Captura de CO2 é tema de dissertação premiada da Coppe

Cedo ou tarde, o mundo terá que criar estratégias para diminuir a emissão de gás carbônico (CO2) pelas termoelétricas a carvão. O problema, que é imenso para os países da Europa e os Estados Unidos, também interessa ao Brasil, embora o carvão represente apenas 3% da matriz energética do país. As vantagens e desvantagens técnico-econômicas das diversas tecnologias disponíveis para a captura de CO2 em termoelétricas a carvão, considerando a incerteza sobre quando as medidas restritivas se tornarão obrigatórias, é o tema da dissertação de mestrado defendida no Programa de Planejamento Energético (PPE) da Coppe/UFRJ, que venceu, este ano, o Prêmio Vale-Capes de Ciência e Sustentabilidade de dissertação de mestrado do grupo III – Redução de Gases do Efeito Estufa.

“Nem toda termoelétrica atual, seja a carvão ou a gás, tem condições de fazer a captura de CO2 no futuro. Esse problema, que a Europa e principalmente os Estados Unidos estão enfrentando agora, pode ser um problema futuro para o Brasil, pois o que vale para termoelétrica em termos de emissão de CO2 vale para refino de petróleo, siderurgia e cerâmica. Se o Brasil tiver de diminuir a emissão de gases de efeito estufa, certamente terá que atacar o setor industrial”, explica o engenheiro químico Pedro Rochedo, autor da dissertação “Análise Econômica sob Incerteza da Captura de Carbono em Termoelétricas a Carvão: Retrofitting e Capture-Ready”, defendida em 2011 com orientação do professor Alexandre Szklo, do PPE.

Antes de utilizar tecnologias específicas para diminuir as imensas quantidades de CO2 que geram, as termoelétricas a carvão podem utilizar algumas estratégias, como melhorar a eficiência do ciclo (o que leva a gerar mais energia consumindo a mesma quantidade de matéria prima). É o que vem acontecendo na Inglaterra, onde o controle das emissões de gases do efeito estufa está mais rigoroso. Entretanto, essas estratégias funcionarão bem até certo limite. Se tiverem que reduzir suas emissões significativamente, tais termoelétricas terão de fazer a captura de CO2.

A questão é que essa captura implica perdas significativas para as termoelétricas. É preciso espaço disponível para a instalação dos equipamentos, água para o processo e definição do destino do CO2 capturado: enterrá-lo num sítio geológico, vendê-lo a um consumidor de CO2 ou transformá-lo em algum produto energético. Há ainda os resíduos tóxicos do processo de regeneração da amina utilizada na captura de CO2, que também deverão ser tratados.

Há ainda a questão econômica. Uma termoelétrica com boa eficiência, em torno de 45%, perde cerca de 10% dela com a captura. Já as plantas com eficiência menor, ou abaixo de 35%, perdem quase 20 pontos percentuais em sua eficiência. Com isso o custo da energia elétrica aumenta muito e em alguns casos pode até dobrar, dependendo da qualidade do carvão e de sua eficiência original.

“É esse exatamente o ponto da minha dissertação”, diz Pedro Rochedo. “Que pré-investimentos podem ser feitos hoje numa planta existente de forma que, no futuro, quando acontecer uma restrição de emissões, seja por taxação de carbono ou por determinação do governo, a termoelétrica tenha um custo menor para se adaptar, ou sua perda de eficiência seja menor? Que rotas de captura de CO2 escolher diante das opções disponíveis?”

Alternativas para a captura

A queima do carvão com o ar nas termoelétricas gera um imenso volume de CO2, cuja eliminação é cara e difícil. A tecnologia mais utilizada hoje é a pós-combustão, que requer muito espaço para os equipamentos. O exausto que sai da combustão do carvão passa para uma coluna onde encontra um solvente que remove o CO2. A mistura segue para outra coluna onde, pelo efeito da adição de calor, o solvente é regenerado e obtém-se o CO2 praticamente puro. “Como o processo requer calor, a termoelétrica perde parte da capacidade de gerar energia elétrica. Além disso, a instalação do equipamento e os solventes são caros”, diz Pedro.

Outro sistema é a pré-combustão, que captura o CO2 antes da queima do carvão. Este é transformado em um gasificador e combinado com oxigênio e água, resultando em gás de síntese (CO, CO2 e hidrogênio). Segundo Pedro, é mais fácil capturar nessa rota, e a perda de capacidade de gerar energia é menor. Mas o sistema pressurizado é muito mais caro e essa tecnologia ainda não é muito difundida. Além disso, requer carvão de melhor qualidade.

A terceira solução é queimar o carvão com oxigênio, o que gera um CO2 muito mais concentrado e praticamente puro, num volume menor. A dificuldade é o valor do oxigênio, que é alto, e não há oxigênio em escala para trabalhar com termoelétricas. Além disso, a queima com oxigênio alcança uma temperatura maior, que ultrapassa o limite dos materiais, o que gera mais custos e a necessidade de retornar parte do CO2 à combustão”, diz Pedro.

Diante dessas três tecnologias, e considerando fatores complexos como custos, perda da eficiência das termoelétricas decorrente da captura, a variação do custo da energia e – a principal incerteza – a época em que a captura será obrigatória, Pedro Rochedo fez um estudo complexo e detalhado da decisão de capturar analisando 18 situações diferentes dentro de um prazo futuro de 25 anos. São 18 opções de pré-investimentos que facilitariam a entrada da captura de CO2 no futuro. Este estudo envolveu ainda a elaboração de curvas de aprendizagem tecnológica para as diferentes rotas de captura, conforme uma análise termodinâmica.

“Para uma mesma termoelétrica, se a captura entrar daqui a muitos anos, alguns investimentos não valerão a pena financeiramente. Seria gastar dinheiro hoje sem saber o que vai acontecer no futuro. Mas se a captura de CO2 entrar em um ano, valerá a pena”, comenta Pedro. “Uma das medidas possíveis seria fazer uma termoelétrica hoje com um custo excessivo, com eficiência maior, dado que no futuro, com a perda, a termoelétrica ainda será eficiente.”

Química como herança

Atualmente aluno de doutorado no PPE, Pedro Rochedo terminou seu mestrado em apenas 20 meses. Com isso, ganhou uma pontuação extra e ingressou em primeiro lugar no doutorado, com bolsa da ANP. Vem trabalhando em projetos de pesquisa do grupo do professor Alexandre Szklo, e do professor Roberto Scheffer.

Carioca, 27 anos, Pedro é formado em Engenharia Química na UFRJ. O gosto pela área foi herdado dos pais, João e Elaine Rochedo, que também são engenheiros químicos formados na UFRJ. Dentro da engenharia química, os processos sempre foram o tema predileto de Pedro, cujo maior interesse atual é a cadeia de CO2.

Sobre a importância de seu trabalho, Pedro diz: “Acho que consegui, ao lado de meu orientador, abordar um tema relevante na literatura internacional em que há muitas incertezas, e analisá-lo. Até então só existiam estudos comparativos de preços com captura e sem captura. No Brasil a importância desse tema é um pouco reduzida, mas já publiquei dois artigos e o trabalho já está gerando frutos para outros setores.”
A entrega do Prêmio Vale-Capes de Ciência e Sustentabilidade ocorreu no dia 10 de maio em Belém (PA).