Energia renovável é a energia que é coletada a partir de recursos renováveis, que são naturalmente reabastecidos em uma escala de tempo humana, como a luz do sol, vento, chuva, marés, ondas e calor geotérmico. A energia renovável geralmente fornece energia em quatro áreas importantes: geração de eletricidade, aquecimento e resfriamento de ar e água, transporte e serviços de energia rural (fora da rede).

As energias renováveis ​​contribuíram com 19,3% para o consumo mundial de energia e 24,5% para a geração de eletricidade em 2015 e 2016, respectivamente. Esse consumo de energia é dividido em 8,9%, proveniente de biomassa tradicional, 4,2% em energia térmica (biomassa moderna, energia geotérmica e solar), 3,9% em eletricidade hidrelétrica e 2,2% em eletricidade a partir de energia eólica, solar, geotérmica e biomassa. Os investimentos mundiais em tecnologias renováveis ​​somaram mais de US $ 286 bilhões em 2015, com países como a China e os Estados Unidos investindo fortemente em energia eólica, hidrelétrica, solar e biocombustíveis. Globalmente, estima-se que existam 7,7 milhões de empregos associados às indústrias de energia renovável, sendo a energia solar fotovoltaica a maior empregadora renovável. A partir de 2015 em todo o mundo, mais da metade de toda a nova capacidade de eletricidade instalada foi renovável.

Embora muitos projetos de energia renovável sejam de larga escala, as tecnologias renováveis ​​também são adequadas para áreas rurais e remotas e países em desenvolvimento, onde a energia é muitas vezes crucial no desenvolvimento humano. O ex-secretário-geral das Nações Unidas, Ban Ki-moon, disse que a energia renovável tem a capacidade de levar as nações mais pobres a novos níveis de prosperidade. Como a maioria das energias renováveis ​​fornece eletricidade, a energia renovável é frequentemente aplicada em conjunto com a eletrificação, que tem vários benefícios: A eletricidade pode ser convertida em calor (quando necessário, gerando temperaturas mais altas que os combustíveis fósseis), pode ser convertida em energia mecânica com alta eficiência e está limpo no ponto de consumo. Além de que a eletrificação com energia renovável é muito mais eficiente e, portanto, leva a uma redução significativa nas necessidades de energia primária, porque a maioria das energias renováveis ​​não tem um ciclo de vapor com altas perdas (usinas fósseis geralmente têm perdas de 40 a 65%) .
Os sistemas de energia renovável estão se tornando rapidamente mais eficientes e mais baratos. Sua participação no consumo total de energia está aumentando. O crescimento do consumo de carvão e petróleo pode terminar em 2020 devido ao aumento da utilização de energias renováveis ​​e gás natural.

Geração de energia
Até 2040, a energia renovável é projetada para igualar a geração de eletricidade a carvão e gás natural. Várias jurisdições, incluindo a Dinamarca, a Alemanha, o estado da Austrália do Sul e alguns estados dos EUA, alcançaram alta integração de energias renováveis ​​variáveis. Por exemplo, em 2015, a energia eólica atingiu 42% da demanda de eletricidade na Dinamarca, 23,2% em Portugal e 15,5% no Uruguai. Os interconectores permitem que os países equilibrem os sistemas de eletricidade, permitindo a importação e exportação de energia renovável. Sistemas híbridos inovadores surgiram entre países e regiões.

Aquecimento
O aquecimento solar de água é uma contribuição importante para o calor renovável em muitos países, principalmente na China, que agora tem 70% do total global (180 GWth). A maioria desses sistemas é instalada em prédios de apartamentos multifamiliares e atende a uma parcela das necessidades de água quente de cerca de 50 a 60 milhões de lares na China. Em todo o mundo, os sistemas de aquecimento solar de água instalados totalizam uma parte das necessidades de aquecimento de água de mais de 70 milhões de residências. O uso de biomassa para aquecimento continua a crescer também. Na Suécia, o uso nacional de energia de biomassa superou o de petróleo. Geotérmica direta para aquecimento também está crescendo rapidamente. A mais recente adição ao aquecimento é a partir de bombas de calor geotérmicas que fornecem tanto aquecimento quanto resfriamento, e também achatam a curva de demanda elétrica e são, portanto, uma prioridade nacional crescente (veja também Energia térmica renovável).

