O vapor sobe da usina a carvão PacifiCorps Hunter fora de Castle Dale, Utah. O 1, A usina de energia de 577 megawatts foi inaugurada em 1978 e é uma das maiores usinas movidas a carvão no oeste dos Estados Unidos. GEORGE FREY / AFP via Getty Images p Imagine um cenário onde um supergênio do mal encontra uma maneira de sugar todo o oxigênio do ar, em seguida, enterra-o no solo. Parece coisa de quadrinhos? Nós vamos, sim, se estamos falando de oxigênio. Mas os cientistas estão trabalhando em uma maneira de fazer exatamente isso com o dióxido de carbono. Por que capturar o dióxido de carbono do ar? Para combater o aquecimento global e as mudanças climáticas.
p O dióxido de carbono (CO2) é um gás natural que permite que a luz do sol alcance a Terra, mas também impede que parte do calor do sol seja irradiado de volta para o espaço, aquecendo assim o planeta. Os cientistas chamam esse aquecimento de efeito estufa. Quando esse efeito ocorre naturalmente, aquece a Terra o suficiente para sustentar a vida. Na verdade, se não tivéssemos efeito estufa, a temperatura média da superfície do planeta seria de apenas 0 graus Fahrenheit (-18 graus Celsius) [fonte:Lang]. Certo, o esqui pode ser ótimo, mas estaríamos todos mortos demais para aproveitar.
p Sim, o dióxido de carbono e o efeito estufa são necessários para a sobrevivência da vida na Terra. Mas as invenções humanas projetadas para queimar combustíveis fósseis, como usinas de energia e veículos de transporte, estão liberando CO2 extra em grandes quantidades. E isso não é bom. p A década de 2011 a 2020 foi a mais quente já registrada [fonte:Organização Meteorológica Mundial]. Desde o final dos anos 1800, a temperatura média do nosso planeta subiu cerca de 2,12 graus Fahrenheit (1,18 graus Celsius) [fonte:NASA]. Como resultado, gelo em ambos os pólos está derretendo, os níveis do mar estão subindo, os animais estão mudando seus padrões de migração, e muitos lugares viram um aumento nos eventos climáticos extremos [fontes:Carrington, NOAA e Bradford]. p Então, qual é a principal força motriz por trás dessa tendência de aquecimento? Infelizmente, humanos. Entre 1970 e 2004, as emissões de dióxido de carbono aumentaram 90% [fonte:PBL]. E em 2019, a concentração média global de CO2 na atmosfera da Terra era maior do que em qualquer ponto anterior 800, 000 anos [fonte:Lindsey]. p Recentemente, a Comissão Econômica das Nações Unidas para a Europa (UNECE) pediu a implantação em larga escala de tecnologia de captura de carbono [fonte:U.N. News]. p Captura de carbono envolve prender o dióxido de carbono em sua fonte de emissão, transportá-lo para um local de armazenamento (geralmente no subsolo) e isolá-lo. Isso significa que podemos potencialmente bloquear o excesso de CO2 de entrar na atmosfera. p Neste artigo, veremos alguns dos métodos existentes e emergentes de captura e armazenamento de carbono.
