AUTORES:Daniela R. de Figueiredo

Joaquim Ramos PintoAsociación portuguesa de educación ambiental, Portugal.

Kenneth G. BoydEl Instituto de Investigación del Medio Ambiente, Reino Unido.

Didática daCAPTURA E ARMAZENAMENTO DE CARBONO

Editor: Associação Portuguesa de Educação Ambiental (ASPEA)

Design: Daniela Figueiredo

Ilustrações: Nuno Fernandes

Edição Indesign: Muxima Design e Comunicação

ISBN 978-989-54180-0-8

julho 2018

Contribuintes para o vídeo Carbono Azul (Blue Carbon):

Carlos Pelicas (Consciente Produções)

Ana Sousa (Dep. De Biologia e CESAM, da Universidade de Aveiro, Portugal)

Emilio Marañón (Dep. Ecologia e Biologia Animal, Universidade de Vigo, Espanha)

Didática da CAPTURA E ARMAZENAMENTO DE CARBONO

AUTORES:

Daniela R. de FigueiredoJoaquim Ramos Pinto

Associação Portuguesa de Educação Ambiental, Portugal.

Kenneth G. Boyd Instituto de Pesquisa Ambiental, Reino Unido.

* O apoio da Comissão Europeia para a produção desta publicação não constitui um patrocínio dos conteúdos, que reflete apenas as opiniões dos autores, e a Comissão não pode ser responsabilizada

Índice

Introdução............................................................................................................ 8 Conceitos e Objetivos ......................................................................................10

Unidades:

Unidade 1: Como que estão ligadas a produção de energia e as emissões de Dióxido de Carbono?......................................................14 Unidade 2: Que tecnologias existem para capturar o Dióxido de Carbono?................................................................................................. 24 Unidade 3: Como pode o Dióxido de Carbono ser efetivamente armazenado? ….......................................................................................33 Unidade 4: As tecnologias de CCS estão a ser aplicadas a uma escala global? .........................................................................................39 Unidade 5: Considerações Finais ...................................................... 45 Reflexões finais ................................................................................................47 Bibliografia .........................................................................................................49

Responde con lo que sabes antes de iniciar el estudio:1.¿Qué entiendes por cambio global antropogénico en el océano?2.¿Cuál es la causa del calentamiento del océano?3.¿Qué consecuencia piensas que tiene ese calentamiento del océano?4.En los océanos actuales está disminuyendo el pH, ¿Qué substancias químicas son las que hacen disminuir el pH de las disoluciones?5.¿Qué consecuencias puede tener la disminución del pH?6.En la franja costera están aumentando las sales minerales disueltas. ¿Cuáles pueden ser las causas de este aumento?7.¿Qué consecuencias negativas piensas que tiene ese aumento de nutrientes en la franja costera?

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IntroduçãoOs registos científicos mostram que a concentração atual de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera atingiu níveis sem precedentes, com um aumento rápido desde a década de 1950. Este aumento repentino tem sido relacionado com a intensificação da atividade humana baseada na utilização de combustíveis fósseis para produção de energia (para eletricidade e aquecimento), indústria e transportes.

A dependência energética nas sociedades modernas continua a aumentar a um ritmo preocupante e as perspetivas para um futuro próximo não são as mais animadoras. No entanto, medidas para a redução das emissões de CO2 estão a ser tomadas à escala global, em cimeiras mundiais com o compromisso de todos os países envolvidos seguirem um caminho de crescimento mais sustentável.

Ao mesmo tempo, novas tecnologias estão a ser desenvolvidas e visam captar CO2 na fonte da produção e armazená-lo através de alternativas de longo prazo - tecnologias de captura e armazenamento de carbono (CCS – Carbon Capture and Storage).

O presente capítulo irá explicar o que essas tecnologias CCS são e qual o seu potencial no combate às alterações climáticas e ao efeito estufa.

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As atividades propostas são destinadas a consolidar os conhecimentos adquiridos e estimular a reflexão sobre questões ambientais importantes.

As experiências laboratoriais e as atividades de campo são destinadas a aumentar a curiosidade sobre factos científicos, mas também sobre a investigação de Ciência e Tecnologia feita em laboratórios de universidades e empresas.

Ciência, Escola e Sociedade incluem actividades mais amplas em matéria de reflexões sobre as Alterações Climáticas.

Caderno de Atividades

Experiências laboratoriais

Atividades de Campo

Ciência Escola e Sociedade

Verifica o que sabe antes de iniciar o presente estudo:

1) Como estão ligadas a produção de Energia e as emissões de Dióxido

de Carbono?

2) Que tecnologias existem para capturar o Dióxido de Carbono?

3) Como pode o Dióxido de Carbono ser efetivamente armazenado?

4) As tecnologias de CCS estão a ser aplicadas a uma escala global?

perguntas iniciais

• Gases de efeito estufa • CO2 atmosférico • Energia e Fluxo de Carbono • Consumo energético • Captura e Armazenamento de Carbono (CCS – Carbon

Capture and Storage)

Conceitos

10

Objetivos

1

2

3

4

5

Relacionar o consumo de energia com o aumento do CO2 atmosférico

Compreender o fluxo de energia e de carbono durante o processo de

combustão

Conhecer as tecnologias de CCS disponíveis

Compreender o impacto das CCS para controlo do CO2 atmosférico

Refletir sobre as mudanças de comportamento dos cidadãos no sentido

de uma menor produção de CO2 pela sociedade

Unidades

1414

1Como estão ligadas a produção de energia e as emissões de dióxido de carbono?

