Relatório Carvão Mineral

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – CAMPUS ANGICOS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS, TECNOLÓGICAS E HUMANAS
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
JUAN DOUGLAS FERNANDES ARAÚJO
KATYELLEN MARINHO DE AZEVEDO
MARIA BRUNA DE LIMA
MARIANA DA SILVA
CARVÃO MINERAL
ANGICOS - RN
2017
JUAN DOUGLAS FERNANDES ARAÚJO
KATYELLEN MARINHO DE AZEVEDO
MARIA BRUNA DE LIMA
MARIANA DA SILVA
CARVÃO MINERAL
Trabalho de Ambiente, Energia e Sociedade, submetido à entrega para a professora Alessandra Carla Oliveira Chagas Spinelli, para obtenção da nota da terceira unidade.
ANGICOS-RN
2017
Resumo
Atualmente, a principal utilização do carvão mineral é para o uso de energia elétrica, por meio de usinas termelétricas. Com a finalidade de mostrar como se dá a geração de energia, este trabalho nos mostra passo a passo esse processo. Também foi exposto um breve resumo histórico de como o carvão mineral é usado na sociedade desde o seu descobrimento. Somado a isso, é apontado sua inclusão no cenário mundial, nacional e também no estado do Rio Grande do Norte. Além disso, por meio de pesquisas, foi encontrado não só várias vantagens, mas também desvantagens e como mitigá-las. Por esse motivo (desvantagens), é preciso que haja um breve estudo para saber se é viável a utilização do carvão no cenário de produção elétrica.
Palavras-chave: Carvão mineral. Usinas termelétricas. Produção de energia elétrica. Vantagens e desvantagens. 
 Sumário
1 INTRODUÇÃO	5
2 CONCEITUAÇÃO DO CARVÃO	6
3 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO CARVÃO MINERAL	6
3.1 EXTRAÇÃO E TRANSPORTE	7
3.2 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA	7
4 HISTÓRICO DO USO DO CARVÃO MINERAL	8
5 UTILIZAÇÃO DO CARVÃO MINERAL	8
5.1 VANTAGENS	9
5.2 DESVANTAGENS E MEDIDAS PARA A SOLUÇÃO	9
6 CENÁRIO ENERGÉTICO	10
6.1 CENÁRIO MUNDIAL	10
6.2 CENÁRIO NACIONAL	11
6.3 CENÁRIO NO RIO GRANDE DO NORTE	11
7 PERSPECTIVAS FUTURAS	11
8 ATUALIDADE	12
9 EXEMPLO REAL	13
10 CONCLUSÃO	14
11 REFERÊNCIAS	15
1 INTRODUÇÃO
O carvão mineral é uma rocha sedimentar de origem fóssil, formado a partir da sedimentação de resíduos orgânicos em condições específicas. Ele é encontrado em jazidas localizadas no subsolo terrestre e extraído pelo sistema de mineração. Ao ser queimado, libera altas quantidades de energia, por isso é ainda muito usado em usinas termoelétricas e indústrias de siderurgia. O carvão mineral é composto por: carbono (grande parte), oxigênio, hidrogênio, enxofre e cinzas. 
O mesmo começou a ser utilizado em larga escala, como fonte de energia, na época da Revolução Industrial (século XVIII). Nesta época era usado para gerar energia para as máquinas e locomotivas. E até hoje é considerado uma das grandes fontes de energia. 
Suas reservas estão bem distribuídas pelo mundo. No Brasil, o carvão mineral, é encontrado em grande quantidade na região sul, principalmente, no Rio Grande do Sul.
2 CONCEITUAÇÃO DO CARVÃO 
Na natureza, o carvão pode ser encontrado em dois tipos básicos: mineral e vegetal. Este é obtido a partir da carbonização da lenha. Já aquele é formado pela decomposição da matéria orgânica (como restos de árvores e plantas) durante milhões de anos, sob determinadas condições de temperatura e pressão. Além disso, o carvão mineral é composto por átomos de carbono, oxigênio, nitrogênio, enxofre, associados a outros elementos rochosos (como arenito, siltito, folhelhos e diamictitos) e minerais, como a pirita.
