Carvão Mineral: Origem e Usos

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24 - Carvão mineral
O carvão mineral é formado por troncos, raízes, galhos e folhas de árvores gigantes que cresceram há 250 milhões de anos em pântanos rasos. Essas partes vegetais, após morrerem, depositaram-se no fundo lodoso e ficaram encobertas. O tempo e a pressão da terra que foi se acumulando sobre o material transformaram-no em uma massa negra homogênea – as jazidas de carvão.
Paulatinamente, a partir da época dos grandes descobrimentos, o carvão mineral foi substituindo a lenha, até então considerada como a principal fonte de energia utilizada pelo homem.
A combustão direta do carvão, para produção de vapor, foi a principal alavanca para o progresso da humanidade em direção à industrialização.
As máquinas a vapor, alimentadas pelo carvão, surgiram em meados de 1700 e foram aperfeiçoadas por Watt, que passou a construí-las, comercialmente, em Birmingham, na Inglaterra, de 1774 a 1800.
Apesar do fato de as máquinas a vapor terem sofrido grandes melhorias no decorrer do tempo, os princípios básicos, estabelecidos por Watt, permaneceram inalterados.
Atualmente, o principal uso da combustão direta do carvão é na geração de eletricidade, por meio de usinas termoelétricas. Essa tecnologia está bem desenvolvida e é economicamente competitiva.
Os impactos ambientais das usinas a carvão são grandes, não só pelas emissões atmosféricas, mas também pelo descarte de resíduos sólidos e poluição térmica, além dos riscos inerentes à mineração.
Este tipo de usina ocupa grandes superfícies, ao redor de 4 km2 por usina, excluindo-se instalações de armazenamento e vias de acesso. A própria infra-estrutura dessas usinas, como os corredores para os fios de alta tensão, chaminés, torres de resfriamento, trechos de acesso e de eliminação de resíduos, apresenta altos riscos potenciais ao meio ambiente e aos operários da usina.
A melhoria do processo de combustão poderia reduzir as emissões de monóxido de carbono e nitrogênio, a partir da dessulfurização dos gases de combustão ou da utilização de carvão com baixo teor de enxofre. E também o calor residual da usina poderia ser aproveitado nas suas proximidades, para evitar perdas energéticas, como por exemplo: aquecimento de caldeiras, movimentação de motores, etc..
 
Gaseificação do carvão
A gaseificação do carvão é praticada desde a primeira metade do século XIX e tem a finalidade de converter o carvão mineral em combustível sintético de aplicação direta na produção de energia.
Existem diversos processos industriais de gaseificação do carvão, e o Brasil já domina essa tecnologia.
Os impactos ambientais e riscos aos operários nas usinas são aqueles relacionados à mineração e transporte do minério e, também, aos problemas do processamento, como riscos de incêndio e exposição humana a agentes cancerígenos, e exposição a altas temperaturas.
 
