Livro-Texto - Unidade I Química Ambiental (uni gestão ambiental)

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Autores: Profa. Ana Paula Zaccaria dos Santos
 Profa. Cecília Maria Villas Bôas de Almeida
 Prof. Celso Aurélio Tassinari
 Profa. Daniela da Cunha Souza Patto
Colaborador: Prof. Fábio Mesquita do Nascimento
Química Ambiental
Professores conteudistas: Ana Paula Zaccaria dos Santos / Cecília Maria Villas 
Bôas de Almeida / Celso Aurélio Tassinari / Daniela da Cunha Souza Patto
© Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou 
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permissão escrita da Universidade Paulista.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
S237p Santos, Ana Paula Zacaria dos.
Química ambiental. / Ana Paula Zacaraia dos Santos; Cecília 
Maria Villas Bôas de Almeida; Celso Aurélio Tassinari; Daniela da 
Cunha Souza Patto. – São Paulo: Editora Sol, 2020.
184 p., il.
Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e 
Pesquisas da UNIP, Série Didática, ISSN 1517-9230. 
1. Química ambiental. 2. Meio ambiente. 3. Ecologia industrial. 
I. Título.
CDU 504
Ana Paula Zaccaria dos Santos
Nascida em São Paulo, possui graduação em Engenharia 
Química pela Faculdade Oswaldo Cruz (1996) e mestrado em 
Engenharia de Produção (linha de pesquisa: Produção Mais Limpa 
e Ecologia Industrial) pela Universidade Paulista (UNIP/2010). 
Atualmente, é professora da UNIP e ministra aulas nos cursos 
de Engenharia, Farmácia e CST em Gestão Ambiental. Desde 
2012, atua como coordenadora geral do Curso Superior de 
Tecnologia em Gestão Ambiental da UNIP e, a partir de 2014, 
assumiu a Coordenação do CST em Gestão Ambiental, também na 
modalidade a distância (UNIP Interativa).
Cecília Maria Villas Bôas de Almeida
Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade 
Presbiteriana Mackenzie (1983), mestrado em Química (Físico-
Química) pela Universidade de São Paulo (1995) e doutorado em 
Química (Físico-Química) pela Universidade de São Paulo (1999). 
Atualmente, é professora titular do Instituto de Ciências Exatas e 
Tecnologia (ICET) e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia 
de Produção da Universidade Paulista (UNIP). Desenvolve pesquisa 
em Produção Mais Limpa e Ecologia Industrial, em que são analisados 
e desenvolvidos conceitos, ferramentas e técnicas para o cálculo 
de indicadores ambientais e indicadores de sustentabilidade. Atua, 
também, como pesquisadora do Laboratório de Produção e Meio 
Ambiente (LaProMA) da Universidade Paulista (UNIP). Desde 2012, 
atua como Subject Editor: Cleaner Production in Latin America do 
Journal of Cleaner Production.
Celso Aurélio Tassinari
Nascido em São Paulo, é engenheiro químico formado 
pela Faculdade de Engenharia Industrial, especialista em 
Engenharia de Materiais pela Universidade Paulista (UNIP), 
mestre em Engenharia de Produção pela UNIP, doutor em 
Engenharia de Produção, na área de Gestão de Sistemas de 
Operação (linha de pesquisa: Produção Mais Limpa e Ecologia 
Industrial) pela mesma universidade. Atuou como vice-diretor 
de pesquisas no Instituto de Pesquisas e Estudos Industriais 
da Fundação de Ciências Aplicadas e diretor de operações 
técnicas no Conselho Regional de Engenharia Arquitetura e 
Agronomia do Estado de São Paulo. Atualmente, é professor 
adjunto da Universidade Paulista e ministra aulas nos cursos 
de Engenharia e Ciências da Computação. A partir de 2012, 
assumiu a coordenação geral de estágios do Instituto de 
Ciências Exatas e Tecnologia da UNIP. 
Daniela da Cunha Souza Patto
Nascida em São Paulo, é Engenheira Química formada pela Escola 
de Engenharia de Lorena (EEL/USP), mestre em Química pelo Instituto 
de Química da Unicamp e doutora em Ciências na área de Química 
Orgânica pelo Instituto de Química da Unicamp, pós-doutora pela 
Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP. Atuou como química de 
pesquisa na indústria farmoquímica no desenvolvimento de produtos 
farmacêuticos e cosméticos e também como auditora interna do 
sistema de gestão da qualidade (ISO 9001, ISO 14000 e Oshas 18000). 
Atualmente é professora titular da Universidade Paulista, ministra aulas 
nos cursos de Farmácia, Engenharia e CST em Gestão Ambiental. A partir 
de 2014, assumiu a coordenação do Curso Superior de Tecnologia em 
Gestão Ambiental. Além disso, é conteudista de materiais para ensino a 
distância, incluindo gravações de aulas.
U507.40 – 20
Prof. Dr. João Carlos Di Genio
Reitor
Prof. Fábio Romeu de Carvalho
Vice-Reitor de Planejamento, Administração e Finanças
Profa. Melânia Dalla Torre
Vice-Reitora de Unidades Universitárias
Prof. Dr. Yugo Okida
Vice-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa
Profa. Dra. Marília Ancona-Lopez
Vice-Reitora de Graduação
Unip Interativa – EaD
Profa. Elisabete Brihy 
Prof. Marcello Vannini
Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar
Prof. Ivan Daliberto Frugoli
 Material Didático – EaD
 Comissão editorial: 
 Dra. Angélica L. Carlini (UNIP)
 Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR)
 Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT)
 Apoio:
 Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD
 Profa. Betisa Malaman – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos
 Projeto gráfico:
 Prof. Alexandre Ponzetto
 Revisão:
 Andréia Andrade
 Amanda Casale
Sumário
Química Ambiental
APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................9
INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................ 10
Unidade I
1 ENERGIA E MEIO AMBIENTE ....................................................................................................................... 13
1.1 Fontes de energia ................................................................................................................................. 16
1.2 Combustíveis fósseis ......................................................................................................................... 19
1.2.1 Carvão mineral ......................................................................................................................................... 19
1.2.2 Gás natural ................................................................................................................................................ 21
1.2.3 Petróleo ....................................................................................................................................................... 23
1.2.4 Xisto betuminoso ................................................................................................................................... 26
1.2.5 Areias betuminosas ................................................................................................................................ 26
1.3 Combustão .............................................................................................................................................. 27
2 FONTES DE ENERGIA ALTERNATIVA ......................................................................................................... 29
2.1 Energia solar ........................................................................................................................................... 30
2.1.1 Energia fotovoltaica .............................................................................................................................. 31
2.1.2 Geradores térmicos solares ................................................................................................................. 32
2.2 Energia do gás hidrogênio ................................................................................................................ 33
2.3 Energia hidráulica ................................................................................................................................ 33
2.4 Energia dos oceanos ..........................................................................................................................35
2.5 Energia eólica ......................................................................................................................................... 36
2.6 Biocombustíveis .................................................................................................................................... 38
2.7 Energia geotérmica .............................................................................................................................. 40
2.8 Energia nuclear ..................................................................................................................................... 41
Unidade II
3 POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ............................................................................................................................ 52
3.1 Poluentes do ar ..................................................................................................................................... 56
3.1.1 Monóxido de carbono ........................................................................................................................... 58
3.1.2 Óxidos de enxofre ................................................................................................................................... 58
3.1.3 Metano ........................................................................................................................................................ 60
3.1.4 Material particulado .............................................................................................................................. 61
3.1.5 Hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos ...................................................................... 61
3.1.6 Óxidos de nitrogênio, névoa fotoquímica (smog) e ozônio ................................................. 62
3.1.7 Outras substâncias químicas .............................................................................................................. 64
4 CONSEQUÊNCIAS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ................................................................................ 64
4.1 Efeitos ambientais ................................................................................................................................ 64
4.1.1 Efeito estufa .............................................................................................................................................. 64
4.1.2 Destruição da camada de ozônio ..................................................................................................... 69
4.1.3 Os depósitos ácidos e a chuva ácida ............................................................................................... 72
4.2 Efeitos sobre os materiais ............................................................................................................... 74
4.3 Efeito sobre os vegetais ..................................................................................................................... 75
4.4 Efeitos sobre a saúde humana ........................................................................................................ 75
4.5 Poluição do ar em ambientes internos ........................................................................................ 76
4.6 Unidades especiais de concentração ............................................................................................ 78
4.6.1 Conversão de unidades especiais de concentração .................................................................. 79
4.7 Leis ambientais e ambientes de trabalho ................................................................................... 80
4.8 Prefixos do Sistema Internacional de Unidades ...................................................................... 82
4.9 Padrões de qualidade do ar no Brasil ........................................................................................... 85
Unidade III
5 POLUIÇÃO DOS MEIOS HÍDRICOS ............................................................................................................ 94
5.1 Ciclo da água .......................................................................................................................................100
5.2 Esgotamento da água potável ......................................................................................................101
5.3 Água do mar .......................................................................................................................................102
5.4 Água doce ..............................................................................................................................................103
5.5 Qualidade da água .............................................................................................................................105
5.5.1 Padrões de qualidade da água ........................................................................................................106
5.6 Principais usos da água ..................................................................................................................108
