Meio ambiente: Captura de carbono abate emissões de CO2

Captura de carbono permite abater até 95% das emissões de CO2 em sistemas convencionais

Muito se fala que o futuro da matriz energética global será alcançado por meio das fontes renováveis, principalmente eólicas e solares, que ganham cada vez importância em detrimento da energia de origem fóssil.

Embora o crescimento dessas fontes, influenciado tanto pelas metas de descarbonização de países e empresas, como pela queda de custo de implementação, seja uma realidade, há movimentos claros nas principais economias do mundo de que, por questões de confiança do suprimento energético, está longe o dia em que o planeta vai prescindir totalmente da energia produzida por termelétricas.

A intermitência das fontes eólica e solar, e as frequentes secas que afetam os reservatórios das hidrelétricas, explicam a previsão da Agência Internacional de Energia (AIE) de que até 2050 sejam necessários manter em torno de 40% das usinas térmicas atualmente em operação no mundo.

Mesmo que esteja no planejamento fechar usinas nesse período, seja a carvão ou a óleo, poucos países realmente se comprometem com metas específicas de abandono das fontes fósseis e vários deles passaram a qualificar usinas nucleares e a gás natural como verdes, caso de muitos europeus, e outros se empenham em desenvolver alternativas de convívio tecnológico e ambiental da sociedade com as termelétricas.

Nesta última opção, a alternativa que está sendo cada vez mais aventada é a de implantar a tecnologia batizada de CCUS (sigla em inglês de Carbon Capture Utilisation and Storage), que nada mais são do que sistemas capazes de capturar até 95% do CO2 emitido de usinas térmicas e indústrias.

A aposta da solução é a de dar segurança para o sistema elétrico, em uma primeira demanda, com fontes despacháveis, as térmicas, sem o bônus das emissões, e compensando a entrada irreversível das fontes intermitentes, eólicas e solares.

Aliás, a própria AIE qualifica a CCUS como a “única tecnologia disponível para descarbonizar a geração de energia e os setores industriais, como cimento, aço e produção de produtos químicos, com reduções de emissões verificáveis, e ao mesmo tempo, prover confiabilidade da rede elétrica”.

Para o gerente de assuntos regulatórios da consultoria Thymos Energia, Victor Ribeiro, que tem estudado bastante o tema nos últimos anos, a solução de captura de carbono, ao permitir que térmicas continuem a operar, serão na verdade aliadas da ampliação das renováveis.

Meio ambiente: Captura de carbono abate emissões de CO2 ©QD Foto: iStockphoto
Gerente de assuntos regulatórios da consultoria Thymos Energia, Victor Ribeiro

“Os CCUS podem promover a entrada das renováveis de forma sustentável, dando confiabilidade ao sistema”, diz.

“As térmicas são as únicas que podem responder de forma rápida, despachável, às intermitências de eólicas e solares. As hidrelétricas já não são muito confiáveis para isso, por conta das sucessivas crises hídricas”, confirma.

Esse cenário, explica Ribeiro, já é compreendido pelos países desenvolvidos.

Mais especificamente, as duas principais economias mundiais, Estados Unidos e China, estão aderindo com força ao desenvolvimento das soluções CCUS, com programas bem estruturados para criar rotas para a captura de carbono em usinas de energia e polos industriais, e com previstos subsídios iniciais para a tecnologia.

Isso, na sua análise, faz com que a expectativa seja a de ocorrer o mesmo que aconteceu no passado recente com o amadurecimento das fontes solar e eólica, o chamado efeito escala.

“Há alguns anos foram dados subsídios pesados para as fontes solar e eólica, de início na Alemanha, e a partir daí para todo o mundo, incluindo o Brasil com o Proinfa [Programa de Incentivo às Fontes Renováveis], o que gerou ganho de escala e as fez serem hoje imbatíveis em custo”, diz.

Esses subsídios globais fizeram a China passar a ser a grande fabricante mundial de componentes solares e eólicos, provocando sobreoferta que, consequentemente, fez os preços despencarem. “Há uma grande tendência de isso ocorrer com a captura de carbono, tendo em vista os programas que já são anunciados pelos países”, diz.

Segundo Victor Ribeiro, China e Estados Unidos anunciaram investimentos agressivos nos sistemas CCUS. O país asiático, maior emissor de CO2 do mundo e com gigantesco parque térmico a carvão, tem planejamento para implantar 16 unidades de captura de carbono até 2030, em termelétricas e indústrias.