Transporte
O bioetanol é um álcool produzido por fermentação, principalmente a partir de carboidratos produzidos em culturas de açúcar ou amido, como milho, cana-de-açúcar ou sorgo doce. A biomassa celulósica, derivada de fontes não alimentares, como árvores e gramíneas, também está sendo desenvolvida como matéria-prima para a produção de etanol. O etanol pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, mas é geralmente usado como um aditivo de gasolina para aumentar a octanagem e melhorar as emissões do veículo. O bioetanol é amplamente utilizado nos EUA e no Brasil. O biodiesel pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, mas é geralmente usado como um aditivo para diesel para reduzir os níveis de partículas, monóxido de carbono e hidrocarbonetos de veículos movidos a diesel. O biodiesel é produzido a partir de óleos ou gorduras usando transesterificação e é o biocombustível mais comum na Europa.

Um veículo solar é um veículo elétrico movido total ou significativamente por energia solar direta. Normalmente, as células fotovoltaicas (PV) contidas nos painéis solares convertem a energia do sol diretamente em energia elétrica. O termo “veículo solar” geralmente implica que a energia solar é usada para alimentar toda ou parte da propulsão de um veículo. A energia solar também pode ser usada para fornecer energia para comunicações ou controles ou outras funções auxiliares. Os veículos solares atualmente não são vendidos como dispositivos de transporte práticos, mas são principalmente veículos de demonstração e exercícios de engenharia, geralmente patrocinados por agências governamentais. No entanto, indiretamente, os veículos carregados de energia solar são difundidos e os barcos solares estão disponíveis comercialmente.

Principais tecnologias

Força do vento
Fluxos de ar podem ser usados ​​para operar turbinas eólicas. Modernas turbinas eólicas de escala utilitária variam de cerca de 600 kW a 5 MW de potência nominal, embora as turbinas com potência nominal de 1,5-3 MW tenham se tornado as mais comuns para uso comercial. A maior capacidade geradora de uma única turbina eólica terrestre instalada alcançou 7,5 MW em 2015. A potência disponível do vento é uma função do cubo da velocidade do vento, assim como a velocidade do vento aumenta, a potência aumenta até a saída máxima para o vento. turbina em particular. As áreas onde os ventos são mais fortes e mais constantes, como locais offshore e de alta altitude, são locais preferidos para parques eólicos. Normalmente, as horas de carga total das turbinas eólicas variam entre 16 e 57% ao ano, mas podem ser maiores em locais offshore particularmente favoráveis.

A eletricidade gerada pelo vento atingiu cerca de 4% da demanda global de eletricidade em 2015, com quase 63 GW de nova capacidade de energia eólica instalada. A energia eólica foi a principal fonte de nova capacidade na Europa, nos EUA e no Canadá e a segunda maior na China. Na Dinamarca, a energia eólica atingiu mais de 40% da sua demanda de eletricidade, enquanto Irlanda, Portugal e Espanha atingiram quase 20%.

Globalmente, acredita-se que o potencial técnico de longo prazo da energia eólica seja cinco vezes maior que a produção global atual de energia, ou 40 vezes a demanda atual de eletricidade, assumindo que todas as barreiras práticas necessárias foram superadas. Isso exigiria que as turbinas eólicas fossem instaladas em grandes áreas, principalmente em áreas de maiores recursos eólicos, como em alto-mar. Como as velocidades do vento offshore são em média ~ 90% maiores do que as da terra, os recursos offshore podem contribuir substancialmente com mais energia do que as turbinas estacionadas em terra. Em 2014, a geração eólica global foi de 706 terawatts-hora ou 3% do total de eletricidade do mundo.

Hidrelétrica
Em 2015, a energia hidrelétrica gerou 16,6% da eletricidade total do mundo e 70% de toda a eletricidade renovável. Como a água é cerca de 800 vezes mais densa do que o ar, mesmo um fluxo lento de água, ou um aumento moderado do mar, pode produzir quantidades consideráveis ​​de energia. Existem muitas formas de energia da água:

Historicamente, a energia hidrelétrica veio da construção de grandes represas e reservatórios hidrelétricos, que ainda são populares nos países do terceiro mundo. A maior delas é a Barragem das Três Gargantas (2003) na China e a Barragem de Itaipu (1984) construída pelo Brasil e pelo Paraguai.
Pequenos sistemas hidrelétricos são instalações de energia hidrelétrica que normalmente produzem até 50 MW de energia. Eles são freqüentemente usados ​​em pequenos rios ou como um desenvolvimento de baixo impacto em rios maiores. A China é o maior produtor de hidroeletricidade do mundo e possui mais de 45.000 pequenas instalações hidrelétricas.

