Como poderíamos capturar o carbono em vez de emiti-lo?
Não seria legal se pudéssemos capturar o CO₂ antes que ele fosse emitido na atmosfera e, então, armazená-lo em algum lugar (como no subsolo)? Bem, nós podemos! Esse processo é chamado de captura e armazenamento de carbono (CCS, do inglês carbon capture and storage).
A CCS pode ajudar a remover as emissões de diversos processos de fabricação. Onde quer que o CO₂ seja emitido a partir da queima, das altas temperaturas ou de reações químicas, a CCS pode ser utilizada para capturá-lo!
A geração de energia CCS em usinas de gás natural e carvão é algo particularmente empolgante, pois permite que queimemos parte dos combustíveis fósseis para a energia sem emitir CO₂. Mas será que isso funciona e é financeiramente acessível? Vamos dar uma olhada!
Existem três maneiras de capturar carbono:
Captura de carbono pré-combustão (pré-CCC): Aqui, o carbono (na forma de CO₂) é removido dos combustíveis fósseis em um reator antes de ser queimado .
Captura de carbono pós-combustão (pós-CCC): Aqui, o carbono (na forma de CO₂) é removido depois que os combustíveis fósseis são queimados .
Oxicombustão: Aqui, o oxigênio puro é usado para queimar o combustível fóssil, resultando em um fluxo relativamente puro de CO₂, que é mais fácil de capturar .
Você pode aprender mais sobre o armazenamento de CO₂ no curso u0022Reverter as mudanças?u0022. Aqui, vamos analisar como o carbono é capturado, começando com o pré-CCC até o pós-CCC e a oxicombustão, que serão abordados nos próximos capítulos.
O que é o pré-CCC e por que ele é útil?
Os combustíveis fósseis, como o carvão e o gás natural, são hidrocarbonetos. Ou seja, são compostos por hidrogênio (H) e carbono (C).
O pré-CCC transforma os hidrocarbonetos dos combustíveis fósseis em hidrogênio (H₂) e dióxido de carbono (CO₂). Então, o hidrogênio é utilizado como uma fonte de energia mais limpa (veja nosso curso sobre energia!), enquanto o CO₂ é capturado e armazenado, evitando sua emissão para a atmosfera !
Como o pré-CCC funciona?
Diagrama simplificado de como funciona o pré-CCC
Vamos analisar isso passo a passo. Embora esse processo funcione para as usinas de gás natural e carvão, vamos focar apenas no primeiro. O gás é mais barato e não é economicamente viável adicionar CCS às usinas de carvão mais antigas, já que elas têm uma vida operacional mais curta .
1. Produção de gás de síntese
Em primeiro lugar, precisamos quebrar o hidrocarboneto no chamado gás de síntese, uma mistura de, predominantemente, monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H₂). A forma mais barata de alcançar isso é através da reforma a vapor. Então, como esse processo funciona?
A temperaturas altas (1050 °C) e pressões baixas, o vapor (H₂O vaporizado) pode ser usado para separar o gás natural em CO e H₂ .
Reforma a vapor do gás natural para produzir gás de síntese
2. Remoção de impurezas
O combustível precisa ter suas impurezas removidas para não danificar a turbina que gera eletricidade e para reduzir as emissões de poluentes . Se o combustível fóssil inicial for o carvão, ainda mais etapas de filtragem serão necessárias .
3. Reação de mudança do vapor de água
O CO no gás de síntese é convertido para CO₂ ao reagir com o vapor. Isso gera ainda mais H₂, que pode ser utilizado como combustível :
Criando mais H₂ (para usar como combustível) ao reagir o gás de síntese com o vapor.
A reação global para converter gás natural (principalmente CH4) em CO₂ e H₂ com o auxílio de catalisadores para acelerar a reação.
4. Separação e armazenamento
Então, o CO₂ precisa ser separado do H₂. A absorção em um solvente físico é o método mais comum (e mais barato) para capturar o CO₂ que é, por fim, transportado para o armazenamento.
Agora, só nos resta o H₂!
Ao produzir água em vez de CO₂, o hidrogênio funciona como uma fonte de energia muito mais limpa do que o combustível fóssil inicial!
Qual é a viabilidade do pré-CCC?
Aumento de custos e diminuição de eficiência ao utilizar o pré-CCC
Como podemos ver, a instalação e o funcionamento do pré-CCC em usinas de gás aumenta o custo de rendimento de energia. Esse processo também diminui a eficiência das usinas por causa da energia adicional necessária para operar os sistemas pré-CCC .
Para as empresas, é mais barato pagar um imposto sobre suas emissões do que instalar tecnologias pré-CCC. Além disso, em alguns lugares, sequer existe um imposto sobre o carbono !
Em que fase a tecnologia está agora?
Atualmente, não existem instalações de teste para usinas pré-CCC movidas a gás . Além disso, a primeira usina de carvão com pré-CCC tem sofrido atrasos e seu custo esperado aumentou em 2,3 vezes .
Por isso, será necessária muita pesquisa, desenvolvimento e testes se quisermos que o pré-CCC se torne mais comum – o que requer tempo e dinheiro.
Como o pré-CCC será no futuro?
Será necessário reduzir os requisitos energéticos do pré-CCC para tornar essa tecnologia mais eficiente e rentável no futuro.
A demanda por energia do processo pode ser reduzida de duas maneiras principais: diminuindo a quantidade de vapor utilizado (porque produzir vapor requer muita energia) ou combinando a conversão de CO em CO₂ com a remoção de CO₂ em uma única etapa .
Para entender o porquê, vamos analisar de novo a reação de mudança do vapor de água:
A reação de mudança do vapor de água reversível
Essa é uma reação reversível que alcança o equilíbrio quando as reações direta e inversa têm taxas constantes . Uma vez que a reação tenha atingido o equilíbrio, é possível fazer com que ela mude ao alterarmos as temperaturas, concentrações e pressões sob as quais ela ocorre . Por exemplo, se alterarmos a concentração adicionando ou removendo moléculas, a reação irá se ajustar para neutralizar a mudança .
Para a reação de mudança do vapor de água, queremos produzir tanto H₂ quanto possível. Então, vamos ver como remover os produtos pode nos ajudar:
É por isso que remover CO₂ e H₂ da reação faz com que ela se altere e produza mais CO₂ e H₂
Se removermos continuamente CO₂ e H₂ durante a reação, iremos alterar as concentrações dessas moléculas na reação, fazendo com que o equilíbrio se ajuste para neutralizar essa mudança . Portanto, o CO e o H₂O irão, juntos, reagir mais rápido para substituir os produtos que estão faltando. Dessa forma, ao removermos CO₂ e H₂ constantemente durante a reação de mudança do vapor de água, teremos uma produção maior de H₂ e CO₂ .
Outro método que funciona seguindo a mesma ideia é o uso de membranas para remover o H₂ conforme ele é produzido. Isso resulta nos mesmos efeitos mencionados acima !
Essas explicações cobrem o básico sobre o pré-CCC. Agora, vamos dar uma olhada no pós-CCC!
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