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Produção de energia elétrica a partir de carvão mineral pode ser nociva para meio ambiente
O carvão mineral é um combustível fóssil, e uma rocha sedimentar, extraído da terra por meio da mineração. Sua origem se dá a partir da decomposição da matéria orgânica que se acumulou sob uma lâmina de água há milhões de anos. O soterramento dessa matéria orgânica por depósitos de argila e areia provoca o aumento na pressão e na temperatura. Isso contribui para a concentração dos átomos de carbono e expulsão dos átomos de oxigênio e hidrogênio (carbonificação).
O carvão mineral é subdividido de acordo com o poder calorífico e a incidência de impurezas. Sendo assim, considerado de baixa qualidade (linhito e sub-betuminoso) e alta qualidade (betuminoso ou hulha e antracito). De acordo com o Serviço Geológico do Brasil, os tipos de carvão mineral podem ser classificados de acordo com a sua qualidade. Isso depende de fatores como a natureza da matéria orgânica que o formou, clima e evolução geológica da área.
Turfa
A extração da turfa ocorre antes da drenagem da área, o que reduz a sua umidade. É frequentemente depositada a céu aberto para perder mais umidade.
Usos: é cortada em blocos e utilizada como combustível em:
- Fornalhas
- Termoelétricas
- Obtenção de gás combustível
- Ceras
- Parafina
- Amônia
- Alcatrão (produto do qual se deriva óleos e outras substâncias de grande uso pela indústria química)
Linhito
Pode ocorrer de duas formas, como um material marrom ou preto, e recebe diversas denominações.
Usos: gasogênios obtenção de alcatrão, ceras, fenóis e parafinas. A cinza proveniente da combustão pode ser aproveitada como cimento pozolânico e cerâmicas.
Hulha
A hulha pode ser subdivida em dois tipos principais: o carvão energético e o carvão metalúrgico. O primeiro, também chamado de carvão-vapor, é considerado o mais pobre e é usado diretamente em fornos, principalmente em usinas termelétricas.
Já o carvão metalúrgico, ou carvão de coque, é considerado nobre. O coque é um material poroso, leve e de brilho metálico, usado como combustível na metalurgia (altos-fornos). A hulha também é usada na produção de alcatrão.
Antracito
Possui combustão lenta, sendo indicado para o aquecimento doméstico. Também é usado em processos de tratamento de água.
Composição e aplicação do carvão mineral
Em qualquer uma de suas fases, o carvão é composto por uma parte orgânica e outra mineral. A orgânica é formada por carbono e hidrogênio e pequenas proporções de oxigênio, enxofre e nitrogênio. A mineral é constituída por silicatos que compõem as cinzas.
Por ser subdivido em diversos tipos, os usos do carvão são muitos. O carvão mineral é uma fonte de energia não renovável e a principal fonte de energia do mundo, junto com outros combustíveis fósseis ricos em carbono.
Ele é usado como combustível em fornos e em usinas termelétricas. De acordo com a International Energy Agency (IEA), o carvão mineral é responsável por 40% da produção de energia elétrica mundial. O carvão mineral também é empregado no setor metalúrgico.
Além disso, a cinza proveniente da combustão do carvão mineral pode ser aproveitada na fabricação do cimento pozolânico e cerâmicas. Quanto maior o teor de carbono, mais puro é o carvão mineral e maior é o seu poder energético.
Outro tipo de carvão encontrado na natureza é o vegetal, que é se forma a partir da carbonização da lenha. O carvão vegetal é frequentemente empregado em processos industriais, mas não constitui uma fonte significativa para a produção de energia elétrica.
Incentivos à produção de energia elétrica a partir de carvão mineral
Apesar de não renovável, há fortes incentivos para a produção de energia elétrica a partir do carvão mineral. Entre os principais argumentos a favor do uso do carvão está a abundância de reservas. Isso garante a segurança de suprimento e o baixo custo do minério (em comparação a outros combustíveis fósseis).
Além disso, a produção de carvão também é um argumento a favor do uso do minério. As reservas mundiais de carvão mineral totalizam 847,5 bilhões de toneladas. Essa quantidade seria suficiente para atender a produção atual de carvão por um período aproximado de 130 anos.