As usinas de hidreletricidade a fio d’água derivam energia dos rios sem a criação de um grande reservatório. A água é tipicamente transportada ao longo do lado do vale do rio (usando canais, tubulações e / ou túneis) até que esteja acima do solo do vale, podendo então cair através de uma comporta para acionar uma turbina. Esse estilo de geração ainda pode produzir uma grande quantidade de eletricidade, como a represa Chief Joseph, no rio Columbia, nos Estados Unidos.

A energia hidrelétrica é produzida em 150 países, com a região Ásia-Pacífico gerando 32% da energia hidrelétrica global em 2010. Para os países com a maior porcentagem de eletricidade proveniente de fontes renováveis, os 50 principais são principalmente hidrelétricos. A China é o maior produtor de hidroeletricidade, com 721 terawatts-hora de produção em 2010, representando cerca de 17% do uso doméstico de eletricidade. Atualmente, existem três usinas hidroelétricas com mais de 10 GW: a barragem das Três Gargantas na China, a barragem de Itaipu na fronteira Brasil / Paraguai e a barragem de Guri na Venezuela.

A energia das ondas, que captura a energia das ondas da superfície do oceano e a energia das marés, convertendo a energia das marés, são duas formas de energia hidrelétrica com potencial futuro; no entanto, eles ainda não são amplamente empregados comercialmente. Um projeto de demonstração operado pela Ocean Renewable Power Company, na costa do Maine, e conectado à rede, aproveita a energia das marés da Baía de Fundy, localização do fluxo de maré mais alto do mundo. A conversão de energia térmica oceânica, que usa a diferença de temperatura entre águas superficiais mais frias e mais quentes, atualmente não tem viabilidade econômica.

Energia solar
A energia solar, a luz radiante e o calor do sol são aproveitados usando uma gama de tecnologias em constante evolução, como aquecimento solar, energia fotovoltaica, energia solar concentrada (CSP), fotovoltaicos concentradores (CPV), arquitetura solar e fotossíntese artificial. As tecnologias solares são amplamente caracterizadas como solar passiva ou solar ativa, dependendo da forma como captam, convertem e distribuem energia solar. As técnicas solares passivas incluem a orientação de um edifício para o Sol, a seleção de materiais com massa térmica favorável ou propriedades de dispersão de luz e a criação de espaços que circulam naturalmente o ar. As tecnologias solares ativas abrangem a energia solar térmica, usando coletores solares para aquecimento e energia solar, convertendo a luz do sol em eletricidade, seja diretamente usando energia fotovoltaica (PV) ou indiretamente usando energia solar concentrada (CSP).

Um sistema fotovoltaico converte a luz em corrente contínua elétrica (DC) aproveitando o efeito fotoelétrico. A energia solar fotovoltaica se transformou em uma indústria de vários bilhões de rápido crescimento, continua a melhorar sua relação custo-benefício e tem o maior potencial de quaisquer tecnologias renováveis ​​junto com a CSP. Sistemas de energia solar concentrada (CSP) usam lentes ou espelhos e sistemas de rastreamento para concentrar uma grande área de luz solar em um pequeno feixe. Usinas solares fotovoltaicas comerciais foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980. O CSP-Stirling tem, de longe, a maior eficiência entre todas as tecnologias de energia solar.

Em 2011, a Agência Internacional de Energia disse que “o desenvolvimento de tecnologias de energia solar acessíveis, inesgotáveis ​​e limpas terá enormes benefícios a longo prazo. Aumentará a segurança energética dos países através da dependência de um recurso indígena, inesgotável e principalmente independente de importação” Aumente a sustentabilidade, reduza a poluição, reduza os custos da mitigação das alterações climáticas e mantenha os preços dos combustíveis fósseis mais baixos do que de outra forma Estas vantagens são globais, pelo que os custos adicionais dos incentivos para a implantação precoce devem ser considerados investimentos de aprendizagem; precisam ser amplamente compartilhados “. A Itália tem a maior proporção de eletricidade solar no mundo, em 2015, a energia solar forneceu 7,8% da demanda de eletricidade na Itália. Em 2016, após mais um ano de rápido crescimento, a energia solar gerou 1,3% da energia global.

