Patente de tecnologia desenvolvida por pesquisadores do Centro de Pesquisa para Inovação em Gás, financiado por FAPESP e Shell, foi depositada no INPI (imagem: RCGI/TPN)

Cavernas no pré-sal poderão armazenar CO2

25 de outubro de 2018

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Marcos de Oliveira  |  FAPESP Pesquisa para Inovação – A exploração de petróleo na área do pré-sal brasileiro tem gerado novas tecnologias para contornar as dificuldades existentes nas águas profundas e nas longas distâncias da costa. Uma delas resultou em uma patente recém-depositada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) por pesquisadores vinculados ao Centro de Pesquisa para Inovação em Gás (RCGI), um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) financiado pela FAPESP e pela Shell, com sede da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli/USP).

A novidade é um sistema que separa por gravitação o dióxido de carbono (CO₂) do gás metano (CH₄) que são encontrados misturados nos poços de petróleo, principalmente nas reservas do pré-sal, em águas ultraprofundas, com lâmina d’água (da superfície até o solo marinho) de 2 a 3 mil metros de profundidade.

A solução dos pesquisadores indica que a separação e a retenção do CO₂ podem ocorrer em cavernas construídas na camada de sal. A escavação e a formação dessas cavernas seriam realizadas por meio de lixiviação, com água do mar sob alta pressão moldando ambientes com até 450 metros de altura por 150 metros de largura. A expectativa é que cada caverna possa armazenar até 8 milhões de toneladas de CO₂.

O CO₂ tem um mercado equivalente a pouco mais de 1% do total de emissões totais desse gás. O CO₂ é utilizado na indústria alimentícia, por exemplo, na produção de refrigerantes, entre outros produtos, e na indústria petroquímica. 

Mas a parcela que é liberada na atmosfera é danosa ao ambiente, tanto que o CO₂ é o principal causador do aquecimento global e das mudanças climáticas. Com a técnica apresentada na patente, o gás pode ficar estocado nas cavernas para sempre.

No pré-sal, o petróleo produzido está misturado com gás natural, em fase líquida e gasosa, com concentração de CO₂ variando de 20% a 60%. “A técnica atual de separação de CO₂ e gás natural utiliza membranas na própria plataforma de exploração petrolífera. Mas é um sistema caro. Há 20 anos, o CO₂ era liberado na atmosfera e o metano [principal componente do gás natural] queimado em tochas no alto das torres das plataformas de petróleo ou nas refinarias”, disse Julio Meneghini, coordenador do RCGI e professor da Poli/USP, à Agência FAPESP.

As cavernas no subsolo marinho para acondicionamento de hidrocarbonetos (petróleo, gás etc.) já existem desde a década de 1960 e somam hoje mais de 4 mil.

A invenção dos pesquisadores do RCGI uniu o uso das cavernas à separação do CO₂ e do gás natural (CH₄) contando com a gravidade. Depois de extraído do poço, o gás misturado (CO₂ + CH₄) é injetado sob alta pressão nas cavernas com o auxílio de uma camada de um fluido sintético que separa os gases da água do mar, não permitindo que os dois se misturem e funcionando como uma espécie de repelente tanto ao gás quanto à salmoura.

O conceito inovador está na utilização de pressões de 500 a 600 atmosferas (atm) que fazem o CO₂ permanecer em um estado termodinâmico supercrítico, em que a densidade é semelhante à de um líquido, mas com viscosidade mais baixa que a do estado gasoso.

Assim, mais pesado, ocorre a separação: o gás natural (composto de metano, em maior quantidade, etano e propano) fica na parte superior da caverna, podendo ser retirado para comercialização de forma mais fácil.

“Na caverna, e sem o CH₄, é possível diminuir a pressão interna e transformar o CO₂ em gás. Assim, a caverna pode receber mais dióxido de carbono. Então, quando a caverna estiver cheia poderá ser selada e abandonada”, explicou Meneghini. Mesmo em casos extremos, como no de terremotos, por exemplo, o conteúdo das cavernas permanece retido porque a rocha salina consegue se autorreparar rapidamente, sem deixar trincas abertas

Propriedade intelectual

Essas cavernas podem ser moldadas na faixa do sal que mede cerca de 3 quilômetros de altura, entre os bolsões de petróleo, abaixo, e o solo marinho, com os mesmos equipamentos utilizados para injetar água do mar nos poços de petróleo. Isso ocorre quando o poço está no final da vida útil e a pressão da água injetada faz soltar o restante de petróleo preso às rochas.

As cavernas devem ficar próximo às plataformas de exploração para receber a energia elétrica que fará funcionar as bombas instaladas no fundo do mar para a injeção de água à vazão de 200 a 1.000 metros cúbicos por hora. Outras estruturas conhecidas como risers fazem a injeção de gás. O acompanhamento do que ocorre no interior das cavernas poderá ser feito por sensores de pressão e de gases.

Os pesquisadores do RCGI trabalham atualmente na bacia do Espírito Santo, a 50 quilômetros da costa. Por meio de modelagem computacional, eles estimam que podem ser construídas 14 cavernas naquela bacia.

O gás natural extraído pode ser utilizado para geração de energia elétrica na própria plataforma ou armazenado como uma reserva estratégica. Outra vantagem é a capacidade de estocar CO₂ em locais distantes de centros habitados.

Os pesquisadores da USP que participam da patente são Álvaro Maia da Costa, Pedro Vassalo Maia da Costa, Cláudio Oller, Felipe Rugeri, Júlio Meneghini e Kazuo Nishimoto.

