Combustível

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FLORESTAIS 
MAQUINAS E MECANIZAÇÃO FLORESTAL
	Tiago Teixeira Guimarães Tavares	
COMBUSTÍVEIS MINERAIS
Recife
2018
MAQUINAS E MECANIZAÇÃO FLORESTAL
Combustível mineral
Trabalho apresentado à disciplina de Maquinas e Mecanização Florestal do curso de Bacharelado em Engenharia Florestal da Universidade Federal Rural de Pernambuco.
Professor (a): Antônio Travassos Sobrinho
Disciplina: Maquinas e Mecanização Florestal
Turma: Turma SF-1
Recife
2018
Sumário
Introdução
	Os combustíveis fósseis – carvão, petróleo e gás natural - constituem a maior parte das fontes de energia primárias a nível mundial. Sendo a energia essencial ao bem-estar das pessoas e ao desenvolvimento da sociedade, tal como se conhece hoje e como se prevê para o futuro, produzir e utilizar energia de forma sustentável é vital para a humanidade. Todos os indicadores apontam para um crescimento significativo do consumo de energia eléctrica nos próximos anos. Segundo a Agência Internacional de Energia prevê-se até 2030 um crescimento da procura de energia eléctrica de 119% no sector residencial, 97% nos serviços e 86% na indústria. São vários os condicionalismos associados ao consumo e utilização da energia, a saber: 
	a) Geopolíticos - pesam enormemente no sector da energia e na disponibilidade de recursos energéticos. A Europa em geral e Portugal em particular dependem das importações destes recursos, que estão quase exclusivamente associadas aos combustíveis fósseis; 
	b) Ambientais - são fundamentais e, hoje em dia, a opção passa por privilegiar a produção sustentada da energia eléctrica a partir de energias limpas e fontes renováveis. Os combustíveis fósseis apresentam numerosos problemas ambientais ligados ao seu transporte, armazenamento e combustão. Porém, as novas tecnologias, apontam para sistemas industriais cada vez mais eficientes e mais rigorosos em termos ambientais; 
	c) Geológicos - são preocupantes, pois todos os indicadores apontam para que daqui a cinquenta anos, quase não haverá petróleo nem gás ou que a sua extracção será muito cara, implicando preços incomportáveis. Em 2006 os combustíveis fósseis contribuíram com mais de 80% correspondendo a maior percentagem ao petróleo (34,4%) seguido carvão (26,0%) e, por último, o gás natural com 20,5% (IEA 2008). A energia nuclear correspondia a 6,5% e nas energias renováveis, os resíduos e os combustíveis renováveis representavam 10,1%, enquanto que as restantes – hidroeléctrica, geotérmica, solar, marés e ondas – correspondiam a 2,8% (IEA 2008). Os combustíveis fósseis, tal como todos os recursos naturais, são escassos e devem ser geridos de modo a consumir apenas as quantidades necessárias, procurando alternativas que reduzam a dependência de bens que podem não existir em quantidade suficiente no futuro. Uma gestão controlada dos combustíveis fósseis e consequentemente do consumo de energia, água e consumíveis traduzem-se na aposta de um desempenho eficiente e numa contínua redução de custos.
Desenvolvimento
O combustível usado como principal fonte de energia foi sendo substituído ao longo do tempo: inicialmente era a madeira, depois carvão vegetal e mineral até chegar aos derivados do petróleo. Atualmente, há uma grande preocupação na busca, utilização eficiente e no aprimoramento de processos de obtenção de fontes energéticas alternativas como nuclear, eólica, solar, entre outras.
Petróleo:
O petróleo é encontrado nas camadas inferiores do solo, tanto no mar quanto na terra. Devido ao seu processo de formação, geralmente encontra-se associado ao gás natural e a uma certa quantidade de água salgada, proveniente do antigos mares. Um dos marcos na exploração de petróleo no Brasil foi a descoberta de jazidas na camada pré-sal, em 2008, na qual as reservas localizam-se a uma profundidade entre sete e oito mil metros abaixo do leito do mar. Na figura 1 é mostrado um esquema resumido de uma jazida petrolífera.
 Figura 1
Restos de animais e vegetais depositados há milhares de anos no fundo do mar foram cobertos lentamente por sedimentos, formando as rochas sedimentares (calcário e arenito). Em função das condições de temperatura e pressão do local, seus componentes foram se transformando – através de sequências de reações complexas – em petróleo.
