Carvão Mineral

18 agosto 2014
Pércio de Moraes Branco

Origem

Carvão é o nome dado a diversas rochas sedimentares passíveis de uso como combustível, constituídas de um material heterogêneo originado de restos vegetais depositados em águas rasas, protegidos da ação do oxigênio do ar. Com o passar do tempo, esse material (tecido lenhoso, celulose, esporos, géis, algas etc.) sofre parcial decomposição e ação de bactérias, seguindo-se a influência da pressão exercida pelo peso do material que vai sendo depositado (pressão litostática) e do calor.

Para haver uma acumulação de matéria vegetal suficiente para gerar camadas de carvão é preciso que haja uma subsidência (afundamento) da área onde o material está sendo depositado. Esse afundamento não pode ser muito rápido para permitir que haja deposição dos vegetais mortos e, ao mesmo tempo, proliferação de novas árvores. Mas também não pode ser lento demais, do contrário favorecerá a acumulação de material silicoso, que não é combustível, gerando um carvão com alto teor de cinzas.

Os carvões originados de vegetais superiores de ambiente continental são chamados de carvões húmicos. Aqueles relacionados a algas marinhas são os carvões sapropélicos. Os carvões existentes no sul do Brasil, onde estão praticamente todas as nossas reservas, são do tipo húmico.

O carvão mineral é completamente diferente do carvão vegetal. Este é obtido por combustão incompleta de certos tipos de madeira e é usado em fogões, lareiras, churrasqueiras, aquecedores e fogões à lenha. A combustão incompleta forma um material absorvente (carvão ativado), muito usado pela medicina, por exemplo. O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal, aqui usado também na siderurgia.

Composição e Classificação

Do ponto de vista químico, os carvões caracterizam-se pelo alto teor de carbono, normalmente 55% a 95%. De acordo com esse teor, têm-se, dos tipos menos ricos para os mais ricos em carbono: turfa, linhito, hulha (ou carvão betuminoso) e antracito. Um grau de pureza ainda maior que o do antracito seria o da grafita, mas ela não é combustível.

Esses tipos de carvão constituem a série dos carvões e traduzem o grau de evolução (rank) do processo de transformação da matéria vegetal, ou seja, o grau de carbonificação. Além do rank, é também importante, na classificação dos carvões, o grade, que é a relação entre a matéria orgânica e a matéria inorgânica na camada.

A turfa pode ter de 55% a 60% de carbono; o linhito, de 67% a 78%; a hulha, de 80% a 90%; e o antracito, 96%. O teor de água é alto nas turfas (75%), mas muito menor nos demais carvões (8% a 10%).

O poder calorífico, propriedade fundamental, é inferior a 4.000 kcal (quilocalorias) nos linhitos e turfas, e entre 7.000 e 8.650 kcal nos demais carvões. A turfa tem a característica de permitir claramente a identificação dos restos vegetais.

Assim como uma rocha ígnea é composta de minerais, o carvão é uma rocha sedimentar composta de litótipos e macerais. Os principais litótipos, identificáveis macroscopicamente, são vitrênio,clarênio, durênio e fusênio, que se alternam na forma de lâminas na camada de carvão.

O vitrênio forma finos leitos que terminam em forma de cunha. É o litótipo mais liso e mais brilhante. Forma lâminas normalmente de 3 mm a 5 mm de espessura. O clarênio é menos brilhante que o vitrênio e mostra-se finamente estriado. O durênio ocorre em leitos mais esparsos e tem aparência fosca, com superfície rugosa. É, às vezes, muito rico em esporos. O fusênio é fosco, fibroso, friável, semelhante ao carvão vegetal e é o único litótipo que suja as mãos (no carvão vegetal, todo ele suja as mãos).

Uso dos Carvões

O uso de um carvão depende de sua qualidade e esta, por sua vez, depende da natureza da matéria vegetal que o formou, do clima e da localização geográfica à época da formação, bem como da evolução geológica da área.

A extração da turfa é precedida de drenagem da área, para reduzir sua umidade. Feito isso, ela é extraída e depositada a céu aberto para perder mais umidade ainda. Depois é cortada em blocos e usada como combustível em fornalhas, termoelétricas, obtenção de gás combustível, alcatrão, ceras, parafina, amônia e outras substâncias. É importante também seu uso na reconstituição de solos (turfa agrícola).

Os linhitos podem ser de dois tipos, marrom ou preto, cada um deles com várias outras denominações. Eles são usados após secagem ou não, em gasogênios industriais, na obtenção de alcatrão e outros produtos. Por pirólise, pode fornecer ceras, fenóis, parafinas, olefinas etc. A cinza resultante de sua combustão pode ser aproveitada para a produção de cimento pozolânico e de cerâmicas.

