O diretor assistente do Centro de Pesquisa de Carvão da Southern Illinois University está ao lado de um sistema de gaseificação modelo que separa pequenas quantidades de carvão em gás de síntese. Veja mais fotos de ciências verdes. AP Photo / Steve Jahnke Alguns dos mais promissores, alternativas de energia para chamar a atenção não são ideias revolucionárias. Todos nós sabemos sobre moinhos de vento e rodas d'água, que existem há séculos. Hoje, uma variedade de melhorias, incluindo projetos inovadores de turbinas, estão transformando essas máquinas antigas em tecnologias de ponta que podem ajudar as nações a satisfazer suas necessidades de energia.
Há outro processo antigo - um sobre o qual você provavelmente não conhece muito - que está ganhando popularidade e pode juntar-se à energia eólica e hidrelétrica no panteão da limpeza, energia renovável. O processo é conhecido como gaseificação , um conjunto de reações químicas que usa oxigênio limitado para converter uma matéria-prima contendo carbono em um gás sintético , ou gás de síntese .
Parece combustão, Mas isso não. A combustão usa uma abundância de oxigênio para produzir calor e luz por meio da queima. A gaseificação usa apenas uma pequena quantidade de oxigênio, que é combinado com vapor e cozinhado sob forte pressão. Isso inicia uma série de reações que produzem uma mistura gasosa composta principalmente de monóxido de carbono e hidrogênio. Este gás de síntese pode ser queimado diretamente ou usado como ponto de partida para a fabricação de fertilizantes, hidrogênio puro, metano ou combustíveis líquidos para transporte.
Acredite ou não, a gaseificação existe há décadas. O engenheiro escocês William Murdoch recebe crédito por desenvolver o processo básico. No final da década de 1790, usando carvão como matéria-prima, ele produziu gás de síntese em quantidade suficiente para iluminar sua casa. Eventualmente, cidades na Europa e na América começaram a usar gás de síntese - ou "gás da cidade", como era conhecido na época - para iluminar as ruas e casas das cidades. Eventualmente, o gás natural e a eletricidade gerados a partir de usinas de carvão substituíram o gás da cidade como fonte preferencial de calor e luz.
Hoje, com uma crise climática global surgindo no horizonte e nações famintas de poder em busca de fontes alternativas de energia, a gaseificação está voltando. O Conselho de Tecnologias de Gaseificação espera que a capacidade mundial de gaseificação cresça mais de 70 por cento até 2015. Muito desse crescimento ocorrerá na Ásia, impulsionado pelo rápido desenvolvimento na China e na Índia. Mas os Estados Unidos estão adotando a gaseificação, também.
Vamos examinar mais de perto como esse processo funciona. Vamos começar com a gaseificação do carvão, a forma mais comum do processo.
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Um Tiverton, R.I., residente posa ao lado de um contêiner rotulado "Resíduos de usinas de gás" em 2005. O estado acredita que a contaminação da área foi causada pela Fall River Gas Co. que despejou resíduos de gaseificação de carvão por décadas. AP Photo / Stew Milne O coração de uma usina a carvão é uma caldeira, em que o carvão é queimado por combustão para transformar água em vapor. A seguinte equação mostra a aparência química do carvão em combustão:C + O 2 -> CO 2 . O carvão não é feito de carbono puro, mas de carbono ligado a muitos outros elementos. Ainda, o teor de carbono do carvão é alto, e é o carbono que se combina com o oxigênio na combustão para produzir dióxido de carbono, o principal culpado do aquecimento global. Outros subprodutos da combustão do carvão incluem óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio, mercúrio e materiais radioativos naturais.
O coração de uma usina que incorpora gaseificação não é uma caldeira, mas um gaseificador , um vaso de pressão cilíndrico com cerca de 40 pés (12 metros) de altura por 13 pés (4 metros) de diâmetro. As matérias-primas entram no gaseificador no topo, enquanto o vapor e o oxigênio entram por baixo. Qualquer tipo de material contendo carbono pode ser uma matéria-prima, mas a gaseificação do carvão, claro, requer carvão. Uma planta de gaseificação típica poderia usar 16, 000 toneladas (14, 515 toneladas métricas) de linhita, um tipo de carvão acastanhado, Diário.
