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Carvão mineral (coal) Carvão mineral (coal): carvão vegetal (charcoal)Carvão mineral (coal): carvão vegetal (charcoal) combustível fóssil ≠ biomassa não renovável renovávelnão renovável renovável História do carvão mineral - O homem das cavernas já usava o carvão para o aquecimento domésticoO homem das cavernas já usava o carvão para o aquecimento doméstico - Usado pelos Romanos nos séculos II e III DC - Os Chineses já exploravam o carvão no século XVII História do carvão mineral - O uso massivo do carvão, no entanto, se iniciou na Inglaterra, no século XVIII, com o advento da revolução industrial – motor a vapor (ou máquina a vapor) –com o advento da revolução industrial motor a vapor (ou máquina a vapor) Inventado por James Watt: O carvão é queimado para ferver água (caldeiras), e o vapor gerado é então usado li t b lhpara realizar trabalho - Transporte: locomotiva a vapor (substituiu a tração animal) e navio a vapor p p ( ç ) p - Outras máquinas industriais: moinhos, máquinas de costura, etc... - Indústria siderúrgica: Em 1875, o carvão mineral foi introduzido, na forma de coque, como combustível para fornalhas na produção de aço, em substituição ao carvão vegetal. locomotiva a vapor (maria-fumaça) Máquina a vapor original de James Watt História do carvão mineral - Hoje em dia, o carvão não é mais usado para o transporte - Os trens modernos usam óleo diesel ou eletricidade - Um marco importante foi a substituição do combustível de toda a frota britânica do carvão para derivados do petróleo (óleo diesel) - 1930 História do carvão mineral - Hoje em dia, o uso mais importante do carvão é na geração de eletricidade: usinas termoelétricasusinas termoelétricas - O carvão foi usado pela primeira vez na produção de eletricidade nos anos 1880 - A maioria dos países desenvolvidos tem no carvão a principal fonte de energia elétrica usina termoelétrica Até a 1ª guerra mundial (1910) Após a 1ª guerra mundial carvão petróleo transporte carvão (trens e navios a vapor) petróleo (gasolina, diesel)a vapor) diesel) iluminação carvão ( l t i id d ) petróleo ( ) (eletricidade) (querosene) 1910 História do carvão mineral Outros usos do carvão: - Indústria siderúrgica: Em 1875, o carvão mineral foi introduzido, na forma de coque, como combustível e agente redutor para fornalhas na produção do aço, em substituição ao carvão vegetal. O coque é um tipo de combustível derivado do ã b t i C tili dcarvão betuminoso. Começou a ser utilizado na Inglaterra do século XVII. O coque obtém-se do aquecimento da hulha (ou carvão betuminoso), sem combustão, num recipiente fechado. Pode , p ser utilizado na produção de ferro gusa (alto forno), sendo adicionado junto com a carga metalica. O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, coque e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação.ç , ç 1. Preparação da carga ou sinterização: grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. O produto resultante é chamado de sinter. 2 Redução: essas matérias primas agora preparadas são carregadas no alto2. Redução: essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. O ar pré-aquecido a uma temperatura de 1000°C é soprado pela parte de baixo do alto forno. O coque, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro, g transformando-o em um metal líquido: o ferro-gusa. O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono elevado. Como o carvão mineral foi formado O carvão foi formado a partir de arvores e outras plantas que morreram a 300 400O carvão foi formado a partir de arvores e outras plantas que morreram a 300-400 milhões de anos atrás (períodos carbonífero e permiano). Estes sedimentos foram soterrados por terra e rochas em ambientes anaeróbicos, impedindo a oxidação. Esta massa vegetal em decomposição é conhecida como turfa. Esta turfa foi submetida a altas pressões e temperaturas, durante milhões de anos, gerando o carvão mineral. É necessário uma camada de dez metros de espessura da turfa para formar uma camada de um metro de espessura de carvão Carvão: formado a partir de madeira Petróleo e gás: formados a partir de microplâncton – fundo do mar. Variedades de carvão menos maduro → mais maduro t f li it ã b b t i ã b t i t itturfa → lignito → carvão sub-betuminoso → carvão betuminoso → antracito Hulha: carvão sub-betuminoso + carvão betuminosou a ca ão sub be u oso ca ão be u oso Lignito: É um tipo de carvão relativamente jovem, que não foi submetido a pressões e temperaturas extremas. Pode-se até visualizar a textura da madeira original em algumas amostras devisualizar a textura da madeira original em algumas amostras de linhito. Possui baixo teor de carbono (25-35%) e altos teores de água, portanto, baixo poder calorífico. A maior parte das reservas mundiais de carvão são constituídas por lignito. Carvão sub-betuminoso: É um tipo de carvão mais maduro do que o linhito (cerca de 100 milhões de anos) e possui maior teor de ( %) fcarbono (35-45%), e portanto maior poder calorífico, apesar de ainda conter muita água. Apresenta baixo teor de enxofre, em comparação com os outros tipos de carvão. Carvão betuminoso: Formado sob alta pressões e temperaturas, é mais maduro do que o sub-betuminoso (100-300 milhões de anos). Contém de 45-80% de carbono. É o tipo mais abundante) p nos EUA (cerca de 50% da produção). Usado principalmente para geração de eletricidade. Antracito: É a variedade mais nobre (86-97% carbono) noAntracito: É a variedade mais nobre (86-97% carbono), no entanto é mais rara do que as outras. Usado no aquecimento doméstico, por que queima sem fazer fuligem. Composição química: moléculas orgânicas aromáticas polinucleares