Ambos os tipos de carvão podem ser usados na indústria (principalmente siderúrgica) e na produção de energia elétrica. Porém, o vegetal não é muito utilizado, já o consumo do mineral está bastante aquecido. Isso não tem a ver apenas pela disponibilidade de reservas, mas com a qualidade do carvão. Esta qualidade é medida pela capacidade de produção de calor – ou poder calorífico, expresso em kcal/kg (kilocaloria obtida por quilo do combustível). Este poder calorífico, por sua vez, é favorecido pela incidência de carbono e prejudicado pela quantidade de impurezas (elementos rochosos e minerais). 
O poder calorífico do carvão vegetal é bastante baixo e apresenta altos níveis de impurezas. Já no mineral, tanto o poder calorífico quanto o nível de impurezas variam, o que determina a subdivisão do minério nas categorias: baixa qualidade (linhito e sub-betuminoso) e alta qualidade (ou hulha, subdividida nos tipos betuminoso e antracito).
53% das reservas de carvão mineral são compostas por carvão com alto teor de carbono (hulha) e 47% com baixo. Com isso, a produção e consumo concentram-se nas categorias intermediárias: os carvões tipos betuminoso/sub-betuminoso (maior valor térmico, é comercializado no mercado internacional) e linhito (é utilizado na geração termelétrica local). 
3 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO CARVÃO MINERAL
	Atualmente, a principal aplicação do carvão mineral no mundo é a geração de energia elétrica por meio de usinas termoelétricas. Com suas abundantes reservas e o desenvolvimento de tecnologias de “limpeza” e combustão eficiente, conjugados à necessidade de expansão dos sistemas elétricos e restrições ao uso de outras fontes, indicam que o carvão mineral continuará sendo, por algumas décadas, uma das principais fontes de geração de energia elétrica.
3.1 EXTRAÇÃO E TRANSPORTE 
	A extração (ou mineração) do carvão pode ser subterrânea ou a céu aberto. Isso depende da profundidade e do tipo de solo sob o qual o minério se encontra.
	Caso a camada que recobre o carvão seja estreita ou caso o solo não seja apropriado para perfurações de túneis, sendo, por exemplo, de areia ou cascalho, o tipo de mineração adequado é o de céu aberto. Mas se ocorrer o contrário, por exemplo, o carvão ser muito profundo ou está entre rochas, a extração adequada já seria a subterrânea. 
	Após ter realizado a mineração, vem o transporte. Este é o processo mais complexo e mais caro da cadeia produtiva do carvão. Conforme está registrado no Plano Nacional de Energia 2030, em 2004 o preço CIF de uma tonelada de carvão no Japão era de US$ 61, enquanto o custo do frete chegava a US$ 49,50 por tonelada.
	Para distâncias curtas, utiliza-se esteira, já para as longas são usados caminhões, trens e barcaças. Além disso, o carvão pode ser misturado à água, formando um composto pastoso e sendo facilmente transportado por dutos. 
	Normalmente, o transporte é usado apenas para o carvão com baixo teor de impurezas. Os demais são utilizados ao redor do local de extração, onde, normalmente, também se constroem as termelétricas abastecidas por esse mineral. Pois, economicamente falando, é bem melhor investir na construção de linhas de transmissão de eletricidade do que no transporte do carvão.
 3.2 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
	Por mais que já tenham feito várias pesquisas que mostram que a queima do carvão mineral libera muitos poluentes que prejudicam o meio ambiente, o método tradicional (o de queima) ainda continua sendo o mais utilizado para a produção de energia.
	O procedimento geral para a queima do carvão em térmicas consiste nos seguintes processos: 
i) o carvão é levado às usinas e acumulado em pilhas; 
ii) por meio de correias transportadoras, o carvão segue ao setor de preparação de combustível, o que incluiu a trituração preliminar e uma etapa de pulverização nos moinhos, ou seja, ele é transformado em pó, o que permite um melhor aproveitamento térmico ao ser colocado para queima;
iii) o carvão, na granulometria requerida, é armazenado em silos; 
iv) dos silos, o carvão é enviado para a sua queima na fornalha da caldeira, sendo ali injetado por meio de queimadores. O calor liberado pela queima é transformado em vapor ao ser transferido para a água que circula nos tubos que envolvem a fornalha. A energia térmica (ou calor) contida no vapor é transformada em energia mecânica (ou cinética), que movimentará a turbina do gerador de energia elétrica. A eletricidadeproduzida no gerador é convertida para a tensão requerida e fornecida aos consumidores por meio das linhas de transmissão.
