BIOLOGIA E GEOLOGIA 2011/2012 1ºSEMESTRE, 3º ANO RECURSOS MINERAIS E ENERGÉTICOS

Docente: Leal Gomes

Discentes:

Ana Rita Pacheco nº 33715

Cristiana Valente nº 33708

Jessica Silva nº 33705

Filipe Marinha nº 33706

Pedro Veiga nº 33698

Tiago Silva nº 33696

O CARVÃO COMO SUCEDÂNEO DO PETRÓLEO

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Índice O CARVÃO COMO SUCEDÂNEO DO PETRÓLEO ............................................................................ 2

Liquefacção de carvão ................................................................................................................... 6

Processo químico ...................................................................................................................... 7

Condições do processo .............................................................................................................. 8

Conclusão ...................................................................................................................................... 9

Referências Bibliográficas ............................................................................................................. 9

O CARVÃO COMO SUCEDÂNEO DO PETRÓLEO

O petróleo é a principal fonte de energia mundial, a sua escassez torna-se cada vez

mais uma realidade (Figura 1). Ao longo dos tempos os países desenvolvidos de uma

forma muito morosa procuraram novas formas de produção de energia, não só pelo

facto de o petróleo estar a acabar, mas também devido a problemas geopolíticos e

ambientais. Tentando deste modo, manter a capacidade produtiva dos países e gastar

menos energia. (1)

Figura 1 – Gráfico com as 20 maiores reservas de petróleo do mundo.

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Existem projecções que mostram que até 2020 o petróleo continuará a ser a

principal fonte de energia, sendo lentamente substituído por outras fontes

alternativas, como o gás natural, o carvão mineral e ainda, mas em menor escala a

energia nuclear. (1)

A médio prazo, o uso do carvão mineral intensificar-se-á, uma vez que, é a

alternativa economicamente mais viável, sendo a exploração e o transporte factores

que apoiam esta situação, pois os gastos não são muito elevados quando comparados

com as restantes alternativas (Figura 2). O gás natural é muito menos poluente que o

carvão, no entanto, há problemas logísticos por resolver, tais como o seu transporte

desde as áreas de extracção até aos mercados consumidores, que exige gastos

elevados. No futuro, estes problemas serão certamente resolvidos, mas num futuro

mais próximo, o carvão mineral é apontado como o principal substituto do petróleo.

(1)

Figura 2- Gráfico com projecção do consumo mundial de energia por tipo de combustível

O carvão mineral é formado a partir do soterramento e decomposição de restos de

materiais de origem vegetal, que, nestas condições, enriquecem o seu teor em

carbono.

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A pressão, a temperatura, as influências tectónicas e o tempo de exposição a estas

condições vão determinar o grau de carbonização destes combustíveis. Ao longo desse

tempo, verifica-se perda de oxigénio e água, associada ao enriquecimento de carbono.

O consumo mundial de carvão esteve em declínio desde os anos 90 do século XX,

mas a partir de 1994 registou-se um aumento da procura no mercado internacional,

devido, em parte, ao florescimento de algumas economias (Figura 3).

Vários especialistas consideram que o carvão mineral é um elemento fundamental

para o desenvolvimento da economia mundial. Por outro lado, a sua importância em

determinados mercados expande-se, tanto em países desenvolvidos, como nos países

em vias de desenvolvimento.

Existem alguns factores que contribuem para a importância desta fonte energética,

como a facilidade de acesso às jazidas, os volumes das reservas existentes, os níveis de

produção, a tecnologia utilizada, entre outros. Estes factores levam a crer que, nos

próximos tempos, uma grande parte da energia eléctrica produzida no mundo use

como combustível o carvão mineral.

Embora se registem as oscilações normais do mercado, o sector do carvão está em

franco crescimento, prevendo-se que esta expansão leve a que o carvão mineral, e os

Figura 3- Gráfico com a produção global de carvão perspectiva com base num modelo logístico.

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seus derivados, venha a superar o petróleo como primeira e grande fonte de energia

primária do mundo. (4)

A procura de carvão natural como fonte energética justifica-se com a necessidade

de utilizar fontes energeticamente muito rentáveis, mas com baixos níveis de emissão

de gases para a atmosfera, factor actualmente determinante na avaliação das

matérias-primas usadas pelo homem. No caso da indústria extractiva de carvão, os

gases responsáveis pelo maior impacte ambiental são o dióxido de carbono (CO2) e o

metano (CH4). (4)

Das reservas mundiais de carvão, cerca de 56% estão na Rússia e 20% nos Estados

Unidos. (2) O carvão representa 24% da energia total a nível global. (3)

No caso dos Estados Unidos, 20% de reservas pode parecer-nos pouco. No

entanto, se a taxa de consumo se mantiver idêntica à actual, os americanos poderão

obter energia a partir do carvão por 1.500 anos. Se triplicarem o consumo, ainda

assim, as reservas durarão 500 anos (Figura 4).

Figura 4- Mapa do mundo com as reservas mundiais de carvão e a sua distribuição em biliões de

toneladas

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No que diz respeito à electricidade, os Estados Unidos geram cerca de 50% do seu

consumo a partir do carvão. Ainda assim, este valor poderia ser superior, uma vez que

na Polónia o consumo chega a ser de 96%; na África do Sul, 88%; na China, 78%; e, na

Austrália, 77%. A electricidade gerada a partir do carvão poderia ser combinada com

outros combustíveis para ser utilizada em automóveis e utilitários de pequeno porte, o

que reduziria enormemente a dependência do petróleo.

