Seqüestro de Carbono

Introdução Seqüestro de Carbono

O conceito de seqüestro de carbono foi consagrado pela Conferência de Kyoto, em 1997, com a finalidade de conter e reverter o acúmulo de dióxido de carbono (CO₂)na atmosfera , visando a diminuição do efeito estufa. A conservação de estoques de carbono nos solos, florestas e outros tipos de vegetação, a preservação de florestas nativas, a implantação de florestas e sistemas agroflorestais e a recuperação de áreas degradadas são algumas ações que contribuem para a redução da concentração do CO₂ na atmosfera. Os resultados do efeito Seqüestro de Carbono podem ser quantificados através da estimativa da biomassa da planta acima e abaixo do solo, do cálculo de carbono estocado nos produtos madeireiros e pela quantidade de CO2 absorvido no processo de fotossíntese.

O seqüestro de carbono faz parte do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), no qual os países do Anexo I poderão desenvolver projetos que contribuam para o desenvolvimento sustentável de países em desenvolvimento (não pertencentes ao Anexo I) de modo a ajudar na redução de suas emissões. Essas iniciativas gerariam créditos de redução para os países do Anexo I, e ao mesmo tempo ajudariam os países em desenvolvimento, pois estes se beneficiariam de recursos financeiros e tecnológicos adicionais para financiamento de atividades sustentáveis e da redução de emissões globais. Ressalta-se que as reduções obtidas deverão ser adicionais a quaisquer outras que aconteceriam sem a implementação das atividades do projeto. Os projetos também deverão oferecer benefícios reais, mensuráveis e a longo prazo para mitigação do aquecimento global.

O financiamento de atividades sustentáveis pelo MDL levaria a menos dependência de combustíveis fósseis nos países em desenvolvimento e, portanto, a menos emissões a longo prazo. Os projetos MDL poderão ser implementados nos setores energético, de transporte e florestal. Dentro do setor florestal, projetos de florestamento e reflorestamento poderão participar. No entanto, projetos que visam a redução do desmatamento e queimadas ou a conservação de florestas estão excluídos deste mecanismo até o momento.

Nos países em desenvolvimento, os custos relacionados à implementação de projetos que diminuam emissões de gases de efeito estufa são, em geral, menores do que nos países desenvolvidos. Isto torna o MDL atrativo para aqueles pertencentes ao Anexo I. Além disso, o MDL busca incentivar o desenvolvimento sustentável, levando à criação de novos mercados que valorizam a redução de emissões de gases de efeito estufa, e criando oportunidades para a transferência de tecnologia e novos recursos para países em desenvolvimento, como o Brasil.

Exemplos de projetos de MDL no setor energético são: implementação de sistema de energia solar, eólica, co-geraçao através de processos químicos e de aproveitamento de biomassa. No setor florestal, pode-se falar em projetos de "florestamento" e reflorestamento.

Seqüestro de Carbono através de fotossíntese

As florestas são de extrema importância por causa do processo de fotossíntese realizado pelas plantas e árvores. Na presença de luz, elas absorvem o dióxido de carbono do ar, incorporam o carbono na sua biomassa (troncos, galhos e raízes) e retornam o oxigênio para a atmosfera através da fotossíntese.

As florestas realizam a fotossíntese na terra, já o plâncton retira CO₂ da água do oceano para realizar o processo da fotossíntese e transformar o CO₂ em carbonato de cálcio (CaCO₃), para construir seus esqueletos e escudos e matéria orgânica. Quando o fitoplâncton é consumido por bactérias ou pelo zooplâncton, nutrientes e CO₂ são liberados para a água, podendo ser outra vez absorvido pelo fitoplâncton ou ser liberado para a atmosfera. Porém, quando o fitoplâncton morre, parte do carbono orgânico e, principalmente, o carbono inorgânico, são depositados no fundo do oceano, formando depósitos sedimentares, e posteriormente petróleo e carvão. Acredita-se que o fitoplâncton é responsável pela produção de cerca de 98% do oxigênio da atmosfera terrestre.

