2.0. Carvão mineral
O carvão mineral é um mineral não renovável, mais especificamente uma rocha sedimentar originada há milhares de anos e encontrada no subsolo em depósitos de origem orgânica. É, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), o combustível fóssil com maior disponibilidade no mundo e uma das primeiras fontes de energia usadas pelo homem. Passou a ser utilizado em grande escala no período da Revolução Industrial.
O carvão mineral é composto de oxigénio, hidrogénio, enxofre, cinzas e em sua maior parte, carbono. O principal constituinte do carvão mineral que é a madeira, foi a principal responsável pela percentagem de carbono de sua composição, sendo a madeira composta por aproximadamente 50 % de Carbono, 44% de Oxigénio, 5 % de Hidrogénio e 1 % de outros compostos (Borba, 2001; SIECESC, 2016; Moderna Plus, 2016).
2.1. Origem
O carvão existe há milhares de anos em depósitos de origem vegetal, formado por meio da decomposição da matéria orgânica sem a presença de oxigênio. O material originado dos restos vegetais é soterrado e compactado, sofrendo ação das bactérias, bem como das condições de pressão e calor no ambiente do depósito, formando, então, ao longo do tempo, o carvão mineral. Sua formação corresponde ao Período Carbonífero, durante a Era Paleozóica.
O carvão mineral pode ser encontrado, segundo o Departamento Nacional de Produção Mineral (DPMN), em regiões de baixas temperaturas ou clima temperado, estando localizado em todos os continentes. Nesses locais, os vegetais são carbonizados antes de apodrecerem.
2.2. Composição
O carbono é o principal composto do carvão mineral, apresentando, segundo a Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais, o teor de aproximadamente 55% a 95% do elemento, fazendo portanto, com que haja tipos de carvão mineral mais ou menos ricos em carbono. O teor de carbono é o que define a maturidade geológica do mineral, conhecido como rank. São encontrados também, nesse combustível fóssil, de acordo com o DNPM, enxofre, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio.A formação do carvão mineral corresponde a estágios de produção, especificada, especialmente, pela presença de carbono.
2.3. Principais tipos de carvão mineral
Turfa: material vegetal que possui teor de carbono entre 55% e 60% e permite a identificação dos restos vegetais. Seu poder calorífico é inferior a 4.000 kcal. A pressão e a temperatura de formação são decisivas na qualidade de cada depósito de carvão o qual vai definir sua maturidade orgânica. A turfa é o estágio inicial do carvão mineral, sendo um composto de baixo conteúdo carbonífero, que será convertida em linhito, ambos consideradas de baixa maturidade orgânica (Crossetti, 2006).
Linhito: rocha sedimentar formada a partir da compressão da turfa. Possui teor de carbono entre 67% e 78%. Seu poder calorífico é inferior a 4.000 kcal.
Encontrado geralmente próximo à superfície, por sofrer uma menor pressão, o que facilita a sua extração a qual é relativamente simples e pouco onerosa. São designados para geração de eletricidade por sofrerem rápida deterioração, baixo poder calorífico além de poder queimar espontaneamente. Essa queima. Trata-se do único tipo de carvão estritamente biológico e fóssil, formado por matéria orgânica vegetal (Cano, 2016).
Carvão betuminoso ou hulha: rocha sedimentar composta por betume (mistura líquida de cor escura e alta viscosidade). Possui teor de carbono entre 80% a 90%. Seu poder calorífico é entre 7.000 a 8.650 kcal.
É um tipo de carvão mineral ou carvão natural, gerado há milhões de anos, que se forma a partir da fossilização da madeira soterrada. A hulha ou carvão betuminoso é uma variedade de carvão mineral que apresenta altas taxas de teor de carbono e contém betume em sua formação. Tendo dois usos principais os quais são: Carvão-energético usado em fornos de usinas termoelétricas, por possui grande teor de cinzas e Carvão metalúrgico, o mais nobre sendo suscetível para ser transformado em coque. Em resumo a hulha é o carvão mineral mais utilizado e o mais puro (Branco, 2013; Kawa, 2014).
Antracito: tipo de carvão compacto e sólido. Possui teor de carbono de 96% e corresponde à forma mais pura do carvão mineral. Contém pouco ou nenhum betume. Possui uma lenta combustão, por esse fato está vinculado ao uso doméstico. Por possuir poucas impurezas e grandes propriedades de carbono, é o carvão com a maior percentagem de carbono, sendo recomendado no tratamento de água que consegue agir como se fosse uma peneira filtrando a sujeira, onde sua vida útil é de aproximadamente três anos (Legner, 2012; Cano, 2016).
