Captura e armazenamento de carbono, como funciona?

O desenvolvimento das energias renováveis ​​e a eficiência energética são dois pilares essenciais dos esforços para mitigar as alterações climáticas.

Mas, diante da magnitude da redução de emissões a ser alcançada, os especialistas da Agência Internacional de Energia(OUCH) e do IPCC consideram que a utilização de tecnologias de captura, armazenamento e recuperação de CO₂ é essencial para atingir o objetivo de neutralidade de carbono.

O processo de captura DMX CO₂, fruto de uma década de pesquisas nos laboratórios do IFP Énergies nouvelles, agora está sendo demonstrado no site da Arcelor Mittal em Dunquerque, gigante do aço que emite mais de 11 milhões de toneladas de CO₂ todos os anos.

CO₂ capturados podem ser transportados e armazenados no Mar do Norte, por exemplo, no local do projeto norueguês Aurora boreal, que também assinou em agosto seu primeiro acordo comercial para o transporte e armazenamento de CO₂, desta vez capturado em uma fábrica de amônia e fertilizantes na Holanda.

O objetivo de capturar, armazenar ou recuperar dióxido de carbono (mais conhecido pelas siglas CCS ou CCU para captura e armazenamento de carbono ou captura e utilização de carbono) é ajudar a descarbonizar a indústria: é um conjunto de tecnologias para capturar e armazenar e/ou utilizar CO₂ em vez de deixá-lo escapar para a atmosfera. De fato, a indústria pesada é a fonte de quase 20% das emissões globais de COXNUMX.₂ hoje. Na França, a Estratégia Nacional de Baixo Carbono (SNBC) estabelece um redução de emissões industriais em 80% até 2050 em relação a 2015.

No cenário de "desenvolvimento sustentável" da IEA, essas tecnologias de captura contribuiria com 15% para a redução cumulativa das emissões de CO₂ em 2070.

Como ? Ao separar o CO₂ gases industriais, para armazená-lo em formações geológicas subterrâneas profundas e, assim, isolá-lo da atmosfera, ou utilizá-lo como recurso na produção de biocombustíveis ou fertilizantes, por exemplo.

Cerca de trinta instalações de grande porte estão atualmente em operação em todo o mundo para descarbonizar a produção de eletricidade (usina a carvão, usina a gás) e a indústria (aço, cimento, produtos químicos) e 35 a 40 milhões de toneladas são capturados e armazenados anualmente, em comparação com os 34 bilhões de toneladas de CO₂ que foram emitidos em 2020. Estima-se que levaria capturar e armazenar 50 ou até 100 vezes mais até 2035 para cumprir os objetivos de neutralidade de carbono – o que exige a implantação do CCUS em larga escala, na Europa e no mundo. Dada a maturidade atual das tecnologias, isso é possível até 2030.

Primeiro passo na cadeia: capturar

As tecnologias de captura estão em operação há décadas, principalmente para certas aplicações, como usinas termelétricas, mas ainda são caras. Do processos novos, com menos consumo de energia e mais eficientes são assim testados nos primeiros manifestantes como o de Dunquerque. Hoje, trata-se também de integrar esses processos em um setor dedicado.

Existem três famílias principais de processos. A primeira, captura “pós-combustão”, consiste em extrair o CO₂ fumos industriais da combustão de recursos fósseis (madeira, gás natural, petróleo e carvão) usando um solvente que tem um afinidade para moléculas de CO₂. Posicionada a jusante dos processos industriais, esta tecnologia pode ser implementada em instalações pré-existentes e aplicada ao tratamento de fumos de diversas indústrias. Se o taxa de captura excede 90% do CO₂ emitido, é, no entanto, acompanhado por uma alta "penalidade de energia" exigida durante a separação do CO₂ solvente, o que leva a um alto custo de implementação, ou seja, entre € 10 e € 100 por tonelada de CO₂ evitado (e, portanto, não emitido).

A segunda família, chamada de captura “oxi-combustão”, consiste em realizar a combustão na presença de oxigênio (quase) puro, e não no ar. O gás de combustão assim produzido consiste quase exclusivamente em vapor de água e CO₂. É então muito mais simples extrair o CO₂ do que quando diluído no nitrogênio do ar. Esta tecnologia apresenta, portanto, uma menor perda de energia, mas requer um retrofit da câmara de combustão. Está, portanto, previsto para determinadas aplicações, como fábricas de cimento, e para novas unidades de conversão de biomassa e combustível fóssil.