Pesquisadores monitoram emissões de gases do efeito estufa na Caatinga

20 de outubro de 2016

Diego Freire  |  Agência FAPESP – Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) monitoraram duas regiões da Caatinga, uma de mata nativa e outra de pasto, e concluíram que as mudanças do uso do solo na área de estudo não apresentaram impacto significativo nas emissões de gases do efeito estufa no bioma.
Verificaram também que as emissões na Caatinga são relativamente baixas quando comparadas com as de outros biomas. Entretanto, por ser uma região densamente povoada e, portanto, sujeita a grandes alterações humanas, é difícil determinar, segundo os pesquisadores, as tendências de emissões.

Iniciativa do Inpe com apoio da FAPESP é pioneira na medição de emissões de nitrogênio, dióxido de carbono e metano no bioma (foto: Wikimedia Commons) 

 

 A pesquisa "Impactos de mudanças climáticas sobre a cobertura e uso da terra em Pernambuco: geração e disponibilização de informações para o subsídio a políticas públicas", coordenada por Jean Pierre Henry Balbaud Ometto, foi realizada com o apoio da FAPESP no âmbito do Programa de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais.

“Trata-se de estudos de medição das emissões de gases do efeito estufa a partir do solo nessa região. O objetivo foi investigar se o uso da terra e as consequentes mudanças na cobertura do solo alteram os ciclos biogeoquímicos e as emissões de gases do efeito estufa na Caatinga, que abrange uma área de 844.453 km² do território brasileiro: um bioma de grande biodiversidade endêmica e com outras características particulares que o fazem exclusivamente brasileiro”, disse Ometto.

As medições foram realizadas em 2013 e 2014 no município pernambucano de São João. De acordo com os resultados do monitoramento, as emissões de óxido nitroso (N2O) e de dióxido de carbono (CO2) foram significativamente superiores às de metano (CH4) na Caatinga durante o período estudado, mas não houve diferenças consideráveis entre as medições na área de vegetação nativa e naquelas sob cobertura de pasto. Por outro lado, as condições de temperatura e de umidade do solo impactaram significativamente as alterações das emissões de gases.

As emissões foram significativamente menores durante as estações secas. Isso porque a matéria orgânica, a disponibilidade de nutrientes e a atividade microbiana são minimizadas em condições de solo muito seco. Já a ocorrência de chuva estimula atividades microbiológicas e o aumento das emissões de CO2 e N2O.

“A exposição direta da superfície do solo à radiação solar altera sua dinâmica microbiológica em virtude das altas temperaturas, o que influencia as emissões de gases do efeito estufa. A umidade do solo também é essencial para a emissão desses gases, especialmente do nitrogênio, pois a atividade microbiana no solo e a decomposição da matéria orgânica dependem da disponibilidade hídrica”, disse Eráclito Sousa Neto, do Centro de Ciência do Sistema Terrestre do Inpe.

Mas ele alerta para outras variáveis que podem impactar as emissões. “As variáveis ambientais de temperatura e umidade do solo são importantes reguladores das emissões de gases; no entanto, a variabilidade elevada do clima e das precipitações, típica da Caatinga, associada a alterações antrópicas dificulta determinar as tendências de emissões para o bioma”, disse Sousa Neto.
Segundo os pesquisadores, os resultados do monitoramento revelaram que as emissões de gases do efeito estufa na região estudada são muito baixas, porque se trata de um sistema de dinâmica relativamente lenta, mas nem por isso são menos importantes.

“Quando se comparam as emissões da Caatinga com as de outros biomas, elas são relativamente baixas por conta de fatores como a dinâmica de decomposição do solo, a disponibilidade hídrica e uma cobertura vegetal menos pujante em termos de quantidade de carbono. No entanto, áreas áridas e semiáridas estão representadas em todos os continentes, cobrindo uma região importante do planeta e, geralmente, largamente ocupadas por atividades humanas, como o pastoreio e a agricultura de pequena escala, com processos antrópicos históricos e intensos”, disse Ometto. “A Caatinga brasileira integra esse cenário, que não deve ser ignorado.”

Dessa forma, as emissões relativas à mudança de uso do solo ou à dinâmica da decomposição da matéria orgânica podem não ser significativas em termos comparativos, mas a cobertura global da área associada à ocupação humana evidenciam sua importância.
“A modelagem atmosférica global indica, com certa consistência, que o Nordeste brasileiro deve enfrentar ainda mais períodos de seca intensa. Estamos falando de um número muito grande de pessoas que dependem da atividade agrícola e da pecuária de pequena escala, com uma perspectiva de sofrer impactos de secas mais frequentes e prolongadas, o que nos exige avanços científicos sobre as dinâmicas do funcionamento dos ecossistemas, dos sistemas de produção e da integração de diversos processos ambientais pelos ciclos bioquímicos. A Caatinga, em especial, passa por longos períodos naturais de seca que causam perdas nas colheitas e na produtividade da pecuária, tendo um impacto grave sobre a população”, disse Ometto.

Terras áridas e semiáridas cobrem aproximadamente 41% da superfície da Terra.

Os resultados do monitoramento do bioma pelos pesquisadores do Inpe estão no artigo Land cover changes and greenhouse gas emissions in two different soil covers in the Brazilian Caatinga, publicado pela revista Science of the Total Environment e disponível em dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.07.095.

Assinam o artigo Kelly Ribeiro, Eráclito Rodrigues de Sousa Neto, João Andrade de Carvalho Junior, José Romualdo de Sousa Lima, Rômulo Simões Cezar Menezes, Paulo José Duarte Neto, Glauce da Silva Guerra e Jean Pierre Henry Baulbaud Ometto.