A hulha tem dois usos principais e com base neles é dividida em carvão-vapor ou carvão energético – o mais pobre e com maior teor de cinzas, usado diretamente em fornos, principalmente em usinas termoelétricas – e em carvão metalúrgico – o mais nobre, passível de ser transformado em coque (por isso chamado também de carvão coqueificável).

O coque é um material obtido por aquecimento da hulha em ambiente fechado, sem combustão, resultando numa substancia altamente porosa, leve, física e quimicamente heterogênea, de brilho metálico característico, usada como combustível na metalurgia (altos-fornos). Sua qualidade depende muito da qualidade do carvão que o originou.

A coqueificação é um processo químico no qual ocorre uma divisão das moléculas orgânicas complexas que constituem o carvão mineral, produzindo gases e compostos orgânicos sólidos e líquidos de moléculas menores, além de um resíduo carbonáceo relativamente não volátil: o coque.

A finalidade do coque é dar suporte mecânico à carga de minério de ferro, calcário e outros minerais, permitindo a percolação dos gases quentes, além, é claro, de fornecer calor. Quando o coque queima seu carbono capta oxigênio da hematita (o minério de ferro constituído de óxido de ferro), formando monóxido de carbono, gás carbônico, água e outras substâncias; enquanto o ferro fica livre e funde, formando a gusa.

Outro importante produto obtido a partir da hulha é o alcatrão, uma mistura de hidrocarbonetos aromáticos. Embora ele possa ser obtido também do linhito, é a hulha sua mais importante fonte natural. Mais de 200 hidrocarbonetos aromáticos podem ser dela obtidos, e uma tonelada de hulha fornece de 30 a 50 kg de alcatrão. Na coqueificação, a hulha é aquecida a temperaturas entre 850 ºC e 1.100 ºC. O material que se separa na forma de gases é resfriado e se transforma em licor amoniacal e em alcatrão. O produto é então purificado por sucessivas decantações, que removem a água e os sólidos residuais. O alcatrão possui normalmente até 5% de umidade e 1% de sólidos suspensos.

O antracito é usado como combustível, com a grande vantagem sobre os demais de emitir muita pouca fuligem. Queima facilmente, mas devagar e com chama quase invisível, sendo o mais indicado para uso doméstico. É usado também para fabricação de filtros de água.

Idade dos Carvões

Um dos períodos geológicos chama-se Carbonífero. Mas, ao contrário do que se poderia supor, a maior parte dos carvões não se formou nessa fase da história da Terra, e sim depois, no Cretáceo e principalmente no Terciário.

Mais da metade (54,78%) das reservas conhecidas são dessa fase. Os carvões de idade carbonífera totalizam 23,74% das reservas mundiais; e os de idade permiana, 16,91%. São do Permiano os carvões brasileiros.

Reservas e Maiores Produtores

As reservas mundiais de carvão mineral são muito grandes: 847,5 bilhões de toneladas, quantidade suficiente para atender à produção atual por 130 anos. São 75 os países que possuem reservas significativas, sendo que Estados Unidos, Rússia e China detêm 60% do volume total.

Os maiores produtores de carvão em 2010 foram China, Estados Unidos, União Europeia, Austrália, Rússia e Indonésia. A China responde por quase metade da produção mundial (3.240 milhões de toneladas em 2010) e tem reservas para 35 anos. Os maiores exportadores são Austrália, Indonésia, Canadá, Estados Unidos e Rússia.

Carvão no Brasil

O Brasil possui reservas de turfa, linhito e hulha. A hulha totaliza 32 bilhões de toneladas de reservas e está sobretudo no Rio Grande do Sul (89,25% do total), vindo a seguir Santa Catarina (10,41%). Reservas muito menores são conhecidas no Paraná (0,32%) e em São Paulo (0,002%). Nosso país está em 10º lugar em termos de reservas, com 1% do total mundial.

Somente a Jazida de Candiota (RS) possui 38% de todo o carvão nacional. Como se trata de um carvão de qualidade inferior, é utilizado apenas na geração de energia termoelétrica e no próprio local da jazida.

A crise do petróleo, desencadeada na década de 1970 pelo grande aumento do preço internacional do produto, levou o governo brasileiro a criar o Plano de Mobilização Energética, com uma intensa pesquisa para descobrir novas reservas de carvão. O Serviço Geológico do Brasil teve papel de destaque nesse programa, através de trabalhos efetuados no Rio Grande do Sul e em Santa Catarina, que aumentaram em muito as reservas de carvão mineral até então conhecidas. Foram executados mais de 3 mil furos de sonda, totalizando 711.700 metros, entre 1970 e 1986 (principalmente entre 1978 e 1983).