Energia geotérmica
Alta temperatura A energia geotérmica é proveniente da energia térmica gerada e armazenada na Terra. A energia térmica é a energia que determina a temperatura da matéria. A energia geotérmica da Terra origina-se da formação original do planeta e do decaimento radioativo dos minerais (em proporções atualmente incertas, mas possivelmente aproximadamente iguais). O gradiente geotérmico, que é a diferença de temperatura entre o núcleo do planeta e sua superfície, conduz uma condução contínua de energia térmica na forma de calor do núcleo para a superfície. O adjetivo geotermal origina das raízes gregas geo, que significa terra, e thermos, significando o calor.

O calor que é usado para energia geotérmica pode ser das profundezas da Terra, até o núcleo da Terra – 6.000 milhas (6.400 km) abaixo. No centro, as temperaturas podem atingir mais de 5.000 ° C (9.000 ° F). O calor conduz do núcleo para a rocha circundante. Temperaturas e pressões extremamente altas fazem com que alguma rocha derreta, o que é comumente conhecido como magma. O magma convive para cima, pois é mais leve que a rocha sólida. Este magma então aquece a rocha e a água na crosta, às vezes até 700 ° F (371 ° C).

De fontes termais, a energia geotérmica tem sido usada para banho desde os tempos paleolíticos e para o aquecimento do espaço desde a antiguidade romana, mas agora é mais conhecida pela geração de eletricidade.

Geotérmica de baixa temperatura refere-se ao uso da crosta externa da terra como uma bateria térmica para facilitar a energia térmica renovável para aquecimento e refrigeração de edifícios e outros usos industriais e de refrigeração. Nesta forma de geotérmica, uma bomba de calor geotérmica e um trocador de calor acoplado ao solo são usados ​​juntos para mover a energia térmica para a terra (para resfriamento) e para fora da terra (para aquecimento) em uma base sazonal variável. Geotérmica de baixa temperatura (geralmente chamada de “GHP”) é uma tecnologia renovável cada vez mais importante porque reduz a carga anual total de energia associada ao aquecimento e resfriamento e também achata a curva de demanda elétrica eliminando os requisitos extremos de suprimento elétrico de pico de verão e inverno . Assim, a baixa temperatura geotérmica / GHP está se tornando uma prioridade nacional crescente com o apoio de múltiplos créditos fiscais e foco como parte do movimento contínuo em direção à energia zero líquida. A cidade de Nova York acaba de aprovar uma lei para exigir que o GHP seja econômico a qualquer momento, com financiamento de 20 anos, incluindo o custo socializado do carbono.

Bio energia
A biomassa é um material biológico derivado de organismos vivos ou recentemente vivos. Na maioria das vezes refere-se a plantas ou materiais derivados de plantas que são especificamente chamados de biomassa lignocelulósica. Como fonte de energia, a biomassa pode ser usada diretamente através da combustão para produzir calor, ou indiretamente, após convertê-la em várias formas de biocombustível. A conversão de biomassa em biocombustível pode ser alcançada por diferentes métodos que são amplamente classificados em: métodos térmicos, químicos e bioquímicos. A madeira continua a ser a maior fonte de energia de biomassa hoje; exemplos incluem resíduos florestais – como árvores mortas, galhos e tocos de árvores -, aparas de quintal, aparas de madeira e até resíduos sólidos urbanos. No segundo sentido, a biomassa inclui matéria vegetal ou animal que pode ser convertida em fibras ou outros produtos químicos industriais, incluindo biocombustíveis. A biomassa industrial pode ser cultivada a partir de numerosos tipos de plantas, incluindo miscanthus, switchgrass, cânhamo, milho, choupo, salgueiro, sorgo, cana de açúcar, bambu e uma variedade de espécies de árvores, desde eucalipto a dendê (óleo de palma).