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Em 2014, Boundary Dam Power Station perto de Estevan, Saskatchewan, Canadá, tornou-se a primeira estação de energia do mundo a usar com sucesso a captura e armazenamento de carbono. Ele produz 115 megawatts de energia, e reduz suas emissões de SO2 do processo de carvão em até 100 por cento e de CO2 em até 90 por cento. SaskPower p Existem três etapas principais para captura e armazenamento de carbono (CCS):
p O carbono é retirado de uma fonte de usina de três maneiras básicas:pós-combustão, pré-combustão e oxicombustão [fonte:Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia]. p Uma usina de combustível fóssil gera energia pela queima de combustível fóssil (carvão, petróleo ou gás natural), que gera calor que se transforma em vapor. Esse vapor gira uma turbina conectada a um gerador de eletricidade. Outra palavra para o processo de queima é combustão. p Com captura de carbono pós-combustão , o CO2 é capturado após a queima do combustível fóssil. A queima de combustíveis fósseis produz algo chamado gases de combustão, que incluem CO2, vapor de água, nitrogênio e dióxido de enxofre. p Em um processo de pós-combustão, O CO2 é separado e capturado dos gases de combustão que resultam da combustão de combustível fóssil. Este processo é a técnica mais comumente usada na tecnologia de captura de carbono. É uma estratégia conveniente porque pode ser implantada em usinas termoelétricas novas e preexistentes. Contudo, existem algumas desvantagens. Para trabalhar, a captura de carbono pós-combustão requer alguns equipamentos fisicamente grandes - e pode tornar as turbinas menos eficientes [fonte:Elhenawy]. p Com captura de carbono pré-combustão , o carbono é capturado e removido dos combustíveis fósseis antes que o processo de combustão termine. p Carvão, óleo ou gás natural é aquecido em vapor e oxigênio, resultando em um gás de síntese, ou gás de síntese. O gás contém principalmente CO2, hidrogênio (H2), e monóxido de carbono (CO). Mais tarde, uma reação separada converte água (H2O) em hidrogênio. Enquanto isso está acontecendo, parte do monóxido de carbono é transformado em dióxido de carbono. O resultado final é uma mistura de gases carregada com H2 e CO2 [fonte:Departamento de Energia dos EUA]. p É fácil isolar, capturar e sequestrar o CO2 dessa mistura. Enquanto isso, os engenheiros podem usar o hidrogênio para outros processos de produção de energia. p A captura de carbono pré-combustão é geralmente mais eficiente do que a estratégia pós-combustão. Contudo, o equipamento vem com uma etiqueta de preço superior. Além do mais, as usinas mais antigas tendem a ser menos adequadas para essa técnica do que algumas novas [fonte:Elhenawy]. p Com captura de carbono oxicombustível , a usina queima combustíveis fósseis - mas não no ar comum. Em vez de, os combustíveis são queimados em uma mistura de gases contendo muito oxigênio puro. Isso resulta em um gás de combustão cujos dois componentes principais são CO2 e água. Depois, é possível separar o CO2 comprimindo e resfriando a água [fontes:National Energy Technology Laboratory e National Resources of Canada]. p Certos aspectos da captura de carbono da combustão de oxi-combustível são baratos, mas o processo tem um custo geral alto. (O oxigênio puro não é barato.) Além disso, existem algumas preocupações sobre sua aplicabilidade. Uma revisão de 2020 publicada na revista Catalysts argumentou que a tecnologia relevante "precisa ser comprovada para operações de grande escala" [fonte:Elhenawy]. p Pelo lado positivo, A captura de oxicombustível pode ser usada em e novas usinas de energia a carvão [fonte:Elhenawy]. p Agora, aqui está uma questão importante:uma vez que o carbono é capturado, como é transportado para um local de armazenamento? Continue lendo para descobrir. O solo gelado mantém o carbono bloqueado
O solo que permanece igual ou abaixo de 32 graus Fahrenheit (0 graus Celsius) por dois anos consecutivos ou mais é chamado de permafrost. Esta relva gelada entrou na conversa sobre mudança climática. Nas regiões de cobertura do permafrost do hemisfério norte, cerca de 1,6 trilhão a 1,7 trilhão de toneladas (1, 460 bilhões para 1, 600 bilhões de toneladas métricas) de carbono estão retidos no solo. Mas à medida que o mundo aquece e muitos desses sedimentos descongelam, os cientistas querem aprender mais sobre como todo aquele carbono preso há muito tempo afetará nosso planeta [fonte:Schurr].
Pipelines, como este na estação de energia Boundary Dam perto de Estevan, em Saskatchewan, Canadá, são freqüentemente usados para transportar CO2. Phillip Chin / Shell Canada Limited p Depois que o dióxido de carbono (CO2) é capturado, a próxima etapa é transportá-lo para um local de armazenamento. O método usual de transporte de CO2 é por meio de um oleoduto.
p Dutos estão em uso há décadas, e grandes volumes de gases, óleo e água fluem por dutos todos os dias. Os dutos de dióxido de carbono são uma parte existente da infraestrutura nos EUA e em muitos outros países. Na verdade, agora existem mais de 4, 039 milhas (6, 500 quilômetros) de dutos de CO2 distribuídos pela África, Austrália, o Oriente Médio e a América do Norte. A maioria foi criada para um processo chamado Enhanced Oil Recovery (EOR), mas alguns estão conectados a projetos CCS [fonte:Noothout].
