elétricos.

As usinas nucleares são projetadas especialmente para o aproveitamento eficiente do calor gerado na fissão nuclear. Esta fonte é esgotável e não renovável. É considerada uma fonte de energia limpa, pois não produz gases de efeito estufa (também chamados GEE - veja mais sobre esse assunto no item Energia e Aquecimento Global). Após o aproveitamento da energia do urânio, o rejeito (material que sobra da reação química) deve ser armazenado para evitar contaminação das pessoas e do ambiente, porque continua radioativo por longo tempo. Outra preocupação é com possíveis acidentes de vazamento de radiação na usina, mas essa possibilidade é muito reduzida, pois a tecnologia atual dispõe de diversos mecanismos de segurança. Existem duas usinas nucleares brasileiras em operação (Angra I e Angra II) e uma em construção (Angra III), todas em Angra dos Reis, estado do Rio de Janeiro (Aprenda mais aqui).

Reator nuclear, vapor de água, turbina, gerador, transformador. Água de resfriamento do vapor é liberada também como vapor



Você sabia?

Outros usos da energia nuclear

Dentro do reator ocorrem reações que podem transformar parte do urânio em outro elemento, o Plutônio, que pode ser utilizado também para obter energia ou em armamentos atômicos.

A radiação nuclear pode ser empregada ainda na medicina (Raio-X e radioterapia, por exemplo), na indústria, particularmente a farmacêutica, na agricultura e na arqueologia (datação de objetos antigos, por exemplo) – aprenda mais aqui.

Curiosidade: outro tipo de reação nuclear é a fusão. Ela ocorre no sol e ao contrário da fissão, ela funde (une) dois átomos de hidrogênio para formar outro elemento, o Hélio. Este processo também libera muita energia na forma de calor, mas necessita de condições muito especiais para acontecer. Atualmente, existem pesquisas em desenvolvimento para aproveitamento da energia gerada pelo processo de fusão.



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Fontes de energia renováveis 


As fontes de energia que pertencem a este grupo são consideradas inesgotáveis, pois suas quantidades se renovam constantemente ao serem usadas. São exemplos de fontes renováveis: hídrica (energia da água dos rios), solar (energia do sol), eólica (energia do vento), biomassa (energia de matéria orgânica), geotérmica (energia do interior da Terra), oceânica (energia das marés e das ondas) e hidrogênio (energia química da molécula de hidrogênio).

Algumas dessas fontes apresentam variação na geração de energia elétrica ao longo do dia ou do ano, como é o caso da eólica, que não é usada quando não há ventos e a energia solar, à noite. No caso da fonte hídrica, podem ocorrer estiagens (secas).

As fontes renováveis de energia são consideradas limpas, pois emitem menos gases de efeito estufa (GEE) que as fontes fósseis e, por isso, estão conseguindo uma boa inserção no mercado brasileiro e mundial.

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Energia Hidráulica


usina hidrelétricaA energia gerada por esta fonte vem do aproveitamento da água dos rios. Nas usinas hidrelétricas, as águas movem turbinas que transformam a energia potencial (da água) em energia mecânica e, por fim, em elétrica.

Esta fonte é variável ao longo do ano, porque depende do quanto chove nas cabeceiras dos rios, afinal, é essa água que irá mover as turbinas. Também devemos considerar que, para que haja bom funcionamento de uma usina hidrelétrica, a ação de conservação ambiental na bacia hidrográfica é essencial.


Você sabia?
O que é Bacia hidrográfica? 

Paisagem com morros recebendo chuva; água escorrendo dos morros e indo para o rio, que fica no vale

Os riachos correm por um terreno e se juntam para formar um rio maior (principal). Esse terreno é a bacia hidrográfica e leva o nome do seu rio principal. A conservação da vegetação natural no entorno das nascentes e nas margens dos rios da bacia é importante para manter o fluxo de água e impedir a erosão das margens e o acúmulo de sedimentos no rio.





Para diminuir a variação na produção de energia ao longo do ano, algumas usinas são construídas com os chamados reservatórios de acumulação. Eles servem para guardar a água no período chuvoso para usar durante a seca. A água guardada não só gera energia, mas também pode ajudar no abastecimento das cidades, na irrigação das lavouras, na navegação, entre outros usos.

