Cidadania

A ciência do que torna o carvão tão sujo – quartzo


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O mundo não pode esperar para se livrar da necessidade de carvão. Sem reduzir drasticamente o uso de carvão, há poucas chances de atingir as metas de emissão de gases de efeito estufa e evitar os efeitos mais catastróficos das mudanças climáticas.

E eliminar as coisas não se resume apenas aos gases de efeito estufa: extrair carvão e depois queima-lo produz outras toxinas, poluindo nosso ar, água e solo.

O que torna o carvão tão sujo? Para entender, teremos que vestir nossos jalecos e abordar um pouco de química.

Aritmética para estufa

O problema dos gases de efeito estufa é relativamente fácil de entender. Todos os combustíveis fósseis são compostos principalmente de carbono e hidrogênio. Quando queimado, o carbono é convertido em dióxido de carbono e hidrogênio em água. Cada uma dessas reações produz uma quantidade ligeiramente diferente de calor.

C + O2 → CO2 gera 393 kJ de calor

H2 + 0,5 O2 → H2O gera 242 kJ de calor

O produto que mais nos preocupa é o dióxido de carbono, um gás de efeito estufa que retém o calor do sol em nossa atmosfera. O que significa o melhor combustível fóssil, que produzirá a menor quantidade de CO2 para gerar a mesma quantidade de calor: é aquela que contém muitos átomos de hidrogênio para cada átomo de carbono.

O gás natural vence essa batalha sem dúvida. Contém principalmente metano, um produto químico simples com a fórmula CH4 4. Isso significa que existem quatro átomos de hidrogênio para cada átomo de carbono, o máximo que pode acomodar um único átomo de carbono.

A fórmula química do carvão é muito mais complexa (como veremos mais adiante). Isso ocorre porque, diferentemente do gás natural, o carvão é uma mistura de muitos milhares de tipos de produtos químicos. Mas, para entender sua produção de calor, podemos simplificar a fórmula do carbono para CH (que é um átomo de hidrogênio para cada átomo de carbono).

O resultado é que o carvão produz duas vezes mais dióxido de carbono por unidade de energia térmica que o gás natural.

Começo pantanoso

Além da contribuição dos gases de efeito estufa para as mudanças climáticas, o carvão tem outros problemas. Isso tem a ver com a forma como o material foi formado.

"O carvão é o sólido mais complexo que encontramos e analisamos", diz Jonathan Mathews, cientista da Universidade da Pensilvânia.

Muitos milhões de anos atrás, algum tipo de evento natural, talvez uma enchente, talvez um tufão, enterrou vastas florestas debaixo d'água. Quando novas camadas de solo foram depositadas nas árvores, privando-as do ar, a madeira enterrada lentamente se tornou turfeiras. Mais e mais camadas de sedimentos se acumularam, aumentando a pressão e a temperatura abaixo, até que finalmente o pântano se transformou em carvão.

Estou sendo deliberadamente impreciso sobre "muitos milhões" porque os depósitos de carvão em diferentes regiões podem ter idades diferentes. O carvão nos Estados Unidos foi criado durante o período carbonífero, que durou entre 360 ​​e 300 milhões de anos atrás. O carvão australiano, por outro lado, foi formado durante o período do Permiano, entre 300 e 250 milhões de anos atrás.

Por ter sido originalmente formado a partir de plantas, o carvão contém principalmente carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. O carvão ajudou a criar o ramo da química baseada em carbono que chamamos de "química orgânica". Quando o carvão é aquecido na ausência de ar, sua complexa mistura se decompõe em formas mais simples. Esses produtos químicos, como benzeno, tolueno, naftaleno, antraceno e fenol, formam a base de perfumes, explosivos e medicamentos.

As plantas também têm um grande número de outros elementos da tabela periódica em quantidades muito menores. Fundamentalmente, durante a sua formação, o carvão pode absorver até outros elementos encontrados nos depósitos de lama ao redor ou na água contaminada. Dependendo da geologia da região, os tipos e quantidades desses elementos variam; Mais da metade da tabela periódica de elementos em diferentes tipos de carvão foi detectada.

"O processo pelo qual o carvão é formado exacerba sua complexidade", diz Mathews. "É por isso que quase todo pedaço de carvão encontrado é quimicamente único".

Quando o carvão é queimado, muitos desses elementos são liberados na atmosfera junto com outros gases. Eles podem viajar por quilômetros antes de aterrissar em plantas ou no solo, onde podem ser absorvidos por árvores ou culturas e, eventualmente, ser comidos por seres humanos. Alguns desses elementos também podem acabar nos pulmões das pessoas, onde venenosos como estanho, cádmio e mercúrio podem causar danos reais aos sistemas nervoso, digestivo e imunológico.

