O documento discute o carvão como substituto do petróleo, que está se esgotando. A liquefação de carvão é um processo que converte o carvão em combustíveis sintéticos similares ao petróleo através do processo Fischer-Tropsch. Esse processo envolve a gaseificação do carvão e reações químicas para produzir hidrocarbonetos.

1. BIOLOGIA E GEOLOGIA
2011/2012
1ºSEMESTRE, 3º ANO
RECURSOS MINERAIS E
ENERGÉTICOS
O CARVÃO COMO SUCEDÂNEO
DO PETRÓLEO
Docente: Leal Gomes
Discentes:
Ana Rita Pacheco nº 33715
Cristiana Valente nº 33708
Jessica Silva nº 33705
Filipe Marinha nº 33706
Pedro Veiga nº 33698
Tiago Silva nº 33696

2. Índice
O CARVÃO COMO SUCEDÂNEO DO PETRÓLEO ............................................................................ 2
Liquefacção de carvão ................................................................................................................... 6
Processo químico ...................................................................................................................... 7
Condições do processo.............................................................................................................. 8
Conclusão ...................................................................................................................................... 9
Referências Bibliográficas ............................................................................................................. 9
O CARVÃO COMO SUCEDÂNEO DO PETRÓLEO
Figura 1 – Gráfico com as 20 maiores reservas de petróleo do mundo.
O petróleo é a principal fonte de energia mundial, a sua escassez torna-se cada vez
mais uma realidade (Figura 1). Ao longo dos tempos os países desenvolvidos de uma
forma muito morosa procuraram novas formas de produção de energia, não só pelo
facto de o petróleo estar a acabar, mas também devido a problemas geopolíticos e
ambientais. Tentando deste modo, manter a capacidade produtiva dos países e gastar
menos energia. (1)
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3. Existem projecções que mostram que até 2020 o petróleo continuará a ser a
principal fonte de energia, sendo lentamente substituído por outras fontes
alternativas, como o gás natural, o carvão mineral e ainda, mas em menor escala a
energia nuclear. (1)
A médio prazo, o uso do carvão mineral intensificar-se-á, uma vez que, é a
alternativa economicamente mais viável, sendo a exploração e o transporte factores
que apoiam esta situação, pois os gastos não são muito elevados quando comparados
com as restantes alternativas (Figura 2). O gás natural é muito menos poluente que o
carvão, no entanto, há problemas logísticos por resolver, tais como o seu transporte
desde as áreas de extracção até aos mercados consumidores, que exige gastos
elevados. No futuro, estes problemas serão certamente resolvidos, mas num futuro
mais próximo, o carvão mineral é apontado como o principal substituto do petróleo.
(1)
Figura 2- Gráfico com projecção do consumo mundial de energia por tipo de combustível
O carvão mineral é formado a partir do soterramento e decomposição de restos de
materiais de origem vegetal, que, nestas condições, enriquecem o seu teor em
carbono.
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4. A pressão, a temperatura, as influências tectónicas e o tempo de exposição a estas
condições vão determinar o grau de carbonização destes combustíveis. Ao longo desse
tempo, verifica-se perda de oxigénio e água, associada ao enriquecimento de carbono.
O consumo mundial de carvão esteve em declínio desde os anos 90 do século XX,
mas a partir de 1994 registou-se um aumento da procura no mercado internacional,
devido, em parte, ao florescimento de algumas economias (Figura 3).
Figura 3- Gráfico com a produção global de carvão perspectiva com base num modelo logístico.
Vários especialistas consideram que o carvão mineral é um elemento fundamental
para o desenvolvimento da economia mundial. Por outro lado, a sua importância em
determinados mercados expande-se, tanto em países desenvolvidos, como nos países
em vias de desenvolvimento.