Registos científicos históricos mostram que a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera atingiu um nível sem precedentes, com um aumento rápido desde os anos 1950 (Keeling et ai, 2001; MacFarling Meure et al, 2006) (Figura 1).

1.1. Quais são os atuais níveis de CO2 atmosférico e como são estes relacionados com o efeito estufa?

Figura 1 - Concentração de dióxido de carbono na atmosfera ao longo dos séculos passados (fonte: Scripps CO2Program).

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Atualmente, as concentrações de CO2 atmosférico atingem níveis superiores a 400 ppm (de acordo com os dados de Scripps CO2Program), contribuindo para a maior parte das emissões de gases com efeito de estufa (Figura 2).

O efeito de estufa é um fenómeno natural reforçado pelos gases na atmosfera, em que a radiação solar que atinge a superfície da Terra é transformada em calor e refletida de volta para a atmosfera ficando retida entre a troposfera e a superfície da terra (figura 2), permitindo a manutenção da temperatura da Terra, que é algo benéfico e essencial para a vida na Terra! No entanto, quando a concentração de gases na troposfera aumenta, este efeito de estufa é aumentado gradualmente e conduz a um aquecimento global indesejável.

O aumento da temperatura tem diversos impactos, nomeadamente no degelo dos glaciares e no aumento do nível do mar, mas também na frequência de eventos climáticos extremos, como secas e tempestades, o que acarreta consequências socio-económicas ao provocar o aumento dos preços dos alimentos. Por outro lado, a poluição do ar também é potenciada pelo aquecimento global.

Figure 2 – The greenhouse effect: global greenhouse gas emissions (source: IPCC, 2014) and impacts

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Os gases com efeito de estufa (GEE) incluem dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), dióxido de enxofre (SO2), monóxido de carbono (CO), ozono (O3), gases fluorados e água (H2O). Estes gases podem ser originados por processos naturais (erupções vulcânicas, resistência rocha ou atividade biológica), mas também por atividades humanas. De facto, o aumento rápido dos níveis de CO2 tem sido atribuído à atividade humana, nomeadamente a utilização de combustíveis fósseis para a produção de energia (Figura 3).

Outras atividades que contribuem para a libertação de gases de efeito estufa incluem: a produção de aerossóis (rica em clorofluorcarbonetos - CFC) e a gestão ineficiente do território (a destruição das florestas reduz a captura natural de CO2, levando ao aumento da sua concentração na atmosfera; a aplicação de fertilizantes no solo aumenta os níveis de N2O; e a criação de gado a um aumento de CH4 atmosférico).

1. Em grupos de 3 alunos, descobre informações atualizadas sobre os níveis de CO2 na atmosfera, visitando o seguinte site: https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ a) Qual é a presente concentração de CO2 na atmosfera?b) Considerando os últimos 50 anos, em que ano foi o nível de CO2 mais alto?c) Tendo em conta a taxa de crescimento dos valores de CO2, qual é a tendência para o futuro?

2. Assiste ao vídeo seguinte, que introduz o tema dos gases de efeito estufa e as alterações climáticas https://www.youtube.com/watch?v=e6rglsLy1YsNos mesmos grupos formados anteriormente, tentem identificar as principais questões ambientais, económicas e sociais relacionadas com as alterações climáticas.a) Quais são as principais atividades humanas que causam a poluição do ar?b) Qual é a maior fonte de gases de efeito estufa, relacionada com as atividades humanas?c) Quais são as soluções mencionadas no vídeo, para diminuir a emissão de gases?

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Os principais setores responsáveis pela produção de CO2 de origem antropogénia são a utilização de combustíveis fósseis para: Produção de Energia (eletricidade e aquecimento), Indústria (produção e construção) e Transportes (principalmente terrestres (carros, camiões e autocarros) e aéreos) (Figura 3).

1.2. Como estão relacionadas as emissões de CO2 com a nossa necessidade de energia?

Figura 3 - Principais setores de atividade humana responsáveis pela produção de CO2 atmosférico (fonte: IEA, 2017).

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Em primeiro lugar, é preciso estar ciente de que a energia não é criada nem destruída, mas sim convertida de uma forma para outra. A energia pode ser capturada para as necessidades humanas durante a queima de combustíveis fósseis (tais como carvão, petróleo e gás natural) ou biomassa (tal como a madeira). Durante a sua combustão, energia e carbono fluem através de todo o processo (Figura 4 e Animação 1).

A energia armazenada em combustíveis fósseis veio do sol capturado pelas plantas, microalgas e bactérias fotossintéticas e transformada em energia química através da fotossíntese. Quando esses organismos fotossintéticos são comidos por animais há, também, o armazenamento de energia química. Durante longos períodos de tempo, a decomposição das plantas e animais podem produzir combustíveis fósseis tais como carvão, petróleo e gás natural, que atuam também como outro armazenamento de energia química. No entanto, quando estes produtos são queimados, a energia armazenada é libertada e pode ser usada para aquecer as nossas casas ou produzir eletricidade.

Figura 4 - Fluxos de energia e de carbono durante a fotossíntese e queima de combus-tíveis fósseis.

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Ao mesmo tempo que a energia flui através deste processo, o carbono segue um padrão semelhante. Através da fotossíntese, o dióxido de carbono é incorporado por plantas / microalgas / bactérias fotossintéticas em moléculas complexas, principalmente hidratos de carbono que podem ser armazenados e transformados em combustíveis fósseis depois de milhões de anos. Quando queimadas, estas moléculas são destruídas e o carbono é novamente libertado para a atmosfera sob a forma de dióxido de carbono. Assim, o carbono que foi armazenado através de um processo lento ao longo de milhões de anos está a ser rapidamente libertado como dióxido de carbono novamente para a atmosfera ao longo das últimas décadas, com o uso maciço de combustíveis fósseis como a principal fonte de energia para aquecimento e produção de eletricidade.