O que seria então, quimicamente, o petróleo? O petróleo é um líquido escuro e viscoso constituído por uma mistura de hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos e inorgânicos em menor quantidade. O termo petróleo (petra = pedra + oleum = óleo) é usado atualmente, mas este líquido escuro e viscoso já recebeu outros nomes, o que muitas vezes confunde o leitor: alcatrão, asfalto, azeite, bálsamo da terra, betume, breia, lama, resina, malta, múmia, nafta, óleo de rocha, óleo de Medeia, óleo mineral, óleo de S. Quirino, óleo de Sêneca, óleo de Rangum, nafta da Pérsia, piche de Trindad, Pez de Barbados, pisasfalto. Fiquemos atentos, portanto, quando estivermos lendo um texto com um destes termos para nos certificarmos do que estamos falando. Verificamos, então, que o petróleo não é o que chamamos de uma substância pura, mas uma mistura constituída principalmente de hidrocarbonetos, contendo até 30 átomos de carbono, onde as séries mais representativas são:
Notamos, assim, que o petróleo, além de não ser uma substância pura, é uma mistura complexa de moléculas complexas. Misturas complexas costumam ser de difícil separação, o que poderia ser uma desvantagem, caso necessitássemos utilizar todos os componentes da mistura separadamente.
Por outro lado, a presença de diferentes componentes permite também a utilização do petróleo na produção de muitos produtos com as mais diversas finalidades. Alguns exemplos podem ser visualizados a seguir e são obtidos em indústrias petroquímicas.
A gasolina, por exemplo é uma mistura de hidrocarbonetos de 5 a 12 átomos de carbono em cada molécula. O modo de se classificar a gasolina, empregado desde 1928, é denominado índice de octano ou octanagem. Isso porque o 2,2,4 trimetil pentano ou isooctano apresentou o melhor comportamento ao entrar em combustão em um motor a gasolina, chegando-se à conclusão de que hidrocarbonetos que proporcionam o melhor rendimento em um motor desse tipo são aqueles de cadeias menores, com maior número de ramificações e com ramificações mais afastadas das extremidades da cadeia.
Esses hidrocarbonetos resistem melhor à compressão dentro de um cilindro do motor, isso significa que estes não entram em combustão por simples compressão e sim pela centelha provocada pela vela. Por o isooctano ter grande resistência a compressão, classifica-se a gasolina pelo índice de octano ou octanagem, o que não significa dizer que o combustível é rico em octano ou isooctano, mas sim, resistente à compressão. Para minimizar o efeito da combustão precoce por compressão, pode-se usar substâncias antidetonantes, que evitam a explosão do combustível antes do contato com a centelha.
Todos os combustíveis reagem com um comburente e essas reações são chamadas reações de combustão. As reações de combustão têm um papel fundamental na vida do homem pois são fontes de energia térmica. Esta energia térmica pode ser transformada em outros tipos de energia e também podem transformar os materiais.
A combustão é um processo exotérmico onde uma substância combustível reage com uma substância comburente. Para que a combustão ocorra é indispensável a presença tanto do combustível quanto do comburente.
O combustível é qualquer substância que é queimada enquanto o comburente é normalmente o oxigênio que se encontra no ar na proporção de 21%. Para que a combustão ocorra existe uma série de condições necessárias, uma delas é que os reagentes atinjam a energia de ativação necessária para a produção dos produtos da reação. A quantidade de oxigênio disponível determina sea combustão será completa ou incompleta. Na combustão completa, onde existe um excesso de oxigênio, uma substância formada por carbono e hidrogênio (hidrocarboneto) forma como produtos o dióxido de carbono (CO2) e a água (H2O), o que caracteriza uma oxidação total.
Na combustão incompleta, o oxigênio disponível não é suficiente, ocorrendo uma oxidação parcial que, dependendo da quantidade de gás oxigênio presente, pode formar monóxido de carbono (CO), fuligem (C) e água (H2O).
É necessário que o combustível tenha um bom poder calorífico, ou seja, a energia liberada por unidade de massa quando ele sofre combustão. Veja alguns combustíveis com seus respectivos poderes caloríficos.
