Combustíveis fósseis

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1 Combustíveis fósseis Prof. : Drielle Caroline Situando-se ao assunto Um combustível fóssil é aquele originado de complexas transformações sofridas por organismos que viveram há milhões de anos. Exemplos são o petróleo, o gás natural e o carvão mineral. Os combustíveis fósseis são fontes não renováveis de energia. Como uma importante decorrência da queima desses combustíveis, foi detectada nas últimas décadas uma elevação da concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera de nosso planeta. Isso tem gerado considerável discussão sobre a intensificação do chamado efeito estufa, que poderia conduzir a um aquecimento do planeta e a consequências climáticas em escala global. Mas petróleo e carvão mineral não são apenas combustíveis. São também importantes fontes de matérias-primas orgânicas, utilizadas em escala industrial para a obtenção dos mais variados produtos destinados a outras indústrias e, principalmente, ao consumidor final. O aumento da produção de bens de consumo implica o aumento da produção de lixo, que, por sua vez, amplifica os problemas ligados ao seu descarte: mau cheiro, propagação de doenças e falta de espaço. Petróleo A palavra petróleo provém da reunião de duas palavras latinas, petra + oleum, que significam óleo de pedra. Esse nome se justifica em razão de que esse material, que aflorava espontaneamente do subsolo, era recolhido de certas formações rochosas. O petróleo é encontrado em depósitos subterrâneos tanto dos continentes quanto dos oceanos. É um líquido escuro, viscoso e insolúvel em água, formado pela decomposição de antigos organismos animais e vegetais e rico em hidrocarbonetos (predominantemente alcanos). Figura 1- Petróleo, Golfo do México, Fonte: Química no cotidiano volume 3

2 Dependendo da porcentagem das frações que o constituem, o petróleo pode ser classificado em diferentes categorias: Parafínico: constituído predominantemente por até 90% de alcanos; Asfáltico: constituído predominante de hidrocarbonetos de massa molecular elevada (acima de 26 carbonos); Naftênico: apresenta 15 a 20% de ciclanos; Aromático: com 25 a 30% de compostos aromáticos. O petróleo é retirado do subsolo por meio de perfurações, pelas quais, de início, jorra espontaneamente, em consequência da grande pressão interna dos depósitos. Porém, à medida que a extração prossegue, torna-se necessário o bombeamento. Esse material obtido na extração contém diferentes tipos de impurezas, por isso recebe o nome de petróleo bruto. Para separar as impurezas do petróleo bruto, deve-se submetê-lo a vários processos de purificação: decantação para separar a água salgada, no caso das extrações marinhas e filtração para separar as partículas sólidas. Desses processamentos obtêm-se o petróleo cru. O próximo passo é aplicar a destilação fracionada, que separa as diferentes frações componentes do petróleo cru. Veja o esquema abaixo: Figura 2 Esquema de uma torre de fracionamento numa destilaria de petróleo, para ser submetido à destilação fracionada, o petróleo cru é introduzido no estágio inferior da torre, onde a temperatura é mais alta, e suas diferentes frações vão se vaporizando, para serem recolhidas nos estágios superiores, as frações mais leves (com massa molecular mais baixa) são obtidas no topo da coluna, uma vez que quanto menor for a massa molecular, menor será o ponto de ebulição. Fonte: Química orgânica volume 3

3 Algumas aplicações das frações do petróleo: Gás natural (metano): combustível; Gás engarrafado ou GLP (propano + butano): combustível; Éter de petróleo: lavagem a seco, solvente orgânico; Benzina: solvente orgânico; Nafta: indústria petroquímica; Gasolina: combustível para motores; Querosene: combustível doméstico e de avião; Óleo diesel: combustível para motores; Óleo lubrificante: máquinas e motores; Parafina: fabricação de velas, impermeabilizante e indústria alimentícia; Vaselina: pomadas, cosméticos e lubrificantes; Asfalto e piche: pavimento e vedação. Produtos da indústria petroquímica Alguns exemplos de métodos de produção de importantes substâncias, muitas delas presentes em nosso cotidiano, aparecem na relação a seguir: TNT, detergentes, cloro-etano a partir de eteno, etanol a partir de eteno, produtos variados a partir do acetileno, anilina a partir do benzeno, polímeros de adição, borrachas sintéticas, polímeros de condensação. Gasolina A gasolina é uma mistura de vários hidrocarbonetos (6 a 12 carbonos). Em motores a combustão, uma faísca elétrica, fornecida pela vela, faz explodir uma mistura de gasolina vaporizada na forma de spray e ar comprimido num cilindro. Dessa reação química, expandem gases que movimentam os pistões, responsáveis pelo movimento transmitido às rodas do veículo. Para medir a qualidade da gasolina, utiliza-se o chamado índice de octanagem. Este índice é uma grandeza que mede a resistência da mistura gasolina + ar à detonação espontânea quando submetida a compressão, baseando-se, para isso, em dois componentes da gasolina: o normal-heptano (heptano) e o isoctano (2,2,4-trimetilpentano).