5.6.1 Abastecimento público .......................................................................................................................108
5.6.2 Agricultura ...............................................................................................................................................109
5.6.3 Usos industriais......................................................................................................................................109
5.6.4 Geração de energia .............................................................................................................................. 110
5.6.5 Recreação ............................................................................................................................................... 110
5.6.6 Navegação ............................................................................................................................................... 110
5.6.7 Receptação de despejos ..................................................................................................................... 110
5.7 A poluição nos meios aquáticos ...................................................................................................111
5.7.1 Matéria orgânica ................................................................................................................................... 112
5.7.2 Organismos patogênicos ...................................................................................................................113
5.7.3 Nutrientes em excesso ........................................................................................................................113
5.7.4 Materiais em suspensão .....................................................................................................................113
5.7.5 Radioatividade .......................................................................................................................................113
5.7.6 Defensivos agrícolas e fertilizantes ..............................................................................................114
5.7.7 Metais ........................................................................................................................................................114
5.8 Poluição térmica .................................................................................................................................115
5.8.1 Efeitos da poluição térmica na vida aquática ...........................................................................116
5.8.2 Eutrofização dos lagos ...................................................................................................................... 117
5.8.3 Torres e lagoas de resfriamento ......................................................................................................118
5.9 Recuperação de recursos hídricos ...............................................................................................119
5.9.1 Reúso planejado da água .................................................................................................................119
5.9.2 Dureza da água ..................................................................................................................................... 122
6 POLUIÇÃO DO SOLO .....................................................................................................................................123
6.1 Erosão do solo ......................................................................................................................................125
6.1.1 Erosão pela água .................................................................................................................................. 126
6.1.2 Erosão pelo vento ................................................................................................................................ 127
6.1.3 Erosão pelas ondas .............................................................................................................................. 127
6.1.4 Cobertura do solo ............................................................................................................................... 127
6.1.5 Manejo do solo ..................................................................................................................................... 128
6.1.6 Declividade e comprimento da rampa ........................................................................................ 128
6.2 Conservação do solo .........................................................................................................................128
6.3 Poluição do solo ..................................................................................................................................130
6.4 Principais poluentes do solo ..........................................................................................................130
6.4.1 Águas contaminadas .......................................................................................................................... 130
6.4.2 Resíduos sólidos ................................................................................................................................... 130
6.4.3 Agrotóxicos e fertilizantes sintéticos .......................................................................................... 134
6.5 Medidas de recuperação do solo ................................................................................................136
6.6 Tecnologias de tratamento .............................................................................................................138
6.6.1 Tratamento físico-químico dos solos .......................................................................................... 140
6.6.2 Tratamento biológico dos solos ......................................................................................................141
Unidade IV
7 PRODUÇÃO MAIS LIMPA (P+L) ................................................................................................................148
7.1 Resíduos e emissões ..........................................................................................................................150
7.2 O final de tubo não resolve? ..........................................................................................................152
7.3 Começando a pensar de acordo com a P+L ............................................................................155
7.4 Coleta de dados ..................................................................................................................................156
7.5 Balanços de massa e energia .........................................................................................................158
7.5.1 Balanço de massa ................................................................................................................................ 159
7.5.2 Balanço de energia ............................................................................................................................ 162
7.6 Metabolismo industrial ....................................................................................................................165
7.6.1 Outras ideias e suas ferramentas .................................................................................................. 168
8 ECOLOGIA INDUSTRIAL ..............................................................................................................................170
8.1 Ferramentas da Ecologia Industrial ............................................................................................174
8.2 Benefícios da Ecologia Industrial ...............................................................................................175
9
APRESENTAÇÃO
Olá, aluno
Você deve estar se perguntando: por que estudar Química Ambiental? A Química é uma das ciências 
que explicam muitas transformações que ocorrem em nosso dia a dia. Você, provavelmente, já ouviu 
uma citação de um químico francês, Antoine Lavoisier (1743-1794): “Na natureza nada se cria, nada se 
perde, tudo se transforma”, que ficou conhecida como a Lei da Conservação de Massas. 
O fato de não visualizarmos alguns processos não quer dizer que eles não existam. A matéria é 
constantemente transformada em nosso mundo, e vamos procurar entender essas transformações e as 
consequências que podem causar à natureza e à nossa saúde.
O Plano de Ensino da disciplina Química Ambiental estabelece os seguintes tópicos a serem estudados:
• As principais fontes energéticas utilizadas no mundo e os impactos ambientais causados por elas.
• Estudo de fontes alternativas de energia.
• Poluição do ar e suas consequências para o meio ambiente.
• Poluição da água do planeta e os principais efeitos nos ecossistemas.
• Poluição no solo e o impacto ambiental causado.
• Produção mais limpa – conceitos e aplicações.
As últimas décadas foram marcadas por crescente conscientização dos cidadãos e empresas 
em relação a danos ambientais causados por atividades humanas, que geram resíduos e efluentes 
responsáveis pelos males que nossos ecossistemas vêm sofrendo, pois têm destino final na atmosfera, 
nos corpos d’água e nos solos. Essa disciplina explora alguns princípios da Química e sua importância 
para o meio ambiente. Estudaremos os processos naturais que ocorrem na atmosfera, na água e no solo 
e as alterações provocadas por poluentes nesses processos. 
A disciplina aborda também conceitos relativos à sustentabilidade do meio ambiente, a suas relações 
com o setor produtivo e à influência do uso da energia nas sociedades modernas.
Nosso objetivo é capacitar você com conceitos de impactos ambientais na atmosfera, na água e 
no solo, apresentar os principais problemas ambientais nos ecossistemas e a atenuação do efeito dos 
poluentes.
Buscaremos o entendimento das alterações que ocorrem nos ciclos biogeoquímicos e também 
a interpretação das legislações relativas ao meio ambiente, especialmente aquelas relacionadas aos 
poluentes atmosféricos e das águas (superficiais, subterrâneas e potabilidade), entendendo seus objetivos 
e aplicações. 
10
A disciplina apresenta também estudos de caso em que serão aplicados os conhecimentos adquiridos 
no curso, propiciando maior compreensão e aprendizado. 
Pretendemos despertar a consciência ambiental propiciando a reflexão sobre a importância do 
desenvolvimento sustentável e a necessidade de monitoração dos recursos naturais.
Bom estudo!!!
INTRODUÇÃO
Podemos considerar poluição ambiental como o resultado da atividade humana que, de forma direta 
ou indireta, prejudique a sua saúde, a segurança, o bem-estar da população e cause a degradação do 
meio ambiente.
Atualmente a poluição écausada pela presença de qualquer tipo de matéria ou energia com 
quantidade, características ou concentrações fora dos padrões estabelecidos pela legislação, no ar, na 
água e no solo, causando impacto ambiental. Dependendo do tipo, podemos classificar o poluente 
como: físico, químico, físico-químico, bioquímico, biológico e radioativo. 
Os problemas causados pela poluição estão interligados de maneira que seu controle deve ser 
realizado em conjunto. O controle de poluição do solo, por exemplo, pode causar impacto na qualidade 
das águas superficiais ou subterrâneas, se certos cuidados não forem tomados.
O ser humano acredita que dominou o planeta, mas sua sobrevivência depende de outros organismos. 
Ao se concentrar em grandes centros urbanos, o homem civilizado pode achar que é independente dos 
ciclos naturais, mas seu alimento, o ar que respira e a água utilizada vêm de onde? Da natureza, claro; 
então, a vida humana depende, assim como a de outros animais, das relações com o meio ambiente.
Ele vive na biosfera, parte do planeta Terra onde se desenvolve a vida animal ou vegetal, que apresenta 
três características principais: 
• recebe um grande suplemento de energia;
• dispõe de água líquida em grande quantidade;
• apresenta interfaces entre os estados sólido, líquido e gasoso da matéria.
Os elementos e compostos químicos circulam do ambiente para os organismos e vice-versa.
Na biosfera, ocorre um contínuo fluxo de energia, fazendo que ocorra a circulação da matéria que 
constitui a crosta terrestre. Nossa principal fonte de energia é a radiação solar.
A água é a substância mais abundante na biosfera. Os rios, os oceanos, os lagos, as aglomerações de 
neve, as calotas polares, o solo, a atmosfera possuem aproximadamente 1,4 milhão km3 de água, dos 
quais 97,2% constituem os oceanos e, dos 2,8% que restaram, apenas 1,87% está na forma de gelo.
11
O movimento dos compostos essenciais à vida pode ser chamado de ciclo biogeoquímico. Sabemos 
que as relações entre as espécies e o meio físico caracterizam-se por uma constante permuta de 
elementos em uma atividade cíclica, cujos aspectos de etapas biológicas, físicas e químicas que se 
alternam são conhecidos como ciclo biogeoquímico.
