COMBUSTÍVEIS , ENERGIA E AMBIENTE

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS O carvão , o petróleo e o gás natural tiveram a sua origem geológica há cerca de 300 milhões de anos : são o resultado de uma lenta sedimentação de organismos vivos, denominando-se combustíveis fósseis .

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Os combustíveis actualmente utilizados são ainda, fósseis: o que a natureza produziu em 300 milhões de anos, os humanos consomem/consumirão em cerca de 300-350 anos.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão No século XVIII o carvão era a fonte de energia mais utilizada , tendo servido de base à Revolução Industrial. No final do século XIX , o carvão começou a ser utilizado para a produção de electricidade: aparecem as primeiras centrais térmicas. Só no século XIX o petróleo e o gás natural se tornaram combustíveis essenciais para o Homem , o que permitiu a realização da Segunda Revolução Industrial.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Como se formou o carvão? Há cerca de 300 milhões de anos, a Terra encontrava-se coberta de florestas e de pântanos.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Como se formou o carvão? Folhas, raízes, troncos e até árvores caíam nos pântanos, onde a água os protegia, impedindo que reagissem com o oxigénio. Esta matéria transformava-se, ao fim de milhares de anos, em turfa.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Como se formou o carvão? Lenta e progressivamente , foi-se formando camadas de materiais vegetais mortos, que iniciou o processo de decomposição e submergiu nas águas ácidas dos pântanos circundantes.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão A escassez de oxigénio impediu a continuação da decomposição por bactérias aeróbicas e , ao longo de milhões de anos, a acção do calor e da pressão provocada pela crescente quantidade de terras e rochas suprajacentes deu início a um processo de transformação daquela material em carvões com teores em carbono crescente.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Como se formou o carvão? A turfa , considerada «carvão pedra» inacabado, demora aproximadamente 20 000 anos a formar-se e é constituída por cerca de 56% de carbono. A cobertura da turfa , por sedimentos , conjugadas com acções de metamorfismo , deu origem ao carvão . Foi o início do processo de formação das jazidas carboníferas . As jazidas de carvão encontram-se a profundidades menores do que as jazidas de petróleo.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS “Poder” energético Quanto maior o teor em carbono, maior o “poder” energético dos diferentes estádios do carvão.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão No início do século XIX, o carvão extraía-se em pequenas quantidades. Actualmente, as jazidas carboníferas são exploradas em larga escala. Normalmente as minas de carvão encontram-se a 200 ou 300 metros de profundidade, mas muitas vezes é necessário perfurar poços de 1000 metros ou mais.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão O carvão , rocha combustível que teve origem na decomposição e acumulação de plantas no interior da Terra, é o combustível fóssil mais abundante no nosso planeta. O principal elemento combustível do carvão é o carbono sólido , mas a maioria dos carvões contém compostos de carbono liquído e gasoso.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão Quanto maior a pressão , maior o teor em carbono. Quanto mais profunda a jazida, melhor é a qualidade do carvão. A extracção do carvão é feita em galerias dispostos horizontalmente, que também servem como vias de transporte.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão A extracção do carvão a céu aberto quando as minas se encontram próximas da superfície é menos dispendiosa , embora em termos paisagísticos e ambientais seja mais nociva. O transporte do carvão é feito, geralmente em vagões, posteriormente é classificado consoante o seu tamanho.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Carvão O carvão é um sólido de origem natural , formado por plantas fossilizadas de cor castanho-escura e negra , usada como combustível que apresenta as seguintes vantagens: - preço; - queima relativamente limpa; - disponibilidade imediata.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo Na história , regista-se o dealbar do século XX como um marco para o uso do petróleo refinado, até então utilizado predominantemente para iluminação.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo Este uso foi rapidamente ultrapassado pelas necessidades emergentes do aparecimento dos automóveis e da aviação, tornando o petróleo um combustível mais relevante do que o carvão, até então o mais largamente utilizado.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo Mas a história da utilização do petróleo , outrora conhecido por nomes tão diversos como betume, azeite, asfalto, lama, múmia, óleo de rocha … vem de épocas bem remotas, quando aflorava naturalmente à superfície.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo No Egipto , foi utilizado na iluminação nocturna, na impermeabilização das casas, na construção das pirâmides e até no embalsamento das múmias.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo Alexandre, o grande, ficava maravilhado com o fogo que emanava, de forma inextiguível, na região de Kirkut, actual Iraque.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo Formações geológicas favoráveis conservaram estes depósitos longe do contacto com a atmosfera, protegendo-os da oxidação.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo Os valores elevados de pressão e temperatura exercidos sobre essa máteria orgânica causaram reacções químicas complexas de que resultou o precioso líquido (ouro negro) que é o petróleo, associado a outros recursos como o gás natural (metano e etano).

