David MacKay: Uma checagem real em renováveis

Quanta terra os recursos renováveis precisariam para fornecer energia a uma nação como o Reino Unido? Nesta 'talk' pragmática, David MacKay apresenta a matemática básica que mostra limitações preocupantes em nossas opções de energia sustentável e explica por que deveríamos buscá-las mesmo assim. (Filmado em TEDxWarwick.)

Quando a Revolução Industrial começou

a quantia de carbono sob o solo

britânico, na forma de carvão, era tão grande quanto a quantia

de carbono sob o solo da Arábia Saudita, na forma de petróleo,

e esse carbono fortaleceu a Revolução Industrial,

colocou o "Grande" em Grã Bretanha,

e conduziu à temporária dominação mundial da Grã Bretanha.

Então, em 1918, a produção de carvão na Bretanha atingiu o pico

e tem declinado desde então.

No devido tempo, a Bretanha começou a usar petróleo e gás

do Mar do Norte, e, no ano de 2000,

a produção de petróleo e gás do Mar do Norte

também atingiu o pico, e agora está em declínio.

Essas observações sobre o quantidade limitada de combustíveis fósseis

próprios, seguros e de fácil acesso,

isto é uma motivação para se dizer: "Bom, o que vem agora?"

Como será a vida após os combustíveis fósseis?

Não deveríamos estar pensando seriamente em

como escapar dos combustíveis fósseis?"

Uma outra motivação, claro, é a mudança do clima.

E quando as pessoas falam sobre a vida após a ação dos combustíveis fósseis

e da mudança do clima, penso que há muito

discurso vazio, muita maquiagem verde, muita publicidade enganosa,

e sinto o dever de, como físico, tentar

guiar as pessoas em torno da conversa oca e ajudá-las

a entender as ações que realmente fazem diferença

e a focalizar em ideias que acrescentam.

Permitam-me ilustrar isto com o que os físicos chamam de

cálculo no verso de um envelope.

Adoramos cálculos no verso de um envelope.

Você faz uma pergunta, escreve alguns números

e tem uma resposta.

Pode não ser muito precisa, mas pode fazê-lo dizer:

"Hmm."

Então aqui temos uma questão: imagine se

disséssemos: "Oh, sim, podemos escapar dos combustíveis fósseis.

Usaremos biocombustíveis. Problema resolvido.

Transportes, não precisamos mais de petróleo."

Bem, e se cultivássemos biocombustíveis para uma rodovia

na orla verde à margem da rodovia?

Quão ampla teria que ser a orla para que isso funcionasse?

Ok, vamos considerar alguns números.

Digamos que os carros vão a 60 milhas por hora.

Digamos que façam 30 milhas por galão.

Essa é a média europeia para carros novos.

Digamos que a produtividade das plantações de biocombustíveis

seja 1.200 litros de biocombustível por hectare ao ano.

Isto é real para biocombustíveis europeus.

E imaginemos que os carros estejam a 80 metros

um do outro, e estão apenas indo infinitamente

ao longo dessa rodovia.

A extensão da rodovia não importa, porque quanto mais longa

a rodovia, mais plantação de biocombustíveis temos.

O que fazemos com estes números?

Bem, você pega o primeiro número, divide pelos

outros três e obtém oito quilômetros.

E essa é a resposta.

Isso é quão larga teria que ser a plantação,

considerada esta hipótese.

E pode ser que isso faça você dizer: "Hmm.

Talvez não vá ser tão fácil assim."

E pode fazer você pensar, talvez tenha alguma coisa

a ver com áreas e, nesta palestra,

eu gostaria de falar sobre áreas de terras e perguntar:

há alguma questão sobre áreas? A resposta vai ser

sim, mas depende do país em que você está.

Então, vamos começar com o Reino Unido,

já que é onde estamos hoje.

O consumo de energia do Reino Unido,

o consumo total de energia, mas não apenas com transporte, com tudo,

gostaria de quantificá-lo em lâmpadas.

É como se todos nós tivéssemos 125 lâmpadas acesas o tempo todo,

125 kilowatt-hora ao dia por pessoa

é o consumo de energia do Reino Unido.

