Fornecer todos os materiais e energia que a civilização necessita para seu próprio crescimento, de forma completamente sustentável é ainda um cenário irreal.
O que se vê, na verdade, é um crescimento cada vez maior da demanda energética, que acaba por intensificar as emissões de gases de efeito estufa (GEE).
A emissão de gases como o dióxido de carbono (CO2), o óxido nitroso (N2O) e o metano (CH4) contribuem para o aumento do efeito estufa e, consequentemente, para o aumento das temperaturas médias da Terra causando o chamado aquecimento global, o precursor das alterações climáticas globais.
As duas maiores usinas siderúrgicas integradas do estado do Rio de Janeiro, a CSN e a CSA, apresentam um nível de emissão de CO2 muito alto, somando mais de 20 milhões de toneladas de gás carbônico emitidos por ano.
A Captura e Armazenamento Geológico de Carbono (Carbon Capture and Geolocial Storage – CCGS) é uma importante tecnologia para reduzir a quantidade de GEE que é emitida.
O CCGS implica capturar o CO2, o principal gás agravador do efeito estufa, produzido pela queima de hidrocarbonetos (como o gás natural, o óleo e o carvão) antes de entrar na atmosfera, armazenando em formações rochosas no solo onde permanecerá indefinidamente.
Ao mesmo tempo, diversos mecanismos internacionais de controle e mitigação de emissões tomaram forma, sendo o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), criados dentro da estrutura do Protocolo de Quioto, um dos mais eficazes.
Um projeto de CCGS além de reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) através do sequestro geológico de CO2, pode contribuir também para aumentar a produção de petróleo de um poço no processo de Recuperação Avançada de Petróleo, conhecido internacionalmente como EOR (Enhanced Oil Recovery).
Além de apresentar benefícios ambientais para as empresas, minimizando os impactos das emissões de GEE, e benefícios econômicos, através da EOR, o CCS também poderá gerar as Reduções Certificadas de Emissões (RCE) através do MDL, podendo essas reduções certificadas serem comercializadas em mercados de carbono ou mantidas pelas empresas participantes do projeto.
Esse trabalho irá apresentar todas as informações vitais de um projeto em larga escala de CCGS, desde a quantidade de dióxido de carbono que será capturada até a quantidade que será armazenada.
Toda a extensão do projeto, desde as fontes de captura até os poços de injeção, foram mapeados e demonstrados através do uso de um software de sistema de informação geográfica, o ArcGIS.
O objetivo desse trabalho é estudar a viabilidade técnica e econômica de um projeto de grande escala de CCGS de ser aplicado como uma atividade de MDL, evidenciando, no intuito de comprovação de abatimento real das emissões, a quantidade de Reduções certificadas de Emissões (RCEs) que será gerada e os lucros provenientes da recuperação avançada de petróleo.
Com ele foi possível detalhar todos as etapas intermitentes do projeto proposto, demonstrando graficamente a captura de CO2 na CSN e CSA, o transporte até a bacia de campos e a injeção e armazenamento do gás nos reservatórios de Marlim e Barracuda.
Após o projeto estar todo dimensionado e com suas emissões capturadas e armazenadas quantificadas, será possível calcular a quantidade real de emissões evitadas pelo projeto, utilizando a metodologia presente no escopo do MDL.
Para tornar viável a elaboração de um escopo de um projeto de larga escala de CCGS foi necessário alinhar todas as informações coletadas em uma base de Sistema de Informação Geográfica (SIG), simplificando a compreensão das etapas intermitentes do projeto.
Sem essa ferramenta não seria possível demonstrar, com exatidão, a extensão do projeto, desde as fontes de captura até a o ponto final de injeção do carbono.
Primeiramente foi descrito o processo industrial das fontes emissoras, no intuito de identificar em quais unidades siderúrgicas ocorrerá à captura de CO2 e demonstrar qual a tecnologia adotada para este fim.
Através da quantificação da quantidade de dióxido de carbono que foi capturado, foi possível dimensionar o transporte do mesmo por carbodutos, utilizando o ArcGIS para medir as distâncias e a demonstração gráfica do projeto.
Na etapa de injeção e armazenamento, foram calculados diversos parâmetros referentes à quantidade recuperada de óleo, considerando certos fatores como a quantidade de CO2 que retorna junto ao óleo, a injeção máxima de CO2 por poço, a quantidade de poços necessários, a quantidade máxima de CO2 que pode ser armazenada, a quantidade máxima de óleo que pode ser recuperado, a taxa de recuperação de óleo, entre outros.