Embora tenha a intenção de implantar mais usinas nucleares e ampliar a participação de renováveis em sua matriz para cumprir sua meta de neutralidade de carbono até 2060, é certo que a China vai abraçar a solução de captura para não precisar desligar seu imenso parque termoelétrico a carvão.

Por sua vez, os Estados Unidos criou, em 2008, uma política de financiamento, batizada de 45Q Tax Credit, modalidade de crédito fiscal que incentiva a captura, sequestro e utilização de carbono, e que ajudou a impulsionar o desenvolvimento de instalações de CCUS em termelétricas.

“O 45Q Tax Credit foi expandido e aumentado em 2018, atingindo US$ 50/t de CO2 para armazenamento geológico e US$ 35/t de CO2 para CO2 usado em EOR [sigla em inglês para Recuperação Aprimorada de Petróleo] ou para outros usos”, explicou Ribeiro em trabalho apresentado recentemente para o Ministério de Minas e Energia.

As tecnologias – A fase de ganho de escala, que deve ser impulsionada pela entrada firme da China no negócio, precisa ocorrer para difundir a solução de CCUS, pois o custo atual da tecnologia disponível é alto, tendo em vista sua etapa de desenvolvimento.

Atualmente, a solução conta com custo elevado de implantação (capex), que segundo estudo da Thymos é de até 50% do valor do investimento de uma termelétrica. Uma usina a ciclo combinado, de 500 MW, demanda investimento em uma planta de CCUS de aproximadamente US$ 1,5 bilhão.

Já o custo anual para remunerar o investimento e para arcar com a planta de captura seria de US$ 279 milhões. “Com isso, o custo do carbono precisaria ser superior a US$ 275,75/t”, conclui o estudo.

Além disso, outro obstáculo é a dificuldade para financiar os projetos. Isso sem falar que o consumo interno de energia da usina para operar o sistema de captura também aumenta em até 50%, o que diminui a eletricidade injetada na rede pelo empreendimento.

De acordo com Ribeiro, o CO2 capturado pode ser utilizado pelo próprio agente emissor ou negociado com terceiros para aplicação em EOR, que aumenta a extração da produção de petróleo, na produção de combustíveis sintéticos, de produtos químicos e materiais de construção.

Nem sempre a solução vai envolver todas as fases do CCUS (captura, utilização e armazenamento), pois haverá situações em que o CO2 pode ser utilizado diretamente, sem necessidade de armazenamento, ou apenas armazenado ou injetado abaixo do solo em formações geológicas.

Pelo que há disponível no mundo, os sistemas de CCUS podem ser por três vias tecnológicas. O primeiro é pela pós-combustão, quando o CO2 é capturado depois da queima do combustível por meio de extração por solventes.

Segundo o gerente da Thymos, trata-se do método mais interessante para a China, porque pode ser adaptado às usinas existentes.

“A pós-combustão pode reduzir até 90% das emissões de uma usina, porém, exige volume de investimento muito maior em comparação com as demais alternativas”, explica.

O segundo sistema é a pré-combustão, quando a captura do CO2 é feita antes que o combustível fóssil seja queimado, usando uma reação química em um conversor catalítico, que permite separar o CO2 do hidrogênio, usando este como combustível.

“Ele é tão eficaz quanto a captura pós-combustão e possui custo menor, porém não pode ser adaptado em instalações mais antigas”, explica Ribeiro.

Por fim, o terceiro processo é a combustão oxi-combustível, com uso de oxigênio puro em vez de ar para queimar o combustível fóssil e pelo qual se “prende” o vapor rico em CO2 que sai do processo. Embora muito semelhante à pré-combustão, o uso de oxigênio torna esse processo mais caro.

Tendência global – Embora até 2020 tenham sido identificados apenas 22 projetos de CCUS no mundo, em 7 países, a tendência é de forte crescimento, embora exista grande quantidade de programas em várias regiões do mundo. Segundo levantamento da Thymos, há muitos exemplos.

Na Austrália, para começar, em maio de 2020, o governo local divulgou que tem planos de investir US$ 7,1 bilhões para fazer com que o CCUS se torne uma alternativa viável de energia limpa.

