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 CICLO
DO CARBONO
O Carbono (C) é o quarto elemento mais
abundante no Universo, depois do Hidrogênio (H), Hélio (He)
e o Oxigênio (O), e é o pilar da vida como a conhecemos.
Existem basicamente duas formas de
carbono, uma orgânica, presente nos organismos vivos e
mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas
rochas.
No planeta Terra o carbono circula
através dos oceanos, da atmosfera, da terra e do seu
interior, num grande ciclo biogeoquímico. Este ciclo pode
ser dividido em dois tipos: o ciclo “lento” ou geológico, e
o ciclo “rápido” ou biológico.
Ciclo
geológico
Este ciclo que opera a uma escala de
milhões de anos é integrado a própria estrutura do planeta e
iniciou-se há cerca de 4,55 milhares de milhões de anos,
quando na formação do Sistema Solar e da Terra, tendo origem
nos planetesimais (pequenos corpos que se formaram a partir
da nebulosa solar) e nos meteoritos portadores de carbono
que colidiram com a Terra. Nesse sentido, mais de 99% do
carbono terrestre está contido na litosfera, sendo a maioria
carbono inorgânico, armazenado em rochas sedimentares como
as rochas calcárias. O carbono orgânico contido na litosfera
está armazenado em depósitos de combustíveis fósseis.
Numa escala geológica, existe um ciclo
entre a crosta terrestre (litosfera), os oceanos
(hidrosfera) e a atmosfera. O Dióxido de Carbono (CO2)
da atmosfera, combinado com a água, forma o ácido carbônico,
o qual reage lentamente com o cálcio e com o magnésio da
crosta terrestre, formando carbonatos. Através dos processos
de erosão (chuva), estes carbonatos são arrastados para os
oceanos, onde se acumulam no seu leito em camadas, ou são
assimilados por organismos marinhos que eventualmente,
depois de morrerem, também se depositam no fundo do mar.
Estes sedimentos vão-se acumulando ao longo de milhares de
anos, formando rochas sedimentares como as rochas calcárias.
O ciclo continua quando as rochas
sedimentares do leito marinho são arrastadas para o manto da
Terra, por um processo de subdução (processo pelo qual uma
placa tectônica descende por baixo de outra). Desta forma,
as rochas sedimentares são sujeitas a grandes pressões e
temperaturas debaixo da superfície da Terra, derretendo e
reagindo com outros minerais, libertando CO2. O
CO2 é devolvido a atmosfera através das erupções
vulcânicas e outro tipos de atividades vulcânicas,
completando-se assim o ciclo.
Os balanços entre os diversos processos
do ciclo do carbono geológico controlaram a concentração de
CO2 presente na atmosfera ao longo de centenas de
milhares de anos. Os mais antigos sedimentos geológicos,
datados de épocas anteriores ao desenvolvimento da vida na
Terra, apontam para concentrações de CO2
atmosférico 100 vezes superiores aos atuais, proporcionando
um forte efeito de estufa. Por outro lado, medições dos
núcleos de gelo retirados na Antártida e na Groenlândia,
permitem estimar as concentrações do CO2 que,
durante a última era glaciar, eram cerca de metade das
atuais (em 2005: 379,1 ppmv de CO2).
Para o carbono orgânico, com origem na
matéria orgânica incompletamente decomposta na ausência de
oxigênio, a qual deu origem ao carvão, petróleo e gás
natural, qualquer troca significativa entre os diversos
depósitos efetua-se também a uma escala geológica. Isto foi
correto até cerca de 200 anos atrás, com o início da
Revolução Industrial e a exploração e utilização (combustão)
em grande escala dos combustíveis fósseis, ações que
passaram a libertar para a atmosfera o carbono destes
reservatórios em forma de CO2.
Ciclo
biológico
O ciclo biológico do
Carbono é relativamente rápido: estima-se
que a renovação do carbono atmosférico
ocorre a cada 20 anos.
Na ausência da influência
antropogênica (causada pelo homem), no ciclo
biológico existem três reservatórios ou
“stocks”: terrestre (20.000 Gt), atmosfera
(750 Gt), oceanos (40.000 Gt). Este ciclo
desempenha um papel importante nos fluxos de
carbono entre os diversos stocks, através
dos processos da fotossíntese e da
respiração.