O fenômeno é cíclico apenas do ponto de vista químico, pois os elementos e compostos químicos 
modificados se regeneram no final do ciclo, enquanto o aspecto físico das rochas, necessariamente, 
pode não se reconstituir.
Acreditamos que a fonte de energia solar seja inesgotável, mas a matéria necessária para a síntese 
orgânica e as sucessivas transformações energéticas é limitada, precisando ser circulada e tornando 
obrigatória a relação de troca contínua e recíproca de compostos químicos entre o meio biológico e o 
meio geofísico.
Esses ciclos conferem à biosfera um poder de autorregulação que assegura a existência dos 
ecossistemas durante longo tempo e garante a constante proporção dos elementos em cada meio.
O ecossistema pode ser entendido como uma unidade que inclui todos os organismos de determinada 
área, interagindo com o meio ambiente e gerando um fluxo de energia e matéria. Em cada ciclo, existe 
um compartimento com a função de reservatório de nutrientes, que é muito grande em relação aos 
demais compartimentos. Esse tamanho exagerado garante um escoamento lento e regular do elemento 
considerado.
Reconhecemos dois ciclos biogeoquímicos: os gasosos e os sedimentares. No primeiro exemplo, 
o reservatório pode estar situado na atmosfera ou na biosfera, enquanto no segundo está na crosta 
terrestre. Exemplo: o maior reservatório de nitrogênio do planeta é o ar atmosférico. Outros ciclos 
importantes devem ser considerados: da água, do oxigênio, do nitrogênio, do fósforo e do carbono 
(DERISIO, 2012).
13
QUÍMICA AMBIENTAL
Unidade I
1 ENERGIA E MEIO AMBIENTE
Podemos dizer que energia é a capacidade de realizar trabalho. Os músculos de humanos ou animais, 
o sol, o fogo, o vento, entre outros, são exemplos de fontes de energia capazes de produzir ou multiplicar 
o trabalho.
Na era Neolítica (entre 10.000 e 5.000 a.C.), o ser humano domesticou animais e passou a utilizar 
a força deles como fonte de energia. Nessa época, iniciou também o cultivo de alimentos, foi quando 
a agricultura surgiu, e, com a queima de vegetais, a possibilidade de uso da biomassa para geração de 
energia.
Por volta de 2.000 a.C., com o desenvolvimento da navegação, a força do vento foi utilizada. A partir 
do século II, o homem começou a gerar energia com a força hidráulica para mover moinhos. Depois do 
ano 1.000 d.C., iniciou-se a exploração do carvão mineral de forma mais intensa. No século XVII, com 
a Revolução Industrial, surgiram as máquinas a vapor como fonte de energia. Somente no século XIX 
surgiram a eletricidade. Os motores a gasolina e outros derivados de petróleo ganharam importância e 
a exploração do petróleo foi intensificada. 
A energia nuclear foi desenvolvida com objetivos bélicos, inicialmente por meio da fissão nuclear 
durante a Segunda Guerra Mundial.
O homem, ao longo dos anos, transformou sua relação de parceria com a natureza em uma 
relação exploratória e dominadora. Essa mudança de comportamento trouxe sérias consequências 
para o meio ambiente, como desmatamento de florestas, desvio do curso dos rios, modificação 
da genética das plantas já existentes (criando novas), redução de distâncias (criando meios de 
transportes de comunicação), alterações no clima, domesticação de alguns animais e extinção de 
outros.
O desenvolvimento das fontes de energia está intimamente ligado à evolução industrial. A descoberta 
de novas fontes de energia, na maioria das vezes, ocorreu para suprir as necessidades da indústria.
A demanda energética de um país é proporcional à sua industrialização. Países desenvolvidos, com 
economias fortemente industrializadas, consomem muita energia e com frequência precisam importá-la 
para suprir sua demanda. Consumos muito altos normalmente exigem a utilização de várias fontes 
diferentes.
A maior parte da energia utilizada é proveniente de fontes não renováveis. Esse fato desafia a 
sociedade a desenvolver fontes alternativas de energia e, com essa necessidade latente, o mundo corre 
14
Unidade I
o risco de entrar em colapso, se continuarmos aumentando o consumo de energia, cuja principal fonte 
é o petróleo.
Existem muitas fontes disponíveis de energia alternativa, mas seu custo ainda é maior que o dos 
combustíveis fósseis. Custos esses que devem ser repensados, quando podemos evitar ou diminuir os 
danos causados ao ambiente e à saúde dos indivíduos. Os Estados Unidos gastaram cerca de 70 bilhões 
de dólares com cuidados com a saúde dos mineiros de carvão. Esses custos das fontes alternativas de 
energia podem ser reduzidos se forem utilizados em larga escala.
No futuro, várias fontes de energia deverão ser usadas simultaneamente, principalmente as 
renováveis e pouco poluidoras.
Aproximadamente 99% da energia utilizada pelos ecossistemas é proveniente da radiação solar, 
considerada a principal fonte de energia do planeta. O restante é produzido pela transformação de 
fontes primárias em energia mecânica, elétrica e térmica.
A energia é usada para o desenvolvimento de atividades que possibilitam a sobrevivência do ser 
humano, como: aquecimento de ambientes, produção industrial, transporte, obtenção de metais e 
materiais, entre outros.
As fontes primárias de energia podem ser classificadas em renováveis e não renováveis. As 
renováveis utilizam a energia solar de forma direta ou indireta. O uso desse tipo de energia para as 
atividades domésticas vem aumentando (aquecimento de ambientes, água para banho, produção de 
energia elétrica em pequena escala). Aplicações utilizando a energia solar de forma indireta são mais 
limitadas, pois dependem de condições favoráveis, como vento e movimento das águas. Esse tipo de 
energia é limpo e não causa prejuízos ao ambiente; mas, por enquanto, representa apenas 1% da 
energia utilizada no planeta,se não considerarmos a produzida em hidroelétricas. 
O Brasil propôs, na Cúpula Mundial sobre o Desenvolvimento Sustentável (Rio+10), em 2002, o 
aumento da produção de energia hidroelétrica para 10% até 2010, mas encontrou muita resistência, 
principalmente dos Estados Unidos, responsáveis por aproximadamente 20% das emissões de CO2 no 
planeta. O Japão e os países produtores de petróleo também se opuseram à proposta.
A maior energia comercial é produzida a partir de combustíveis fósseis, usinas hidroelétricas e 
nucleares, em contrapartida, a biomassa é utilizada de maneira individual pelas famílias e tem aumentado 
a cada ano. O consumo de energia mundial cresce 2% ao ano desde a Segunda Guerra Mundial.
Muitas vezes, o crescimento do consumo está ligado ao crescimento populacional. Esse fator é 
dominante nos países em desenvolvimento, onde o consumo per capita é pequeno. A causa determinante 
do consumo de energia de um país é o produto interno bruto (PIB). Em países industrializados, o consumo 
é alto (11 megajoules em média) para gerar produtos e serviços equivalentes a US$ 1.
O incrível aumento do consumo de energia a partir de meados do século XX foi causado pela 
expansão industrial e pelo aumento no padrão de vida dos países atualmente desenvolvidos. Porém, 
15
QUÍMICA AMBIENTAL
o crescimento econômico desses países, que possuem 25% da população mundial, está aumentando 
rapidamente e, com ele, o consumo de energia.
Os países em desenvolvimento, juntos, utilizaram apenas 30% da energia comercial do mundo em 
1993, mas espera-se um aumento de 50% no consumo para os próximos anos. A Agência Internacional 
de Energia (AIE) acredita que a taxa de crescimento de consumo nos países em desenvolvimento chegue 
a 4% ao ano, e para os países desenvolvidos, 1,5%.
A utilização de energia envolve a transformação de uma forma em outra, até esta ser perdida 
para o meio em forma de calor; dessa maneira, não causa nenhum mal ao meio ambiente. Existem 
alguns problemas associados à produção e ao consumo de energia que causam fortes impactos 
ambientais. 
O mais preocupante é a emissão de CO2 (dióxido de carbono) para a atmosfera, quando combustíveis 
fósseis são queimados para a produção de calor.
O dióxido de carbono é formado quando qualquer substância contendo carbono sofre combustão 
completa.
C + 02 CO2
Trata-se de um gás de efeito estufa e o aumento da sua concentração na atmosfera é responsável 
pelo aquecimento global.
Os países ricos são responsáveis por 75% das emissões de CO2 a partir da queima de 
combustíveis fósseis. Os Estados Unidos eram os responsáveis pela maior parte dessas emissões, 
mas desde 2007 foram superados pela China. As emissões dos países da antiga União Soviética 
foram reduzidas significativamente nos anos 1990, após a queda do comunismo; mas, no mesmo 
período, ocorreu acréscimo nas emissões dos países em desenvolvimento, sem redução efetiva 
no quadro mundial.
Esse aumento das emissões de dióxido de carbono ocorreu a partir do crescimento do uso de 
energia gerada pela queima de combustíveis fósseis. A relação entre a energia gerada e a produção 
de CO2 varia entre os países e com o tempo, por causa das diferenças na fração de energia produzida 
pela combustão e também porque combustíveis fósseis distintos produzem quantidades diferentes 
de energia e de gás. A intensidade de carbono ficou conhecida como a relação entre as emissões de 
dióxido de carbono e o PIB.
