Outro processo intermediário do ciclo biológico, o qual representa remoção de carbono da atmosfera, ocorre quando a fotossíntese excede a respiração e, lentamente, a matéria orgânica forma depósitos sedimentares que, na ausência de oxigênio e ao longo de milhões de anos, se transformam em combustíveis fósseis.
Os incêndios (naturais) são um outro elemento do ciclo rápido que adicionam CO2 para a atmosfera ao consumir a biomassa e matéria orgânica e ao provocar a morte de plantas que acabam por se decompor e formar também CO2.
Influências humanas[editar | editar código-fonte]
O armazenamento de carbono em depósitos fósseis supõe, na prática, uma diminuição dos níveis atmosféricos de dióxido de carbono. Estes depósitos estão estimados entre 4.000 e 10.000 Gt, e não figuram no ciclo rápido do carbono. No entanto as atividades antropogénicas (humanas), principalmente a queima de combustíveis fósseis e a desflorestação, têm vindo a incorporar fluxos de carbono novos no ciclo biológico provenientes destes depósitos, com significativa influência no ciclo global do carbono.
Estas atividades transferem mais CO2 para a atmosfera do que aquela que é possível remover naturalmente através da sedimentação do carbono, causando assim um aumento das concentrações atmosféricas de CO2 num curto período (centenas de anos). Esta influência humana, iniciada principalmente há 200 anos, quando a concentração de CO2 atmosférico se situava nas 280 ppm (0,028% da composição global da atmosfera), provocou, um aumento significativo da concentração de CO2, tendo atualmente ultrapassado as 400 ppm (mais de 30% em apenas 200 anos).
Estes valores situam a concentração presente como a mais elevada dos últimos 650.000 anos e talvez superior à registada há 20 milhões de anos atrás.
Nem todo o CO2 emitido antropogenicamente fica retido na atmosfera. A taxa anual de emissões antropogénicas durante a década de 1990 situou-se, em média, nos 6,3 Gt. No entanto, no mesmo período, a concentração de CO2 atmosférico aumentou, em média, 3,2 Gt por ano. Isto deve-se, em parte, ao aumento da difusão do CO2 nos oceanos, que passaram a absorver cerca de 1,7 Gt por ano dos 6,3 Gt emitidos. As restantes 1,4 Gt por ano estimam-se que estejam relacionadas com processos na superfície da terra. Esta última parcela tem duas componentes: a alteração da utilização dos solos, principalmente desflorestação, que reduz a taxa de absorção de CO2 dos solos e outra parcela, ainda em estudo, que pode ter diferentes origens, entre as quais o aumento da taxa de absorção das plantas correspondente a um aumento da concentração atmosférica de CO2. Outro cenário possível é o recrescimento das florestas no Hemisfério Norte (em especial da floresta Boreal), que sofreu desflorestação no século passado. No entanto para esta parcela ainda está por determinar concretamente, sendo necessária investigação científica para obter novos dados que expliquem melhor este fenómeno. Mesmo o ciclo global de carbono é composto por diversas variáveis, as quais continuam a ser estudadas de forma a poder obter mais precisão nos modelos que determinam as influências antropogénicas neste ciclo.
Apesar das incertezas, pode ser obtida uma conclusão importante e quantificável: as actividades humanas influenciam o ciclo global do carbono. Ao retirar carbono armazenado nos depósitos de combustíveis fósseis a uma taxa muito superior à da absorção do carbono pelo ciclo, as actividades humanas estão a potenciar o aumento das concentrações de CO2 na atmosfera e, muito provavelmente, influenciar o sistema climático global.
Segundo o Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas das Nações Unidas (IPCC), existem diversos cenários de aumento da temperatura do ar da superfície terrestre até 2090-2099, em relação a 1990-1999, apontando para um cenário baixo de 1,8 °C e um cenário alto de 4,0 °C.
