A atividade industrial é um grande emissor de CO₂. Crédito:Shutterstock
Reconhecida pela comunidade científica como a principal causa do aquecimento global, CO 2 os níveis na atmosfera continuam a subir, conforme confirmado pelo relatório de novembro de 2019 da Organização Meteorológica Mundial.
A principal causa deste aumento é a atividade industrial e econômica induzida pelo homem, emitindo aproximadamente 35 bilhões de toneladas (35 Gt) de CO 2 por ano em todo o mundo, ao qual devemos somar os efeitos do desmatamento e da urbanização do solo (6 Gt por ano).
A vegetação e os oceanos desempenham seu papel de sumidouros naturais, absorvendo mais da metade dessas quantidades, mas o excedente continua a se acumular na atmosfera ano após ano e está causando um aumento implacável do CO 2 níveis.
Armazenamento geológico de CO₂
A solução óbvia e obrigatória é reduzir nosso CO 2 emissões. Isso significa uma redução drástica no uso de combustíveis fósseis (petróleo, gás, carvão), em paralelo com o desenvolvimento de fontes e vetores alternativos de energia (solar, vento, geotérmico, biomassa, hidroeletricidade, hidrogênio, etc.).
Contudo, essa mudança não acontecerá da noite para o dia e requer medidas de acompanhamento, um dos quais é capturar o CO atmosférico 2 e armazená-lo no subsolo, de onde o carbono veio originalmente. Esta tecnologia é conhecida como CO 2 captura e armazenamento (CCS).
CCS consiste em capturar o CO 2 contido no gás de combustão de plantas industriais, em seguida, injetando-o profundamente no subsolo (1, 000 metros ou mais) através de um poço dedicado. O CO gasoso 2 é comprimido antes da injeção em um estado mais denso (mas ainda mais leve que a água), possibilitando assim sua injeção em grandes quantidades. O local de armazenamento é cuidadosamente selecionado para que o CO 2 permanece permanentemente preso e normalmente consiste em um reservatório de rocha porosa com espaços entre os grãos (poros) contendo água salgada (não potável). É recoberto por uma camada de rocha impermeável, evitando qualquer aumento em direção à superfície da porção de CO 2 não preso nos poros da rocha ou dissolvido na água salgada.
A tecnologia CCS é comprovada e está pronta para ser implantada em grande escala. A data, 19 instalações CCS de grande escala estão operacionais em todo o mundo, evitando a emissão de aproximadamente 40 milhões de toneladas (40 Mt) de CO 2 por ano. Apesar disso, O CCS está se mostrando muito lento para decolar no nível necessário para cumprir as metas globais de redução de emissões, e isso apesar de mais de 40 anos de experiência operacional e do fato alarmante de que os especialistas em modelagem climática contam com a CCS para contribuir com 14 por cento para o pacote global de soluções climáticas (OECD / IEA ETP 2017, p. 31). O custo das operações e a infraestrutura relativamente pesada para instalar explicam parcialmente esta situação, bem como a falta de apoio político, mas precisamos encontrar maneiras de liberar esse impasse.
BRGM esteve envolvido em vários projetos de pesquisa sobre CCS nos últimos 25 anos. Desde 2013, no entanto, A BRGM e seus parceiros estão trabalhando em uma nova opção de CCS que é mais simples de implementar, menos caro e adequado para redução de escala para que possa ser aplicado localmente para reduzir CO 2 emissões de "pequenas" instalações industriais.
Trazendo uma solução para "pequenos" poluidores industriais
Para cumprir as metas do Acordo de Paris, precisamos de toda a gama de ações de redução de emissões, e isso independentemente da escala. Na França, CO 2 as emissões hoje representam um pouco menos de 1 por cento das emissões globais (ou seja, 2 -emissões "> 338 Mt de CO₂ por ano), dividido em 31 por cento para a indústria, transformação e desperdício de energia (as fontes que podem ser tratadas pelo CCS), 31 por cento para transporte, 19 por cento para agricultura e 19 por cento para habitação.
Contudo, quase 84 por cento dos emissores industriais franceses são "pequenos, "ou seja, emitindo menos de 150, 000 toneladas (150 kt) de CO 2 por ano, a média sendo 38 kt de CO 2 por ano. Apesar disso, quando tudo somado, esses pequenos ou muito pequenos emissores pesam coletivamente quase 32 Mt de CO 2 por ano, o que não é nada para se encolher.
Contudo, esses sites estão espalhados por todo o país, tornando a solução CCS convencional inacessível para eles; é impossível reunir várias unidades de captura pequenas e caras para transportar quantidades significativas de CO 2 para um único local de armazenamento necessariamente remoto. CCS, conforme implantado no mundo hoje, armazena quantidades da ordem de um milhão de toneladas de CO 2 por ano e por site, o que é pelo menos 25 vezes mais do que a média de emissões de pequenas instalações como as da França.
Representação 3D de um site CO₂-Dissolvido. Crédito:BRGM
Armazenamento de CO₂ combinado com aquecimento:um elo perdido
A solução CO₂-Dissolvido, desenvolvido por BRGM, propõe uma nova abordagem para CAC perfeitamente adaptada a esses pequenos emissores industriais. Uma diferença principal é que o CO 2 é armazenado totalmente dissolvido na água salgada de um aqüífero profundo, em oposição à abordagem convencional onde CO 2 é compactado em um estado denso.
