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O Primeiro Combustível Utilizado em Alta Escala
Até a segunda guerra mundial, o carvão era o combustível mais utilizado no mundo. A descoberta dos combustíveis derivados do petróleo, que permitiu o desenvolvimento dos motores a explosão e abriu maiores perspectivas de velocidade e potência, e o surgimento da energia nuclear, relegaram o carvão a condição de fonte subsidiária de energia. No entanto, a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral e o baixo custo do carvão vegetal ainda conferem a esse combustível um papel relevante.
Carvão é um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar grandes quantidades de calor. Pode ser produzido por processo artificial, pela queima de madeira, como o carvão vegetal; ou originar-se de um longo processo natural, denominado encarbonização, pelo qual substâncias orgânicas, sobretudo vegetais, são submetidas à ação da temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em carvão mineral. Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural.
Carvão Mineral
De acordo com a maior ou menor intensidade da encarbonização, o carvão mineral - também chamado carvão fóssil ou de pedra - pode ser classificado como linhito, carvão betuminoso e sub-betuminoso (ambos designados como hulha) e antracito. A formação de um depósito de carvão mineral exige inicialmente a ocorrência simultânea de diversas condições geográficas, geológicas e biológicas. Primeiro, deve existir uma vegetação densa, em ambiente pantanoso, capaz de conservar a matéria orgânica. A água estagnada impede a atividade das bactérias e fungos que, em condições normais, decomporiam a celulose. A massa vegetal assim acumulada, no prazo de algumas dezenas de milhares de anos - tempo curto do ponto de vista geológico - transforma-se em turfa, material cuja percentagem de carbono já é bem mais elevada que a da celulose.
Na etapa seguinte, que leva algumas dezenas de milhões de anos, a turfa multiplica seu teor de carbono e se transforma na primeira variedade de carvão, o linhito, cujo nome provém de sua aparência de madeira. Na etapa seguinte, surge a hulha, primeiro como carvão betuminoso, depois como sub-betuminoso. Na fase final, a hulha se transforma em antracito, com teores de até 90% de carbono fixo.
Quanto maior o teor de carbono, maior também é o poder energético. Por isso, a turfa, que tem teores muito baixos e altas percentagens de umidade, nem sempre pode ser aproveitada como combustível, e nesse caso serve para aumentar a composição de matéria orgânica dos solos. Encontrada nos baixios e várzeas, ou em antigas lagoas atulhadas, a turfa caracteriza-se pela presença abundante de restos ainda conservados de talos e raízes. Já o linhito, muito mais compacto que a turfa, é empregado na siderurgia, como redutor, graças a sua capacidade de ceder oxigênio para a combustão e transformar-se em metal. É utilizado também como matéria-prima na carboquímica. Quando o linhito se apresenta brilhante e negro, recebe o nome de azeviche.
A hulha é composta de carbono, restos vegetais parcialmente conservados, elementos voláteis, detritos minerais e água. É empregada tanto como combustível quanto como redutor de óxidos de ferro e, graças a suas impurezas, na síntese de milhares de substâncias de uso industrial. O antracito, última variedade de carvão surgida no processo de encarbonização, caracteriza-se pelo alto teor de carbono fixo, baixo teor de compostos voláteis, cor negra brilhante, rigidez e dificuldade com que se queima, dada sua pobreza de elementos inflamáveis. É usado como redutor em metalurgia, na fabricação de eletrodos e de grafita artificial. Uma de suas principais vantagens consiste em proporcionar chama pura, sem nenhuma fuligem.
O carvão mineral, em qualquer de suas fases, compõe-se de uma parte orgânica, formada de macromoléculas de carbono e hidrogênio e pequenas proporções de oxigênio, enxofre e nitrogênio. Essa é a parte útil, por ser fortemente combustível. A outra parte, mineral, contém os silicatos que constituem a cinza. As proporções desses elementos variam de acordo com o grau de evolução do processo de encarbonização: quanto mais avançado, mais alto o teor de carbono na parte orgânica e menor o teor de oxigênio.
Em virtude dessa estrutura complexa e variável, o carvão mineral apresenta diversos tipos. Seu emprego para fins industriais obedece a uma classificação que toma como base a produção de matéria volátil e a natureza do resíduo. Assim, há carvões que se destinam à produção de gás, de vapor ou de coque, que é um carvão amorfo, resultante da calcinação do carvão mineral, e de largo emprego na siderurgia.
Para combustão em caldeira, é preferível o carvão com pequenos teores de cinza e quantidades moderadas de matéria volátil, condições que proporcionam bom rendimento térmico. É preferível que apresente também o mínimo de enxofre e poder calorífico elevado, já que o calor por ele gerado vai ser utilizado diretamente ou transformado em outras formas de energia. Para a produção do coque metalúrgico com propriedades mecânicas para uso em altos fornos, o carvão mineral precisa apresentar propriedades aglomerantes ainda maiores e teores mais baixos de enxofre e cinza. Na destilação do carvão para produção de gás combustível ou coque metalúrgico, obtêm-se também águas amoniacais, das quais extraem-se a amônia e o alcatrão.
Muito embora os derivados de petróleo - como a gasolina, o querosene, o óleo combustível e o diesel - e a energia termonuclear tenham deslocado o carvão mineral como fonte de energia, sobretudo para as máquinas móveis, ainda é significativa sua participação no total do consumo energético dos países desenvolvidos - cerca de 20% no final do século XX. A entrada em operação de centenas de usinas hidrelétricas e termonucleares não conseguiu diminuir drasticamente, como se esperava, a participação do carvão, não somente porque essas fontes de energia representam grandes investimentos iniciais e provocam sérios impactos no meio ambiente, mas também porque a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral é ainda grande.