Para acelerar o processo de fixação de carbono através de do plâncton, cienstitas proporam “fertilizar o oceano”. A “fertilização” se dá através da adição de ferro em regiões onde a produtividade biológica é limitada pelo ferro, provocando um aumento no crescimento do fitoplâncton, acelerando a atividade fotossintética. Porém, a fertilização do oceano provoca efeitos adversos no ecossistema marinho como, por exemplo, as grandes taxas de decomposição de fitoplâncton reduziria os níveis de oxigênio na água, que associada à atividade microbiana podem produzir potentes gases do efeito estufa como o metano e o óxido nitroso. Além disso, também pode ocorrer o desaparecimento de corais, caracóis, ouriços-do-mar e de recifes (que impedem a erosão das costas); assim como a perturbação das cadeias alimentares e a proliferação de algas microscópicas invasivas que formam uma espécie de cimento quando estão em colônias.

Seqüestro de Carbono através de injeção mecânica

O seqüestro de carbono através de injeção mêcanica consiste em capturar o CO₂ e imobilizá-lo e locais que não afete o ecossistema e não tenha a possibilidade de vazamentos.

Captura de CO₂

O melhor lugar para capturar CO₂ são as principais fontes de emissões. Estações de energia que geram eletricidade produzem cerca de um terço das emissões globais de CO₂. Além disso, o CO₂ é um subproduto da produção de ferro e de aço e da produção de cimento. CO₂ também é removido do gás natural antes que ele possa ser usado como combustível. Esses processos industriais são bons candidatos para captura e armazenamento de CO2, pois são fontes em larga escala em um local fixo. Em contraste, seria difícil capturar emissões de C CO₂ de automóveis. Os principais combustíveis fósseis para estações de energia são gás natural e carvão. Esses combustíveis são queimados na presença do ar. O calor resultante é usado para criar vapor que impulsiona turbinas, que ligam os geradores elétricos. Ou o gás pode ser queimado para impulsionar as turbinas diretamente. Em qualquer um dos casos, o oxigênio no ar combina-se com o carbono no combustível para produzir CO₂. O CO₂ é liberado no ar. Quando o gás natural é queimado, o hidrogênio do metano (CH₄) também combina-se com o oxigênio para formar água.

Mas o ar que foi usado para queimar o combustível continha principalmente nitrogênio. Esse nitrogênio não participa do processo de combustão. Ele sobe pela chaminé. As emissões das usinas de energia, chamadas de gases de escape, são normalmente apenas de 10% a 15% de CO₂ em uma usina que queima carvão e cerca de 5% quando gás natural é o combustível. Em princípio, poderíamos armazenar todos os gases de escape, mas isso preencheria a capacidade de armazenamento, principalmente com nitrogênio, que não precisa ser seqüestrado. Para armazenar o CO₂ de maneira eficiente, ele primeiro tem que ser separado dos outros gases de escape.

Há três estratégias para a separação:

1.Separar o CO₂depois da combustão.

2.Queimar combustíveis fósseis no oxigênio, em vez de no ar, resultando em CO₂ concentrado.

1. As soluções químicas podem ser usadas para dissolver o CO₂ enquanto os outros gases passam para a atmosfera. Essa técnica, amplamente usada hoje, usa um grupo de compostos chamados aminas. Eles absorvem CO₂ formando ligações químicas, especialmente quando em alta pressão e baixa temperatura. Esse processo é chamado de "lavagem". A solução química resultante é, mais tarde, aquecida e a pressão reduzida, liberando CO₂ concentrado. Outros solventes são usados para dissolver o CO₂ sem ligação química. Nesse processo de absorção física, o CO₂ se dissolve sob pressão e é, posteriormente, removido do solvente com redução da pressão. O solvente pode, assim, ser reutilizado. Uma outra estratégia para capturar CO₂ é esfriar os gases de escape ao ponto em que o CO₂ se torna líquido. Esse processo requer energia considerável para refrigeração. Uma vantagem é que o líquido pode ser facilmente transportado por caminhão ou navio. Também é possível separar gases usando películas finas chamadas membranas. Alguns gases passarão por uma membrana mais rápido que outros. Isso permite que diferentes gases sejam separados um do outro.

2. O nitrogênio compõe 78% do ar. Permanece praticamente inalterado no processo de combustão do combustível É o principal gás que dilui o CO₂ na mistura de gás de escape. Se o combustível for queimado em oxigênio puro, em vez de no ar, a concentração de CO₂ em gás de escape pode ser aumentada para mais de 80%. Esse processo pode tornar desnecessário maior concentração do gás de escape, antes do seqüestro do CO₂. O desafio é como separar o oxigênio do resto do ar, que é, em sua maior parte, nitrogênio. As estratégias são semelhantes às usadas para separar CO₂. O ar pode ser resfriado, para que o oxigênio se liquefaça. Membranas que passam oxigênio e nitrogênio em diferentes taxas podem provocar a separação. Há também, materiais que absorvem o nitrogênio, separando-o, portanto, do oxigênio. Eles podem, portanto, ser feitos para liberar o nitrogênio e ser reutilizados.

