Tecnologias de captura de CO2

Captura e armazenamento de carbono (CAC) é uma combinação de tecnologias concebidas para evitar a libertação de CO2 gerado através de processos convencionais de produção de energia e produção industrial, injectando o CO2 em reservatórios subterrâneos de armazenamento adequados. Basicamente, a tecnologia de captura separa as emissões de CO2 do processo, após o qual o CO2 comprimido é transportado para um local de armazenamento geológico adequado e injetado. Métodos viáveis de transporte de CO2 incluem tanto as tubulações quanto o transporte. Os locais apropriados de armazenamento geológico de CO2 incluem campos de petróleo e gás abandonados, formações salinas profundas e veios de carvão não mineráveis. A razão dominante para fazer a captura e armazenamento de carbono (CAC) é a redução de emissões de CO2 da indústria e geração de energia; sem incentivos para tais reduções de emissões, pouca CAC pode ser esperada. A implantação da captura e armazenamento de carbono nos setores industrial e de geração de energia permitiria que o uso de combustíveis fósseis continuasse com uma redução significativa das emissões de CO2. Entretanto, uma cadeia completa de CAC ainda não foi implementada, e muitas incertezas técnicas, ambientais e econômicas permanecem.

Introdução de tecnologias de captura de CO2

Existem várias tecnologias que são empregadas na captura, transporte e armazenamento geológico de CO2. A maioria da pesquisa e desenvolvimento tem sido direcionada para melhorias de eficiência nas tecnologias utilizadas para separar o CO2 de outros compostos normalmente emitidos por um processo industrial. Estas tecnologias são geralmente referidas como “tecnologias de captura”. Os processos de captura podem ser agrupados em três categorias, em que a adequação de cada abordagem depende do processo industrial ou tipo de central eléctrica em questão.

1. Pós-combustão: O CO2 é removido do gás de combustão resultante da combustão de um combustível fóssil. A separação pós-combustão envolve o uso de um solvente para capturar o CO2. Aplicações típicas para esta tecnologia incluem plantas de carvão pulverizado (PC), e plantas de ciclo combinado de gás natural (NGCC). Esta tecnologia é particularmente adequada para aplicações de retrofit (Gabinete Parlamentar de Ciência & Tecnologia, 2009).
2. Pré-combustão: O combustível primário no processo é reagido com vapor e ar ou oxigênio, e é convertido em uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio, muitas vezes chamado de ‘syngas’. O monóxido de carbono é posteriormente convertido em CO2 em um ‘reator de deslocamento’. O CO2 pode então ser separado, e o hidrogênio é usado para gerar energia e/ou calor. Esta tecnologia é particularmente adequada para ser aplicada em centrais eléctricas de ciclo combinado de gaseificação integrada (IGCC) (IPCC, 2005).

combustão oxicombustível: O combustível primário é queimado em oxigênio ao invés de ar, que produz um gás de combustão que contém principalmente vapor de água e uma alta concentração de CO2 (80%). O gás de combustão é então resfriado para condensar o vapor de água, o que deixa um fluxo quase puro de CO2. É necessário equipamento adicional para a produção in situ de oxigénio a partir do ar (Mckinsey & Company, 2008).

Processos industriais: As tecnologias de separação também podem ser utilizadas em várias indústrias, tais como processamento de gás natural, e na produção de aço, cimento e amônia (IPCC, 2005).

A captura e armazenamento de carbono (CAC) poderia capturar entre 85-95% de todo o CO2 produzido (IPCC, 2005), mas as reduções líquidas de emissões são da ordem de 72 a 90% devido à energia que custa para separar o CO2 das emissões a montante (Viebahn et al, 2007).

Após o CO2 ter sido efetivamente ‘capturado’ de um processo, será necessário transportá-lo para um local de armazenamento adequado. O CO2 é mais eficientemente transportado quando é comprimido a uma pressão acima de 7,4 MPa, e a uma temperatura acima de aproximadamente 31˚C. Nessas condições, o CO2 apresenta propriedades supercríticas; é um líquido com características de gás. Assim, o CO2 seria normalmente transportado a altas pressões em gasodutos de aço carbono, não sendo diferente dos gasodutos normais de gás natural, ou em navios, caso seja necessário atravessar uma grande extensão de água. Os dutos de CO2 já existem em larga escala, embora principalmente em áreas pouco habitadas, particularmente nos EUA para maior recuperação de petróleo (EOR). Os navios de CO2 não foram implementados, mas é pouco provável que causem problemas técnicos.