4 Como o n-heptano resiste menos à detonação espontânea pela compressão, foi-lhe atribuído o valor 100. A cada diferente mistura desses dois compostos, podemos atribuir um índice de octanagem obtido dos valores mencionados: Fonte: Química orgânica volume 3 Portanto, determinamos a qualidade da gasolina, comparando a resistência à detonação espontânea pela compressão da mistura gasolina + ar com a resistência à detonação espontânea pela compressão da mistura de normal-heptano com isoctano. Se a mistura gasolina + ar suportar, por exemplo, uma compressão equivalente a uma mistura de 20% de normalheptano e 80% de isoctano, dizemos que a gasolina apresenta octanagem de 80%. O petróleo no mundo Embora jazidas de petróleo sejam encontradas em todos os continentes, a distribuição é desigual no mundo. Das reservas conhecidas atualmente, estimadas em mais de mil bilhões de barris, as mais expressivas estão localizadas no Oriente Médio, onde se concentra mais da metade do total de barris (veja a figura a abaixo). Figura 3 - Distribuição das reservas mundiais de petróleo. Os números apresentados correspondem a bilhões de barris. Note que o Oriente Médio detém 60% das reservas totais.

5 Fonte: Química no cotidiano volume 3 Carvão mineral O carvão mineral é o mais abundante combustível fóssil existente na natureza. Extensas reservas são encontradas em diversas regiões do planeta e, pelo menos, cinquenta países possuem e exploram minas de carvão. Ele é utilizado como fonte de energia desde a Antiguidade, e seu comércio existe desde o Império Romano. Sua grande disponibilidade foi uma das condições para o início da Revolução Industrial no século XIX e, atualmente, é responsável por cerca de 40% da energia elétrica gerada no mundo. Além de fonte de energia, a produção de ferro e aço também depende do uso do carvão, pois é o principal redutor utilizado nas indústrias siderúrgicas. A partir de 1960, o petróleo substituiu o carvão mineral como principal recurso energético mundial. O carvão mineral é um material rico em carbono, formado principalmente da decomposição de organismos vegetais superiores, nãomarinhos, com grande quantidade de celulose. A imagem a seguir representa o carvão mineral.

6 Fonte: Química no cotidiano volume 3 Dependendo do teor de carbono, os carvões minerais podem ser classificados em: Turfa, com até 60% de carbono; Linhito, com até 70% de carbono; Hulha, com até 80% de carbono. A tabela 1 mostra que os diferentes tipos de carvão liberam diferentes quantidades de calor na combustão, o que é uma consequência direta de seus diferentes teores de carbono. Todos eles liberam maior quantidade de energia que a madeira, o que reflete o fato de terem maior teor de carbono que ela. Tabela 1 Dados sobre a madeira e variedades de carvão mineral Fonte: Química no cotidiano volume 3 O carvão mineral teve seu uso como combustível muito difundido no século XVIII em substituição à lenha. Ele teve um papel significativo na história da humanidade como o principal combustível utilizado nas máquinas a vapor durante a Revolução Industrial no século XIX. Com o advento do petróleo e seus derivados, que passaram a ser largamente empregados no século XX, o uso do carvão mineral como combustível declinou. Ele é mais difícil de manipular que o petróleo e sua