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Como se formou o petróleo Há milhões e milhões de anos, as muitas espécies de peixes e de microrganismos que povoavam os mares, depois de mortos , depositavam-se no fundo, originando um lodo rico em matérias orgânicas. Se a matéria orgânica, ou biomassa , depositada ficar coberta, encontrando-se num meio pobre em oxigénio (anaeróbico) e bactérias, sedimenta-se e transforma-se numa rocha-mãe.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Como se formou o petróleo O petróleo é formado por decomposição anaeróbica (sem oxigénio) de sedimentos orgânicos à base de carbono, em determinadas condições de pressão e temperatura durante milhões anos.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo O aparecimento de petróleo ocorre em profundidades que variam desde algumas dezenas de metros até centenas ou milhares de metros. De acordo com a profundidade a que se encontra o petróleo e o gás natural torna-se necessário utilizar alta tecnologia na perfuração dos poços e na bombagem para efectuar a extracção propriamente dita tanto em on-shore (em terra) como em off-shore (no mar).

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Petróleo/gás natural O gás natural pode ser encontrado em jazidas de petróleo e carvão. O gás natural encontra-se na parte superior das jazidas de petróleo devido à sua baixa densidade. O petróleo e o gás natural são misturas de hidrocarbonetos.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Gás natural O gás natural, terceiro combustível fóssil mais importante, é uma mistura de gases cujo principal constituinte é o metano, CH4 , presente numa percentagem entre 70 a 95 %. Este combustível está associado a outros alcanos, como o etano , o propano , o butano, etc. , ao azoto N2 , ao dióxido de carbono, CO2, e ao sulfureto de hidrogénio , H2S. O CO2 e o H2S são eliminados no local de extracção.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Aplicações do gás natural O gás natural tem vantagens sobre os outros combustíveis fósseis , nomeadamente: - maior poder térmico ( é queimado a temperaturas mais elevadas ); - é mais fácil de utilizar; - arde e apaga-se muito rapidamente; - comprime-se com facilidade; - é inodoro.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Vias de transporte Transporte de carvão – comboio meio mais adequado , embora se utilizem camiões e barcos. Transporte de petróleo – Pipeline( oleduto ) , barco e camião-tanque . Transporte de gás natural – mais habitual é através de pipelines , contudo existem situações em que é necessário utilizar os barcos .

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Quer no caso do carvão quer no do petróleo, os processos de extracção começam por ter em conta os dados fornecidos pelos geólogos sobre as áreas onde se julga haver quantidades comercialmente aproveitáveis.

A TERRA Sendo a Terra um planeta do Sistema Solar, tem cerca de 5000 milhões de anos, e pensa-se que se terá formado a partir de uma nuvem de gás, gelo e poeiras, que se teriam condensado numa esfera com muita água líquida.

O HOMEM Pensa-se que o Homem surgiu na Terra há cerca de dois milhões de anos.

O HOMEM O número de estações pré-históricas encontradas em África reforça a crença segundo a qual este continente foi o berço do Homem primitivo.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Os combustíveis fósseis diferem no seu aspecto físico, no entanto, têm em comum na sua constituição carbono e hidrogénio. Uma das caracteristicas de um combustível fóssil é que, uma vez queimado, não é possível voltar a utilizá-lo.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Os combustíveis fósseis não estão, naturalmente, distribuidos uniformemente pelos vários países.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Portugal não possiu reservas de petróleo e a exploração de minas de carvão cessou em 1994 . O gás natural instalado recentemente para uso doméstico provém da Argélia , no norte de África, de onde vem através de gasodutos com milhares de quilómetros .