A energia vegetal é produzida por culturas especificamente cultivadas para uso como combustível que oferecem alta produção de biomassa por hectare com baixa energia de entrada. Alguns exemplos dessas plantas são o trigo, que normalmente produz entre 7,5 e 8 toneladas de grãos por hectare, e a palha, que normalmente rende 3,5 a 5 toneladas por hectare no Reino Unido. O grão pode ser usado para combustíveis de transporte de líquidos, enquanto a palha pode ser queimada para produzir calor ou eletricidade. A biomassa vegetal também pode ser degradada da celulose à glicose através de uma série de tratamentos químicos, e o açúcar resultante pode então ser usado como biocombustível de primeira geração.

A biomassa pode ser convertida em outras formas utilizáveis ​​de energia, como gás metano ou combustíveis de transporte, como etanol e biodiesel. O lixo apodrecido e os resíduos agrícolas e humanos, todos liberam gás metano – também chamado de gás de aterro ou biogás. As culturas, como milho e cana-de-açúcar, podem ser fermentadas para produzir o combustível de transporte, o etanol. O biodiesel, outro combustível de transporte, pode ser produzido a partir de produtos alimentícios remanescentes, como óleos vegetais e gorduras animais. Além disso, biomassa para líquidos (BTLs) e etanol celulósico ainda estão em pesquisa. Há uma grande quantidade de pesquisas envolvendo combustível de algas ou biomassa derivada de algas, devido ao fato de que é um recurso não alimentar e pode ser produzido em taxas de 5 a 10 vezes as de outros tipos de agricultura terrestre, como milho e milho. soja. Uma vez colhida, ela pode ser fermentada para produzir biocombustíveis, como etanol, butanol e metano, além de biodiesel e hidrogênio. A biomassa usada para geração de eletricidade varia por região. Subprodutos florestais, como resíduos de madeira, são comuns nos Estados Unidos. Os resíduos agrícolas são comuns nas Maurícias (resíduos de cana-de-açúcar) e no Sudeste Asiático (cascas de arroz). Os resíduos de criação de animais, como a cama de frango, são comuns no Reino Unido.

Os biocombustíveis incluem uma ampla gama de combustíveis derivados da biomassa. O termo abrange combustíveis sólidos, líquidos e gasosos. Os biocombustíveis líquidos incluem bioálcoois, como o bioetanol, e óleos, como o biodiesel. Os biocombustíveis gasosos incluem biogás, gás de aterro e gás sintético. O bioetanol é um álcool feito pela fermentação dos componentes de açúcar dos materiais vegetais e é feito principalmente a partir de culturas de açúcar e amido. Estes incluem milho, cana-de-açúcar e, mais recentemente, sorgo doce. A última safra é particularmente adequada para o cultivo em condições de terra seca, e está sendo investigada pelo Instituto Internacional de Pesquisa de Culturas para os Trópicos Semi-Áridos por seu potencial para fornecer combustível, juntamente com alimentos e ração animal, em regiões áridas da Ásia e da África.

Com o desenvolvimento de tecnologia avançada, a biomassa celulósica, como árvores e gramíneas, também é usada como matéria-prima para a produção de etanol. O etanol pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, mas é geralmente usado como um aditivo de gasolina para aumentar a octanagem e melhorar as emissões do veículo. O bioetanol é amplamente utilizado nos Estados Unidos e no Brasil. Os custos de energia para a produção de bioetanol são quase iguais aos rendimentos de energia do bioetanol. No entanto, de acordo com a Agência Europeia do Ambiente, os biocombustíveis não abordam as preocupações relativas ao aquecimento global. O biodiesel é feito de óleos vegetais, gorduras animais ou graxas recicladas. Ele pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura, ou mais comumente como um aditivo para diesel para reduzir os níveis de partículas, monóxido de carbono e hidrocarbonetos de veículos movidos a diesel. O biodiesel é produzido a partir de óleos ou gorduras usando transesterificação e é o biocombustível mais comum na Europa. Os biocombustíveis forneceram 2,7% do combustível de transporte mundial em 2010.

A biomassa, o biogás e os biocombustíveis são queimados para produzir calor / energia e, ao fazê-lo, prejudicam o meio ambiente. Poluentes como óxidos sulfurosos (SOx), óxidos nitrosos (NOx) e material particulado (PM) são produzidos a partir da combustão de biomassa; A Organização Mundial da Saúde estima que 7 milhões de mortes prematuras são causadas anualmente pela poluição do ar. A combustão de biomassa é um dos principais contribuintes.