Animação 1

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3.1. Atualmente, quaç é a principal fonte de CO2 atmosférico?

3.2. Que atividades humanas são as principais responsáveis pelas emissões de CO2

com origem na queima de combustíveis fósseis?

4. Em relação aos fluxos de energia e carbono, coloca as palavras correctas

(combustão | fotossíntesse | nO2 | nCO2) nos espaços das equações:

Reação 1: _____________ : _____ + nH2O → (CH2O) n + nO2

Reação2: ____________ : _____ + (CH2O) n → nCO2 + nH2O

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Em última análise, a redução de dióxido de carbono atmosférico depende de mudanças a uma escala global relativamente à utilização de fontes de energia, considerando o aumento de fontes de energia renováveis e mais sustentáveis.

No entanto, as nossas ações na vida diária também têm impactos sobre as concentrações atmosféricas globais de CO2. Por exemplo, o tipo de transporte que usamos todos os dias, mas também a dieta temos são importantes contribuintes para as emissões de dióxido de carbono. Portanto, o uso de transportes públicos ou transportes sem emissões (tais como bicicletas) ou simplesmente andar a pé sempre que possível, certamente terão um grande impacto sobre a nossa pegada de carbono.

1.3. Como podemos estar conscientes da nossa pegada de carbono?

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Uma grande proporção das emissões humanas provém do transporte e da produção de alimentos (a produção de carne está associada a emissões de carbono muito mais elevadas do que a alimentação à base de plantas, devido à desflorestação, transportes, etc). Aqui estão algumas dicas para reduzir a pegada de carbono através da dieta alimentar: comer vegetariano mais vezes (usar feijão ou tofu em vez de carne); comer mais refeições caseiras; usar menos energia para cozinhar e aumentar as refeições de alimentos crus como legumes / frutas; preferir alimentos orgânicos; preferir água da torneira filtrada relativamente à água engarrafada; comprar

comida local; comprar com sabedoria para evitar o desperdício de alimentos (pois representa milhões de toneladas de emissões de dióxido de carbono desperdiçado); reciclar (cerca de um terço do nosso resíduos de cozinha podem ser compostados, evitando-se a sua transformação em gás metano); e tentar cultivar as próprias frutas e legumes em casa.

Finalmente, a energia que usamos em nossas casas contribui com uma quantidade significativa para as emissões de dióxido de carbono para a atmosfera. Ao tornar as nossas casas mais eficientes, através da implementação de formas de desperdiçar menos energia, contribuiremos significativamente para reduzir as emissões de carbono.

Em conclusão, as opções que tomamos todos os dias podem fazer a diferença, já que a sociedade humana é a responsável pelas necessidades energéticas que levaram ao aumento global dos níveis de CO2.

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5. Pegada de carbono

5.1 Explora as estatísticas da pegada ecológica do país (incluindo a sua tendência ao longo das últimas décadas - se está a aumentar ou reduzir) e propõe 3 medidas para a sua redução. Usar os links:http://data.footprintnetwork.org/#/ e http://data.footprintnetwork.org/#/countryTrends?cn=174&type=BCpc,EFCpc

5.2 Mede a pegada de carbono pessoalConsidera as perguntas na tabela abaixo. Podes escolher nenhuma, uma ou mais opções para cada pergunta, de acordo com o teu estilo de vida diário. De acordo com a tua pontuação, propõe 3 ações para reduzir a tua pegada de carbono no futuro. O exercício deve ser repetido após um mês, para verificar se houve uma mudança efetiva de comportamento, resultando numa pontuação menor.

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2Que tecnologias existem para capturar o Dióxido de Carbono?

De forma a reduzir o impacto da contribuição antropogénica nas concentrações atmosféricas de CO2, várias abordagens estão a ser estudadas, não só para a redução da produção de CO2 (com medidas globais decididas em cimeiras internacionais), mas também para a captura e armazenamento ativos de carbono (CCS), impedindo que todo o dióxido de carbono libertado a partir da atividade humana atinja a atmosfera.

De acordo com a Agência Internacional de Energia, as tecnologias CCS permitem a captura (resultantes da queima de combustível para energia ou processos industriais), transporte (via navios ou dutos) e armazenamento de CO2 a longo prazo (em campos de petróleo e gás esgotados e formações salinas profundas), garantindo o seu isolamento da atmosfera.

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Desde 2005, as tecnologias CCS foram identificadas pelo Painel Intergovernamental sobre Alterações Climáticas (IPCC) como tendo o potencial para reduzir os custos globais de mitigação e aumentar a flexibilidade na obtenção das reduções de emissões de gases de efeito estufa (IPCC, 2005). No entanto, é importante ter em mente que tal não é a solução final para travar as Alterações Climáticas se um esforço global não for feito, incluindo mudanças de comportamento por parte dos cidadãos do mundo na sua vida diária.

A principal aplicação das CCS é a captura do CO2 produzido a partir da queima de combustíveis fósseis em centrais de energia, mas também na indústria metalúrgica ou em indústrias que produzem fertilizantes, cimento ou gás natural. O CO2 capturado pode, então, ser comprimido e transportado para o armazenamento de longo prazo em formações geológicas no oceano, em carbonatos minerais, ou para uso no processo de recuperação de petróleo.

