Sumidouro de carbono - Carbon sink

Este diagrama do ciclo rápido do carbono mostra o movimento do carbono entre a terra, a atmosfera, o solo e os oceanos em bilhões de toneladas de carbono por ano. Números amarelos são fluxos naturais, vermelhos são contribuições humanas em bilhões de toneladas de carbono por ano. Os números brancos indicam carbono armazenado.

Um sumidouro de carbono é qualquer reservatório, natural ou não, que acumula e armazena algum composto químico contendo carbono por um período indefinido e, portanto, reduz a concentração de dióxido de carbono (CO 2 ) da atmosfera.

Globalmente, os dois sumidouros de carbono mais importantes são a vegetação e o oceano . A consciência pública da importância dos sumidouros de CO 2 cresceu desde a aprovação do Protocolo de Kyoto de 1997 , que promove seu uso como uma forma de compensação de carbono . Existem também diferentes estratégias utilizadas para aprimorar esse processo. O solo é um importante meio de armazenamento de carbono. Muito do carbono orgânico retido no solo das áreas agrícolas foi esgotado devido à agricultura intensiva . " Carbono azul " designa o carbono que é fixado por meio dos ecossistemas oceânicos. Manguezais , pântanos salgados e ervas marinhas constituem a maior parte da vida das plantas oceânicas e armazenam grandes quantidades de carbono.

Muitos esforços estão sendo feitos para aumentar o sequestro natural nos solos e nos oceanos. Além disso, uma série de iniciativas de sequestro artificial estão em andamento, como materiais de construção de construção alterados, captura e armazenamento de carbono e sequestro geológico.

Em geral

Troca ar-mar de CO 2

O aumento do dióxido de carbono atmosférico significa aumento da temperatura global. A quantidade de dióxido de carbono varia naturalmente em um equilíbrio dinâmico com a fotossíntese das plantas terrestres. Os sumidouros naturais são:

Embora a criação de sumidouros artificiais tenha sido discutida, nenhum grande sistema artificial remove o carbono da atmosfera em escala material ainda.

As fontes de carbono incluem a combustão de combustíveis fósseis (carvão, gás natural e petróleo) por humanos para energia e transporte.

Protocolo de Quioto

O Protocolo de Kyoto é um acordo internacional que visa reduzir o dióxido de carbono ( CO
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) as emissões e a presença de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera. O princípio essencial do Protocolo de Kyoto era que as nações industrializadas precisavam reduzir seu CO
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emissões. Como o crescimento da vegetação absorve dióxido de carbono , o Protocolo de Kyoto permite que os países do Anexo I com grandes áreas de florestas em crescimento emitam Unidades de Remoção para reconhecer o sequestro de carbono. As unidades adicionais tornam mais fácil para eles atingirem seus níveis de emissão alvo. Estima-se que as florestas absorvem entre 10 a 20 toneladas por hectare (4,0 a 8,0 toneladas longas / acre; 4,5 a 8,9 toneladas curtas / acre) a cada ano, por meio da conversão fotossintética em amido , celulose , lignina e outros componentes da biomassa de madeira . Embora isso tenha sido bem documentado para florestas temperadas e plantações, a fauna das florestas tropicais coloca algumas limitações para essas estimativas globais.

Alguns países procuram negociar direitos de emissão nos mercados de emissão de carbono, comprando as permissões de emissão de carbono não utilizadas de outros países. Se limites gerais de emissão de gases de efeito estufa forem colocados em prática, os mecanismos de limite e comércio do mercado deverão encontrar maneiras econômicas de reduzir as emissões. Ainda não existe um regime de auditoria de carbono para todos esses mercados globalmente, e nenhum está especificado no Protocolo de Quioto. As emissões nacionais de carbono são autodeclaradas.

No Mecanismo de Desenvolvimento Limpo , apenas o florestamento e o reflorestamento são elegíveis para produzir reduções certificadas de emissões (RCEs) no primeiro período de compromisso do Protocolo de Quioto (2008–2012). Atividades de conservação florestal ou atividades que evitem o desmatamento , que resultariam na redução de emissões por meio da conservação dos estoques de carbono existentes, não são elegíveis neste momento. Além disso, o sequestro de carbono agrícola ainda não é possível.

