O que é carvão mineral?

Em Produtos curiosos por André M. Coelho

O carvão é uma das principais fontes de energia do mundo. O carvão é usado para produzir quase um terço de toda a energia elétrica gerada e usada nos Estados Unidos e mais uma boa parte ao redor do mundo. O carvão é um recurso energético muito complexo e diversificado que pode variar muito, mesmo dentro do mesmo depósito. Em geral, existem quatro variedades básicas de carvão, que são o resultado de forças geológicas que alteraram o material vegetal de diferentes maneiras.

O que é carvão mineral?

Carvão, um dos mais importantes combustíveis fósseis primários, um material sólido rico em carbono que é geralmente marrom ou preto e na maioria das vezes ocorre em depósitos sedimentares estratificados.

Tipos de carvão mineral

Existem diferentes tipos e classificações para o carvão mineral. São elas:

Lignito

As pressões aumentadas e o calor dos estratos sobrepostos fazem com que a turfa enterrada seque e endureça em lenhite. O lignito é um carvão preto acastanhado com teor geralmente alto de umidade e cinzas e menor valor de aquecimento. No entanto, é uma forma importante de energia para gerar eletricidade.

Sub-betuminoso

Sob ainda mais pressão, alguns linhitos são trocados para o próximo posto de carvão, sub-betuminoso. Este é um carvão preto com um valor de aquecimento mais alto que o lignito, usado principalmente para gerar eletricidade e para aquecimento de ambientes.

Betuminoso

Uma pressão ainda maior resulta na criação de carvão betuminoso ou “macio”. Este é o tipo mais comumente usado para geração de energia elétrica na América do Norte. Tem um valor de aquecimento mais alto que o de linhito ou sub-betuminoso, mas menor que o de antracito.

Antracito

Às vezes chamado de “carvão duro”, o antracito se forma a partir do carvão betuminoso quando grandes pressões se desenvolvem em estratos rochosos dobrados durante a criação de cadeias montanhosas. O antracite ocorre apenas em áreas geográficas limitadas e tem o maior conteúdo energético de todos os carvões e é usado para aquecimento de ambientes e geração de eletricidade.

O carvão mineral é uma fonte de energia muita usada ainda hoje, e é preciso conhecer esse minério para entender como ele ainda é tão usado. (Foto: The Express Tribune)

Tudo sobre carvão mineral como fonte de energia

O carvão é um recurso natural abundante que pode ser usado como fonte de energia, como uma fonte química a partir da qual podem ser derivados numerosos compostos sintéticos (corantes, óleos, ceras, produtos farmacêuticos e pesticidas) e na produção de coque para processos metalúrgicos. O carvão é uma importante fonte de energia na produção de energia elétrica usando geração de vapor. Além disso, a gaseificação e a liquefação do carvão produzem combustíveis gasosos e líquidos que podem ser facilmente transportados (por exemplo, por gasodutos) e convenientemente armazenados em tanques. Após o tremendo aumento no uso de carvão no início dos anos 2000, impulsionado principalmente pelo crescimento da economia chinesa, o uso mundial de carvão atingiu seu pico em 2012. Desde então, o uso do carvão experimentou um declínio constante, compensado em grande parte pelo aumento do uso de gás natural.

Conversão do carvão

Em geral, o carvão pode ser considerado um hidrocarboneto deficiente em hidrogênio com uma razão hidrogênio-carbono próxima a 0,8, em comparação com uma proporção de hidrocarbonetos líquidos perto de 2 (para propano, etano, butano e outras formas de gás natural) e um gás proporção de hidrocarbonetos perto de 4 (para a gasolina). Por essa razão, qualquer processo usado para converter carvão em combustíveis alternativos deve adicionar hidrogênio (diretamente ou na forma de água).

Gasificação refere-se à conversão de carvão em uma mistura de gases, incluindo monóxido de carbono, hidrogênio, metano e outros hidrocarbonetos, dependendo das condições envolvidas. A gaseificação pode ser realizada in situ ou em plantas de processamento. A gaseificação in situ é realizada por queima controlada e incompleta de um leito de carvão subterrâneo, ao mesmo tempo que se adiciona ar e vapor. Os gases são retirados e podem ser queimados para produzir calor ou gerar eletricidade, ou podem ser usados como gás de síntese na liquefação indireta ou na produção de produtos químicos.

A liquefação de carvão isto é, qualquer processo de transformação do carvão em produtos líquidos que se assemelham ao petróleo bruto, pode ser direta ou indireta (ou seja, usando os produtos gasosos obtidos pela decomposição da estrutura química do carvão). Quatro métodos gerais são usados para a liquefação: pirólise e hidrocarbonização (carvão é aquecido na ausência de ar ou em uma corrente de hidrogênio), extração de solvente (hidrocarbonetos de carvão são seletivamente dissolvidos e hidrogênio é adicionado para produzir o desejado líquido), liquefação catalítica (a hidrogenação ocorre na presença de um catalisador como por exemplo, cloreto de zinco) e a liquefação indireta (monóxido de carbono e hidrogênio são combinados na presença de um catalisador).