Uma outra conclusão significativa que pode ser retirada da análise do ciclo global do carbono é a do elevado potencial de algumas florestas para capturarem o carbono atmosférico, tanto no manto vegetal como na matéria orgânica do solo, o que aumenta a importância da manutenção de ecossistemas com grandes quantidades de biomassa e solos estáveis, com os objectivos de certas florestas se tornarem sumidouros de carbono a médio/longo prazo e outras não se tornarem "fontes" de carbono.
As consequências da queima dos combustíveis fósseis como mudanças climáticas, efeito estufa e desertificação foram objecto de um convénio aprovado em Nova York em 9 de maio de 1992 , e subscrito no Rio de Janeiro, por diversos países, na data de 11 de Junho de 1992, durante a Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o Desenvolvimento) e que culminou no Protocolo de Quioto.
Serviços ambientais associados[editar | editar código-fonte]
| Serviço ambiental | Referências |
|---|---|
| Captura de carbono |
A Biosfera captura mais de 4 mil milhões de toneladas de Carbono por ano (Prentice e tal 2001), divididas por:
|
| Regulação do ar | Regulação da composição química da atmosfera através do balanço CO 2/O 2. |
| Regulação do clima | O CO 2 é o elemento principal do efeito de estufa, que permite a manutenção da temperatura média da superfície terra perto dos 15 °C. Sem o efeito de estufa a Terra seria um local bem "menos agradável" para viver, com temperatura a rondar os –18 °C. Por outro lado, um aumento "descontrolado" dos GEE, originaria um aumento da temperatura da superfície terrestre para níveis insuportáveis para muitas espécies. |
| Fornecimento de combustíveis fósseis |
O carbono orgânico contido na litosfera está armazenado em depósitos de combustíveis fósseis. O processo de origem está integrado no ciclo geológico do carbono.
Na actualidade os combustíveis fósseis são explorados intensivamente, fazem parte dos recursos não renováveis, e são a principal origem das emissões antropogénicas de CO 2.
|
| Fornecimento de cimento e outros materiais de construção (pedras calcárias) |
Com origem nos sedimentos (rochas calcárias), que foram formadas no ciclo geológico pela deposição de sedimentos e organismos marinhos mortos, depositados no leito do mar.
A utilização de pedra calcária, seja no cimento ou em outros processos de construção, também aporta para as emissões antropogénicas de CO 2.
|
| Turismo | O CO 2 faz parte essencial do processo de crescimento das plantas e árvores (fotossíntese) e dos corais proporciona o desenvolvimento de áreas para o lazer e para o turismo. |
| Produção piscícola | Associado ao desenvolvimento das zonas coralíferas, onde prolifera a vida aquática, contribuído para os stocks de pesca e para a biodiversidade. |
| Produção de madeira (efeito "fertilizante") | Sendo um dos elementos principais da fotossíntese o CO 2 pode ter um efeito positivo no crescimento das plantas. |
| Produção de alimentos | Produção de alimentos, directamente consumidos pelos humanos, ou indirectamente, através dos herbívoros. |
Captura do carbono[editar | editar código-fonte]
Captura natural[editar | editar código-fonte]
Um dos serviços mais importantes do ecossistema, relacionado com o ciclo do Carbono, é a captura do CO2 por diferentes elementos que compõe a Biosfera. O aumento das emissões antropogénicas de CO2 tem vindo a ser absorvidas pela atmosfera, pelos oceanos e pelas florestas e outras espécies vegetais. O aumento do CO2 na atmosfera traz como consequência o aumento do efeito de estufa, originando as alterações climáticas. Com o aumento do CO2 atmosférico, também aumenta a absorção dos oceanos tendo como consequência a acidificação dos oceanos, e eventuais efeitos nos ecossistemas marítimos (corais, peixes, etc.). A última parcela é absorvida pelas florestas (biomassa), as quais podem ser utilizadas como sumidouro de carbono (através da fotossíntese).