Armazenamento em ambientes terrestres e marinhos

Solos

Os solos representam um meio de armazenamento de carbono de curto a longo prazo e contêm mais carbono do que toda a vegetação terrestre e a atmosfera combinadas. Lixo de planta e outra biomassa, incluindo carvão vegetal, se acumulam como matéria orgânica nos solos e são degradados por intemperismo químico e degradação biológica . Polímeros de carbono orgânico mais recalcitrantes , como celulose , hemicelulose , lignina , compostos alifáticos, ceras e terpenóides são coletivamente retidos como húmus . A matéria orgânica tende a se acumular na serapilheira e nos solos de regiões mais frias, como as florestas boreais da América do Norte e a Taiga da Rússia . Serapilheira e húmus são rapidamente oxidados e mal retida no sub-tropicais e tropicais clima condições devido às altas temperaturas e vasta lixiviação pela chuva. As áreas onde o cultivo itinerante ou agricultura de corte e queima são praticados geralmente são férteis apenas por dois a três anos antes de serem abandonadas. Essas selvas tropicais são semelhantes aos recifes de coral porque são altamente eficientes na conservação e na circulação dos nutrientes necessários, o que explica sua exuberância em um deserto de nutrientes. Muito carbono orgânico retido em muitas áreas agrícolas em todo o mundo foi severamente esgotado devido às práticas agrícolas intensivas .

As pastagens contribuem para a matéria orgânica do solo , armazenada principalmente em suas extensas esteiras de raízes fibrosas. Devido em parte às condições climáticas dessas regiões (por exemplo, temperaturas mais frias e condições semi-áridas a áridas), esses solos podem acumular quantidades significativas de matéria orgânica. Isso pode variar de acordo com a precipitação, a duração da temporada de inverno, bem como a frequência de ocorrência natural induzida por raios grama-fogo . Embora esses incêndios liberem dióxido de carbono, eles melhoram a qualidade das pastagens em geral, aumentando, por sua vez, a quantidade de carbono retido no material húmico. Eles também depositam carbono diretamente no solo na forma de Biochar que não se degrada significativamente em dióxido de carbono.

Os incêndios florestais liberam carbono absorvido de volta à atmosfera, assim como o desmatamento devido ao rápido aumento da oxidação da matéria orgânica do solo.

A matéria orgânica em turfa pântanos sofre lenta decomposição anaeróbia abaixo da superfície. Esse processo é lento o suficiente para que, em muitos casos, o pântano cresça rapidamente e fixe mais carbono da atmosfera do que é liberado. Com o tempo, a turfa fica mais profunda. As turfeiras retêm aproximadamente um quarto do carbono armazenado nas plantas terrestres e nos solos.

Sob algumas condições, as florestas e turfeiras podem se tornar fontes de CO 2 , como quando uma floresta é inundada pela construção de uma barragem hidrelétrica. A menos que as florestas e a turfa sejam colhidas antes das inundações, a vegetação em decomposição é uma fonte de CO 2 e metano comparável em magnitude à quantidade de carbono liberado por uma usina movida a combustível fóssil de energia equivalente.

Agricultura regenerativa

As práticas agrícolas atuais levam à perda de carbono dos solos. Foi sugerido que práticas agrícolas aprimoradas poderiam fazer com que os solos fossem um sumidouro de carbono. As atuais práticas mundiais de sobrepastoreio estão reduzindo substancialmente o desempenho de muitas pastagens como sumidouros de carbono. O Instituto Rodale diz que a agricultura regenerativa , se praticada em terras cultiváveis ​​do planeta de 15 milhões de km 2 (3,6 bilhões de acres), pode sequestrar até 40% das atuais emissões de CO 2 . Eles afirmam que o sequestro de carbono agrícola tem o potencial de mitigar o aquecimento global. Ao usar práticas regenerativas de base biológica, esse benefício dramático pode ser alcançado sem diminuição na produção ou nos lucros do agricultor. Solos administrados organicamente podem converter o dióxido de carbono de um gás de efeito estufa em um ativo de produção de alimentos.

Em 2006, as emissões de dióxido de carbono dos EUA, em grande parte da queima de combustíveis fósseis, foram estimadas em quase 5,9 bilhões de toneladas (6,5 bilhões de toneladas curtas). Se uma taxa de sequestro de 220 toneladas por quilômetro quadrado (2.000 lb / acre) por ano fosse alcançada em todos os 1,76 milhões de km 2 (434 milhões de acres) de terras agrícolas nos Estados Unidos, quase 1,5 bilhão de t (1,6 bilhão de toneladas curtas) de dióxido de carbono seriam sequestrados por ano, mitigando cerca de um quarto das emissões totais de combustíveis fósseis do país.

Oceanos

Estimativas do valor econômico dos ecossistemas de carbono azul por hectare. Com base em dados de 2009 do PNUMA / GRID-Arendal.
O carbono azul é o sequestro de carbono (a remoção de dióxido de carbono da atmosfera terrestre) pelos ecossistemas oceânicos e costeiros do mundo , principalmente por algas, ervas marinhas , macroalgas , manguezais , pântanos salgados e outras plantas em áreas úmidas costeiras . Isso ocorre por meio do crescimento da planta e do acúmulo e soterramento de matéria orgânica no solo. Como os oceanos cobrem 70% do planeta, a restauração do ecossistema oceânico tem o maior potencial de desenvolvimento de carbono azul. A pesquisa está em andamento, mas em alguns casos, descobriu-se que esses tipos de ecossistemas removem muito mais carbono do que as florestas terrestres e o armazenam por milênios.