Através do processo da
fotossíntese, as plantas absorvem a energia
solar e CO2 da atmosfera,
produzindo oxigênio e hidratos de carbono
(açucares como a glicose), que servem de
base para o crescimento das plantas. Os
animais e as plantas utilizam os hidratos de
carbono pelo processo de respiração,
utilizando a energia contida nos hidratos de
carbono e emitindo CO2.
Juntamente com a decomposição orgânica
(forma de respiração das bactérias e
fungos), a respiração devolve o carbono,
biologicamente fixado nos stocks terrestres
(nos tecidos da biota, na camada de solo e
na turfa), para a atmosfera.
As equações químicas que
regem estes dois processos são:
- Fotossíntese
6CO2
+ 6H2O + energía (luz solar)
→ C6H12O6
+ 6O2
- Respiração
C6H12O6
(matéria orgânica) + 6O2
→ 6CO2
+ 6 H2O + energia
É possível verificar que
a maior troca entre o stock terrestre e
stock atmosférico resulta dos processos da
fotossíntese e da respiração. Nos dias de
Primavera e Verão as plantas absorvem a luz
solar e o CO2 da atmosfera e,
paralelamente, os animais, plantas e
micróbios, através da respiração devolvem o
CO2. Quando a temperatura ou
umidade é muito baixa, por exemplo no
Inverno ou em desertos, a fotossíntese e a
respiração reduz-se ou cessa, assim como o
fluxo de carbono entre a superfície
terrestre e a atmosfera. Devido à declinação
da Terra e à desigual distribuição de
vegetação dos hemisférios, existe uma
flutuação ao longo do ano a qual é visível
nos diversos gráficos da variação da
concentração anual do CO2, como
por exemplo na curva de Keeling. Em 1958 o
cientista Charles David Keeling (oceanógrafo
do Scripps Institute of Oceanography),iniciou
uma série de experiências no monte Mauna
Loa, Havai, que lhe permitiram medir, com
bastante precisão, a concentração de CO2
na atmosfera.
Curva de
Keeling: Concentrações de CO2
Atmosférico medidas em Mauna
Loa, Havai Mauna Loa Observatory.
Apesar do stock
atmosférico de carbono ser o menor dos três
(com cerca de 750 Gt de carbono), este stock
determina a concentração de CO2
na atmosfera, cuja concentração pode
influenciar o clima terrestre. Ainda mais,
os fluxos anuais entre o stock atmosférico e
os outros dois stocks (oceanos e terrestre)
são cerca de um quarto da dimensão do stock
atmosférico, o que representa uma grande
sensibilidade às mudanças nos fluxos.
Os oceanos representam o
maior stock dos três, cinquenta vezes maior
que o stock atmosférico. Existem
transferências entre estes dois stocks
através de processos químicos que
estabelecem um equilíbrio entre as camadas
superficiais dos oceanos e as concentrações
no ar acima da superfície. A quantidade de
CO2 que o oceano absorve depende
da temperatura do mesmo e da concentração já
presente. Temperaturas baixas da superfície
do oceano potenciam uma maior absorção do CO2
atmosférico, enquanto temperaturas mais
quentes podem causar a emissão de CO2.
Os fluxos, sem
interferências antropogênicas, são
aproximadamente equivalentes, variando
lentamente, i.e., a uma escala geológica. As
diferenças, do ciclo rápido, são também
explicadas pelos processos de fotossíntese e
respiração: a vida nos oceanos consome
grandes quantidades de CO2, no
entanto o ciclo entre a fotossíntese e a
respiração desenvolve-se muito rapidamente.
O fitoplâncton é consumido pelo zooplâncton
em apenas alguns dias, e apenas pequenas
quantidades de carbono são acumuladas no
fundo do mar, quando as conchas do
zooplâncton, compostas por carbonato de
cálcio (CaCO3), se depositam no
fundo, após a sua morte. Depois de um longo
período de tempo, este efeito representa uma
significativa remoção de carbono da
atmosfera.
Outro processo intermédio
do ciclo biológico, o qual representa
remoção de carbono da atmosfera, ocorre
quando a fotossíntese excede a respiração e,
lentamente, a matéria orgânica forma
depósitos sedimentares que, na ausência de
oxigênio e ao longo de milhões de anos, se
transformam em combustíveis fósseis.