Há o valor de 40 lâmpadas para transporte,

40 lâmpadas para aquecimento

e 40 lâmpadas para geração de eletricidade,

outras coisas são relativamente pequenas,

comparadas a esses três 'peixões'.

Na verdade a quantidade é maior se levarmos em conta

a energia incorporada nas coisas que importamos

para nosso país, e 90 por cento dessa energia hoje

ainda vêm de combustíveis fósseis, e apenas 10 por cento

de outras fontes mais verdes -- possivelmente mais verdes --

como energia nuclear e renováveis.

Então,

isto é o Reino Unido, e a densidade populacional do Reino Unido

é de 250 pessoas por quilômetro quadrado,

e agora vou mostrar-lhes outros países

por essas mesmas duas medidas.

No eixo vertical, vou mostrar-lhes

quantas lâmpadas -- o que é nosso consumo de energia

por pessoa, e estamos a 125 lâmpadas por pessoa,

e aquele pequeno ponto azul ali mostra a área de terra

do Reino Unido,

e a densidade populacional está no eixo horizontal,

e somos 250 pessoas por quilômetro quadrado.

Vamos acrescentar países europeus em azul,

e você pode ver que há uma grande variedade.

Devo enfatizar, ambos os eixos

são logaritimos. À medida que você vai de uma barra cinza

para a seguinte, está subindo um fator de 10.

A seguir, vamos acrescentar a Ásia em vermelho,

o Oriente Médio e o Norte da África em verde,

a África abaixo do Sahara em azul,

preto é a América do Sul,

roxo é a América Central,

e, em mostarda, temos América do Norte,

Austrália e Nova Zelândia.

E você pode ver a grande diversidade da densidade populacional

e do consumo per capita.

Os países são diferentes uns dos outros.

No alto, à esquerda, temos Canadá e Austrália, com enormes

áreas de terra, consumo per capita muito alto,

200 ou 300 lâmpadas por pessoa,

e densidade populacional muito baixa.

No alto, à direita, Bahrain tem o mesmo consumo de energia

por pessoa, aproximadmente, que o Canadá,

acima de 300 lâmpadas por pessoa,

mas a densidade populacional é um fator 300 vezes maior,

1.000 pessoas por quilômetro quadrado.

Embaixo, à direita, Bangladesh tem a mesma densidade populacional

que o Bahrain mas consome 100 vezes menos por pessoa.

Embaixo, à esquerda, bem, não há ninguém.

Mas costumava haver muitas pessoas.

Aqui está uma outra mensagem deste diagrama.

Acrescentei pequenos rabichos azuis atrás de Sudão, Líbia,

China, Ìndia, Bangladesh.

São 15 anos de progresso.

Onde estavam eles 15 anos atrás e onde estão agora?

E a mensagem é: a maioria dos países está indo para a direita

e para cima,

para cima e à direita -- maior densidade populacional

e consumo per capita mais alto.

Então, podemos estar fora, no topo do canto direito,

ligeiramente não comum, o Reino Unido acompanhado de

Alemanha, Japão, Coreia do Sul, Holanda,

e um punhado de outros países ligeiramente ímpares,

mas muitos outros países estão vindo

para a direita e se juntando a nós,

assim, somos um quadro, se preferirem, do que o futuro consumo

de energia pode ser em outros países também.

E também acrescentei neste diagrama algumas linhas rosa

que vão para baixo e para a direita.

Essas são linhas de igual consumo de energia

por unidade de área, que meço em watts por metro quadrado.

Assim, por exemplo, a linha média ali,

0.1 watts por metro quadrado, é o consumo de energia

por unidade de área da Arábia Saudita, Noruega e México, em roxo,

e Bangladesh, 15 anos atrás,

e metade da população mundial vive em países

que já estão acima daquela linha.

O Reino Unido está consumindo 1.25

watts por metro quadrado.

Também a Alemanha, e o Japão estão consumindo um pouco mais.

Bem, agora vamos

dizer por que isso é relevante. Por que isso é relevante?

Bem, podemos medir os recursos renováveis nas mesmas unidades

e outras formas de produção de energia nas mesmas unidades,

e uso de renováveis é uma das principais ideias de

como podemos escapar do hábito de 90 por cento de combustíveis fósseis.