	Carvão:
	Até à segunda guerra mundial, o carvão era o combustível mais utilizado no mundo, tendo sido substituído pelo uso excessivo do petróleo determinando, assim, uma forte recessão como agente produtor de energia. A disponibilidade de grandes jazidas de carvão e a sua distribuição mundial e geopolítica conferem a este combustível um papel relevante. Porém, a sua utilização industrial tem limitações de natureza ambiental, que lhe são inerentes, e que o colocam numa posição desfavorável relativamente aos outros combustíveis fósseis.
 A combustão do carvão produz um conjunto de poluentes, quer primários quer secundários. Os poluentes primários incluem todos os gases resultantes da combustão do carvão, tais como CO, SOx, NOx, partículas (cinzas volantes) e vários elementos traço. O CO2 é o verdadeiro poluente e responsável pelo aquecimento global da atmosfera ou seja o efeito de estufa.Os poluentes secundários são formados na atmosfera a partir de gases produzidos durante a combustão. Os poluentes secundários incluem os aerossóis, o NO2, O3, outros oxidantes fotoquímicos e vapores ácidos. 
Atualmente, as unidades industriais estão equipadas com sistemas de retenção de partículas, através de precipitadores eletrostáticos, e de tratamento de efluentes gasosos para cumprir as exigências ambientais. Os métodos de remoção das cinzas volantes chegam a ter uma eficiência superior a 99%, de modo a que apenas 1% das cinzas volantes produzidas são emitidas para a atmosfera. Contudo, essas partículas apresentam dimensões reduzidas e por isso causam ainda preocupação. Quando a sua dimensão é inferior a 10µm são respiráveis pelo homem. Por esta razão, em 1987, a U.S. EnvironmentProtectionAgency elaborou o Clean Air Act para partículas ultra-finas menores ou iguais a 10µm a que, posteriormente, em 1996, adicionaram novos padrões para as partículas ultra-finas de dimensão igual ou inferior a 2,5µm. Por sua vez, vários são os métodos usados para o controlo de emissões de SO2 e de NOx (dessulfuração e desnitrificação, respectivamente). A remoção do dióxido de enxofre (SO2) dos gases dos sistemas de combustão é baseada no emprego de lavadores de gases com suspensões de calcário que remove o SO2. Basicamente, o processo consiste na injeção de uma solução de leite de calcário no circuito de fumos, num reator (absorvedor) equipado com chuveiros apropriados para o efeito. O carbonato de cálcio reagirá com o enxofre presente nos gases, fixando cerca de 90% do total de SO2, originando o gesso, material este que pode ser utilizado na produção de cimento ou como material de construção. O método mais usado na desnitrificação é o da redução catalítica seletiva. O princípio básico deste processo é a redução dos óxidos de azoto (NOx) para azoto (N2) e água (H2O), pela reação do NOx e da amónia (NH3), na forma aquosa, num leito catalisador. A Redução Catalítica Seletiva é realizada através da injeção de amónia a montante do reator com catalisador. A injeçãoefetua-se através de um sistema de injetores, que obtém uma mistura homogénea com os gases. Após esta injeção, os gases passam pelo reator que contém o catalisador. Com esta tecnologia, obtém-se uma redução de mais de 37% relativamente às emissões atuais. 
As cinzas produzidas nas unidades indústriais de combustão são utilizadas como subproduto. A principal utilização das cinzas volantes é como componente na produção de cimento e de betão. O uso das cinzas volantes no betão reduz o teor de água requerido, melhora a resistência e o manuseamento, diminui a permeabilidade e pode diminuir a densidade global. As cinzas volantes podem, ainda, ser utilizadas em pavimentos de estradas, pó de fundição e tijolos refratário. As cinzas de fundo podem, também, ser utilizadas como agregados para a manufatura de blocos. 
Uma vez que o carvão não apresenta, a curto e médio prazo, grandes problemas de aprovisionamento, o futuro do carvão depende largamente do desenvolvimento de técnicas que permitam facilitar a sua utilização e reduzir o seu impacto ambiental em termos de emissões poluentes com a implementação de tecnologias de combustão mais limpa e eficiente e a captura e sequestração do CO2. Veja na imagem abaixo o processo de produção de energia através do carvão mineral.