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS “Crise de energia” A maneira como os recursos energéticos estão repartidos na Terra é uma possível origem de problemas.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS “Crise de energia” A chamada “crise de energia” não é só uma questão de escassez de recursos , mas também de escassez de investimento em fontes alternativas e de tecnologia de rentabilização dos processos , de modo a diminuir e a recuperar a energia degradada.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS O petróleo bruto ou crude é uma mistura de muitos compostos moleculares que é preciso fraccionar (é o objectivo da destilação) e transformar quimicamente ( através de operações de cracking térmico e cracking catalítico) para obter os produtos de uso comum.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS O tratamento do petróleo é feito nas refinarias de petróleo e processa-se em quatro fases: destilação fraccionada, cracking, cracking catalítico e refinação.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação simples A destilação é uma técnica experimental tão antiga como a própria Química, persiste até aos nossos dias como uma das principais técnicas de separação , porque é uma técnica simples, face ao interesse dos resultados.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação simples A fracção destilada contém uma percentagem maior do constituinte mais volátil que a mistura inicial, ou seja, o destilado está mais «rico» no componente mais volátil, porque este passa primeiro ao estado de vapor.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação simples Pegando no destilado e sujeitando-o a nova destilação simples , obtém-se um segundo destilado mais rico que o primeiro no componente mais volátil. Repetindo a operação várias vezes, obtém-se o componente mais volátil, praticamente puro.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Este processo é , no entanto , extremamente incómodo. Por isso, os químicos inventaram um dispositivo que permite realizar toda esta operação sem mudanças nem paragens: é a chamada coluna de fraccionamento.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Coluna de fraccionamento ou Condensador de refluxo Este dispositivo tem no seu interior pratos , aneis ou material inerte que têm como função aumentar a superfície de contacto com a fase vapor , melhorando assim as trocas de calor entre o vapor e o condensado .

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada a- Proveta b- Condensador de Liebig c- Termómetro d- Cabeça de destilação e- Condensador de refluxo

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O vapor , ao ascender , condensa parcialmente em contacto com a coluna fria. Este líquido, ao descer , encontra vapor quente ascendente, o que provoca uma nova evaporação mais acima e volta a condensar mais uma vez.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O ciclo repete-se e obtém-se na parte superior da coluna o vapor do componente mais volátil (que passa para o condensador) e na parte inferior o de ponto de ebulição mais elevado.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O vapor que chega ao topo da coluna é o mais volátil e o seu grau de pureza depende do número de condensações e vaporizações que ocorrem.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O líquido que se obtém em primeiro lugar, e que é recolhido num recipiente graduado, tem o nome de destilado.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Antes de iniciar a destilação fraccionada é convém verificar se todos os esmerilados se encontram bem ajustados e o sentido da água no condensador é contrário ao sentido de circulação do destilado.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada É necessário adicionar reguladores de ebulição (pedaços de porcelana ou esferas de vidro) para evitar uma ebulição tumultuosa ou o sobreaquecimento da mistura.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada A velocidade de aquecimento deve ser lenta, pois o estabelecimento de um bom equilíbrio líquido-vapor só se consegue após um contacto prolongado entre as duas fases.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Uma boa separação exige que não se perca energia sob a forma de radiação pela coluna de fraccionamento. Para temperaturas superiores a 50ºC deve isolar-se a coluna com folha de alumínio.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Destilação simples Destilação fraccionada

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Quando se pretende separar duas ou mais substâncias voláteis, com pontos de ebulição próximos (diferenças até cerca de 25º C), a utilização de uma destilação simples apenas conduzia a uma separação parcial dos componentes e era preciso repetir o processo com os sucessivos destilados.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Uma destilação fraccionada ideal é capaz de produzir fracções de destilado a temperaturas definidas. A destilação fraccionada é utilizada numa grande variedade de indústrias, como na petoquímica (separação dos componentes do crude).