Outro incentivo é que, diferente do petróleo e do gás natural, as reservas de carvão mineral são encontradas em quantidades expressivas em 75 países. Embora aproximadamente 60% do volume total esteja concentrado nos Estados Unidos (28,6%), Rússia (18,5%) e China (13,5%). O Brasil aparece na 10ª posição.
Os maiores produtores mundiais de carvão são a China e a Índia, seguidos dos Estados Unidos. Além disso, a maior parte da matriz energética, tanto da China quanto dos Estados Unidos, é baseada na produção de energia elétrica a partir de carvão mineral. Tal fator também é representativo na matriz energética de outros países, como a Alemanha, Polônia, Austrália e África do Sul.
Apesar das vantagens econômicas, a produção de energia a partir do carvão mineral é uma das mais agressivas, do ponto de vista socioambiental. As externalidades negativas estão presentes ao longo de todo o processo produtivo, desde a extração do carvão mineral.
Extração de carvão
A extração ou mineração do carvão pode ser subterrânea ou a céu aberto. Isso varia de acordo com a profundidade em que ocorreu a formação do carvão mineral.
Quando a camada que recobre o minério é estreita, ou o solo não é apropriado (areia ou cascalho), a exploração tende a ser feita a céu aberto. Se o mineral está em camadas profundas, é necessário a construção de túneis.
Segundo a Aneel, a mineração a céu aberto é a forma predominante de extração do minério no Brasil, e também mais produtiva do que a subterrânea. O que não corresponde à realidade internacional, na qual prevalece a exploração por mineração subterrânea, equivalendo a 60% da extração mundial de carvão.
A drenagem ácida da mina e a produção de rejeitos são impactos ambientais negativos comuns aos dois tipos de extração.
Drenagem ácida da mina (DAM)
A drenagem ácida da mina é feita por meio de bombas, que lançam água sulfurosas no ambiente externo. Assim, produzindo alterações no solo de ordem:
- Mineralógica (formação de novos compostos)
- Química (redução do pH)
- Física (baixa capacidade de retenção de água e permeabilidade)
Elas variam de acordo com a geologia do terreno.
A drenagem ácida da mina é considerada um dos impactos mais significativos de processos de mineração, em geral, segundo o relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia.
Como consequência dessas alterações no solo, a qualidade da água subterrânea também é comprometida. Pode ocorrer a redução do valor do pH da água, o que contribui para a solubilização de metais e para contaminação da água subterrânea que, em caso de ingestão, pode vir a afetar a saúde humana.
A mitigação dos problemas químicos e físicos do solo ocasionados pela mineração é a primeira etapa da recuperação das áreas impactadas.
Impactos da mineração a céu aberto
As escavações de grandes volumes de solo rochoso geram impactos ambientais visíveis na cobertura vegetal e fauna, sendo responsáveis pela degradação de largas áreas e poluição visual, sem contar a intensificação de processos erosivos. Além disso, o uso de máquinas e equipamentos também gera poluição sonora (ruído).
Impactos da mineração subterrânea
Com relação à saúde do trabalhador, o principal problema é a Pneumoconiose de trabalhadores de carvão (PTC). As pneumoconioses são doenças causadas pela inalação de material particulado acima da capacidade de depuração do sistema imunológico. É a exposição crônica à inalação das poeiras do carvão mineral. Seguida do acúmulo de poeira nos pulmões e da alteração do tecido pulmonar.
A PTC desencadeia um processo inflamatório, podendo desenvolver a fibrose maciça progressiva FMP, uma doença conhecida como “pulmão negro”.
De acordo com o relatório do Ministério da Saúde, existem mais de 2 mil casos de pneumoconiose diagnosticados entre mineradores de carvão.
Outros impactos associados à mineração subterrânea são o rebaixamento do lençol freático, o que pode contribuir para a extinção de fontes, o impacto na rede hidrológica superficial e as vibrações causadas pelas explosões.
Beneficiamento de carvão
De acordo com a Associação Brasileira de Carvão Mineral, o beneficiamento é o conjunto de processos ao qual o carvão mineral bruto (run-of-mine – ROM), obtido diretamente da mina, é submetido para que haja a remoção da matéria orgânica e de impurezas, visando assegurar a sua qualidade. O tratamento do carvão depende das suas propriedades originais e do uso pretendido.