Carvão de boa qualidade, adequado para uso em metalurgia e em grande volume (sete bilhões de toneladas), foi então descoberto em diversas jazidas no Rio Grande do Sul (Morungava, Chico Lomã, Santa Teresinha), mas em profundidades relativamente grandes (até 1.200 m), o que inviabilizou até agora seu aproveitamento. Essas reservas devem ser classificadas, porém, não como antieconômicas, e sim como subeconômicas, porque seu aproveitamento pode se mostrar viável com a adoção de uma política governamental que priorize o aproveitamento dessa fonte energética ou caso haja mudanças significativas na economia internacional que voltem a elevar muito o preço do petróleo, por exemplo.

A produção de carvão mineral bruto no Brasil foi de 13,6 milhões de toneladas em 2007, quinto ano consecutivo de aumento. Santa Catarina produziu 8,7 Mt (milhões de toneladas); Rio Grande do Sul, 4,5 Mt; e Paraná, 0,4 Mt. Vê-se, portanto, que, embora as reservas do Rio Grande do Sul sejam muito maiores que as de Santa Catarina, sua produção é menor.

Em 2011, o carvão respondeu por apenas 5,6% da energia consumida no Brasil, sendo o petróleo a principal fonte (38,6%). Mas ele é uma importante fonte estratégica, que pode ser acionada quando, por exemplo, os níveis de água das barragens estiverem muito baixos, reduzindo excessivamente a oferta de energia hidroelétrica. Isso aconteceu em 2013, quando foram reativadas várias usinas termoelétricas então paralisadas, mantendo assim a oferta necessária, ainda que a um custo maior.

Impacto Ambiental

A extração do carvão pode ser em minas a céu aberto ou subterrâneas, dependendo da profundidade em que se encontra a camada. As minas a céu aberto exercem significativo impacto ambiental em razão dos elementos químicos contidos no carvão, como o enxofre.

Numerosas áreas de mineração antigas no sul do Brasil, trabalhadas em uma época em que a preocupação com o ambiente natural era muito menor que atualmente, foram muito degradadas e precisaram ser recuperadas, trabalho que vem sendo feito nas últimas décadas.

Hoje, as medidas de proteção ambiental são muito maiores e a recuperação de uma área minerada é obrigatória, não mais se admitindo que o fim da extração do carvão resulte em crateras e montes de rocha abandonados de qualquer maneira.

O carvão, porém, continua sendo uma das formas de produção de energia mais agressivas ao ambiente, não só na extração como também no uso, já que sua combustão emite gases como nitrogênio e dióxido de carbono, este o principal agente do efeito estufa.

As técnicas de aproveitamento mais modernas incluem novos processos de queima do carvão, como a combustão pulverizada supercrítica, a combustão em leito fluidizado e a gaseificação integrada a ciclo combinado.

Na combustão pulverizada supercrítica, o carvão é queimado de modo mais eficiente. Na combustão em leito fluidizado, ocorre uma redução de até 90% na emissão de enxofre e de 70% a 80% de nitrogênio. A gaseificação integrada a ciclo combinado remove cerca de 95% do enxofre e captura 90% do nitrogênio. Os dois primeiros processos são os que se mostram mais adequados ao carvão brasileiro.

As usinas Jacuí e Candiota III, no Rio Grande do Sul, utilizam a combustão pulverizada. A Usina Sul Catarinense e a de Seival (RS) utilizarão, respectivamente, a combustão em leito fluidizado circulante e a combustão pulverizada. Em todos esses processos o carvão poderá ser usado total ou quase totalmente no estado bruto, sem nenhum beneficiamento.

Fontes

Balanço Energético Nacional 2012. Acessado em 17.05.2013.

Atlas de Energia Elétrica do Brasil - Parte III - Fontes Não Renováveis. Acessado em 14.05.2013.

FERREIRA, J. A. F. Classificação de carvões. IN: SEMANA DE GEOLOGIA, 6, Rio de Janeiro, CPRM, 1980. 16 p. Il. [Inédito]

GOMES, A. J. P. Carvão do Brasil/turfa agrícola. Porto Alegre, EST, 2002. 164p. Il.

TESSARI, R. I. Origem e gênese dos carvões. IN: SEMANA DE GEOLOGIA, 6, Rio de Janeiro, CPRM, 1980. 69p. Il. [Inédito]

Coque. Wikipédia. Acessado em 14.05.2013.