p Você pode colocar um pipeline em qualquer lugar, incluindo subterrâneo ou subaquático. Eles podem ser encontrados em diversos ambientes, como desertos, fazendas, cadeias de montanhas e oceanos. [fonte:Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas]. p Dutos podem ser conectados a usinas de processamento ou usinas de energia que dependem de combustíveis fósseis, bem como fontes naturais de CO2. A pureza do suprimento de CO2 de uma linha pode ser afetada pelos tipos de tecnologia usados em sua fonte [fonte:Noothout]. p Em alguns casos, o CO2 pode viajar o mais longe que puder no tubo, em seguida, faça a transição para um caminhão-tanque, navio-tanque ou cilindros pressurizados para terminar sua jornada. Observe que existe o risco de asfixia se uma grande quantidade de CO2 escapar para a atmosfera. Tal como acontece com os tanques que transportam gás natural e outros materiais perigosos, uma boa construção é a chave. Este, e boa condução. p Voltando aos pipelines, eles podem transportar CO2 em três estados:gasoso, líquido e sólido. O CO2 sólido é comumente conhecido como gelo seco, e não é econômico transportar CO2 como um sólido. p Os dutos geralmente transportam dióxido de carbono em seu estado gasoso. O referido gás precisa ser comprimido antes de ser movido do Ponto A para o Ponto B. De acordo com o Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia, a faixa de pressão ideal está entre 1500 e 2200 PSI (ou 10, 342 e 15, 168 KPA). p Os engenheiros devem estar alertas contra impurezas no fluxo de CO2, como sulfeto de hidrogênio e água. Este último é conhecido por corroer oleodutos, mas isso é apenas a ponta do iceberg. Sob alta pressão e baixas temperaturas, a água nessas tubulações pode formar hidratos de gás natural, cristais sólidos que podem obstruir suas linhas. Os cientistas ainda estão desenvolvendo maneiras de lidar com essas impurezas [fontes:Onyebuchi e Bai]. p No mundo da construção, a segurança é uma prioridade. Se um tubo se romper perto de uma área povoada, a liberação repentina de gás CO2 em grandes quantidades pode ter graves repercussões tanto para a saúde pública quanto para o meio ambiente. Para evitar que o equipamento de escavação industrial bata acidentalmente nos tubos, os planejadores podem enterrá-los nas profundezas do solo. Também, quando possivel, colocar oleodutos longe das cidades, cidades e similares podem ser aconselháveis [fonte:Onyebuchi]. p DNV, uma empresa de gerenciamento de risco e garantia de qualidade proeminente com sede na Noruega, lançou novos procedimentos de segurança para dutos de transporte de CO2 em 2021. Enquanto isso, o Health and Safety Executive do Reino Unido agora tem uma extensa lista de diretrizes cobrindo tudo, desde corrosão até o uso do solo. p Os custos do oleoduto flutuam dependendo da rota do oleoduto (através de áreas fortemente congestionadas, montanhas, no mar); a qualidade dos materiais; o equipamento envolvido; quanto trabalho é necessário; e outras despesas. Criaturas de Carbono
Os átomos de carbono representam cerca de 12 por cento de todos os átomos do seu corpo. Para colocar isso em perspectiva, uma pessoa de 80 quilos contém cerca de 14,4 quilos de carbono. Achamos que você concorda que é um número significativo. De todos os elementos necessários para fazer um "corpo humano, "apenas o oxigênio é responsável por mais massa corporal. Além disso, mais de 99 em cada 100 átomos encontrados em nossos corpos são oxigênio, carbono, átomos de hidrogênio ou nitrogênio [fonte:New Scientist].