Numa visão de Sustentabilidade Forte, através de estratégias de reflorestação seria possível diminuir as actuais concentrações de CO2 na atmosfera, que já ultrapassaram as 400 ppmv, até níveis pré-Revolução Industrial, i.e., perto das 280 ppmv . No entanto, mesmo maximizando a actividade de reflorestação nos próximos 50 anos, apenas seria possível reduzir cerca de 15-30 ppm (IPCC 2000). Desta forma a redução das concentrações de CO2 atmosférico devem ser complementadas também por um serviço de capital humano: sistemas de captura e armazenamento de CO2 (CCAC). Este tipo de serviços podem ser considerados como uma solução de sustentabilidade forte, quando estiverem a anular efeitos de emissões de CO2 de todos os sectores antropogénicos, menos da "mudança da uso dos solos",. Só no caso de estarem a substituir os efeitos causados pela redução do capital natural (desflorestação, incêndios, eliminação de prados, etc.), por acção humana é que poderá ser considerado como sustentabilidade fraca.
Capital humano: sistemas de captura e armazenamento de CO2 (CAC)[editar | editar código-fonte]
O CAC consiste na separação do CO2 emitido pelas indústrias, no seu transporte para o local de armazenamento e no seu sequestro a longo prazo.
As centrais elétricas e outros processos industriais de grande escala são os principais candidatos para este sistema.
Atualmente não existe uma solução tecnológica única para este tipo de sistemas, estando prevista uma carteira de opções tecnológicas que se adaptarão dependendo das situações.
A tecnologia atual permitiria capturar entre 80-90% do CO2 produzido numa central eléctrica, mas tem como conseqüência um aumento da produção de CO2 devido à redução da eficiência (existe um aumento da energia necessária, entre 10 a 40%, para poder implementar o processo de CAC).
O processo de CAC é constituído pelas seguintes fases:
- Captura
- Transporte
- Armazenamento (sequestro)
Captura[editar | editar código-fonte]
Existem três tecnologias principais de captura:
| Processo | Princípio de Funcionamento | |
|---|---|---|
| Oxigênio-gás | Estes sistemas utilizam o oxigénio em vez do ar, que é maioritariamente composto por Nitrogénio (78%), para a combustão do combustível primário, com o objectivo de produzir um gás de combustão composto principalmente por água e CO2. Isto dá origem a um gás de combustão com altas concentrações de CO2 (superior a 80% do volume) uma vez que não existe Nitrogénio neste processo. Posteriormente, o vapor de água é retirado por arrefecimento e aumento da pressão.
Este processo requer uma separação prévia do oxigénio do ar, para obter um gás com uma pureza de 95 a 99%. O desafio é como separar o oxigénio do resto do ar. As estratégias são semelhantes às usadas para separar CO2. O ar pode ser arrefecido, para que o oxigénio se liquefaça. Membranas onde passa oxigénio e nitrogénio a diferentes taxas podem provocar a separação. Há também, materiais que absorvem o nitrogénio, separando-o, do oxigénio.
A aplicação destes sistemas em caldeiras está actualmente em fase de demonstração e a sua aplicação em sistemas de turbinas à gás ainda estão em fase de investigação.
| |
| Pré-combustão | Consiste em retirar o CO2 dos combustíveis antes da queima. Esta tecnologia já é aplicada de forma generalizando na fabricação de fertilizantes e na produção de hidrogénio (H2). Apesar do processo inicial de retirar o carbono antes da combustão ser mais complexo e caro, as concentrações mais altas de CO2 e a pressão mais elevada facilitam a separação.
No caso do gás natural, essencialmente metano (CH4), se extrairmos o carbono antes da combustão, ficaremos com hidrogénio, que produz apenas água quando queimado. Isto envolve reagir o combustível com oxigénio e/ou vapor para produzir monóxido de carbono (CO) e H2. Em seguida, o CO reage com mais vapor, para produzir CO2 e mais hidrogénio. Finalmente, o CO2 é separado e o hidrogénio é usado como combustível, emitindo só nitrogênio e água.
| |
| Pós-combustão | Consiste na remoção do CO2 depois da queima de combustíveis fósseis, sistema ideal para a aplicação em centrais termoeléctricas. Esta tecnologia é o primeiro passo para a captura de CO2 a grande escala, sendo já economicamente viável em alguns casos específicos.
