ARTIGO FINAL

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ESTUDO DA ENERGIA TÉRMICA GERADA POR CARVÃO MINERAL
Universidade Federal de Itajubá – Campus Itabira, Rua Irmã Ivone Drumond, 200 - Distrito Industrial II
Dayane Michelle Rodrigues
Phillipe Rodrigues da Silva Pacheco
Abstract. The mining of coal is an important economic activity in Brazil and worldwide, ger as many jobs as well as providing an excellent fossil fuel for thermal power generation. In Brazil the coal is mined mainly in the southern region of the country to the state of São Paulo. Among the different types of thermoelectric production form does not differ much. Like all forms of energy production, thermoelectric have their advantages and disadvantages. Of the main drawbacks to environmental impacts are considered major. Searches are then directed to minimizing these impacts on the environment. Due to all these factors, this study will portray any relationship between thermal energy and coal.
Keywords: thermal power, coal, mining, environmental impacts.
1. INTRODUÇÃO
Diversos fatores indicam que há uma tendência cada vez maior de se gerar energia através da combustão de carvão mineral, sendo alguns deles os grandes volumes de reservas geológicas existentes, a facilidade de acesso a essas reservas devido às novas tecnologias, os altos níveis atuais de produção a grande demanda de energia e principalmente a escassez de água nos reservatórios das hidrelétricas ou para a construção destas. Por esse fato, as termelétricas devem ser gerenciadas com rígidas politicas de controle ambiental, tanto as antigas usinas como nas recentes ou até mesmo nas que ainda são apenas um projeto de implantação, uma vez que o carvão mineral se trata de um combustível altamente energético, mas também um grande poluidor quando queimado.
Tais políticas, por mais que não sejam fortemente aplicadas, foram criadas a muitos anos com o intuito de diminuir a poluição atmosférica causada pelos gases produzidos da queima do carvão (monóxido e dióxido de carbono principalmente) já que sua concentração cumulativa aumenta a degradação na camada de ozônio. Devido a essa preocupação, em diversos países o enfoque das pesquisas tecnológicas nessa área mudou, voltando-se ao meio ambiente. O controle sobre a emissão desses gases é resolvido com instalação de equipamentos, como filtros nas chaminés das termelétricas, por exemplo.
No Brasil, as maiores reservas situam-se nos estados de Rio Grande do Sul e Santa Catarina e as menores no Paraná e São Paulo. Essas jazidas são compostas pelo carvão dos tipos, linhito e sub-betuminoso, mas esse minério é pobre do ponto de vista energético, por possuir muitas impurezas, não sendo possível que seja transportado e beneficiado, fazendo com que sua utilização seja realizada sem o beneficiamento e na própria mina.
Este trabalho apresentará uma revisão bibliográfica da importância, estatísticas e tudo que está relacionado à geração de energia térmica com uso de carvão mineral.
2. ESTUDO DA ENERGIA TÉRMICA GERADA POR CARVÃO MINERAL
A mineração, além de ser um dos setores de grande empregabilidade do Brasil e do mundo, também fornece combustíveis para a geração de energia, contribuindo para o bem estar e melhoria da qualidade de vida das presentes e futuras gerações, sendo fundamental para o desenvolvimento da sociedade, desde que seja operada de forma responsável, respeitando sempre a legislação e o desenvolvimento sustentável.
O carvão mineral 
De aparência preta ou marrom, liso e quebradiço, o carvão mineral é um fóssil natural, energético extraído da terra por mineração e proveniente de restos de troncos de árvores e plantas que se acumularam em pântanos por milhares de anos. Depósitos de areia e argila foi soterrando esse mineral com o tempo, aumentando a temperatura e a pressão sob essa matéria orgânica depositada, com isso a concentração de carbono se tornou muito alta e a de oxigênio e hidrogênio muito baixa (processo de carbonificação). De acordo com essa quantidade de carbono, cuja proporção aumenta à medida que o minério se forma, o carvão mineral é subdivido nos tipos:
Antracito: carvão de combustão lenta, excelente para uso doméstico;
Hulha: Subdivido em carvão betuminoso, que é o tipo mais comum, o de maior valor térmico e assim muito utilizado nas indústrias, e sub-betuminoso, que é muito utilizado nas estações de geração de energia;
Linhito: carvão que incendia-se espontaneamente, possui baixo valor calorífico e se desgasta rapidamente.