O Gás Natural: 
O gás natural é considerado um combustível fóssil. Sua produção ocorreu no período pré-histórico a partir de matérias orgânicas que foram soterradas em grandes profundidades. Dessa forma, o gás ficou acumulado em rochas porosas.
 O gás natural é formado por uma mistura de hidrocarbonetos onde se encontra em maior concentração o metano, seguido do etano e também pequenas quantidades de propano, butano, gás nitrogênio e dióxido de carbono. 
Essa mistura gasosa é encontrada no subsolo, diferentemente dos gases GLP (gás liquefeito de petróleo) e gás de refinaria que são provenientes de processos industriais. Existem dois tipos de gás natural. O que é encontrado em reservatórios onde há pouco petróleo é denominado não-associado. Já aquele que é encontrado misturado ao petróleo ou em pequenas quantidades sobre a reserva petrolífera é chamado de gás associado.
 A extensão da utilização do gás natural sempre esteve vinculada a possibilidade de seu armazenamento e transporte. No passado, não se dispunha de tecnologia para construção de gasodutos resistentes a vazamentos e que transportassem grandes volumes a longas distâncias. Essa tecnologia evoluiu muito até os dias atuais. 
No Brasil, especificamente na Bahia, na década de 1940, descobertas de gás atendiam a industrias localizadas no Recôncavo Baiano. Em 1988, na Bacia de Campos (RJ), começou a produção de gás natural em maior escala, o que elevou sua participação como matriz energética. 
A oferta de gás natural teve um aumento significativo em 1999, com o Gasoduto Brasil-Bolívia, atualmente denominado Rede Gás Energia. Dessa forma, o seu uso foi estimulado em termoelétricas e em veículos automotivos.
O gás natural é muito utilizado como combustível industrial e doméstico ou como matéria-prima para sínteses químicas, tem alto poder calorífico e é menos poluente que o petróleo. 
A localização das reservas e a comprovação da existência de gás em nível comercial são processos que antecedem a sua produção, pois durante este processo há uma avaliação de necessidade de infraestrutura de produção e de transporte. Assim sendo, algumas vezes a produção não é economicamente viável para comercialização, então o gás é utilizado para o consumo de energia da própria plataforma de produção de petróleo e o excedente é queimado. 
O gás, após ser extraído, é transportado para uma Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN). Na UPGN, a primeira etapa consiste na eliminação do vapor d’água; a seguir, são separados: 1) o butano e o propano, constituindo o chamado GLP; 2) o gás natural, constituído de metano e etano e 3) uma pequena porção de gasolina natural, uma mistura de hidrocarbonetos de cinco ou mais átomos de carbono. A figura abaixo representa de maneira simplificada uma UPGN.
	Os dutos também são muito utilizados. Estes consistem de cilindros interligados que operam em alta pressão e por onde o gás natural passa na forma de GNC – gás natural comprimido. O gás natural é de extrema importância ambiental, poisé um combustível mais limpo, ou seja, sua combustão emite uma quantidade pequena de poluentes e fuligem quando comparado com combustíveis como carvão, diesel etc.
	Combustíveis fósseis e desafios
	As alterações climáticas, desenvolvimento sustentável e qualidade do ar As alterações climáticas antropogénicas são já inevitáveis no século XXI, têm uma probabilidade elevada de se agravarem e terão impactos, na maior parte negativos, sobre vários sistemas naturais e sociais. A maior dificuldade na mitigação das alterações climáticas está associada ao facto dos combustíveis fósseis constituírem a maior parte das fontes primárias de energia. Outra dificuldade é a enorme disparidade de acesso do consumo de energia per capita entre os países desenvolvidos e os países em desenvolvimento. Nos países desenvolvidos persiste o paradigma de um consumo elevado de energia, com tendência para aumentar e com um valor médio anual cerca de 10 vezes superior à média no consumo de energia dos países em desenvolvimento (Santos & Miranda 2006). 
	O grande desafio para a mitigação passa por: diminuir o consumo, a nível mundial, dos combustíveis fósseis através da poupança de energia; utilizar a energia primária de modo mais eficiente; desenvolver as energias renováveis; incrementar novas tecnologias de produção de energia; e, recorrer a processos de captura do CO2 produzido por combustão e sua sequestração em reservatórios geológicos. 
