Guião Trabalho Química

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Introdução

Este trabalho foi-nos proposto no âmbito da disciplina de Química e o nosso tema são os combustíveis fósseis como o carvão, o crude e o gás natural.

Iremos começar por explicar o papel dos combustíveis fósseis na nossa sociedade e no desenvolvimento mundial em termos históricos. De seguida, iremos explicar o que são os combustíveis fosseis e dar a conhecer os diferentes tipos, a sua formação, extração e transporte, as suas vantagens e desvantagens e o impacto que eles têm no ambiente, referindo também alguns problemas políticos, económicos e socias.

Como sabemos, o Homem precisa de recursos, como os energéticos, que podem ser renováveis ou não renováveis. Dos não renováveis, temos a energia nuclear e os combustíveis fósseis, como já dissemos, hoje vamos apenas abordar os últimos.

Combustíveis Fósseis

Um combustível fóssil é uma substância de origem mineral. Tem como constituintes diversos compostos de carbono. Os combustíveis fósseis resultam da decomposição de matéria orgânica em condições de elevadas pressões e temperaturas, sendo que o processo de formação prolonga-se por muitos anos, razões pelas quais são considerados recursos não renováveis.

Tipos de combustíveis fosseis:

O carvão mineral, os derivados do petróleo (tais como a gasolina, óleo diesel, óleo combustível, o GPL - ou gás de cozinha -, entre outros) e ainda, o gás natural, são os combustíveis fósseis mais utilizados e mais conhecidos. Faremos de seguida uma explicação pormenorizada de cada um destes

História dos combustíveis fósseis

No início do Período Carbonífero da Era Paleozóica (há mais ou menos 350 milhões de anos atrás) a Terra estava coberta por florestas densas, pântanos, rios e uma vegetação luxuriante; mas, aos poucos e poucos, a sua degradação promoveu a formação do carvão – como mais à frente explicaremos.

O carvão é considerado o primeiro combustível fóssil, sendo que a sua utilização teve dois marcos de grande importância: no século XVIII (devido ao fabrico do coque metalúrgico - é um material sólido com diversas granulometrias, que é obtido a partir da destilação de carvões minerais a altas temperaturas e na ausência de oxigénio) e no século XIX (graças à utilização deste como combustível para gás de iluminação, para a navegação a vapor e para a produção de eletricidade).


Desta forma, o carvão foi considerado o combustível fóssil mais utilizado desde a Revolução Industrial até ao rebentar da Segunda Guerra Mundial, onde o petróleo tomou o seu lugar. Ou seja, o carvão teve o seu auge na Revolução Industrial e o petróleo “substituiu-o” na 2ª Guerra Mundial

Foi graças a Edwin L. Drake que se realizou a primeira perfuração, encontrando-se o “ouro negro” no século XIX. Pelo facto do petróleo líquido ser mais fácil de transportar e possuir um maior poder de combustão, este combustível fóssil criou na Humanidade uma dependência marcante até aos dias de hoje.

O seu desenvolvimento promoveu a origem da Indústria Petroquímica, que teve um papel importante na criação de inovações que no nosso quotidiano se revelam indispensáveis, são elas a criação dos plásticos, medicamentos, fibras sintéticas, fertilizantes, pesticidas, cosméticos, materiais de construção, etc.


Em síntese, a exploração e a utilização do carvão desde o século XVIII só foi superada em meados do século XX pelo petróleo, quando este revolucionou a indústria, os transportes e a produção de energia elétrica. Em 1885, Karl Benz criou o primeiro veículo a motor de gasolina com três rodas apenas; posteriormente, em 1886, Daimler construiu o primeiro carro com quatro rodas , promovendo, assim, um incremento das potencialidades da indústria automóvel.

Assim a eficiência do petróleo como combustível e a facilidade no seu transporte (em comparação com outros combustíveis fósseis) permitiu o desenvolvimento dos transportes e das primeiras centrais termoelétricas, ao permitir a produção de eletricidade através dos combustíveis fósseis.

Carvão:

O carvão mineral é umas das fontes energéticas mais importantes e é formado a partir do soterramento e decomposição de restos de materiais de origem vegetal (por isso é uma rocha biogénica), que nestas condições atingem um enriquecimento do seu teor de carbono, tratando-se assim de uma rocha sedimentar combustível.