Como funciona a captura e armazenamento de carbono The Royal Society of Chemistry p Depois de coletar e transportar todo o dióxido de carbono (CO2), vamos precisar de um lugar para colocá-lo. Mas onde? Em algum tipo de unidade de armazenamento gigante? Um enorme tanque no deserto? Precisaremos de mais aterros para armazenar nossos resíduos de CO2?
p Não se preocupe, a resposta a todas essas perguntas é "não". Existem alguns lugares que encontramos para armazenar CO2, incluindo vários subterrâneos. Na verdade, há pesquisas que sugerem que só os Estados Unidos têm espaço subterrâneo suficiente para conter potencialmente 1,8 trilhão de toneladas (1,71 trilhão de toneladas métricas) de dióxido de carbono em aqüíferos profundos, rochas permeáveis e outros lugares semelhantes [fonte:Cunliff and Nguyen].
p Vamos falar sobre a logística do armazenamento subterrâneo. No subsolo profundo, O CO2 pode ser mantido a pressões acima de 1, 057 PSI (72,9 atm) e em temperaturas acima de 88 graus Fahrenheit (31,1 graus Celsius). p Quando essas condições específicas são atendidas, O CO2 se torna supercrítico. Nesse estado, o dióxido de carbono assume propriedades normalmente associadas a gases e líquidos. O CO2 supercrítico tem uma baixa viscosidade, apenas como um gás. Mas ao mesmo tempo, ele também tem a alta densidade de um líquido [fontes:National Energy Technology Laboratory e Imaging Technology Group]. p Porque pode infiltrar-se nos espaços das rochas porosas, uma grande quantidade de CO2 pode ser armazenada em uma área relativamente pequena. Os reservatórios de petróleo e gás são adequados para armazenar CO2, pois consistem em camadas de formações rochosas porosas que retêm petróleo e gás há anos [fonte:Center for Science Education]. p O CO2 é injetado artificialmente em formações rochosas subterrâneas abaixo da superfície da Terra. Esses reservatórios naturais têm rochas sobrepostas que formam uma vedação, mantendo o gás contido. Pode haver riscos para o armazenamento subterrâneo, no entanto, e vamos discutir isso um pouco mais tarde. p As formações de rocha basáltica também são locais atraentes para o armazenamento de CO2. De origem vulcânica, o basalto é um dos tipos de rocha mais comuns na crosta terrestre. Os pesquisadores descobriram que quando o CO2 reage com o magnésio e o cálcio que o basalto contém naturalmente, pode ser transformado em minerais sólidos , especificamente dolomita, calcita e magnesita [fonte:Cartier]. p Então temos depósitos de carvão. As vezes, os que foram descartados como "não exploráveis" podem conter grandes quantidades de CO2 capturado. Dentro, é possível armazenar o gás em pressões mais baixas - e assim economizar dinheiro [fonte:Talapatra]. p Além do armazenamento subterrâneo, também estamos olhando para o oceano para armazenamento permanente de CO2. Historicamente, tem havido muita discussão sobre o potencial de despejar CO2 direto no oceano - em profundidades maiores que 9, 842 pés (3, 000 metros). Tão abaixo da superfície, o dióxido de carbono é realmente mais denso do que a água. Com sorte, o CO2 despejado ficaria preso no local por algum tempo [fonte:Center for Science Education]. p O armazenamento de carbono no oceano ainda não foi testado, e há muitas preocupações sobre a segurança da vida marinha e a possibilidade de que o dióxido de carbono acabe voltando para o meio ambiente. p Próximo, examinaremos algumas dessas preocupações com mais detalhes e descobriremos se a captura e o armazenamento de carbono são uma solução viável para o nosso futuro. Alistando os mares
Um método hipotético de remoção de CO2 foi recentemente proposto por cientistas da Universidade da Califórnia, Los Angeles. O plano envolveria extrair CO2 da água do mar e convertê-lo artificialmente em calcário e magnésio para armazenamento. A água em nossos oceanos contém naturalmente cerca de 150 vezes mais dióxido de carbono do que a atmosfera da Terra. Ao remover o CO2 existente, poderíamos teoricamente induzir a água do mar a extrair mais desse gás de efeito estufa de nossa atmosfera. Chamado de "sequestro e armazenamento de carbono em uma única etapa, "ou sCS 2 , o processo provavelmente exigiria um grande investimento financeiro. (Pensar trilhões de dólares.) [fonte:Lewis].