6. Em grupos de três alunos, procurem na web 3 fontes de informação sobre o reconhecimento das CCS pela COP21, de Paris, como essencial para a redução de CO2 atmosférico. Devem, depois, identificar as medidas tomadas para acompanhar a sua aplicação.

As tecnologias CCS removem o dióxido de carbono diretamente para a fonte de produção e antes de atingir a atmosfera. Portanto, têm o potencial de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e ter um impacto positivo para reversão das Alterações Climáticas.

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7. Experiência da captura de CO2 na fonte de produção - seguir o protocolo experimental e responder às perguntas.

7.1. Em grupos de três estudantes, faz a seguinte experiência de laboratório:

Lista de material• 1 balão• uma garrafa de plástico de 250 ml vazia• 2 funis• 2 colheres de sopa de bicarbonato de sódio• 100ml de vinagre

Metodologia:a) Utiliza um funil para colocar o vinagre dentro da garrafa (cerca de 1/3 cheio).b) Usa o outro funil para colocar o bicarbonato de sódio no balão (cerca de 1/2).c) Força a abertura do balão através da abertura da garrafa, assegurando que nenhum bicarbonato de sódio escapa para o frasco, nesta altura.d) Levanta o balão e permite que o bicarbonato de sódio caia para dentro da garrafa.

7.2. Após a experiência, responde às seguintes perguntas (tendo em mente que o CO2 pode ser produzido pela reação química entre o bicarbonato de sódio e o vinagre).

- O que observas quando se mistura o bicarbonato de sódio e o vinagre? - Explica a razão por trás da tua observação.

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2.1. Captura de dióxido de carbono a partir da fonte de emissão Existem três principais tecnologias CCS (pós-combustão, pré-combustão e oxi-comustão) que podem ser aplicadas para capturar as emissões de CO2 diretamente na fonte (Figura 5). A tecnologia de pós-combustão pode ser aplicada a uma série de emissões de CO2 (como em centrais termoelétricas e indústrias de gás natural e produção de hidrogénio), mas os processos de pré-combustão e oxi-combustão estão limitados à captura do CO2 que resulta dos processos de combustão.

Pós-combustão envolve um processamento final para remover a maior parte do CO2 a partir dos produtos da combustão, antes de ser libertado na atmosfera (Gibbins e Chalmers 2008). Os produtos de combustão são tratados para remover os contaminantes e o CO2 é então separado dos gases de exaustão utilizando solventes líquidos e recuperação de CO2 por aquecimento.

Pré-combustão envolve a reação do combustível fóssil inicial com oxigénio ou ar e/ou vapor de água para produzir um gás de síntese composto principalmente por monóxido de carbono (CO) e hidrogénio (H2). O CO pode então reagir com o vapor na presença de um catalisador para dar CO2 e mais H2. O CO2 é então separado, geralmente por um processo de absorção física ou química, deixando um combustível rico em hidrogénio que pode ser utilizado em muitas aplicações, tais como caldeiras, fornos, turbinas a gás, motores e as células de combustível (Jansen et al., 2015).

Captura de CO2 a partir da fonte de emissão

Figure 5 – CCS technologies for capturing Carbon dioxide from point sources.

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Oxi-combustão envolve a queima do combustível na presença de O2 purificado em vez de ar (que é principalmente azoto), a fim de gerar um gás de exaustão com altas concentrações de CO2 e de vapor de água. O CO2 é então removido a partir do gás de combustão por desidratação num processo de purificação de baixa temperatura (Stanger et al. 2015).

Pós-combustão é a principal tecnologia CAC a ser utilizado para tratar os gases de combustão provenientes da combustão de combustíveis fósseis, embora o custo associado com o calor necessário para o processo ainda seja muito elevado.

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8. Relaciona o método correto de captura do dióxido de carbono a partir da fonte de emissão

(Pós-combustão; Pré-combustão; Oxi-combustão) com a descrição correspondente:

a) Queima de combustível em oxigénio purificado, em vez de ar (que é principalmente azoto),

a fim de gerar um gás de exaustão com altas concentrações de CO2 e de vapor de água;

o CO2 é então removido a partir do gás de combustão por desidratação num processo de

purificação de baixa temperatura. __________________

b) Tratamento de produtos provenientes do processo de combustão e o CO2 é então separado

dos gases de exaustão utilizando solventes líquidos, em que o CO2 absorvido é recuperado a

partir do solvente por aquecimento. ___________________________

c) Produção de gás de síntese (composto principalmente por monóxido de carbono e

hidrogénio), durante a reação inicial de combustíveis fósseis com oxigénio ou ar e/ou vapor

__________________________

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2.2. Captura direta de dióxido de carbono do ar (DAC – Direct Air Capture)Embora as tecnologias de CCS destinadas à captura de CO2 a partir das fontes de emissão (centrais termoelétricas e outras indústrias) sejam de grande importância, estas não são suficientes para combater os crescentes níveis de CO2 atmosférico. Portanto, são necessários outros métodos que possam remover directamente o CO2 da atmosfera. A captura direta de CO2 do ar (DAC – Direct Air Capture), em contraste com as CCS, permite a remoção de CO2 diretamente a partir da atmosfera, em qualquer localização, contribuindo para estabilizar ou mesmo reduzir os níveis atmosféricos de CO2.