A construção de uma barragem prejudica os peixes que se deslocam ao longo do rio em busca de locais para reprodução, mas para diminuir esse problema, podem ser construídas passagens artificiais. Além disso, o alagamento de áreas pode causar o deslocamento de pessoas que moram por ali e atrair outras pessoas que vem trabalhar na construção da usina. O quanto essas questões serão importantes vai depender do tamanho da usina e das características do rio e da região onde for construída. Por isso, antes da instalação de grandes empreendimentos, realizam-se os Estudos de Impacto Ambiental (EIA), que preveem os impactos e quais as ações necessárias para mitigá-los (diminuí-los).

Foto aérea da usina hidrelétrica de Itaipu, mostrando a barragem e o reservatório

A Usina hidrelétrica de Itaipu, localizada em Foz do Iguaçu/PR, é a maior hidrelétrica do Brasil e a que mais gera energia elétrica no mundo. Ela é responsável por boa parte da energia elétrica utilizada na região sudeste do Brasil. Fonte: Wikimedia Commons | Autor: Angelo Leithold | Licença Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.


Quadro Você sabia?


Bandeiras Tarifárias

A maior fonte de energia elétrica no Brasil é a hídrica. Mas, como vimos, ela é variável ao longo do ano, então precisamos de outros tipos de usinas para garantir a energia quando a hídrica não é suficiente. Hoje, as usinas termelétricas, principalmente as que usam gás natural como fonte, são as mais utilizadas. Mas gerar eletricidade por termelétricas é mais caro que gerar por hidrelétricas e essa variação se reflete na conta de luz que pagamos. Na conta de luz da sua casa, isso está sinalizado com bandeiras coloridas. Quando a bandeira está vermelha, estamos usando muitas termelétricas. Quando está amarela, precisamos de algumas termelétricas e quando está verde, as hidrelétricas são as que estão gerando mais:

Bandeira verde - não há alteração na tarifa; amarela ou vermelha - acréscimo por kWh na conta
Fonte: CPFL Energia

Veja mais sobre a conta de luz em Infográficos.



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Energia Solar


A energia solar é uma fonte inesgotável que pode ser aproveitada na forma de calor ou na forma de luz.

Para aproveitamento do calor, os raios do sol atingem a superfície dos painéis coletores térmicos, que aquecem a água no seu interior. A água quente pode ser utilizada nas residências (chuveiros, piscinas, torneiras, máquina de lavar, etc.), em processos industriais ou na geração de eletricidade.

A eletricidade pode ser gerada diretamente a partir da luz (nos painéis fotovoltaicos) ou através do aproveitamento do calor (na usina heliotérmica).

Nos painéis fotovoltaicos, a radiação solar (luz) interage com um material semicondutor (geralmente, o silício), gerando eletricidade diretamente. Os sistemas fotovoltaicos não geram eletricidade à noite. As áreas no Brasil com melhor incidência de radiação solar estão localizadas na região Nordeste (veja aqui o mapa da irradiação solar no plano inclinado, adequado para geração fotovoltaica) . As usinas solares fotovoltaicas (formada pro um conjunto de painéis) precisam ser instaladas em áreas sem cobertura vegetal, portanto as áreas já desmatadas podem ser escolhidas, diminuindo a degradação do meio ambiente. Painéis (ou placas) solares também podem ser instalados em telhados de casas, shoppings e estacionamentos. Isto é chamado de Geração Distribuída ou microgeração. O custo das placas solares ainda é elevado, mas está cada vez mais acessível no Brasil.

Nas usinas solares chamadas de usinas heliotérmicas é utilizada a energia solar concentrada. A energia solar concentrada é produzida com a ajuda de diversos espelhos que direcionam a energia do sol em um ponto para aquecer a água, que será transformada em vapor. Este vapor irá girar uma turbina, gerando eletricidade. Aprenda mais sobre energia heliotérmica aqui.

Casa com painel solar no telhado Painel solar no chão


Você sabia?


Onde você também pode encontrar painéis fotovoltaicos? 

Fique atento ao viajar por rodovias! Em algumas delas, você poderá ver postes de luz, detectores de velocidade e caixas de telefone com placas solares acopladas. Essas placas fornecem energia para o funcionamento desses aparelhos.