A população do mundo aumenta continuamente e, com isso, também o desenvolvimento da 
economia e o PIB. No entanto, o PIB global diminuiu linearmente com o tempo; mesmo assim, a 
velocidade de emissão total de CO2 aumentou de forma gradual a partir do ano 2000. Entre 2000 
e 2005, visto que a intensidade de carbono não diminuiu, a velocidade de emissão de carbono 
aumentou vertiginosamente.
16
Unidade I
Velocidade de 
emissão de CO2
intensidade de 
carbono= X Xpopulação PIB per capta
Na China, o aumento contínuo do PIB per capita, juntamente com o crescimento da intensidade de 
carbono, gerou crescimento das emissões.
As emissões de CO2 anualmente, somam cerca de 4 toneladas por indivíduo. Esse fator é expresso 
como uma tonelada de carbono, e é essa referência que vamos utilizar. As emissões médias de carbono 
mundial permanecem estáveis em aproximadamente 1,1 tonelada, desde a década de 1970. Nos países 
desenvolvidos, as emissões médias anuais são muito maiores que nos países em desenvolvimento. Países 
como Estados Unidos, que lideram as emissões de CO2 total e per capita, Canadá e Austrália possuem a 
maior taxa de emissão de CO2 per capita, por causa da alta necessidade de transporte. Quando comparada 
à Europa, a energia proveniente de combustíveis fósseis nesses países é mais barata.
A China e a Índia contribuem muito para as emissões totais de CO2, em consequência da grande 
população, embora a taxa per capita seja pequena. A maior parte da energia produzida nesses dois 
países é proveniente da queima do carvão.
O dióxido de carbono possui um tempo de vida muito longo na atmosfera, um século ou mais, 
contribuindo para seu acúmulo no ar. O padrão de crescimento da concentração de CO2 no ar é 
determinado principalmente pelos padrões de emissões de dióxido de carbono, e sua quantidade total 
no ar aumentaria a uma quantidade constante por ano. As concentrações globais de dióxido de carbono 
estão crescendo lentamente, 1% a cada ano (BAIRD; CANN, 2011)
1.1 Fontes de energia
As principais fontes de energia utilizadas pelos Estados Unidos são provenientes de combustíveis 
fósseis (85%). Se combustíveis não comerciais tradicionais, como madeira e esterco, forem contabilizados, 
as fontes renováveis correspondem a aproximadamente 20% do total consumido no mundo.
Tabela 1 – Frações regionais de consumo total (1996)
África 5,0%
América Latina 4,9%
Ásia 11,4%
China 12,8%
Europa não pertencente à OECD 1,2%
Antiga União Soviética 10,1%
Oriente Médio 3,2%
OECD 51,4%
Fonte: EIA (2000).
17
QUÍMICA AMBIENTAL
 Observação
OECD: Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico.
 A mistura de combustíveis consumida foi alterada com o passar dos anos. Antigamente, as pessoas 
adicionavam à força de seus músculos a tração animal e o uso da água e do vento para realizar seus 
trabalhos. A sociedade pré-industrial contava apenas com fontes renováveis de energia, como a hídrica, 
a eólica, a solar e a de biomassa. 
A troca por fontes não renováveis começou no século XVIII, quando a humanidade em crescente 
processo de industrialização passou a queimar combustíveis fósseis para produzir vapor para as máquinas 
(inventadas em 1763) e para fundir o ferro.
O primeiro poço de petróleo moderno foi perfurado na Pensilvânia em 1859, e o aumento do 
consumo ocorreu com a invenção do motor de combustão interna na década de 1870. O aumento do 
número de motores e da disponibilidade de petróleo impulsionou o uso dessa fonte após 1920. Sua 
característica de queima relativamente limpa era desejável por questões ambientais.
O carvão foi substituído pelo petróleo nas indústrias e nas usinas de energia. Atualmente, o petróleo 
corresponde a aproximadamente 40% do consumo de combustíveis no mundo.
O início da utilização do gás natural ocorreu em pequena quantidade e de forma localizada. Seu uso 
foi ampliado com a descoberta de grandes jazidas e com a construção de redes de gasodutos de longa 
distância. Atualmente, o gás natural representa 23% do consumo de energia, tanto para aquecimento 
doméstico/residencial como para fins industriais. A utilização desse combustível está em crescimento 
no mundo.
Na história da humanidade, a era do combustível fóssil será lembrada como um pequeno intervalo 
de tempo. Foi constatada grande diminuição da utilização da madeira e do carvão, bem como rápido 
crescimento da participação do petróleo e do gás natural após a Segunda Guerra Mundial. 
Fontes alternativas de energia incluem a hidrelétrica, a biomassa (madeira e derivados), o vento,a fotovoltaica e a solar, para refrigeração e produção de eletricidade. Apesar de ainda contribuírem 
com menos de 10% do total da demanda energética, algumas dessas tecnologias estão crescendo 
rapidamente em importância. 
A energia eólica é a fonte de energia que cresce rapidamente em todo o mundo. Atualmente 
corresponde a apenas 0,2% da energia total, sua taxa de crescimento é de aproximadamente 10% por 
ano nos países de maior consumo e de surpreendentes 37% na Europa. A Dinamarca já supre 8% da sua 
demanda por eletricidade utilizando turbinas de vento. No Brasil, em curto prazo, há diversos projetos 
em andamento para instalação de turbinas no Nordeste.
18
Unidade I
A utilização da energia é dividida em quatro setores: de transporte, industrial, residencial (habitações 
uni e multifamiliares) e comercial (escritórios, lojas, escolas etc.).
Os recursos energéticos têm limitações e utilizações que podem ser apenas estimadas, pois dependem 
dos avanços tecnológicos. Estes revelam novas formas de extração e processamento, que são fatores 
que influenciam diretamente o preço e até mesmo o crescimento do consumo.
Para entender a energia, é preciso conhecer os recursos energéticos, suas limitações e sua utilização. 
Devemos estimar o tamanho da reserva de cada recurso energético e quanto tempo ele durará. Essa é 
a parte mais difícil, pois teremos de supor quais as tecnologias de extração desses recursos, os preços 
futuros dos combustíveis e da taxa de crescimento do consumo. Quando os recursos energéticos afloram 
no solo, como é o caso de algumas minas de carvão, é mais fácil realizar a estimativa. Porém, no caso 
do petróleo, gás natural que está abaixo da superfície, a estimativa é bastante complexa, pois depende 
da prospecção.
A tabela a seguir mostra que a tecnologia pode recuperar recursos combustíveis fósseis, cujas 
reservas variam de acordo com a exploração e com os métodos utilizados para extração. Cada tipo de 
recurso energético é mensurado em unidades adequadas à sua forma física: toneladas de carvão, barris 
de petróleo (um barril equivale a 42 galões americanos) e trilhões de metros cúbicos de gás natural. A 
seguir, o equivalente de cada reserva em uma unidade de energia comum, o joule (J). 
Tabela 2 – Reservas mundiais e norte-americanas comprovadas: 1998
Recurso Mundo Estados Unidos Duração*
Óleo/petróleo 1.020 x 10
9 barris
5,9 x 1021 J
21 x 109 barris
0,11 x 1021 J 8 anos
Gás natural 144 x 10
12 metros cúbicos
5 x 1021 J
4,7 x 1012 metros cúbicos
0,17 x 1021 J 9 anos
Carvão 1,09 x 10
12 toneladas
27 x 1021 J
0,58 x 1012 toneladas
14 x 1021 J 500 anos
Areia alcatroada 300 x 10
9 barris
1,7 x 1021 J
22 x 109 barris
0,12 x 1021 J 8 anos
*Razão entre as reservas norte-americanas e a taxa de produção do país em 1998.
Fonte: BOTKIN; KELLER (2012, p. 362).
É estranho que as reservas americanas durem tão pouco. A liderança econômica global foi alcançada 
em um progresso baseado em não reconhecer limites, na exploração da ingenuidade da maioria dos seus 
cidadãos e na predisposição para correr riscos. Foi relativamente fácil construir uma economia forte com 
um preço de 3 dólares por barril de petróleo, mas essa não é mais a situação. Para permanecer forte 
economicamente, um país tem de reconhecer o limite de seus recursos naturais. Essa falha foi um dos 
elementos responsáveis pelas crises energéticas do passado. 
19
QUÍMICA AMBIENTAL
1.2 Combustíveis fósseis 
São gerados a partir da decomposição biológica incompleta de plantas (matéria orgânica 
morta). Essas plantas terrestres e marinhas foram soterradas, sem sofrer oxidação completa, e 
convertidas, por meio de reações químicas, durante centenas de milhões de anos, em petróleo, 
gás natural e carvão. Processos biológicos e geológicos, em diferentes partes do ciclo geológico, 
produzem rochas sedimentares, nas quais se encontram os combustíveis fósseis. Os principais 
são: óleo cru, gás natural e carvão. Consideradas fontes primárias de energia, fornecem cerca de 
90% da energia consumida no mundo. Na Ásia, utiliza-se muito o carvão, assim o petróleo e o 
gás natural fornecem apenas de 70 a 80% da energia primária; enquanto, no Oriente Médio, o 
petróleo e o gás natural fornecem quase que 100% da energia.