Um gaseificador opera a temperaturas e pressões mais altas do que uma caldeira de carvão - cerca de 2, 600 graus Fahrenheit (1, 427 graus Celsius) e 1, 000 libras por polegada quadrada (6, 895 quilopascais), respectivamente. Isso faz com que o carvão passe por diferentes reações químicas. Primeiro, a oxidação parcial do carbono do carvão libera calor que ajuda a alimentar as reações de gaseificação. O primeiro deles é pirólise , que ocorre à medida que a matéria volátil do carvão se degrada em vários gases, deixando para trás Caracteres , uma substância semelhante ao carvão. Então, as reações de redução transformam o carbono remanescente no carvão em uma mistura gasosa conhecida como gás de síntese .
O monóxido de carbono e o hidrogênio são os dois componentes principais do gás de síntese. Durante um processo conhecido como limpeza de gás , o gás de síntese em bruto passa por uma câmara de resfriamento que pode ser usada para separar os vários componentes. A limpeza pode remover impurezas prejudiciais, incluindo enxofre, mercúrio e carbono não convertido. Até o dióxido de carbono pode ser retirado do gás e armazenado no subsolo ou usado na produção de amônia ou metanol.
Isso deixa o hidrogênio puro e o monóxido de carbono, que pode ser queimado de forma limpa em turbinas a gás para produzir eletricidade. Ou, algumas usinas convertem o gás de síntese em gás natural, passando o gás limpo sobre um catalisador de níquel, fazendo com que o monóxido de carbono e o dióxido de carbono reajam com o hidrogênio livre para formar metano. Esse "gás natural substituto" se comporta como o gás natural comum e pode ser usado para gerar eletricidade ou aquecer residências e empresas.
Mas se o carvão não estiver disponível, a gaseificação ainda é possível. Tudo que você precisa é um pouco de madeira.
Syngas SecondsEmbora a indústria de energia elétrica tenha recentemente se interessado pela gaseificação, o químico, as indústrias de refino e fertilizantes usam o processo há décadas. Isso porque os principais componentes do gás de síntese - hidrogênio e monóxido de carbono - são os blocos de construção básicos de vários outros produtos. Alguns dos produtos mais importantes derivados de gás de síntese incluem metanol, fertilizantes à base de nitrogênio e hidrogênio para refino de petróleo e combustíveis para transporte. Até escória , um subproduto semelhante ao vidro do processo de gaseificação, pode ser usado em materiais de cobertura ou como material de leito de estradas.
A gaseificação do carvão é às vezes chamada de "carvão limpo" porque pode ser usado para gerar eletricidade sem expelir toxinas e dióxido de carbono na atmosfera. Mas ainda é baseado em um combustível fóssil não renovável. E ainda requer operações de mineração que marcam a Terra e deixam seus próprios resíduos tóxicos. Gaseificação de madeira - ou gaseificação de biomassa , para ser mais tecnicamente correto - pode fornecer uma alternativa viável. A biomassa é considerada uma fonte de energia renovável porque é feita de materiais orgânicos, como árvores, colheitas e até mesmo lixo.
A gaseificação da biomassa funciona da mesma forma que a gaseificação do carvão:uma matéria-prima entra em um gaseificador, que cozinha o material que contém carbono em um ambiente de baixo oxigênio para produzir gás de síntese. As matérias-primas geralmente se enquadram em uma das quatro categorias:
A escolha da matéria-prima determina o projeto do gaseificador. Três projetos são comuns na gaseificação de biomassa:corrente de ar, downdraft e crossdraft. Em um gaseificador de corrente de ar , a madeira entra na câmara de gaseificação por cima, cai em uma grade e forma uma pilha de combustível. O ar entra por baixo da grade e sobe pela pilha de combustível. O syngas, também conhecido como gás produtor em círculos de biomassa, sai do topo da câmara. No corrente descendente ou gaseificadores crossdraft , o ar e o gás de síntese podem entrar e sair em locais diferentes.