Segundo o relatório da Aneel, o beneficiamento gera rejeitos sólidos que são normalmente depositados na área próxima à mineração e lançados diretamente em cursos d’água ou em barragens de rejeito, criando extensas áreas cobertas por um material líquido. As substâncias tóxicas presentes nos rejeitos se diluem na água da chuva (lixiviação). Quando em forma de fluido, penetram lentamente no solo (percolação), contaminando os lençóis freáticos.
Esses rejeitos normalmente contêm grandes concentrações de pirita (sulfeto de ferro – FeS2) ou outros materiais sulfetados, que contribuem para a geração de ácido sulfúrico e para a intensificação do processo de “drenagem ácida da mina”.
Transporte
De acordo com a Aneel, o transporte é a atividade mais custosa do processo produtivo do carvão mineral. Por tal motivo, normalmente, o carvão que é transportado é apenas aquele que possui baixo teor de impurezas, e maior valor econômico agregado.
Quando o uso pretendido do carvão mineral é a geração de energia elétrica, a termelétrica é construída nas proximidades da área de mineração, como ocorre nas cinco usinas termelétricas à carvão mineral em atividade no país.
Do ponto de vista econômico, é mais vantajoso investir em linhas de transmissão para distribuir a energia elétrica já produzida, do que no transporte de carvão por longas distâncias.
Para distâncias curtas, o método mais eficiente é o transporte através de esteiras. Também se faz o uso de dutos, através do qual o carvão, misturado à água, é transportado em forma de lama.
Geração de energia através do carvão
Após extraído do solo, o carvão mineral é fragmentado e armazenado em silos. É então transportado até uma usina termelétrica.
Uma usina termelétrica é definida como um conjunto de obras e equipamentos com a função de gerar energia elétrica através de um processo que é convencionalmente dividido em três etapas.
A primeira etapa consiste na queima do combustível fóssil para transformar a água da caldeira em vapor. No caso do carvão mineral, antes do processo de queima, este é transformado em pó. Isso garante o maior aproveitamento térmico do processo de queima.
A segunda etapa é a utilização do vapor produzido sob alta pressão, para girar uma turbina e acionar um gerador elétrico. A passagem do vapor pela turbina provoca a movimentação da turbina e também do gerador, que está acoplado à turbina, transformando energia mecânica em elétrica.
O ciclo é fechado na terceira e última etapa, em que o vapor é condensado e transferido para um circuito independente de refrigeração, retornando ao estado líquido, como água da caldeira
A energia que foi gerada é transportada do gerador até um transformador via cabos condutores. O transformador, por sua vez, distribui a energia elétrica até os centros de consumo por meio de linhas de transmissão.
Emissões
Quando o carvão é queimado, os elementos contidos nele são volatizados (evaporam) e emitidos para a atmosfera juntamente com parte da matéria inorgânica que é liberada sob a forma de partículas de pó (cinzas volantes).
Carbono
O carvão mineral é um material com alto teor de carbono. Desse modo, ao ser queimado, o carvão mineral emite grandes concentrações de monóxido de carbono.
O monóxido de carbono é gás tóxico extremamente nocivo à saúde humana e que pode, em casos de intoxicação aguda, levar à morte. De acordo com a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb), a principal via de intoxicação por monóxido de carbono é a respiratória. Uma vez inalado, o gás é rapidamente absorvido pelos pulmões e se liga à hemoglobina, impedindo o transporte eficiente do oxigênio. Por isso, a exposição prolongada ao monóxido de carbono está ligada ao aumento na incidência de infarto entre idosos.
Além disso, uma vez na atmosfera, o monóxido de carbono pode ser oxidado, transformando-se em dióxido de carbono.
Dióxido de Carbono
O dióxido de carbono pode ser emitido diretamente pela combustão do carvão e de outros combustíveis fósseis, ou ser formado na atmosfera a partir de reações químicas, como por exemplo, a partir da reação de oxidação do monóxido de carbono.