1.2.1 Carvão mineral
O carvão está disponível em abundância em diferentes regiões do mundo. Sendo considerada a 
principal reserva de combustível fóssil, possui custo baixo de mineração e transporte. Grande parte 
das reservas mundiais (75%) está concentrada nos Estados Unidos, na Rússia, na China, na Índia e na 
Austrália. Estima-se que as reservas poderão durar mais duzentos anos se mantivermos a velocidade de 
consumo, tempo maior que o estimado para o óleo e o gás. Aproximadamente 50% da energia elétrica 
produzida nos Estados Unidos e 80% da energia da China são provenientes da queima do carvão.
O carvão, carbono grafítico C, foi formado a partir de pequenas porções de plantas antigas 
que, quando cobertas pela água, não puderam ser decompostas em CO2, contribuindo com o 
acúmulo de O2 na atmosfera, e também a partir de lignina (C3H3O), componente polimérico 
aromático de plantas que formam a madeira. Por longo tempo, esse material foi submetido a altas 
pressões e temperaturas. Moléculas de água e dióxido de carbono foram perdidas, polimerizando 
o material e transformando-o em carvão, um material duro e rico em carbono, que incorporou 
algumas quantidades de outros elementos de ocorrência natural durante a sua formação. Quando 
é queimado, não emite somente o CO2 e H2O, mas pequenas quantidades de outros poluentes, 
como dióxido de enxofre, fluoretos, urânio, entre outros metais radioativos e metais pesados. Por 
isso, é considerado um combustível sujo.
A queima do carvão em fornos e fogões caseiros produz grande quantidade de fuligem e, por causa 
disso, nos países desenvolvidos, é pouco utilizado para esse fim, mas muito utilizado para produção de 
energia elétrica. O problema da fuligem é facilmente resolvido em usinas elétricas, mas as emissões de 
dióxido de enxofre, de nitrogênio e de mercúrio necessitam de equipamentos mais sofisticados e caros 
para controle.
A queima do combustível fóssil gera calor, que é usado para produzir vapor de alta pressão, para 
mover as turbinas e produzir eletricidade. A queima do carvão gera uma razão maior entre CO2 e a 
produção de energia quando comparada com outros combustíveis fósseis. Também pode ser utilizado 
para gerar combustíveis alternativos, mas os processos de conversão não são eficientes. Essas conversões 
não diminuem as emissões de dióxido de carbono, mas permitem a remoção de dióxido de enxofre (SO2) 
e de outros poluentes, sendo consideradas formas limpas de utilizar o carvão.
20
Unidade I
A quantidade de calor gerada quando compostos contendo carbono são queimados é diretamente 
proporcional à de oxigênio utilizada. Assim, podemos comparar os vários combustíveis fósseis pela 
quantidade de CO2 produzido durante a queima para gerar certa quantidade de energia.
Considere as reações de combustão do carvão (C), do petróleo (CH2) e do gás natural (CH4) a seguir:
C + O2
CH2 + 1,5O2
CH4 + 2O2
CO2
CO2 + H2O
CO2 + 2 H2O
O carvão mineral pode ser classificado de acordo com a sua energia e quantidade de enxofre como 
antracito, betuminoso, subbetuminoso ou lignito. O que possui maior energia é o antracito e o que possui 
menor quantidade de energia é o lignito. A maior parte do carvão com baixo de teor de enxofre é do tipo 
lignito e subbetuminoso, que são de baixa qualidade e baixo poder calorífico. As usinas termoelétricas 
não utilizam esse tipo de carvão, mas aqueles com alto poder calorífico, que possuem a desvantagem do 
alto teor de enxofre; sendo assim, devem baixar o teor de enxofre antes durante e depois da combustão 
para evitar a contaminação do ar.
A mineração do carvão afetou milhares de quilômetros quadrados nos Estados Unidos, e apenas 
metade dessa área foi recuperada. A recuperação foi realizada com a melhoriado solo afetado e o 
reflorestamento da superfície. Muitas minas a céu aberto ainda causam sérios problemas ambientais.
Nos Estados Unidos, mais da metade das minas de carvão são a céu aberto. O processo de mineração 
envolve a retirada da camada superior do solo e de rocha para alcançar a camada de carvão. Essa 
técnica é mais utilizada que a mineração subterrânea por ser mais barata. Existem mais de 40 bilhões 
de toneladas de reservas de carvão que podem ser exploradas por essa técnica (BOTKIN; KELLER, 2012).
O impacto causado pelas minas a céu aberto pode variar de região para região, dependendo da 
topografia, do clima e das técnicas de recuperação. Um dos problemas causados por esse tipo de atividade 
em locais com alto índice de chuvas é a drenagem ácida, que ocorre quando as águas das chuvas se 
infiltram nas rochas abandonadas após a retirada do carvão (entulho). Essa água reage com os minerais 
de sulfetos, como a pirita (FeS2), um componente natural das rochas sedimentares que contêm o carvão e 
geram ácido sulfúrico (H2SO4), que poluem os cursos d’água e os lençóis freáticos. Esse problema pode ser 
minimizado drenando essa água de escoamento superficial antes que ela penetre na área de mineração, 
e desviando-a das rochas sedimentares potencialmente poluidoras. Infelizmente isso não é possível de ser 
realizado, quando os bancos de entulho das minas ocupam centenas de quilômetros quadrados.
A mineração a céu aberto causa grandes prejuízos para a água, o solo e os recursos biológicos, os quais 
podem ser minimizados com a recuperação das áreas atingidas. Essa atividade também produz grandes 
quantidades de pó de carvão, que se espalha pelas cidades e campos, poluindo o solo e provocando 
doenças respiratórias. À medida que as pessoas tomam conhecimento das leis da mineração, elas se 
tornam mais eficientes.
21
QUÍMICA AMBIENTAL
A recuperação dessas áreas é difícil; na maioria das vezes, inclui o descarte de resíduos, o contorno 
do terreno e o replantio da vegetação. Ambientalistas argumentam que as recuperações bem-sucedidas 
são minoria e que a mineração a céu aberto não deveria ser permitida em estados semiáridos, pois sua 
recuperação é improvável.
A mineração subterrânea corresponde a 40% do carvão extraído nos Estados Unidos. É uma atividade 
muito perigosa, em virtude do risco de desmoronamento, explosão e incêndios, além de causar doenças 
respiratórias associadas à exposição ao pó de carvão.
Os principais impactos causados por essa atividade são a drenagem ácida e o acúmulo de resíduos, 
que poluíram muitos cursos d’água; o afundamento do solo sobre os túneis das minas, resultando numa 
cratera na superfície; os incêndios, que são comuns, a fumaça gerada e os vapores perigosos, que podem 
causar doenças respiratórias para as pessoas expostas a eles.
O transporte do carvão é feito por minerodutos, projetados para transportar o carvão pulverizado com 
água. Os trens também são utilizados no transporte, por apresentarem baixo custo quando comparados 
com os minerodutos.
1.2.2 Gás natural
O gás natural, assim como o petróleo, é formado por misturas de hidrocarbonetos gerados a 
partir de frações de organismos marinhos e plantas soterradas, sem a presença de oxigênio, que seria 
necessário para sua completa oxidação. Esse material foi submetido a altas temperaturas e pressões que 
contribuíram para sua decomposição, formando hidrocarbonetos líquidos e gasosos. Os depósitos de gás 
natural estão localizados em formações geológicas nas quais as misturas de gases foram presas por uma 
massa de rocha impermeável. A perfuração da rocha libera o gás em um fluxo estável para a superfície.
 Saiba mais
Saiba mais sobre hidrocarbonetos em: PERUSO, F. M.; CANTO, E. L.; 
Química na abordagem do cotidiano. São Paulo: Moderna, 2007.
Até pouco tempo, o gás natural, descoberto junto com o petróleo, era queimado como resíduo, 
em alguns casos essa prática ainda persiste. Ele é considerado um combustível limpo, pois sua queima 
produz menos resíduos do que o petróleo e o carvão, causando menos impacto ao ambiente. Pode ser 
formado junto ao carvão e ao petróleo, sendo muito mais abundante junto ao carvão. A perfuração 
pode ser realizada utilizando a tecnologia para poços de água. 
O metano proveniente das camadas de carvão é uma fonte de energia a ser considerada num 
momento em que os Estados Unidos estão importando energia. Porém, existem algumas preocupações 
a serem levadas em consideração, como o descarte de grandes quantidades de água produzidas na sua 
22
Unidade I
extração e a migração para os lençóis freáticos ou áreas residenciais. A extração desse gás, antes da 
mineração do carvão, minimizaria a quantidade lançada na atmosfera.