É constituído por materiais orgânicos (carbono, hidrogénio, oxigénio, azoto, enxofre) e materiais inorgânicos (argilas, pirites, calcários, óxidos: silício, alumínio).

Formação do carvão

No carvão, verificou-se lentamente, mas progressivamente, a formação de uma camada de material vegetal morto (resultante da queda de folhas e da morte das próprias plantas) que desencadeou um processo de decomposição. Essa camada superficial que se forma pela queda de folhas e plantas mortas antes destas começarem a ser soterradas chama-se manta morta.

Graças à escassez de oxigénio os seres microbacterianos (bactérias anaeróbias) decompuseram a camada orgânica. Isto permitiu que ao longo dos anos, o calor e a pressão iniciassem a transformação daquele material em carvões de teor de carbono crescente e consequentemente com maior potencial energético, segundo um processo designado metamorfismo. O local de formação normalmente são os pântanos, locais húmidos e quentes. É necessário que material vegetal seja coberto ao longo de milhões de anos por grandes quantidades de plantas, lama, areia, água e rocha.

Formação do carvão

Verifica-se facilmente que o aumento da temperatura e da pressão permite o aumento do teor de carbono, aumentando, assim, o poder energético do carvão em causa (quadro - falar e ir

explicando com o quadro). Também à medida que as camadas superiores vão pressionando, o carvão cada vez vai perdendo mais água e a espessura da camada é sempre menor do que o tipo que lhe deu origem. Exemplo: a camada de antracite tem 5% a 10% da espessura da camada da turfa que lhe deu origem.

Exemplificando: a turfa tem um baixo teor em C, o que significa que na combustão vai libertar mais água e por sua vez possuirá um baixo poder energético... A antracite, por sua vez, possui muito C, logo é de difícil combustão, possuindo assim um maior poder energético.

É de realçar que a lenhite ou lignite apresenta um poder energético um pouco desviado do que o que era suposto e isso deve-se ao facto de apresentar um elevado teor de água permitindo assim que o seu poder combustível seja fraco (inferior a todos os outros).

Extração do carvão

Depois da Natureza permitir a produção destes recursos, para que o Homem tire proveito das suas utilizações, é necessário extraí-los; para tal existem diversos processos.

O carvão, por exemplo, é extraído de minas no subsolo (que podem ser minas em forma de sino, minas em galerias ou minas em profundidade) ou minas a céu aberto, num processo designado lavra. Estas minas têm entre 200 m a 1000 m de profundidade ou até mais. Dependendo das diferentes formações geológicas da região, proceder-se-à a diferentes técnicas de extração do carvão. A extração é feita em galerias dispostos horizontalmente, que também servem como vias de transporte. Lavra é o nome dado ao processo de extracção do carvão.

Extração do carvão

A lavra a céu aberto pode ser realizada quando a camada de carvão aflora à superfície, sendo que consiste na remoção da camada superior, com posterior extração do carvão. Por sua vez, a lavra subterrânea pode ser realizada de duas formas distintas, são elas:

Câmaras e pilares – consiste na construção de pilares ao longo da mina de forma a suportar o teto. Quando o teto desaba, encerra-se a extração de carvão e abandona-se a mina.

Longwall – consiste na completa extração mecânica do carvão.

Em conclusão A lavra a céu aberto permite uma maior rentabilidade da extração de carvão, já que todas as camadas são exploradas e cerca de 90% do carvão é recuperado.

Transporte do carvão

O transporte é feito, geralmente em vagões, por via marítima ou através da rede ferroviária. Usa-se o transporte rodoviário (camiões) para distribuições internas dum país.

Reservas de carvão (gráfico - analisar)

Produção energia eléctrica - carvão centrais (explicar esquema)

O carvão é introduzido na câmara de combustão. O calor resultante da combustão do carvão é transferido para a caldeira fazendo vaporizar a água que esta contém.

O vapor gerado na caldeira é aproveitado para acionar a turbina.

Cada turbina está associada a um alternador, transformando a energia cinética em energia elétrica.