contendo C, H, N, O, S Exemplo de molécula típica presente no carvão Razão H/C Mineração do carvão -Mineração de superfície: até 60 m de profundidade - Mineração de sub-solo (mineração profunda): até 350 m de profundidade Mineração de superfície - Mais barata do que a mineração profunda -Usa escavadeiras gigantes para remover as camadas de solo e rochas que b i d ãrecobrem os veios de carvão - Ao final da exploração, a terra retirada é recolocada e a área da mineração é recuperada (reflorestamento, áreas de lazer, agricultura, etc...) p ( , , g , ) Mineração de superfície: degradação ambiental Mineração de superfície Mineração de superfície Mineração profunda -Os mineiros descem ao sub-solo através de elevadores - Lá em baixo, operam escavadeiras para extrair o carvão O carvão é levado à superfície em carrinhos ou em cintas rolantes- O carvão é levado à superfície em carrinhos ou em cintas rolantes - É a profissão mais perigosa que existe!! Mineração profunda Transporte do carvão -O carvão é transportado principalmente por trens - Pode ainda ser transportado por barcas, navios, caminhões e até mesmo por dutos (na forma de “slurry” – pó de carvão suspenso em água)por dutos (na forma de slurry – pó de carvão suspenso em água) - Os custos do transporte são maiores do que os da mineração, por isto muitas usinas termoelétricas são construídas ao lado das minas Reservas de carvão e segurança energética Demanda global por energia deve crescer 1,5 % ao ano até 2030 China e India serão responsáveis por 50 % deste crescimento Matriz Energética Mundial (2005) Matriz Energética Brasileira (2005) Fonte: Energy Information Administration- DOEFonte: Energy Information Administration DOE Reservas de carvão Reservas mundiais (provadas) = 860 bilhõesde toneladas 60% das reservas estão em 3 países: EUA, Rússia e China Consumo mundial é de cerca de 6 bilhões de ton/ano O mundo possui um vasto estoque de carvão (o carvão é o mais abundante dos combustíveis fósseis) O seu uso, principalmente para a geração de energia elétrica, é de importância vital para o desenvolvimento econômico de vários países e para aliviar a pobreza ao redor do mundopa a a a a pob e a ao edo do u do Nos países desenvolvidos, como os EUA e Alemanha, cerca de 50% da eletricidade vem do carvão. Na China, o uso do carvão levou a eletricidade a quase 500 milhões de pessoas nos últimos 15 anos (81% da energia elétrica na China provém do carvão). Na Índia, 68% da energia elétrica provém do carvão. A indústria do carvão gera emprego para quase 500.000 pessoas. Reservas de carvão Reino Unido: o país que iniciou a revolução industrial e introduziu o uso do carvão no mundo está hoje com as reservas depletadas e depende de importaçõesreservas depletadas e depende de importações M i d tMaiores produtores: Maiores consumidores: 1) China )2) EUA 3) India 4) Japão 5) Rússia Em geral, os países que mais usam o carvão são também os que mais produzem (exceção: Japão, Coréia do Sul) - diferente do petróleo Segurança energéticag ç g - O carvão é mais barato do que o petróleo e o gás natural Segurança energéticaSegurança energética Preços do carvão são menos suscetíveis a variações do que os do petróleo e gás natural Isto porque as reservas são conhecidas e quantificadas com um alto grau de certeza, uma vez que os veios de carvão estão bem mais rasos do que os de petróleo e gás (as reservas de carvão americanas são praticamente 100%petróleo e gás (as reservas de carvão americanas são praticamente 100% conhecidas). O carvão é encontrado em países onde não há instabilidade geopolítica, ao contrário do petróleo e gás. Os grandes produtores são também os grandes consumidores, evitando custos com transporte e instabilidades geopolíticas.com transporte e instabilidades geopolíticas. O comércio internacional é responsável por apenas 17% do carvão consumido no mundo uma vez que a maior parte é consumida noconsumido no mundo, uma vez que a maior parte é consumida no próprio país em que foi produzido. A maioria dos países possui reservas próprias, mas alguns países necessitam importar, como Japão, Coréia do Sul, Alemanha e Reino Unido. Nestes casos, o navio é o principal meio de transporte AAustrália é o maior exportador de carvão no mundoA Austrália é o maior exportador de carvão no mundo (260 milhões de toneladas/ano) Reservas brasileiras Produção americana Contaminantes (problemas ambientais) - O carvão é um dos combustíveis mais poluentes, pois contém enxofre (até 2%) e nitrogênio, que quando queimados resultam em óxidos de enxofre (chuva ácida) NOe NOx. -O carvão também contém mercúrio (Hg) e outros metais pesados. - Efeito estufa (green house gases): Alto índice de emissão de CO- Alto índice de emissão de CO2 - Liberação de metano presente nas minas de carvão para a atmosfera Clean coal technologies Clean coal technologies - Uma das melhores maneiras de reduzir as emissões é otimizar a performance das usinas termoelétricas: condições críticas e supercríticas de pressão e temperatura. Estas usinas podem aumentar a eficiência de geração de energia lét i 40 50%elétrica para 40-50% Clean coal technologies Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC): O ã ã é i d d áO carvão não é queimado para gerar vapor de água, como em uma usina convencional. Ao invés disto, é feita a gaseificação do carvão para formar o syngas (gás de síntese, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono), o qual é usado diretamente para mover turbinas de gás.de ca bo o), o qua é usado d e a e e pa a o e u b as de gás O excesso de calor gerado é usado então para ferver água para uma segunda turbina (a vapor)
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