Na União Europeia, a tecnologia é uma das beneficiadas por fundo de apoio a novos sistemas de baixo teor de carbono, por meio de financiamento das receitas do Sistema de Comércio de Emissões (ETS).

Em específico, em um país europeu, a Noruega, está em curso o financiamento público do desenvolvimento de um projeto CCUS de cadeia completa que envolve a captura de CO2 em uma fábrica de cimento e uma planta de transformação de resíduos em energia e seu armazenamento.

Também o Reino Unido desenvolve hubs de CCUS em polos industriais que incluem transporte e armazenamento de CO2, pelo qual é possível compartilhar a infraestrutura entre os agentes, o que gera economia de escala e redução de custos.

Em 2019, esse projeto foi também interligado por navios com o projeto norueguês. Além disso, o governo britânico investiu US$ 995 milhões, em 2020, em dois sistemas de CCUS em usinas térmicas.

Os desenvolvimentos de usinas térmicas com captura de carbono, aliás, ganharam ainda mais um impulso na atualidade, segundo Ribeiro, por conta da crise criada pela guerra entre Rússia e Ucrânia. Isso porque a Europa é muito dependente do gás natural russo e vai precisar concentrar esforços para ter fontes internas despacháveis de energia, para dar mais confiabilidade a sua matriz com tendência de ter mais penetração de renováveis.

“Eles cada vez mais vão demandar térmicas com CCUS, por segurança e para cumprir suas metas de descarbonização”, ressalta.

Para o Brasil – Seguindo esses exemplos, Ribeiro acredita que o Brasil também precisaria começar a pensar em ter um projeto piloto para CCUS, tendo em vista a alta participação das fontes renováveis na matriz local (84%) e o crescimento das modalidades eólica e solar, que pode colocar o suprimento de energia sob risco no futuro.

“Em algumas horas do ano, quase 100% da energia consumida no Nordeste é gerada só por eólicas e, na média, 50%”, diz. “E se esse vento para de repente e não tiver água no reservatório? Vai precisar de termelétrica, não tem jeito”, diz.

Uma opção seria contar com baterias de armazenamento para reter a energia gerada pelas renováveis, mas isso ainda é uma solução muito distante e cara, na sua opinião.

Para ele, o projeto piloto deveria ser em algum local próximo de produção de petróleo ou de polos industriais consumidores de CO2, como metalurgia, ferro-ligas e cimento. Com recursos de projetos públicos de P&D ou de fundos internacionais, a iniciativa poderia ser em usina térmica ou em indústria.

“Além de criar know-how nacional, poderia também desenvolver novas indústrias perto de um local com abundância do CO2 armazenado”, diz. Ribeiro sugere projetos, por exemplo, com gasodutos para transportar o gás ou a injeção próxima de poço de extração de petróleo, entre várias outras rotas possíveis.

Mesmo que no país não exista ainda um projeto para criar massa crítica de captura de carbono em escala piloto, há casos de recuperação de CO2 na indústria brasileira.

Um deles ocorre na Carbo Gás, empresa do grupo pernambucano sucroalcooleiro JB, criada há cerca de 20 anos para recuperar o CO2 contido no gás bruto de fermentação alcoólica, antes lançado na atmosfera.

Segundo o diretor executivo da Carbo Gás, Fernando Mota, a empresa faz a recuperação em duas unidades do grupo, na Companhia Alcooquímica Nacional, em Vitória de Santo Antão-PE, e na Lasa – Linhares Agroindustrial, em Linhares-ES.

Ambas as produções do gás carbônico, considerado verde por ser subproduto agroindustrial – ao contrário das demais opções no Brasil, obtidas a partir da produção de amônia – são vendidas para uso alimentício, na carbonatação de bebidas, mas também para produzir gelo seco, no tratamento de efluentes, entre outros usos.

Ao todo, a Carbo Gás conta com seis plantas de recuperação de CO2, explica Mota: quatro na Cia. Alcooquímica e duas em Linhares, que, além de eliminarem as emissões das duas indústrias, geram cerca de 6 mil t/mês para abastecer mais de 200 clientes no Brasil.

As duas produções acabam sendo integradas por operarem em safras distintas, uma no Nordeste e outra no Sudeste, o que faz a empresa ter gás carbônico para fornecer durante todo o ano.