Os incêndios (naturais)
são um outro elemento do ciclo rápido que
adicionam CO2 para a atmosfera ao
consumir a biomassa e matéria orgânica e ao
provocar a morte de plantas que acabam por
se decompor e formar também CO2.
Influências humanas
O
armazenamento de carbono em
depósitos fósseis supõe, na
prática, uma diminuição dos
níveis atmosféricos de
dióxido de carbono. Estes
depósitos estão estimados
entre 4.000 e 10.000 Gt, e
não figuram no ciclo rápido
do carbono. No entanto as
atividades antropogênicas
(humanas), principalmente a
queima de combustíveis
fósseis e a desflorestação,
têm vindo a incorporar
fluxos de carbono novos no
ciclo biológico provenientes
destes depósitos, com
significativa influência no
ciclo global do carbono.
Estas
atividades transferem mais
CO2 para a
atmosfera do que aquela que
é possível remover
naturalmente através da
sedimentação do carbono,
causando assim um aumento
das concentrações
atmosféricas de CO2
num curto período de tempo
(centenas de anos). Esta
influência humana, iniciada
principalmente há 200 anos,
quando a concentração de CO2
atmosférico se situava nos
280 ppmv (0,028% da
composição global da
atmosfera), provocou, um
aumento significativo da
concentração de CO2,
tendo atualmente
ultrapassado os 380 ppmv
(mais de 30% em apenas 200
anos).
Estes
valores situam a
concentração presente como a
mais elevada dos últimos
650.000 anos e talvez
superior à registrada há 20
milhões de anos atrás.
Nem todo
o CO2 emitido
antropogenicamente fica
retido na atmosfera. A taxa
anual de emissões
antropogênicas durante a
década de 90 situou-se, em
média, nos 6,3 Gt. No
entanto, no mesmo período, a
concentração de CO2
atmosférico aumentou, em
média, 3,2 Gt por ano. Isto
deve-se, em parte, ao
aumento da difusão do CO2
nos oceanos, que passaram a
absorver cerca de 1,7 Gt por
ano dos 6,3 Gt emitidos. As
restantes 1,4 Gt por ano
estimam-se que estejam
relacionadas com processos
na superfície da terra. Esta
última parcela tem duas
componentes: a alteração da
utilização dos solos,
principalmente
desflorestação, que reduz a
taxa de absorção de CO2
dos solos e outra parcela,
ainda em estudo, que pode
ter diferentes origens,
entre as quais o aumento da
taxa de absorção das plantas
correspondente a um aumento
da concentração atmosférica
de CO2. Outro
cenário possível é o
recrescimento das florestas
no Hemisfério Norte (em
especial da floresta
Boreal), que sofreu
desflorestação no século
passado. No entanto para
esta parcela ainda está por
determinar concretamente,
sendo necessária
investigação científica para
obter novos dados que
expliquem melhor este
fenômeno. Mesmo o ciclo
global de carbono é composto
por diversas variáveis, as
quais continuam a ser
estudadas de forma a poder
obter mais precisão nos
modelos que determinam as
influências antropogênicas
neste ciclo.
Variação de
temperatura na
Terra de 1860
até 2004
Apesar
das incertezas, pode ser
obtida uma conclusão
importante e quantificável:
as atividades humanas
influenciam o ciclo global
do carbono. Ao retirar
carbono armazenado nos
depósitos de combustíveis
fósseis a uma taxa muito
superior à da absorção do
carbono pelo ciclo, as
atividades humanas estão a
potenciar o aumento das
concentrações de CO2
na atmosfera e, muito
provavelmente, influenciando
o sistema climático global.
Segundo o
Painel Intergovernamental
para as Alterações
Climáticas das Nações Unidas
(IPCC), existem diversos
cenários de aumento da
temperatura do ar da
superfície terrestre até
2090-2099, em relação
1990-1999, apontando para um
cenário baixo de 1,8°C e um
cenário alto de 4,0°C.
Uma outra
conclusão significativa que
pode ser retirada da análise
do ciclo global do carbono é
a do elevado potencial de
algumas florestas para
capturarem o carbono
atmosférico, tanto no manto
vegetal como na matéria
orgânica do solo, o que
aumenta a importância da
manutenção de ecossistemas
com grandes quantidades de
biomassa e solos estáveis,
com os objetivos de certas
florestas se tornarem
sumidouros de carbono a
médio/longo prazo e outras
não se tornarem "fontes" de
carbono.