A água salgada produzida durante a extração é uma preocupação ambiental, pois os poços trazem 
para a superfície uma mistura de metano e rochas subsuperficiais. Muitas vezes, essa água é reinjetada 
no solo; mas, em alguns casos, escoa para drenos de superfície ou é depositada em lagoas de evaporação. 
O problema ambiental ocorre quando a água salgada é descartada nos cursos de água próximos, 
aumentando a salinidade destes e causando sérios danos para os recursos hídricos da região.
O gás natural é formado por 60% de metano (CH4), etano, propano e isômeros do butano, suas 
concentrações variam dependendo da região geográfica de origem do depósito.
O ponto de ebulição do metano é tão baixo (-164 oC) que ele não se liquefaz facilmente, mesmo 
a pressões elevadas. Como os outros gases possuem pontos de ebulição mais altos, são facilmente 
separados com a redução da temperatura da mistura gasosa, liquefazendo os demais gases e deixando 
o metano puro.
Uma impureza importante do gás natural são os compostos de enxofre. Alguns dos depósitos de 
gás possuem quantidades maiores de H2S do que de CH4. A purificação do gás é feita pela reação de 
Claus, convertendo o sulfeto de hidrogênio em enxofre elementar, um composto benigno para o meio 
ambiente.
2H2S + SO2+ 3S + 2H2O
Após sua purificação, removendo os outros gases hidrocarbonetos e as impurezas de enxofre, o gás 
natural é praticamente metano puro, e é transportado sob pressão, em dutos, para os consumidores. 
Infelizmente uma porção de gás é perdida durante o transporte para a atmosfera. A contribuição para o 
efeito estufa do vazamento desse gás pode neutralizar as vantagens da queima de o gás produzir menos 
CO2 por joule, quando comparado com o petróleo e o carvão.
Em solo marinho, a cerca de 1.000 m de profundidade, existem depósitos de hidratos de metano 
(clatratos), um composto branco semelhante ao gelo e constituído por moléculas de gás CH4 e água. O 
metano foi formado pela digestão microbiana de material orgânico nos sedimentos do solo marinho 
e ficou preso em gaiolas de gelo. Os primeiros depósitos foram encontrados nos oceanos Pacífico e 
Atlântico, e também na Sibéria, nos solos congelados da América do Norte, onde são conhecidos como 
gás do pântano.
Os hidratos de metano são uma fonte potencial de energia, com quase o dobro de energia dos outros 
depósitos de gás natural, petróleo ou carvão. Esses depósitos são muito atraentes para países como o 
Japão, que depende da importação de petróleo e carvão. Infelizmente, as dificuldades para a exploração 
dessas jazidas são enormes, em virtude de sua profundidade.
23
QUÍMICA AMBIENTAL
O gás natural é composto principalmente de metano e pequenas quantidades de etano e propano. 
Na maioria das vezes, é transportado por tubulações, desde a fonte até os consumidores domésticos, 
para utilização no cozimento e no aquecimento e para algumas usinas, que por meio da sua queima 
geram energia para produzir eletricidade.
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ∆H = - 890 kJ/mol
O gás natural produzido como subproduto do petróleo, onde não existem tubulações para o seu 
transporte, é lançado na atmosfera ou queimado, intensificando a produção de gases de efeito estufa, 
como CH4 e CO2.
O GNV (gás natural altamente comprimido) é utilizado na Itália,Canadá, Argentina, Estados Unidos, 
Nova Zelândia e Rússia como combustível. Por causa do alto custo para converter os motores a gasolina 
para consumo do gás natural, o GNV tem sido utilizado apenas por táxis e caminhões comerciais. 
O custo de conversão para esses usuários é menor, em longo prazo, em virtude do baixo custo do 
combustível. Os tanques devem possuir paredes grossas, para aguentar a alta pressão proveniente de um 
volume razoável do gás pressurizado; mesmo assim, quando comparado com os volumes dos tanques de 
gasolina ou diesel, sua autonomia é bem menor.
O uso do GNV como combustível automotivo possui vantagens e desvantagens, quando comparado 
com a gasolina. O gás natural produz poluentes provenientes das pequenas quantidades de etano e 
propano contidas nele, melhorando a qualidade do ar daquela região. Porém, a liberação do metano das 
tubulações durante sua transmissão ou dos escapamentos dos veículos produtos de uma combustão 
incompleta pode levar ao aumento do efeito estufa.
Para melhorar o desempenho do gás natural, podemos misturar a ele pequenas quantidades de 
gás hidrogênio (15% do seu volume), provocando uma queima mais eficiente. Da mesma forma, essas 
considerações podem ser aplicadas ao propano, (C3H8), o principal componente do GLP (gás liquefeito 
do petróleo), para utilização em veículos. O GLP e o propano podem ser liquefeitos mais facilmente e 
armazenados de forma mais eficiente que o gás natural.
1.2.3 Petróleo
O petróleo foi formado a partir de material orgânico enterrado com sedimentos marinhos, conhecido 
como bacias sedimentares. É encontrado em zonas tectônicas jovens, nos limites das placas, onde existe 
a possibilidade de se formarem grandes bacias sedimentares. A rocha de origem do petróleo é um 
sedimento de fina granulação, rico em material orgânico, enterrado a pelo menos 500 m e que foi 
submetido à alta temperatura e pressão. Essas condições são propícias para a transformação química 
do material orgânico presente nos sedimentos em petróleo. A pressão elevada comprime o sedimento 
e, em conjunto com a temperatura elevada na rocha de origem, faz o petróleo migrar para cima, onde 
a pressão é mais baixa, e fica armazenado no que chamamos de rocha reservatório, que tem uma 
granulação grossa e é porosa.
24
Unidade I
Os campos de onde se extrai o petróleo são regiões onde a migração ascendente do óleo em direção à 
superfície é bloqueada por uma barreira que pode ser uma rocha sedimentar de granulação extremante 
fina, a qual impede a passagem do óleo, como o xisto, composto por partículas de argila e silte. Esse 
tipo de formação geológica permite que o petróleo se acumule ao longo de bilhões de anos e possa ser 
descoberto e extraído.
 Lembrete
Hidrocarbonetos – compostos orgânicos constituídos apenas por 
carbono e hidrogênio, são divididos em alcanos, alcenos, alcinos, 
aromáticos e dienos.
O petróleo, também conhecido como óleo cru, é formado por uma mistura de centenas de compostos, 
muitos deles hidrocarbonetos. A proporção varia de acordo com a região em que foi produzido. O tipo 
mais comum são os alcanos (CnHn+2). Suas cadeias podem variar de 1 a 100 átomos de carbono, ser 
longas e contínuas, ou possuir uma cadeia principal com pequenas ramificações (ex.: 3-metilhexano). 
Ainda podemos encontrar cadeias cíclicas, como metilciclopentano e ciclohexano (C6H12), e aromáticas, 
como benzeno, tolueno e xileno.
metilciclopentano
0-xileno tolueno
ciclohexano benzeno
CH3
CH3
CH3
CH3
Figura 1
Os óleos contendo hidrocarbonetos aromáticos são os mais tóxicos para a vida marinha 
(moluscos e peixes), quando ocorrem os derramamentos de navios petroleiros ou de poços de 
perfuração costeira.
Na forma bruta, como óleo cru, o petróleo não é muito útil, precisa ser fracionado por meio de 
um processo conhecido como destilação, no qual suas frações são separadas. A destilação envolve a 
vaporização da mistura líquida pelo aquecimento, seguido do resfriamento do vapor, condensando-o 
novamente para o estado líquido. Os diferentes pontos de ebulição dos componentes permitem a 
separação de várias frações de composições diferentes.
25
QUÍMICA AMBIENTAL
 Saiba mais
Conheça mais sobre a destilação fracionada do petróleo 
acessando o site: <hidrocarbonetos10b.no.comunidades.net/index.
php?pagina=1025754406>.
O petróleo também contém enxofre (até 4%), na forma de sulfeto de hidrogênio, e tio compostos 
(compostos orgânicos com enxofre semelhantes ao álcool ou éteres com enxofre no lugar do oxigênio), 
além dos hidrocarbonetos. Essas impurezas são removidas mais facilmente do óleo do que o enxofre 
do carvão, tornando os produtos de petróleo mais limpos. O diesel destilado a partir do petróleo possui 
uma quantidade de enxofre residual maior que a gasolina, o resíduo da destilação possui a maior 
concentração de enxofre de todas as frações, além de metais pesados, como vanádio e níquel. O enxofre, 
presente nos combustíveis, forma dióxido de enxofre durante a queima, sendo liberado na atmosfera 
como um poluente tóxico.
Os combustíveis feitos a partir do petróleo, como a gasolina e o diesel, são líquidos capazes de liberar 
grandes quantidades de energia e relativamente seguros para a utilização, com um sistema de produção 
de custo razoável. 
A extração, o refino e a utilização do petróleo e do gás natural causam muitos problemas ambientais, 
como poluição do ar e da água, chuva ácida e aquecimento global. A humanidade obteve benefícios 
com a produção de energia abundante e barata, mas isso trouxe várias desvantagens do ponto de vista 
ambiental e da saúde.