Carvão coque
O carvão coque é um subproduto do carvão mineral, é obtido através do processo denominado de coqueificação, onde o carvão mineral é submetido a altas temperaturas na ausência de oxigénio. O coque aparece ao final da queima, na forma de um resíduo sólido e poroso.
Por que esse processo precisa ocorrer na ausência de oxigénio? Durante a queima são liberados gases oriundos da composição do carvão mineral que podem entrar em combustão, prejudicando o produto final, que no caso é o coque.
2.4. HISTÓRIA DO CARVÃO MINERAL
O processo de formação do carvão levou milhões de anos, e já que o ser humano é uma animal relativamente novo no planeta, nossos ancestrais podem ter realizado a descoberta do carvão mineral, possivelmente um ancestral, pode ter realizado a queima de arbustos e folhas secas para se proteger, e para proteger o foco, pode ter cercado esses compostos com pedras negras soltas na caverna, durante a queima, ele deve ter notado que estas pedras, desprendem após aquecidas mais calor que os arbusto e por mais tempo (SIECESC, 2016).
O carvão mineral foi uma das primeiras fontes de energia utilizada em larga escala. Na história mais recente, o carvão pode ter sido conhecido pelos chineses muito antes de cristo. Na Europa ele passou a ser consumido na idade média (395-1430), como durante a queima do carvão ocorre a emissão de gases com forte odor, acredita-se que o mesmo foi proibido em alguns lugares e só voltou a ser utilizado no século XVIII (SIECESC, 2016).
Durante a Revolução Industrial Inglesas, o inglês James Watt inventor do motor a vapor, utilizou o carvão para aquecer a água e gerar vapor que impulsiona o motor, substituindo o trabalho humano e animal. O carvão neste período foi utilizado como fonte de energia para máquinas e locomotivas e para gerar energia elétrica (SIECESC, 2016).
Entre 1900 e 1950 em especial durante a Primeira e Segunda Guerra Mundial, o consumo do carvão mineral aumentou, apesar de em 1930 ter ocorrido uma queda no consumo. Na década de 50, com a descoberta de grandes depósitos de petróleo e gás, o consumo de carvão caiu um pouco em nível global, entretanto a crise do petróleo, gerada pela crise no Oriente Médio, levou a um novo aumento no seu consumo (SIECESC, 2016).
Atualmente o carvão mineral, fica atrás apenas do petróleo na matriz energética mundial (carvão 23,3 % e petróleo 35,7 %), destacando que para produção de energia elétrica o carvão é o principal recurso, ultrapassando o petróleo com tranquilidade (carvão 38,4 % e petróleo 8,9 %), sendo que a vida útil estimada do petróleo como fonte de energia está em cerca de mais 40 anos e a do carvão mineral ainda ultrapassa os 200 anos (Borba, 2001).
As reservas de carvão mineral no mundo totalizam 1 trilhão de toneladas, sendo que a divisão de algumas destas reservas é mostrada no Quadro a baixo.
Quadro 1: Situação do carvão mineral no mundo.
País | Reservas (%) | Produção (%) | Consumo (%) |
Estados Unidos | 28,6 | 18,7 | 18,1 |
Rússia | 18,5 | 4,7 | 3,0 |
China | 13,5 | 41,1 | 41,3 |
Austrália | ----- | 6,9 | 1,7 |
Brasil* | 1,2 | 0,1 | 0,5 |
Adaptado de Aneel¹ (2016). * Extraído de Aneel² (2016).
O Quadro 2 mostra que os EUA, possuem as maiores reservas, seguido da Rússia, entretanto o maior produtor e consumidor de carvão mineral é a China. A Austrália apesar não aparecer entre os três maiores detentores de reservas é o terceiro maior produtor de carvão mineral e o maior exportador do elemento, seguido pelos EUA (ANEEL¹, 2016).
O maior importador mundial é o Japão, enquanto na América do Sul os maiores exportadores são Venezuela e Colômbia, no Brasil o consumo não é tão expressivo pois, a maior parte da base energética brasileira é provinda da energia hidrelétrica (ANEEL¹, 2016).
Para que haja maior evolução da demanda futura por carvão, segundo o Ministério de Minas e Energia (2006), estão os seguintes fatores: A) Taxa de penetração do gás natural no mundo; B) Preço relativo do gás natural em relação ao carvão e ao petróleo; C) Integração energética entre os países; e D) Disponibilidade de novas reservas de gás natural.