As
consequências da queima dos
combustíveis fósseis como
mudanças climáticas, efeito
estufa e desertificação
foram objeto de um convênio
aprovado em Nova York em 9
de maio de 1992 , e
subscrito no Rio de Janeiro,
por diversos países, na data
de 11 de Junho de 1992,
durante a Conferência das
Nações Unidas para o Meio
Ambiente e o
Desenvolvimento) e que
culminou no Protocolo de
Quioto.
Serviços ambientais
associados
| Serviço
ambiental |
Referências |
| Captura de
carbono |
A Biosfera
captura mais de 4
mil milhões de
toneladas de Carbono
por ano (Prentice e
tal 2001), divididas
por:
 | Os oceanos:
principal
serviço da
captura de C ( .
|
| As florestas
(biomassa)
funcionam como
sumidoro de
carbono (total
através da
fotossíntese
(-3.8 a 0.3) .
|
|
| Regulação do ar |
Regulação da
composição química
da atmosfera através
do balanço CO2/O2. |
| Regulação do
clima |
O CO2
é o elemento
principal do efeito
de estufa, que
permite a manutenção
da temperatura média
da superfície terra
perto dos 15°C. Sem
o efeito de estufa a
Terra seria um local
bem “menos
agradável” para
viver, com
temperatura a rondar
os –18°C. Por outro
lado, um aumento
“descontrolado” dos
GEE, originaria um
aumento da
temperatura da
superfície terrestre
para níveis
insuportáveis para
muitas espécies. |
| Fornecimento de
combustíveis fósseis |
O carbono
orgânico contido na
litosfera está
armazenado em
depósitos de
combustíveis
fósseis. O processo
de origem está
integrado no ciclo
geológico do
carbono. Na
atualidade os
combustíveis fósseis
são explorados
intensivamente,
fazem parte dos
recursos não
renováveis, e são a
principal origem das
emissões
antropogênicas de CO2. |
| Fornecimento de
cimento e outros
materiais de
construção (pedras
calcárias) |
Com origem nos
sedimentos (rochas
calcárias), que
foram formadas no
ciclo geológico pela
deposição de
sedimentos e
organismos marinhos
mortos, depositados
no leito do mar. A
utilização de pedra
calcária, seja no
cimento ou em outros
processos de
construção, também
aporta para as
emissões
antropogênicas de CO2. |
| Turismo |
O CO2
faz parte essencial
do processo de
crescimento das
plantas e árvores
(fotossíntese) e dos
corais proporciona o
desenvolvimento de
áreas para o lazer e
para o turismo. |
| Produção
piscícola |
Associado ao
desenvolvimento das
zonas coralíferas,
onde prolifera a
vida aquática,
contribuído para os
stocks de pesca e
para a
biodiversidade. |
| Produção de
madeira (efeito
“fertilizante”) |
Sendo um dos
elementos principais
da fotossíntese o CO2
pode ter um efeito
positivo no
crescimento das
plantas. |
| Produção de
alimentos |
Produção de
alimentos,
diretamente
consumidos pelos
humanos, ou
indiretamente,
através dos
herbívoros |
Captura do carbono
Capital natural
Um dos
serviços mais importantes do
ecossistema, relacionado com
o ciclo do Carbono, é a
captura do CO2
por diferentes elementos que
compõe a Biosfera. O aumento
das emissões antropogênicas
de CO2 tem vindo
a ser absorvidas pela
atmosfera, pelos oceanos e
pelas florestas e outras
espécies vegetais. O aumento
do CO2 na
atmosfera trás como
consequência a o aumento do
efeito de estufa, originando
as alterações climáticas.
Com o aumento do CO2
atmosférico, também aumenta
a absorção dos oceanos tendo
como consequência a
acidificação dos oceanos, e
eventuais efeitos nos
ecossistemas marítimos
(corais, peixes, etc.). A
última parcela é absorvida
pelas florestas (biomassa),
as quais podem ser
utilizadas como sumidoro de
carbono (através da
fotossíntese).