Existem alguns factores que contribuem para a importância desta fonte energética,
como a facilidade de acesso às jazidas, os volumes das reservas existentes, os níveis de
produção, a tecnologia utilizada, entre outros. Estes factores levam a crer que, nos
próximos tempos, uma grande parte da energia eléctrica produzida no mundo use
como combustível o carvão mineral.
Embora se registem as oscilações normais do mercado, o sector do carvão está em
franco crescimento, prevendo-se que esta expansão leve a que o carvão mineral, e os
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5. seus derivados, venha a superar o petróleo como primeira e grande fonte de energia
primária do mundo. (4)
A procura de carvão natural como fonte energética justifica-se com a necessidade
de utilizar fontes energeticamente muito rentáveis, mas com baixos níveis de emissão
de gases para a atmosfera, factor actualmente determinante na avaliação das
matérias-primas usadas pelo homem. No caso da indústria extractiva de carvão, os
gases responsáveis pelo maior impacte ambiental são o dióxido de carbono (CO 2) e o
metano (CH4). (4)
Das reservas mundiais de carvão, cerca de 56% estão na Rússia e 20% nos Estados
Unidos. (2) O carvão representa 24% da energia total a nível global. (3)
No caso dos Estados Unidos, 20% de reservas pode parecer-nos pouco. No
entanto, se a taxa de consumo se mantiver idêntica à actual, os americanos poderão
obter energia a partir do carvão por 1.500 anos. Se triplicarem o consumo, ainda
assim, as reservas durarão 500 anos (Figura 4).
Figura 4- Mapa do mundo com as reservas mundiais de carvão e a sua distribuição em biliões de
toneladas
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6. No que diz respeito à electricidade, os Estados Unidos geram cerca de 50% do seu
consumo a partir do carvão. Ainda assim, este valor poderia ser superior, uma vez que
na Polónia o consumo chega a ser de 96%; na África do Sul, 88%; na China, 78%; e, na
Austrália, 77%. A electricidade gerada a partir do carvão poderia ser combinada com
outros combustíveis para ser utilizada em automóveis e utilitários de pequeno porte, o
que reduziria enormemente a dependência do petróleo.
O grande problema do carvão é a poluição que causa, pela emissão de
gases/elementos poluentes. Contudo, os investimentos na ciência e tecnologia têm
revelado resultados animadores. Com novas técnicas, as centrais termoeléctricas que
usam carvão conseguem controlar a emissão de gases prejudiciais à saúde. (1)
Liquefacção de carvão
A liquefacção de carvão é feita por um processo denominado de Fischer-Tropsch,
processo este desenvolvido por Franz Fischer e Hans Tropsch, em 1923. Esse processo
foi amplamente utilizado pela Alemanha e pelo Japão, na Segunda Guerra Mundial
para produzir combustível. A grande novidade é transformar o carvão em uma fonte
limpa e de baixa emissão de carbono. A primeira etapa é a produção de gás de síntese,
em seguida esse gás é convertido em hidrocarbonetos pelo processo Fischer-Tropsch e
por final os hidrocarbonetos são refinados para obter os produtos finais desejados
(Figura 5).
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7. Figura 5- Esquemática do processo de Fischer-Tropsch
O principal objectivo do processo Fischer-Tropsch é o fabrico de substitutos
sintéticos do petróleo, sendo isto feito habitualmente a partir de matérias-primas
como o carvão, mas também pode-se utilizar o gás natural ou biomassa. O resultado
deste processo são combustíveis que podem ser depois utilizados em motores de
automóveis ligeiros e pesados, assim como nos de algumas aeronaves.
Processo químico
A síntese FT recorre a uma variedade de reacções químicas concorrentes, que
conduzem por sua vez a um conjunto de produtos desejáveis e de subprodutos
indesejáveis. Entre as reacções mais importantes estão aquelas que resultam da
formação dos alcanos:
(2n+1) H2 + nCO = CnH (2n+2) + nH2O
Nesta fórmula a letra n corresponde a um número natural, sendo que o mais
simples (n=1) resulta na formação de metano, as condições do processo e a
composição dos vários catalisadores são em regra escolhidas de forma a favorecer
reacções de ordem elevada (n> 1).