7 queima polui significativamente o ar com dióxido de enxofre (SO2), resultado da combustão do enxofre nele presente. Além disso, a exploração das jazidas envolve consideráveis riscos aos operários (desabamentos e doenças pulmonares são os principais) e também um certo impacto sobre o meio ambiente. Em minas de carvão também é comum ocorrer desprendimento de metano (combustível), que, juntamente com o O2 do ar, forma uma mistura altamente explosiva chamada de grisu. Basta uma faísca para provocar a explosão (combustão violenta). Seu aproveitamento industrial é feito por meio da destilação seca, destilação destrutiva ou pirólise, que consiste em aquecimento (de 600 C a C) na ausência de oxigênio. Formam-se substâncias líquidas e gasosas, que são desprendidas, e resta um resíduo sólido rico em carbono: Gases A mistura gasosa obtida é aproveitada como combustível. Constituise essencialmente de H2, CH4, CO, CO2, C2H6, NH3 e H2S. Líquidos Os compostos líquidos obtidos podem ser divididos em dois grupos: as águas amoniacais e o alcatrão. O nome águas amoniacais é dado a uma mistura de substâncias contendo nitrogênio usada, por exemplo, na fabricação de fertilizantes. E o alcatrão é uma mistura de substâncias aromáticas, de grande utilidade como matéria--prima nas indústrias químicas. Trata-se de um líquido oleoso e escuro formado por inúmeros compostos aromáticos. Sólido O resíduo sólido contém altíssimo teor de carbono. É chamado de coque e é aplicado principalmente no processo de obtenção de ferro nas indústrias siderúrgicas. Por razões técnicas, entre os tipos de carvão mineral citados, apenas a hulha se presta à obtenção de coque. Hulha A hulha, também chamada de carvão de pedra, é uma mistura de vários compostos orgânicos e inorgânicos. Para destilar a hulha, deve-se aquecê-la a uma temperatura elevada (cerca de C) em retortas de ferro, ao abrigo do ar. Dela obtêm-se as seguintes frações: gás de hulha, águas amoniacais, alcatrão da hulha e carvão coque. O gás de hulha ou fração gasosa, rico em CH4, H2 e CO, é utilizado como gás de rua ou gás de iluminação. As águas amoniacais, ricas em compostos nitrogenados, são empregadas na fabricação de adubos. O alcatrão da hulha é rico em principais frações obtidas na destilação fracionada do alcatrão da hulha ( e seus principais componentes são) são: Óleo leve (até 160 C), exemplos: benzeno e tolueno; Óleo médio (de 160 C a 230 C), exemplos: fenol, piridina e naftaleno; Óleo pesado (de 230 C a 270 C), exemplos: anilina, cresóis e naftóis;

8 Óleo verde ou antraceno (de 270 C a 360 C), exemplos: antraceno, fenantreno; Resíduo: composto principalmente de coque e piche. O carvão mineral no mundo O carvão mineral é o combustível fóssil mais abundante na Terra, sendo encontrado fundamentalmente no Hemisfério Norte, conforme mostra o esquema a seguir. As maiores jazidas estão presentes nos Estados Unidos, na Rússia e na China. Esses três países são responsáveis, em conjunto, por cerca de 60% da extração mundial desse recurso natural. As jazidas de carvão no planeta são tão abundantes que há estimativas de que, se o consumo anual se mantivesse constante, elas poderiam durar várias centenas de anos. Figura 4 - Reservas mundiais de carvão mineral, em bilhões de toneladas. Fonte: Química no cotidiano volume 3 Em foco... Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e câncer Na segunda metade do século XVIII, Percival Pott, um médico que vivia em Londres, constatou que os meninos que limpavam chaminés tinham uma propensão maior que o normal para adquirir câncer nos testículos. Em 1922, foi verificado que extratos orgânicos encontrados na fuligem são cancerígenos em animais de laboratório. No início da década de 1930 foi isolada e caracterizada uma substância presente no carvão e, sabe-se atualmente, também na fuligem das chaminés denominada benzopireno. Estudos revelaram que esse hidrocarboneto é um forte agente cancerígeno

9 em animais. Esfregado na pele de ratos de laboratório, desencadeava neles câncer de pele. Fonte: Química no cotidiano volume 3 O benzopireno faz parte do grupo de compostos conhecidos como hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. Trata-se de um tipo de substância reconhecido pelos cientistas como perigoso à saúde, graças a seu potencial cancerígeno. Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados são produzidos, por exemplo, nas queimadas em florestas, nas erupções vulcânicas e na queima de combustíveis fósseis. Estão também presentes no carvão mineral e sobretudo no alcatrão dele proveniente. A alta incidência de câncer entre os trabalhadores das minas de carvão e das indústrias que processam o alcatrão se deve à sua exposição prolongada a esses agentes cancerígenos. A fumaça dos cigarros contém várias substâncias aromáticas, que compõem o chamado alcatrão do cigarro. Muitas são formadas durante a queima do fumo. Entre elas, encontram-se o benzopireno e outros hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. Essa é uma razão pela qual os fumantes estão muito mais sujeitos ao câncer de pulmão do que os não fumantes. Os homens da mina Trabalham na extração do carvão, em galerias de 300 metros (m) de profundidade, em uma mina explorada pelo sistema tradicional de câmaras e pilares, com transporte mecânico. Caminham encurvados por galerias estreitas e baixas, onde estão permanentemente expostos à grande concentração de cinza e carvão, calor, ruído e escuridão, sob ameaça de desabamentos e incêndios. São mineiros de subsolo, o que, segundo eles mesmos, significa conviver cotidianamente com o perigo, a certeza da doença, o espectro da morte. Dessa lida insalubre, arriscada e insípida, fica-lhes, como saldo, a atrofia precoce e alarmante das forças necessárias ao trabalho e à vida. Estamos em Charqueadas, município do Rio Grande do Sul. Aqui se encontra uma das três minas de subsolo que se somam às de céu aberto neste estado, que concentra 90% das reservas de carvão energético do país. As condições de vida e de trabalho são bastante expressivas daquelas de toda