Numa
visão de Sustentabilidade
Forte, através de
estratégias de
reflorestamento seria
possível diminuir as atuais
concentrações de CO2
na atmosfera, que já
ultrapassaram os 370 ppmv,
até níveis pré-Revolução
Industrial, i.e., perto dos
280 ppmv . No entanto, mesmo
maximizando a atividade de
reflorestamento nos próximos
50 anos, apenas seria
possível reduzir cerca de
15-30 ppm (IPCC 2000). Desta
forma a redução das
concentrações de CO2
atmosférico devem ser
complementadas também por um
serviço de capital humano:
sistemas de captura e
armazenamento de CO2
(CCAC). Este tipo de
serviços podem ser
considerados como uma
solução de sustentabilidade
forte, quando estiverem a
anular efeitos de emissões
de CO2 de todos
os sectores antropogênicos,
menos da “mudança da uso dos
solos”,. Só no caso de
estarem a substituir os
efeitos causados pela
redução do capital natural
(desflorestamento,
incêndios, eliminação de
prados, etc.), por ação
humana é que poderá ser
considerado como
sustentabilidade fraca.
Capital humano: sistemas de
captura e armazenamento de
CO2 (CAC)
O CAC
consiste na separação do CO2
emitido pelas indústrias, no
seu transporte para o local
de armazenamento e no seu
sequestro a longo prazo.
As
centrais elétricas e outros
processos industriais de
grande escala são os
principais candidatos para
este sistema.
Atualmente não existe uma
solução tecnológica única
para este tipo de sistemas,
estando prevista uma
carteira de opções
tecnológicas que se
adaptarão dependendo das
situações.
A
tecnologia atual permitiria
capturar entre 80-90% do CO2
produzido numa central
elétrica, mas tem como
conseqüência um aumento da
produção de CO2
devido à redução da
eficiência (existe um
aumento da energia
necessária, entre 10 a 40%,
para poder implementar o
processo de CAC).
O
processo de CAC é
constituído pelas seguintes
fases:
| Captura
|
| Transporte
|
| Armazenamento (sequestro)
|
Captura
Existem três tecnologias
principais de captura:
-
-
Pós-combustão
Consiste
na remoção do CO2
depois da queima de
combustíveis fósseis,
sistema ideal para a
aplicação em centrais
termoelétricas. Esta
tecnologia é o primeiro
passo para a captura de CO2
a grande escala, sendo já
economicamente viável em
alguns casos específicos.
Normalmente, estes sistemas
utilizam um solvente líquido
para captar a pequena fração
de CO2 (entre 3 e
15% do volume) presente nos
gases de combustão, cujo
componente principal é o
Nitrogênio. Numa central
elétrica moderna de
pulverização de carvão ou de
ciclo combinado de Gás
Natural, os sistemas de
captação utilizariam
geralmente um solvente
orgânico como a
monoetanolamina. Esse
processo é designado como
"lavagem". A solução química
resultante é, mais tarde,
aquecida e a pressão
reduzida, liberando CO2
concentrado, o qual será
posteriormente armazenado.
-
-
Pré-combustão
Consiste
em retirar o CO2
dos combustíveis antes da
queima. Esta tecnologia já é
aplicada de forma
generalizando na fabricação
de fertilizantes e na
produção de hidrogênio (H2).
Apesar do processo inicial
de retirar o carbono antes
da combustão ser mais
complexo e caro, as
concentrações mais altas de
CO2 e a pressão
mais elevada facilitam a
separação.
No caso
do gás natural,
essencialmente metano (CH4),
se extrairmos o carbono
antes da combustão,
ficaremos com hidrogênio,
que produz apenas água
quando queimado. Isto
envolve reagir o combustível
com oxigênio e/ou vapor para
produzir monóxido de carbono
(CO) e H2. Em
seguida, o CO reage com mais
vapor, para produzir CO2
e mais hidrogênio.
Finalmente, o CO2
é separado e o hidrogênio é
usado como combustível,
emitindo só Nitrogênio e
água.
-
-
Oxigênio-gás
Estes
sistemas utilizam o oxigênio
em vez do ar, que é
majoritariamente composto
por Nitrogênio (78%), para a
combustão do combustível
primário, com o objetivo de
produzir um gás de combustão
composto principalmente por
água e CO2. Isto
dá origem a um gás de
combustão com altas
concentrações de CO2
(superior a 80% do volume)
uma vez que não existe
Nitrogênio neste processo.
Posteriormente, o vapor de
água é retirado por
arrefecimento e aumento da
pressão.