Foto de estrada com postes que possuem placas solares
[Postes ligados a placas de energia solar no Arco Metropolitano (rodovia no Rio de Janeiro em outubro de 2017)] (foto: VSM Gomes).


Sempre que você assistir a um filme ou programa de TV que mostre satélites artificiais, você poderá notar grandes placas solares, que suprem de energia esses equipamentos.Foto da réplica do satélite

satélite Amazonia-1 é o primeiro satélite de observação da Terra desenvolvido totalmente no Brasil. Ao lado, mostra-se uma réplica exposta na Praça Mauá, Rio de Janeiro, em 2017 (foto: VSM Gomes).




Energia Eólica


A energia eólica é obtida através do aproveitamento do vento, que é o movimento das massas de ar. Para transformar a energia dos ventos em energia elétrica são usados aerogeradores, que possuem imensas hélices que se movimentam de acordo com a quantidade de vento no local.
 
Desenho de aerogerador, que parece catavento
Essas hélices, em geral, possuem o tamanho de uma asa de avião e são instaladas em torres de até 150 metros de altura. Uma usina eólica utiliza um recurso energético renovável e não polui a atmosfera durante sua operação.

Esta fonte só pode ser aproveitada nos momentos em que há vento suficiente. No sul e no nordeste do Brasil, os ventos são abundantes (veja o mapa aquie permitem a instalação de vários “parques eólicos” (conjuntos de aerogeradores; equivalentes às usinas). Mas deve-se tomar cuidado ao instalar parques eólicos em locais que ofereçam muito risco às aves, que podem bater nas hélices dos aerogeradores. Também se deve cuidar para não prejudicar os ambientes naturais com as obras para implantação do parque.



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Biomassa


Toda a matéria vegetal e orgânica existente, biomassa, pode ser utilizada na produção de energia. A lenha, bagaço de cana-de-açúcar, cavaco de madeira, resíduos agrícolas, algas, restos de alimentos e até excremento animal que, após sua decomposição, produzem gases que são usados para gerar energia.


Lenha
A biomassa também pode ser queimada diretamente, como no fogão a lenha, para aproveitamento do calor. Ou ainda pode ser utilizada para aquecer água e produzir vapor em alta pressão, que é usado para acionar turbinas e geradores elétricos. 
No Brasil, a biomassa mais utilizada para geração de eletricidade em atualmente é oriunda da cana-de-açúcar, plantada e processada principalmente nas regiões Sudeste e Centro-oeste. 
Biocombustíveis – a biomassa pode também originar compostos tais como álcool (etanol), óleos vegetais e gorduras, que são processados e usados como combustíveis (veja mais em O que são combustíveis). Os materiais mais usados vêm da soja, cana-de-açúcar, mamona e milho. Assim como para a biomassa, a produção de biocombustíveis ocorre principalmente nas regiões Sudeste e Centro-oeste.
O cultivo de produtos agrícolas usados como fonte de geração de energia requer cuidados conservacionistas, como: evitar o desmatamento de áreas naturais para iniciar novas áreas de plantio, uso controlado de agrotóxicos e fertilizantes e controle de resíduos.

Se quiserem aprender como a biomassa é transformada em biocombustíveis e depois abastece nossos carros, visitem no Infográfico sobre esse assunto.


Energia Geotérmica


A energia geotérmica ou energia geotermal (do grego geo: terra; térmica: calor) é a energia obtida do calor presente no interior da Terra. Circundando o núcleo existe uma camada chamada manto que é formada por magma (semelhante à lava dos vulcões) e rocha, e a última camada, mais externa é a crosta terrestre, onde habitamos.

Desenho de recorte do globo terrestre e suas camadas internas: núcleo interno e externo, manto inferior e superior e crosta

A crosta terrestre tem espessura variável e é fraturada em vários "pedaços" (fissuras), conhecidos como placas tectônicas. O magma formado no manto pode emergir para a superfície próximo dos limites dessas placas, como por exemplo, em erupções vulcânicas. Essas rochas que absorvem o calor do magma estão em alta temperatura, aquecendo também as águas subterrâneas que podem emergir como gêiseres (nascente termal ou minas de água quente).

