Combustíveis Fósseis
Definição
Os combustíveis fósseis são substâncias de origem mineral, formados pelos compostos de carbono. São originados pela decomposição de resíduos orgânicos. Porém, este processo leva milhões de anos. Logo, são considerados recursos naturais não renováveis. São os mais usados no mundo para gerar energia elétrica e movimentar veículos.
Formação dos combustíveis fósseis
Ciclo do Carbono
O Carbono (C) é o quarto elemento mais abundante no Universo, depois do Hidrogênio (H),Hélio (He) e o Oxigênio (O), e é o pilar da vida como a conhecemos.
Existem basicamente duas formas de carbono, uma orgânica, presente nos organismos vivos e mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas rochas.
No planeta Terra o carbono circula através dos oceanos, da atmosfera, da terra e do seu interior, num grande ciclo biogeoquímico. Este ciclo pode ser dividido em dois tipos: o ciclo "lento" ou geológico, e o ciclo "rápido" ou biológico.
Ciclo Geológico
Este ciclo, que opera a uma escala de milhões de anos é integrado a própria estrutura do planeta e iniciou-se há cerca de 4,55 bilhões de anos, quando na formação do Sistema Solar e da Terra, tendo origem nos planetesimais (pequenos corpos que se formaram a partir da nebulosa solar) e nos meteoritos portadores de carbono que colidiram com a Terra. Nesse sentido, mais de 99% do carbono terrestre está contido na litosfera, sendo a maioria carbono inorgânico, armazenado em rochas sedimentares como as rochas calcárias. O carbono orgânico contido na litosfera está armazenado em depósitos de combustíveis fósseis.
Numa escala geológica, existe um ciclo entre a crosta terrestre (litosfera), os oceanos (hidrosfera) e a atmosfera. O Dióxido de Carbono (CO2) da atmosfera, combinado com a água, forma o ácido carbônico, o qual reage lentamente com o cálcio e com o magnésio da crosta terrestre, formando carbonatos. Através dos processos de erosão (chuva), estes carbonatos são arrastados para os oceanos, onde se acumulam no seu leito em camadas, ou são assimilados por organismos marinhos que eventualmente, depois de morrerem, também se depositam no fundo do mar. Estes sedimentos vão-se acumulando ao longo de milhares de anos, formando rochas sedimentares como as rochas calcárias.
O ciclo continua quando as rochas sedimentares do leito marinho são arrastadas para o manto da Terra, por um processo de subducção (processo pelo qual uma placa tectónica descende por baixo de outra). Desta forma, as rochas sedimentares são sujeitas a grandes pressões e temperaturas debaixo da superfície da Terra, derretendo e reagindo com outros minerais, libertando CO2. O manto terrestre participa deste ciclo.[1] O CO2 é devolvido a atmosfera através das erupções vulcânicas e outros tipos de atividades vulcânicas, completando-se assim o ciclo.
Os balanços entre os diversos processos do ciclo do carbono geológico controlaram a concentração de CO2 presente na atmosfera ao longo de centenas de milhares de anos. Os mais antigos sedimentos geológicos, datados de épocas anteriores ao desenvolvimento da vida na Terra, apontam para concentrações de CO2 atmosférico 100 vezes superiores aos atuais, proporcionando um forte efeito de estufa. Por outro lado, medições dos núcleos de gelo retirados na Antártida e na Groenlândia, permitem estimar as concentrações do CO2 que, durante a última era glacial, eram cerca de metade das atuais (em 2005: 379,1 ppmv de CO2).
Para o carbono orgânico, com origem na matéria orgânica incompletamente decomposta na ausência de oxigênio, a qual deu origem ao carvão, petróleo e gás natural, qualquer troca significativa entre os diversos depósitos efetua-se também a uma escala geológica. Isto foi correto até cerca de 200 anos atrás, com o início da Revolução Industrial e a exploração e utilização (combustão) em grande escala dos combustíveis fósseis, ações que passaram a libertar para a atmosfera o carbono destes reservatórios em forma de CO2.