Normalmente, estes sistemas utilizam um solvente líquido para captar a pequena fracção de CO2 (entre 3 e 15% do volume) presente nos gases de combustão, cujo componente principal é o Nitrogénio. Numa central eléctrica moderna de pulverização de carvão ou de ciclo combinado de Gás Natural, os sistemas de captação utilizariam geralmente um solvente orgânico como a monoetanolamina. Esse processo é designado como "lavagem". A solução química resultante é, mais tarde, aquecida e a pressão reduzida, liberando CO2 concentrado, o qual será posteriormente armazenado.
| |
| Dados: | ||
Transporte[editar | editar código-fonte]
Para o transporte do CO2 capturado, entre o local de captura e o de armazenamento, apresenta-se actualmente uma tecnologia bastante desenvolvida e testada: os gasodutos. Em geral, o CO2 gasoso é comprimido a uma pressão superior aos 8 MPa, como o objectivo de evitar regimes de fluxo de duas fases e aumentar a densidade, reduzindo assim custos de transporte.
Em alguns casos o CO2 também poderá ser transportado em forma líquida em navios ou camiões cisterna a baixas temperaturas e pressões mais altas.
Ambos métodos já são usados para o transporte de CO2 em outras aplicações industriais.
Armazenamento (sequestro)[editar | editar código-fonte]
- Armazenamento geológico
O armazenamento geológico consiste na injecção, após captura do CO2, na sua forma condensada numa formação rochosa subterrânea. As principais opções são:
- Jazidas de petróleo e gás: as formações rochosas que retêm ou que já retiveram fluidos (como ao jazidas de petróleo e gás) são candidatos potenciais para o armazenamento. A injecção de CO2 nas formações geológicas profundas integra muitas das tecnologias desenvolvidas na indústria de prospecção de petróleo e gás, pelo que a tecnologia de injecção, simulação, controlo e vigilância do armazenamento existe e continua a ser aperfeiçoada.
- Formações salinas: à semelhança das jazidas de petróleo e gás é possível também injectar CO2 em jazidas salmoura.
- Camadas de carvão inexploradas: é possível a injecção em camadas de carvão que não venham a ser exploradas, dependendo sempre da sua permeabilidade. Estes mecanismos ainda estão em fase de demonstração.
- Armazenamento oceânico
O armazenamento oceânico pode ser realizado de duas formas:
- Através da injecção e dissolução do CO2 no oceano (a profundidade de mais de 1000 metros), através de gasodutos fixos ou de navios.
- A outra opção passa pela deposição do CO2 no fundo do oceano através de um gasoduto fixo ou de uma plataforma marítima (a mais de 3000 metros de profundidade), onde a água é mais densa e se espera que o CO2 forme um lago.
O armazenamento oceânico e o seu impacto ecológico estão por analisar, podendo existir problemas de acidificação dos oceanos, sendo uma das alternativas possíveis mas que levanta ainda muitas questões técnicas e de viabilidade ambiental.
- Carbonatação mineral e utilizações industriais
Carbonatação mineral: a reacção do CO2 com óxidos metálicos, que abundam em minerais silicatos (como o óxido de magnésio (MgO) ou óxido de cálcio (CaO)) ou de detritos industriais (como escoria e cinzas de aço inoxidável), produz através de reacções químicas carbonatos inorgânicos estáveis. A reacção natural é muito lenta é deverá ser melhorada através de tratamentos prévios dos minerais, que são altamente intensivos em energia. Esta tecnologia está em fase de investigação, mas em certas aplicações, como a dos detritos industriais, já se encontra em fase de demonstração.
Utilizações industriais: esta opção consiste no consumo de CO2 de forma directa como matéria-prima para a produção de diversas substâncias químicas que contêm carbono. No entanto, devido a baixa taxa de retenção da maior parte dos produtos e a inexistência de dados que permitam concluir se o balanço final de muitas aplicações indústrias é negativo ou positivo, este mecanismo encontra-se em fase de estudo e prevê-se que a sua contribuição não seja muito elevada.
