FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

E O AMBIENTE: areias/xistos

betuminosos, nuclear, e renováveis

A. Luís Fernandes, P. Eng.

Consultor Independente

Palestra organizada pela Universidade do Algarve

e a Delegação Distrital de Faro da Ordem dos Engenheiros

Faro - Portugal, Fevereiro 6, 2013

1

Sumário

• Areias, arenitos e xistos betuminosos

• minas a céu aberto

• CSS (cyclic steam simulation)

• SAGD (steam assisted gravity drainage)

• fractura hidráulica

• petróleo e gás dos xistos (shale oil & shale gas)

• CBM, hidratos de methano, outras

• Nuclear

• cisão vs. fusão

• resíduos radioactivos

• Biomassa

• cereais e oleaginosas

• culturas específicas

• resíduos orgânicos

• tentação política

2

ALBERTA Cross-Section AB

Área: 661 848 km2 Oil sands deposits: 142 200 km2 Reservas recuperáveis: 173 billion barrels (27.5×109 m3)

P

O

R

T

U

G

A

L

A B

3

Tecnologias vs profundidade

4

Areias Betuminosas - Tecnologias

• Minas a céu aberto: < 75 m (surface mining)

• Custo de producao: ~ $27/barrel synthetic crude / η > 90%

• Entre 75 m e 200 m: various in-situ systems

• Cold flow, η < 10%

• CSS - cyclic steam stimulation, η = 20-25%

• SAGD - steam assisted gravity drainage, η = 60%

• Solvent/vapor extraction

• THAI - toe to heel air injection

• COGD - combustion overhead gravity drainage

• > 200 m: various in-situ systems

• HPCSS - estimulação cíclica por H2O/vapor/condensados

• SAGD - drenagem gravítica assistida por vapor

_____________

η = rendimento

5

Syncrude's Mildred Lake mine site and plant near Fort McMurray, AB

6

Lagoas de efluentes e rejeitos (tailings ponds)

Composição

• H2O, argila, areia

• HC residual

• ácido nafténico

• NaCl, Va, Ni, Pb, Co,

Hg,Cr, Cd, As, Se, Cu,

Mn, Fe, e Zn

• Ti, Zr, Hf, REE, etc.

* IWIMO @ http://environment.gov.ab.ca/info/library/7242.pdf

Oil sands tailings ponds area: 170 km2

7

Bloco de enxofre – Subproduto do gas natuarl e refinacao de petroleo • ~ 60x106 T acumulado • 9x10 T/ano

8

Petcoke – Subproduto do processamento do petróleo e betume de areias betuminosas • 60x106 T acumulado • 7x106 T/ano or 70,000 T/d

9

CSS OPEN MINE PIT

SAGD CCS & EOR

Tecnologias Usadas para Extrair Petróleo de Areias Betuminosas 10

11

Areias betuminosas – Impactos

• Resource conservation (sustentabilidade, etc.)

• Económico, ambiental, social (interesse público)

• Ecosistema

• Uso da terra

• Água/tratamento efluentes/descarga

• Gestão descargas ambientais:

• resíduos sólidos e subprodutos (coque, enxofre, asfaltenos, etc.)

• efluentes (águas de processo e rejeitos tailings ponds)

• gasosas (gases ácidos, PAH, etc.)

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Areias betuminosas -Tailings

• Ambiental (poluição, ecosistemas)

• Emissões (CC, SOx, NOx, CO2, S, coque)

• Saúde pública

• Social/Comunidades

• Infraestrutura (transporte, segurança)

• Responsabilidade ambientais

• Tratamento*: MFT, TROTM, composite

tails, centrifuge technology, H2O capping,

end-pit lakes (EPL), CO2, D74

• Restauração (reclamation/remediation)

_______________ * http://www.syncrude.ca/users/folder.asp?FolderID=5913#1

13

Presente e que futuro?…

~ 3.9% world production

14

Reservas não convencionais

de combustíveis fosséis • Areias betuminosas (oil sands) - areia, argila, água, e betume - reservas: 168x109 bbl - produção: 1.9x106 bbl/d

• Gás/petróleo de xistos (shale gas/shale oil)

• Hidratos de metano (methane clathrate ou “fire ice”)

• Metano em veios de carvão (CBM)

CBM

Mina de areias betuminosas

Shale gas/oil

Reservas: 2 x todos os outros combustíveis fósseis combinados!...

15

Source: Oil & Gas Journal, December 2011

Reservas de petroleo convencional 16

Metano em depósitos de carvão (CBM)

17

http://www.canadafreepress.com/index.php/article/35400

Gás de xistos: Localização de bacias

Reservas recuperáveis (10 países, est.) - gás de xistos: 166 tm3 - gás natural: 69 tm3

18

Bacias europeias de gás de xistos 19

Fractura hidráulica*

* http://www.coloradoindependent.com/28776/degette-takes-aim-at-natural-gas-industry-to-protect-groundwater-supplies

“Processo de estimulação dum poço para maximizar a extracção de recursos subterrâneos: petróleo, gás natural e energia geotérmica.” †

20

Usos fractura hidráulica*

• Desenvolvimento convencional de poços de gás & petróleo (desde 1940s)

• Fractura de arenitos e xistos betuminosos*

• Metano em depósitos de carvão (CBM)

• Energia geotérmica

• Exploração mineral (urânio, ácido fosfórico, etc.)