DESTILAÇÃO FRACCIONADA Azeótropo Um azeótropo é uma mistura de dois ou mais liquidos que, durante a ebulição, se comporta de forma semelhante a uma substância pura, ou seja, apresenta um ponto de ebulição constante a uma dada pressão. O álcool etílico comercial, uma mistura com 96% de eatanol e 4% de água, é um exemplo de um azeótropo.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Industrialmente, os constituintes do petróleo são separados por destilação fracionada. Este processo realiza-se numa torre, chamada de destilação, que pode ter uma largura entre 8 e 10 metros, uma altura de 60 metros e trata cerca de 30000 toneladas de petróleo por dia.

DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Nem todos os produtos que se obtêm pela destilação fraccionada do petróleo são directamente utilizáveis. Para satisfazer as necessidades em combustíveis e em matérias-primas para o frabrico de plásticos, recorre-se a tratamentos complementares, como o cracking e o cracking catalítico.

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking) As reacções de cracking são reacções onde as moléculas dos hidrocarbonetos de cadeia longa se «quebram», originando moléculas de cadeia mais curta. A ruptura das moléculas faz-se em determinadas condições de temperatura e pressão e na presença de catalisadores.

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO Cracking por desidrogenação: CH3 – (CH2)6 – CH3  H2 + CH3 – (CH2)5= CH2 Octano Oct - 1 - eno

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) O cracking catalítico utiliza-se quando se pretende obter gasolina normal e super a partir de óleos pesados. A operação efectua-se a cerca de 500ºC, a uma pressão próxima da pressão atmosférica e na presença de um catalisador muito ácido.

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) Estas reacções dão origem, principalmente, a alcanos mais «leves» (com cadeia carbonada menor), lineares ou ramificados , assim como a alcenos numa percentagem de 5 a 8%. Antigamente utilizavam-se o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico; mais tarde usaram-se argilas e geis mistos de SiO2.

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) Hoje empregam-se quase exclusivamente zeólitos ( aluminosilicatos ) sintéticos. Os zeólitos naturais são minerais comuns de composição semelhante à argila ( Si-O-Al) . Podem ser muitos ácidos . O seu carácter ácido é tanto maior quanto maior for a proporção Al/Si.

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO ( cracking catalítico ) Os zeólitos sintéticos imitam a estrutura em canais dos zeólitos naturais.

CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO ( cracking catalítico ) A sua importância deve-se à sua estrutura. Os zeólitos naturais são constituídos por uma rede de canais, o que faz com que sejam catalisadores muito selectivos.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Os combustíveis fósseis diferem no seu aspecto físico , no entanto , têm em comum na sua constituição carbono e hidrogénio. Uma das caracteristicas de um combustível fóssil é que , uma vez queimado, não é possível voltar a utilizá-lo.

Gasolinas de Inverno e de Verão A gasolina não tem sempre a mesma composição, sendo adaptada às temperaturas ambientes. No Inverno , as gasolinas têm maior concentração de componentes voláteis para garantirem boas condições de detonação. No Verão , diminui-se a concentração dos componentes mais voláteis , evitando a perda de combustível, o mau funcionamento dos motores.

Os aditivos da gasolina A gasolina é uma das fracções obtidas na destilação do petróleo bruto que mais impacto tem na sociedade actual. Na sua constituição existem hidrocarbonetos de cadeia curta, cujo número mínimo de carbonos é quatro e o número máximo de átomos de carbono é doze. Para cumprir todos os requisitos legislados, é necessário a adição de outros componentes (aditivos).

Os aditivos da gasolina Os aditivos têm como objectivo aumentar o índice de octanas e diminuir a poluição atmosférica. Os aditivos oxigenados , cujo efeito é aumentar o índice de octanas, são: Metanol Etanol MTBE  2-metoxi-2-metilpropano

Índice de octano na gasolina O índice de octano relaciona a quantidade de iso-octano (2,2,4 –trimetilpentano) com a quantidade de n-heptano presente na gasolina, dando informação relativa quanto à capacidade do combustível ficar sujeito à auto-ignição.

Temperatura de ignição Flashpoint Temperatura de ignição – Temperatura à qual os vapores desprendidos entram em combustão espontânea, independentemente de qualquer chama. Flashpoint – Temperatura mínima à qual os vapores desprendidos se inflamam na presença de uma chama, apagando-se em seguida (quantidade de vapores insuficiente para estimular a combustão).