Até a segunda guerra mundial, o carvão era o combustível mais utilizado no mundo. A descoberta dos combustíveis derivados do petróleo, que permitiu o desenvolvimento dos motores a explosão e abriu maiores perspectivas de velocidade e potência, e o surgimento da energia nuclear, relegaram o carvão a condição de fonte subsidiária de energia. No entanto, a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral e o baixo custo do carvão vegetal ainda conferem a esse combustível um papel relevante.
Carvão é um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar grandes quantidades de calor. Pode ser produzido por processo artificial, pela queima de madeira, como o carvão vegetal; ou originar-se de um longo processo natural, denominado encarbonização, pelo qual substâncias orgânicas, sobretudo vegetais, são submetidas à ação da temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em carvão mineral. Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural.
Carvão Mineral
De acordo com a maior ou menor intensidade da encarbonização, o carvão mineral - também chamado carvão fóssil ou de pedra - pode ser classificado como linhito, carvão betuminoso e sub-betuminoso (ambos designados como hulha) e antracito. A formação de um depósito de carvão mineral exige inicialmente a ocorrência simultânea de diversas condições geográficas, geológicas e biológicas. Primeiro, deve existir uma vegetação densa, em ambiente pantanoso, capaz de conservar a matéria orgânica. A água estagnada impede a atividade das bactérias e fungos que, em condições normais, decomporiam a celulose. A massa vegetal assim acumulada, no prazo de algumas dezenas de milhares de anos - tempo curto do ponto de vista geológico - transforma-se em turfa, material cuja percentagem de carbono já é bem mais elevada que a da celulose.
Na etapa seguinte, que leva algumas dezenas de milhões de anos, a turfa multiplica seu teor de carbono e se transforma na primeira variedade de carvão, o linhito, cujo nome provém de sua aparência de madeira. Na etapa seguinte, surge a hulha, primeiro como carvão betuminoso, depois como sub-betuminoso. Na fase final, a hulha se transforma em antracito, com teores de até 90% de carbono fixo.
Quanto maior o teor de carbono, maior também é o poder energético. Por isso, a turfa, que tem teores muito baixos e altas percentagens de umidade, nem sempre pode ser aproveitada como combustível, e nesse caso serve para aumentar a composição de matéria orgânica dos solos. Encontrada nos baixios e várzeas, ou em antigas lagoas atulhadas, a turfa caracteriza-se pela presença abundante de restos ainda conservados de talos e raízes. Já o linhito, muito mais compacto que a turfa, é empregado na siderurgia, como redutor, graças a sua capacidade de ceder oxigênio para a combustão e transformar-se em metal. É utilizado também como matéria-prima na carboquímica. Quando o linhito se apresenta brilhante e negro, recebe o nome de azeviche.
A hulha é composta de carbono, restos vegetais parcialmente conservados, elementos voláteis, detritos minerais e água. É empregada tanto como combustível quanto como redutor de óxidos de ferro e, graças a suas impurezas, na síntese de milhares de substâncias de uso industrial. O antracito, última variedade de carvão surgida no processo de encarbonização, caracteriza-se pelo alto teor de carbono fixo, baixo teor de compostos voláteis, cor negra brilhante, rigidez e dificuldade com que se queima, dada sua pobreza de elementos inflamáveis. É usado como redutor em metalurgia, na fabricação de eletrodos e de grafita artificial. Uma de suas principais vantagens consiste em proporcionar chama pura, sem nenhuma fuligem.
O carvão mineral, em qualquer de suas fases, compõe-se de uma parte orgânica, formada de macromoléculas de carbono e hidrogênio e pequenas proporções de oxigênio, enxofre e nitrogênio. Essa é a parte útil, por ser fortemente combustível. A outra parte, mineral, contém os silicatos que constituem a cinza. As proporções desses elementos variam de acordo com o grau de evolução do processo de encarbonização: quanto mais avançado, mais alto o teor de carbono na parte orgânica e menor o teor de oxigênio.
Em virtude dessa estrutura complexa e variável, o carvão mineral apresenta diversos tipos. Seu emprego para fins industriais obedece a uma classificação que toma como base a produção de matéria volátil e a natureza do resíduo. Assim, há carvões que se destinam à produção de gás, de vapor ou de coque, que é um carvão amorfo, resultante da calcinação do carvão mineral, e de largo emprego na siderurgia.
Para combustão em caldeira, é preferível o carvão com pequenos teores de cinza e quantidades moderadas de matéria volátil, condições que proporcionam bom rendimento térmico. É preferível que apresente também o mínimo de enxofre e poder calorífico elevado, já que o calor por ele gerado vai ser utilizado diretamente ou transformado em outras formas de energia. Para a produção do coque metalúrgico com propriedades mecânicas para uso em altos fornos, o carvão mineral precisa apresentar propriedades aglomerantes ainda maiores e teores mais baixos de enxofre e cinza. Na destilação do carvão para produção de gás combustível ou coque metalúrgico, obtêm-se também águas amoniacais, das quais extraem-se a amônia e o alcatrão.
Muito embora os derivados de petróleo - como a gasolina, o querosene, o óleo combustível e o diesel - e a energia termonuclear tenham deslocado o carvão mineral como fonte de energia, sobretudo para as máquinas móveis, ainda é significativa sua participação no total do consumo energético dos países desenvolvidos - cerca de 20% no final do século XX. A entrada em operação de centenas de usinas hidrelétricas e termonucleares não conseguiu diminuir drasticamente, como se esperava, a participação do carvão, não somente porque essas fontes de energia representam grandes investimentos iniciais e provocam sérios impactos no meio ambiente, mas também porque a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral é ainda grande.