Ciclo Biológico
O ciclo biológico do Carbono é relativamente rápido: estima-se que a renovação do carbono atmosférico ocorre a cada 20 anos.
Na ausência da influência antropogênica (causada pelo homem), no ciclo biológico existem três reservatórios ou "stocks": terrestre (20.000 Gt), atmosfera (750 Gt), oceanos (40.000 Gt). Este ciclo desempenha um papel importante nos fluxos de carbono entre os diversos stocks, através dos processos da fotossíntese e darespiração.
Através do processo da fotossíntese, as plantas absorvem a energia solar e CO2 da atmosfera, produzindo oxigênio e hidratos de carbono (açúcares como aglicose), que servem de base para o crescimento das plantas. Os animais e as plantas utilizam os hidratos de carbono pelo processo de respiração, utilizando aenergia contida nos hidratos de carbono e emitindo CO2. Juntamente com a decomposição orgânica (forma de respiração das bactérias e fungos), a respiração devolve o carbono, biologicamente fixado nos stocks terrestres (nos tecidos da biota, na camada de solo e na turfa), para a atmosfera.
As equações químicas que regem estes dois processos são:
Fotossíntese
6CO2 + 6H2O + energía (luz solar) → C6H12O6 + 6O2
Respiração
C6H12O6 (matéria orgânica) + 6O2 → 6CO2 + 6 H2O + energia
É possível verificar que a maior troca entre o stock terrestre e stock atmosférico resulta dos processos da fotossíntese e da respiração. Nos dias de Primavera e Verão as plantas absorvem a luz solar e o CO2 da atmosfera e, paralelamente, os animais, plantas e micróbios, através da respiração devolvem o CO2. Quando atemperatura ou umidade é muito baixa, por exemplo no Inverno ou em desertos, a fotossíntese e a respiração reduz-se ou cessa, assim como o fluxo de carbono entre a superfície terrestre e a atmosfera. Devido à declinação da Terra e à desigual distribuição de vegetação dos hemisférios, existe uma flutuação ao longo do ano a qual é visível nos diversos gráficos da variação da concentração anual do CO2, como por exemplo na curva de Keeling. Em 1958 o cientista Charles David Keeling (oceanógrafo do Scripps Institute of Oceanography),iniciou uma série de experiências no monte Mauna Loa, Havai, que lhe permitiram medir, com bastante precisão, a concentração de CO2 na atmosfera.
Curva de Keeling: Concentrações de CO2 Atmosférico medidas em Mauna Loa, Havai Mauna Loa Observatory.
Apesar do stock atmosférico de carbono ser o menor dos três (com cerca de 750 Gt de carbono), este stock determina a concentração de CO2 na atmosfera, cuja concentração pode influenciar o clima terrestre. Ainda mais, os fluxos anuais entre o stock atmosférico e os outros dois stocks (oceanos e terrestre) são cerca de um quarto da dimensão do stock atmosférico, o que representa uma grande sensibilidade às mudanças nos fluxos.
Os oceanos representam o maior stock dos três, cinquenta vezes maior que o stock atmosférico. Existem transferências entre estes dois stocks através de processos químicos que estabelecem um equilíbrio entre as camadas superficiais dos oceanos e as concentrações no ar acima da superfície. A quantidade de CO2 que o oceano absorve depende da temperatura do mesmo e da concentração já presente. Temperaturas baixas da superfície do oceano potenciam uma maior absorção do CO2atmosférico, enquanto temperaturas mais altas podem causar a emissão de CO2.
Os fluxos, sem interferências antropogênicas, são aproximadamente equivalentes, variando lentamente, i.e., a uma escala geológica. As diferenças, do ciclo rápido, são também explicadas pelos processos de fotossíntese e respiração: a vida nos oceanos consome grandes quantidades de CO2, no entanto o ciclo entre a fotossíntese e a respiração desenvolve-se muito rapidamente. O fitoplâncton é consumido pelo zooplâncton em apenas alguns dias, e apenas pequenas quantidades de carbono são acumuladas no fundo do mar, quando as conchas do zooplâncton, compostas por carbonato de cálcio (CaCO3), se depositam no fundo, após a sua morte. Depois de um longo período de tempo, este efeito representa uma significativa remoção de carbono da atmosfera.