• Disposição final de efluentes industriais

• Restauro de subsolos contaminados (< 100 m)

____________ * http://fracfocus.org/hydraulic-fracturing-how-it-works/hydraulic-fracturing-process

21

Fractura hidráulica/Ambiente

• Novas técnicas de perfuração permitem acesso a recursos imensos (petróleo, gás natural, etc,)

• Independência energética/GTL/Russia-LNG

• Controversa (segura, risco/TT, localização, legislacao EIA, responsabilidade)

• Oportunidades económicas (8ȼ vs 30ȼ/kwh; 3 vs 30/MJ; preco C)

• Sustentável? (30-100 years?)

• Pocos/actividade sismica: 35 000/1

• Agua/poco = 15 000 m3

• Fugas (quimicos, metano, H2O subterranea)

22

23

Fractura hidráulica/usos e produção

• Convencional (enhanced oil and gas recovery – last sixty years)

• Formacoes de carvao (unmineable seams, CBM)

• Xistos betuminosos (shale oil & shale gas)

Gás de xistos recuperável (2013)

País tft3 tm3

China 1115 32

Argentina 802 23

Argélia 707 20

EUA 665 19

Canadá 573 16

México 545 15

África do Sul 485 14

Austrália 473 13

Rússia 285 8

Brasil 245 7

Europe* 449 17

Portugal 0 0

* 13 countries não incluindo Rússia e Ucrânia

1 cubic foot = 0.028 316 846 592 cubic meter

24

Renováveis vs Gás/Petróleo de Xistos,

“Fire Ice”, CBM, Carvão e Nuclear

• Emissões e preço do CO2

• Metas credíveis* e a expansão das renováveis em Portugal

• Rede europeia de transporte de electricidade

• Exportar ~ 25% produção instalada

• Quem pode ser afectado? UK, Polónia, França

• Porquê? Estratégia energética/dependência

• Financiar renováveis em Portugal para subsidiar fósseis noutros países da UE (UK, Polónia, Alemanha)?

• Ambientalmente correctos ou mix energético equilibrado e economicamente sustentado?

• Que fazer qd gás/petróleo de xistos, hidrato de metano, etc., criarem energia barata no mundo?

______________ * Menos 40% GHG & 27% renováveis até 2030 custando €38x109

25

Composição

Gás de xistos = gás de carvão (CBM) =

= metano em hidratos de metano = gás

natural

CH4

Condensates

Agua

Anidrido carbonico (CO2), and

Acido sulfidrico (H2S)

1 cubic foot = 0.028 316 846 592 cubic meter

= 100 anos das necessidades

> 100 anos das necessidades

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Petróleo e gás de xistos recuperáveis*

Conversão de unidades:

• 1 ft3 x 0.028 316 846 592 = 1 m3 PT normais

• 1 barrel [US, petroleum] x 0.158 987 294 93 = 1 m3

US consumiram

71.2 Bcf/d de gas

em 2013.

US consumiram

19 mbbl/d de

petroleo em 2013

(US EIA).

27

Fractura hidráulica/ambiente*

• Investimento (político, económico, técnico)

• Água (~15 000 m3/poço; “produced water”, LPG gel*)

• Emissões gasosas

• Mistura de água/areia/químicos:

• Injecção na formação geológica definida

• Extracção/gestão de fluidos produzidos (gás/água/lamas)

• Reciclagem/tratamento/injecção profunda (18 500 piscinas olímpicas/mês, ~ 2 500 m3 cada)

• Responsabilidade ambiental (pública/privada)

___________________ * Hydraulic fracking vs gas fracking

28

CO2 Capture and Storage 29

Captura, Uso e Sequestro de CO2

30

31

Nuclear

• Fusão vs Cisão

• Resíduos radioactivos

• Racionalidade do discurso político!

• Japão, vai enterrar o nuclear?

(LNG e “fire ice”)

• 9.2.2014

• Está a Europa a ser

prudente?

• São as renováveis

a única alternativa

e competivas?

Fusão: no waste

32

Reactor fuel rods

33

Low level radioactive waste Medium/High level radioactive waste

Como não o fazer

Adaptative Nuclear Waste

Management

www.nwmo.ca

http://www.ottawacitizen.com/news/atomic-

wasteland/Video+Managing+used+nuclear+fu

el/5873304/story.html

34

Energias Renováveis – Systemas Híbridos 35

Energia de biomassa

• Cereais e oleaginosas (preferencial/ não usados na alimentação)

• Culturas específicas(salgueiros, choupos, cana, cardo, Miscanthus Giganteus, switchgrass)

• Resíduos orgânicos,

Benefícios (S, W, B) Desafios • Criação de emprego Subsídios

• Soluções locais Competitividade

• Independência/Segurança Infraestrutura

• Défice comercial Engenharia (CCS)

• Emissões mais baixas de CO2 Sistemas híbridos

Impacto ambiental

36

Eucalipto GM

Óleo de palma Para onde vais orangutango?