As plantas de recuperação, de origem dinamarquesa, capturam o CO2 com o gás efluente das dornas de fermentação, sendo posteriormente purificado e liquefeito para o transporte em carretas.

Apesar de ter gerado um negócio rentável para o grupo, com papel de destaque em volume de produção, Mota acredita que dificilmente esse investimento de capital intensivo seria hoje viável, mesmo com a atual pegada ambiental que poderia valorizar o aproveitamento do subproduto gasoso.

“O custo logístico para transportar é muito elevado e a concorrência com o oligopólio do gás carbônico, exercido por empresas multinacionais que o geram a partir da produção de amônia, também é muito grande”, diz.

Eficiência energética – Embora os projetos de captura de carbono tenham todo esse potencial para alcançar o chamado NetZero, o combate às emissões, principalmente ao se pensar em indústrias, passa muito também pelo aumento na eficiência do uso da energia nos processos produtivos.

Na opinião de especialistas, há várias maneiras de fazer com que as indústrias reduzam suas pegadas de carbono sem precisar investir em plantas de captura, apenas com mudanças dentro da fábrica.

Um exemplo de empresa que oferta esse tipo de abordagem é a alemã Dürr, que mesmo sendo conhecida por suas soluções de controle e recuperação de gases gerados pela indústria, entre eles o CO2, passou a ter foco também na oferta de alternativas de mudanças de processo para melhorar a eficiência energética e, como consequência, reduzir as emissões de seus clientes.

Segundo explicou o diretor de tecnologia limpa da Dürr, Joachim Lorenz, hoje a empresa trabalha com duas ofertas principais: melhoria de eficiência dos processos que evitam emissões e adequação de suas emissões às legislações ambientais, aí empregando suas soluções de tratamento.

Meio ambiente: Captura de carbono abate emissões de CO2 ©QD Foto: iStockphoto
Diretor de tecnologia limpa da Dürr, Joachim Lorenz

“Nesse último caso, aliás, as demandas são para gases piores para o efeito estufa, como solventes e hidrocarbonetos, que com nossos processos transformamos em CO2 e água, melhorando o balanço de emissões das empresas”, explica.

Em recuperação de gás carbônico, a Dürr já forneceu no Brasil um sistema com catalisador especial que purifica o CO2 contaminado com hidrocarbonetos do processo, destruindo os componentes e gerando uma versão purificada do gás que é comercializada para uso alimentício.

Mesmo com esse caso, Lorenz entende que o que impulsiona os clientes atualmente é cumprir suas metas de descarbonização e, nesse caso, as soluções podem tanto enveredar pela destruição das emissões como pelas mudanças processuais, que têm a vantagem de agregar valor à produção, apresentando melhor custo-benefício.

São várias alternativas que a empresa tem trabalhado com seus clientes no Brasil e no mundo para diminuir as emissões com mudanças nos processos industriais.

Para começar, há uma tendência de eletrificação de etapas produtivas, que até então usam energia térmica, com mais emissões. Isso ocorre, por exemplo, em estufas de secagem na indústria automotiva, onde a Dürr atua com destaque no controle de emissões.

Segundo Lorenz, há estudos em clientes para substituir sistemas de secagem baseados em energia térmica gerada por gás ou óleo combustível por sistemas solares fotovoltaicos ou com aquecimento direto. “Em locais com alta radiação solar, dá para trocar até 100% dos sistemas térmicos antigos”, revela.

Outra tecnologia utilizada pela Dürr é um aprimoramento do ciclo Rankine, que usa, em vez de água para evaporação, mídias orgânicas (hidrocarbonetos enclausaurados em closed loops).

Essa solução batizada de Organic Rankine Cycle, explica o diretor, permite que se utilize temperaturas muito mais baixas, de 90ºC, contra até 1000ºC da evaporação da água, para gerar eletricidade. Isso permitiu, por exemplo, que em uma siderúrgica alemã fossem aproveitados os gases de chaminé do forno de têmpera do aço para gerar 500 kWh para a indústria.

“Há muita energia difusa e perdida em chaminés de uma indústria.

Em países mais avançados industrialmente do que o Brasil, as perdas são de até 45% da energia consumida, aquela que não participa da produção”, diz Lorenz.

E a vantagem de usar a solução de aproveitamento é que, além de agregar valor ao processo industrial, vai resultar em menos emissões.

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