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Carvão mineral
O carvão mineral é um combustível fóssil, sendo fonte de energia não renovável. Possui reservas no mundo todo e é bastante utilizado para gerar electricidade.
 O carvão mineral é um combustível fóssil bastante utilizado para geração de energia eléctrica.
O carvão mineral é um mineral não renovável, mais especificamente uma rocha sedimentar originada há milhares de anos e encontrada no subsolo em depósitos de origem orgânica. É, segundo a Agência Nacional de Energia Eléctrica (Aneel), o combustível fóssil com maior disponibilidade no mundo e uma das primeiras fontes de energia usadas pelo homem. Passou a ser utilizado em grande escala no período da Revolução Industrial.
Origem Carvão mineral
O carvão existe há milhares de anos em depósitos de origem vegetal, formado por meio da decomposição da matéria orgânica sem a presença de oxigénio. O material originado dos restos vegetais é soterrado e compactado, sofrendo acção das bactérias, bem como das condições de pressão e calor no ambiente do depósito, formando, então, ao longo do tempo, o carvão mineral. Sua formação corresponde ao Período Carbonífero, durante a Era Paleozóica.
O carvão mineral pode ser encontrado, segundo o Departamento Nacional de Produção Mineral (DPMN), em regiões de baixas temperaturas ou clima temperado, estando localizado em todos os continentes. Nesses locais, os vegetais são carbonizados antes de apodrecerem.
Composição
O carbono é o principal composto do carvão mineral, apresentando, segundo a Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais, o teor de aproximadamente 55% a 95% do elemento, fazendo portanto, com que haja tipos de carvão mineral mais ou menos ricos em carbono. O teor de carbono é o que define a maturidade geológica do mineral, conhecido como rank. São encontrados também, nesse combustível fóssil, de acordo com o DNPM, enxofre, nitrogénio, oxigénio e hidrogénio.
Tipos de carvão mineral
A formação do carvão mineral corresponde a estágios de produção, especificada, especialmente, pela presença de carbono. Da menor para a maior concentração da substância temos os quatro tipos principais de carvão mineral:
Turfa: material vegetal que possui teor de carbono entre 55% e 60% e permite a identificação dos restos vegetais. Seu poder calorífico é inferior a 4.000 kcal.
Linhito: rocha sedimentar formada a partir da compressão da turfa. Possui teor de carbono entre 67% e 78%. Seu poder calorífico é inferior a 4.000 kcal.
Carvão betuminoso ou hulha: rocha sedimentar composta por betume (mistura líquida de cor escura e alta viscosidade). Possui teor de carbono entre 80% a 90%. Seu poder calorífico é entre 7.000 a 8.650 kcal.
Antracito: tipo de carvão compacto e sólido. Possui teor de carbono de 96% e corresponde à forma mais pura do carvão mineral. Contém pouco ou nenhum betume.
Utilização do carvão mineral
Por meio da combustão, o carvão mineral pode gerar diversos subprodutos, bem como gerar energia.
A utilização do carvão tornou-se mais intensa em meados do século XVIII, período que corresponde à Revolução Industrial. O carvão mineral era utilizado para viabilizar o funcionamento das máquinas a vapor. Actualmente, o uso do mineral diminuiu, visto que outras fontes de energia têm sido mais exploradas, como o petróleo e o gás natural. Há também uma tendência mundial que visa a substituir o uso de fontes não renováveis, como o carvão mineral e o petróleo, por fontes alternativas de energia, como a energia solar e a energia eólica.
Segundo a Agência Internacional de Energia, o carvão mineral corresponde a 41% da produção total de energia eléctrica, sendo, portanto, a fonte mais utilizada no mundo para esse fim. Contudo, a produção de carvão mineral não é proporcional à sua disponibilidade, estando a indústria de petróleo à frente do sistema produtivo.
O uso do carvão mineral está relacionado às suas propriedades, como o poder calorífico que possibilita a geração de energia por meio da queima. De acordo com o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), os carvões que possuem menor poder calorífico são destinados à geração de eletricidade. Já os carvões de maior poder calorífico, são utilizados para a produção de ferro metálico e aço, como também em construções civis. Esses últimos, por causa de sua combustão lenta, também destinam-se ao uso doméstico.
Vantagens e desvantagens
Vantagens
O carvão mineral apresenta elevada eficiência energética.
É o combustível fóssil que mais polui o meio ambiente e provoca impactos ambientais negativos tanto na sua extração como na sua utilização.