Os cálculos de custo de instalação e operação e manutenção de todas as etapas foram elaborados a partir de metodologias de cálculo presentes ou adaptadas da literatura.
A verificação da adicionalidade do projeto, ou seja, se o projeto é realmente capaz de mitigar emissões de gases de efeito estufa sob o escopo do MDL, foi demonstrada após o detalhamento de todos os dados do projeto.
Foram realizadas duas abordagens para a quantificação das reduções nas emissões de GEE, uma com as emissões provenientes da queima do óleo produzido em virtude da injeção de CO2 e a outra desconsiderando essas emissões.
A Captura e Armazenamento Geológico de Carbono (CCGS) consiste num processo de separação e captura do CO2 de processos industriais e processos relacionados à geração de energia, através da queima de hidrocarbonetos, seguido de transporte para um local propício de armazenamento seguro, de modo que o dióxido de carbono permaneça preso durante um período indefinido de tempo.
O propósito da captura de CO2 é produzir um fluxo concentrado de dióxido de carbono em alta pressão que possa ser transportado até o local de armazenamento.
Apesar de todo o gás exausto da planta industrial, contendo uma pequena fração de CO2, poder ser transportado e injetado no subsolo, os custos de energia e outros custos associados tornam essa abordagem impraticável.
Diversas aplicações de separação de gases são aplicadas em grandes plantas industriais, incluindo plantas de tratamento de gases e unidades produtoras de amônia.
A tecnologia de captura de gás carbônico pode ser implantada em qualquer fonte estacionária geradora do gás, de preferência grandes usinas termoelétricas, siderúrgicas, refinarias, cimenteiras, industrias químicas, plantas produtoras de amônia e fertilizantes, etc.
Dependendo do processo industrial ou da usina de produção de energia onde será capturado o dióxido de carbono, será adotado uma das quatro rotas possíveis de captura.
Normalmente, esse sistema utiliza solventes para capturar uma pequena fração de CO2, entre 3% e 15% da concentração em volume no gás, o nitrogênio representa a maior concentração.
Uma vantagem em relação à pós-combustão é que esta tecnologia pode ser aplicada na maioria das termelétricas convencionais, como usinas a gás e carvão.
Porém, como o exausto proveniente dessas plantas de energia possui baixa concentração de CO2, este possuirá baixa pressão, necessitando de grandes compressões para ser transportado e armazenado.
Um sistema de pré-combustão processa o combustível primário em um reator com vapor e ar (ou oxigênio) para produzir uma mistura consistindo basicamente de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio, chamado de gás de síntese.
Apesar da conversão de combustível inicial ser complexa, com altos custos associados, as altas concentrações e pressões do CO2 favorece sua separação do restante do gás.
Os processos mais comuns para separação são absorção química e/ou física utilizando solventes químicos e físicos, membranas poliméricas, looping químico e a separação em plantas de energia com sistema integrado de gaseificação com ciclo combinado (IGCC).
O dióxido de carbono tem sido capturado em processos industriais durante mais de 80 anos (IPCC, 2005), mas a maior parte do CO2 que é capturado é, posteriormente, emitido para a atmosfera, porque não havia a necessidade ou incentivo de armazenar o gás.
A purificação do gás natural e a produção hidrogênio contendo gás de síntese para a fabricação de amônia, álcool e combustíveis líquidos sintéticos, são exemplos onde ocorre a captura de CO2.
Os sistemas de captura utilizam diversas tecnologias conhecidas de separação de gases, estando integradas com a rota de captura, descrita anteriormente.
Como a absorção química é geralmente aplicada na rota tecnológica de pós-combustão, o gás exausto precisa receber um pré-tratamento para remover particulados e outras impurezas antes de reagir com o solvente.
O composto, formado através de uma reação química entre o CO2 e o solvente, é separado do resto do gás em uma torre diferenciada, onde o composto será submetido a um aumento de temperatura para reverter a absorção e liberar o CO2.
Um problema comum nesse processo é que grandes quantidades de solventes são necessárias para conseguir processar uma grande vazão de CO2, o que se traduz em necessidade de grandes equipamentos com grandes gastos de energia e consequentemente altos custos.
A absorção física é adequada para a remoção de CO2 em altas pressões e concentrações no gás exausto porque os solventes físicos não possuem o mesmo poder de absorção dos solventes químicos.