Aumentando o sequestro natural

Florestas

As florestas podem ser depósitos de carbono e são sumidouros de dióxido de carbono quando aumentam de densidade ou área. Nas florestas boreais do Canadá, até 80% do carbono total é armazenado nos solos como matéria orgânica morta. Um estudo de 40 anos das florestas tropicais da África, Ásia e América do Sul pela Universidade de Leeds mostrou que as florestas tropicais absorvem cerca de 18% de todo o dióxido de carbono adicionado por combustíveis fósseis. Nas últimas três décadas, a quantidade de carbono absorvida pelas florestas tropicais intactas do mundo caiu, de acordo com um estudo publicado em 2020 na revista Nature.

Proporção de estoque de carbono em reservatórios de carbono florestal, 2020

O estoque total de carbono nas florestas diminuiu de 668 gigatoneladas em 1990 para 662 gigatoneladas em 2020. No entanto, outro estudo descobriu que o índice de área foliar aumentou globalmente desde 1981, que foi responsável por 12,4% do sumidouro de carbono terrestre acumulado de 1981 a 2016 O efeito da fertilização com CO2 , por outro lado, foi responsável por 47% do sumidouro, enquanto as mudanças climáticas reduziram o sumidouro em 28,6%.

Em 2019, eles absorveram um terço a menos de carbono do que na década de 1990, devido às altas temperaturas, secas e desmatamento. A floresta tropical típica pode se tornar uma fonte de carbono na década de 2060. As florestas tropicais verdadeiramente maduras, por definição, crescem rapidamente, com cada árvore produzindo pelo menos 10 novas árvores a cada ano. Com base em estudos da FAO e do PNUMA , estima-se que as florestas asiáticas absorvem cerca de 5 toneladas de dióxido de carbono por hectare a cada ano. O efeito de resfriamento global do sequestro de carbono pelas florestas é parcialmente contrabalançado no fato de que o reflorestamento pode diminuir o reflexo da luz solar ( albedo ). Florestas de latitude média a alta têm um albedo muito menor durante as temporadas de neve do que terreno plano, contribuindo assim para o aquecimento. A modelagem que compara os efeitos das diferenças de albedo entre florestas e pastagens sugere que expandir a área de terras de florestas em zonas temperadas oferece apenas um benefício de resfriamento temporário.

Nos Estados Unidos em 2004 (o ano mais recente para o qual as estatísticas da EPA estão disponíveis), as florestas sequestraram 10,6% (637  megatons ) do dióxido de carbono liberado nos Estados Unidos pela combustão de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural ; 5.657 megatoneladas). As árvores urbanas sequestraram outro 1,5% (88 megatoneladas). Para reduzir ainda mais as emissões de dióxido de carbono dos EUA em 7%, conforme estipulado pelo Protocolo de Kyoto , seria necessário o plantio de "uma área do tamanho do Texas [8% da área do Brasil] a cada 30 anos". Os programas de compensação de carbono estão plantando milhões de árvores de crescimento rápido por ano para reflorestar terras tropicais, por apenas $ 0,10 por árvore; durante sua vida normal de 40 anos, um milhão dessas árvores fixarão 1 milhão de toneladas de dióxido de carbono. No Canadá, a redução da extração de madeira teria muito pouco impacto sobre as emissões de dióxido de carbono por causa da combinação da colheita e do carbono armazenado em produtos de madeira manufaturada junto com o recrescimento das florestas colhidas. Além disso, a quantidade de carbono liberado da colheita é pequena em comparação com a quantidade de carbono perdido a cada ano em incêndios florestais e outros distúrbios naturais.

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas concluiu que "uma estratégia de manejo florestal sustentável destinada a manter ou aumentar os estoques de carbono florestal, ao mesmo tempo que produz um rendimento anual sustentado de fibra de madeira ou energia da floresta, gerará o maior benefício sustentado de mitigação". As práticas de manejo sustentável mantêm as florestas crescendo a uma taxa mais alta por um período de tempo potencialmente mais longo, proporcionando, assim, benefícios líquidos de sequestro além daqueles de florestas não manejadas.

A expectativa de vida das florestas varia em todo o mundo, influenciada por espécies de árvores, condições do local e padrões naturais de perturbação. Em algumas florestas, o carbono pode ser armazenado por séculos, enquanto em outras florestas, o carbono é liberado com frequentes queimadas de substituição. As florestas colhidas antes dos eventos de substituição de talhões permitem a retenção de carbono em produtos florestais manufaturados, como madeira serrada. No entanto, apenas uma parte do carbono removido das florestas desmatadas termina como bens duráveis ​​e edifícios. O restante termina como subprodutos da serraria, como celulose, papel e paletes, que muitas vezes terminam com a incineração (resultando na liberação de carbono para a atmosfera) no final de seu ciclo de vida. Por exemplo, dos 1.692 megatons de carbono colhidos das florestas em Oregon e Washington de 1900 a 1992, apenas 23% está em armazenamento de longo prazo em produtos florestais.