O grande problema do carvão é a poluição que causa, pela emissão de

gases/elementos poluentes. Contudo, os investimentos na ciência e tecnologia têm

revelado resultados animadores. Com novas técnicas, as centrais termoeléctricas que

usam carvão conseguem controlar a emissão de gases prejudiciais à saúde. (1)

Liquefacção de carvão A liquefacção de carvão é feita por um processo denominado de Fischer-Tropsch,

processo este desenvolvido por Franz Fischer e Hans Tropsch, em 1923. Esse processo

foi amplamente utilizado pela Alemanha e pelo Japão, na Segunda Guerra Mundial

para produzir combustível. A grande novidade é transformar o carvão em uma fonte

limpa e de baixa emissão de carbono. A primeira etapa é a produção de gás de síntese,

em seguida esse gás é convertido em hidrocarbonetos pelo processo Fischer-Tropsch e

por final os hidrocarbonetos são refinados para obter os produtos finais desejados

(Figura 5).

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O principal objectivo do processo Fischer-Tropsch é o fabrico de substitutos

sintéticos do petróleo, sendo isto feito habitualmente a partir de matérias-primas

como o carvão, mas também pode-se utilizar o gás natural ou biomassa. O resultado

deste processo são combustíveis que podem ser depois utilizados em motores de

automóveis ligeiros e pesados, assim como nos de algumas aeronaves.

Processo químico

A síntese FT recorre a uma variedade de reacções químicas concorrentes, que

conduzem por sua vez a um conjunto de produtos desejáveis e de subprodutos

indesejáveis. Entre as reacções mais importantes estão aquelas que resultam da

formação dos alcanos:

(2n+1) H2 + nCO = CnH (2n+2) + nH2O

Nesta fórmula a letra n corresponde a um número natural, sendo que o mais

simples (n=1) resulta na formação de metano, as condições do processo e a

composição dos vários catalisadores são em regra escolhidas de forma a favorecer

reacções de ordem elevada (n> 1).

Para além da formação de alcanos, as reacções concorrentes dão também

origem a alcenos, bem como a álcoois e a outros hidrocarbonetos oxigenados.

Outra reacção importante é a reacção de mudança de vapor de água:

H2O + CO = H2 + CO2

Apesar de nesta reacção resultar a formação de CO2 indesejado pode ser

utilizada para alterar o rácio entre o H2 e o CO do gás de síntese a ser usado.

De acordo com os dados publicados sobre actuais infra-estruturas comerciais

que utilizam o processo Fischer-Tropsch, este género de unidades pode emitir até 7

toneladas de CO2 por tonelada de hidrocarboneto líquido produzido. Isto deve-se

Figura 5- Esquemática do processo de Fischer-Tropsch

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sobretudo à grande quantidade de energia necessária pelo processo de gasificação,

mas também ao próprio desenho do processo (Figura 6).

Condições do processo

O processo Fischer-Tropsch é habitualmente desenvolvido a temperaturas

entre o 150º e os 300ºC. Valores mais altos conduzem a reacções mais rápidas e a

taxas de conversão mais elevadas mas tendem também a favorecer a formação do já

referido gás metano. Por esta razão as temperaturas são mantidas sempre que

possível na metade inferior da margem de erro definida. O aumento da pressão

conduz igualmente a taxas de conversão mais altas e favorece a formação de longas

cadeias de alcanos, ambos desejáveis. As pressões de uso neste processo vão de uma a

várias dezenas de atmosferas. Quimicamente pressões ainda mais altas poderiam ser

favoráveis, mas os seus benefícios podem não justificar os custos adicionais de instalar

e manter equipamento de alta pressão (Figura 7).

Pode ser usada uma grande variedade de composições de gás de síntese. Em

catalisadores baseados em cobalto o rácio ideal de H2 e CO é de 1,8-2,1.

Figura 6- Esquema com as reacções e temperaturas associadas do processo de Fischer-Tropsch.

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Figura 7- Processo de formação de Fischer-Tropsch.

Conclusão

Ao longo deste trabalho apresentámos factos de que o carvão realmente o

sucedâneo do petróleo, pois nenhuma das outras soluções, actualmente possui

argumentos para combater a “sede” energética mundial.

Espera-se que o futuro próximo nos traga novos desenvolvimentos e avanços

nestas áreas que possibilitem o aparecimento de novas soluções, pois apesar de o

carvão ser uma “boa” solução se for explorado ao ritmo que está a ser explorado o

petróleo actualmente também não vai ser opção por muito tempo.

Referências Bibliográficas

(1) http://www.comciencia.br/reportagens/2004/12/03.shtml

(2) http://www.antonioermirio.com.br/artigos/energia/03fol536.htm

(3) http://www.biodieselbr.com/destaques/2005/crise-petroleo-peak-oil.htm

(4) http://www.alentejolitoral.pt/PortalIndustria/Energia/Energiastradicionais/Car

vao/Paginas/Carvao.aspx

(5) http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Processo_Fischer-Tropsch

(6) http://www.eumed.net/libros/2009d/610/Liquefacao%20do%20Carvao.htm

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Figura 1- http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Reservaspetr%C3%B3leo.gif

Figura 2- http://energianuclearbr.blogspot.com/2010_10_01_archive.html

Figura 3- http://engenheiro.blogspot.com/2010/12/o-peak-oil-e-o-peak-coal-

chegam-antes.html

Figura 4- http://www.pick-

upau.org.br/mundo/carvao_energia/carvao_energia.htm

Figura5- http://blog.cafefoundation.org/?attachment_id=2576

Figura 6-

https://www.biofuelsdatabase.org/wiki/index.php5/Fischer-Tropsch_Pathway

Figura 7-

http://www.syngas.com.au/staging/index.php?option=com_content&task=vie

w&id=1113&Itemid=1121