10 uma comunidade ocupacional: a dos mineiros de carvão, especialmente os de subsolo. Esses trabalhadores vivem em um mundo próprio, moldado pela esfera do trabalho- o mundo dos mineiros de carvão. É pela referência ao valor trabalho e à categoria mineiro (como símbolo de status) que se constrói a identidade social desse grupo. Por isso, privilegiamos a análise da natureza e da organização do seu trabalho a partir do modo como o representam. Superfície e subsolo são os dois domínios em que está recortada a esfera do trabalho. É no subsolo, aonde se chega por poços verticais, que se desenrola o processo extrativo propriamente dito. Ali, a base do poço centraliza as galerias reais ou mestras, de que partem as galerias secundárias, que dão acesso às frentes de extração. Nestas, após a perfuração e o carregamento dos furos com explosivos, o carvão é destacado pela dinamitação da camada. O carvão detonado é despejado com pás nas calhas previamente instaladas, iniciando-se em seguida as operações de madeiramento do teto e de transporte de carvão. Para os mineiros, sua jornada de trabalho é de oito horas, porque contam o tempo gasto no percurso feito a pé no interior da mina, não computado pela companhia. De fato, não há como deixar de considerar o tempo total em que permanecem nas galerias estreitas e baixas, onde a escassa circulação de ar favorece a concentração das partículas de poeira. Isso assume especial gravidade em face do teor de cinzas (variação de 50% a 60%) e de pirita (7%) do carvão gaúcho (que, para ser comercializado, precisa ser lavado e beneficiado). A exposição prolongada a essas condições causa doenças pulmonares, a que, os mineiros dão o nome genérico de caverna. A antracnose (pneumoconiose por carvão) é a mais comum e atinge, sobretudo, os que trabalham nas frentes de produção. O índice de doença e morte é particularmente elevado entre os trabalhadores de 30 a 40 anos de idade. Por ocasião da aposentadoria aos 15 anos de atividade para quem trabalha nas frentes de produção e aos 20 para os demais o mineiro faz jus a um diploma às avessas: uma abreugrafia que lhe limita as possibilidades de outro emprego. A antracnose não é a única doença profissional que ronda esses homens. o trabalho em postura inadequada e na semiobscuridade, o barulho das detonações em ambiente fechado, a ameaça constante de acidentes fatais, tornam comuns patologias extrapulmonares, como lombalgia, problemas de visão, surdez, estresse psíquico e hipertensão arterial. Essas patologias não são, contudo, classificadas pela legislação pertinente como doenças profissionais. Só a fase mais avançada da doença respiratória, com perda de 50% da capacidade pulmonar, permite a aposentadoria por invalidez. A política do carvão não inclui nenhum plano de proteção à saúde do trabalhador. Este, em troca do sacrifício de seu corpo, recebe um auxílio complementar à guisa

11 de taxa de insalubridade, com que, os empregadores se eximem de sanear o ambiente de trabalho. A submissão ressentida do mineiro a essas condições transparece na sua percepção da mina como um mundo negro e escuro, onde [...] entra-se são feito novo e sai-se cuspindo preto. Da mesma forma, o risco de desabamentos e de incêndios (dado o uso de explosivos) lhe parece inerente ao seu universo de trabalho. Os constrangimentos a que esses homens estão submetidos no trabalho invadem sua esfera doméstica. A fatalidade (a morte por acidente ou doença) aparece como mais uma noção estrutural do trabalho dos mineiros e do cotidiano de sua família. Eles compartilham, implícita ou explicitamente, um código de emoções e sentimentos em que predominam o medo e a insegurança diante do imponderável, tão presente nessa condição de trabalho marcada pelo perigo e pela insalubridade. Significativamente, sentimentos conflitivos são transformados em valores positivos, como os de heroísmo e bravura, expressos na força e na coragem. Esses valores consubstanciados na trajetória história e na memória coletiva do grupo dos mineiros de carvão não estão associados meramente ao trabalho: são princípios de sua organização social. A mina de carvão é apreendida pelo mineiro como espaço essencialmente masculino, onde se faz [...] um trabalho de homem. Fonte: Imagem de uma mina - Internet

12 Referências Bibliográficas HARTWIG, Dácio Rodney; SOUZA, Edson; MOTA, Renato Nascimento. Química Orgânica. Ed. Scipione,v.3, São Paulo, NÓBREGA, Olívio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth Hashimoto. Química - Volume único. Ed. Ética, São Paulo, PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do cotidiano. Ed. Moderna, v.3, São Paulo, USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química Volume único. Ed. Saraiva, São Paulo, 2013.