Captura e Armazenamento de CO2 em Estruturas Geológicas

As pressões de vários governos para reduzir as emissões de CO2 e, assim, cumprir os compromissos assumidos no Protocolo de Kyoto, fazem que se coloque em prática políticas de apoio aos trabalhos de I & D, que conduzem estudos de armazenagem de CO2.

Atualmente, existem vários projetos que estão sendo desenvolvidos em todo o mundo para o estudo das bacias de carvão como um possível armazenamento geológico de CO2. As camadas de carvão não são os únicos armazenamentos de CO2, mas a tecnologia está em um estado interessante de gestação.

Há outras possibilidades de armazenar geologicamente esse gás, como formações profundas com água salgada, os esgotados armazenamentos de petróleo e gás.

Por todas estas razões, o Departamento de Recursos Geoenergéticos do IGME, lançou em 2003, uma linha de pesquisa com o objetivo final de desenvolver um inventário de PROTOTRAMPAS para armazenamento geológico profundo de CO2 na Espanha.

Espanha participa atualmente no Projeto CASTOR, que consiste no estudo do armazenamento de CO2 no reservatório Casablanca e tem presença em 11 países representados por diferentes organizações e empresas, a Repsol, no caso da Espanha. No final de 2004, apresentamos dois projetos europeus, a Hycoal e a Geocapacity.

Também está nas fases iniciais de organização o projeto chamado ALCO2 que pretende ser uma referência no armazenamento geológico na Espanha, e no qual o IGME junto com a empresa ELCOGAS (Puertollano) participa ativamente.

Está em andamento o acordo de um Convênio IGME-CIEMAT para a seleção dos locais de armazenamento geológicos.

Armazenamento Geológico de CO2

O processo de armazenamento geológico de CO2 é talvez o mais complexo daqueles que compõem o confinamento de dióxido de carbono em formações geológicas. Antes de executar o trabalho de compressão e transporte é necessário realizar um complexo trabalho de escolha do local, o que requer um estudo detalhado dos vários parâmetros que definem a adequação ou não da formação. Atualmente, a IGME está desenvolvendo uma metodologia para a pesquisa em território nacional por diferentes tipos de armazenamento, que podem ser classificados em:

1. Reservatórios de petróleo empobrecidos e/ou esgotados.
2. Reservatórios de gás esgotados.
3. Camadas de carvão não exploráveis com chance de recuperação de metano (ECBM).
4. Formações profundas com água salgada.
5. Formações de xisto com altas quantidades de matéria orgânica.
6. Áreas geotérmicas de baixa entalpia.
7. Depósitos salinos passíveis de solução. Esta primeira metodologia será apresentada em um futuro próximo e irá melhorar com a ajuda das experiências e resultados. Depois de selecionado o local, deve-se proceder à injeção, cuja engenharia e metodologia são conhecidas pelos técnicos do IGME, qualificados por seus estudos sobre metano em camadas de carvão (CBM) e sobre injeção de salmouras em formações salinas costeiras.

Esquema geológico cortado das formações do campo de Weyburn, onde está sendo realizado o projeto de injeção.

Não menos importante é o processo posterior de acompanhamento e verificação, ferramentas que requerem exploração geológica - mineração, tais como geofísica, geoquímica, hidroquímica e testes de laboratório, todas as especialidades técnicas de IGME.

Proyectos

Projeto ALCO2 (ELCOGAS – IGME)

No final de 2003, a empresa departamento ELCOGAS e Geoenergéticos Recursos da Direção dos Recursos Minerais e Geoambiente IGME, começou a colaborar para desenvolver um projeto-piloto para estudar o potencial de armazenamento geológico de CO2 em formações em torno do centro IGCC esta empresa atua na cidade de Puertollano (Cidade Real). Fruto deste acordo, um plano de trabalho foi apresentado ao programa PROFIT do então Ministério da Ciência e Tecnologia, que aprovou uma doação para o período solicitado em 2004.

O objetivo da pesquisa é selecionar as formações mais promissoras capazes de armazenar CO2, o que é necessário para um entendimento completo do subsolo. Para este efeito, um plano de ação para coleta e análise de toda a informação existente sobre a área de estudo é delineado de forma a maximizar o trabalho anterior para concluir e, em seguida, se necessário, corrigir as informações.

Note-se que, em paralelo com o desenvolvimento do trabalho, em 2004, houve um aumento notável no interesse público e de negócios em tecnologias para o armazenamento geológico de CO2, principalmente relacionados com a publicação do Plano Nacional de Atribuição de Emissões. Em qualquer caso, ser o primeiro estudo deste tipo realizado na Espanha, tem sido e será essencial para o trabalho de estudo em curso e colocando-se com as constantes inovações e descobertas relacionadas com a exploração e avaliação de potencial de armazenamento no âmbito da UE e os EUA.