Localizações de armazenamento de CO2 adequadas incluem campos de petróleo e gás abandonados ou formações salinas profundas, com uma profundidade mínima esperada de 800 m, onde a temperatura ambiente e as pressões são suficientemente altas para manter o CO2 em estado líquido ou supercrítico. O CO2 é impedido de migrar do reservatório de armazenamento através de uma combinação de mecanismos de aprisionamento físico e geofísico (IPCC, 2005). As tecnologias utilizadas para injetar o CO2 são similares às utilizadas na indústria de petróleo e gás. Além dos equipamentos de perfuração e injeção, as tecnologias de medição e monitoramento são essenciais para observar a capacidade remanescente do local de armazenamento e o comportamento do CO2. Embora certas tecnologias de injeção sejam conhecidas, melhorias específicas para o armazenamento de CO2 ainda estão em desenvolvimento. Uma vez que a fase de injeção tenha sido concluída, o poço precisará ser selado usando um ‘tampão’ adequado (geralmente de cimento), colocado a uma profundidade adequada para evitar que o CO2 suba pelo poço e possivelmente escape ou contamine as águas subterrâneas.

Viabilidade da tecnologia de captura de CO2 e necessidades operacionais

Viabilidade técnica da tecnologia de captura e armazenamento de carbono

A aplicação de tecnologias em outros lugares sugere que a CAC é tecnicamente viável na maioria das grandes fontes estacionárias de pontos de CO2. As tecnologias de separação de CO2 já são aplicadas no processamento de gás natural (NGP), onde a remoção de CO2 do gás natural é necessária para melhorar o valor de aquecimento e/ou para atender às especificações do gasoduto. O armazenamento de CO2, combinado com o NGP, foi demonstrado com sucesso no campo de gás Sleipner na Noruega e nos campos de gás de In Salah, na Argélia. Há uma série de instalações de CCS planejadas globalmente. Dentro do setor industrial, o Projeto Quest CCS em Alberta, Canadá, envolve a captura de 1,2 MtCO2 por ano de um upgrader de areias petrolíferas, e o transporte para uma formação salina profunda para armazenamento. Espera-se que o projeto esteja operacional em 2016. Dentro do setor energético, o Projeto IGCC do Condado de Kemper, no Mississippi, é uma nova central elétrica integrada de ciclo combinado de gaseificação de 600 MW, que planeja capturar 3,5 MtCO2 por ano, usando o CO2 para melhorar a recuperação de petróleo. Este projeto está atualmente em construção e deve ser concluído no final de 2014. O Global CCS Institute identifica 12 projetos CCS atualmente em operação, com 8 projetos em construção (Global CCS Institute, 2013).

Insegurança regulamentar e percepção pública da tecnologia de captura e armazenamento de carbono

Uma nova tecnologia com riscos potenciais enfrenta incerteza regulamentar em sua fase inicial. Para a CAC, esses impedimentos estão em vias de serem resolvidos. Nos últimos anos, houve modificações nas disposições legislativas internacionais, nomeadamente o Protocolo de Londres (Convenção sobre a Prevenção da Poluição Marinha por Dumping de Resíduos e Outras Matérias 1972 e Protocolo de 1996) e a Convenção OSPAR (Convenção para a Protecção do Meio Marinho do Atlântico Nordeste) para acomodar para o armazenamento offshore de CO2. No entanto, subsistem algumas questões legais relativas a questões de responsabilidade pelo armazenamento, responsabilidade pelo controlo e transporte transfronteiriço de CO2. A falta de quadros regulamentares tem o potencial de dificultar o progresso dos projectos CAC, dado o nível de risco associado enfrentado pelos promotores dos projectos. Na UE, Canadá e Austrália, foram adotados marcos legais para a CAC; nos Estados Unidos, as discussões sobre ela estão em andamento.

A posição das ONGs ambientais sobre CAC é mista; enquanto algumas apóiam as tecnologias, outras se opõem a ela. Uma falta geral de conscientização e compreensão entre o público leigo tem sido observada por cientistas sociais. Em várias comunidades onde foram planejados projetos de armazenamento de CO2, as partes interessadas locais têm demonstrado preocupação com os riscos da CAC e, em alguns casos, protestado. A percepção pública sobre CAC é atualmente vista como uma barreira significativa se os projetos de demonstração de CAC não forem acompanhados por processos imparciais de fornecimento de informações e engajamento da comunidade.