4 HISTÓRICO DO USO DO CARVÃO MINERAL
O carvão mineral foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas em larga escala pelo homem. Foi a partir da Primeira Revolução Industrial (século XVIII) que o carvão passou a ser utilizado como fonte energética, substituindo, gradativamente, a lenha, que era a principal fonte de energia utilizada pelo homem. A intensificação do seu uso proporcionou subsídios para o desenvolvimento industrial, e as máquinas movidas a vapor passaram a ser comercializadas na Inglaterra durante a segunda metade de 1700.
Já no fim do século XIX, o vapor foi aproveitado na produção de energia elétrica. Ao longo do tempo, contudo, o carvão perdeu espaço na matriz energética mundial para o petróleo e o gás natural, com o desenvolvimento dos motores a explosão.
Até a primeira metade do século XX, ele foi a principal fonte energética primária, sendo utilizado pelas usinas termoelétricas na geração de eletricidade, entretanto, o petróleo o superou. O interesse reacendeu-se na década de 70, em consequência, sobretudo, do choque do petróleo, e se mantém em alta até hoje. Além da oferta farta e pulverizada, o comportamento dos preços é outra vantagem competitiva. As cotações do petróleo e derivados têm se caracterizado pela tendência de alta e extrema volatilidade. No caso da commodity carvão, no entanto, registraram movimentos suaves ao longo dos últimos dez anos, ingressando em um ciclo de baixa em 2005.
5 UTILIZAÇÃO DO CARVÃO MINERAL
5.1 VANTAGENS
	Além de o carvão mineral ser uma das fontes de energia não renovais mais abundantes no mundo, também apresenta um menor risco de variações de preço, ou seja, se torna mais baratos, tanto na geração de energia quanto no seu processo de extração. 
Somado a isso, suas usinas termelétricas são largamente empregadas em todo o mundo e apresentam características técnicas, como alto fator de capacidade, trazendo vários ganhos de confiabilidade ao sistema elétrico. E, por mais que a quantidade de eletricidade produzida a partir do carvão não seja grande, é considerada muito mais confiável do que as outras formas de energia. Destaca-se ainda que usinas termelétricas necessitam de áreas relativamente pequenas, esse fato está associado à flexibilidade locacional que evita conflitos pelo uso do solo e possibilita a seleção de locais com menor sensibilidade socioambiental para implantação
Outra grande vantagem do seu uso é que diferente das energias alternativas, como a solar e eólica, esta fonte não é de todo dependente das condições climáticas. E em relação a infra-estrutura, as exigências para seu processamento e transportes são bem menos rígidas quando se compara com as de outras fontes, como petróleo e gás natural.
Nas vantagens ambientais as que se destacam são: que tende a produzir uma série de subprodutos quando entra em combustão, podendo ser usado para outras atividades; a segunda é que ele visa diminuir a dependência do petróleo e do gás natural, pois, nos últimos anos, essas fontes estão se esgotando gradativamente. 
5.2 DESVANTAGENS E MEDIDAS PARA A SOLUÇÃO
	A implantação de usinas termelétricas gera, principalmente, alteração da paisagem, alteração do uso do solo e interferência na fauna e flora. No entanto, não é em um grau muito elevado, pois ocupa uma área bastante pequena. As medidas de mitigação adotadas para a solução desse problema são: (a) a procura por soluções arquitetônicas que diminuam o impacto visual, (b) o reflorestamento ou restauração ecológica e (c) o monitoramento do ambiente durante o processo de construção e funcionamento da usina. 
Outro grande problema nas usinas é o procedimento de resfriamento, pois é usado, na maioria das vezes, água, podendo haver um consumo excessivo deste recurso. Mas o meio da minimizar esse problema é bem simples: basta optar por uma tecnologia de resfriamento onde utilize um baixo consumo de água, diminuição do desperdício e reuso da água. 
