Combustíveis fósseis. Petróleo. Gás natural. Carvão

Transcrição

1 Combustíveis fósseis Petróleo Gás natural Carvão Outros (não convencionais): xisto, areias betuminosas

2 Carvão mineral (coal) Carvão mineral (coal): combustível fóssil não renovável carvão vegetal (charcoal) biomassa renovável

3 Combustíveis fósseis Representam quase 90% da matriz energética mundial

4 Origem dos combustíveis fósseis

5 Origem dos combustíveis fósseis As primeiras teorias postulavam que o petróleo tinha origem vulcânica: teria sido formado a partir da polimerização do metano existente no manto e migrado através de falhas

6 Origem dos combustíveis fósseis Hoje se sabe que o petróleo tem origem biogênica: -metano proveniente do manto: composição isotópica diferente -presença de substâncias de origem biológica como as porfirinas (presentes em hemoglobina, citocromos, clorofilas)

7 Origem dos combustíveis fósseis Como diz o nome, são originados a partir de seres vivos que morreram milhões de anos atrás. Os cadáveres destes organismos foram soterrados e submetidos à altas pressões e temperaturas, levando à formação do petróleo, gás ou carvão

8 Origem dos combustíveis fósseis Seres microscópicos (principalmente fitoplâncton marinho) Petróleo e gás natural

9 Origem dos combustíveis fósseis O petróleo e o gás natural tem a mesma origem (são encontrados juntos no mesmo reservatório)

10 Origem dos combustíveis fósseis Plantas superiores (principalmente troncos de árvores) Carvão

11 Origem dos combustíveis fósseis FITOPLÂNCTON MARINHO: - PREDOMINÂNCIA DE: PROTEÍNAS (ATÉ 50%) LIPÍDIOS (ATÉ 25%) -PROPORÇÃO H/C ENTRE 1,7 E 1,9 -DÃO ORIGEM PRINCIPALMENTE A PETRÓLEO E GÁS PLANTAS TERRESTRES: -SÃO CONSTITUÍDAS PRINCIPALMENTE DE CARBOIDRATOS (ALTA PROPORÇÃO DE OXIGÊNIO): 30 A 50% CELULOSE 15 A 25 % LIGNINA -PROPORÇÃO H/C ENTRE 1,3 E 1,5 - DÃO ORIGEM PRINCIPALMENTE A CARVÃO

12 Origem dos combustíveis fósseis A energia armazenada nos combustíveis fósseis originou-se primariamente do sol, e foi fixada por fitoplânctons(e plantas superiores) através da fotossíntese reação que ocorre no sol: fusão do hidrogênio irradiação solar fotossíntese

13 Como o carvão mineral foi formado O carvão foi formado a partir de arvores e outras plantas que morreram a milhões de anos atrás (períodos carbonífero e permiano). Estes sedimentos foram soterrados por terra e rochas em ambientes anaeróbicos, impedindo a oxidação. Esta massa vegetal em decomposição é conhecida como turfa (peat).

14 Como o carvão mineral foi formado A turfa foi submetida a altas pressões e temperaturas, durante milhões de anos, gerando o carvão mineral. É necessário uma camada de dez metros de espessura da turfa para formar uma camada de um metro de espessura de carvão

15 Origem do petróleo Como o petróleo foi formado? Estima-se que as jazidas petrolíferas mais novas têm menos de dois milhões de anos, enquanto as mais antigas estão em reservatórios com cerca de 500 milhões de anos. condições redutoras!!

16 Combustíveis fósseis Condições típicas encontradas em reservatórios de petróleo: P até 200 atm T C

17 Bacias sedimentares

18 Geração do petróleo:60 a 175 o C (oil window)

19 Migração do petróleo: migração primária migração secundária Rocha mãe (argila): impermeável

20 Acumulação de petróleo (formação de reservatórios): rocha selante ou capeadora(impermeável) interrompe a migração ex: argila, sal

21 O carvão não sofre migração! É encontrado no mesmo local onde as árvores tombaram

22 Usos dos combustíveis fósseis

23 Usos do petróleo Primeira fase da era do petróleo ( ): querosene de iluminação (não existiam automóveis) gasolina e diesel eram desprezados!! (muitas vezes jogados em rios)