Oceanos

Uma maneira de aumentar a eficiência de sequestro de carbono dos oceanos é adicionar partículas de ferro de tamanho micrométrico na forma de hematita (óxido de ferro) ou melanterita (sulfato de ferro) a certas regiões do oceano. Isso tem o efeito de estimular o crescimento do plâncton . O ferro é um nutriente importante para o fitoplâncton , geralmente disponibilizado por meio de ressurgência ao longo das plataformas continentais , influxos de rios e riachos, bem como de deposição de poeira suspensa na atmosfera . As fontes naturais de ferro oceânico têm diminuído nas últimas décadas, contribuindo para um declínio geral na produtividade dos oceanos. No entanto, na presença de nutrientes de ferro, as populações de plâncton crescem rapidamente, ou 'florescem', expandindo a base de produtividade da biomassa em toda a região e removendo quantidades significativas de CO 2 da atmosfera por meio da fotossíntese . Um teste em 2002 no Oceano Antártico ao redor da Antártica sugere que entre 10.000 e 100.000 átomos de carbono são afundados para cada átomo de ferro adicionado à água. A aplicação de nutrientes de ferro em partes selecionadas dos oceanos, em escalas apropriadas, poderia ter o efeito combinado de restaurar a produtividade dos oceanos e, ao mesmo tempo, mitigar os efeitos das emissões humanas de dióxido de carbono para a atmosfera.

Como o efeito da proliferação periódica de fitoplâncton em pequena escala nos ecossistemas oceânicos não é claro, mais estudos seriam úteis. O fitoplâncton tem um efeito complexo na formação de nuvens por meio da liberação de substâncias como o sulfeto de dimetila (DMS) que são convertidos em aerossóis de sulfato na atmosfera, fornecendo núcleos de condensação de nuvens , ou CCN.

Outros nutrientes, como nitratos, fosfatos e sílica, assim como o ferro, podem causar a fertilização do oceano. Tem havido alguma especulação de que o uso de pulsos de fertilização (cerca de 20 dias de duração) pode ser mais eficaz para levar o carbono ao fundo do oceano do que a fertilização sustentada.

Há alguma controvérsia sobre semear os oceanos com ferro, no entanto, devido ao potencial de aumento do crescimento do fitoplâncton tóxico (por exemplo, " maré vermelha "), diminuição da qualidade da água devido ao crescimento excessivo e aumento da anóxia em áreas que prejudicam outras formas de vida marinha, como o zooplâncton, peixes, corais, etc.

Solos

Desde a década de 1850, uma grande proporção das pastagens do mundo foi arada e convertida em terras agrícolas, permitindo a rápida oxidação de grandes quantidades de carbono orgânico do solo. No entanto, nos Estados Unidos em 2004 (o ano mais recente para o qual as estatísticas da EPA estão disponíveis), os solos agrícolas, incluindo pastagens, sequestraram 0,8% (46 megatoneladas) tanto de carbono quanto foi liberado nos Estados Unidos pela combustão de combustíveis fósseis ( 5.988 megatoneladas). A quantidade anual desse sequestro tem aumentado gradualmente desde 1998.

Métodos que aumentam significativamente o sequestro de carbono no solo incluem plantio direto , cobertura morta de resíduos, cultivo de cobertura e rotação de culturas , todos os quais são mais amplamente usados ​​na agricultura orgânica do que na agricultura convencional. Como apenas 5% das terras agrícolas dos EUA atualmente usam plantio direto e cobertura morta de resíduos, há um grande potencial para sequestro de carbono. A conversão em pastagens, especialmente com um bom manejo do pasto, pode sequestrar ainda mais carbono no solo.

Terra preta , um solo antropogênico com alto teor de carbono, também está sendo investigado como mecanismo de sequestro. Ao pirolisar a biomassa, cerca de metade de seu carbono pode ser reduzido a carvão , que pode persistir no solo por séculos e é um corretivo de solo útil, especialmente em solos tropicais ( biochar ou agrichar ).

"Durante a maior parte da história humana, o permafrost foi o maior sumidouro de carbono terrestre da Terra, prendendo material vegetal e animal em suas camadas congeladas por séculos. Atualmente, ele armazena cerca de 1.600 bilhões de toneladas de carbono - mais do que o dobro da quantidade na atmosfera hoje. Mas obrigado com o aumento das temperaturas, o permafrost está se fragmentando e desaparecendo ". Sergey Zimov propôs restaurar e proteger este importante mecanismo de sequestro de carbono por meio da restauração de pastagens e grandes herbívoros mamíferos árticos.