	O cumprimento dos compromissos de redução das emissões de gases com efeito de estufa (GEE) estabelecidos no protocolo de Quioto não permitem estabilizar a concentração atmosférica de gases. A redução das emissões é cerca de 5% em 2012 relativamente ao ano base de 1990, admitindo que as metas estabelecidas são cumpridas. A União Europeia tem demonstrado o seu empenho na redução de emissões de 15% a 30% até 2020 e de 60% a 80% até 2050 relativamente a 1990 (Santos & Miranda 2006). 
	As Estratégias de Desenvolvimento Sustentável constituem referenciais das diversas políticas, não só devido à sua visão de longo prazo, mas também porque corporizam visões globais de desenvolvimento, possuindo quatro áreas prioritárias: (i) combate às alterações climáticas; (ii) gestão de recursos naturais; (iii) limitação de riscos para a saúde pública; e, (iv) transportes sustentáveis.
	Por sua vez, o controlo da poluição atmosférica, passa pelo estabelecimento de um quadro normativo relativo às emissões atmosféricas e à concentração de poluentes no ar, bem como pelo estabelecimento de medidas para assegurar que os níveis dos poluentes não ultrapassem as normas de qualidade do ar.
Referências
	
GOLDENSTEIN, Marcelo; AZEVEDO, Rodrigo Luiz Sias de. “Combustíveis alternativos e inovações no setor automotivo: será o fim da “era do petróleo”?”. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, n. 23, p. 235-267, mar. 2006.
SOUSA, Rainer Gonçalves. "História dos Combustíveis"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/historia/historia-dos-combustiveis.htm>. Acesso em 22 de outubro de 2018.
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Combustíveis Fósseis"; Mundo Educação. Disponível em<https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/combustiveis-fosseis.htm>. Acesso em 22 de outubro de 2018.
DIAS, Diogo Lopes. "Combustíveis”; Mundo Educação. Disponível em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/combustiveis.htm>. Acesso em 22 de outubro de 2018.
SOUSA, Líria Alves. "Produtos da Combustão da Gasolina”; Mundo Educação. Disponível em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/produtos-combustao-gasolina.htm>. Acesso em 23 de outubro de 2018.a
SOUSA, Líria Alves. "Classificação da Gasolina”; Mundo Educação. Disponível em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/classificacao-gasolina.htm>. Acesso em 23 de outubro de 2018.b
DGEG, Direcção Geral de Energia e Geologia, www.dgeg.pt. 
European Commission, POLES 2.2. European Commission, DGXII, JOULE II Programme, Science Research Development, 1996. Ref. EUR 17356. 
European Commission, World Energy Technology Outlook – WETO H2, 2006. Ref. EUR 22038. 
IEA, International Energy Agency, Energy to 2050. Scenarios for a sustainable futuro, 2003.
IEA, International Energy Agency, Key World Energy Statistics, 2008.
IEA, International Energy Agency, World Energy Outlook, 2006. 
Plano Nacional de atribuição de Licenças de Emissão de CO2 (PNALE I), Resolução do Conselho de Ministros nº 53/2005. 
Plano Nacional de atribuição de Licenças de Emissão de CO2 (PNALE II). 
Plano Nacional para as Alterações Climáticas - PNAC 2004, Resolução de Conselho de Ministros nº 119/2004. 
Plano Nacional para as Alterações Climáticas - PNAC 2006, Resolução de Conselho de Ministros nº 104/2006. Santos, F. D. & Miranda, P. (Eds), 2006.
 Alterações Climáticas em Portugal. Cenários, Impactos e Medidas de Adaptação. Projecto SIAM II. 505pp, Gradiva. Lisboa.
LOPES Diogo. Combustíveis Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/combustiveis.html. Acesso em: 24 out. 2018
ROCHA Jennifer. Combustíveis Fósseis. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/combustiveis-fosseis.htm. Acesso em: 24 out. 2018
Alves Líria. Extração de petróleo. Disponível em:https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/extracao-petroleo.htm. Acesso em: 24 out. 2018
ROCHA Jennifer. Refino do petróleo. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/refino-petroleo.htm. Acesso em: 24 out. 2018
ROCHA Jennifer. Tipos de carvão. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/tipos-carvao.htm. Acesso em: 24 out. 2018
BARBOSA Renata. Combustíveis:A química que move o mundoDisponível em:http://web.ccead.puc-rio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_combustiveis.pdf. Acesso em: 24 out. 2018