Aqui estão alguns renováveis.

Biocombustível produz meio watt por metro quadrado

em clima europeu.

O que significa isso? E vocês podem ter antecipado

o resultado, já que lhes contei sobre a plantação de biocombustível

alguns momentos atrás.

Bem, consumimos 1.25 watts por metro quadrado.

Isso significa que, mesmo que você cobrisse

todo o Reino Unido com plantações para energia,

você não conseguiria igualar o consumo de energia de hoje.

Energia eólica produz um pouco mais,

2.5 watts por metro quadrado, mas isso é apenas o dobro

de 1.25 watts por metro quadrado,

e isso significa que se você quisesse literalmente produzir

o consumo total de energia em todas as formas por

fazendas eólicas, você precisaria transformar em fazendas metade da área do Reino Unido.

A propósito, tenho os dados que amparam todas essas asserções.

A seguir, olhemos para a energia solar.

Painéis solares, quando você os coloca no telhado,

produzem cerca de 20 watts por metro quadrado na Inglaterra.

Se você realmente quer extrair mais dos painéis solares,

você precisa adotar o método de coleta bávaro tradicional

no qual você salta do telhado e recobre também os campos

com painéis solares.

Fazendas de energia solar, por causa dos intervalos entre os painéis,

produzem menos. Produzem aproximadamente 5 watts

por metro quadrado de área de terra.

Aqui está uma fazenda de energia solar em Vermont, com dados reais,

produzindo 4.2 watts por metro quadrado.

Lembre-se de onde estamos, 1.25 watts por metro quadrado,

fazendas eólicas 2.5, fazendas de energia solar cerca de cinco.

Dessa maneira, seja qual for a energia renovável que você escolha,

a mensagem é, seja qual for a mistura desses renováveis

a ser usada, se você quer mover o Reino Unido com elas,

você precisará recobrir algo como

20 por cento ou 25 por cento do país

com esses renováveis.

E não estou dizendo que essa é uma ideia ruim.

Apenas precisamos entender os números.

Não sou absolutamente contra os renováveis. Adoro renováveis.

Mas tambem sou pró-aritmética. (Risadas)

Concentrar a energia solar nos desertos produz

maiores quantidades por unidade de área, porque você não tem

o problema das nuvens,

e, assim, esta usina produz 14 watts por metro quadrado,

esta, 10 watts por metro quadrado,

e esta, na Espanha, 5 watts por metro quadrado.

Sendo generoso com a concentração da energia solar,

penso que é perfeitamente possível que produzisse 20 watts

por metro quadrado. Isso é bom.

Claro, a Grã Bretanha não tem nenhum deserto.

Ainda. (Risadas)

Então, aqui está um resumo até agora.

Todos os renováveis, por mais que eu os ame, são difusos.

Todos têm pouca energia por unidade de área,

e temos que viver com esse fato.

E isso significa que, se você quer que os renováveis

façam uma diferença substancial para um país como

o Reino Unido na escala de consumo de hoje,

você precisa imaginar usinas de renováveis

que sejam do tamanho de países, não do país inteiro

mas uma parte do país, uma parte substancial.

Há outras opções para geração de energia também

que não envolvem combustíveis fósseis.

Há a energia nuclear e, neste mapa de Ordnance

Survey, você pode ver Sizewell B (usina nuclear)

dentro de um quilômetro quadrado azul.

Isso é um gigawatt em um quilômetro quadrado,

o que produz 1.000 watts por metro quadrado.

Dessa maneira, por esta métrica específica, a energia nuclear

não é tão intrusiva quanto as renováveis.

Claro, outras métricas importam também, e a energia nuclear

tem todo tipo de problemas com popularidade.

Mas o mesmo acontece com os renováveis também.

Aqui está uma fotografia de uma conferência a todo vapor

na pequena cidade de Penicuik, próxima a Edinburgh,

e você pode ver as crianças de Penicuik celebrando

a queima de uma representação de um moinho eólico.

As pessoas são contra-tudo, e temos que manter

todas as opções na mesa.

O que pode fazer um país como o Reino Unido com relação ao suprimento?