Desenho que demonstra a saída da lava do manto da Terra pelo vulcão e a água do lençol freático saindo como vapor pelo gêiser

Para a geração elétrica, perfura-se o subsolo onde há grande quantidade de vapor e água quente, os quais devem ser retirados por dutos e conduzidos a um gerador na superfície da terra para a transformação da energia geotérmica em elétrica. É uma fonte de energia renovável porque o calor é produzido continuamente nessas camadas internas da Terra.

Injeção de água no subsolo e retirada de vapor para a turbina - gerador - transformador. Outra água resfria a turbina sai vapor

Esta fonte é utilizada geralmente em regiões com alta atividade vulcânica ou encontros de placas tectônicas. São exemplos os países: Islândia, Itália e Estados Unidos.

 

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Energia Oceânica


A energia gerada a partir desta fonte vem dos oceanos, de onde se aproveita o movimento das águas. Essa energia pode vir das ondas, das marés e das correntes marinhas, transformando a energia mecânica dos oceanos em energia elétrica. O aproveitamento dessa fonte ainda está em desenvolvimento, havendo poucas usinas em operação no mundo.

  • Para o aproveitamento desta energia, é construída uma barragem em locais de grande amplitude de maré, onde a passagem da água gira uma turbina, transformando a energia cinética em eletricidade (maremotriz).

Turbina com hélice embaixo d'água, sob uma barragem

  • De maneira muito similar ao que ocorre numa usina eólica, o movimento da corrente marinha gira uma turbina, transformando energia cinética em eletricidade

Poste com hélices sob a água do mar

  • O movimento das ondas provoca oscilação de cilindros internos. Esses cilindros pressionam óleo a passar por motores. A rotação desses motores aciona geradores elétricos, produzindo eletricidade.

Bóias presas em sequência, formando uma corrente

  • O movimento das ondas empurra os flutuadores para cima e para baixo e permite acumular água sob alta pressão numa câmara interna. Essa câmara libera jatos d'água sobre uma turbina ligada a um gerador de eletricidade. Dessa forma, há transformação da energia cinética das ondas em energia elétricaVeja aqui, um exemplo de Usina de Ondas existente no Brasil. 

Braço mecânico aderido à costa numa ponta, com um plano na outra ponta que fica sobre a superfície do mar


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Outra Fonte - Hidrogênio


O hidrogênio é o menor elemento químico conhecido e está muito presente no nosso dia-a-dia, principalmente combinado com outros elementos, formando, por exemplo, água, plásticos, pães, seres vivos, etc. Já sua forma pura, gasosa, encontra-se em pequena quantidade na atmosfera. O hidrogênio para ser uma fonte de energia, precisa ser gerado, por isso, ele é considerado uma fonte secundária de energia e não é naturalmente reposto pela natureza.

Atualmente, o hidrogênio é aplicado como matéria prima na síntese de diversos produtos e seu uso como fonte combustível ainda está em desenvolvimento. O processo de geração de energia ocorre a partir da reação do hidrogênio com oxigênio, produzindo calor sem a emissão de poluentes atmosféricos e geração de resíduos. Além disso, o hidrogênio pode também ser convertido em eletricidade por meio de células combustíveis.

As células combustíveis são equipamentos onde ocorre uma reação química semelhante à que ocorre em pilhas e baterias, mas nas células combustíveis, deve-se sempre fornecer hidrogênio, seja na forma pura ou em um composto (geralmente gasoso ou líquido) rico nesse elemento.

Dentro da célula combustível o hidrogênio se separa em duas partes: uma delas se associa ao oxigênio (gás importante para a nossa respiração), liberando calor e tendo como produto a água; a outra parte do hidrogênio, passa por um fio metálico, gerando a corrente elétrica.

No entanto, para obter hidrogênio na sua forma gasosa, deve-se utilizar energia. O hidrogênio pode ser produzido a partir de várias fontes e a forma mais comum é a partir de combustíveis fósseis, como o gás natural e carvão mineral. Pesquisas tentam viabilizar sua obtenção a partir da quebra das moléculas de água usando eletricidade de fontes renováveis (solar, vento) e também a partir da biomassa

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Até a próxima!