Savanna

Queimadas controladas nas savanas do extremo norte da Austrália podem resultar em um sumidouro geral de carbono. Um exemplo prático é o Acordo de Gerenciamento de Incêndio de West Arnhem, que começou a trazer "gerenciamento estratégico de incêndio em 28.000 km² de Western Arnhem Land". O início deliberado de queimadas controladas no início da estação seca resulta em um mosaico de áreas queimadas e não queimadas, o que reduz a área de queima em comparação com incêndios mais fortes no final da estação seca. No início da estação seca, há níveis mais altos de umidade, temperaturas mais amenas e vento mais fraco do que no final da estação seca; os incêndios tendem a apagar-se durante a noite. Queimadas controladas antecipadamente também resultam em uma proporção menor de grama e biomassa de árvores sendo queimadas. As reduções de emissão de 256.000 toneladas de CO 2 foram feitas a partir de 2007.

Sequestro artificial

Para que o carbono seja sequestrado artificialmente (ou seja, não usando os processos naturais do ciclo do carbono), ele deve primeiro ser capturado, ou deve ser significativamente atrasado ou impedido de ser liberado novamente na atmosfera (por combustão, decomposição, etc.) de um material rico em carbono existente, ao ser incorporado a um uso duradouro (como na construção). Depois disso, ele pode ser armazenado passivamente ou permanecer utilizado de forma produtiva ao longo do tempo de várias maneiras. Por exemplo, após a colheita, a madeira (como um material rico em carbono) pode ser queimada imediatamente ou de outra forma servir como combustível, devolvendo seu carbono à atmosfera, ou pode ser incorporada na construção ou em uma série de outros produtos duráveis, sequestrando assim seu carbono ao longo de anos ou mesmo séculos.

Um edifício cuidadosamente projetado e durável, com eficiência energética e captação de energia tem o potencial de sequestrar (em seus materiais de construção ricos em carbono) tanto quanto ou mais carbono do que foi liberado pela aquisição e incorporação de todos os seus materiais e que será liberado pela função de construção "importação de energia" durante a existência da estrutura (potencialmente multi-século). Tal estrutura pode ser denominada "neutra em carbono" ou mesmo "negativa em carbono". Estima-se que a construção e operação de edifícios (uso de eletricidade, aquecimento, etc.) contribuam com quase metade das adições anuais de carbono causadas pelo homem na atmosfera.

As usinas de purificação de gás natural muitas vezes já precisam remover o dióxido de carbono, seja para evitar o entupimento dos tanques de gás com gelo seco ou para evitar que as concentrações de dióxido de carbono excedam o máximo de 3% permitido na rede de distribuição de gás natural.

Além disso, uma das aplicações iniciais mais prováveis ​​da captura de carbono é a captura de dióxido de carbono dos gases de combustão em usinas de energia (no caso do carvão, essa mitigação da poluição do carvão é às vezes conhecida como "carvão limpo"). Uma típica usina elétrica movida a carvão de 1000 MW produz cerca de 6 milhões de toneladas de dióxido de carbono anualmente. Adicionar a captura de carbono às usinas existentes pode aumentar significativamente os custos de produção de energia; Custos de lavagem à parte, uma usina de carvão de 1000 MW exigirá o armazenamento de cerca de 50 milhões de barris (7.900.000 m 3 ) de dióxido de carbono por ano. No entanto, a depuração é relativamente acessível quando adicionada a novas usinas baseadas na tecnologia de gaseificação de carvão , onde se estima que aumente os custos de energia para residências nos Estados Unidos usando apenas fontes de eletricidade a carvão de 10 centavos por kW · h para 12 centavos.

Edifícios

Mjøstårnet , um dos edifícios de madeira mais altos, em sua inauguração em 2019

De acordo com uma equipe internacional de cientistas interdisciplinares em um estudo de 2020, a adoção ampla de madeira em massa e sua substituição por aço e concreto em novos projetos de construção de altura média nas próximas décadas tem o potencial de transformar edifícios de madeira em um carbono global afundar, à medida que armazenam o dióxido de carbono retirado do ar pelas árvores que são colhidas e usadas como madeira projetada . Observando a necessidade demográfica de novas construções urbanas para os próximos trinta anos, a equipe analisou quatro cenários para a transição para novas construções de madeira em massa. Presumindo negócios como de costume, apenas 0,5% dos novos edifícios em todo o mundo seriam construídos com madeira até 2050 (cenário 1). Isso poderia ser aumentado para 10% (cenário 2) ou 50% (cenário 3), assumindo que a fabricação de madeira em massa aumentaria conforme a revolução do material substituindo o cimento e o aço na construção urbana pela madeira aumentasse de acordo. Por último, se os países com baixo nível de industrialização atual, por exemplo, África, Oceania e partes da Ásia, também fizessem a transição para a madeira (incluindo bambu), então até 90% de madeira até 2050 (cenário 4) é concebível. Isso poderia resultar no armazenamento de entre 10 milhões de toneladas de carbono por ano no cenário mais baixo e perto de 700 milhões de toneladas no cenário mais alto. O estudo concluiu que esse potencial pode ser realizado em duas condições. Primeiro, as florestas colhidas precisariam ser manejadas, administradas e usadas de maneira sustentável. Em segundo lugar, a madeira de edifícios de madeira demolidos precisaria ser reutilizada ou preservada na terra de várias formas.