Armazenamento de energia
O armazenamento de energia é uma coleção de métodos usados ​​para armazenar energia elétrica em uma rede elétrica ou fora dela. A energia elétrica é armazenada durante os períodos em que a produção (especialmente de usinas de energia intermitentes, como fontes de eletricidade renováveis, como energia eólica, energia das marés, energia solar) excede o consumo e retorna à rede quando a produção cai abaixo do consumo. A hidroeletricidade por armazenamento bombeado é usada para mais de 90% de todo o armazenamento de energia da rede. Os custos das baterias de íons de lítio estão caindo rapidamente, e estão sendo cada vez mais implementados como fontes de ação rápida da rede (por exemplo, reserva operacional) e para armazenamento doméstico.

Tecnologias emergentes
Outras tecnologias de energia renovável ainda estão em desenvolvimento e incluem o etanol celulósico, a energia geotérmica de rocha quente e seca e a energia marinha. Essas tecnologias ainda não são amplamente demonstradas ou têm comercialização limitada. Muitos estão no horizonte e podem ter potencial comparável a outras tecnologias de energia renovável, mas ainda dependem de atrair atenção suficiente e financiamento de pesquisa, desenvolvimento e demonstração (P & D).

Existem numerosas organizações nos setores acadêmico, federal e comercial que realizam pesquisas avançadas em larga escala no campo das energias renováveis. Esta pesquisa abrange várias áreas de foco em todo o espectro de energia renovável. A maior parte da pesquisa é direcionada para melhorar a eficiência e aumentar o rendimento global de energia. Várias organizações de pesquisa apoiadas pelo governo federal se concentraram em energia renovável nos últimos anos. Dois dos mais proeminentes desses laboratórios são o Sandia National Laboratories e o National Renewable Energy Laboratory (NREL), ambos financiados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e apoiados por vários parceiros corporativos. Sandia tem um orçamento total de US $ 2,4 bilhões, enquanto o NREL tem um orçamento de US $ 375 milhões.

Sistema geotérmico aprimorado
Sistemas geotérmicos avançados (EGS) são um novo tipo de tecnologias de energia geotérmica que não requerem recursos hidrotermais convectivos naturais. A grande maioria da energia geotérmica dentro do alcance de perfuração é em rochas secas e não porosas. As tecnologias EGS “aumentam” e / ou criam recursos geotérmicos nesta “rocha seca quente (HDR)” através da estimulação hidráulica. Espera-se que as tecnologias EGS e HDR, como a energia geotérmica hidrotermal, sejam recursos de base que produzem energia 24 horas por dia, como uma usina fóssil. Diferentes das hidrotermais, HDR e EGS podem ser viáveis ​​em qualquer parte do mundo, dependendo dos limites econômicos da profundidade da broca. Bons locais estão sobre um granito profundo coberto por uma camada espessa (3 a 5 km) de sedimentos isolantes que reduzem a perda de calor. Existem sistemas HDR e EGS atualmente sendo desenvolvidos e testados na França, Austrália, Japão, Alemanha, EUA e Suíça. O maior projeto de EGS no mundo é uma planta de demonstração de 25 megawatts atualmente sendo desenvolvida na Cooper Basin, Austrália. A bacia do Cooper possui potencial para gerar entre 5.000 e 10.000 MW.

Etanol celulósico
Várias refinarias que podem processar biomassa e transformá-la em etanol são construídas por empresas como Iogen, POET e Abengoa, enquanto outras empresas, como a Verenium Corporation, Novozymes e Dyadic International, estão produzindo enzimas que poderiam permitir a comercialização futura. A mudança de matérias-primas de culturas alimentares para resíduos de resíduos e gramíneas nativas oferece oportunidades significativas para uma série de atores, desde agricultores a empresas de biotecnologia e de desenvolvedores de projetos a investidores.