As fases do estudo realizado pela IGME seguem as seguintes orientações, tal como estabelecido no Plano de Trabalho apresentado ao Ministério dois anos:

• Estudos geológicos.
• Estudo das operações de mineração.
• Recompilação e análises de campanhas geofísicas.
• Recompilação e análises de campanhas de sondagens.
• Estudo hidrogeológico.
• Amostragem preliminar.
• Estudo de xistos betuminosos.

Atualmente, a primeira fase do estudo foi concluída, e obtivemos alguns resultados interessantes, o que permitiu a seleção qualitativa dos cursos através de uma classificação de acordo com o potencial do mesmo interesse. Os parâmetros que caracterizam estas formações e o estudo detalhado de xisto betuminoso estão em andamento. Os resultados parciais do projeto em breve serão apresentados em um seminário técnico organizado a respeito.

Projecto CIEMAT El Bierzo – IGME

Em julho de 2004, o Conselho de Ministros decidiu criar um novo centro de tecnologia na região de El Bierzo, com o objetivo de incentivar a pesquisa sobre o meio ambiente e sua relação com a atividade humana. Um tema que surgiu como central para este novo centro é mitigar os efeitos da emissão de gases de efeito estufa, surgindo como uma opção de chave nesta pesquisa, a tecnologia de armazenamento de CO2 em formações subsuperficiais.

Dentro do projeto de criação do centro de CIEMAT- El Bierzo em outubro de 2004, a colaboração entre CIEMAT e IGME começou a desenvolver um plano de ação para facilitar o desenvolvimento de conhecimentos e experiências em relação aos processos de captura, transporte e armazenamento de CO2. Como resultado do acordo entre as duas agências, o Departamento de Recursos Geoenergéticos, em colaboração com o Departamento de Hidrogeologia e Águas Subterrâneas, foi definido em detalhes um programa de atividades para o período 2005 - 2009, com uma meta provisória de ter escolhido para que período de, pelo menos um e não mais do que três passos para desenvolver mais tarde experiências piloto de injeção para o armazenamento subterrâneo de CO2.

Para implementar a fase 2005-2009 IGME vai assinar um acordo específico com o CIEMAT.

As tarefas que são atribuídas a IGME neste período consistem aproximadamente nos seguintes pontos:

• Inventário das áreas potencialmente interessantes para o armazenamento de CO2 (nacional).
• Inventário de emissões de CO2 no país.
• Formulação de critérios de favorabilidade.
• Estudo das zonas favoráveis pré-selecionadas (escala regional), incluindo:
  
  • Estudos geológicos de superficie.
  • Estudos geofísicos.
  • Sondagens mecânicas.
  • Estudos geológicos em profundidades de depósitos de carvão, hidrocarbonetos e salinas.
  • Estudo hidrogeológico.
  • Modelagem preliminar do comportamento hidrogeológico e hidrogeoquímico.
• Estudos detalhados das formações selecionadas (escala local).
• Estudos de laboratorio.
• Modelagem do comportamento das formações de depósitos y de selo.
• Seleção de locais para projetos pilotos.

Esquema da possibilidade de armazenamento geológico de CO2.

Este Plano de Trabalho foi apresentado aos órgãos ministeriais e, após a aprovação, está em processo de assinatura do acordo entre CIEMAT e IGME para formalizar o início da pesquisa. De uma maneira mais geral, e com as mudanças que o desenvolvimento da pesquisa e ao longo do tempo podem implicar, são definidas metas gerais para o curto, médio e longo prazo, para desenvolver nos períodos 2005-2010, 2010-2015 e 2015-2020, respectivamente.

Outros possíveis armazenamentos de CO2

ARMAZENAMENTO EM MINERALIZAÇÕES

A Carbonatação mineral é uma tecnologia promissora para reduzir as emissões de CO2. Compreende a reação do CO2 com minerais não carbonatados principalmente silicatos de cálcio ou de magnésio, para formar um ou mais componentes carbonato, normalmente sólidos. O processo imita a alteração natural de minerais de silicato para formar carbonatos, tais como a calcita (CaCO3), dolomita (CaMg(CO3)2), magnesita (MgCO3) e siderita (FeCO3). Os produtos assim formados são termodinamicamente estáveis e, portanto, a retirada de CO2 é permanente e seguro. Além disso, a capacidade de retirada é grande, porque os depósitos de silicato são abundantes na natureza.