Impacto ambiental e riscos da tecnologia de captura e armazenamento de carbono

A captura e armazenamento de carbono (CAC) tem o potencial de reduzir significativamente as emissões de CO2 provenientes da geração de energia e instalações industriais. O maior risco associado à captura e armazenamento de carbono é o possível vazamento de sistemas de gasodutos e locais de armazenamento, seja temporário ou permanente. O CO2 não é um gás venenoso, mas pode levar à asfixia se a concentração no ar se tornar suficientemente elevada, por exemplo, se o vazamento ocorrer em um edifício fechado. O risco de vazamento de CO2 de um gasoduto não é diferente do transporte de gás natural, por exemplo, porém o CO2 não é inflamável. Muitos países estabeleceram marcos regulatórios e normas para o transporte e armazenamento permanente de CO2, que visam garantir que tais práticas não representem ameaça à segurança dos seres humanos e do meio ambiente.

Impactos ambientais negativos relacionados à CAC estão associados à demanda adicional de combustíveis fósseis, devido à penalidade de energia para operar a unidade de captura, e aos impactos toxicológicos relacionados ao uso de solventes para reter quimicamente o CO2 (Zapp et al., 2012). O uso da CAC é um compromisso entre o alto potencial de redução de CO2 e os impactos ambientais moderados da redução da eficiência energética e impactos ambientais associados à captura de CO2.

Status da captura e armazenamento de carbono & tecnologia e seu potencial de mercado futuro

Mundial, existem atualmente quatro exemplos de projetos de CAC em escala real, todos eles no setor industrial e não na produção de eletricidade. Além da Weyburn, que utiliza CO2 de uma instalação de gaseificação de carvão nos Estados Unidos, a empresa petrolífera norueguesa Statoil tem injetado cerca de um milhão de toneladas de CO2, separadas do gás natural, por ano na formação salina profunda sob o Mar do Norte desde 1996, e desde 2008 é aplicada tecnologia semelhante no projeto Snohvit, também na Noruega. Um consórcio da BP, Statoil e Sonatrach tem injectado CO2 em In Salah, na Argélia, também com CO2 proveniente da produção de gás. Tecnologia semelhante à captura de pré-combustão é utilizada na produção de fertilizantes e hidrogênio, onde o CO2 capturado é utilizado em outros processos industriais, ou ventilado. A tecnologia de oxi-combustão para uso na geração de energia ainda está em fase de demonstração, mas é atualmente testada na Alemanha pela Vattenfall, uma empresa européia de eletricidade.

A capacidade global de armazenamento geológico de CO2 é grande, com potenciais recentes em toda a bacia estimados entre 8.000 Gt e 15.000Gt (IEA, 2008b). Entretanto, o nível de conhecimento sobre os potenciais de armazenamento varia em escala global, regional e local (IPCC, 2005). As estimativas das capacidades de armazenamento são mais avançadas na Europa, América do Norte, Japão e Austrália. Estima-se que os reservatórios de petróleo e gás esgotados tenham uma capacidade de armazenamento global entre 675-900 GtCO2, e esta opção de armazenamento parece adequada devido ao conhecimento existente sobre tais locais, bem como ao potencial de reutilização da infra-estrutura existente dos processos de extracção de petróleo e gás (IPCC, 2005). As formações salinas profundas são entendidas como tendo uma capacidade de armazenamento de pelo menos 1000 GtCO2, e acredita-se que estejam distribuídas em muitas das bacias sedimentares do mundo. Tem sido enfatizado que mais informação sobre a capacidade de armazenamento é necessária em áreas com crescimento acelerado no uso de energia, incluindo China, Índia, Sudeste Asiático, Europa Oriental e África Austral (IPCC, 2005).

Como a tecnologia de captura e armazenamento de carbono poderia contribuir para o desenvolvimento sócio-econômico e proteção ambiental

O nível ao qual a CAC apóia o desenvolvimento sustentável é um tópico amplamente debatido. As discussões em torno de permitir a CAC no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo do Protocolo de Quioto exemplificam as diferentes opiniões entre as partes interessadas. Alguns argumentam que nenhuma tecnologia envolvendo a combustão de combustíveis fósseis pode ser associada ao desenvolvimento sustentável, devido à natureza finita de tais recursos. Outros apontam para os efeitos do uso de combustíveis fósseis, além das emissões de CO2 somente, incluindo os impactos ambientais da mineração de carvão (Coninck, 2008).