Armazenamento

Depois que o CO₂ concentrado tiver sido capturado, a próxima etapa é o armazenamento, abaixo estão o tipos de locais mais prováveis:

Formações geológicas

O armazenamento em formações geológicas é, no momento, a solução mais promissora para seqüestro disseminado e de longo prazo do CO₂. Alguns projetos já estão sendo preparados. Para reduzir os gases do efeito estufa e o aquecimento global, o CO₂ armazenado deve ser mantido fora da atmosfera por centenas ou milhares de anos. Reservatórios de petróleo e gás, aqüíferos profundos de água salgada e carvão parecem ter existido por milhões de anos com mudanças apenas muito graduais. Há forte evidência de que se gerenciado adequadamente, essas formações poderia fornecer armazenamento de CO₂de longo prazo.

Reservatórios esgotados de petróleo e de gás

O petróleo e o gás estão em rochas permeáveis e porosas, como grés. As rochas contêm espaços microscópicos, chamados de poros, que são preenchidos com fluidos. Os fluidos podem ser água, petróleo ou gás. Um reservatório de petróleo ou gás é mais como uma esponja que como uma garrafa. Depois de um campo de gás ou petróleo ter sido produtivo por um período de tempo, uma boa parte dos hidrocarbonetos terá sido removida. Há espaço disponível para armazenar CO₂. A camada porosa e permeável da rocha que contém esses fluidos é coberta por uma camada de rocha impermeável, geralmente sal ou xisto, que não permite que eles atravessem. Normalmente, petróleo e gás tenderão a migrar para cima, por meio de rocha permeável, pois são mais leves que a água, que também é encontrada nessas formações rochosas. A camada de rocha os prende. Como petróleo e gás têm sido seqüestrados nessas formações há milhões de anos, há bons motivos para acreditar que o CO₂ permanecerá lá também.

Recuperação aprimorada de petróleo

Muito da tecnologia necessária para armazenar CO₂ em campos de petróleo já sendo usada para um processo conhecido como Recuperação aprimorada de óleo. Quando um reservatório é recém-perfurado, o petróleo está, geralmente, sob pressão e flui livremente para a superfície. À medida que o petróleo é removido, a pressão diminui e é necessário o bombeamento para recuperar mais. Em algum ponto, a recuperação se torna não econômica e é interrompida, ou técnicas adicionais são usadas para extrair mais petróleo. Uma metodologia é bombear CO₂ para o reservatório. Isso aumenta a pressão para que o petróleo flua mais prontamente. Além disso, o CO₂ se dissolve no petróleo e faz com que ele se torne menos viscoso e flua mais facilmente. Ele expande em volume, também, aumentando ainda mais a pressão. O CO₂ é bombeado para o reservatório por meio de um “poço de injeção”. Isso força o petróleo na direção de um "poço de produção", em que ele sobe para a superfície.

Figura: Ilustração da Recuperação Aprimorada do petróleo

Na recuperação aprimorada de petróleo, o CO₂ é bombeado para o reservatório por meio de um “poço de injeção”. Ele se mistura com o petróleo perfurado, formando uma "zona miscível". A pressão do CO2 e do petróleo em expansão empurraram um banco de petróleo na direção do poço de produção, em que ele subiu para a superfície. Assim, o CO₂é separado do petróleo e pode ser adicionado ao fluxo de CO₂ que vai para o poço de injeção. Um efeito colateral da recuperação de petróleo aprimorada é que o CO₂que foi usado para forçar a extração do petróleo da formação está agora seq‑üestrado.

Um efeito colateral da recuperação aprimorada de petróleo é que o CO₂ se torna seqüestrado na formação rochosa. Se o objetivo for armazenamento de CO₂ em vez de recuperação de petróleo, campos de petróleo esgotados ou quase esgotados podem ser usados para seqüestro, mesmo se não forem bons candidatos para recuperação aprimorada de petróleo.

A grande questão é se ou não o CO₂ vazará do reservatório. Vazamento seria um problema, pois devolveria o CO₂ seqüestrado para a atmosfera. Isso acabaria com o objetivo do projeto.

