Quando se trata de produção de energia, não existe almoço grátis, Infelizmente.

À medida que 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 os impactos ambientais das energias renováveis, por menores que sejam em comparação com o carvão e o gás, são considerados.

Em dois artigos - publicados em Cartas de Pesquisa Ambiental e Joule —Os pesquisadores da Harvard University descobriram que a transição para a energia eólica ou solar nos Estados Unidos exigiria de cinco a 20 vezes mais área de terra do que se pensava anteriormente, e se tais parques eólicos em grande escala fossem construídos, aqueceria as temperaturas médias da superfície dos Estados Unidos continentais em 0,24 graus Celsius.

"O vento vence 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 de Harvard John A. Paulson (SEAS) e autor sênior dos artigos. "Devemos fazer uma transição rápida dos combustíveis fósseis para interromper as emissões de carbono. Ao fazer isso, devemos fazer escolhas entre várias tecnologias de baixo carbono, todos com alguns impactos sociais e ambientais. "

Keith também é professor de políticas públicas na Harvard Kennedy School.

Uma das primeiras etapas para entender o impacto ambiental das tecnologias renováveis ​​é entender quanta área de terra seria necessária para atender às futuras demandas de energia dos EUA. Mesmo começando com as demandas de energia de hoje, a área de terra e as densidades de energia associadas necessárias foram há muito debatidas por especialistas em energia.

Em pesquisas anteriores, Keith e os co-autores modelaram a capacidade de geração de parques eólicos de grande escala e concluíram que a geração de energia eólica no mundo real foi superestimada porque eles negligenciaram a contabilização precisa 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 foi desacelerado pelas pás da turbina. Os parques eólicos em escala comercial de hoje espacam cuidadosamente as turbinas para reduzir o impacto dessas sombras de vento, mas dada a expectativa de que os parques eólicos continuarão a se expandir conforme a demanda por eletricidade derivada do vento aumenta, interações e impactos climáticos associados não podem ser evitados.

O que estava faltando nesta pesquisa anterior, Contudo, foram observações para apoiar a modelagem. Então, há poucos meses atrás, o Serviço Geológico dos Estados Unidos divulgou a localização de 57, 636 turbinas eólicas nos EUA. Usando este conjunto de dados, em combinação com vários outros bancos de dados do governo dos EUA, Keith e seu colega de pós-doutorado Lee Miller foram capazes de quantificar a densidade de potência de 411 parques eólicos e 1, 150 usinas solares fotovoltaicas operando nos EUA durante 2016.

"Para o vento, descobrimos que a densidade de potência média - ou seja, a taxa de geração de energia dividida pela área envolvente da usina eólica - foi até 100 vezes menor do que as estimativas de alguns dos principais especialistas em energia, "disse Miller, quem é o primeiro autor de ambos os artigos. "A maioria dessas estimativas não considerou a interação turbina-atmosfera." Para uma turbina eólica isolada, as interações não são importantes de forma alguma, mas uma vez que os parques eólicos têm mais de cinco a 10 quilômetros de profundidade, essas interações têm um grande impacto na densidade de potência. "

As densidades de energia eólica baseadas em observação também são muito mais baixas do que estimativas importantes do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC).

Para energia solar, a densidade de potência média (medida em watts por metro quadrado) é 10 vezes maior do que a energia eólica, mas também muito inferior às estimativas dos principais especialistas em energia.

Esta pesquisa sugere que não só os parques eólicos exigirão mais área de terra para atingir as metas de energia renovável propostas, mas também, em escala tão grande, se tornaria um ator ativo no sistema climático.

A próxima pergunta, como explorado no jornal Joule , era como esses parques eólicos de grande escala impactariam o sistema climático.

Para estimar os impactos da energia eólica, Keith e Miller estabeleceram uma linha de base para o clima dos EUA de 2012-2014 usando um modelo de previsão do tempo padrão. Então, eles cobriram um terço do território continental dos Estados Unidos com turbinas eólicas suficientes para atender à atual demanda de eletricidade dos Estados Unidos. Os pesquisadores descobriram que este cenário aqueceria a temperatura da superfície dos EUA continentais em 0,24 graus Celsius, com as maiores mudanças ocorrendo à noite, quando as temperaturas da superfície aumentaram em até 1,5ºC. Esse aquecimento é o resultado de turbinas eólicas que misturam ativamente a atmosfera perto do solo e no alto, ao mesmo tempo em que se extraem do movimento da atmosfera.

Esta pesquisa apóia mais de dez outros estudos que observaram o aquecimento perto de parques eólicos em operação nos Estados Unidos. Miller e Keith compararam suas simulações com estudos observacionais baseados em satélite no norte do Texas e encontraram aumentos de temperatura aproximadamente consistentes.

Miller e Keith são rápidos em apontar a improbabilidade de os EUA gerarem tanta energia eólica quanto simulam em seu cenário, mas o aquecimento localizado ocorre em projeções ainda menores. A questão que se segue é entender quando os benefícios crescentes da redução das emissões são aproximadamente iguais aos impactos quase instantâneos da energia eólica.

Os pesquisadores de Harvard descobriram que o efeito do aquecimento nos Estados Unidos continental causado pelas turbinas eólicas é na verdade maior do que o efeito das emissões reduzidas do primeiro século de operação. Isso ocorre 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 percebidos.

Millar e Keith repetiram o cálculo para a energia solar e descobriram que os impactos climáticos são cerca de dez vezes menores do que os do vento.

“Os impactos climáticos diretos da energia eólica são instantâneos, enquanto os benefícios da redução das emissões se acumulam lentamente, "diz Keith." Se a sua perspectiva é nos próximos 10 anos, a energia eólica na verdade tem - em alguns aspectos - mais impacto climático do que carvão ou gás. Se sua perspectiva é os próximos mil anos, então, a energia eólica tem um impacto climático enormemente menor do que o carvão ou o gás. "

“A obra não deve ser vista como uma crítica fundamental à energia eólica, "disse Keith." Alguns dos impactos do vento no clima serão benéficos - vários estudos globais mostram que a energia eólica esfria as regiões polares. Em vez, o trabalho deve ser visto como um primeiro passo para levar mais a sério a avaliação desses impactos para todas as energias renováveis. Nossa esperança é que nosso estudo, combinado com as observações diretas recentes, marca um ponto de inflexão em que os impactos climáticos da energia eólica começam a receber consideração séria nas decisões estratégicas sobre a descarbonização do sistema de energia. "