A perfuração dos poços de petróleo e de gás natural provoca impactos no ambiente, que incluem:
• utilização de terra para construir amortecedores para poços, oleodutos/gasodutos e tanques de 
armazenagem e outras instalações para a produção;
• poluição de água de superfície e do lençol freático, em consequência do vazamento de dutos ou tanques 
contendo petróleo, ou de água salgada, que é extraída junto com o petróleo e o gás natural; 
• liberação acidental de poluentes no ar, como hidrocarbonetos, sulfeto de hidrogênio (gás tóxico, H
2S).
No ambiente marinho, a extração do óleo cru pode causar:
• infiltração do óleo no mar, por causa de operação normal da planta ou acidentalmente, como 
explosões ou ruptura de tubulações;
• vazamento de lama de perfuração contendo metais pesados, como bário, muito tóxico para a vida 
marinha;
• degradação estética das paisagens por causa da presença das plataformas de perfuração.
26
Unidade I
O refino do óleo também pode causar danos ao meio ambiente. O petróleo é aquecido numa torre de 
destilação para a separação de seus componentes. As refinarias também estão sujeitas a derramamentos 
acidentais e vazamentos lentos de gasolina ou outros produtos, de seus dutos ou tanques de 
armazenamento. O solo e o lençol freático, abaixo da refinaria, podem estar sendo contaminados com 
hidrocarbonetos líquidos.
Outra aplicação do petróleo é a fabricação de plásticos e produtos químicos orgânicos. Muitos 
processos industriais utilizados na fabricação de produtos químicos são poluidores em potencial, 
lançando vários poluentes tóxicos na atmosfera.
1.2.4 Xisto betuminoso 
Esse tipo de combustível fóssil pode ser tornar relevante quando o petróleo for escasso no mundo. 
Trata-se de uma rocha sedimentar de granulação fina, que contém querogênio (matéria orgânica). Esse 
combustível é separado da rocha por meio de um processo chamado destilação destrutiva, em que o 
xisto é aquecido a 500 oC, podendo-se extrair cerca de 60 L de óleo por tonelada de rocha. O petróleo de 
xisto também é conhecido como combustível sintético, pois é derivado de um combustível fóssil sólido. 
Estima-se que existam aproximadamente 3 trilhões de barris de petróleo no mundo na forma de xisto 
betuminoso, sendo que 2/3 dessa quantidade está nos Estados Unidos, principalmente no Green River, 
Colorado.
A exploração do xisto betuminoso pode ser feita pela mineraçãosuperficial ou subsuperficial.
A mineração superficial é mais vantajosa, pois conseguimos extrair quase 90% do xisto betuminoso, 
enquanto com a mineração subterrânea apenas 60% são extraídos. O principal problema dessa atividade 
é o descarte do resíduo, visto que o xisto betuminoso precisa ser processado e destilado. O volume de 
resíduo gerado, normalmente, ultrapassa 20% a 30% do volume retirado da mina, pois a rocha triturada 
ocupa mais espaço que a sólida. 
O xisto betuminoso é pouco explorado, pois é muito mais fácil e barato bombear o petróleo de 
um poço do que extraí-lo do xisto betuminoso. Acreditamos que, durante um período de escassez 
do petróleo, essa atividade possa ser mais atraente. Quando isso ocorrer, provocará grandes impactos 
ambientais, sociais e econômicos nas áreas de mineração, por causa da rápida urbanização para abrigar 
uma grande força de trabalho, da construção das instalações industriais e de um maior consumo de 
recursos hídricos (BOTKIN; KELLER, 2011).
1.2.5 Areias betuminosas
São areias impregnadas do óleo de alcatrão, asfalto ou betume. Para extrair o petróleo delas, 
devemos retirar a areia das minas por meio da mineração e, em seguida, lavá-la com água quente para 
a separação do óleo.
O Canadá abriga aproximadamente 75% das reservas de areias betuminosas.Estima-se que existam 
cerca de 2 trilhões de barris de petróleo, mas não se sabe ao certo quanto poderá ser recuperado. 
27
QUÍMICA AMBIENTAL
Atualmente a produção de petróleo de areias betuminosas é de aproximadamente 1,5 milhão de barris 
de petróleo cru por dia, o que equivale a 15% da produção norte-americana. Essa produção ainda pode 
ser expandida.
O processo de mineração apresenta sérios impactos ambientais, que variam desde o crescimento 
populacional repentino nas áreas de mineração até a necessidade de recuperação da área explorada 
(BOTKIN; KELLER, 2012).
1.3 Combustão
É uma reação química em que um ou mais compostos químicos se transformam em outros compostos. 
Nesse tipo de reação, ocorre a liberação de calor, produto mais importante quando falamos da queima 
de combustíveis. A reação de combustão pode ser representada pela equação química:
Combustível + Comburente Fumos + Cinzas + Calor
Assim, transformamos a energia potencial de um combustível em calor, isto é, em energia térmica 
que pode ser utilizada.
Combustão é uma reação de oxidação em temperatura elevada; pois, para iniciar a reação, é 
necessária a energia de ativação, que é obtida com o aumento da temperatura. Assim, para que a 
combustão ocorra, precisamos de um combustível, de um comburente e de energia de ativação. O 
calor liberado pela reação em determinado ponto do combustível atua como energia de ativação para 
os pontos adjacentes da substância. Assim, a reação torna-se autoativante e continua até que todo o 
combustível seja consumido.
Os elementos químicos presentes nos combustíveis são: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, 
enxofre e, com menos frequência, o fósforo. Considera-se que o carbono e o hidrogênio são elementos 
essenciais ao combustível, enquanto os demais são secundários.
Os elementos essenciais têm presença mais frequente na composição dos combustíveis, sendo 
predominantes e respondendo pela geração de calor e pela função redutora. Podem estar presentes 
na forma isolada, ou combinada na forma de hidrocarbonetos. Exemplos: H2, CH4, CO, gás liquefeito do 
petróleo (C3H8 e C4H10).
Dependendo da quantidade de combustível e do comburente no processo, podem ocorrer três tipos 
de combustão:
a) incompleta: quando a quantidade de oxigênio é menor que a quantidade estequiométrica 
necessária para oxidar totalmente as frações do combustível.
b) teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita com a quantidade 
estequiometricamente necessária para oxidar totalmente todas as moléculas de combustível.
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Unidade I
c) completa: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade 
estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível.
C2H6 + 7/2 O2
C2H6 + 5/2 O2
C2H6 + 3/2 O2
2CO2 + 3H2O completa
2CO + 3H2O incompleta
2C + 3H2O incompleta
Combustão do etano
Quando completas, as reações de combustão de hidrocarbonetos produzem CO2 e H2O.
C2H5OH + 3 O2
C2H5OH + 2 O2
C2H5OH + O2
2CO2 + 3H2O completa
2CO + 3H2O incompleta
2C + 3H2O incompleta
Combustão do etanol
A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, permitindo-nos ter uma 
indicação do tipo de combustão obtida. Nas combustões incompletas, aparecem nos fumos grandes 
quantidades de frações sem queimar, como o CO. Não há presença de oxigênio.
Nas combustões teoricamente completas, verifica-se a presença de pequenas quantidades de CO nos 
fumos e quantidade desprezível de oxigênio.
Em combustão completa, haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou menor quantidade, 
dependendo do combustível queimado e do excesso empregado e da quantidade desprezível de CO.
Quando num processo de combustão fixa-se a proporção de alimentação de combustível e 
comburente, de modo a obter-se uma combustão estequiométrica, notamos que invariavelmente 
recaímos numa combustão incompleta ou parcial. Na prática, para obtermos uma combustão completa, 
é necessário utilizar excesso de comburente. Existem duas razões para a utilização do excesso de O2:
a) contato com o combustível: à medida que se aumenta a quantidade de moléculas de O2, aumenta 
a probabilidade de choque com as moléculas do combustível;
b) deslocamento do equilíbrio químico das reações: as reações de combustão ocorrem em fase 
gasosa e são de equilíbrio químico (as reações são reversíveis).
Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade de excesso deve ser limitada 
ao valor que propicie ganho de calor. O que notamos é que, a partir de certa quantidade de oxigênio em 
excesso, há uma diminuição da temperatura na câmara de combustão. Isso ocorre porque o comburente 
alimentado em excesso exagerado, além de não contribuir com o aumento da energia gerada, aquece-se 
e “rouba” calor do sistema. 
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QUÍMICA AMBIENTAL
Sabemos que a força propulsora da transferência do calor de uma fonte quente para uma fria é a 
diferença de temperatura. Assim, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a temperatura de fonte 
fria e perde-se a capacidade de transferir calor (aquecer), embora se tenha gerado calor no processo. 
A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustível, da construção da 
instalação e das condições de operação. Levando-se em conta somente o estado físico do combustível, 
o excesso recomendado varia conforme segue:
• combustíveis gasosos: de 5 a 30% de excesso de ar;
• combustíveis líquidos: de 20 a 40% de excesso de ar;
• combustíveis sólidos de 30 a 100% de excesso de ar.