Energia marinha
Energia marinha (também às vezes referida como energia oceânica) refere-se à energia transportada pelas ondas do oceano, marés, salinidade e diferenças de temperatura do oceano. O movimento da água nos oceanos do mundo cria um vasto estoque de energia cinética ou energia em movimento. Essa energia pode ser aproveitada para gerar eletricidade para abastecer casas, transportes e indústrias. O termo energia marinha engloba tanto a energia das ondas – a potência das ondas de superfície, quanto a potência das marés – obtida da energia cinética de grandes corpos de água em movimento. A eletrodiálise reversa (RED) é uma tecnologia para geração de eletricidade pela mistura de água fresca do rio e água do mar salgada em grandes células de energia projetadas para esse fim; a partir de 2016 está sendo testado em pequena escala (50 kW). A energia eólica offshore não é uma forma de energia marinha, pois a energia eólica é derivada do vento, mesmo que as turbinas eólicas sejam colocadas sobre a água. Os oceanos têm uma enorme quantidade de energia e estão próximos de muitas, se não da maioria das populações concentradas. A energia oceânica tem o potencial de fornecer uma quantidade substancial de energia renovável em todo o mundo.

Potência solar experimental
Os sistemas fotovoltaicos concentrados (CPV) empregam a luz solar concentrada em superfícies fotovoltaicas para fins de geração de eletricidade. Dispositivos termelétricos ou “termovoltaicos” convertem uma diferença de temperatura entre materiais diferentes em uma corrente elétrica.

Matrizes solares flutuantes
As matrizes solares flutuantes são sistemas fotovoltaicos que flutuam na superfície de reservatórios de água potável, lagos de pedreiras, canais de irrigação ou lagoas de remediação e rejeito. Um pequeno número desses sistemas existe na França, Índia, Japão, Coréia do Sul, Reino Unido, Cingapura e Estados Unidos. Diz-se que os sistemas têm vantagens sobre a energia fotovoltaica em terra. O custo da terra é mais caro e há menos regras e regulamentos para estruturas construídas em corpos de água não utilizados para recreação. Ao contrário da maioria das usinas solares baseadas em terra, as matrizes flutuantes podem ser discretas porque estão ocultas da visão pública. Eles alcançam maior eficiência do que os painéis fotovoltaicos em terra, porque a água esfria os painéis. Os painéis têm um revestimento especial para evitar ferrugem ou corrosão. Em maio de 2008, a vinícola Far Niente, em Oakville, Califórnia, foi pioneira no primeiro sistema de energia solar fotovoltaica instalando 994 módulos solares fotovoltaicos com capacidade total de 477 kW em 130 flutuadores e flutuando no lago de irrigação da vinícola. Fazendas PV flutuantes em escala de serviços públicos estão começando a ser construídas. A Kyocera desenvolverá a maior fazenda do mundo, uma fazenda de 13,4 MW no reservatório acima da Represa de Yamakura, na Prefeitura de Chiba, usando 50.000 painéis solares. Fazendas flutuantes resistentes à água salgada também estão sendo construídas para uso oceânico. O maior projeto floatovoltaico até agora anunciado é uma usina de 350 MW na região amazônica do Brasil.

Bomba de calor assistida por energia solar
Uma bomba de calor é um dispositivo que fornece energia térmica de uma fonte de calor para um destino chamado “dissipador de calor”. Bombas de calor são projetadas para mover energia térmica oposta à direção do fluxo de calor espontâneo, absorvendo o calor de um espaço frio e liberando-o para um mais quente. Uma bomba de calor assistida por energia solar representa a integração de uma bomba de calor e painéis solares térmicos num único sistema integrado. Normalmente, essas duas tecnologias são usadas separadamente (ou apenas colocadas em paralelo) para produzir água quente. Neste sistema, o painel solar térmico executa a função da fonte de calor a baixa temperatura e o calor produzido é utilizado para alimentar o evaporador da bomba de calor. O objetivo deste sistema é obter alto COP e, em seguida, produzir energia de maneira mais eficiente e menos dispendiosa.

É possível utilizar qualquer tipo de painel solar térmico (folhas e tubos, ligação de rolo, tubo de calor, placas térmicas) ou híbrido (filme fino mono / policristalino) em combinação com a bomba de calor. O uso de um painel híbrido é preferível porque permite cobrir uma parte da demanda de eletricidade da bomba de calor e reduzir o consumo de energia e conseqüentemente os custos variáveis ​​do sistema.