As instalações de Petra Nova, uma usina a carvão localizada perto de Houston, Texas, é a única instalação de captura e armazenamento de carbono nos Estados Unidos. Segundo consta, ele captura e reaproveita mais de 90% de suas próprias emissões de CO2. Luke Sharrett / Bloomberg via Getty Images p Embora a captura e armazenamento de carbono possam parecer uma solução milagrosa, não é sem preocupação ou controvérsia.
p Começar, É importante lembrar que a captura e armazenamento de carbono (CCS) não é uma licença para continuar emitindo CO2 na atmosfera. Seja o que for que o futuro reserva para o CCS, outros esforços de redução de emissões ainda serão necessários. Contudo, O CCS fornece uma maneira de limpar algumas de nossas usinas existentes.
p De acordo com um relatório de 2020 do Global CCS Institute, existem agora "65 instalações comerciais de CCS em vários estágios de desenvolvimento globalmente." p No entanto, alguns críticos se preocupam com a economia do CCS. Carros elétricos e painéis solares são mercadorias que podem ser comercializadas e vendidas a indivíduos e organizações privadas. Mas em contraste, Encontrar maneiras de monetizar o CO2 capturado tem se mostrado difícil. p Outra desvantagem? As tecnologias CCS atuais realmente requerem muita energia para serem implementadas e executadas. Além do mais, eles dependem da água - e em grande quantidade - para fins de resfriamento e processamento [fontes:Magneschi e Rosa]. p Dada essa necessidade de H2O, Tem havido debates sobre como o CCS pode (ou não) contribuir para a escassez de água. Em 2020, uma equipe liderada por Lorenzo Rosa da Universidade da Califórnia, Berkeley simulou os efeitos da adaptação de todas as grandes usinas termelétricas a carvão do mundo com quatro tipos diferentes de tecnologia CCS. p Para citar seu artigo, que a revista Nature Sustainability publicou em 4 de maio, 2020, "certas geografias carecem de recursos hídricos suficientes para atender às demandas adicionais de água das tecnologias CCS." p E esta é apenas uma das preocupações ambientais que as pessoas levantaram sobre a captura e armazenamento de carbono. p O que acontece se o dióxido de carbono vazar no subsolo? É difícil prever o que o futuro distante reserva para o CO2 que já prendemos abaixo da superfície da Terra. Implementar boas regulamentações - e escolher locais de armazenamento de qualidade - pode fazer uma enorme diferença no futuro. p Existem algumas maneiras possíveis para o CO2 recapturado vazar para a superfície. Ironicamente, os poços construídos para injetá-lo no subsolo, em primeiro lugar, poderiam se tornar uma possível rota de fuga mais tarde. O mesmo pode acontecer com poços de petróleo e gás abandonados - ou falhas naturais [fonte:Dunne]. p Uma projeção de 2018 afirma que os vazamentos são improváveis se "armazenamento bem regulado de forma realista" for colocado em prática. Isso contradiz algumas pesquisas anteriores sobre o assunto [fontes:Dunne e Alcalde]. p Alguns oponentes do CCS acreditam que, viável ou não, o foco está todo errado. Eles dizem que devemos nos concentrar em maneiras de nos livrarmos dos combustíveis fósseis, mas o CCS prolonga a vida das usinas que dependem deles. p Do outro lado da linha divisória, Os apoiadores do CCS acreditam que as energias renováveis são apenas parte da solução. Na visão deles, provavelmente precisaremos combiná-los com a tecnologia de captura de carbono para ter alguma esperança séria de impedir a mudança climática catastrófica. p Ainda há muitas perguntas sobre o papel que a captura e o armazenamento de carbono terão em nos ajudar a aliviar o efeito estufa e combater as mudanças climáticas. Mas uma coisa é certa:as emissões de dióxido de carbono são um problema mundial. Árvores não vão nos salvar
As árvores são definitivamente nossas aliadas na cruzada contra o aquecimento global e as mudanças climáticas. A fotossíntese permite que eles absorvam e armazenem dióxido de carbono, então as plantas agem um pouco como dispositivos CCS totalmente naturais. Infelizmente, os cientistas dizem que não há como plantar árvores suficientes para neutralizar todo o excesso de CO2 que injetamos em nossa atmosfera com a queima de combustíveis fósseis. Além do mais, florestas mais antigas povoadas por uma variedade de espécies de árvores são melhores em bloquear o CO2 do que as mais jovens, mais homogêneos [fonte:Tso].
Originalmente publicado:9 de julho de 2008