Como retratado na Figura 1, a maior parte das reservas mundiais de carvão mineral são compostas por alto teor de carbono (carvão do tipo hulha), e a outra grande parte por baixo teor de carbono. A extração e consumo mundial estão nas categorias intermediárias (carvão do tipo betuminoso, sub-betuminoso e linhito), as quais possuem um bom valor térmico e bons preços.
Figura 1: Diagrama dos tipos de carvão, suas reservas e usos. Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica (2008, p.133).
2.1.2 Histórico
A história do carvão muita das vezes é confundida com o desenvolvimento do homem. O fogo produzido na Pré-História era considerado algo dos deuses, até que os primitivos observaram que resíduos negros de florestas incendiadas por raios eram inflamáveis. Esses resíduos eram o carvão vegetal, que facilitou a vida do homem das cavernas. Já no período Neolítico, minerais negros que eram utilizados para proteção de fogueiras eram reduzidos a metal quando entravam em contato com a lenha carbonizada. Foi passando-se as décadas e o homem continuava a fazer uso do calor do carvão mineral para tornar moldáveis suas ferramentas.
O carvão sempre foi então utilizado para construção de bens ou para a comodidade, porém foi na época da Revolução Industrial (século XVIII) que o carvão mineral ganha destaque, como fonte de energia para as maquinas e locomotivas a vapor e produção de ferro, com uma extração infinitamente superior à do passado, e esta espalhou seu uso por toda a Europa Central, tendo a Alemanha como principal seguidora. A rápida industrialização gerou disputas acirradas pelo mineral, que mais tarde iriam acabar na Primeira Guerra Mundial. Desde então o carvão passou a ter muitos outros usos, bem como o de geração de energia elétrica por sua combustão nas termelétricas.
2.1.3 Mineração no Brasil
O Brasil, em sua história com a mineração, sempre buscou aproveitar os recursos minerais oferecidos por seu vasto território, os quais contribuíram para importantes desenvolvimentos econômicos nacionais, assim como:
Na Conferência Rio + 10, realizada de 26 de maio a 29 de agosto de 2002, em Johannnesburgo, em várias partes de seu documento final, assinado por todos os países presentes, a mineração foi considerada como uma atividade fundamental para o desenvolvimento econômico e social de muitos países, tendo em vista que os minerais são essenciais para a vida moderna (CAELOS EUGÊNIO GOMES FARIAS, 2002).
Figura 2: Extração de carvão mineral na superfície. Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica (2008, p. 136)
Ao longo da última década, a indústria mineral brasileira mostra um grande crescimento devido às mudanças socioeconômicas sofridas e também na infraestrutura do país, mesmo a atividade mineral tendo sido reduzida devido à crise internacional. Os países emergentes, assim como Brasil, Rússia, Índia e China (BRICs); são os responsáveis por impulsionar esse crescimento, devido a suas expressivas áreas territoriais, o alto Produto Interno Bruto (PIB) e alta densidade demográfica. O expressivo investimento nesse setor no Brasil pode ser verificado no Gráfico 1.
Gráfico 1: Investimento no setor mineral brasileiro, em bilhões de dólares – Apuração anual para períodos de 5 anos.
Fonte: Instituto Brasileiro de Mineração – IBRAM (2004)
O aumento em investimentos na extração de carvão mineral gera consequentemente uma maior produção do mineral. No período 2010-2014 obteve-se um aumento de quase 10 bilhões de dólares em investimentos e com isso a produção,por sua vez, aumentou proporcionalmente.
Gráfico 2: Produção mineral brasileira em bilhões de dólares.
Fonte: Instituto Brasileiro de Mineração – IBRAM (2014)
A mineração no Brasil está submetida a várias regulamentações em relação ao meio ambiente e sua preservação e minimização de impactos. Alguns dos órgãos, em nível federal, que definem as diretrizes, atuam na concessão, fiscalização e cumprimento da legislação mineral e ambiental são: Ministério do Meio Ambiente (MMA), Ministério de Minas e Energia (MME), Secretaria de Minas e Metalurgia (SMM/MME), Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), Agência Nacional de Águas (ANA), Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), e o Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis (IBAMA).
