Oxicombustão: Queimando carbono em oxigênio puro para ajudar o clima
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Atualizado em: 15 Jul 2021
https://climatescience.org/pt/advanced-oxy-fuel-combustion/
A oxicombustão é uma maneira nova e inovadora de lidar com as emissões da queima de combustíveis fósseis em usinas elétricas.
Qual é a diferença?
As usinas tradicionais liberam gás de combustão diretamente para a atmosfera — a fumaça da combustão é emitida através de chaminés. Todos os poluentes presentes na fumaça, como CO₂ e NOₓ, são liberados em conjunto 
. Por outro lado, as usinas de oxicombustíveis capturam o gás de combustão, que é rico em CO₂, para comprimi-lo e, então, armazená-lo .
Removendo e armazenando CO₂
O gás de combustão, proveniente de uma usina de oxicombustível, possui CO₂ em concentrações muito elevadas em comparação com uma usina normal. Por que isso é uma coisa boa? Bem, primeiro vamos aprender o que de fato é a oxicombustão.
O que é a oxicombustão?
A oxicombustão usa oxigênio em vez de ar
Nos métodos de oxicombustão, os combustíveis fósseis são queimados com oxigênio quase puro em vez de ar comum .
Nosso ar é principalmente nitrogênio !
Podemos ver que o nitrogênio constitui a maior parte do ar . Ao retirar o nitrogênio do ar em que os combustíveis fósseis são queimados, podemos produzir um gás de combustão com concentrações muito elevadas de CO₂ e H₂O . Esse gás concentrado de combustão é muito mais fácil de ser compactado e armazenado.
O oxicombustível tem maiores concentrações de CO₂
Como funciona a oxicombustão?
O diagrama acima era um modelo muito simplificado do processo de combustão. Abaixo podemos ver o que está acontecendo de forma mais detalhada:
Uma representação relativamente simples da oxicombustão
Primeiro, o oxigênio é dissociado do nitrogênio em uma unidade de separação do ar via separação criogênica — um método de separação no qual o ar é resfriado ao ponto em que vários gases se tornam líquidos . Como a temperatura do oxigênio líquido é -183 °C e a do nitrogênio líquido é -195 °C, podemos transformar o oxigênio em líquido e separá-lo do gás nitrogênio .
Em seguida, o combustível é queimado com oxigênio quase puro na caldeira. Isso produz eletricidade, além de gás de combustão, que contém CO₂, H₂O e algumas impurezas .
A água do gás de combustão é resfriada a um estado líquido, deixando ainda mais CO₂ puro na mistura .
Você consegue observar uma tubulação rotulada como u0022gás de combustão recicladou0022? Ela leva uma grande parte do gás de combustão para se misturar com o oxigênio e o combustível na caldeira.
Na verdade, cerca de dois terços do gás de combustão são reutilizados (reciclados) para controlar a temperatura da caldeira .
Como se controla a temperatura?
Quando o carvão queima em oxigênio puro, a temperatura da chama pode chegar a 2800 °C, comparado aos 2000 °C do processo com ar . Atualmente, não existem matérias-primas para caldeiras ou incineradores que possam resistir a uma temperatura tão alta .
Nenhuma matéria-prima para caldeiras ou incineradores suporta 2800 °C
Portanto, adicionar um pouco de gás de combustão, rico em CO₂, ajuda a reduzir a temperatura para níveis similares aos de uma usina que utiliza a combustão tradicional.
Isso também é o que fornece uma concentração tão alta de CO₂ no fluxo de gás de combustão, cerca de 60 a 70% . Isso é contrastante com a concentração de 12 a 14% de CO₂ no gás de combustão quando se utiliza ar comum .
As caldeiras que usam ar comum não conseguem produzir concentrações de CO₂ tão altas
Uma alta concentração de CO₂ evita o problema que vimos em capítulos anteriores, em que o nitrogênio, na mistura de gás de combustão, torna mais difícil a dissociação do CO₂ .