Perigos da mineração e preparação do carvão

O carvão é abundante. Assumindo que as taxas atuais de uso e produção não mudem, as estimativas de reservas indicam que o carvão suficiente deve durar mais de 200 anos. Há, no entanto, uma variedade de problemas associados ao uso do carvão.

Operações de mineração são perigosas. Todos os anos centenas de mineiros de carvão perdem a vida ou são gravemente feridos. Os principais perigos de minas incluem quedas de minas, explosões de rochas e incêndios. Os últimos resultados ocorrem quando gases inflamáveis (como o metano) retidos no carvão são liberados durante as operações de mineração e acidentalmente são incendiados. O metano pode ser extraído de leitos de carvão antes da mineração através do processo de fraturamento hidráulico, que envolve a injeção de alta pressão de fluidos subterrâneos para abrir fissuras na rocha que permitiriam que o gás retido ou petróleo bruto escapasse para tubulações que traga o material para a superfície. Esperava-se que a extração de metano levasse a minas mais seguras e fornecesse uma fonte de gás natural há muito tempo desperdiçada. No entanto, o entusiasmo por essa tecnologia foi temperado com o conhecimento de que o fraturamento também tem sido associado à contaminação da água subterrânea. Além disso, os mineiros que trabalham abaixo do solo geralmente inalam poeira de carvão durante longos períodos de tempo, o que pode resultar em sérios problemas de saúde.

Minas de carvão e usinas de preparação de carvão causaram muitos danos ambientais. As áreas de superfície expostas durante a mineração, bem como os resíduos de carvão e rocha (que eram frequentemente despejados indiscriminadamente), resistem rapidamente, produzindo abundantes sedimentos e produtos químicos solúveis, como ácido sulfúrico e sulfatos de ferro. Os riachos próximos ficaram obstruídos com sedimentos, os óxidos de ferro mancharam as rochas e a “drenagem ácida das minas” causou reduções acentuadas no número de plantas e animais que vivem nas proximidades. Elementos potencialmente tóxicos, lixiviados do carvão exposto e de rochas adjacentes, foram liberados no meio ambiente. Desde a década de 1970, leis mais severas reduziram significativamente os danos ambientais causados pela mineração de carvão nos países desenvolvidos, embora danos mais severos continuem a ocorrer em muitos países em desenvolvimento.

Perigos da utilização do carvão mineral

A utilização de carvão pode causar problemas. Durante a queima incompleta ou conversão de carvão, muitos compostos são produzidos, alguns dos quais são cancerígenos. A queima de carvão também produz óxidos de enxofre e nitrogênio que reagem com a umidade atmosférica para produzir ácidos sulfúrico e nítrico, a chamada chuva ácida. Além disso, produz material particulado (cinzas) que podem ser transportadas pelos ventos para centenas de quilômetros e sólidos (cinzas e escórias) que devem ser descartados. Oligo-elementos originalmente presentes no carvão podem escapar como voláteis (por exemplo, cloro e mercúrio) ou ser concentrados nas cinzas (por exemplo, arsênico e bário). Alguns desses poluentes podem ser capturados usando dispositivos como precipitadores eletrostáticos e depuradores. É esperado que a pesquisa atual sobre meios alternativos para combustão (por exemplo, combustão em leito fluidizado, magnetohidrodinâmica e queimadores com baixo dióxido de nitrogênio) forneçam métodos eficientes e ambientalmente atraentes para a extração de energia do carvão. Independentemente dos meios utilizados para a combustão, é necessário encontrar formas aceitáveis de eliminar os resíduos.

A queima de todos os combustíveis fósseis (incluindo petróleo e gás natural) libera grandes quantidades de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. As moléculas de CO2 permitem que os raios de menor comprimento de onda do Sol entrem na atmosfera e atinjam a superfície da Terra, mas não permitem que grande parte da radiação de ondas longas seja irradiada da superfície para escapar para o espaço. O CO2 absorve essa radiação infravermelha de propagação ascendente e reemite uma parte dela para baixo, fazendo com que a atmosfera inferior permaneça mais quente do que seria. Considerando que o efeito estufa é um processo que ocorre naturalmente, seu aumento devido ao aumento da liberação de gases de efeito estufa (CO2 e outros gases, como metano e ozônio) é chamado de aquecimento global. Segundo o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), há evidências substanciais de que concentrações mais altas de CO2 e outros gases de efeito estufa aumentaram a temperatura média da Terra desde 1950. Esse aumento é provavelmente a causa de reduções notáveis na cobertura de neve e no gelo marinho, notadamente no hemisfério norte. Além disso, um aumento mundial do nível do mar e uma diminuição na extensão das geleiras das montanhas foram documentados. As tecnologias consideradas para reduzir os níveis de dióxido de carbono incluem fixação biológica, recuperação criogênica, descarte nos oceanos e aquíferos e conversão em metanol.

O que mais vocês conhecem sobre o carvão mineral? Quais qualidades acham que esse combustível possível?

Sobre o autor

Engenheiro eletricista, André sempre foi interessado em novas tecnologias. Na primeira década dos anos 2000, atuou como consultor tecnológico em empresas, ajudando as empresas a escolherem as melhores tecnologias para suas necessidades. Desde então, continuou estudando o assunto e hoje compartilha o que aprendeu e continua aprendendo através do site Tecnologia É.

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