O controle tem como objetivo verificar se uma combustão está sendo efetuada com a porcentagem 
correta de ar em excesso, de acordo com o combustível queimado e as demais condições do processo. 
O excesso adequado de ar e fatores como o tipo de queimador, a atomização do combustível e o 
efetivo controle do processo contribuem para o aumento da eficiência na geração de calor. Na combustão 
com insuficiência de comburente, a fumaça geralmente apresenta coloração negra e contém fuligem, 
em consequência da queima incompleta do carbono. Quando o excesso de ar é adequado, a coloração 
oscila entre cinza e marrom claro, na maioria das vezes. Quando a quantidade de ar é excessiva, a 
fumaça apresenta coloração branca.
2 FONTES DE ENERGIA ALTERNATIVA
As fontes de energia primárias são os combustíveis fósseis, que abastecem aproximadamente 90% 
da energia consumida no mundo. As demais fontes são consideradas alternativas e podem ser divididas 
em renováveis e não renováveis. Exemplos de energia alternativa não renovável: nuclear e geotérmica. 
A energia nuclear não é considerada renovável, pois precisa de um combustível mineral extraído da 
Terra. A energiageotérmica também não é considerada renovável, porque o calor é extraído da Terra 
de forma mais rápida do que é restabelecido naturalmente. Exemplos de fontes de energia renováveis: 
energia solar, eólica, marítima e os biocombustíveis. As fontes de energia renováveis são discutidas 
como uma família, pois são todas derivadas da energia solar.
As energias renováveis podem não estar necessariamente disponíveis quando se precisa delas, com 
a exceção da biomassa e da energia hídrica, que são intermitentes, com variações diárias e sazonais no 
abastecimento. Essas variações se tornarão um problema quando esse tipo de energia representar 40% 
do suprimento de energia consumida; acima desse valor, a variação natural causará racionamento de 
energia. Assim, o ser humano deverá desenvolver novos sistemas de armazenamento de energia.
Fontes renováveis de energia não estão disponíveis em todos os lugares. Assim, deve-se estudar 
lugares adequados para captação desse tipo de energia. Nos Estados Unidos, os parques eólicos são 
especialmente interessantes nas grandes planícies da Califórnia, onde o vento é forte e estável.
Nos dias atuais, a energia solar é mais cara do que a energia proveniente dos combustíveis fósseis, 
em parte porque tem subsídios muito menores do governo.
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Unidade I
Fontes de energia alternativa são associadas com uma degradação ambiental quase nula; normalmente 
por não haver a queima de nenhum combustível fóssil, sem geração de dióxido de carbono, que seria 
emitido na atmosfera. Fontes de energia renováveis, como solar e eólica, não causarão alterações 
climáticas nem aumentarão os níveis dos oceanos, provocando a erosão costeira. Outra vantagem é o 
tempo reduzido para construção de uma usina eólica ou solar, bem menor do que o de uma usina para 
queima de combustíveis fósseis.
Fontes de energia alternativa renováveis são as melhores oportunidades para desenvolver uma 
política energética sustentável que não prejudicará o meio ambiente.
2.1 Energia solar
A quantidade de energia solar que atinge a Terra é enorme. Numa escala global, dez semanas de 
energia solar são equivalentes à energia armazenada em todas as reservas conhecidas de carvão, 
petróleo e gás natural na Terra. A energia solar é absorvida na superfície do planeta a uma taxa 
média de 9 mil TW (1 TW é igual 1012 W), que representa cerca de 7.000 vezes a demanda mundial 
total de energia. A energia solar acompanha características específicas do local, e as observações 
detalhadas do local em potencial são necessárias para avaliar a variabilidade diária e sazonal do 
potencial de energia solar.
A energia solar pode ser utilizada por meio de sistemas solares passivos ou ativos. Sistemas passivos 
não utilizam bombas ou outras tecnologias ativas para movimentar ar ou água. 
A energia solar passiva promove resfriamento em períodos quentes e retém o calor em periódicos 
frios. Os métodos incluem:
• beiral em edifícios que bloqueiam os raios solares de verão, mas permitem que os raios solares de 
inverno penetrem e aqueçam os aposentos;
• construção de uma parede que absorve a luz solar durante o dia e irradia calor para aquecer os 
aposentos à noite;
• plantio de árvores, que perdem as folhas durante o inverno, no lado ensolarado de um edifício. 
Essa sombra resfria o edifício no verão e, no inverno, com suas folhas caídas, permite a passagem 
de luz solar para o edifício.
Sistemas passivos de energia solar também fornecem iluminação natural para edifícios por meio de 
janelas e claraboias. Modernas janelas de vidro podem ter um vidro especial que transmite luz visível, 
bloqueia o infravermelho e promove o isolamento térmico.
Sistemas ativos de energia solar requerem energia, como bombas elétricas para circular o ar, a água 
ou outros fluidos dos coletores solares para locais onde o calor é armazenado e, em seguida, bombeá-la 
para onde é requerida.
Os coletores solares, para fornecer aquecimento e água quente, são geralmente construídos de 
coberturas de placas planas de vidro em fundo negro, onde um fluido absorvente circula por meio de 
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QUÍMICA AMBIENTAL
tubos. A radiciação solar penetra o vidro e é absorvida pelo fundo preto. O calor é emitido a partir do 
material preto, aquecendo o fluido que passa e circula nos tubos.
Um segundo tipo de coletor é o tubo de vácuo. Seu projeto é semelhante ao do coletor de placa 
plana. A diferença é que cada tubo, juntamente com o seu fluido de absorção, passa por um tubo maior 
que ajuda a reduzir a perda de calor. O uso de coletores solares está tendo rápido crescimento.
2.1.1 Energia fotovoltaica
A energia fotovoltaica converte a luz solar em eletricidade. O sistema utiliza células solares, também 
conhecidas como células fotovoltaicas, feitas de finas camadas de semicondutores (silício ou gálio) e de 
componentes eletrônicos em estado sólido, com pouca ou nenhuma parte móvel. A energia fotovoltaica 
apresenta o maior crescimento mundial em fontes de energia, com uma taxa de crescimento em torno 
de 35% ao ano.
 Saiba mais
Leia mais sobre semicondutores em SCHIMIDT, W. Materiais elétricos: 
condutores e semicondutores. 3. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2010. v. 1.
A tecnologia de células solares está avançando rapidamente. Há alguns anos, a conversão de energia 
solar em energia elétrica era apenas de 1% ou 2%, atualmente essa conversão pode chegar a 20%. As 
células são construídas em módulos padronizados, encapsulados em plástico ou vidro, que podem ser 
combinados para produzir sistemas de vários tamanhos, de modo que a produção de energia possa ser 
estabelecida para a utilização pretendida. A eletricidade é produzida quando a luz solar atinge a célula. 
As diferentes propriedades eletrônicas das camadas causam o fluxo dos elétrons para fora das células 
por meio dos fios elétricos.
A energia fotovoltaica tem uma variedade de usos, dividindo-se em instalações que produzem grandes 
quantidades de eletricidade e são conectadas à rede elétrica e aplicações fora da rede, normalmente 
muito pequenas. Isso engloba a alimentação de satélites e veículos espaciais, além da alimentação 
de equipamentos elétricos, como sensores de níveis de água, estações meteorológicas e telefones de 
emergência em áreas remotas.
A energia fotovoltaica está surgindo como um importante colaborador para países em 
desenvolvimento que não têm condições financeiras para construir redes elétricas ou grandes usinas 
elétricas para queimar combustíveis fósseis. Os governos da Índia e dos Estados Unidos anunciaram 
que serão instalados sistemas fotovoltaicos em 1 milhão de telhados. O crescimento e as mudanças 
de tecnologia na área de energia fotovoltaica sugerem que, neste século, a energia solar tem grandes 
chances de se tornar uma indústria geradora de muitos gigawatts por ano, o que irá fornecer uma 
parcela significativa da energia utilizada mundialmente.
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Unidade I
2.1.2 Geradores térmicos solares
Concentram luz solar em recipientes de retenção de água. A água ferve e é usada para girar geradores 
elétricos convencionais movidos a vapor. Esses sistemas incluem torres de energia solar. O primeiro teste 
da utilização de luz solar em grande escala para fervura da água para mover um gerador de vapor 
elétrico foi o Solar One. Esse projeto foi financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, 
construído pela Southern Califórnia Edison em 1981 e operado pela mesma empresa, em conjunto com 
o Departamento de Água e Luz de Los Angeles e a Comissão de Energia da Califórnia. A luz solar foi 
focalizada e concentrada no topo da torre por 1.818 grandes espelhos, cada um com aproximadamente 
6 metros de diâmetro, que foram mecanicamente ligados uns aos outros e acompanhavam o Sol.
No final de 1999, essa torre de energia foi desativada, por não ser competitiva economicamente com outras 
fontes de energia. Novos geradores térmicos solares foram construídos com grande capacidade de produção 
de energia (ver figura a seguir). Recentemente, dispositivos que aquecem