DAC faz uso de produtos químicos que absorvem o CO2 diretamente do ar (Lackner 2009; CE 2014; Gray et al., 2008). No entanto, a tecnologia CAD ainda está na fase de demonstração e uma grande limitação é que a concentração de CO2 na atmosfera é de 350 vezes mais baixa do que os tipicamente encontrados no gás de combustão de centrais elétricas, o que significa que grandes quantidades de ar teriam de ser processadas para capturar quantidades similares de CO2. Além disso, a DAC exige que os absorventes utilizados na extração sejam altamente seletivos para garantir um longo tempo de vida da captura de CO2.

Imagem - Centro de captura direta de dióxido de carbono a partir do ar (DAC). Fonte:www.canadianmanufacturing.com

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Para uma captura significativa CO2 seriam necessárias grandes estruturas DAC, compostas por cinco unidades individuais, cada uma altura de 10m e um quilómetro de comprimento (APS 2011), provavelmente levando a impactos visuais e acústicos que podem comprometer a sua aceitação pública. No entanto, uma vez que estes podem efetivamente trabalhar em qualquer local que poderiam ser localizados longe de populações humanas e mais perto de locais adequados para armazenamento de CO2.

Figura 6 - Esquema de captação direta de CO2 do ar (DAC).

9. Assiste a estes vídeos e responde às seguintes perguntas:

https://www.youtube.com/watch?v=63S0t4k_Glw

https://www.youtube.com/watch?v=GkEAA7VnyhE

9.1. O que torna a Captura Direta de CO2 do ar (DAC) diferente de outras

tecnologias CCS?

9.2. Como é o CO2 capturado usando esta tecnologia?

9.3. Como pode o CO2 diretamente capturado ser usado?

9.4. Que impactos pode ter a DAC sobre o ambiente?

9.5. Achas que a DAC é a solução definitiva para acabar com os níveis elevados

de CO2 na atmosfera e neutralizar as Alterações Climáticas? Porquê?

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10. Atividade Experimental do potencial uso do CO2 capturado como alternativa para armazemamento permanente.

10.1. Realizar a experiência de usar CO2 armazenado para:10.1.1. Extinção de uma chama (usando o balão com o CO2 capturado a partir da atividade experimental 3 a desvanecer-se diretamente na chama de uma vela)

10.1.2. Propulsão (barco alimentado a soda)Lista de materiais• uma garrafa de plástico de 250 ml vazia• 1 palhinha• 1 tesoura• 2 colheres de sopa de bicarbonato de sódio• 100ml de vinagre

Metodologia:a) Faz um pequeno furo na parte inferior da garrafa, perto de uma margem;b) Corta um pedaço da palhinha e passa-o através do orifício;c) Utiliza cola quente ou fita para selar o buraco à volta da palhinha (para evitar fugas);

d) Coloca um pouco de vinagre (cerca de 100ml) na garrafa. Roda a garrafa deixando a palha na parte superior, garantindo que o vinagre não verte);e) Adiciona uma colher de bicarbonato de sódio, com a garrafa nivelada para que o bicarbonato de sódio não caia no vinagre;f) Coloca a tampa no frasco e aperta-a;g) Inclina a garrafa para misturar o vinagre com o bicarbonato de sódio;h) Coloca imediatamente a garrafa numa tina de água com a palhinha debaixo de água.

10.2. Após a experiência, responde às seguintes perguntas:- O que observas? - Qual é a explicação?

Nota de segurança: Não tentes esta experiência sem o furo para a palha. Se não houver uma maneira para que o gás dentro da garrafa saia, a pressão pode aumentar até níveis perigosos e causar a explosão da garrafa.

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3Como pode o Dióxido de carbono ser efetivamente armazenado?

3.1. Transporte do dióxido de carbonoApós a sua captura, o CO2 é comprimido e pode ser enviado ou canalizado para o local de armazenamento. Os gasodutos (tal como no transporte de gás natural) são considerados a forma mais eficiente para o transporte de CO2. No entanto, transporte rodoviário e ferroviário são economicamente mais competitivos para centrais termoelétricas, que têm um tempo de vida esperado de cerca de 20 anos (Norisor et al. 2012).

Para uma ampla aplicação das CCS, o número e capacidade de carga de gasodutos teria de aumentar, com a criação de planos estratégicos de infra-estruturas de transporte de CO2, como está a ser implementado na América do Norte e na Europa (ex: Noruega). Isso exigirá mais trabalho na segurança dos gasodutos, especialmente em áreas densamente povoadas ou áreas propensas a atividade sísmica.

Na Europa, existem planos para uma rede europeia de transportes (EUCO2) transportando CO2 a partir de aglomerados de instalações industriais para locais de armazenamento adequados (Figura 7).

Figura 7 - Proposta de infra-estrutura de trans-porte de CO2 para a Europa em 2030 (fonte: CO2Europipe).

.

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3.2. Armazenamento do dióxido de carbonoO armazenamento de CO2 é necessário, a fim de o isolar da atmosfera e evitar que contribua para intensificar as alterações climáticas. Existem várias alternativas para a armazenamento do CO2 a longo prazo, incluindo as formações geológicas profundas (campos de petróleo e de gás esgotados, aquíferos salinos), armazenamento no oceano profundo ou conversão química de compostos estáveis de carbono (carbonatação mineral). Embora estas soluções sejam tecnicamente possíveis, ainda não têm sido suficientemente exploradas para aplicação.

3.2.1. Armazenamento geológico O armazenamento geológico permite o armazenamento de CO2 em formações geológicas, tais como reservatórios de petróleo/gás esgotados, veios de carvão não exploráveis e aquíferos salinos profundos (Figura 8). Esta solução é considerada como a mais viável para o armazenamento de CO2 após a sua captura pelas tecnologias CCS. O CO2 é injetado sob pressão para dentro da formação geológica (pressão > 100 atmosferas; profundidade > 1 km e temperatura > 31 °C (garantindo que o CO2 se mantém um gás e não se torna líquido)) e, em seguida, o CO2 desloca-se para cima através do local de armazenagem até que atinja a rocha tampão, onde fica preso.

