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O mundo mal pode esperar para se livrar da necessidade de carvão. Sem cortar o uso do carvão drasticamente, há poucas chances de atingir as metas de emissão de gases de efeito estufa e evitar os efeitos mais catastróficos das mudanças climáticas.
E eliminar o material não se trata apenas de gases de efeito estufa: Minerar o carvão e depois queimá-lo produz outras toxinas, poluindo nosso ar, água e solo.
O que torna o carvão tão sujo? Para entender, teremos que vestir as nossas batas de laboratório e enfrentar apenas um pouco de química.
Aritmética de estufa
O problema do gás de estufa é relativamente fácil de entender. Todos os combustíveis fósseis são compostos principalmente de carbono e hidrogênio. Quando queimado, o carbono é convertido em dióxido de carbono e o hidrogênio em água. Cada uma destas reacções produz uma quantidade de calor ligeiramente diferente.
C + O2 → CO2 gera 393 kJ de calor
H2 + 0.5 O2 → H2O gera 242 kJ de calor
O produto que mais nos preocupa é o dióxido de carbono, um gás de efeito estufa que retém o calor do sol na nossa atmosfera. O que significa que o melhor combustível fóssil – aquele que produzirá menos emissões de CO2 para gerar a mesma quantidade de calor – é aquele que contém muitos átomos de hidrogênio para cada átomo de carbono.
Gás natural vence essa batalha de mãos dadas. Ele contém principalmente metano, um químico simples com a fórmula CH4. Isso significa que existem quatro átomos de hidrogénio para cada átomo de carbono, o máximo que um único átomo de carbono pode acomodar.
A fórmula química do carvão é muito mais complexa (como veremos mais adiante). Isso porque, ao contrário do gás natural, o carvão é uma mistura de muitos milhares de tipos de produtos químicos. Mas para entender sua produção de calor, podemos simplificar a fórmula do carvão ao CH (que é um átomo de hidrogênio para cada átomo de carbono).
O resultado é que o carvão produz duas vezes mais dióxido de carbono por unidade de energia térmica do que o gás natural.
Boggy start
Além da contribuição dos gases de efeito estufa para as mudanças climáticas, o carvão tem outros problemas. Esses têm a ver com como o material foi formado.
“O carvão é o sólido mais complexo que já encontramos e analisamos”, diz Jonathan Mathews, um cientista do carvão na Universidade da Pensilvânia.
Muitos milhões de anos atrás, algum tipo de evento natural – talvez uma inundação, talvez um tufão – enterrou vastas florestas debaixo d’água. À medida que novas camadas de solo eram depositadas no topo das árvores, privando-as de ar, a madeira enterrada lentamente se transformava em pântanos de turfa. Mais e mais camadas de sedimentos se acumularam, aumentando a pressão e a temperatura abaixo, até que finalmente, o pântano se transformou em carvão.
Estou sendo propositadamente vago sobre “muitos milhões” porque os depósitos de carvão em diferentes regiões podem ter idades diferentes. O carvão nos Estados Unidos foi criado durante o período Carbonífero, que durou de 360 milhões a 300 milhões de anos atrás. O carvão australiano, por outro lado, foi formado durante o período Permiano, entre 300 milhões e 250 milhões de anos atrás.
Porque originalmente se formou a partir de plantas, o carvão contém principalmente carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. O carvão ajudou a criar o ramo da química baseada no carbono, a que chamamos “química orgânica”. Quando o carvão é aquecido na ausência de ar, a sua mistura complexa decompõe-se em formas mais simples. Essas substâncias químicas – como benzeno, tolueno, naftaleno, antraceno e fenol – formam a base de perfumes, explosivos e medicamentos.
As plantas também têm uma série de outros elementos da tabela periódica em quantidades muito menores. Crucialmente, durante sua formação, o carvão pode absorver ainda outros elementos encontrados em seus depósitos de lama ao redor ou água contaminada. Dependendo da geologia da região, os tipos e as quantidades destes elementos variam; mais da metade da tabela periódica de elementos foi detectada em diferentes tipos de carvão.
“O processo pelo qual o carvão se forma compõe a sua complexidade”, diz Mathews. “É por isso que quase cada pedaço de carvão encontrado é quimicamente único”
Quando o carvão é queimado, muitos desses elementos são despejados na atmosfera junto com outros gases. Estes podem viajar quilômetros antes de pousar nas plantas ou no solo, onde poderiam ser absorvidos por árvores ou plantações e eventualmente ser comidos por humanos. Alguns desses elementos também podem acabar nos pulmões das pessoas, onde venenosos como estanho, cádmio e mercúrio podem causar danos reais aos sistemas nervoso, digestivo e imunológico.