Uma das principais preocupações é a emissão de gases poluentes. Nas usinas de carvão mineral entre os gases liberados os que mais se destacam são os óxidos de nitrogênio (NOx), óxidos de enxofre (SOx) e material particulado (MP) e também o dióxido de carbono (CO2). Esse último gás é um dos principais responsáveis pelo Aquecimento Global, além disso, essas emissões geram alteração da qualidade do ar, efeitos na saúde da população local e acidificação da água das chuvas. Para mitigar esses efeitos deve-se (a) realizar a escolha de um lugar que favoreça a dispersão atmosférica, (b) utilizar equipamentos que reduzam as emissões e (c), como medida de controle, monitorar as emissões. E para minimizar o CO2, deve-se privilegiar o uso de equipamentos mais eficientes, que proporcionam o menor uso de combustível, e também deve-se realizar o monitoramento dessas emissões e realizar o inventário de GEE. 
As usinas termelétricas de carvão também produzem resíduos sólidos (cinzas secas, leves, pesadas ou úmidas). Estes causam grandes alterações na qualidade do solo e também nos cursos das águas. Para mitigar esses efeitos é necessário que haja o gerenciamento dos resíduos, o tratamento e destinação adequados, e que também priorize o reaproveitamento.
6 CENÁRIO ENERGÉTICO 
6.1 CENÁRIO MUNDIAL 
O carvão é o combustível fóssil com a maior disponibilidade do mundo. As reservas totalizam 847,5 bilhões de toneladas, quantidade suficiente para atender a produção atual por 130 anos. Além disso, diferente das outras fontes fósseis, as reservas de carvão estão bem distribuídas pelo mundo. Ele ainda representa uma parcela considerável da oferta total de energia primária no mundo, cerca de 30%, fazendo com que ele seja a segunda mais importante fonte de energia. 
Na produção de energia elétrica, apesar de que as pressões ambientais, que explicam a contenção da expansão da geração a carvão em contrapartida ao aumento de outras fontes, principalmente o gás natural, observada nos últimos 30 anos, este energético continua liderando, dentro de uma perspectiva mundial, o ranking das fontes para geração elétrica.
A World Energy Outlook (IEA, 2014) aponta que o uso do carvão para geração elétrica crescerá 0,5% ao ano entre 2012 a 2040 indicando que a oferta de carvão mineral estará sensível à política energética e à evolução do mercado.
6.2 CENÁRIO NACIONAL
No Brasil, o carvão mineral participa com um pouco mais de 5% na matriz Energética e com apenas 1,3% na matriz elétrica. Seu principal uso ocorre na indústria siderúrgica, com mais de 98% sendo importado. Pois o carvão mineral brasileiro é considerado de baixa qualidade, com alto teor de cinzas e baixo conteúdo de carbono, o que inviabiliza a sua utilização fora das regiões das jazidas. 
Atualmente a maior concentração de mineração desse carvão no Brasil está situada na região sul. As principais reservas já identificadas integram os estados de Santa Catarina, Paraná, Rio Grande do Sul, Minas Gerais, São Paulo, Bahia e em demais estados que produzem o carvão em menor quantidade.
O estado do Rio Grande do Sul detém cerca de 90% de todo o carvão nacional. Em 2007, ano em que 435,68 TWh foram produzidos no País, o carvão foi responsável pela geração de 7,9 TWh, a partir da operação de usinas termelétricas que estão localizadas nessa região.
6.3 CENÁRIO NO RIO GRANDE DO NORTE
O Rio Grande do Norte ainda não é um produtor de energia elétrica oriunda do carvão mineral. Porém, existe um projeto para a construção de um terminal portuário no município de Porto do Mangue. O terminal seria construído a 12 quilômetros da costa do estado, permitindo a atracação de grandes navios de carga. Mas para haver uma viabilidade econômica, o terminal precisa ter uma complementação, pois o navio precisa trazer e levar algo. Então seria feita a construção de uma termelétrica para gerar energia através do carvão mineral. Segundo Paulo Roberto Cordeiro, titular da Secretaria Estadual de Desenvolvimento Econômico(Sedec), os navios oriundos da China, por exemplo, trariam carvão mineral para a termoelétrica, garantindo produção de energia e um retorno financeiro. Essa proposta é discutida no estado desde 2010.