Liquefação do carvão
O carvão, até 1961, era a principal fonte primária mundial de energia, quando foi suplantado pelo petróleo. No entanto, mantém-se até hoje como fonte energética nobre, pois sua conversão produz o combustível sintético líquido que mais se assemelha ao petróleo de ocorrência natural.
O processo de liquefação do carvão é bastante recente e visa transformar o carvão, que é encontrado em estado sólido na natureza, em combustível líquido. Nos EUA já existem usinas de liquefação de carvão, no entanto o processo é bastante sofisticado e caro. O Brasil ainda não domina essa tecnologia, embora pesquisas já estejam sendo desenvolvidas nesse sentido.
Até a Segunda guerra mundial, o carvão era o combustível mais utilizado no mundo. A descoberta dos combustíveis derivados do petróleo, que permitiu o desenvolvimento dos motores a explosão e abriu maiores perspectivas de velocidade e potência, e o surgimento da energia nuclear, relegaram o carvão a condição de fonte subsidiária de energia. No entanto, a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral e o baixo custo do carvão vegetal ainda conferem a esse combustível um papel relevante.
Carvão é um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar grandes quantidades de calor. Pode ser produzido por processo artificial, pela queima de madeira, como o carvão vegetal; ou originar-se de um longo processo natural, denominado encarbonização, pelo qual substâncias orgânicas, sobretudo vegetais, são submetidas à ação da temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em carvão mineral. Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural.
Carvão mineral. De acordo com a maior ou menor intensidade da encarbonização, o carvão mineral – também chamado carvão fóssil ou de pedra – pode ser classificado como linhito, carvão betuminoso e sub-betuminoso (ambos designados como hulha) e antracito. A formação de um depósito de carvão mineral exige inicialmente a ocorrência simultânea de diversas condições geográficas, geológicas e biológicas. Primeiro, deve existir uma vegetação densa, em ambiente pantanoso, capaz de conservar a matéria orgânica. A água estagnada impede a atividade das bactérias e fungos que, em condições normais, decomporiam a celulose. A massa vegetal assim acumulada, no prazo de algumas dezenas de milhares de anos – tempo curto do ponto de vista geológico – transforma-se em turfa, material cuja percentagem de carbono já é bem mais elevada que a da celulose.
Na etapa seguinte, que leva algumas dezenas de milhões de anos, a turfa multiplica seu teor de carbono e se transforma na primeira variedade de carvão, o linhito, cujo nome provém de sua aparência de madeira. Na etapa seguinte, surge a hulha, primeiro como carvão betuminoso, depois como sub-betuminoso. Na fase final, a hulha se transforma em antracito, com teores de até noventa por cento de carbono fixo.
Quanto maior o teor de carbono, maior também é o poder energético. Por isso , a turfa, que em teores muito baixos e altas percentagens de umidade, nem sempre pode ser aproveitada como combustível, e nesse caso serve para aumentar a composição de matéria orgânica dos solos. Encontrada nos baixos e várzeas, ou em antigas lagoas atulhadas, a turfa caracteriza-se pela presença abundante de restos ainda conservados de talos e raízes. Já o linhito, muito mais compacto que a turfa, é empregado na siderurgia, como redutor, graças a sua capacidade de ceder oxigênio para a combustão como matéria-prima na carboquímica. Quando o linhito se apresenta brilhante e negro, recebe o nome de azeviche.
A hulha é composta de carbono, restos vegetais parcialmente conservados, elementos voláteis, detritos minerais e água. É empregada tanto como combustível quanto como redutor de óxidos de ferro e, graças a suas impurezas, na síntese de milhares de substâncias de uso industrial. O antracito, última variedade de carvão surgida no processo de encarbonização, caracteriza-se pelo alto teor de carbono fixo, baixo teor de compostos voláteis, cor negra brilhante, rigidez e dificuldade com que se queima, dada sua pobreza de elementos inflamáveis. É usado como redutor em metalurgia, na fabricação de eletrodos e de grafita artificial. Uma de suas principais vantagens consiste em proporcionar chama pura, sem nenhuma fuligem.
O carvão mineral, em qualquer de suas fases, compõe-se de uma parte orgânica, formada de macromoléculas de carbono e hidrogênio e pequenas proporções de oxigênio, enxofre e nitrogênio. Essa é a parte útil, por ser fortemente combustível. A outra parte mineral, contém os silicatos que constituem a cinza. As proporções desses elementos variam de acordo com o grau de evolução do processo de encarbonização: quanto mais avançado, mais alto o teor de carbono na parte orgânica e menor o teor de oxigênio.
Em virtude dessa estrutura complexa e variável, o carvão mineral apresenta diversos tipos. Seu emprego para fins industriais obedece a uma classificação que toma como base a produção de matéria volátil e a natureza do resíduo. Assim, há carvões que sedestinam à produção de gás, de vapor ou de coque, que é um carvão amorfo, resultante da calcinação do carvão mineral, e de largo emprego na siderurgia.
Para combustão em caldeira, é preferível o carvão com pequenos teor de cinza e quantidades moderadas de matéria volátil, condições que proporcionam bom rendimento térmico. É preferível que apresente também o mínimo de enxofre e poder calorífico elevado, já que o calor por ele gerado vai ser utilizado diretamente ou transformado em outras formas de energia. Para a produção do coque metalúrgico com propriedades mecânicas para uso em altos fornos, o carvão mineral precisa apresentar propriedades aglomerantes ainda maiores e teores mais baixos de enxofre e cinza. Na destilação do carvão para produção de gás combustível ou coque metalúrgico, obtêm-se também águas amoniacais, das quais extraem-se a amônia e o alcatrão.
Muito embora os derivados de petróleo – como a gasolina, o querosene, o óleo combustível e o diesel – e a energia termonuclear tenham deslocado o carvão mineral como fonte de energia, sobretudo para as máquinas móveis, ainda é significativa sua participação no total do consumo energético dos países desenvolvidos – cerca de vinte por cento no final do século XX. A entrada em operação de centenas de usinas hidrelétricas e termonucleares não conseguiu diminuir drasticamente, como se esperava, a participação do carvão, não somente porque essas fontes de energia representam grandes investimentos iniciais e provocam sérios impactos no meio ambiente, mas também porque a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral é ainda grande.
 