Para fazer isso, a água é bombeada do reservatório profundo por meio de um poço de produção antes de ser reinjetada de volta no subsolo por meio de um segundo poço de injeção, após a dissolução do CO 2 capturados na planta industrial. Juntos, esses dois poços constituem o que é chamado de "dupleto, “idênticos aos dobletes usados na exploração geotérmica profunda. Essa semelhança de infraestrutura permite extrair simultaneamente o calor contido na água bombeada do reservatório.
Esta sinergia de subsuperfície - armazenamento de CO 2 e extração de calor - aumenta a economia do CO 2 - Operação dissolvida em comparação com CCS convencional, desde que a energia recuperada possa ser explorada localmente. Fornecimento de uma rede de aquecimento para edifícios, seja habitação coletiva ou individual, serviços ou edifícios corporativos, é um bom exemplo de como usar o calor produzido. Desta maneira, poderíamos armazenar CO industrial 2 enquanto aquecemos nossas casas, e tudo graças a uma fonte de energia quase livre de carbono que substitui formas de aquecimento mais convencionais e menos ecológicas (o aquecimento é responsável por quase 20 por cento do CO 2 emissões na França).
Como funciona o CO₂-Dissolvido
O CO 2 -O conceito dissolvido surgiu inicialmente pelas vantagens que oferece para a gestão de um local de armazenamento. De fato, com a abordagem CCS convencional, o aumento da pressão do reservatório induzido pela injeção maciça de CO 2 requer monitoramento contínuo do site para garantir que não exceda certos limites. O CO 2 -A abordagem dissolvida evita qualquer aumento de pressão, extraindo e reinjetando a mesma quantidade de água de / para o reservatório.
De forma similar, com injeção no reservatório do CO 2 em um estado dissolvido ao invés de gasoso, evitamos qualquer tendência do CO 2 para subir naturalmente, e, portanto, qualquer risco potencial de vazamento de CO 2 em direção à superfície e contaminação de aquíferos rasos usados para abastecimento de água potável. A água contendo o CO dissolvido 2 é na verdade ligeiramente mais densa do que a água do reservatório e tende a afundar até o fundo do reservatório. Isso, por sua vez, reduz a necessidade de controle rigoroso de possíveis rotas de fuga preferenciais, nomeadamente os poços e a cobertura de rocha impermeável.
Outra vantagem, em comparação com CCS convencional, reside na infraestrutura simplificada e sua adequação para aplicação local, evitando assim a necessidade de construir redes de dutos para transportar o CO 2 das instalações industriais emissoras para o local de armazenamento.
Localização dos locais industriais de baixa emissão de CO₂ sobrepostos às áreas geotérmicas mais favoráveis (em azul) na França. Crédito:BRGM
Estudo de caso:verdadeiro potencial na França
Para o CO 2 - Tecnologia dissolvida para ser aplicada a uma planta, duas condições básicas devem ser atendidas.
Em primeiro lugar, o subsolo sob a planta industrial deve ter as características hidrogeológicas e térmicas necessárias para permitir a exploração geotérmica; tipicamente, taxas de fluxo de bombeamento / injeção da ordem de 200 a 350 m 3 / he temperatura da água entre 40 e 90 ° C.
Em segundo lugar, o limite de solubilidade do CO dissolvido 2 concentração (da ordem de 50 kg de CO 2 / m 3 de água) não deve ser excedido, para garantir que o CO 2 permanece armazenado na forma totalmente dissolvida (ou seja, sem bolhas de gás). Essas restrições técnicas significam que a quantidade de CO 2 injetado deve ser mantido abaixo de 10 a 17 toneladas por hora, com valores de taxa de fluxo de água como aqueles mencionados acima, que corresponde a uma capacidade máxima de armazenamento de cerca de 150 kt CO 2 por ano. Isso explica porque essa tecnologia é adaptada para pequenos emissores, como acima mencionado, e, portanto, oferece uma perspectiva de baixo carbono para um setor industrial que atualmente tem poucas ou nenhuma outra alternativa.
Para entender melhor o potencial de implantação do CO 2 -Tecnologia dissolvida em toda a França, sites industriais com baixo CO 2 emissões (menos de 150 kt por ano) foram mapeadas e sobrepostas a zonas de reservatórios profundos com potencial geotérmico (em azul, veja o mapa). Entre esses sites, amplamente distribuído pela França, 437 estão localizados nas zonas azuis e são, portanto, potencialmente compatíveis com o CO 2 -Abordagem dissolvida. Juntos, esses locais emitem cerca de 17 Mt de CO 2 anualmente, o que representa mais de 12% das emissões industriais francesas. Pequenas ações quando combinadas podem dar resultados significativos.
Não só o armazenamento dessas emissões melhoraria substancialmente a pegada de carbono dessas indústrias, mas a vantagem adicional de usar a energia geotérmica como meio de aquecimento e, assim, substituir as energias dos combustíveis fósseis, reduziria ainda mais a conta ambiental.
O trabalho em andamento visa preparar o primeiro CO 2 testes de injeção em um dupleto geotérmico existente. Isso irá validar a essência do CO 2 -Conceito dissolvido, testando em particular o dispositivo de injeção e os métodos de monitoramento contínuo do CO 2 dissolução na água do poço de injeção. A próxima etapa será implementar, em um site industrial, um primeiro demonstrador de toda a tecnologia.
Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original. 