Produz quantidades significativas de energia por unidade de peso.
Por ser uma fonte de energia não renovável, suas reservas podem esgotar-se com o tempo.
É de fácil localização e possui depósitos em diversas regiões do mundo.
A queima do carvão mineral emite à atmosfera gases poluentes, colaborando, então, para o agravamento do efeito estufa.
Como fonte de energia e quando comparada às fontes de energia alternativas, apresenta melhor custo-benefício.
Por ser um combustível fóssil que inflama com facilidade, seu armazenamento deve ser feito com cuidado a fim de evitar explosões.
Extracção do carvão mineral
De acordo com a Aneel, a extração do carvão mineral pode ser feita de duas formas:
· Lavra a céu aberto
· Lavra subterrânea
A lavra a céu aberto é o tipo de mineração mais utilizado para extração do carvão mineral.
A escolha do tipo de lavra a ser utilizada depende da profundidade em que se encontra o depósito mineral e do tipo de solo. A lavra a céu aberto apresenta maior produtividade em relação à subterrânea e, segundo o Instituto Mundial do Carvão, a extração de carvão mineral feita a céu aberto corresponde a 60% da oferta no mundo todo e também no Brasil, sendo a mineração mais comum.
Em relação ao transporte do mineral, quando feito a curtas distâncias, o mesmo é transportado em esteiras. Caso o transporte precise ser feito em trajetos mais longos, são utilizados caminhões e trens.
A indústria de carvão mineral corresponde a alguns processos que vão desde a extração do minério até a sua transformação em um subproduto. As etapas são as seguintes:
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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 asemissões 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 se destinam 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 chamadaRevolução Industrial, sendo substituída pelo petróleo no século XX.
Origem e formação do carvão
O carvão mineral é oriundo da decomposição das florestas que ocorreram no período Carbonífero, da era primária, sendo uma das formas em que o elemento carbono é encontrado no Globo Terrestre, na formação do carvão mineral ocorre um processo no qual há transformação da celulose, com a saída de íons de hidrogênio e oxigênio e um aumento no enriquecimento do carbono.
Esse processo pode ser originado pela decomposição de florestas no próprio local, ou ainda, pela sedimentação de detritos vegetais trazidos pelas águas. Assim pode-se dizer que as jazidas de carvão representam restos de vegetais que foram transformados no local, ou transportados por longas distâncias, onde ocorreu a decomposição da celulose pela ação de bactérias, como por exemplo, o Micrococus carbo, uma bactéria anaeróbica.
A extração e o tratamento do carvão
O carvão mineral pode ser extraído de canteiros a céu aberto ou de minas subterrâneas. Na atualidade, existem poucas jazidas ao ar livre, porque estas já estão se esgotando, de forma que o mais usual, agora, é que se extraia o carvão do subsolo, de minas bem profundas.
Na hora de abrir uma mina, é importante fazer primeiro uma prospecção do terreno para verificar se ela será rentável. Por vezes, o carvão se encontra a uma profundidade tão grande que o custo de extração supera o preço final de venda ou se trata de um carvão com um conteúdo tão baixo de carbono que sua extração não resultará em um produto rentável.
O carvão, tal como sai das minas, deve ser lavado para eliminar resíduos de enxofre. Depois, é moído e triturado até estar pulverizado. Por último, é classificado e separado nos diferentes tipos de carvão.
A energia química contida no carvão extraído das minas transforma-se em energia elétrica nas centrais térmicas. Nesse processo, é liberado no ar dióxido de enxofre, substância perigosa que deve ser filtrada nas mesmas centrais.
Usos do carvão
O uso do carvão é conhecido há mais de 2 mil anos, mas foi apenas na Idade Média que se começou a empregá-lo para produzir calor. Sua utilização mais intensa, porém, chegou com a Revolução Industrial, no final do século XVIII.
As primeiras máquinas a vapor, motor principal da industrialização, tiveram como base a energia do carvão. Atualmente, ele vem sendo substituído pelo petróleo. Seu emprego acontece, principalmente, nas centrais térmicas, onde sua energia química é usada para obter energia elétrica.
Nas usinas, queima-se o carvão para esquentar a água, que se transforma em vapor e é capaz de mover uma turbina. O movimento da turbina aciona um gerador, e a energia mecânica é transformada, então, em eletricidade.
O carvão é, além disso, um componente importante na produção de ferro e aço, assim como na indústria química.