2.2 Geração de energia através do carvão mineral
O processo de produção dos diferentes tipos de usinas termelétricas pouco se diverge, o vapor gerado pela queima do combustível movimenta as pás de uma turbina que esta ligada a um gerador de eletricidade. A principal diferença entre esses tipos de usina se dá na escolha dos combustíveis que serão utilizados na geração de vapor, os quais podem ser, por exemplo, óleo, carvão e gás.
2.2.1 Processo de produção
O funcionamento das centrais termelétricas clássicas é basicamente o mesmo, independentemente do combustível utilizado. Este combustível é queimado na caldeira e, o calor produzido aquece a água que circula por uma extensa rede de tubos que revestem suas paredes, gerando um vapor no qual movimenta as pás de uma turbina, cujo rotor gira juntamente com o eixo de um gerador, transformando essa potência mecânica em elétrica. Essa energia elétrica é transportada por linhas de alta tensão ate os centros de consumo. 
O vapor produzido entra em contato com um condensador para ser resfriado e convertido outra vez em água. Esta volta aos tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo. O vapor produzido pode ser resfriado utilizando a água de um rio, lago, mar, ou de torres de refrigeração. Também é importante que se resfrie os geradores, pois o calor produzido pelas correntes elétricas é muito alto. 
Existe, ainda que em fase de pesquisa, outra geração de termelétricas que buscam melhorar o rendimento de combustão do carvão e diminuir os impactos ambientais dessa queima, são as chamadas centrais de combustão de leito fluidificado. Nessas centrais, o carvão é queimado sobre um leito de partículas inertes (pedra calcaria, por exemplo) o qual faz circular uma corrente de ar que melhora a queima. 
Figura 3: Processo esquemático da produção de energia utilizando-se carvão mineral. Fonte: Agência Nacional de 
Energia Elétrica (2008, p. 130)
2.2.2 Vantagens e desvantagens de seu uso
As termelétricas são boas alternativas para países como poucos recursos hídricos, podem ser construídas perto dos centros de consumo (desde que haja água disponível para o resfriamento das maquinas) reduzindo gastos com torres e linhas de transmissão, e têm baixo custo de implantação quando comparados aos custos das usinas hidrelétricas e nucleares. Além disso, as cinzas produzidas podem ser recuperadas e aproveitadas em processos de metalurgia e na construção civil, onde são misturadas com o cimento.
Entretanto, são utilizados, na maioria das vezes, combustíveis fósseis não renováveis, os quais possuem um alto preço de mercado agregando então um alto custo de operação para a produção, além dos impactos ambientais prejudiciais ao meio ambiente que são gerados desde o inicio do processo com a extração do mineral, até o final com a condução da energia elétrica às residências.
2.2.3 Impactos ambientais
Como todos os outros tipos de geração de energia, as termelétricas também causam impactos ambientais. As usinas que utilizam a queima de combustíveis fósseis apresentam impactos desde a mineração, o carvão mineral, por exemplo, que causa erosões no solo, poluição do ar, sonora e da água, além de ser um bem não renovável. Já na sua queima, há liberação de gases que mais uma vez geram poluição atmosférica. No entanto, muitas tecnologias foram e continuam sendo criadas para reduzir ou eliminar esses impactos, sendo altamente eficazes no combate à emissão de poluentes como óxidos de enxofre e de nitrogênio. 
Figura 4: Nascente do rio Sangão, no município de Siderópolis, que passa por uma área abandonada de extração de carvão mineral, sendo que esta água está contaminada pelo mineral com alterações em seu pH. Fonte: Comissão Técnica de Assessoramento da PRMC, 2006, p. 27)
Uma grande preocupação gira em torno dos gases de efeito estufa, incluindo o dióxido de carbono e metano, já que possuem ligação com a mudança climática do planeta e há uma ascensão ao uso de carvão para geração de energia, sendo este o maior gerador desses gases.