Índice de octano na gasolina Os valores limite do índice de octano são: 100 – associado ao iso-octano – baixa tendência para a auto-ignição – maior rendimento da combustão interna. 0 – associado ao n-heptano , tem tendência para a auto-ignição – baixo rendimento da combustão interna.

Substâncias indesejáveis na gasolina Com o objectivo de aumentar o rendimento da gasolina, esta contém outros componentes para além dos hidrocarbonetos de cadeia linear , que são indesejáveis para o ambiente. Esses componentes são o enxofre, o chumbo, o benzeno entre outros hidrocarbonetos aromáticos.

Substâncias indesejáveis na gasolina O enxofre , durante a combustão , origina óxidos de enxofre provocando o aumento da poluição atmosférica e , consequentemente , o aumento da acidez das chuvas. O chumbo, como é um metal pesado, é muito poluente e foi eliminado da composição da gasolina sendo substituído por aditivos oxigenados.

Os combustíveis gasosos, sólidos e liquidos - GPL Os combustíveis gasosos, são combustíveis liquefeitos devido à elevação da pressão e armazenam-se em garrafas ou tanques. O butano , o propano e o gás de cidade , cujo componente maioritário é o metano , são combustíveis gasosos.

Impacte ambiental da Industria Petroquímica Poluição das águas do mar – derrames de crude que têm origem em acidentes com petroleiros , fugas de crude ou combustível , lavagens ilegais de tanques , provocam as marés negras que afectam diferentes ecossistemas marítimos.

Impacte ambiental da Industria Petroquímica Poluição atmosférica – emissão de gases , como o dióxido de carbono ou óxido de enxofre e azoto, devido á queima dos diferentes combustiveis, provenientes do crude, do carvão ou do gás natural. Este tipo de poluição provoca acidificação das chuvas e o aquecimento global do planeta.

Impacte ambiental da Industria Petroquímica O limite dos recursos naturais , que permitem a extracção de petróleo e outros combustíveis, está a suscitar preocupação a nível mundial, devido: - à elevada dependência relativamente aos combustíveis fósseis, em particular ao petróleo; - ao aumento das necessidades energéticas;

Impacte ambiental da Industria Petroquímica O limite dos recursos naturais , que permitem a extracção de petróleo e outros combustíveis, está a suscitar preocupação a nível mundial, devido: - à diminuição drástica das reservas conhecidas; - à instabilidade política em diversas regiões produtoras de petróleo.

Combustíveis alternativos e alternativa aos combustíveis Os combustíveis fósseis são recursos limitados e prevê-se que ainda durante o século XXI se esgotem as principais reservas de petróleo. Torna-se , imprescindível encontrar alternativas que simultaneamente reduzam o impacto ambiental da utilização dos combustíveis e preservem as reservas de combustíveis fósseis.

Combustíveis alternativos e alternativa aos combustíveis Actualmente são utilizados como combustíveis alternativos: Hidrogénio – obtido da água e utilizado como combustível de motores . Metano - obtido através da decomposição da matéria orgânica vegetal e animal. Biodiesel – são ésteres produzidos a partir dos triglicídeos contidos nos óleos vegetais ou animais e do etanol ou metanol.

Combustíveis alternativos e alternativa aos combustíveis Biogás – é constituído por metano e dióxido de carbono , em percentagens variáveis , obtido a partir de excrementos e resíduos agrícolas. Etanol – obtido a partir da fermentação de hidratos de carbono contido nos vegetais. Metanol - obtido a partir de reacções anaeróbicas de matéria orgânica.

Combustíveis alternativos e alternativa aos combustíveis Estes combustíveis podem ser utilizados directamente ou adicionados à gasolina e gasóleos, como é o caso dos álcoois e do biodiesel, diminuindo o consumo de combustíveis fósseis. As principais vantagens destes combustíveis alternativos são: - serem renováveis ( biogás, biodiesel, álcoois); - serem menos poluentes ( na sua combustão não emitem óxidos de enxofre ou azoto)

Combustíveis alternativos e alternativa aos combustíveis As principais desvantagens destes combustíveis alternativos são: - baixa rentabilidade de produção (biogás, biodiesel , álcoois ); - elevado custo para equipamento – hidrogénio.

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