A escolha do design do combustível e do gaseificador afeta as proporções relativas dos compostos no gás de síntese. Por exemplo, a palha de trigo colocada em um gaseificador downdraft produz o seguinte:
Mas o carvão vegetal colocado em um gaseificador downdraft produz o seguinte:
[fonte:Rajvanshi].
Agora você está pronto para fazer seu próprio gaseificador de madeira. Continue clicando para ver como.
Melhor quilometragem de gás (ification)Acredite ou não, um dos principais usos da gaseificação da madeira tem sido para alimentar motores de combustão interna. Antes de 1940, carros movidos a gaseificação foram vistos ocasionalmente, especialmente na Europa. Então, durante a Segunda Guerra Mundial, a escassez de petróleo forçou as pessoas a pensar em alternativas. As indústrias de transporte da Europa Ocidental dependiam da gaseificação da madeira para movimentar os veículos e garantir que os alimentos e outros materiais importantes chegassem aos consumidores. Depois da guerra, à medida que o gás e o petróleo se tornaram amplamente disponíveis, a gaseificação foi amplamente esquecida. Uma futura escassez de petróleo, Contudo, pode revitalizar nosso interesse nesta tecnologia antiga. O motorista do futuro pode pedir para "encher" com alguns pedaços de madeira em vez de alguns galões de gasolina.
O futuro guarda muito mais energia de gaseificadores como este? Phillip Spears / Getty Images Uma qualidade atraente de gaseificação é sua escalabilidade. A Polk Power Station, a sudeste de Tampa, é uma planta de gaseificação que cobre 4, 300 acres (1, 740 hectares). Ele converte 100 toneladas (90,7 toneladas métricas) de carvão por hora em 250 milhões de watts de potência por cerca de 60, 000 residências e empresas [fonte:Folger].
Mas você não precisa ser um serviço público gigante para fazer experiências com a gaseificação. Você pode construir um simples, pequeno gaseificador com materiais que você encontra pela casa. O YouTube apresenta vários vídeos dessas unidades caseiras. Um vídeo, por exemplo, mostra uma lata de tinta desempenhando o papel de vaso de pressão em que ocorrem as reações de gaseificação. Como o gás de síntese é produzido dentro da lata lacrada, ele se move através de alguns acessórios de encanamento simples para uma lata de queimador, onde o gás pode ser aceso.
Outro vídeo interessante mostra uma pequena equipe montando e operando um gaseificador de madeira com base em planos preparados pela Agência Federal de Gerenciamento de Emergências dos EUA (FEMA) e o Laboratório Nacional de Oak Ridge. A FEMA desenvolveu esses planos em 1989 especificamente para a gaseificação em pequena escala no caso de uma emergência de petróleo. O relatório da agência inclui detalhes, instruções ilustradas para a fabricação, instalação e operação de um gaseificador de biomassa downdraft. (Um link para o relatório está incluído na lista de fontes em "Lafontaine" na próxima página.) A unidade requer uma lata de lixo de metal galvanizado, um pequeno tambor de metal, acessórios de encanamento comuns e uma tigela de mistura de aço inoxidável e podem ser montados em um veículo para fornecer gás de síntese para combustão interna. Com o gaseificador no lugar, o veículo pode funcionar de forma confiável usando lascas de madeira ou outra biomassa como combustível.
Se você está interessado em gaseificação, mas não são do tipo faça você mesmo, então você pode querer considerar a compra de uma unidade de gaseificação de um fabricante. Por exemplo, A New Horizon Corporation distribui sistemas de gaseificação que podem ser instalados em um ambiente doméstico. Essas caldeiras de gaseificação de biomassa podem aquecer casas, garagens e outros edifícios e podem usar uma variedade de combustíveis, incluindo madeira temperada, espigas de milho, serragem, lascas de madeira e qualquer tipo de pellet.
De qualquer jeito, a gaseificação provavelmente surgirá como uma das alternativas energéticas mais importantes nas próximas décadas. É a maneira mais limpa de usar carvão, mas também funciona de forma eficiente com fontes de energia renováveis, como biomassa. E, porque um dos principais produtos da gaseificação é o hidrogênio, o processo oferece um trampolim para a produção de grandes quantidades de hidrogênio para células de combustível e combustíveis mais limpos.
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