Se o campo for antigo, o cimento em torno das armações do poço pode ter deteriorado. Isso pode fornecer um caminho para que o CO₂ escape. Mas, existem formas de cimentar novamente os poços para que eles ofereçam uma vedação confiável do CO₂ seqüestrado.

Um outro caminho possível para vazamento de CO₂ seria rachaduras na camada de rocha. O seqüestro de CO2 é proposto para regiões que são geologicamente estáveis, em que não há probabilidade de ocorrer terremotos. Porém, o seqüestro do CO₂, por si só, poderia resultar em maior pressão sob a camada de rocha, que poderia causar rachaduras. A solução é monitorar a pressão e tomar cuidado para não ultrapassar os limites da formação.

Aqüíferos

Há muitas "armadilhas" geológicas subterrâneas lacradas que nunca contiveram petróleo ou gás. Seus poros são cheios de água. Eles são chamados de aqüíferos. Os aqüíferos que são mais adequados para armazenamento de CO₂ são subterrâneos e profundos. São cheios de água salgada, de modo que não são adequados para fornecer ou armazenar água fresca para uso humano. O CO₂seria parcialmente dissolvido na água no aqüífero. Em alguns tipos de rocha, ele poderia reagir com minerais para formar depósitos de carbonatos estáveis. Isso provavelmente seguraria o CO_2. Estudos geológicos precisariam ser feitos, como é feito rotineiramente para reservatórios de petróleo e de gás, para confirmar que o aqüífero não deixaria vazar CO₂

O primeiro programa de injeção de CO₂ no mundo executado para considerações de mudança climática é na costa da Noruega, em um aqüífero salino profundo no Mar do Norte conhecido como o campo de Sleipner.

Figura: Injeção em um aqüífero

Jazidas de carvão

Um outro meio de armazenamento potencial é em depósitos de carvão que são profundos demais para servirem como mina. O carvão é, em sua maior parte, carbono. Ele absorverá o CO₂ e o armazenará permanentemente. Os depósitos de carvão normalmente contêm metano. Quando o CO₂é bombeado para o carvão, ele é absorvido, como preferência, para o metano, que é liberado. Como com a recuperação aprimorada de petróleo, o metano será captado e utilizado como combustível.

Notícias em relação ao seqüestro de carbono através da injeção

Para conseguir reduzir suas emissões de gases causadores do efeito estufa (GEE), Noruega, Canadá e Argélia bombeiam, cada um, cerca de 1 milhão de toneladas por ano de dióxido de carbono para o subsolo. Já o projeto do Japão é ainda mais ambicioso: enterrar 200 milhões de toneladas de CO₂ até 2020. Por ano, a segunda maior economia do mundo emite 1,3 bilhão de toneladas. Este plano, apresentado pelo Ministério da Economia, Comércio e Indústria japonês em maio, enfrenta como obstáculo o alto custo de execução e a questão da segurança. A captação do gás e a sua injeção em aqüíferos subterrâneos, em campos de extração de gás ou em brechas entre camadas rochosas têm um custo proibitivo, diz o governo. A expectativa é de que o valor atual, de aproximadamente R$ 109 a tonelada, seja reduzido pela metade com a pesquisa até 2020.

A possibilidade de que terremotos ou acomodações do solo liberem milhões de toneladas de CO₂ também vem sendo estudada. Para o Comitê Intergovernamental para a Mudança Climática da Organização das Nações Unidas (ONU), se acondicionado adequadamente, 99% do gás enterrado ficará estável por até 1.000 anos.

O entrave seria o custo para a captura do CO₂ que inviabiliza do projeto. A captura e a compressão do CO₂ respondem por 80% dos custos enquanto que o transporte e injeção por apenas 20%. Novos estudos estão sendo realizados com o intuito de diminuir estes custos, a fim de tornar a descarbonizacao geológica uma alternativa viável. Outro problema é a localização de reservatórios seguros.

Também há estudos que sugerem a injeção direta do CO₂ no fundo do oceano, abaixo da termoclima, se a injeção for a grandes profundidades o CO₂ afundará e talvez formará um “lago”. Porém, o CO₂ poderá se dissolver rapidamente na água do mar, reduzindo o pH no local da injeção, deixando a água mais ácida. Com o aumento da acidez reduz a quantidade de carbonato de cálcio na água, afeta o crescimento e as taxas de reprodução de alguns organismos marinhos como peixes e plâncton e para os animais que vivem em grandes profundidades, sua capacidade de eliminar gás carbônico seria reduzido, levando a morte desses organismos por asfixia.