O vapor depois de ser expandido das turbinas é posteriormente arrefecido no condensador (sorvedouro).

Petróleo

O petróleo tem na sua origem processos fósseis, sendo composto por hidrocarbonetos, nos quais as frações mais leves formam gases e as mais pesadas óleo cru. É a proporção destes hidrocarbonetos que vai definir o tipo de petróleo:

• petróleo Brent - petróleo produzido na região do Mar do Norte, é o petróleo na sua forma bruta (crú) sem passar pelo sistema de refinação.

• petróleo Light - petróleo leve, sem impurezas, que já passou pelo sistema de refinação.

• petróleo Nafténico - petróleo com grande quantidade de hidrocarbonetos nafténicos (na indústria petroquímica, os cicloalcanos são chamados de hidrocarbonetos nafténicos).

• petróleo Parafínico - petróleo com grande concentração de hidrocarbonetos parafínicos (alcanos)

• petróleo Aromático - com grande concentração de hidrocarbonetos aromáticos (com benzeno)

Reservas de petróleo (explicar gráfico)

Importações e exportações de petróleo (explicar gráfico)

Gás Natural

O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves (metano, etano, propano, butano), hidrocarbonetos mais pesados e também CO2, N2, H2S, água, ácido clorídrico, metanol e outras impurezas. À pressão atmosférica e à temperatura ambiente, surge no estado gasoso. Este gás é inodoro e incolor, não é tóxico e é tão leve que é considerado mais leve que o ar!

Reservas de gás natural (explicar gráfico)

Formação do Petróleo e Gás Natural

A matéria orgânica (restos dos seres vivos) deposita-se em regiões de pobre oxigenação e enriquecidas em azoto (como os oceanos ou os pântanos). Por ação das bactérias presentes nessas regiões, esta matéria é convertida em hidrocarbonetos em ação simultânea com o aumento de pressão e temperatura (que pode chegar aos 350 °C) causados pela acumulação de sedimentos. A formação do gás natural é favorecida pelas temperaturas mais elevadas, visto que estas favorecem a formação de hidrocarbonetos mais leves e o gás natural é constituído essencialmente por metano (CH4).

Formação do Petróleo e Gás Natural

As zonas de formação do gás natural encontra-se mais frequente em zonas de por volta dos 3km de profundidade (normalmente a 150 ºC) Por outro lado, as zonas de formação do petróleo bruto pode-se encontrar-se mais perto da superfície (2km de profundidade) e a uma

temperatura semelhante à do gás natural (cerca de 130ºC) Algo em comum entre eles é o facto de serem fluídos, o que difundirem-se entre rochas até à superfície, até encontrarem uma rocha ou minério impermeável que impeça a sua ascensão, pelo que podem encontrar-se jazidas a algumas dezenas de metros de profundidade como também a milhares de metros de profundidade

Extração do Petróleo e Gás Natural

O petróleo e o gás natural são retirados através de bombas de pressão dos poços petrolíferos onde se encontram armazenados, a extracção é realizada em condições específicas de modo a que haja um equilíbrio das pressões dentro e fora do poço.

O facto da jazida se encontrar em equilíbrio (de pressão) com o exterior impede possíveis danos à capacidade do poço, visto que o fluido de perfuração não será capaz de invadir a jazida de petróleo. Nos dias de hoje, a perfuração de um poço nas rochas (designada onshore) utiliza brocas rotativas na extremidade de uma haste (rotativa e oca) As brocas de sondagem onshore possuem dentes de aço muito duro ou então uma coroa de diamantes industriais, sendo do diâmetro do poço que se pretende abrir e da profundidade a atingir.

Quanto à perfuração offshore (em ambiente marinho), as brocas para exploração são diferentes em função da profundidade que se pretende atingir – como se pode ver na seguinte imagem.

Transporte do Petróleo

O seu transporte é muito mais especializado e complexo, já que as jazidas de petróleo se encontram muitas vezes em áreas distantes dos centros de consumo. Utilizam-se oleodutos, navios petroleiros e camiões-tanque, destacando-se o navio petroleiro como o mais barato. No entanto, o oleoduto é uma técnica que adianta menos problemas ambientais e que transporta fluídos sob pressão ao longo de várias distâncias.