Captura de carbono

Atualmente, a captura de dióxido de carbono é realizada em grande escala por absorção de dióxido de carbono em vários solventes à base de amina . Outras técnicas estão sendo investigadas, tais como adsorção por oscilação de pressão , adsorção por oscilação de temperatura , membranas de separação de gás , criogenia e captura de combustão .

Em usinas movidas a carvão, as principais alternativas para adaptar absorvedores à base de amina nas usinas existentes são duas novas tecnologias: ciclo combinado de gaseificação de carvão e combustão de oxi-combustível . A gaseificação produz primeiro um " gás de síntese " principalmente de hidrogênio e monóxido de carbono , que é queimado, com dióxido de carbono filtrado do gás de combustão. A combustão de oxi-combustível queima o carvão em oxigênio em vez de ar , produzindo apenas dióxido de carbono e vapor de água , que são separados com relativa facilidade. Alguns dos produtos da combustão devem ser devolvidos à câmara de combustão, antes ou depois da separação, caso contrário, as temperaturas seriam muito altas para a turbina.

Outra opção de longo prazo é a captura de carbono diretamente do ar usando hidróxidos . O ar seria literalmente limpo de seu conteúdo de CO 2 . Essa ideia oferece uma alternativa aos combustíveis não baseados em carbono para o setor de transporte.

Exemplos de sequestro de carbono em usinas de carvão incluem a conversão de carbono de chaminés em bicarbonato de sódio, por exemplo Luminant and Carbonfree Chemicals (anteriormente Skyonic) e captura de carbono à base de algas, evitando o armazenamento convertendo algas em combustível ou ração.

Oceanos

Outra forma proposta de sequestro de carbono no oceano é a injeção direta. Nesse método, o dióxido de carbono é bombeado diretamente para a água em profundidade, e espera-se que forme "lagos" de CO 2 líquido no fundo. Experimentos realizados em águas moderadas a profundas (350-3.600 metros (1.150-11.810 pés)) indicam que o CO 2 líquido reage para formar clatratos hidratos de CO 2 sólidos , que se dissolvem gradualmente nas águas circundantes.

Este método também tem consequências ambientais potencialmente perigosas. O dióxido de carbono reage com a água para formar ácido carbônico , H 2 CO 3; entretanto, a maioria (até 99%) permanece como CO 2 molecular dissolvido . O equilíbrio sem dúvida seria bem diferente sob as condições de alta pressão no fundo do oceano. Além disso, se os metanógenos bacterianos do fundo do mar que reduzem o dióxido de carbono encontrassem os sumidouros de dióxido de carbono, os níveis de gás metano podem aumentar, levando à geração de um gás de efeito estufa ainda pior. Os efeitos ambientais resultantes nas formas de vida bentônicas das zonas batipelágica , abissopelágica e hadopelágica são desconhecidos. Embora a vida pareça ser bastante esparsa nas bacias oceânicas profundas, os efeitos da energia e da química nessas bacias profundas podem ter implicações de longo alcance. Muito mais trabalho é necessário aqui para definir a extensão dos problemas potenciais.

O armazenamento de carbono nos oceanos ou sob os oceanos pode não ser compatível com a Convenção sobre a Prevenção da Poluição Marinha por Descarte de Resíduos e Outros Assuntos .

Um método adicional de sequestro oceânico de longo prazo é reunir os resíduos da colheita , como talos de milho ou excesso de feno, em grandes fardos pesados ​​de biomassa e depositá-los nas áreas de leque aluvial da bacia oceânica profunda . Lançar esses resíduos em ventiladores aluviais faria com que os resíduos fossem rapidamente enterrados em lodo no fundo do mar, sequestrando a biomassa por longos períodos de tempo. Os leques aluviais existem em todos os oceanos e mares do mundo, onde os deltas dos rios caem da borda da plataforma continental , como o leque aluvial do Mississippi no Golfo do México e o leque aluvial do Nilo no Mar Mediterrâneo . Uma desvantagem, no entanto, seria um aumento no crescimento de bactérias aeróbias devido à introdução de biomassa, levando a uma maior competição por recursos de oxigênio no mar profundo, semelhante à zona de mínimo de oxigênio .

