Como o CO2 contribui para o efeito estufa?
O efeito estufa é fundamental para a existência da vida no planeta, como conhecemos hoje. Este mecanismo é responsável por manter a superfície terrestre aquecida.
O Sol emite radiações que alcançam a Terra, sendo que parte destas são refletida de volta ao espaço. A outra parte da radiação penetra na atmosfera, chegando aos continentes e oceanos, e consequentemente aquecendo a terra. No intuito de manter a temperatura equilibrada, sem resfriamento rápido, essa energia irradiada que atingem a superfície terrestre é absorvida, em parte, pelos gases e vapores da atmosfera e isso configura o efeito estufa. Sem ele, estima-se que a Terra seria cerca de 30°C mais fria do que é hoje, transformando-se em um ambiente bem menos adequado à vida humana.
O problema encontra-se no crescimento descontrolado das atividades humanas, elevando os níveis dos GEE, principalmente, o dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Como exemplo de atividades, tem-se: A queima de combustíveis fosseis, emissão de gases de GEE, desmatamento, tratamento de efluentes de forma inadequados, entre tantas outras.
Segundo o relatório da ONU - Environment Programme Emissions Gap Report 2023, as emissões globais de GEE atingiram um recorde em 2022, crescendo 1,2% em relação ao ano anterior. As concentrações atmosféricas de CO2 cresceram para 418 ppm em 2022 e continuarão a crescer até que as emissões anuais sejam reduzidas, o suficiente para serem equilibradas pelas remoções (UNEPEG).
Ciclo do CO2 e como reduzir a sua emissão
Dessa forma, surge a necessidade de buscar alternativas que conciliem o avanço tecnológico ao desenvolvimento sustentável, principalemente para o uso de combustíveis fosseis. É nessa conjuntura que a tecnologia de produção de combustíveis líquidos, a partir do gás de síntese e utilizando a síntese Fischer-Tropsch (FT), pode ser considerada como o refino do futuro. Esta tecnologia permite obter combustíveis para motores a diesel de alta qualidade, nafta petroquímica, bases para lubrificantes e alfa-olefinas de alta qualidade, desprovidos de metais pesados, enxofre, aromáticos e compostos nitrogenados presentes no petróleo (Dry, M. E.; Appl. Catal., A 2004, 276, 1).
A produção de combustíveis líquidos limpos pode, realmente, reduzir a emissão de CO2 na atmosfera? Para responder a está pergunta, faz-se necessário analisar o ciclo de carbono na atmosfera, entender o balanço de massa global do CO2 e propor uma forma de capturá-lo e usá-lo ou armazena-lo.
O dióxido de carbono está presente na atmosfera como um gás. Plantas e animais absorvem e liberam dióxido de carbono através da respiração. Atividades humanas envolvendo combustíveis fósseis, incluindo manufatura, transporte e agricultura, liberam dióxido de carbono na atmosfera em grandes quantidades. Existem também fontes naturais de dióxido de carbono, incluindo vulcões e incêndios florestais. Há microrganismos que quebram matéria orgânica morta consumindo carbono. O carbono também se dissolve em rochas porosas e em água morna do oceano. Ele pode ser "armazenado" em sistemas naturais em longas escalas de tempo, chamados sumidouros de carbono. Reservas subterrâneas de petróleo e gás, ecossistemas ricos em carbono, como florestas e pântanos, e oceanos profundos são alguns dos maiores sumidouros de carbono (USGS).
1. Balanço de massa da atmosfera
Os problemas envolvendo massa, seja de gás, líquido ou sólidos resulta em um balanço material. Nestes sistemas, o estado estacionário é atingido quando não se observa o acumulo de massa, bem como a geração ou consumo de massa dentro do sistema em questão*. De forma análoga, pode-se dizer que o ciclo do carbono não apresenta um balaço de massa em estado estacionário, ou seja, o acumulo de GEE é um pré-requisito para vida. Portanto, um balanço material é simplesmente uma contabilidade de fluxos e alterações para o sistema. A equação do balanço de massa aplicável a processos com ou sem reação química é:
Os balanços materiais podem ser feitos para diferentes materiais, em diversas escalas de tamanho para o sistema e com varios graus de complexidade*. Assim, considerando a atmosfera como volume de controle ou um sistema fechado, tem-se uma imagem para um balanço de massa do CO2 (equivalente).
A representação gráfica do balanço de massa apresenta a distribuição do CO2(equivalente) na atmosfera, bem como suas entradas e saída do sistema. Um ponto em especial, que será considerado neste estudo, é o CO2 proveniente das atividades industriais.
Portanto, o objetivo é caputurar CO2 das atividades industriais, o qual seria descartado para atmosfera e transforma-lo em combustível líquido, fazendo com que as taxas líquidas de emissões nesta atividade sejam reduzidas e, consequentemente, o potencial aumento do efeito estufa. Deste modo, os combustíveis utilizado para geração de energia e transporte seriam produzidos, pelo menos em parte, a partir do CO2 capturado, ao invés do uso combustíveis fosseis. Assim, no balanço global de massa do CO2(equivalente) haverá uma diminuição da emissão para atmosfera.
2. Uma forma de capturar o CO2 e armazena-lo como precursor de energia
Com o objetivo de desacelerar a mudança climática global, reduzindo as emissões de GEE, as capacidades mundiais de fontes de energia renováveis que alimentam a rede elétrica, como a eólica e a solar, estão aumentando constantemente. Sua produtividade flutuante desafia o equilíbrio entre oferta e demanda e requer uma regulamentação flexível do sistema energético. Nesse contexto, tecnologias eficientes de armazenamento de energia são um fator importante para economizar o excesso de energia em períodos de alta produção, que pode ser usado posteriormente, quando necessário.
Os conceitos de Power-to-X (PtX), ou seja, armazenamento de energia química por eletrólise e produção de combustível/químicos, são frequentemente considerados como opções promissoras de armazenamento de energia de longo prazo. Junto com tecnologias de captura de carbono ou fontes de carbono, tais como: reforma com vapor do metano, reforma seca do metano, reforma com CO2 do metano, reforma autortérmica do metano e gaseificação da biomassa e carvão, fornece a alimentação de gás de síntese necessária (CO/H2 ou CO2/H2) para produção de combustível/químico gasoso ou líquido, ou seja, energia. Deste modo, a síntese de Fischer-Tropsch (FTS) não pode ser considerada apenas como tecnologia de armazenamento de energia, mas como uma oportunidade adicional para uma produção de combustível substituto sem a necessidade de recursos fósseis. (FTS)
Segundo Wu et al. (Energy Fuels 2007, 21, 1908), o uso do combustível ecológico gera menos poluentes atmosféricos e contaminantes ambientais, do que o uso de combustíveis convencionais.
De acordo com Kavalov, B. and Peteves, S. D., o combustível ecológico apresenta menor teor de aromáticos e menor geração de materiais particulados (fuligem) durante a combustão, o que representa um ganho em termos de segurança e saúde ocupacional. Também estes combustíveis são mais biodegradáveis, que os derivados de petróleo (60% de degradação em 28 dias, em condições de anaerobiose). (Biomass-to-liquid fuels)
*Himmelblau, D. M., Engenharia Química: Princípios e Cálculos, 4º ed., Prentice-Hall, Rio de Janeiro, 1984.
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