Transporte do Gás Natural

O transporte de gás natural mais habitual é através de gasodutos ou através de barcos, sendo que para o transporte em barcos se efetuar, o gás tem que ser liquefeito, o que vai implicar custos maiores. O transporte do gás natural requer adaptações estruturais do meio de transporte. (imagem barco)

Utilizações do gás natural

Doméstico: confeção de alimentos, em fogões, placas ou fornos; aquecimento de água sanitária, nos esquentadores ou caldeiras; aquecimento ambiente, através dos sistemas de aquecimento central. Lavagem de roupa e louça, em máquinas de lavar pré-térmicas (isto é, que recebem água aquecida diretamente do esquentador ou caldeira)

Terciário: Aplicações idênticas ao setor doméstico. Usuários: Hotéis, Restaurantes, Hospitais, Creches, Lavandarias, Escolas

Indústria: indústria de cerâmica e a fabrico de vidro e cimento, Indústria petroquímica (principalmente para a produção de metanol) e indústria de fertilizantes (para a produção de amónia e ureia)

Transportes: Substituto do gasóleo e da gasolina nos transportes

Vantagens do gás natural

O gás natural é o mais limpo dos combustíveis alternativos. As emissões de escape dos veículos a gás natural são muito inferiores às dos veículos movidos a gasolina. Os veículos a gás natural também emitem quantidades muito mais baixas de gases com efeito de estufa e toxinas, relativamente aos veículos a gasolina.

Explicar gráfico

Papel dos combustíveis fósseis

Durante séculos, as necessidades energéticas da sociedade foram suprimidas pelos animais domésticos, escravos, madeira, vento e água. Com a descoberta e utilização dos combustíveis fósseis surgiram novas fontes de energia, constituindo estes uma das bases da Revolução Industrial responsáveis pela alteração dos padrões económicos e sociais do século XIX.

O Homem controla e usa a energia contida nos combustíveis fósseis de tal forma que transforma as leis que regem a Economia, a Tecnologia e a Humanidade. Relativamente à Economia Global esta é influenciada, pelas bolsas de valores, sempre que há uma variação dos preços do barril de petróleo.


A produção de combustíveis fósseis permite às regiões mais empobrecidas obter uma economia mais estável, embora nem sempre se trate de uma vantagem, visto que o potencial desenvolvimento pode originar conflitos entre as populações e países, no que toca à liderança pelo poder e pelo governo dos recursos. Mas, como já foi referido anteriormente, a localização de jazidas petrolíferas e de gás natural num determinado país promoverá o seu desenvolvimento económico (no que toca aos recursos produzidos no país), político e social (já que a produção e refinação deste recursos alterará a indústria, os transportes, a produção de energia e o modo de vida dos habitantes).


Resumindo: Não negamos que os combustíveis fósseis tragam benefícios à Economia de uma nação e à própria Sociedade que deles vão usufruir; no entanto, o seu valor permite que os humanos se revoltem uns contra os outros para obter a liderança da sua gestão... Assim, temos automóveis, medicamentos, plásticos e muitos outros bens materiais graças aos combustíveis fósseis, mas também temos conflitos, guerras e problemas ambientais a decorrer em todos os cantos deste Mundo graças à dependência do Homem sobre estes recursos não renováveis.

Principais fontes de energia consumidas

analisar gráfico: 85% das fontes de energia são combustíveis fósseis

Reservas dos combustíveis fósseis (explicar gráficos)

Realçamos o facto de grande parte das reservas se encontrarem na Rússia, no continente Africano e no Médio Oriente – locais que frequentemente passam por problemas económicos ou que gradualmente vivem mais e mais conflitos sociais. –guerras

Utilizações dos combustíveis fósseis (explicar gráficos: transportes - petróleo, industria - gas natural e carvao)

Importância dos combustíveis fósseis

Impactos - Extração

Alterações climáticas - A extração de carvão, petróleo e gás natural, pela natureza dos processos, origina fugas de metano e de outros compostos orgânicos voláteis (COV’s) para a atmosfera, contribuindo deste modo para o efeito de estufa e consequentemente a alterações climatéricas.