Este
processo requer uma
separação prévia do oxigênio
do ar, para obter um gás com
uma pureza de 95 a 99%. O
desafio é como separar o
oxigênio do resto do ar. As
estratégias são semelhantes
às usadas para separar CO2.
O ar pode ser arrefecido,
para que o oxigênio se
liquefaça. Membranas onde
passa oxigênio e nitrogênio
a diferentes taxas podem
provocar a separação. Há
também, materiais que
absorvem o nitrogênio,
separando-o, do oxigênio.
A
aplicação destes sistemas em
caldeiras está atualmente em
fase de demonstração e a sua
aplicação em sistemas de
turbinas à gás ainda estão
em fase de investigação.
Transporte
Para o
transporte do CO2
capturado, entre o local de
captura e o de
armazenamento, apresenta-se
atualmente uma tecnologia
bastante desenvolvida e
testada: os gasodutos. Em
geral, o CO2
gasoso é comprimido a uma
pressão superior aos 8 MPa,
como o objetivo de evitar
regimes de fluxo de duas
fases e aumentar a
densidade, reduzindo assim
custos de transporte.
Em alguns
casos o CO2
também poderá ser
transportado em forma
líquida em navios ou
caminhões com cisterna a
baixas temperaturas e
pressões mais altas.
Ambos
métodos já são usados para o
transporte de CO2
em outras aplicações
industriais.
Armazenamento (sequestro)
-
Armazenamento
geológico
O
armazenamento geológico
consiste na injeção, após
captura do CO2,
na sua forma condensada numa
formação rochosa
subterrânea. As principais
opções são:
|
Jazidas de petróleo e
gás: as formações
rochosas que retêm ou
que já retiveram fluidos
(como ao jazidas de
petróleo e gás) são
candidatos potenciais
para o armazenamento. A
injeção de CO2
nas formações geológicas
profundas integra muitas
das tecnologias
desenvolvidas na
indústria de prospecção
de petróleo e gás, pelo
que a tecnologia de
injeção, simulação,
controlo e vigilância do
armazenamento existe e
continua a ser
aperfeiçoada.
|
|
Formações salinas: à
semelhança das jazidas
de petróleo e gás é
possível também injetar
CO2 em
jazidas salmoura.
|
|
Camadas de carvão
inexploradas: é possível
a injeção em camadas de
carvão que não venham a
ser exploradas,
dependendo sempre da sua
permeabilidade. Estes
mecanismos ainda estão
em fase de demonstração.
|
-
-
Armazenamento
oceânico
O
armazenamento oceânico pode
ser realizado de duas
formas:
|
Através da injeção e
dissolução do CO2
no oceano (a
profundidade de mais de
1000 metros), através de
gasodutos fixos ou de
navios.
|
|
A
outra opção passa pela
deposição do CO2
no fundo do oceano
através de um gasoduto
fixo ou de uma
plataforma marítima (a
mais de 3000 metros de
profundidade), onde a
água é mais densa e se
espera que o CO2
forme um lago.
|
O
armazenamento oceânico e o
seu impacto ecológico estão
por analisar, podendo
existir problemas de
acidificação dos oceanos,
sendo uma das alternativas
possíveis mas que levanta
ainda muitas questões
técnicas e de viabilidade
ambiental.
-
Carbonatação mineral e
utilizações industriais
Carbonatação mineral: a
reação do CO2 com
óxidos metálicos, que
abundam em minerais
silicatos (como o óxido de
magnésio (MgO) ou óxido de
cálcio (CaO)) ou de detritos
industriais (como escoria e
cinzas de aço inoxidável),
produz através de reacções
químicas carbonatos
inorgânicos estáveis. A
reação natural é muito lenta
é deverá ser melhorada
através de tratamentos
prévios dos minerais, que
são altamente intensivos em
energia. Esta tecnologia
está em fase de
investigação, mas em certas
aplicações, como a dos
detritos industriais, já se
encontra em fase de
demonstração.
Utilizações industriais:
esta opção consiste no
consumo de CO2 de
forma direta como
matéria-prima para a
produção de diversas
substâncias químicas que
contêm carbono. No entanto,
devido a baixa taxa de
retenção da maior parte dos
produtos e a inexistência de
dados que permitam concluir
se o balanço final de muitas
aplicações industrias é
negativo ou positivo, este
mecanismo encontra-se em
fase de estudo e prevê-se
que a sua contribuição não
seja muito elevada.