Por fim, a terceira família, chamada de captura “pré-combustão”, consiste na extração de CO₂ a montante da combustão, transformando o combustível inicial em “syngas”: trata-se da gaseificação do combustível para obter uma mistura de CO + H₂0, em seguida, realizar uma transformação química para obter uma mistura CO₂ + H₂ e finalmente para extrair CO₂ por solvente. A implementação deste processo precisa ser integrada a montante, no momento da construção da unidade industrial.

Este processo captura CO₂ ao nível das instalações industriais, mas também das remover o CO₂ presente na atmosfera como no site Orca na Islândia (que deverá captar cerca de 4000 toneladas por ano).

Como transportar CO₂ e armazená-lo?

Mais abaixo na cadeia, CO₂ é transportado da mesma forma que o gás natural, por gasoduto, trem ou barco, dependendo da quantidade de CO₂ transporte e distância. As infra-estruturas de transporte e armazenamento não colocam, portanto, qualquer problema técnico específico, mas devem ser proteger e garantir a sua manutenção, conforme exigido por qualquer equipamento industrial.

Então o CO₂ capturado é armazenado em antigos depósitos de hidrocarbonetos ou rochas porosas (aquíferos salinos profundos). CO₂ é injetado em forma densa a uma profundidade de pelo menos 800 metros. Ele é então preso por mecanismos químicos e geológicos : dissolução na salmoura (água salgada) presente nas rochas, imobilização nos poros das rochas e, eventualmente, mineralização.

As capacidades de armazenamento subterrâneo na Europa são aproximadamente estimado para 300 bilhões de toneladas, o equivalente a 100 anos de emissões globais em 2019, mas ainda precisamos confirmar essas capacidades e a integridade dos sites para que os projetos operacionais de armazenamento de CO₂, como aquele de Aurora boreal, pode surgir.

Os locais de armazenamento estão sujeitos a uma seleção rigorosa para garantir a sustentabilidade e segurança do armazenamento a longo prazo (migração de CO₂ fora do local de armazenamento). As operações de armazenamento são acompanhadas por um protocolo de monitoramento que inclui, entre outras coisas, o monitoramento geofísico do comportamento do CO₂ no subsolo, medições e amostragem de gases em profundidade no subsolo e na superfície, monitoramento de eventos microssísmicos, etc.

Que modelos econômicos para a implantação dessas tecnologias?

O benefício da implantação desses setores está essencialmente ligado à redução das emissões de CO₂, aos quais os mercados de carbono, por exemplo (sistemas de cotas de emissão) dão um valor econômico: captura, transporte e armazenamento ou recuperação não são tecnologias independentes umas das outras, mas elos de uma mesma cadeia de valor.

É por isso que a implantação do setor deve ser coordenada ao longo do tempo e em um território voluntário por meio de investimentos em projetos operacionais compartilhados na escala da França e da Europa. A implantação de “hubs CO₂ – redes coletando CO₂ emitidos por diferentes indústrias e que reúnem infraestruturas de transporte e armazenamento – devem ser antecipados. É o caso, por exemplo, de Hauts-de-France e Normandy, que estão trabalhando no desenvolvimento de um hub para captura e transporte de CO₂ e do projeto Aurora boreal que está trabalhando em um projeto comercial de transporte e armazenamento de CO₂.

Desenvolvido no âmbito de projetos de investigação europeus, como Estratégia CCUS com base em fatores técnicos (volumes de CO₂ envolvidos, áreas geográficas envolvidas, possíveis usos de CO₂ perto de locais de captura, possíveis locais de armazenamento) e ambientais (através de metodologias de análise de ciclo de vida), os cenários também levam em conta fatores econômicos e sociais, como a geração de empregos e as preocupações das comunidades locais, que devem ser envolvidas o quanto antes na construção de um projeto.

O desafio hoje é criar as condições para permitir a implantação do setor CCUS em larga escala a partir de 2030. Se as tecnologias existem, são necessários mecanismos de apoio financeiro e um marco regulatório para acelerar a implementação do setor. De acordo com as estimativas atuais, a preço da cota de carbono emitido é ainda inferior às despesas que os fabricantes teriam de incorrer para investir nestas instalações, ou seja, entre € 50 e € 180 por tonelada de CO₂ evitar.

Florence Delprat-Jannaud, Gerente do Programa de Captura e Armazenamento de CO2, Novas energias IFP

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