COMBUSTÍVEIS , ENERGIA E AMBIENTE

1. COMBUSTÍVEIS , ENERGIA E AMBIENTE

2. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS • O carvão , o petróleo e o gás natural tiveram a sua origem geológica há cerca de 300 milhões de anos : são o resultado de uma lenta sedimentação de organismos vivos, denominando-se combustíveis fósseis .

3. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Os combustíveis actualmente utilizados são ainda, fósseis: o que a natureza produziu em 300 milhões de anos, os humanos consomem/consumirão em cerca de 300-350 anos.

4. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • No século XVIII o carvão era a fonte de energia mais utilizada , tendo servido de base à Revolução Industrial. • No final do século XIX , o carvão começou a ser utilizado para a produção de electricidade: aparecem as primeiras centrais térmicas. • Só no século XIX o petróleo e o gás natural tornaram- se combustíveis essenciais para o Homem , o que permitiu a realização da Segunda Revolução Industrial.

5. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISComo se formou o carvão? • Há cerca de 300 milhões de anos, a Terra encontrava-se coberta de florestas e de pântanos.

6. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISComo se formou o carvão? • Folhas, raízes, troncos e até árvores caíam nos pântanos, onde a água os protegia, impedindo que reagissem com o oxigénio. Esta matéria transformava-se, ao fim de milhares de anos, em turfa.

7. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISComo se formou o carvão? • Lenta e progressivamente , foi-se formando camadas de materiais vegetais mortos, que iniciou o processo de decomposição e submergiu nas águas ácidas dos pântanos circundantes.

8. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • A escassez de oxigénio impediu a continuação da decomposição por bactérias aeróbicas e , ao longo de milhões de anos, a acção do calor e da pressão provocada pela crescente quantidade de terras e rochas supra jacentes deu início a um processo de transformação daquele material em carvões com teores em carbono crescente.

9. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISComo se formou o carvão? • A turfa , considerada «carvão pedra» inacabado, demora aproximadamente 20 000 anos a formar-se e é constituída por cerca de 56% de carbono. • A cobertura da turfa , por sedimentos , conjugadas com acções de metamorfismo , deu origem ao carvão . Foi o início do processo de formação das jazidas carboníferas . As jazidas de carvão encontram-se a profundidades menores do que as jazidas de petróleo.

10. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS • Quanto maior o teor em carbono, maior o “poder” energético dos diferentes estádios do carvão.

11. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • O carvão , rocha combustível que teve origem na decomposição e acumulação de plantas no interior da Terra, é o combustível fóssil mais abundante no nosso planeta. • O principal elemento combustível do carvão é o carbono sólido , mas a maioria dos carvões contém compostos de carbono líquido e gasoso.

12. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • No início do século XIX, o carvão extraía-se em pequenas quantidades. Actualmente, as jazidas carboníferas são exploradas em larga escala. • Normalmente as minas de carvão encontram-se a 200 ou 300 metros de profundidade, mas muitas vezes é necessário perfurar poços de 1000 metros ou mais.

13. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • Quanto maior a pressão , maior o teor em carbono. • Quanto mais profunda a jazida, melhor é a qualidade do carvão. • A extracção do carvão é feita em galerias dispostos horizontalmente, que também servem como vias de transporte.

14. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • A extracção do carvão a céu aberto quando as minas se encontram próximas da superfície é menos dispendiosa , embora em termos paisagísticos e ambientais seja mais nociva. • O transporte do carvão é feito, geralmente em vagões, posteriormente é classificado consoante o seu tamanho.

15. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISCarvão • O carvão é um sólido de origem natural , formado por plantas fossilizadas de cor castanho-escuro e negra , usada como combustível que apresenta as seguintes vantagens: - preço; - queima relativamente limpa; - disponibilidade imediata.

16. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISPetróleo • Os valores elevados de pressão e temperatura exercidos sobre essa máteria orgânica causaram reacções químicas complexas de que resultou o precioso líquido (ouro negro) que é o petróleo, associado a outros recursos como o gás natural (metano e etano).

17. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISComo se formou o petróleo • Há milhões e milhões de anos, as muitas espécies de peixes e de microrganismos que povoavam os mares, depois de mortos , depositavam-se no fundo, originando um lodo rico em matérias orgânicas. • Se a matéria orgânica, ou biomassa , depositada ficar coberta, encontrando-se num meio pobre em oxigénio (anaeróbico) e bactérias, sedimenta-se e transforma-se numa rocha-mãe.

18. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISComo se formou o petróleo • O petróleo é formado por decomposição anaeróbica (sem oxigénio) de sedimentos orgânicos à base de carbono em determinadas condições de pressão e temperatura. • A sua formação dura milhões anos.

19. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISPetróleo • O aparecimento de petróleo ocorre em profundidades que variam desde algumas dezenas de metros até centenas ou milhares de metros. • De acordo com a profundidade a que se encontra o petróleo e o gás natural torna-se necessário utilizar alta tecnologia na perfuração dos poços e na bombagem para efectuar a extracção propriamente dita tanto em on-shore (em terra) como em off-shore (no mar).

20. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISPetróleo/gás natural • O gás natural pode ser encontrado em jazidas de petróleo e carvão. • O gás natural encontra-se na parte superior das jazidas de petróleo devido à sua baixa densidade. • O petróleo e o gás natural são misturas de hidrocarbonetos.

21. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISGás natural • O gás natural, terceiro combustível fóssil mais importante, é uma mistura de gases cujo principal constituinte é o metano, CH4 , presente numa percentagem entre 70 a 95 %. • Este combustível está associado a outros alcanos, como o etano , o propano , o butano, etc. , ao azoto N2 , ao dióxido de carbono, CO2, e ao sulfureto de hidrogénio , H2S. O CO2 e o H2S são eliminados no local de extracção.

22. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISAplicações do gás natural • O gás natural tem vantagens sobre os outros combustíveis fósseis , nomeadamente: - maior poder térmico - é mais fácil de utilizar; - arde e apaga-se muito rapidamente; - comprime-se com facilidade; - é inodoro.

23. COMBUSTÍVEIS FÓSSEISVias de transporte • Transporte de carvão – comboio meio mais adequado , embora se utilizem camiões e barcos. • Transporte de petróleo – Pipeline( oleduto ) , barco e camião-tanque . • Transporte de gás natural – mais habitual é através de pipelines , contudo existem situações em que é necessário utilizar os barcos .

24. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS • Quer no caso do carvão quer no do petróleo, os processos de extracção começam por ter em conta os dados fornecidos pelos geólogos sobre as áreas onde se julga haver quantidades comercialmente aproveitáveis.

25. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS • Os combustíveis fósseis diferem no seu aspecto físico, no entanto, têm em comum na sua constituição carbono e hidrogénio. • Uma das características de um combustível fóssil é que, uma vez queimado, não é possível voltar a utilizá-lo.

26. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS • Portugal não possui reservas de petróleo e a exploração de minas de carvão cessou em 1994 . • O gás natural instalado recentemente para uso doméstico provém da Argélia , no norte de África, de onde vem através de gasodutos com milhares de quilómetros . • Os combustíveis fósseis não estão, naturalmente, distribuídos uniformemente pelos vários países.

27. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS“Crise de energia” • A maneira como os recursos energéticos estão repartidos na Terra é uma possível origem de problemas.

28. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS“Crise de energia” • A chamada “crise de energia” não é só uma questão de escassez de recursos , mas também de escassez de investimento em fontes alternativas e de tecnologia de rentabilização dos processos , de modo a diminuir e a recuperar a energia degradada.

29. DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS • O petróleo bruto ou crude é uma mistura de muitos compostos moleculares que é preciso fraccionar (é o objectivo da destilação) e transformar quimicamente ( através de operações de cracking térmico e cracking catalítico) para obter os produtos de uso comum.

30. DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS • O tratamento do petróleo é feito nas refinarias de petróleo e processa-se em quatro fases: • destilação fraccionada, • cracking, • cracking catalítico • refinação.

31. DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS • Nem todos os produtos que se obtêm pela destilação fraccionada do petróleo são directamente utilizáveis. Para satisfazer as necessidades em combustíveis e em matérias-primas para o fabrico de plásticos, recorre-se a tratamentos complementares, como o cracking e o cracking catalítico.

32. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking) • As reacções de cracking são reacções onde as moléculas dos hidrocarbonetos de cadeia longa se «quebram», originando moléculas de cadeia mais curta. • A ruptura das moléculas faz-se em determinadas condições de temperatura e pressão e na presença de catalisadores.

33. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO • Cracking por desidrogenação: CH3 – (CH2)6 – CH3 H2 + CH3 – (CH2)5= CH2 Octano Oct - 1 - eno

34. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) • O cracking catalítico utiliza-se quando se pretende obter gasolina normal e super a partir de óleos pesados. • A operação efectua-se a cerca de 500ºC, a uma pressão próxima da pressão atmosférica e na presença de um catalisador muito ácido.

35. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) • Estas reacções dão origem, principalmente, a alcanos mais «leves» (com cadeia carbonada menor), lineares ou ramificados , assim como a alcenos numa percentagem de 5 a 8%. • Antigamente utilizavam-se o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico; mais tarde usaram-se argilas e géis mistos de SiO2.

36. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) • Hoje empregam-se quase exclusivamente zeólitos ( aluminosilicatos ) sintéticos. • Os zeólitos naturais são minerais comuns de composição semelhante à argila ( Si-O-Al) . Podem ser muitos ácidos . O seu carácter ácido é tanto maior quanto maior for a proporção Al/Si.

37. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO ( cracking catalítico ) • Os zeólitos sintéticos imitam a estrutura em canais dos zeólitos naturais.

38. CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO ( cracking catalítico ) • A sua importância deve-se à sua estrutura. Os zeólitos naturais são constituídos por uma rede de canais, o que faz com que sejam catalisadores muito selectivos.

39. Gasolinas de Inverno e de Verão • A gasolina não tem sempre a mesma composição, sendo adaptada às temperaturas ambientes. • No Inverno , as gasolinas têm maior concentração de componentes voláteis para garantirem boas condições de detonação. • No Verão , diminui-se a concentração dos componentes mais voláteis , evitando a perda de combustível, o mau funcionamento dos motores.

40. Os aditivos da gasolina • A gasolina é uma das fracções obtidas na destilação do petróleo bruto que mais impacto tem na sociedade actual. • Na sua constituição existem hidrocarbonetos de cadeia curta, cujo número mínimo de carbonos é quatro e o número máximo de átomos de carbono é doze. Para cumprir todos os requisitos legislados, é necessário a adição de outros componentes (aditivos).

41. Os aditivos da gasolina • Os aditivos têm como objectivo aumentar o índice de octanas e diminuir a poluição atmosférica. • Os aditivos oxigenados , cujo efeito é aumentar o índice de octanas, são: Metanol Etanol MTBE  2-metoxi-2-metilpropano

42. Índice de octano na gasolina O índice de octano relaciona a quantidade de iso-octano (2,2,4 –trimetilpentano) com a quantidade de n-heptano presente na gasolina, dando informação relativa quanto à capacidade do combustível ficar sujeito à auto-ignição.

43. Temperatura de igniçãoFlashpoint • Temperatura de ignição – Temperatura à qual os vapores desprendidos entram em combustão espontânea, independentemente de qualquer chama. • Flashpoint – Temperatura mínima à qual os vapores desprendidos se inflamam na presença de uma chama, apagando-se em seguida (quantidade de vapores insuficiente para estimular a combustão).

44. Índice de octano na gasolina • Os valores limite do índice de octano são: 100 – associado ao iso-octano – baixa tendência para a auto-ignição – maior rendimento da combustão interna. 0 – associado ao n-heptano , tem tendência para a auto-ignição – baixo rendimento da combustão interna.

45. Substâncias indesejáveis na gasolina • Com o objectivo de aumentar o rendimento da gasolina, esta contém outros componentes para além dos hidrocarbonetos de cadeia linear , que são indesejáveis para o ambiente. Esses componentes são o enxofre, o chumbo, o benzeno entre outros hidrocarbonetos aromáticos.

46. Substâncias indesejáveis na gasolina • O enxofre , durante a combustão , origina óxidos de enxofre provocando o aumento da poluição atmosférica e , consequentemente , o aumento da acidez das chuvas. • O chumbo, como é um metal pesado, é muito poluente e foi eliminado da composição da gasolina sendo substituído por aditivos oxigenados.

47. Os combustíveis gasosos,sólidos e liquidos - GPL • Os combustíveis gasosos, são combustíveis liquefeitos devido à elevação da pressão e armazenam-se em garrafas ou tanques. • O butano , o propano e o gás de cidade , cujo componente maioritário é o metano , são combustíveis gasosos.

48. Impacte ambiental da Industria Petroquímica • Poluição das águas do mar – derrames de crude que têm origem em acidentes com petroleiros , fugas de crude ou combustível , lavagens ilegais de tanques , provocam as marés negras que afectam diferentes ecossistemas marítimos.

49. Impacte ambiental da Industria Petroquímica • Poluição atmosférica – emissão de gases , como o dióxido de carbono ou óxido de enxofre e azoto, devido á queima dos diferentes combustíveis, provenientes do crude, do carvão ou do gás natural. Este tipo de poluição provoca acidificação das chuvas e o aquecimento global do planeta.

50. Impacte ambiental da Industria Petroquímica • O limite dos recursos naturais , que permitem a extracção de petróleo e outros combustíveis, está a suscitar preocupação a nível mundial, devido: - à diminuição drástica das reservas conhecidas; - à instabilidade política em diversas regiões produtoras de petróleo. - à elevada dependência relativamente aos combustíveis fósseis, em particular ao petróleo; - ao aumento das necessidades energéticas;