Outra grande vantagem é que o tamanho do incinerador pode ser reduzido para um quinto do usado na combustão de fogo com ar .
Se compararmos esse processo com o pós-CCC que aprendemos no último capítulo, ele consome menos energia e produz menos gases de efeito estufa .
Quais são alguns dos desafios que essa tecnologia enfrenta?
A separação do oxigênio no início do processo é normalmente realizada por criogenia, na qual o gás se transforma em líquido. Para alcançar essas baixas temperaturas, esse método requer cerca de 220kWh de energia por tonelada de oxigênio gerado . Para uma típica usina a carvão de 500MW, fornecer o oxigênio puro exigiria cerca de 15% de toda a sua produção elétrica . Na verdade, os grandes requisitos de energia, tanto para a produção de oxigênio como para o compressor de CO₂, reduziriam a eficiência energética da central em 25 a 30% . Isso significa que, atualmente, esse não é um método de produção de energia eficaz para a maioria das usinas elétricas .
A Terrinha não tem dinheiro suficiente para comprar oxigênio
Quanto, exatamente, custaria isso?
Uma vez que a oxicombustão é cara e consome muita energia, o custo da eletricidade gerada aumenta drasticamente para US$123,70 por MWh, enquanto em uma usina normal é de US$66,80 por MWh .
Isso é muito caro para apenas uma tonelada de CO₂!
O preço da eletricidade produzida usando oxicombustível é semelhante ao uso de pós-CCC nas usinas de carvão. Em termos de custos, isso significa que não há muito a escolher entre esse e alguns dos métodos do capítulo anterior .
Onde utilizaríamos os oxicombustíveis?
As usinas a carvão e a gás são mais adequadas para essa tecnologia . No momento, está sendo testada em alguns lugares ao redor do mundo, incluindo Schwarze Pump na Alemanha e a usina demonstrativa Callide 30 MWe na Austrália.
Como isso será no futuro?
O processo geral do oxicombustível está apenas sendo demonstrado e ainda não sabemos se será eficaz em uma escala global .
O maior desafio é o custo para se obter oxigênio, embora existam algumas soluções possíveis.
Uma opção é chamada de combustão do oxigênio com loop químico . Esse método envolve dois reatores e elimina a necessidade de uma unidade de separação do ar .
No primeiro reator, um u0022carreador de oxigêniou0022 sólido é aquecido no ar e captura o oxigênio, tornando-se, portanto, um óxido sólido .
Esses carreadores de oxigênio são normalmente provenientes de um grupo especial de metais conhecidos como metais de transição:
Tipos de carreadores de oxigênio
No segundo reator, o carvão é gasificado para produzir gás de síntese (lembre-se: a gasificação é quando você reage o carvão com o oxigênio para formar gás de síntese, uma mistura de CO e H₂, principalmente) . O “carreador de oxigênio” é depois transferido para o segundo reator. Quando misturados, o oxigênio do carreador reage com parte do gás de síntese para produzir eletricidade !
O desafio é encontrar um bom carreador de oxigênio que seja barato, que aguente oxigênio suficiente e que possa ser reutilizado muitas vezes .
Nós aprendemos muito sobre diferentes tecnologias de CCS. Vamos ver uma tabela comparando seus custos , eficiência das usinas e a fase de evolução de cada tecnologia .
Os custos e as eficiências do uso de diferentes tecnologias de CCS
Nós podemos ver que o custo de eletricidade por MWh para as usinas elétricas tradicionais é muito menor do que para aquelas que possuem as tecnologias de CCS. Constatamos também que a eficiência das usinas é menor para as tecnologias de CCS. Uma vez que todas estão ainda sendo investigadas, esperamos que os custos possam ser reduzidos e que a eficiência possa ser aumentada para reduzir futuras emissões de CO₂.
Os três últimos capítulos explicaram como podemos capturar o CO₂ para evitar que ele entre na nossa atmosfera. Mas, exatamente, o que podemos fazer com esse carbono uma vez capturado? Leia o próximo capítulo para descobrir!
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