Custos do CAC[editar | editar código-fonte]
Várias das tecnologias de CAC estão actualmente em fases desenvolvidamente e demonstração e mesmo algumas em investigação, pelo que os seus custos, ainda são relativamente altos, mas que, com a evolução tecnológica, com tendência a diminuir. Em quase todos os sistemas de CAC, os custos da captura (incluindo a compressão) representam a maior fatia dos custos (cerca de ¾).
A seguir apresenta-se uma tabela com o custo de vários componentes do sistema CAC:
| Componente do CAC | Custos |
|---|---|
| Captura do CO2 emitido numa central eléctrica a gás | 15-75 US$/t CO2 capturado |
| Captura do CO2 emitido na produção de H2 (do GN) | 5-55 US$/t CO2 capturado |
| Captura do CO2 emitido por outras fontes industriais | 25-115 US$/t CO2 captado |
| Transporte | 1-8 US$/t CO2 transportado |
| Armazenamento geológico | 0,5-8 US$/t CO2 injectado |
| Armazenamento geológico: vigilância e verificação | 0,1-0,3 US$/t CO2 injectado |
| Armazenamento oceânico | 5-30 US$/t CO2 injectado |
| Carbonatação mineral | 50-100 US$/t CO2 mineralizado |
Tabela 1. Custos das várias componentes dos sistemas CAC - Fonte: IPCC
Numa central com um sistema CAC, a necessidade de aumento do consumo energético (cerca de 11-22% maior) implica um aumento da produção de CO2 e nos custos do kWh produzido na central. Comparando uma central convencional de gás natural de ciclo combinado com um sistema de captura e recuperação de petróleo os custos variam entre 19 e 63%.
| Sistema de central eléctrica | Ciclo combinado de gás natural |
|---|---|
| Sem captura (referência) | 0,03 - 0,05 US$/k Wh |
| Com captura e armazenamento geológico | 0,04 - 0,08 US$/k Wh |
| Com captura e recuperação de petróleo | 0,04 - 0,07 US$/k Wh |
Tabela 2. Custos por kWh numa central com e sem sistemas CAC - Fonte: IPCC
Os custos por tonelada de CO2 evitado variam substancialmente tanto com o tipo de instalação de produção como com o tipo de sistema CAC implementado, no entanto, tomando com referência uma central de ciclo combinado de gás natural estes situam-se entre os 40-90 $/t CO2 evitado, mas em alguns casos podem actualmente ultrapassar os 200 $/t CO2 evitado.
| CE de carvão pulverizado | CE de ciclo combinado de GN | CE de ciclo combinado gasificação de carvão integrada | |
|---|---|---|---|
| Custo da mitigação (US$/tCO2 evitado) em central eléctrica com captura e armazenamento geológico | 30-71 | 38-91 | 14-53 |
| Custo da mitigação (US$/tCO2 evitado) Com captura e recuperação de petróleo | 9-44 | 19-68 | 0 |
Tabela 3. Custo da mitigação (US$/tCO2 evitado)
Capacidades de armazenamento[editar | editar código-fonte]
As capacidades indicadas na tabela 4 estão são valores apenas teóricos, com um possível menor erro para as jazidas de petróleo, mas em geral ainda não existem estudos científicos suficientes para ter números mais reais, e as probabilidades e os níveis de confiança associados.
| Tipo de depósito | Estimativa inferior da capacidade de armazenamento (GtCO2) | Estimativa superior da capacidade de armazenamento (GtCO2) |
|---|---|---|
| Jazidas de petróleo e gás | 675* | 900* |
| Filões de hulha não exploráveis | 3-15 | 200 |
| Formações salinas profundas | 1000 | 10000 |
Tabela 4. Estimativas teóricas de capacidade de armazenamento para vários depósitos
- Estes dados podem aumentar em 25% se for incluído as jazidas de petróleo ainda não descobertas.