Apesar dos regulamentos sobre a indústria do carvão, esses metais frequentemente acabam no meio ambiente. Mais de 40% de todas as emissões de mercúrio nos EUA UU. Eles ainda vêm de usinas de carvão. Em 2014, apenas nos EUA. Nos EUA, as atividades relacionadas ao carvão também liberaram 40 toneladas métricas de chumbo, 30 toneladas de arsênico e 4 toneladas de cádmio.

Final smoggy

No entanto, todos esses contaminantes químicos explicam apenas parte do problema. A manifestação mais visível do impacto ambiental do carvão é a poluição atmosférica: o resultado da reação química da queima de carvão. Como o carbono é uma mistura complexa de produtos químicos, ele não queima tão limpo quanto o gás natural, nem todo carbono e hidrogênio se convertem perfeitamente em dióxido de carbono e água. Por outro lado, a fumaça de carbono contém partículas de carbono, óxido de enxofre, óxidos de nitrogênio não queimados ou meio queimados e muitas moléculas orgânicas complexas formadas no processo de combustão.

Cada um deles tem sua própria maneira de causar danos. Vamos dar um por um.

Fuligem: Partículas de carbono não queimadas ou semi-queimadas podem ser classificadas como fuligem. Sua aparência (e em grande parte sua composição química) é semelhante à fuligem encontrada nas chaminés da chaminé: um pó preto fino. A fuligem, que pode transportar qualquer quantidade de contaminantes mencionados acima, é prejudicial aos pulmões. Mas é ainda mais prejudicial, porque é pequeno o suficiente para entrar na corrente sanguínea uma vez inalado. Pode até terminar no cérebro. O carvão e outros combustíveis sólidos usados ​​em residências são a principal causa de mortes por poluição do ar na Índia. Na Índia, sabe-se que a fuligem cobre as geleiras, o que as obscurece para reter mais calor do sol e derreter mais rapidamente.

Óxido de enxofre: A altas temperaturas dentro de um forno, o enxofre no carvão e o oxigênio no ar se combinam para formar óxido de enxofre, o que é irritante se você respirar. Quando combinado com a água, forma ácido sulfúrico, criando chuva ácida. Nas décadas de 1960 e 1970, a chuva de enxofre era um fenômeno comum nos EUA. UU. E outros países. Desde então, a maioria das usinas de energia é obrigada a instalar equipamentos que removem as emissões de enxofre da chaminé, mas ainda há algum enxofre na atmosfera.

Óxido de nitrogênio: Como o enxofre, o nitrogênio no carbono combina com o oxigênio no ar para formar uma mistura de óxidos de nitrogênio. Estes são irritantes e podem causar doenças respiratórias, como pneumonia. Os óxidos de nitrogênio também são quimicamente ativos, o que significa que eles se misturam com outros poluentes na atmosfera para criar novos, como o ozônio.

Compostos Orgânicos Voláteis (COV): A mineração de carvão e a queima de carvão liberam compostos nocivos à base de carbono que persistem na atmosfera como gases. São esses com os quais os óxidos de nitrogênio podem reagir para formar ozônio e outros contaminantes. Esses produtos químicos são prejudiciais aos seres humanos, outros animais e plantas.

Monóxido de carbono: Às vezes, em vez de combinar carbono com oxigênio para formar dióxido de carbono, ele reage para criar monóxido de carbono, um gás venenoso.

Ao longo dos anos, os regulamentos das usinas a carvão ajudaram a reduzir alguns desses poluentes. No entanto, as usinas de carvão na Índia estão muito atrasadas. Em 2015, o governo estabeleceu um prazo para 2017 para as usinas de energia instalarem equipamentos que reduzam as emissões de enxofre e nitrogênio. Poucas usinas cumpriram o prazo, então agora o governo o estendeu até 2022. Esse atraso provavelmente causará pelo menos 26.000 mortes prematuras e a perda de muitos milhões de dias úteis todos os anos.

Os países mais avançados já possuem esses depuradores instalados, e alguns deles ainda dão um passo adiante. Duas usinas a carvão, uma no Canadá e outra nos Estados Unidos, agora capturam a maior parte do dióxido de carbono que produzem. Nos dois casos, o dióxido de carbono capturado é bombeado para o solo para extrair petróleo. Uma vez que a tecnologia se torne barata o suficiente, os emissores poderiam simplesmente enterrar seu dióxido de carbono no subsolo sem ter que subsidiar o processo vendendo petróleo.

Dito isto, nenhuma regulamentação pode eliminar completamente as emissões nocivas da queima de combustíveis fósseis. O dano deles só pode ser deixado para trás se pararmos de removê-los do chão.



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