Outro processo intermediário do ciclo biológico, o qual representa remoção de carbono da atmosfera, ocorre quando a fotossíntese excede a respiração e, lentamente, a matéria orgânica forma depósitos sedimentares que, na ausência de oxigênio e ao longo de milhões de anos, se transformam em combustíveis fósseis.
Os incêndios (naturais) são um outro elemento do ciclo rápido que adicionam CO2 para a atmosfera ao consumir a biomassa e matéria orgânica e ao provocar a morte de plantas que acabam por se decompor e formar também CO2.
Carvão Mineral
O uso dos combustíveis fósseis começou principalmente em meados do século XVIII com o advento da Revolução Industrial. O primeiro combustível fóssil que se tornou a fonte de energia mundial mais importante foi o carvão mineral,também chamado de carvão natural. Nessa época, o calor gerado na sua queima era utilizado na produção de vapor que movimentava máquinas, locomotivas e navios.
O carvão mineral é formado pela fossilização da madeira, que vai perdendo água, dióxido de carbono e metano com o passar do tempo, o que produz uma mistura de substâncias complexas ricas em carbono.
No entanto, havia vários inconvenientes, como a dificuldade no transporte, as cinzas que ficavam como resíduos e, principalmente, o fato de ser altamente poluente porque possui muitas impurezas, entre eles o enxofre. Assim, ao ser queimado, além dos produtos normais oriundos da combustão que falaremos mais adiante e que já geram poluição, o carvão mineral libera também grande quantidade de óxidos de enxofre que reagem com a água da chuva e formam a chuva ácida.
Hoje o carvão corresponde a 6% da oferta de energia primária no Brasil.
Petróleo
O petróleo é, na atualidade, o combustível fóssil de maior aplicação comercial, pois, nas refinarias, ele passa por um processo em que são obtidos os seus derivados, tais como a gasolina — que detém entre todos a maior importância econômica —, o óleo diesel, o querosene e o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo). Para saber mais sobre eles, leia o texto Refino do petróleo.
Além disso, esses derivados também são usados como matéria-prima na produção de plásticos e borrachas tão usados em nossa sociedade.
O petróleo e seus derivados correspondem a 37% da oferta de energia primária no Brasil.
Gás Natural
Um dos derivados do petróleo é o gás natural, outro combustível fóssil que também pode ser encontrado em jazidas, geralmente em associação ao petróleo. Ele é formado basicamente de metano (CH4) e é usado, por exemplo, na geração de calor e de energia em indústrias e em automóveis, sendo menos poluente que o óleo combustível. Seu uso vem crescendo muito e corresponde a cerca de 9% da oferta de energia primária no Brasil.
A sua desvantagem, porém, é seu transporte e estocagem, pois, como ele é um gás, são necessários cilindros e vasos industriais para estocar, além de grandes gasodutos para o transporte que trazem impactos ao meio ambiente.
Todos os combustíveis fósseis são formados por compostos orgânicos que, quando queimados, liberam gás carbônico e água, se a combustão é completa. Isso é um grande problema, pois, desde o século XIX, a concentração de gás carbônico na atmosfera vem aumentando cada vez mais, o que tem intensificado o problema do efeito estufa.
Além disso, a combustão incompleta dos combustíveis fósseis libera o monóxido de carbono, um gás extremamente venenoso que não pode ser lançado na atmosfera.
Assim como foi dito no caso do carvão, os derivados do petróleo também possuem impurezas que são liberadas em sua queima e poluem a atmosfera.
Além da poluição ambiental que causam, os combustíveis fósseis não são renováveis, ou seja, um dia vão esgotar-se. Por isso, há a necessidade e a busca urgentes por alternativas que sejam fontes de energia mais limpas e renováveis, como os biocombustíveis.
Ainda assim, o século XXI ainda terá uma grande participação dos combustíveis fósseis no total da energia consumida no mundo.