HULHA
A hulha é um carvão mineral com 80% de carbono (abaixo de 80% ocorre o linhito e, acima, antracito).
Os carvões minerais resultam da fossilização da madeira, ocorrida ao longo de milhões de anos, provocada por pressão, temperatura e ausência de ar.
A hulha foi a mola propulsora da indústria do século passado, durante a chamada Revolução Industrial, sendo substituída pelo petróleo no século XX.
 
	Países produtores
	Quantidade
(Milhões de toneladas/ano)
	Rússia
Alemanha
Estados Unidos
China
Inglaterra
Polônia
Tcheca e Eslováquia
Índia
Japão
	600
570
450
420
150
150
100
70
65
 
No Brasil, a hulha ocorre nos estados do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, e sua produção é de cerca de 10 milhões de toneladas por ano (a produção não é o maior devido ao alto teor de cinzas e de enxofre que possui). É usada como combustível de usinas termelétricas e nos altos-fornos siderúrgicos, após aquecimento prévio para eliminar material orgânico (gases e alcatrão).
VALORES CALORÍFEROS DOS COMBUSTÍVEIS
	COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
	CALORIAS POR QUILOGRAMA
	COMBUSTÍVEIS QUÍMICOS
	CALORIAS POR QUILOGRAMA
	Carbono, Grafita
Carvão Antracito
Carvão Betuminoso
Carvão Vegetal
Coque
Linhita
Madeira (Seca ao Ar)
Turfa (Seca ao Ar)
	7.839,80
7.064,90
5.229,10 – 
8.2888,70
7.231,78
7.009,20
3.894,00
3.838,40
	Alumínio
Berílio
Boro
Diborano
Hidrogênio
Lítio
Hidreto de Lítio
Magnésio
Pentaborano
Silano
Silício
Titânio
	7.404,20
16.221,40
13.974
17.461,90
28.707,40
10.269,10
9.885,20
5.918,90
16.215,80
9.545,90
7.320,70
4.556
 
	COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
	CALORIAS POR QUILOGRAMA
	COMBUSTÍVEIS GASOSOS
	CALORIAS POR METRO CÚBICO
	Álcool Desnaturado
Álcool Etílico
Álcool Metílico
Gasolina
Óleo Cru
Óleo Diesel
Óleos Combustíveis
Querosene
Hidrocarbonetos Líquidos (Puros)
Benzeno
Decano
Hexano
Octano
Tolueno
Xilênio
	6.452,90
7.321,30
5.706,90
11.904,60
10.825,40
10.875,40
10.191,20 – 10.931,10
11.020,10
 
10.607,30
11.394,50
11.554,70
11.454,50
10.868,20
10.374,80
	Acetileno
Butano
Butileno
Etano
Etileno
Gases Manufaturados 
Gás de Água
Gás de Água Carbonado
Gás de Carvão
Gás de Óleo
Gás de Gasogênio
Gás Natural
Metano
Monóxido de Carbono
Pentano
Propano
Propileno
	13.240,40
30.182,42
28.385
15.918,73
14.361,56
 
2.580,45
4.804,98
4.893,96 – 5.116,41
4.893,96 – 8.542,41
1.201,24 – 1.557,17
8.631,17 – 10.677,74
9.031,59
2.865,19
37.372,10
22.894,86
21.204,21
O Valor Calorífero dos Combustíveis é medido, pelo sistema métrico, em caloria. Os combustíveis químicos, líquidos e sólidos são medidos por peso. Os combustíveis gasosos são medidos pelo volume. O valor calorífero dos combustíveis depende de sua composição, de seu peso e de seu conteúdo de cinzas.