Para além da formação de alcanos, as reacções concorrentes dão também
origem a alcenos, bem como a álcoois e a outros hidrocarbonetos oxigenados.
Outra reacção importante é a reacção de mudança de vapor de água:
H2O + CO = H2 + CO2
Apesar de nesta reacção resultar a formação de CO2 indesejado pode ser
utilizada para alterar o rácio entre o H2 e o CO do gás de síntese a ser usado.
De acordo com os dados publicados sobre actuais infra-estruturas comerciais
que utilizam o processo Fischer-Tropsch, este género de unidades pode emitir até 7
toneladas de CO2 por tonelada de hidrocarboneto líquido produzido. Isto deve-se
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8. sobretudo à grande quantidade de energia necessária pelo processo de gasificação,
mas também ao próprio desenho do processo (Figura 6).
Figura 6- Esquema com as reacções e temperaturas associadas do processo de Fischer-Tropsch.
Condições do processo
O processo Fischer-Tropsch é habitualmente desenvolvido a temperaturas
entre o 150º e os 300ºC. Valores mais altos conduzem a reacções mais rápidas e a
taxas de conversão mais elevadas mas tendem também a favorecer a formação do já
referido gás metano. Por esta razão as temperaturas são mantidas sempre que
possível na metade inferior da margem de erro definida. O aumento da pressão
conduz igualmente a taxas de conversão mais altas e favorece a formação de longas
cadeias de alcanos, ambos desejáveis. As pressões de uso neste processo vão de uma a
várias dezenas de atmosferas. Quimicamente pressões ainda mais altas poderiam ser
favoráveis, mas os seus benefícios podem não justificar os custos adicionais de instalar
e manter equipamento de alta pressão (Figura 7).
Pode ser usada uma grande variedade de composições de gás de síntese. Em
catalisadores baseados em cobalto o rácio ideal de H2 e CO é de 1,8-2,1.
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9. Figura 7- Processo de formação de Fischer-Tropsch.
Conclusão
Ao longo deste trabalho apresentámos factos de que o carvão realmente o
sucedâneo do petróleo, pois nenhuma das outras soluções, actualmente possui
argumentos para combater a “sede” energética mundial.
Espera-se que o futuro próximo nos traga novos desenvolvimentos e avanços
nestas áreas que possibilitem o aparecimento de novas soluções, pois apesar de o
carvão ser uma “boa” solução se for explorado ao ritmo que está a ser explorado o
petróleo actualmente também não vai ser opção por muito tempo.
Referências Bibliográficas
(1)
(2)
(3)
(4)
http://www.comciencia.br/reportagens/2004/12/03.shtml
http://www.antonioermirio.com.br/artigos/energia/03fol536.htm
http://www.biodieselbr.com/destaques/2005/crise-petroleo-peak-oil.htm
http://www.alentejolitoral.pt/PortalIndustria/Energia/Energiastradicionais/Car
vao/Paginas/Carvao.aspx
(5) http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Processo_Fischer-Tropsch
(6) http://www.eumed.net/libros/2009d/610/Liquefacao%20do%20Carvao.htm
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10. Figura 1- http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Reservaspetr%C3%B3leo.gif
Figura 2- http://energianuclearbr.blogspot.com/2010_10_01_archive.html
Figura 3- http://engenheiro.blogspot.com/2010/12/o-peak-oil-e-o-peak-coalchegam-antes.html
Figura
4http://www.pickupau.org.br/mundo/carvao_energia/carvao_energia.htm
Figura5- http://blog.cafefoundation.org/?attachment_id=2576
Figura 6https://www.biofuelsdatabase.org/wiki/index.php5/Fischer-Tropsch_Pathway
Figura 7http://www.syngas.com.au/staging/index.php?option=com_content&task=vie
w&id=1113&Itemid=1121
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