Este processo é chamado de armazenamento estrutural e tem sido o mesmo mecanismo de armazenamento que tem mantido o petróleo e o gás natural firmemente preso sob a terra há milhões de anos, provando a sua eficiência. À medida que o CO2 injetado se move para cima através do local de armazenagem geológica para a tampa de rocha, pouco dele é deixado para trás, ficando preso

Figura 8 - Armazenamento geológico de dióxido de carbono (fonte: World Resources Institute)

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A tecnologia de recuperação assistida de petróleo tecnologia (EOR – Enhanced Oil Recovery) tem sido usada pela indústria do petróleo e do gás desde há muito tempo, por injeção de CO2 em reservatórios vazios ou quase esgotados de petróleo/gás para aumentar a sua pressão e criar a força motriz para extrair o petróleo/gás residuais. Portanto, os parâmetros geológicos desses reservatórios são bem conhecidos e o armazenamento de CO2 por esta tecnologia é considerada uma opção fiável e de baixo custo.

3.2.1.2. Armazenamento em leitos de carvão não exploráveis

Esta técnica de armazenamento de CO2 consiste na injeção de CO2 em leitos profundos de carvão, a fim de recuperar o metano que está preso na estrutura porosa das camadas de carvão. No entanto, a eficiência deste processo depende das características das camadas de carvão (ex permeabilidade) e, embora tenha sido testada com sucesso na América do Norte, na Europa e na China, provou ser mais difícil ter taxas de aplicação satisfatórias e promissoras..

em poros microscópicos de rocha - armazenamento residual. No entanto, ao longo do tempo, o CO2 começará a dissolver-se na água salgada envolvente, transformando-o mais denso e forçando-o a afundar - armazenamento de dissolução. Com o tempo, o CO2 irá ligar-se quimicamente e irreversivelmente à rocha envolvente, transformando-o em pedra calcária de carbonato, ocorrendo o armazenamento mineral. Portanto, quanto mais tempo o CO2 for armazenado menor é o risco de qualquer fuga,

3.2.1.1. Armazenamento em reservatórios esgotados de gás e petróleo

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3.2.1.3. Armazenamento em aquíferos salinosOs aquíferos salinos profundos estão disponíveis em vários locais em todo o mundo e têm uma alta capacidade de armazenamento e valor comercial nulo (Bandilla KW et al., 2014), o que os torna muito atraentes para armazenamento de CO2. No entanto, este potencial para o armazenamento de CO2 depende da sua capacidade de armazenamento (por exemplo, o volume e porosidade do aquífero) e características da rocha (como a permeabilidade relativa, a porosidade, as características de fratura e compressibilidade). Portanto, esta tecnologia ainda não tem uma aplicação industrial devido a alguns inconvenientes técnicos e potenciais riscos ambientais de reação química de CO2 dentro de um aquífero salino.

3.2.2. . Armazenamento no Oceano profundo

A superfície do planeta Terra é cerca de 70% coberta por oceanos e estes desempenham um papel significativo no armazenamento de CO2 através da atividade fotossintética das microalgas e das cianobactérias (produção primária). Foi proposto que o CO2 pode ser armazenado no Oceano prfofundo depois de transportado por oleoduto ou navio e injetado a grande profundidade (> 3000 m). O CO2 é mais denso do que a água do mar e, formando lagos de CO2 no fundo do oceano que iriam armazenar o CO2 durante séculos. No entanto, apenas experiências de campo em pequena escala têm sido realizadas e os estudos teóricos, de laboratório e de modelação, para o armazenamento de CO2 no Oceano profundo não foram ainda testados ou aplicado a uma escala significativa.

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3.2.3. Carbonatação mineral

LA carbonatação mineral consiste na reação do CO2 (capturado nas centrais termoelétricas) com magnésio e cálcio contendo silicatos, de modo a formar minerais de carbonato geologicamente estáveis e ambientalmente benignos (Giannoulakis 2014). No entanto, com a tecnologia atual e sem melhorias técnicas substanciais, este processo exige um consumo enorme de energia, o que pode conduzir a um impacto ambiental ainda maior do que o funcionamento de uma central termoelétrica sem tecnologias CCS.

Figura 9. As estratégias para o armazenamento de CO2 no Oceano profundo (IPCC).

Figura 10 - Carbonatação mineral para o armazenamento de CO2.

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11. Como pode o dióxido de carbono ser armazenado?Combinar a opção de armazenamento de carbono (Armazenamento Geológico; armazenamento no Oceano profundo, Carbonatação mineral) com a descrição correspondente:

A – O CO2 é transportado por gasodutos ou navios e injetado no fundo do oceano (a profundidades superiores a 3000m) formando lagos de CO2 (mais densos que a água do mar). ________________________________________________

B - O CO2 é capturado a partir das centrais termoeléctricas e reage com magnésio e cálcio que contém silicatos, de modo a formar minerais de carbonato, geologicamente estáveis e ambientalmente benignos. __________________________________________

C – O CO2 pode ser injetado sob pressão e armazenado em formações geológicas, tais como reservatórios esgotados de petróleo ou gás, veios de carvão não explorados e aquíferos salinos profundos. Uma vez injetado, o CO2 sobe através do local de armazenamento até atingir a rocha (que serve de tampão), permanecendo assim retido. __________________________________

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4As tecnologias de CCS estão a ser aplicadas a uma escala global?