Em termos de potencial técnico, estima-se que a capacidade mínima de armazenamento geológico do CO2 ronde os 2000 Gt de CO2 (545 Gt de C). Outras opções de armazenamento como os oceanos, que podem representar vários milhares de Gt, poderão ser tidas em conta, caso as eventuais implicações ambientais sejam significativamente reduzidas, para o que hoje não existem dados suficientes que o demonstrem.
Na maior parte dos cenários de estabilização das concentrações atmosféricas de GEE entre 450 e os 750 ppmv de CO2, o potencial económico do CAC (quantidade de reduções de GEE que alcançável de forma rentável em comparação com uma opção especifica e tendo em conta as circunstâncias actuais) ascenderia progressivamente dos 220 até aos 2200 Gt de CO2 (entre 60 e 600 Gt de C), o que significa uma contribuição dentre 15 e 55% do esforço mundial de mitigação acumulativa até 2100.
Para que os sistemas CAC possa alcançar este potencial económico serão necessários alguns milhares de instalações equipadas com estes sistemas e cada um deles teria de capturar entre 1 a 5 Mt de CO2 por ano.
Consumo energético e impactos ambientais dos CAC[editar | editar código-fonte]
A implementação deste tipo de soluções implica um aumento da produção de CO2. Isto é derivado da perda de eficiência da central devido ao aumento do consumo energético necessário para as fases de captação, transporte e armazenamento do CO2.
Os valores de aumento de consumo de combustível por kWh produzido para instalações existentes que capturem cerca de 90% do CO2 produzido, variam entre os 11 e os 40% (conforme a tecnologia). No entanto estes valores são essencialmente para instalações já existentes. Para instalações de captura piloto, estima-se que a energia térmica adicional por cada tonelada de CO2 capturado ronde os 2 GJ. (representando uma redução na eficiência entre 15-25%) (Projecto CASTOR).
- Riscos ambientais e humanos na captura
- Aumento das emissões de alguns poluentes, como CO e NOx, que não são capturados no processo.
- Riscos eventuais para a saúde humana pela presença de CO2 em grandes concentrações, ou em estado sólido (baixas temperaturas: possíveis queimaduras em derrames acidentais).
- Riscos ambientais e humanos no transporte
- O transporte por gasoduto não apresenta problemas superiores aos já defrontados pelo transporte de gases como Gás Natural. Existe sempre um eventual risco de fuga ou rebentamento, mas sem o problema da inflamação.
- Para o transporte via terrestre ou marítima a situação é semelhante ao transporte de outro tipo de gases industriais, havendo sempre uma possibilidade relativamente pequena de risco de acidentes e eventuais derramamentos de CO2, cujas consequências estão por estudar, mas que podem eventualmente causar asfixia.
- Riscos ambientais e humanos no armazenamento
Existem duas categorias destes tipos de riscos: Riscos Mundiais: se houver uma fuga considerável num depósito de CO2 esta pode contribuir significativamente para as alterações climáticas.
Riscos locais: fugas por falhas nos poços que podem afectarem os trabalhadores locais e as equipas de reparação das fugas, ou fugas por falhas geológicas não detectadas, criando eventual contaminação de aquíferos e acidificação dos solos.
Para o caso do armazenamento oceânico, o risco apresenta-se bastante mais elevado, tendo em conta a falta de informação disponível quanto aos efeitos do aumento da concentração de CO2 (acidificação) nos ecossistemas marítimos.
Ver também[editar | editar código-fonte]
- Ciclo do nitrogênio
- Ciclo do fósforo
- Ciclo do oxigênio
- Ciclo da água
- Ciclo do cálcio
- Ciclo do carbono em Portugal
Referências
- ↑ «Nas profundezas da Terra». Ciência Hoje. 15 de setembro de 2011. Consultado em 17 de setembro de 2011. «Em artigo publicado hoje [...] no site da Science, os autores mostram a influência que o manto terrestre pode sofrer do material vindo da crosta oceânica e comprovam que ele também participa do ciclo do carbono no planeta. [...] “As placas oceânicas são subductadas em direção ao interior da Terra e atravessam o manto superior, a zona de transição onde elas podem se acumular e depois penetrar no manto inferior”»
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