O dióxido de carbono é considerado um dos principais gases do processo de intensificação do efeito estufa, sendo associado ao aumento do aquecimento global. E é também um dos principais tipos de gases emitido pela queima do carvão.
É importante ressaltar que a combustão é a fase da cadeia produtiva do carvão na qual ocorre maior emissão de dióxido de carbono, mas as fases de estocagem e armazenamento de rejeitos também contribuem para as emissões totais. No entanto, segundo o relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia, o desconhecimento do tempo de estocagem do minério em cada caso é um fator limitante para o cálculo de emissões totais.
Enxofre
Segundo o relatório da Sociedade Brasileira de Planejamento Energético, de todas as emissões das termelétricas a carvão, a que causa mais preocupação é de enxofre. Ao ser queimado, o enxofre forma uma série de compostos gasosos. Eles são liberados na atmosfera caso não exista equipamentos para a sua captura. Destes, destaca-se sobretudo o dióxido de enxofre (SO2).
O dióxido de enxofre (SO2) sofre oxidação na atmosfera e forma o trióxido de enxofre (SO3). Por sua vez, ao se ligar à água da chuva (H2O), ele formará o ácido sulfúrico (H2SO4), dando origem à chuva ácida.
A chuva ácida têm impactos diretos na vida vegetal e animal, sobretudo aquática. Em vegetais, leva a mudanças na pigmentação e formação e à necrose. Em animais, causa a morte de organismos, como peixes e sapos. A chuva ácida também causa danos a bens materiais, à medida em que favorece processos corrosivos.
Segundo o Ministério do Meio Ambiente, os impactos do dióxido de enxofre à saúde humana podem estar relacionados ao aumento de problemas respiratórios. Principalmente quando se fala em asma, o que fica indicado pelo aumento das internações hospitalares.
Metano
O carvão mineral possui alto teor de metano (CH4). A combustão do carvão mineral libera o metano na atmosfera. O gás pode se associar ao vapor d’água e ao dióxido de carbono e é considerado um dos principais gases do efeito estufa.
O metano é formado a partir do processo de decomposição da matéria orgânica. Por tal motivo, sua ocorrência é associada aos combustíveis fósseis.
Apesar do processo de combustão do carvão mineral liberar quantidades significativas de metano na atmosfera, as emissões no processo ocorrem desde a extração do minério. Sobretudo, em minas subterrâneas e na estocagem do material pós mineração, como pode ser verificado no relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia
Óxidos de nitrogênio (NOx)
O carvão mineral também possui grande concentração de nitrogênio. Portanto, a combustão do carvão emite óxidos de nitrogênio na atmosfera. Os gases de combustão normalmente são constituídos, em sua maioria, pelo óxido de nitrogênio. Quando ele adentra a atmosfera, é rapidamente oxidado, transformando-se em dióxido de nitrogênio.
O dióxido de nitrogênio, ao se ligar à água da chuva (H2O), produz o ácido nítrico (HNO3). Ele, assim como o ácido sulfúrico (H2SO4), também provoca a chuva ácida.
Além disso, altas concentrações de NO2 influenciam a formação do ozônio troposférico e processos de smog fotoquímico.
Material particulado (MP)
Segundo a Cetesb, material particulado é todo o material sólido e líquido que se mantém suspenso na atmosfera devido ao tamanho. O material particulado também se forma na atmosfera a partir dos anteriormente citados dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NOx)
O tamanho das partículas está diretamente relacionado ao potencial de causar problemas de saúde.
Mercúrio
Além dos gases já mencionados, o carvão mineral também contém quantidades significativas de mercúrio. Ele, através da combustão do minério é volatizado para a atmosfera.
Segunda a EPA – Environmental Protection Agency as termelétricas à carvão são a maior fonte antropogênica de emissões de mercúrio.
O mercúrio, volatizado e presente na atmosfera, é incorporado ao ciclo da chuva. Logo atingindo os corpos aquáticos e levando a contaminação ambiental e dano à vida aquática. A contaminação por mercúrio também é uma questão de saúde pública. Uma vez que o consumo de organismos aquáticos contaminados por mercúrio pode levar à intoxicação aguda, e alguns casos levar à morte.