Bem, as opções são, eu diria, estas três:

energias renováveis, e reconhecendo que elas precisam ser

quase do tamanho do país; os renováveis de terceiros;

então poderíamos conversar muito delicadamente com as pessoas

no topo do lado esquerdo do diagrama e dizer:

"É, nós não queremos renováveis em nosso quintal,

mas, hum, poderíamos colocá-los no seu?

E essa é um opção séria.

É uma forma de o mundo lidar com esse problema.

Dessa maneira paises como Austrália, Rússia, Líbia, Cazaquistão

poderiam ser nossos melhores amigos na produção de renováveis.

E uma terceira opção é a energia nuclear.

Essas são algumas opções de suprimento paralelas.

Em acréscimo às alavancas de suprimento que podemos movimentar,

e lembre-se, precisamos de grandes quantidades,

porque, no momento,

obtemos 90 por cento de nossa energia de combustíveis fósseis.

Em acréscimo a essas alavancas, podemos falar de outras formas

de resolver este problema, ou seja, podemos reduzir a demanda

e isso significa reduzir a população

-- não sei como fazer isso --

ou reduzir o consumo per capita.

Vamos falar sobre mais três grandes alavancas

que poderiam realmente ajudar no lado do consumo.

Primeiro, transporte. Aqui estão os princípios da física que dizem

como reduzir o consumo de energia no transporte,

e as pessoas frequentemente dizem: "Oh, sim, a tecnologia pode resolver tudo.

Podemos fazer veículos que são cem vezes mais

eficientes." E isso é quase verdade. Deixem-me mostrar a vocês.

O consumo de energia deste tanque típico aqui

é de 80 kilowatt-hora por cem quilômetros por pessoa.

Esse é o carro europeu médio.

Oitenta kilowatt-hora. Podemos fazer algo cem vezes

melhor aplicando aqueles princípios de física que listei?

Sim. Aqui está. É a bicicleta. É 80 vezes melhor no consumo

de energia, e é movimentada por biocombustível, por Weetabix (cereal de aveia).

(Risadas)

E há outras opções, porque talvez

a senhora no tanque diga: "Não, não, não,

isso é uma mudança no estilo de vida. Não mude meu estilo de vida, por favor."

Bem, poderíamos persuadi-la a entrar num trem,

e isso ainda seria muito mais eficiente que um carro,

mas poderia ser uma mudança no estilo de vida;

ou há o carro ecológico, no alto, à esquerda.

Acomoda confortavelmente um adolescente

e é mais baixo que um cone de trânsito,

é quase tão eficiente quanto uma bicicleta,

desde que você o dirija a 15 milhas por hora.

Entre estas, talvez algumas opções mais realísticas

nesta alavanca, alavanca dos transportes, são os veículos elétricos,

bicicletas e carros movidos a eletricidade, no meio,

talvez quatro vezes mais eficientes na energia

que o tanque padrão movido a petróleo.

Em seguida, há a alavanca do aquecimento.

Aquecimento representa um terço de nosso consumo de energia na Grã Bretanha,

e muito disso vai para casas

e outros edifícios para aquecimento do local e da água.

Aqui está uma típica casinha britânica.

É minha casa, com a Ferrari na frente.

O que podemos fazer com isso?

Bem, as leis da física estão escritas ali em cima,

aquelas que descrevem o quê -- como o consumo de energia

para aquecimento é conduzido pelas coisas que você pode controlar.

As coisas que você pode controlar são a diferença de temperatura

entre o lado de dentro e o de fora, e há essa

notável tecnologia chamada termostato.

Você o pega, gira para a esquerda,

e seu consumo de energia na casa diminuirá.

Experimentei isso. Funciona. Algumas pessoas chamam de mudança de estilo de vida.

Você também pode pedir ao forrador para reduzir a perda de calor

de sua construção - coloque forração nas paredes, forração no telhado,

uma nova porta de entrada e assim por diante,

e a triste verdade é que isto economizará seu dinheiro.

Isso não é triste, isso é bom, mas a triste verdade é que isso tirará apenas

aproximadamente 25 por cento da perda de calor de sua construção.