Fotossíntese artificial
A fotossíntese artificial usa técnicas que incluem a nanotecnologia para armazenar energia eletromagnética solar em ligações químicas, dividindo a água para produzir hidrogênio e, em seguida, usando o dióxido de carbono para fazer metanol. Pesquisadores neste campo estão se esforçando para projetar imitadores moleculares da fotossíntese que utilizam uma região mais ampla do espectro solar, empregam sistemas catalíticos feitos de materiais abundantes e baratos que são robustos, prontamente reparados, não-tóxicos, estáveis ​​em uma variedade de condições ambientais e executar de forma mais eficiente, permitindo que uma maior proporção de energia de fótons acabe nos compostos de armazenamento, ou seja, carboidratos (em vez de construir e sustentar as células vivas). No entanto, pesquisas proeminentes enfrentam obstáculos, Sun Catalytix um spin-off do MIT parou de escalar seu protótipo de célula de combustível em 2012, porque oferece poucas economias em relação a outras formas de produzir hidrogênio a partir da luz solar.

Combustíveis de algas
A produção de combustíveis líquidos a partir de variedades ricas em óleo de algas é um tema de pesquisa em andamento. Várias microalgas cultivadas em sistemas abertos ou fechados estão sendo testadas, incluindo alguns sistemas que podem ser instalados em terrenos abandonados e abandonados.

Aeronave Solar
Uma aeronave elétrica é uma aeronave que funciona com motores elétricos, e não com motores de combustão interna, com eletricidade proveniente de células de combustível, células solares, ultracapacitores, energia irradiada ou baterias.

Atualmente, aeronaves elétricas tripuladas voadoras são, em sua maioria, demonstradores experimentais, embora muitos pequenos veículos aéreos não tripulados sejam alimentados por baterias. Aeromodelos movidos a eletricidade têm voado desde a década de 1970, com um relatório em 1957. Os primeiros vôos movidos a eletricidade foram feitos em 1973. Entre 2015 e 2016, um avião tripulado movido a energia solar, o Solar Impulse 2, completou uma circunavegação. da Terra.

Torre de updraft solar
A torre de updraft solar é uma usina de energia renovável para gerar eletricidade a partir do calor solar de baixa temperatura. A luz do sol aquece o ar por baixo de uma estrutura colectora muito larga, semelhante a uma estufa, que rodeia a base central de uma torre de chaminés muito alta. A convecção resultante causa uma corrente de ar quente na torre pelo efeito da chaminé. Esse fluxo de ar aciona as turbinas eólicas colocadas na corrente ascendente da chaminé ou ao redor da base da chaminé para produzir eletricidade. Os planos para versões ampliadas de modelos de demonstração permitirão geração de energia significativa e podem permitir o desenvolvimento de outras aplicações, como extração de água ou destilação e agricultura ou horticultura. Uma versão mais avançada de uma tecnologia similarmente temática é o motor Vortex, que visa substituir grandes chaminés físicas por um vórtice de ar criado por uma estrutura mais curta e menos cara.

Energia solar baseada no espaço
Para sistemas fotovoltaicos ou térmicos, uma opção é colocá-los no espaço, particularmente em órbita Geossincrônica. Para ser competitiva com os sistemas de energia solar baseados na Terra, a massa específica (kg / kW) vezes o custo para aumentar a massa mais o custo das peças precisa ser de US $ 2400 ou menos. Ou seja, para um custo de peças mais retenna de US $ 1100 / kW, o produto de $ / kg e kg / kW deve ser US $ 1300 / kW ou menos. Assim, para 6,5 ​​kg / kW, o custo de transporte não pode exceder US $ 200 / kg. Enquanto isso exigirá uma redução de 100 para um, a SpaceX está mirando uma redução de dez para um, Reaction Engines pode fazer uma redução de 100 para um possível.

Impacto ambiental
A capacidade da biomassa e dos biocombustíveis para contribuir para a redução das emissões de CO2 é limitada porque tanto a biomassa como os biocombustíveis emitem grandes quantidades de poluição do ar quando queimados e, em alguns casos, competem com o fornecimento de alimentos. Além disso, a biomassa e os biocombustíveis consomem grandes quantidades de água. Outras fontes renováveis, como energia eólica, energia fotovoltaica e energia hidrelétrica, têm a vantagem de poder economizar água, reduzir a poluição e reduzir as emissões de CO2.