Choupos e trigo*

37

38

Caroço de azeitona

Silo caroço de azeitona

Caldeira SIME modelo solida pl

Azeitona… ou melhor

39

Arundo Donax, desprezado em Portugal? Este é de Olhão, Algarve!

40

Arundo donax – recurso ignorado em Portugal? 41

42

Cardo

43

Parametro Cana Miscanthus

Produção tDM/ha.ano 37.7 28.7

Energia (GJ/ha) 637 467

O rendimento sugere que ambas estas erbáceas

são fortes candidatas p/ produção de energia e

biomassa (combustível ou etanol). 10 anos e 20

000 plantas.

Produção e energia de cana vs miscanthus

Switchgrass peletizada Cardo peletizado

Estilhas de cana Estilhas de miscanthus

Cana vs Miscanthus Biocombustíveis

44

http://solarserdar.wordpress.com/page/34/

45

46

O lugar das renováveis

• Importante e fundamentais mas não únicas/isoladas!

• Competividade (pragmatismo precisa-se urgentemente!)

• Recursos enormes sustentáveis ou não!

• Europa vs Resto (América, Rússia, China, SA, Austrália, etc.)

• Reino Unido (nuclear e fractura hidráulica)

• França (nuclear, moratorium)

• Alemanha (nuclear não, carvão sim, ↑ emissões de CO2, e China)

• Portugal (biomassa, solar, eólica, ondas, geotérmica – plano nacional)

• Crise no investimento devido à incerteza energética

• Crise no Deutsche Bank

• Impacto do gás/petróleo de xistos na estrategia energetica global

• Seguido do “fire ice”, CBM, fusão nuclear, cisão nuclear

• E… mais carvão, com/sem renováveis!

47

• Updating Alberta’s Hazardous Waste Regulatory Framework

• Codes of Practice for Environmental Technologies • Energy Recovery

• Small Incinerators/Mobile Incinerators

• Accepatable Industry Practices/Beneficial Use of Wastes

• Assessment of 10 CCS projects (CAN$0.4-$2.2x109)

• Guidelines for the Disposal of S-Waste and Remediation of Sulphur Containing Soils

_______________ • http://environment.alberta.ca/02643.html

• http://www.qp.alberta.ca/

Exemplo 1 – Documentos

48

Exemplo 2 – Carvão, singás, e CCS

• In-situ coal gasification (Beulah-Weyburn)

• Convencional/CBM/Xistos

• CCS vs fractura hidráulica

• Localização/estabilidade

geológica

• Operação, controle,

monitorização

• Composição singás (mole %):

• H2 20-30

• CO2 20-40

• CO 10-20

• CH4 5-12

• H2O 15-30

• H2S 0.1-1

• NH3 0.1-1

49

Exemplo 3 – Pós-Uso de Madeira Tratada como Sorbente

Proposal for

Post Use Railway Ties and Utility Poles

as Sorbent Material

Presented to

Alberta Environment and Sustainable Resource Development

Prepared for

On-Track Railway Operations Ltd. and Natural Resource Recovery Group Inc.

by Tony Fernandes, P. Eng. Edmonton, Alberta, Canada – June 2013

50

Como o petróleo é extraído da areia

Vídeo mostrando como o betume é separado da areia

betuminosa

• http://www.businessinsider.com/canadian-oil-sands-

flyover-2012-5?op=1

Fotos com legendas:

• http://www.flickr.com/photos/78047884@N07/sets/721576

29988382829/

51

Efluentes do processamento de areias betuminosas (Tailings Ponds) - Referências

Extracção e processamento de areias betuminosas (48 m)

http://www.youtube.com/watch?v=RNVXlxMaPNM

Impactos

http://www.youtube.com/watch?v=61X4IQqnmd0 – Part 1

http://www.youtube.com/watch?v=cVgVIK3K6Zg – Part 2

Government position

http://www.youtube.com/watch?v=UGx5_2IYZ4Y

The Suncor site and tailings ponds at Ft.McMurray. Photograph by: Bruce Edwards , edmontonjournal.com

52

Referências • http://marcellus-wv.com/impacts/fracking

• http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2013/12/bio-energy-forest-plantations-for-the-southeastern-united-states (hard wood in the USA)

• India’s coal mines: http://www.businessinsider.com/photos-indias-illegal-coal-mines-2012-10

• http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/contaminants/norm-mrn/index-eng.php

• http://ucgconsulting.com/index.html

• http://www.globalwaterintel.com/archive/13/6/market-profile/energy-water-money-nexus.html

• Canadian Guidelines for the Management of Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM), HC 2000. http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/contaminants/norm-mrn/index-eng.php

• http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/contaminants/norm-mrn/index-eng.php

• http://www.youtube.com/watch?v=eGOBm2J4tn0 (George Carlin)

• http://www.youtube.com/watch?v=OqQMJra20MQ (George Carlin with Portuguese subtitles)

•

53

Recuperação de solos pobres – Prof. Eng. Tiago Domingues 54

Perguntas...

e… respostas

Contact email: toluisfernandes@gmail.com

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