Custos do CAC
Várias
das tecnologias de CAC estão
atualmente em fases
desenvolvidamente e
demonstração e mesmo algumas
em investigação, pelo que os
seus custos, ainda são
relativamente altos, mas
que, com a evolução
tecnológica, com tendência a
diminuir. Em quase todos os
sistemas de CAC, os custos
da captura (incluindo a
compressão) representam a
maior fatia dos custos
(cerca de ¾).
A seguir apresenta-se uma
tabela com o custo de varias
componentes do sistema CAC:
| Componente do
CAC |
Custos |
| Captura do CO2
emitido numa central
elétrica a gás |
15-75 US$/t CO2
capturado |
| Captura do CO2
emitido na produção
de H2 (do
GN) |
5-55 US$/t CO2
capturado |
| Captura do CO2
emitido por outras
fontes industriais |
25-115 US$/t CO2
captado |
| Transporte |
1-8 US$/t CO2
transportado |
| Armazenamento
geológico |
0,5-8 US$/t CO2
injetado |
| Armazenamento
geológico:
vigilância e
verificação |
0,1-0,3 US$/t CO2
injetado |
| Armazenamento
oceânico |
5-30 US$/t CO2
injetado |
|
Carbonatação mineral |
50-100 US$/t CO2
mineralizado |
Custos das
várias componentes dos
sistemas CAC - Fonte: IPCC
Numa
central com um sistema CAC,
a necessidade de aumento do
consumo energético (cerca de
11-22% maior) implica um
aumento da produção de CO2 e
nos custos do kWh produzido
na central. Comparando uma
central convencional de gás
natural de ciclo combinado
com um sistema de captura e
recuperação de petróleo os
custos variam entre 19 e
63%.
| Sistema de
central elétrica |
Ciclo combinado
de gás natural |
| Sem captura
(referência) |
0,03 - 0,05
US$/k Wh |
| Com captura e
armazenamento
geológico |
0,04 - 0,08
US$/k Wh |
|
Com captura e
recuperação de
petróleo |
0,04 - 0,07 US$/k Wh |
Custos por
kWh numa central com e sem
sistemas CAC - Fonte: IPCC
Os custos
por tonelada de CO2
evitado variam
substancialmente tanto com o
tipo de instalação de
produção como com o tipo de
sistema CAC implementado, no
entanto, tomando com
referência uma central de
ciclo combinado de gás
natural estes situam-se
entre os 40-90 $/t CO2
evitado, mas em alguns casos
podem atualmente ultrapassar
os 200 $/t CO2
evitado.
| |
CE de carvão
pulverizado |
CE de ciclo
combinado de GN |
CE de ciclo
combinado
gasificação de
carvão integrada |
| Custo da
mitigação (US$/tCO2
evitado) em central
elétrica com captura
e armazenamento
geológico |
30-71 |
38-91 |
14-53 |
|
Custo da mitigação
(US$/tCO2
evitado) Com captura
e recuperação de
petróleo |
9-44 |
19-68 |
0 |
Custo da
mitigação (US$/tCO2
evitado)
Capacidades de armazenamento
As
capacidades indicadas na
tabela 4 estão são valores
apenas teóricos, com um
possível menor erro para as
jazidas de petróleo, mas em
geral ainda não existem
estudos científicos
suficientes para ter números
mais reais, e as
probabilidades e os níveis
de confiança associados.
| Tipo de depósito |
Estimativa
inferior da
capacidade de
armazenamento (GtCO2) |
Estimativa
superior da
capacidade de
armazenamento (GtCO2) |
| Jazidas de
petróleo e gás |
675* |
900* |
| Filões de hulha
não exploráveis |
3-15 |
200 |
|
Formações salinas
profundas |
1000 |
10000 |
Estimativas teóricas de
capacidade de armazenamento
para vários depósitos
|
Estes
dados podem aumentar em
25% se for incluído as
jazidas de petróleo
ainda não descobertas.
|
Em termos
de potencial técnico,
estima-se que a capacidade
mínima de armazenamento
geológico do CO2
ronde os 2000 Gt de CO2
(545 Gt de C). Outras opções
de armazenamento como os
oceanos, que podem
representar vários milhares
de Gt, poderão ser tidas em
conta, caso as eventuais
implicações ambientais sejam
significativamente
reduzidas, para o que hoje
não existem dados
suficientes que o
demonstrem.