4.1. Instalações de CCS em todo o mundo

Instalações CCS de grande escala

De acordo com o Instituto Global de CCS, existem atualmente 17 unidades de CCS de grande escala em funcionamento por todo o mundo; em conjunto, estas instalações têm a capacidade de remover mais de 20 milhões de toneladas por ano de CO2, que poderiam entrar na atmosfera. Este é o equivalente a retirar mais de quatro milhões de veículos de passageiros das nossas estradas. Estas instalações aplicam as várias tecnologias CCS e estão a ser utilizadas não só para as centrais termoelétricas, mas também para as indústrias envolvidas no processamento de gás natural, aço, produção de fertilizantes e produção de hidrogénio, assim como a indústria de plásticos e produtos químicos. A diversidade de indústrias representadas reflete a versatilidade das tecnologias CCS. Das 17 plantas de CCS de grande escala em funcionamento, 11 estão na América do Norte e 2 estão na Noruega.

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Figura 11 - Distribuição geográfica das instalações de CCS de grande escala (fonte: Instituto Global CCS).

Na Noruega, duas instalações de CCS são geridas pela empresa StatOil Hidro, que está a remover o CO2 a partir do gás natural, que é uma mistura de gases (90% de metano, além de hidrocarbonetos, tais como etano e propano, e também pode conter gases como azoto, oxigénio, dióxido de carbono, compostos sulforosos, e água).

No entanto, na Europa, a falta de investimento em instalações CCS de grande escala é lamentável, pois torna improvável a sua implementação.

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instalações CCS de pequena escala

Tal como nas instalações de CCS de grande escala, há um número considerável de projetos de pequena escala distribuídas por todo o mundo. Estas instalações menores são geralmente projetos experimentais ou de demonstração destinados a determinar a viabilidade técnica de uma determinada tecnologia, o seu desempenho operacional e a viabilidade económica.

Estes projetos têm fornecido informações valiosas para ajudar na concepção e desenvolvimento de instalações de CCS de grande escala, contribuindo para a compreensão do comportamento do CO2 no subsolo, e funcionando como centros para as atividades de sensibilização para o público.

Muitas das atividades piloto são apoiadas por fornecedores de tecnologia de captura, muitas vezes com co-financiamento de fontes públicas, a fim de testar tecnologias de captura numa escala relevante para a indústria.

Por exemplo, no Canadá (Saskatchewan), a central de energia Boundary Dam do SaskPower, foi a primeira empresa comercial a usar a tecnologia CCS para a remoção de CO2 do gás de combustão. A fábrica ficou plenamente operacional em 2016 e é capaz de capturar 1 milhão de toneladas de CO2 por ano (CCS Institute Global). O CO2 capturado é transportado através de um gasoduto de 66 km para o campo de petróleo Weyburn onde é utilizado para a recuperação assistida de petróleo (EOR). No entanto, houve vários constrangimentos tecnológicos e atrasos na obtenção de uma recuperação otimizada. A taxa de captura diminuiu levou a uma falha no fornecimento da quantidade de CO2, comprometendo o processo de recuperação de petróleo, com enormes impactos económicos para a empresa. Como qualquer nova tecnologia ou aplicação de tecnologia numa nova área, haverá sempre problemas a superar.

A distribuição geográfica destas instalações de CCS de pequena escala tem um número significativo na Europa. Os projetos de demonstração podem incluir todo o processo de CCS (captura, transporte e armazenamento) ou podem focar-se exclusivamente em fases específicas do processo (captura ou armazenamento de dióxido de carbono). Atualmente, existem projetos europeus de pequena escala e de demonstração CCS na Islândia (projeto CabFix), Países Baixos (projeto K12-B CO2 Injection), Alemanha (Projeto Piloto Ketzin), França (Port Jérôme CO2 Capture Plant) e Espanha (CO Capture, Transport & Storage Technology Development Plant).

Em Espanha, o projeto de captura e armazemanento de CO2 da CIUDEN situa-se em Ponferrada e foi um projeto financiado pela UE que visa desenvolver e demonstrar a captura de CO2 utilizando o processo de oxi-combustão. Os resultados do projeto mostraram que o processo de oxi-combustão produz um gás de combustão com alta concentração de CO2 que, com alguma purificação para remover algum O2, NOx, SOx e partículas, se torna adequado para compressão, transporte e armazenamento.

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Nesta instalação também é testado o comportamento de CO2 em condutas, examinando a despressurização, fugas, fraturas e corrosão, bem como o design da instrumentação utilizada na monitorização das condutas.

Com o sucesso da demonstração da tecnologia, está planeada uma segunda fase que incluirá uma instalação de uma central termoelétrica de 300 MWe de potência e o transporte de CO2 através de um gasoduto de 135 km para transportar o CO2 para armazenamento num aquífero salino a uma profundidade de 1500 m. No entanto, devido à falta de financiamento esta fase ainda não se materializou.

Instalações de captura direta de CO2 do ar (DAC)

Por todo o mundo, o número de instalações de Captação Direta do Ar para sequestro de CO2 ainda é reduzido, embora haja um potencial para o seu crescimento nos próximos anos, assim que esta tecnologia seja otimizada. Na Europa, podem ser encontradas instalações DAC nos Países Baixos (Skytree) e Suíça (Climeworks).

Figura 12 – Projeto de captura e armazenamento de carbono da CUIDEN.

Figura 13 - Distribuição mundial de empresas que fazem a captura direta de CO2 do ar (DAC) (Fonte: Centro de Remoção de Carbono).