Climate

Como dito acima, a CAC poderia capturar entre 85-95% do CO2 produzido em uma usina (IPCC, 2005), mas as reduções líquidas de emissões são da ordem de 72 a 90% devido à energia que custa para separar o CO2 das emissões a montante (Viebahn et al, 2007)

Requisitos financeiros e custos da tecnologia de captura e armazenamento de carbono

Correntemente, a maioria das aplicações de CAC não são, de longe, economicamente viáveis. O equipamento adicional usado para capturar e comprimir CO2 também requer quantidades significativas de energia, o que aumenta as necessidades de combustível de uma usina a carvão entre 25-40% e também aumenta os custos (IPCC, 2005). Espera-se que os projetos de demonstração de CAC no setor de energia elétrica custem US$90-130/tCO2 evitados, com o custo possivelmente caindo para US$50-75/tCO2 para atividades comerciais em escala real que ocorram após 2020 (Mckinsey & Company, 2008). Estes custos têm em conta a penalização energética da captura de CO2, mas não as emissões a montante, pelo que assumem uma redução de emissões de 80 a 90% em comparação com uma instalação convencional.

Recentemente, tem havido um enfoque na avaliação do potencial e custos da CAC no sector industrial (UNIDO/IEA, 2011; ZEP, 2013). Muitos processos industriais, por exemplo, a produção primária de aço, a produção de cimento e a refinação de petróleo estão operando nos limites da eficiência energética, e a captura de CO2 é a única tecnologia que é capaz de reduzir ainda mais as emissões. Os custos de aplicação da CAC na indústria variam muito entre aplicações, porém alguns custos são muito inferiores aos encontrados no setor energético (ver Figura 4).

Deve-se observar que, embora as aplicações de CAC aumentem os custos de geração de energia e produção industrial, a AIE (2008a) calculou que a exclusão da CAC do portfólio global de mitigação aumentará em 70% o custo de alcançar a estabilização climática. Com base nessas informações, a inclusão da CAC no portfólio de mitigação pode ser justificada do ponto de vista da eficiência econômica a longo prazo.

Estado de mercado do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo

Na conferência climática de 2010 em Cancun, México, a Conferência das Partes do Protocolo de Quioto (CMP) decidiu incluir projetos de CAC sob o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL).

• Bellona, 2009. Tecnologia.
• Coninck, H.C.De, 2008. Cavalo de Tróia ou chifre de abundância? Reflexões sobre a permissão da CAC no MDL. Energy Policy 36, pp. 929-936.
• European Commission, 2009. Comunicação da Comissão ao Parlamento Europeu e ao Conselho. Demonstração da captura e armazenamento geológico de carbono (CAC) em países emergentes em desenvolvimento: financiamento do projeto UE-China Near Zero Emissions Coal Plant. Bruxelas, Bélgica.

IEA, 2008a. Perspectivas tecnológicas energéticas 2008: Cenários e Estratégias até 2050. AIE/OCDE, Paris, França.IEA, 2008b. Captura e armazenamento de CO2: A Key Abatement Option, AIE/OCDE, Paris, França.li>IEA, 2009. Roteiro tecnológico – captura e armazenamento de carbono. Agência Internacional de Energia, Paris, França.li>IEA/UNIDO, 2011. . Agência Internacional de Energia, Paris, França.IEA/UNIDO, 2005. Relatório especial sobre a captura e armazenamento de dióxido de carbono. Metz, B. e Davidson, O. e Coninck, H.C.De e Loos, M. e Meyer, L.A. (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido e Nova York, EUA, pp. 442.li>Mckinsey & Company, 2008. Captura e armazenamento de carbono: Assessing the economics.li>Escritório Parlamentar de Ciência e Tecnologia, 2009. Postnote 335 – Captura e armazenamento de carbono. The Parliamentary Office of Science and Technology, Londres, Reino Unido.

• United Nations, 1987. Relatório da Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento. General Assembly Resolution 42/187.
• Viebahn, P. and Nitsch, J. and Fischedick, M. and Esken, A. and Schuwer, D. and Supersberger, N. and Zuberbuhler, U. and Edenhofer, O., 2007. Comparação da captura e armazenamento de carbono com tecnologias de energias renováveis no que diz respeito aos aspectos estruturais, económicos e ecológicos na Alemanha. International Journal of Greenhouse Gas Control 1 (1), pp. 121-133.
• Zapp, P., Schreiber, A., Marx, J., Haines, M., Hake, J., Gale, J., 2012. Impactos ambientais globais das tecnologias CAC – uma abordagem de ciclo de vida. International Journal of Greenhouse Gas Control 8 (2012) 12-21

li>ZEP, 2013. “CO2 Capture and Storage (CCS) in energy-intensive industries – An indispensable route to an EU low-carbon economy”, European Technology Platform for Zero Emission Fossil Fuel Power Plants, Bruxelas.