Em Moçambique
O carvão é um dos principais recursos naturais do país e é concentrado na província de Tete no interior de Moçambique. Empresas como Vale, Rio Tinto, Jindal e Minas de Moatize exploram este recurso mineral.
2.5. Utilização do carvão mineral
A utilização do carvão tornou-se mais intensa em meados do século XVIII, período que corresponde à Revolução Industrial. O carvão mineral era utilizado para viabilizar o funcionamento das máquinas a vapor.
Existem diferentes aplicações do carvão mineral no mundo, sendo a geração de energia elétrica por meio de usinas termelétricas a principal, seguida pela aplicação industrial para a geração de calor (energia térmica) necessário para os processos de produção, como por exemplo, secagem de produtos, cerâmicas e fabricação de vidros. Uma outra atividade em expansão é o desdobramento natural da atividade, relacionado com a co-geração ou utilização do vapor aplicado no processo industrial para a produção de energia elétrica (ANEEL¹, 2016).
Actualmente, o uso do mineral diminuiu, visto que outras fontes de energia têm sido mais exploradas, como o petróleo e o gás natural. Há também uma tendência mundial que visa a substituir o uso de fontes não renováveis, como o carvão mineral e o petróleo, por fontes alternativas de energia, como a energia solar e a energia eólica.
Segundo a Agência Internacional de Energia, o carvão mineral corresponde a 41% da produção total de energia eléctrica, sendo, portanto, a fonte mais utilizada no mundo para esse fim. Contudo, a produção de carvão mineral não é proporcional à sua disponibilidade, estando a indústria de petróleo à frente do sistema produtivo.
O uso do carvão mineral está relacionado às suas propriedades, como o poder calorífico que possibilita a geração de energia por meio da queima. De acordo com o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), os carvões que possuem menor poder calorífico são destinados à geração de eletricidade. Já os carvões de maior poder calorífico, são utilizados para a produção de ferro metálico e aço, como também em construções civis. Esses últimos, por causa de sua combustão lenta, também destinam-se ao uso doméstico.
De acordo com o Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM), os principais usos do carvão mineral, segundo sua classificação, são:
Turfa: ao retirar a humidade desse tipo de carvão, é cortado em blocos e, posteriormente, utilizado em fornalhas, termoeléctricas, para obtenção de parafinas, de alcatrão (mistura de hidrocarbonetos aromáticos), de cera, de amónia, entre outras substâncias.
Linhitos: após sua secagem, esse tipo de carvão é utilizado em gasogênios industriais e para obter subprodutos como o alcatrão, ceras e parafinas. A cinza proveniente da combustão do linhito pode ser destinada à produção de cerâmicas.
Hulha: é usada directamente em forno em usinas termoeléctricas, na obtenção de alcatrão, sendo a hulha sua principal fonte natural.
Antracito: é o tipo de carvão utilizado como combustível, gerando pouca fuligem. Apesar de queimar com facilidade, sua combustão é lenta, sendo, assim, destinado ao uso doméstico e também para a fabricação de filtros de água.
O carvão mineral não é o único combustível usado para gerar eletricidade, existe também o gás natural, a energia nuclear, hidroelétrica, até mesmo o solo e o vento. Muitas indústrias necessitam de calor em processos de produção: secagem de produtos, cerâmicas, produção e utilizam o carvão mineral para a geração deste calor (SIECESC, 2016).
Do gás produzido do carvão pode se obter fertilizantes, amônia, combustíveis líquidos, lubrificantes, combustíveis para aviação, diesel, metanol e etc. (SIECESC, 2016).
Depois que o carvão mineral é extraído do solo, fragmentado e armazenado ele é transportado para usinas. Em seguida, é transformado em pó, queimado em fornalhas e o calor liberado é transformado em vapor ao ser transferido para água que circula nos tubos que envolvem a fornalha. O calor (energia térmica) do vapor é transformado em energia mecânica (cinética), que movimenta a turbina do gerador de energia elétrica (ANEEL¹, 2016).
Vantagens | Desvantagens |
O carvão mineral apresenta elevada eficiência energética. | É o combustível fóssil que mais polui o meio ambiente e provoca impactos ambientais negativos tanto na sua extracção como na sua utilização. |
Produz quantidades significativas de energia por unidade de peso. | Por ser uma fonte de energia não renovável, suas reservas podem esgotar-se com o tempo. |
É de fácil localização e possui depósitos em diversas regiões do mundo. | A queima do carvão mineral emite à atmosfera gases poluentes, colaborando, então, para o agravamento do efeito estufa. |
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