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4.2 Potenciais impactos ambientais da aplicação das tecnologias de CCS

Embora as tecnologias de CCS possam reduzir cerca de 60-80% da quantidade de CO2 que atinge a atmosfera a partir de centrais termoelétricas, tal não ajuda a resolver o problema da nossa dependência dos combustíveis fósseis. Portanto, as tecnologias de CCS devem ser consideradas apenas como uma alternativa útil para dar tempo para implementar outras soluções mais duráveis para reduzir a nossa dependência dos combustíveis fósseis. O potencial das CCS, juntamente com o armazenamento geológico, pode reduzir significativamente as emissões de CO2 e contribuir para a mitigação das Alterações Climáticas. Por exemplo, a capacidade de armazenamento no mar total do Reino Unido é mais do que 20 Gt de CO2 em campos de petróleo e gás esgotados e aquíferos salinos, o que representa cerca de 40 anos de emissões totais do Reino Unido (usando as taxas atuais).

No entanto, existem também potenciais problemas da aplicação generalizada das CCS, tais como os requisitos energéticos extremamente elevados (276 kg de CO2 por 1000 CO2 removido) (Cuellar-Franca e Azapagic, 2015). Além disso, há riscos ambientais associados com potenciais fugas a partir dos reservatórios de armazenamento de CO2 de longa duração (Cuellar-Franca e Azapagic, 2015). Por exemplo, as fugas a partir de reservatórios de leito do mar profundo CO2 poderiam levar à reação do CO2 com os sedimentos circundantes e água do mar,

12. A partir dos mapas incluídos no texto, enconte a instalação de CCS ou DAC mais próxima e pesquise a maior informação possível (relativa à localização, dimensão, tecnologias de CCS utilizadas, concentrações de CO2 capturado, ...) e fazer um pequeno relatório da informação.

12.2. Além disso, encontre 3 artigos científicos e investigadores que trabalham com tecnologias de CCS em universidades ou laboratórios próximos: procura em plataformas de ciência (egwww.sciencedirect.com, www.researchgate.net) por “tecnologias de CCS” e “Portugal” no campo de pesquisa.

12.3. Se possível, tenta agendar com o teu professor e turma uma visita a essa instalação de CCS ou DAC mais próxima. Se tal não for possível, podes agendar uma visita a um laboratório de investigação que trabalhe em tecnologias de CCS (as universidades geralmente têm “dias abertos” para o público ou o teu professor pode contactar diretamente os investigadores que trabalham em CCS de uma universidade perto).

que tem o potencial de gerar oscilações agudas no pH oceano. Assim, alternativas para as CCS estão a ser exploradas também, utilizando biotecnologia baseada na atividade dos organismos fotossintéticos. Consultar exemplo:https://www.youtube.com/watch?v=QI3Al1dpuUY

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5Considerações finais

Enquanto as tecnologias para a remoção de dióxido de carbono são relativamente bem compreendidas, ainda existem desafios na aplicação destas tecnologias de CCS para grandes instalações industriais, no desenvolvimento de infra-estruturas de transporte do CO2 e na identificação e exploração de locais de armazenamento adequados. As opções de armazenamento incluem formações geológicas profundas (campos de petróleo e de gás esgotado, aquíferos salinos), armazenamento no oceano profundo ou conversão química em compostos estáveis de carbono (carbonatação). Atualmente, o armazenamento em formações geológicas é o mais utilizado.

Apesar do evidente potencial das tecnologias de CCS, a sua implementação tem sido lenta, existindo menos de 20 instalações de CCS em grande escala em todo o mundo. No entanto, no global, estas têm a capacidade de remover mais de 20 milhões de toneladas de CO2 por ano, o que equivale à retirada de mais de quatro milhões de veículos de passageiros da nossa estrada.

Além disso, não são só as centrais termoelétricas que estão a implementar as tecnologias CCS em grande escala, mas também indústrias envolvidas no processamento de gás natural e metais, na produção de fertilizantes, hidrogénio, plásticos e produtos químicos.

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A diversidade de indústrias representadas reflete a versatilidade das tecnologias CCS. No entanto, sem impostos ou legislação, é improvável a implementação das tecnologias CCS à escala requerida para ter qualquer impacto significativo sobre os níveis de CO2 atmosféricos globais. Por outro lado, como cidadãos do mundo, todos nós temos a obrigação de contribuir para combater o aumento dos níveis de CO2 na atmosfera através de uma ação proativa na nossa vida.

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REFLEXÕ

ES FINA

IS

Depois de desenvolver as atividades relacionadas com cada pergunta,

tenta responder mais uma vez às questões iniciais:

1) Como estão ligadas a produção de Energia e as emissões de Dióxido

de Carbono?

2) Que tecnologias existem para capturar o Dióxido de Carbono?

3) Como pode o Dióxido de Carbono ser efetivamente armazenado?

4) As tecnologias de CCS estão a ser aplicadas a uma escala global?

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8Ejemplo de título de lineas

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https://www.globalccsinstitute.com/

http://www.need.org/files/curriculum/guides/carboncaptureutilizationandstorage.pdf

https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

https://www.youtube.com/watch?v=e6rglsLy1Ys

http://data.footprintnetwork.org/#/

http://data.footprintnetwork.org/#/ countryTrends? cn = 174 & type = BCPC, EFCpc

https://www.youtube.com/watch?v=63S0t4k_Glw

https://www.youtube.com/watch?v=GkEAA7VnyhE

https://www.youtube.com/watch?v=QI3Al1dpuUY