7 PERSPECTIVAS FUTURAS
De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA – International Energy Agency – World Energy Outlook 2007) a demanda energética mundial crescerá 55% entre os anos de 2005 e 2030. 84% dessa porcentagem serão responsáveis pelos combustíveis fósseis, permanecendo como os principais recursos de energia primária. O petróleo continuará liderando, porém sua participação irá reduzir de 35% para 32%, já em relação ao carvão mineral, ocorrerá um aumento de 25% para 28%.
Conforme os dados do IEA, a procura por carvão mineral aumentará mais de 70% entre esses anos. Além disso, no ano de 2005, o consumo de carvão mineral somente na China e na Índia foi de 45% da demanda total. Em 2030, estimase que esses dois países juntos responderão por 60% da procura mundial de carvão mineral. Neste mesmo ano, supõe que a participação da China no aumento da produção de carvão mineral equivalerá a 56% do total. 
Somado a isso, como atualmente há uma enorme pressão em relação à preservação ambiental, é de se esperar que o futuro da utilização do carvão esteja diretamente atrelado a investimentos em obras de mitigação. 
Portanto, a evolução do comércio de carvão mineral está diretamente relacionada aos investimentos em tecnologias de combustão limpa, pois assim o seu uso será eficiente, promovendo o crescimento econômico de forma sustentável.
8 ATUALIDADE
Foi assinado pelo presidente dos Estados Unidos, Donald Trump, no dia 28 de março de 2017 o decreto-executivo da Independência Energética. Esse decreto revê as medidas do governo do ex-presidente Barack Obama que tinham como objetivo diminuir as emissões de gases de efeito estufa dos Estados Unidos para atender aos compromissos feitos no Acordo de Paris, de 2015. Trump pretende aumentar a extração do carvão mineral para produção de energia elétrica e, consequentemente, gerar empregos. Além disso, ele falou que sua administração está colocando um fim na “guerra contra o carvão”. Porém, ambientalistas afirmam que esse decreto é perigoso e que vão combatê-lo.
Já no dia 05 de outubro de 2017, foi inaugurado o novo prédio administrativo da Usina Termelétrica do Pecém (UTE Pecém), Ceará. A obra, além de aproveitar as características da região para seu funcionamento, como luminosidade e ventilação, faz também a reutilização da água. No entanto, o que mais surpreendeu foi a utilização das cinzas do carvão mineral. Essas cinzas foram colocadas na composição de blocos de vedação, blocos calha, meio fio, piso intertravados H6 e H8. A composição está sendo de 95% insumo tradicional e 5% de cinza. As peças de pré-moldado são feitas com adição de cimento e de uma série de outros componentes. Os agregados mais tradicionais são areia e pó de pedra, e uma parte desses agregados foi substituída pela cinza na proporção de 5%.O gerente de Sustentabilidade, Márcio Aguiar, explicou os benefícios da utilização de cinzas: “Além da transformação de resíduo em insumo, é possível a geração de receita com a comercialização de cinzas e ainda redução de impactos ambientais em decorrência da substituição de recursos naturais por resíduos na indústria de pré-moldados”.
9 EXEMPLO REAL
Uma das principais usinas termelétricas movidas a carvão mineral, atualmente no Brasil, é a Usina Termelétrica Presidente Médici, localizada em Candiota – RS. Sua história começa em 1950 com pesquisas sobre o aproveitamento do carvão mineral para a geração de energia elétrica. Em 1961 foi inaugurada a primeira usina, chamada de Candiota I. 
A Fase A da Usina, com duas unidades de 63MW cada, foi inaugurada em 1974 quando foi integrada no Sistema Interligado Brasileiro. Seu combustível primário é o carvão mineral. No final de 1986 entrou em operação a Fase B, com duas unidades de 160 MW cada, totalizando 446 MW instalados. E em janeiro de 2011 entrou em operação comercial a Usina deCandiota III (Fase C), instalando 350 MW, aumentando a capacidade do complexo para um total de 796 MW.