24 Usos do petróleo Segunda fase da era do petróleo (1911 até os dias de hoje): combustível para transporte (início da indústria automobilística) Gasolina Diesel Querosene de aviação (QAV) Obs: com o advento das redes de distribuição elétrica, o querosene de iluminação deixou de ser necessário

25 Usos do petróleo Gasolina: Automóveis de passeio (motores do ciclo Otto) Diesel: Navios Trens Máquinas industriais QAV: (motores do ciclo Diesel) Combustível de aviões

26 Usos do carvão Revolução industrial (iniciada na Inglaterra) -Transportes (trens e navios) -Máquinas industriais diversas (moinhos, máquinas de costura)

27 Usos do carvão Revolução industrial: máquina a vapor James Watt (1842)

28 Usos do carvão Revolução industrial: máquina a vapor Máquina a vapor original de James Watt (BritishMuseum)

29 Usos do carvão Transportes locomotiva a vapor (maria-fumaça)

30 Usos do carvão locomotiva a vapor (maria-fumaça) Energia química (carvão) Energia térmica (água) Energia mecânica

31 Usos do carvão Navio a vapor

32 Usos do carvão moinho a vapor

33 transformando movimento linear em circular

34 Usos do carvão Atual: a partir de 1910 Geração elétrica - usinas termoelétricas

35 Usos do carvão Atual: a partir de 1910 Geração elétrica - usinas termoelétricas

36 Trabalho de expansão do vapor de água:

37 Ciclo de Rankine

38 os combustíveis fósseis e as mudanças climáticas

39 Antiguidade (até 1840) Combustíveis usados para transporte Revolução industrial ( ) Tempos modernos (1910 -) Tração animal/ ventos Carvão Petróleo

40 Usos do carvão/petróleo Até a 1ª guerra mundial (1910) Após a 1ª guerra mundial transporte carvão (trens e navios a vapor) petróleo (gasolina, diesel) iluminação petróleo (querosene) carvão (eletricidade) 1910

41 Usos do gás natural Versátil! Menos poluente do que o carvão/petróleo! -Uso doméstico Aquecimento de ambientes Fogões / Chuveiros - Industrial Geração elétrica Fornos/caldeiras industriais - Transportes

42 UTILIZAÇÃO DO GÁS NATURAL NO MUNDO 35% 15% 50% consumo doméstico indústria produção de energia elétrica

43 Usos do gás natural Usos domésticos: aquecimento (calefação) Circulação de água quente (aquecida pelo gás)

44 Usos do gás natural Usos domésticos: fogões / chuveiros Obs: gás de rua (diferente do GLP)

45 Gás natural (gás de rua) (metano) gasodutos Gás liquefeito de petróleo (GLP)(propano, butano) - botijão botijões de gás liquefeito do petróleo (GLP)

46 Usos do gás natural Geração elétrica Usina termoelétrica a base de gás natural (ao invés de carvão)

47 Usos do gás natural Transportes: Gás Natural Veicular (GNV )

48 Composição química dos combustíveis fósseis

49 Definição de petróleo: Qualquer ocorrência ou concentração natural de hidrocarbonetos, qualquer que seja o estado físico em que se encontrem Estado gasoso: gás natural Estado líquido: petróleo bruto (crude oil) Estado sólido: betumes e asfaltos

50 Composição Química do Petróleo HIDROCARBONETOS: APENAS CARBONO E HIDROGÊNIO

51 Composição do gás natural: hidrocarbonetos PE = C PE = C PE = C PE = -0,5 0 C gás natural GLP (gás liquefeito do petróleo)

52 Composição química do petróleo - hidrocarbonetos

53 Composição química do carvão: moléculas orgânicas aromáticas polinucleares contendo C, H, N, O, S Exemplo de molécula típica presente no carvão

54 Combustíveis fósseis Razão H/C carvão petróleo gás natural combustível + sujo combustível + limpo

55 transformações dos combustíveis fósseis da natureza ao consumidor final

56 transformações do petróleo do reservatório ao automóvel

57 Prospecção do petróleo Procurando o petróleo: método da reflexão sísmica

58 perfuração Sonda rotatória

59 Produção de petróleo árvore de natal

60 Perfuração offshore árvore de natal no fundo do mar

61 Grande gargalo da indústria do petróleo!! Não é possível extrair todo o petróleo do subsolo com as tecnologias atuais!!! Mais da metade do petróleo é abandonado no subsolo ao final da vida útil de um reservatório!!!