Sequestro geológico

O método de geo-sequestro ou armazenamento geológico envolve a injeção de dióxido de carbono diretamente nas formações geológicas subterrâneas. Campos de petróleo em declínio , aquíferos salinos e camadas de carvão não exploráveis foram sugeridos como locais de armazenamento. Cavernas e minas antigas comumente usadas para armazenar gás natural não são consideradas, devido à falta de segurança de armazenamento.

O CO 2 foi injetado em campos de petróleo em declínio por mais de 40 anos, para aumentar a recuperação de petróleo. Esta opção é atrativa porque os custos de armazenamento são compensados ​​pela venda de óleo adicional que é recuperado. Normalmente, é possível uma recuperação adicional de 10-15% do óleo original no local. Outros benefícios são a infraestrutura existente e as informações geofísicas e geológicas sobre o campo de petróleo que estão disponíveis na exploração de petróleo. Outro benefício da injeção de CO 2 em campos de petróleo é que o CO 2 é solúvel em petróleo. A dissolução do CO 2 no óleo diminui a viscosidade do óleo e reduz sua tensão interfacial, o que aumenta a mobilidade do óleo. Todos os campos de petróleo têm uma barreira geológica que impede a migração de petróleo para cima. Como a maior parte do petróleo e gás existe há milhões a dezenas de milhões de anos, os reservatórios de petróleo e gás esgotados podem conter dióxido de carbono por milênios. Os possíveis problemas identificados são as muitas oportunidades de 'vazamento' fornecidas por poços de petróleo antigos, a necessidade de altas pressões de injeção e acidificação, que podem danificar a barreira geológica. Outras desvantagens dos antigos campos de petróleo são sua distribuição geográfica e profundidades limitadas, que exigem altas pressões de injeção para o sequestro. Abaixo de uma profundidade de cerca de 1000 m, o dióxido de carbono é injetado como um fluido supercrítico, um material com a densidade de um líquido, mas a viscosidade e a difusividade de um gás. Camadas de carvão não exploráveis ​​podem ser usadas para armazenar CO 2 , porque o CO 2 é absorvido pela superfície do carvão, garantindo um armazenamento seguro a longo prazo. No processo, ele libera metano que antes era adsorvido à superfície do carvão e pode ser recuperado. Novamente, a venda do metano pode ser usada para compensar o custo do armazenamento de CO 2 . A liberação ou queima de metano, é claro, compensaria pelo menos parcialmente o resultado de sequestro obtido - exceto quando o gás pode escapar para a atmosfera em quantidades significativas: o metano tem um potencial de aquecimento global 80 vezes maior do que o CO 2 (durante os primeiros vinte anos).

Os aquíferos salinos contêm salmouras altamente mineralizadas e até agora não foram considerados benéficos para os humanos, exceto em alguns casos em que foram usados ​​para o armazenamento de resíduos químicos. Suas vantagens incluem um grande volume potencial de armazenamento e uma ocorrência relativamente comum, reduzindo a distância pela qual o CO 2 deve ser transportado. A principal desvantagem dos aquíferos salinos é que se sabe relativamente pouco sobre eles em comparação com os campos de petróleo. Outra desvantagem dos aquíferos salinos é que, à medida que a salinidade da água aumenta, menos CO 2 pode ser dissolvido na solução aquosa. Para manter o custo de armazenamento aceitável, a exploração geofísica pode ser limitada, resultando em maior incerteza sobre a estrutura de um determinado aquífero. Ao contrário do armazenamento em campos de petróleo ou leitos de carvão, nenhum produto secundário compensará o custo de armazenamento. O vazamento de CO 2 de volta para a atmosfera pode ser um problema no armazenamento do aquífero salino. No entanto, pesquisas atuais mostram que vários mecanismos de aprisionamento imobilizam o CO 2 no subsolo, reduzindo o risco de vazamento.

Um grande projeto de pesquisa examinando o sequestro geológico de dióxido de carbono está sendo realizado em um campo de petróleo em Weyburn, no sudeste de Saskatchewan . No Mar do Norte , a plataforma de gás natural Equinor da Noruega, Sleipner, retira o dióxido de carbono do gás natural com solventes de amina e descarta esse dióxido de carbono por sequestro geológico. Sleipner reduz as emissões de dióxido de carbono em aproximadamente um milhão de toneladas por ano. O custo do sequestro geológico é mínimo em relação aos custos gerais de funcionamento. Um dos primeiros testes planejados de sequestro em grande escala de dióxido de carbono retirado das emissões da usina de energia no campo petrolífero de Miller quando suas reservas são esgotadas pela BP não foi financiado.