A construção dessa usina significou a retomada da utilização do carvão na produção de energia elétrica para atendimento do mercado brasileiro, duplicando o consumo deste combustível no estado do Rio Grande do Sul, além disso, proporcionou a geração de empregos e distribuição de renda na Metade Sul do estado, região cuja economia por um longo período esteve estagnada.
Os impactos ambientais mais relevantes se dão principalmente pelas emissões de gases poluentes liberados durante o período de operação da usina. Por esse motivo, espera-se que cuidados sejam tomados com a instalação de equipamentos para minimização e controle dessas emissões. Além disso, os impactos no meio solo e água são tidos como menos significativos, porém, mesmo assim, cuidados adicionais quanto ao consumo de água e lançamento de efluentes foram adotados. 
10 CONCLUSÃO
	O carvão mineral é um recurso bastante vantajoso em relação ao preço de sua extração. Além disso, é muito usado pelas indústrias termelétricas, pois produz uma quantia aceitável de energia. Mas, por ser não renovável e, principalmente, por liberar vários gases poluentes, este recurso traz sérios problemas para o meio ambiente, podendo ocasionar a alteração da qualidade do ar, efeitos na saúde da população local e acidificação da água das chuvas, além de contribuir para o Aquecimento Global.
No entanto, apesar dos problemas, o carvão mineral, continua em alta ainda hoje, pois, além de ser o combustível fóssil com maior disponibilidade, ele visa diminuir a dependência do petróleo e do gás natural, porque, nos últimos anos, essas fontes estão se esgotando gradativamente. 
Segundo dados, o carvão ainda consegue suprir a necessidade energética humana pelos próximos 130 anos.
11 REFERÊNCIAS
Atlas Aneel, Fontes não-renováveis: Carvão Mineral. Disponível em: <http://www2.aneel.gov.br/arquivos/pdf/atlas_par3_cap9.pdf>. Acessado em 27 de setembro de 2017.
Energia Termelétrica: Gás Natural, Biomassa, Carvão, Nuclear. Disponível em: <http://www.epe.gov.br/Documents/Energia%20Termel%C3%A9trica%20-%20Online%2013maio2016.pdf>. Acessado em 27 de setembro de 2017.
Brasil Escola: Carvão Mineral. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/geografia/carvao-mineral-combustivel.htm>. Acessado em 29 de setembro de 2017.
Manutenção e Suprimentos: Vantagens e desvantagens do carvão. Disponível em: <http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/4303-vantagens-e-desvantagens-do-carvao/>. Acessado em 03 de outubro de 2017.
Técnico e Mineração: Carvão mineral no Brasil e no mundo. Disponível em: <https://tecnicoemineracao.com.br/carvao-mineral-no-brasil-e-no-mundo/>. Acessado em 03 de outubro de 2017.
Carvão Mineral. Disponível em: <https://cdn.fbsbx.com/v/t59.2708-21/11408750_936956173032577_452692465_n.pdf/2-2-carvao.pdf?oh=9d3238b27457cdbeb67258a976cfdc3b&oe=59E0A572&dl=1>. Acessado em 05 de outubro de 2017.
Portugal Digital, EDP – Edifício da UTE Pecém, no Ceará, possui projeto sustentável e reutiliza cinzas de carvão mineral. Disponível em: <https://portugaldigital.com.br/ute-pecem-possui-projeto-sustentavel-e-reutiliza-cinzas-de-carvao-mineral/>. Acessado em 07 de outubro de 2017.
Agência Brasil, Trump assina decreto que revoga medidas ambientais de Obama. Disponível em: <http://agenciabrasil.ebc.com.br/internacional/noticia/2017-03/trump-assina-decreto-qu-revoga-medidas-ambientais-de-obama>. Acessado em 07 de outubro de 2017.
Eletrobrás: Candiota. Disponível em: <http://cgtee.gov.br/UNIDADES/CANDIOTA/>. Acessado em 07 de outubro de 2017.