Embora haja regulamentações sobre a indústria do carvão, esses metais frequentemente acabam no meio ambiente. Mais de 40% de todas as emissões de mercúrio nos EUA ainda são provenientes de centrais elétricas a carvão. Em 2014, somente nos EUA, as atividades relacionadas ao carvão também liberaram 40 toneladas métricas de chumbo, 30 toneladas de arsênico e 4 toneladas de cádmio.
Smoggy end
Todos esses poluentes químicos são responsáveis apenas por parte do problema, no entanto. A manifestação mais visível do impacto ambiental do carvão é o smog: o resultado da reação química da queima do carvão. Como o carvão é uma mistura complexa de produtos químicos, não queima de forma tão limpa quanto o gás natural – nem todo o carbono e hidrogênio é convertido em dióxido de carbono e água. Em vez disso, a fumaça do carvão contém partículas não queimadas ou semi-incineradas de carbono, óxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e muitas moléculas orgânicas complexas formadas no processo de combustão.
Cada uma delas tem sua própria maneira de causar danos. Vamos tomá-las uma a uma.
P>Botão: Partículas de carvão não queimadas ou meio queimadas podem ser categorizadas como fuligem. A sua aparência (e em grande parte a sua composição química) é semelhante à fuligem encontrada nas chaminés das lareiras: um pó preto fino. A fuligem, que pode transportar qualquer número dos contaminantes acima listados, é prejudicial para os pulmões. Mas é ainda mais prejudicial porque é pequena o suficiente para entrar na corrente sanguínea uma vez inalada. Pode até acabar no cérebro. O carvão e outros combustíveis sólidos usados em casas é a principal causa de mortes por poluição do ar na Índia. Na Índia, sabe-se que a fuligem reveste os glaciares, o que os escurece para capturar mais calor do sol e derreter mais rapidamente.
Óxido de enxofre: A altas temperaturas dentro de um forno, o enxofre no carvão e o oxigénio no ar combinam-se para formar óxido de enxofre, que é um irritante se respirado. Quando combinado com água, forma uma chuva ácida geradora de ácido sulfúrico. Nos anos 60 e 70, a chuva de enxofre era um fenômeno comum nos EUA e em outros países. Desde então, a maioria das usinas foi obrigada a instalar equipamentos que puxam as emissões de enxofre da chaminé, mas algum enxofre ainda escorrega para a atmosfera.
Óxidos de nitrogênio: Tal como o enxofre, o nitrogénio no carvão combina com o oxigénio no ar para formar uma mistura de óxidos de nitrogénio. Estes são irritantes e podem causar doenças respiratórias como a pneumonia. Os óxidos de nitrogênio também são quimicamente ativos, o que significa que eles se misturam com outros poluentes na atmosfera para criar novos, como o ozônio.
Compostos orgânicos voláteis (COVs): A mineração de carvão e a queima de carvão liberam compostos nocivos à base de carbono que persistem na atmosfera como gases. É com eles que os óxidos de nitrogênio podem reagir para formar o ozônio e outros poluentes. Estes químicos são prejudiciais para os seres humanos, outros animais e plantas.
Monóxido de carbono: Às vezes, em vez de carbono combinar com oxigénio para formar dióxido de carbono, reagirá para criar monóxido de carbono – um gás venenoso.
Até ao longo dos anos, os regulamentos das centrais eléctricas a carvão ajudaram a cortar alguns destes poluentes. As usinas elétricas a carvão indianas, no entanto, estão seriamente atrasadas. Em 2015, o governo estabeleceu um prazo até 2017 para que as usinas instalem equipamentos que reduzam as emissões de enxofre e nitrogênio. Poucas usinas haviam cumprido o prazo, e agora o governo o estendeu até 2022. Esse atraso provavelmente causará pelo menos 26.000 mortes prematuras e a perda de muitos milhões de dias de trabalho a cada ano.
Os países mais avançados já têm esses depuradores instalados – e alguns deles estão até indo um passo além. Duas centrais eléctricas a carvão, uma no Canadá e outra nos EUA, capturam agora a maior parte do dióxido de carbono que produzem. Em ambos os casos, o dióxido de carbono capturado é bombeado para o solo para extrair petróleo. Quando a tecnologia ficar barata o suficiente, os emissores poderão simplesmente enterrar seu dióxido de carbono no subsolo sem ter que subsidiar o processo através da venda de petróleo.
Dito isto, nenhuma regulamentação será capaz de eliminar completamente as emissões nocivas da queima de combustíveis fósseis. Seus danos só podem ser deixados para trás se deixarmos de extraí-los do solo.