62 Transporte de petróleo O petróleo é sempre transportado do local de produção para as refinarias (ninguém compra petróleo bruto) - navios petroleiros (overseas) - oleodutos (continente)

63 Transporte de petróleo navios petroleiros

64 Transporte de petróleo oleodutos

65 refino de petróleo refinaria

66 O refino de petróleo consiste em separar as suas frações e processá-las, transformando-o em produtos de maior valor agregado combustíveis (gasolina, diesel, QAV, etc...) -90% mundo petróleo bruto REFINARIA não combustíveis (lubrificantes, asfalto, etc...) insumos petroquímicos (etileno, benzeno, etc...) QAV = querosene de aviação

67 destilação do petróleo

68 Craqueamento Quebra de moléculas grandes de HC em moléculas menores CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 hexadecano (C 16 H 34 ) 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 octano (C 8 H 18 ) Obs: consumo de H 2

69 Distribuição dos derivados de petróleo (gasolina, diesel) Caminhão-tanque abastecendo um posto Veículo enchendo o tanque

70 GASOLINA motores a combustão O processo de combustão: 2 C 8 H O 2 16 CO H 2 O ou então 2 C 8 H (O 2 + 3,76 N 2 ) 16 CO H 2 O + 94 N 2 razão ar/combustível: ou A/C = 15 g de ar/g combustível (λ= 1)

71 GASOLINA motores a combustão O processo de combustão: funcionamento de um motor Otto 4 tempos Energia química (petróleo) Energia térmica (combustão) Energia mecânica

72 Automóveis: sistema de transmissão Energia mecânica (pistão) Energia mecânica (rodas)

73 diesel x gasolina

74 Motores Otto (gasolina) Motores a combustão baixa eficiência térmica! Motores Diesel eficiência térmica = % eficiência térmica = %

75 Ciclos termodinâmicos

76 biodiesel biodiesel são ésteres de ácidos graxos (ácidos carboxílicos de cadeia longa) os ácidos graxos estão presentes nas gorduras animais e vegetais C O OH ácido hexadecanóico (um ácido graxo)

77 biodiesel: combustível renovável Lei N o /2005 (Lei do Biodiesel) obrigatória a adição de um percentual mínimo de biodiesel ao óleo diesel comercializado em qualquer parte do território nacional porcentual mínimo: 2% (3 anos após a promulgação da lei) porcentual mínimo: 5% (8 anos após a promulgação da lei)

78 Gás natural do reservatório ao consumidor! O gás natural (metano) é uma das poucas fontes de energia entregue ao consumidor na mesma forma em que é encontrado na natureza

79 Transporte de gás natural: O gás é transportado por 2 vias: - Rede de gasodutos 76% - Transporte por navio: Gás Natural Liquefeito - GNL 24% (Liquefied Natural Gas- LNG)

80 navio metaneirotransportando gás natural liquefeito (GNL)

81 Em casa, o consumidor extrai a energia do gás natural através da combustão do metano, para ferver água (chuveiro), cozinhar, etc... Energia química (metano) Energia térmica (combustão)

82 O carvão Da mineração para as termoelétricas

83 Mineração do carvão: veios de carvão mais rasos que petróleo (+ barato) -Mineração de superfície: até 60 m de profundidade - Mineração de sub-solo (mineração profunda): até 350 m de profundidade

84 Mineração de superfície: degradação ambiental

85 Mineração profunda -Os mineiros descem ao sub-solo através de elevadores - Lá em baixo, operam escavadeiras para extrair o carvão -O carvão é levado à superfície em carrinhos ou em cintas rolantes -É a profissão mais perigosa que existe!!

86 Transporte do carvão - para as termoelétricas -O carvão é transportado principalmente por trens -Pode ainda ser transportado por barcas, navios, caminhões e até mesmo por dutos (na forma de slurry pó de carvão suspenso em água) -Os custos do transporte são maiores do que os da mineração, por isto muitas usinas termoelétricas são construídas ao lado das minas