Se você fizer essas coisas, que são boas ideias.

Se você realmente quer chegar um pouco mais perto dos padrões

suecos de construção com uma porcaria de casa como esta,

você precisa colocar isolamento externo na construção

como neste bloco de apartamentos em Londres.

Você também pode produzir calor mais eficientemente usando bombas de aquecimento

que usam uma pequena quantia de energia como a eletricidade

para conduzir o calor de seu jardim para sua casa.

A terceira opção no lado da demanda sobre a qual quero falar,

a terceira forma de reduzir o consumo de energia é:

leia seus medidores.

As pessoas falam muito sobre medidores inteligentes,

mas você mesmo pode fazer isso.

Use seus olhos e seja esperto, leia seu medidor,

e, se você é parecido comigo, isso mudará sua vida.

Aqui está um gráfico que fiz.

Estava escrevendo um livro sobre energia sustentável,

e um amigo me perguntou: "Bem, quanta energia você usa

em casa?" Fiquei envergonhado, realmente eu não sabia.

Assim, comecei a ler o medidor toda semana,

e as leituras do velho medidor estão mostradas

no alto do gráfico, e 2007

é mostrado em verde embaixo, e isso foi quando

eu lia o medidor toda semana e minha vida mudou,

porque comecei a fazer experimentos e ver

o que fazia diferença, e meu consumo de gás

diminuiu porque comecei a mexer

no termostato e no tempo de funcionamento do sistema de aquecimento

e abati mais da metade das minhas contas de gás.

Há uma história semelhante para meu consumo de eletricidade,

na qual desligar DVD, estéreos,

periféricos de computador que ficavam ligados o tempo todo,

e ligá-los apenas quando precisava deles,

abateu outro terço de minhas contas de eletricidade.

Assim, precisamos de um plano que acrescente, e descrevi para vocês

seis grandes alavancas, e precisamos de grandes ações porque obtemos

90 por cento de nossa energia de combustíveis fósseis,

e assim, você precisa forçar a maioria, se não todas essas alavancas.

E a maioria dessas alavancas tem problemas com a popularidade,

e se há uma alavanca que você não gosta de usar,

bem, por favor, tenha em mente que isso significa que você precisa

de um esforço ainda maior nas outras alavancas.

Sou um forte advogado de conversas adultas

que são baseadas em números e fatos, e gostaria de encerrar

com este mapa que visualiza para você

a necessidade de terra e assim por diante de forma a obter

apenas 16 lâmpadas por pessoa

de quatro das grandes fontes possíveis.

Assim, se quisesse obter 16 lâmpadas, lembrem-se,

hoje nosso consumo total de energia é o valor de 125 lâmpadas.

Se quisesse 16 da energia eólica, este mapa visualiza uma solução

para o Reino Unido. Ela é de 160 fazendas eólicas,

do tamanho de 100 quilômetros quadrados cada,

e isso seria um aumento de vinte vezes

sobre a quantia de energia eólica de hoje.

Energia nuclear, para obter 16 lâmpadas por pessoa, você precisaria

dois gigawatts em cada um dos pontos roxos no mapa.

Isso é um aumento de quatro vezes

sobre os níveis atuais de energia nuclear.

Biomassa, para obter 16 lâmpadas por pessoa, você precisaria

de uma área de terra com três vezes e meia a extensão de Wales,

seja em nosso país ou no país dos outros,

possivelmente Irlanda, possivelmente em outro local. (Risadas)

E uma quarta opção no lado do suprimento, concentrar energia solar

nos desertos dos outros.

se você quisesse obter o valor de 16 lâmpadas;

então estaríamos falando desses oito hexágonos

embaixo, à direita.

A área total desses hexágonos

é a extensão de duas Grande Londres, no Sahara dos outros,

e você precisará de linhas de transmissão pelo caminho através da Espanha

e da França para trazer energia do Sahara para Surrey.

Precisamos de um plano que acrescente.

Precisamos parar de gritar e começar a conversar,

e, se pudermos ter conversas adultas,

fazer um plano que acrescente e começarmos a construir,

talvez esta revolução de baixo carbono

seja realmente divertida. Muito obrigado por ouvirem.

(Aplausos)