Na maior
parte dos cenários de
estabilização das
concentrações atmosféricas
de GEE entre 450 e os 750
ppmv de CO2, o
potencial econômico do CAC
(quantidade de reduções de
GEE que alcançável de forma
rentável em comparação com
uma opção especifica e tendo
em conta as circunstâncias
atuais) ascenderia
progressivamente dos 220 até
aos 2200 Gt de CO2
(entre 60 e 600 Gt de C), o
que significa uma
contribuição dentre 15 e 55%
do esforço mundial de
mitigação acumulativa até
2100.
Para que
os sistemas CAC possa
alcançar este potencial
econômico serão necessários
alguns milhares de
instalações equipadas com
estes sistemas e cada um
deles teria de capturar
entre 1 a 5 Mt de CO2
por ano.
Consumo energético e
impactos ambientais dos CAC
A
implementação deste tipo de
soluções implica um aumento
da produção de CO2.
Isto é derivado da perda de
eficiência da central devido
ao aumento do consumo
energético necessário para
as fases de captação,
transporte e armazenamento
do CO2.
Os
valores de aumento de
consumo de combustível por
kWh produzido para
instalações existentes que
capturem cerca de 90% do CO2
produzido, variam entre os
11 e os 40% (conforme a
tecnologia). No entanto
estes valores são
essencialmente para
instalações já existentes.
Para instalações de captura
piloto, estima-se que a
energia térmica adicional
por cada tonelada de CO2
capturado ronde os 2 GJ.
(representando uma redução
na eficiência entre 15-25%)
(Projeto CASTOR).
-
-
Riscos ambientais e
humanos na captura
-
| Aumento das emissões
de alguns poluentes,
como CO e NOx, que não
são capturados no
processo.
|
| Riscos eventuais
para a saúde humana pela
presença de CO2
em grandes
concentrações, ou em
estado sólido (baixas
temperaturas: possíveis
queimaduras em derrames
acidentais). |
-
-
-
Riscos ambientais e
humanos no transporte
-
|
O
transporte por gasoduto
não apresenta problemas
superiores aos já
defrontados pelo
transporte de gases como
Gás Natural. Existe
sempre um eventual risco
de fuga ou rebentamento,
mas sem o problema da
inflamação.
|
|
Para
o transporte via
terrestre ou marítima a
situação é semelhante ao
transporte de outro tipo
de gases industriais,
havendo sempre uma
possibilidade
relativamente pequena de
risco de acidentes e
eventuais derramamentos
de CO2, cujas
consequências estão por
estudar, mas que podem
eventualmente causar
asfixia. |
-
-
Riscos ambientais e
humanos no armazenamento
Existem
duas categorias destes tipos
de riscos: Riscos Mundiais:
se houver uma fuga
considerável num depósito de
CO2 esta pode
contribuir
significativamente para as
alterações climáticas.
Riscos locais: fugas por
falhas nos poços que podem
afetarem os trabalhadores
locais e as equipas de
reparação das fugas, ou
fugas por falhas geológicas
não detectadas, criando
eventual contaminação de
aquíferos e acidificação dos
solos.
Para o
caso do armazenamento
oceânico, o risco
apresenta-se bastante mais
elevado, tendo em conta a
falta de informação
disponível quanto aos
efeitos do aumento da
concentração de CO2
(acidificação) nos
ecossistemas marítimos.
Caso de estudo Projeto
CASTOR
O Projeto
CASTOR integra três
componentes de I&D, Captura
de Carbono, Redução nas
emissões européias de 10%, e
análise da performance e
riscos do armazenamento.
-
Captura
-
|
Sistema de captura:
post-combustão em
instalação de produção
de energia elétrica a
carvão em Esbjerg
(Dinamarca).
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|
Energia térmica
consumida no processo:
2,0 GJ/ton CO2,
a uma taxa de 90% de
captura.
|
|
Custo
por tonelada de CO2
capturada: 20 a 30 €.
|
|
Redução da eficiência da
instalação: entre 15 a
25%
|
|
Aumento nos custos da
energia: cerca de 50%.
|
|
Capacidade de captura: 1
ton CO2/h
|
A área da
instalação não aumentou
significativamente devido ao
sistema de captura.
Resumindo
temos:
ou ainda...
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25/05/09
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