Em outubro de 2007, o Escritório de Geologia Econômica da Universidade do Texas em Austin recebeu um subcontrato de 10 anos e $ 38 milhões para conduzir o primeiro projeto intensivamente monitorado de longo prazo nos Estados Unidos, estudando a viabilidade de injetar um grande volume de CO 2 para armazenamento subterrâneo. O projeto é um programa de pesquisa da Southeast Regional Carbon Sequestration Partnership (SECARB) , financiado pelo National Energy Technology Laboratory do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) . A parceria com a SECARB demonstrará a taxa de injeção de CO 2 e a capacidade de armazenamento no sistema geológico Tuscaloosa - Woodbine que se estende do Texas à Flórida. Começando no outono de 2007, o projeto injetará CO 2 à taxa de um milhão de toneladas por ano, por até 1,5 anos, em salmoura até 10.000 pés (3.000 m) abaixo da superfície da terra perto do campo de petróleo Cranfield cerca de 15 milhas ( 24 km) a leste de Natchez, Mississippi . O equipamento experimental medirá a capacidade da subsuperfície de aceitar e reter CO 2 .

Sequestro mineral

O sequestro de minerais tem como objetivo prender o carbono na forma de sais de carbonato sólido . Este processo ocorre lentamente na natureza e é responsável pela deposição e acúmulo de calcário ao longo do tempo geológico. O ácido carbônico na água subterrânea reage lentamente com silicatos complexos para dissolver cálcio , magnésio , álcalis e sílica e deixar um resíduo de minerais de argila . O cálcio e o magnésio dissolvidos reagem com o bicarbonato para precipitar carbonatos de cálcio e magnésio, um processo que os organismos usam para fazer conchas. Quando os organismos morrem, suas conchas são depositadas como sedimentos e eventualmente se transformam em calcário. As pedras calcárias se acumularam ao longo de bilhões de anos de tempo geológico e contêm grande parte do carbono da Terra. A pesquisa em andamento visa acelerar reações semelhantes envolvendo carbonatos alcalinos.

Vários depósitos de serpentinito estão sendo investigados como sumidouros de armazenamento de CO 2 em grande escala , como os encontrados em NSW, Austrália, onde o primeiro projeto de planta piloto de carbonatação mineral está em andamento. A reutilização benéfica do carbonato de magnésio desse processo pode fornecer matéria-prima para novos produtos desenvolvidos para o ambiente construído e a agricultura sem retornar o carbono para a atmosfera e, portanto, agir como um sumidouro de carbono.

Uma reacção que é proposto da rocha rica em olivina dunito , ou o seu equivalente hidratado serpentinita com dióxido de carbono para formar o mineral de carbonato de magnesita , além de óxido de silício e ferro ( magnetite ).

O sequestro de serpentinita é favorecido devido à natureza estável e não tóxica do carbonato de magnésio. As reações ideais envolvem os componentes finais de magnésio da olivina (reação 1) ou serpentina (reação 2), esta última derivada da olivina anterior por hidratação e silicificação (reação 3). A presença de ferro na olivina ou na serpentina reduz a eficiência do sequestro, uma vez que os componentes do ferro desses minerais se decompõem em óxido de ferro e sílica (reação 4).

Reações serpentinitas

Mg-olivinaMg 2 SiO 4 + dióxido de carbono2CO 2 magnesita 2MgCO 3 + sílica SiO 2 + agua H 2 O

 

 

 

 

( Reação 1 )

Serpentina Mg 3 [Si 2 O 5 (OH) 4 ] + dióxido de carbono3CO 2 magnesita 3MgCO 3 + sílica 2SiO 2 + agua 2H 2 O

 

 

 

 

( Reação 2 )

Mg-olivina3Mg 2 SiO 4 + sílica 2SiO 2 + agua 4H 2 O serpentina 2Mg 3 [Si 2 O 5 (OH) 4 ]

 

 

 

 

( Reação 3 )

Fe-olivina3Fe 2 SiO 4 + agua 2H 2 O magnetita 2Fe 3 O 4 + sílica 3SiO 2 + hidrogênio 2H 2

 

 

 

 

( Reação 4 )

Estruturas de imidazolato zeolítico

As estruturas de imidazolato zeolítico são um sumidouro de dióxido de carbono de estrutura metal-orgânica que pode ser usado para manter as emissões industriais de dióxido de carbono fora da atmosfera .

Tendências no desempenho da pia

Um estudo em 2009 descobriu que a fração das emissões de combustível fóssil absorvida pelos oceanos pode ter diminuído em até 10% desde 2000, indicando que o sequestro oceânico pode ser sublinear. Outro estudo de 2009 descobriu que a fração de CO
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absorvido pelos ecossistemas terrestres e os oceanos não mudou desde 1850, indicando capacidade não diminuída.

Um estudo em 2020 descobriu que 32 florestas tropicais sazonais não amazônicas rastreadas diminuíram de um sumidouro de carbono para uma fonte de carbono em 2013 e conclui que "políticas são necessárias para mitigar a emissão de gases de efeito estufa e para restaurar e proteger as florestas tropicais sazonais".

Veja também

Fontes

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Referências

links externos