Figura 5: Poluição atmosférica pela queima do carvão mineral. Fonte: (CAIRES, Luana, 2011)
Algumas medidas podem ser adotadas para contribuir ainda mais com a proteção e preservação ambiental em relação ao uso de carvão mineral nas termelétricas, sendo algumas delas:
Aumentar a eficiência energética das usinas faz com que se queime menos carvão por unidade de energia produzida;
Lavagem do carvão, que reduz o teor de cinzas por ele produzido, resultando em menos desperdício, maior eficiência térmica e menor quantidade de dióxido de enxofre;
Filtros para barrar a passagem de partículas, uma vez que podem causar problemas respiratórios no homem, por exemplo;
A dessulfurização de gases de combustão (FGD), que consiste em utilizar um adsorvente químico (cal ou calcário) parar remover os dióxidos de enxofre dos gases de combustão, com o intuito de reduzir as emissões de dióxido de enxofre, principal responsável pela chuva ácida;
O desperdício da matéria mineral não combustível juntamente com os outros resíduos da combustão, são os maiores causadores do impacto ambiental, uma vez que gera tanto uma extração em excesso quanto a poluição. Sendo assim:
O aproveitamento de resíduos industriais destinados a construção civil é uma alternativa viável do ponto de vista técnico e econômico, pois tende a minimizar ou até mesmo eliminar estes resíduos. O uso de novos materiais na indústria da construção civil, sobretudo os materiais provenientes de resíduos industriais, tem sido cada vez mais intenso (SIQUEIRA, SOUZA E SOUZA, 2012).
Além da lavagem do carvão que diminui esses índices, há cada vez mais novas maneiras de se reprocessar os resíduos e os tornar materiais de grande uso, principalmente na indústria de construção civil:
 A reutilização de cinzas na formulação de argamassas e concretos é uma alternativa interessante, visto que este material possui atividade pozolânica. Pozolanas são materiais silicosos ou silicoaluminosos que, por si sós, possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que quando finamente divididos e na presença da água, reagem com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades aglomerantes (SIQUEIRA, SOUZA E SOUZA, 2012).
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
As termelétricas são boas alternativas de geração de energia elétrica no Brasil em caso de escassez dos recursos hídricos, porém apresentam algumas externalidades. A poluição causada por elas e pela atividade mineradora são alguns exemplos. A mineração é extremamente importante, para a geração de emprego e para a produção de energia no país, por isso é importante uma forte política de proteção ambiental para que seja conciliada a necessidade com a responsabilidade social. Uma solução plausível é o reaproveitamento da matéria orgânica utilizada nas caldeiras, aumentando o aproveitamento dessas usinas.
5. REFERÊNCIAS 
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SIQUEIRA, J. S.; SOUZA, C. A. G.; SOUZA, J. A. S.. Reaproveitamento de cinzas de carvão mineral na formulação de argamassas. Scielo, Belém, p. 275-279, 2012. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ce/v58n346/v58n346a20.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2014.
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PIMENTEL, Danielle Andrade; LUZ, José Aurélio Medeiros da. Pluvial percolation in pyrite-bearing coal stockpiles. Rem, Ouro Preto, p. 99-105, jan-mar. 2009. Disponível em: <http://www.redalyc.org/pdf/370/37020226007.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2014.
RIGOTTO, Raquel Maria. Inserção da saúde nos estudos de impacto ambiental: o caso de uma termelétrica a carvão mineral no Ceará. Ciência e Saúde Coletiva, Fortaleza, v. 14, n. 6, p.2049-2059, ago. 2009. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/csc/v14n6/12.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2014. 
WORLD COAL ASSOCIATION (United Kingdom). Coal: Coal is a combustible, sedimentary, organic rock, which is composed mainly of carbon, hydrogen and oxygen.. Disponível em: <http://www.worldcoal.org/coal/>. Acesso em: 25 jun. 2014.
FARIAS, Carlos Eugênio Gomes. MINERAÇÃO E MEIO AMBIENTE NO BRASIL. 2012. 39 p. Disponível em: <http://www.em.ufop.br/ceamb/petamb/cariboost_files/miner_c3_a7_c3_a3o_20e_20meio_20ambiente>. Acesso em: 27 jun. 2014.
INSTITUTO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO. Investimentos no setor mineral em bilhões de US$: apuração anual por períodos de 5 anos. 2014. Disponível em: <http://www.ibram.org.br/sites/1300/1382/00004428.pdf>. Acesso em: 27 jun. 2014.
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