Poluição Atmosférica local - Especialmente no caso da extração de carvão, em minas a céu aberto, há uma elevada produção de poeiras, que degradam a qualidade do ar no local, contribuindo para a poluição local


Degradação dos solos - Na zona envolvente à extração, de petróleo ou de carvão, devido sobretudo aos derrames e resíduos produzidos, há uma degradação do solo.

Degradação de Zonas Costeiras e Ecossistemas Marinhos - No caso do petróleo e gás natural em plataformas marítimas há uma degradação do ecossistema marinho local, não só pela existência de uma estrutura artificial no ambiente natural, mas também pelos resíduos produzidos durante a perfuração, que se acumulam no fundo, provocando contaminação dos ecossistemas podendo originar problemas de bioacumulação nos organismos vivos


Depleção de Recursos Abióticos - Os combustíveis fósseis são recursos abióticos não renováveis na escala de tempo normalmente associada às atividades humanas, pelo que a sua utilização implica sempre uma depleção das reservas existentes.

Acidentes Graves - Nas atividades de extração há perigo de explosão e de incêndio inerente à presença de combustíveis.

Intrusão Visual - As infra-estruturas necessárias para a extração dos combustíveis, são elementos estranhos à paisagem natural, provocando impactos visuais.

Ruído - O ruído elevado, devido às perfurações e explosões inerentes ao processo de extração.

Impactos - Transporte

Alterações Climáticas - Podem haver fugas no transporte de gás natural nos gasodutos. Assim, há uma libertação direta de metano para a atmosfera que contribui para o efeito de estufa. O transporte marítimo de combustíveis também produz emissões de GEE’s (gases com efeito de estufa), contribuindo assim para as alterações climatéricas.

Poluição Atmosférica Local - O transporte do carvão pode originar a produção de poeiras no caso de ser efetuado sem cobertura, como sucede por vezes no transporte ferroviário.


Perda de Biodiversidade - A implantação de gasodutos e oleodutos implica a desflorestação das zonas envolventes, havendo danos diretos na flora e interferências com a fauna local. A existência deste tipo de estruturas lineares poderá ainda originar uma fragmentação de habitats e efeito de barreira para certo tipo de espécies animais.


Degradação de Zonas Costeiras e Ecossistemas Marinhos - Derrames acidentais de crude nos petroleiros, que originam graves danos ecológicos. Poderá também existir uma degradação dos ecossistemas marinhos resultante da poluição provocada pela lavagem dos porões e descarga dos tanques de lastro, dos petroleiros e dos navios de transporte de carvão.

Acidentes Graves - Durante a fase de transporte há o risco de rotura dos oleodutos e gasodutos, com efeitos de elevada gravidade potencial.

Impactos - Refinação

A refinação do petróleo é um processo que tira partido dos diferentes pesos, volatilidades e temperaturas de ebulição dos hidrocarbonetos para os separar, dando origem a produtos intermédios e finais.

A fase de refinação só é necessária no caso das centrais termoeléctricas que utilizam como combustível um derivado do petróleo. Os principais impactos ambientais associados à refinação estão associados à emissão de poluentes atmosféricos.

Impactos - Operação

Gases resultantes da queima de combustíveis fósseis: óxidos de enxofre (SOx,SO2), óxidos de azoto (NOx, NO e NO2), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), monóxido de carbono (CO) e partículas (entre eles o chumbo Pb)

Alterações Climáticas - O aumento da emissão de gases como CO2, SOx, NOx, CH4 (GEE’S) tem vindo a acentuar o "Efeito de Estufa" com o consequente e indesejável aumento da temperatura na troposfera.


Consequências: modificações ao nível do regime das precipitações e no ciclo natural da água; aumento do nível dos oceanos; disponibilidade de recursos hídricos; aumento da frequência e intensidade dos fenómenos extremos (secas prolongadas, vagas de calor, inundações e tempestades); alterações na localização e na estrutura dos ecossistemas; extinção de espécies; alastramento de algumas doenças típicas das regiões tropicais…


Acidificação - óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de azoto (NOx) na reação com os componentes do ar (combustão), formando novos poluentes, o ácido sulfúrico (H2SO4), nítrico (HNO3) e outros compostos orgânicos voláteis (COV’S) responsáveis pelas chuvas ácidas.