Silicatos de magnésio são considerados uma melhor escolha do que o cálcio por muitas razões: eles são mais reativos do que os minerais cálcio, muitas vezes têm uma maior percentagem em peso de óxido puro (silicato de magnésio pode ter um 35-40% em peso de MgO, enquanto os silicatos de cálcio têm geralmente apenas 12-15% de CaO) e também silicatos de magnésio depósitos são maiores e mais numerosos.

Reações de carbonatação. Fonte: CO2 Mineral Sequestration Studies. NETL. 2001

A serpentina (Mg3Si2O5(OH)4) e o olivino (Mg2SiO4), que aparece primariamente na forma de forsterita, são os dois principais minerais de magnésio utilizado para a reação de carbonatação com CO2, o que resulta na magnesita (MgCO3) pelo uma reação exotérmica a uma temperatura baixa. Estas reações de carbonatação são exotérmicas e ocorrerem espontaneamente na natureza, no entanto, são muito lentas.

Atualmente, realizam muitos estudos diferentes que, em geral, pretendem encontrar uma forma rentável para acelerar as reações que são lentas na natureza. Contudo, esses estudos ainda estão em fase preliminar.

Existem grandes depósitos de silicatos de magnésio e cálcio, espalhadas por todo o mundo, mais do que suficiente para realizar todo o sequestro de CO2 de origem antropogênica. A abundância de tais depósitos é tal que um único depósito em Omã contém aproximadamente 30.000 km3 de silicatos de magnésio, capazes de lidar com todo o CO2 global. Os maiores depósitos de olivina são Noruega, Japão, Espanha, Estados Unidos e Itália.

Aspectos importantes da retirada de CO2 por carbonatação mineral são o transporte dos materiais envolvidos e o destino dos produtos obtidos. Os custos de transporte podem ser minimizados através da localização da estação de tratamento perto da mina, onde o material de base (silicatos) é obtido e transportado para a mesma do dióxido de carbono, previamente capturado a partir de fontes de emissão de grandes. Esta proximidade permite que os produtos carbonatados obtidos podem ser utilizados para a recuperação da mesma mina de onde procedem.

Esquema do sequestro mineral de CO2. Fonte: Lackner. 2002

Estima-se que os custos para a eliminação de uma tonelada de CO2 por processo químico de carbonatação mineral que variam entre 15 e 20 $, levando em conta a mineração e os processos de trituração e moagem do minério necessário para se obter a dimensão necessária nesta planta para tal processo químico. Em uma usina de energia com uma eficiência de 70%, isso significaria cerca de 1 centavo de US$ / kWh de eletricidade gerada.

As principais vantagens deste tipo de armazenamento são os seguintes:

ARMAZENAMENTO NOS OCEANOS

Os oceanos têm uma grande capacidade natural de absorver e armazenar CO2. Estima-se que o mar contém cerca de 40 mil GTC (GTC = um bilhão de toneladas de C), enquanto a atmosfera contém cerca de 750 GTC e na biosfera terrestre por volta de 2200 GTC. Isto significa que se nós fossemos capazes de capturar todo o CO2 atmosférico e transportá-los aos oceanos, a concentração de CO2 no oceano só aumentaria em 2%. No entanto, é necessário para garantir a aceitabilidade ambiental e até mesmo serem discutidos os potenciais benefícios e impactos do processo de retirada no oceano.

Existem duas opções para a fixação do CO2 nos oceanos:

1. Injeção direta

Ela envolve a injeção nos oceanos profundos de CO2 altamente concentrado de grandes fontes pontuais de emissões, tais como usinas de energia elétrica. Injeção direta implica, portanto, a captura, separação, transporte e injeção de dióxido de carbono no fundo do mar. O CO2 capturado é transportado para injeção no oceano usando oleodutos fixos ou rebocados.

Injeção direta de CO2 no oceano. Fonte: Ocean Carbon Sequestration. H. Herzog. MIT Energy Laboratory. 2001

2. Fertilização

As experiências têm mostrado que ele pela adição de ferro pode aumentar o teor de fitoplâncton e, portanto, com o aumento resultante no processo da fotossíntese (pelo qual as plantas absorvem CO2 atmosférico necessário para viver) aumenta a taxa de transferência de CO2. Assim, o dióxido de carbono é incorporado no fitoplâncton. Algumas delas vão afundar, deixando CO2 retirado em águas mais profundas.

A indústria desenvolveu um grande interesse na utilização da tecnologia de fertilização com ferro, devido ao seu baixo custo. Estudos recentes indicam que por meio da fertilização dos oceanos com ferro conseguia absorver bilhões de toneladas de carbono na atmosfera a cada ano e estima-se que o fitoplâncton absorve entre 10 000 e 100 000 átomos de carbono por átomo ferro adicionado à água a uma profundidade de 100 m.

Fonte: Instituto Geológico y Minero de España (www.igme.es)