Consequências: destruição de florestas, por ação direta sobre as plantas ou indireta pela acidificação do solo; desequilíbrios nos ecossistemas aquáticos provocados pela morte de peixes, aumento da concentração de alumínio e formação de metilmercúrio; aumento da frequência e gravidade de doenças respiratórias em seres humanos, como a bronquite e a asma; libertação de metais pesados, como cobre e chumbo, das canalizações para a água de consumo público;


Ozono troposférico - A emissão de NOx dá origem ao ozono troposférico que é extremamente prejudicial para a saúde humana e responsável pela ocorrência do nevoeiro fotoquímico.

Resíduos Sólidos e Perigosos - A queima do carvão e do petróleo origina a produção de resíduos sólidos contaminados com metais pesados. Alguns destes resíduos ficam depositados sob a forma de cinzas. Outros são libertados para a atmosfera sob a forma de partículas.

Acidentes Graves - No caso das centrais termoelétricas há sempre o perigo de explosão e de incêndio associado ao armazenamento do combustível.

Caminho da Sustentabilidade - Prioridades da política energética da União Europeia

Face a todos os impactos negativos dos combustíveis fósseis, a União Europeia estabeleceu algumas prioridades da política energética: Melhorar a segurança do abastecimento de energia. Integrar as preocupações ambientais e de desenvolvimento sustentável nas políticas europeias. Encontrar soluções para o problema da dependência energética. Formular uma política consistente para a área dos transportes. Aceleração da liberalização e da harmonização dos mercados. Promoção da eficiência energética, principalmente nos edifícios. Promoção de fontes de energia renováveis.

Conclusão

Formam-se a partir da decomposição de sedimentos orgânicos e vegetais associada a processos geológicos durante milhões de anos.

Principais fontes primárias de energia consumidas mundialmente ( >80%)

Consumo setorial destes combustíveis é mais evidente no domínio da indústria (carvão (77%) e gás natural (44%)) e transportes (petróleo (55%))

A distribuição das reservas não é uniforme (Petróleo - Médio Oriente; Carvão – Europa e Ásia; Gás Natural – Europa, Ásia e Médio Oriente)

Conclusão

As suas aplicações são extensas: produção de energia elétrica nas centrais termoeléctricas (Carvão, Petróleo, Gás Natural), produtos petrolíferos (gasóleo, gasolina, propano, butano, fuelóleo etc..) e outros produtos (plásticos, asfalto, fibras têxteis etc..) (Petróleo), combustível para fornecimento de calor, matéria-prima nas indústrias metalomecânica e fundição, química, petroquímica, têxtil e panificação. Transportes, como substituto do gasóleo e gasolina. (Gás Natural).

Os impactos ambientais verificam-se em todas as etapas: extração; transporte e operação e podem ser Alterações climatéricas, Acidificação, Poluição atmosférica local, Ozono troposférico, Poluição de águas superficiais e subterrâneas, Degradação do solo, Degradação de zonas costeiras e ecossistemas marinhos, Depleção de recursos abióticos, Resíduos sólidos e perigosos, Saúde Humana, Acidentes graves e Ruído

Curiosidades

Crude: O dia do Petróleo é comemorado a 29 de Setembro.

Carvão: A produção de carvão em todo o Mundo cresceu 65% nos últimos 25 anos.

Petróleo: A história da utilização do petróleo (outrora conhecido por nomes tão diversos como betume, azeite, asfalto, lama, múmia ou óleo de rocha) vem de épocas muito remotas: Quando aflorava naturalmente à superfície, no Egito, era utilizado na iluminação noturna, na impermeabilização das casas, na construção das pirâmides e até no embalsamento das múmias.

Gás natural: Estima-se que as reservas mundiais de gás natural possam durar cerca de 70 anos, mantendo-se os níveis de produção atuais. Se continuarmos a gastar e a produzir gás natural como nos dias de hoje o fazemos – daqui a 70 anos já não haverá gás.

Petróleo: Estima-se que as reservas mundiais de petróleo possam durar cerca de 40 anos, mantendo-se os níveis de produção atuais.

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