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16.4: Consequências dos combustíveis fósseis

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    Benefícios do uso de combustíveis fósseis

    O mundo é fortemente dependente de combustíveis fósseis, e a infraestrutura e as tecnologias existentes facilitam seu uso contínuo. Uma vantagem de usar carvão para eletricidade é que ele é abundante e barato, especialmente nos Estados Unidos, que têm maiores reservas de carvão do que qualquer outro país. Além disso, a mineração de carvão é uma fonte de empregos e renda fiscal. A vantagem econômica do carvão está diminuindo, no entanto, à medida que as tecnologias associadas a fontes renováveis de energia, como solar e eólica, se tornam mais eficientes e baratas. A Administração de Informações Energéticas dos EUA comparou o custo nivelado da eletricidade (LCOE) para tecnologias que começarão a ser usadas em 2023, e o custo da eletricidade gerada a carvão excedeu o de muitas fontes renováveis (figura\(\PageIndex{a}\)). O LCOE contabiliza os custos de construção e operação de usinas de energia, painéis solares, turbinas eólicas, etc.

    Gráfico de barras do custo nivelado da eletricidade para várias fontes de energia
    Figura\(\PageIndex{a}\): O custo nivelado da eletricidade (LCOE) para várias fontes de energia. Destes, hidrelétrica, geotérmica, gás natural, energia eólica onshore/offshore, solar e biomassa são considerados renováveis. A energia nuclear e o carvão são fontes de energia não renováveis. Os valores estão em dólares de 2018 por megawatt-hora ($/MWh). Como referência, o domicílio médio dos EUA usa cerca de 0,909 MWh de eletricidade por mês. Esses valores são para as tecnologias mais recentes que serão usadas em 2023. A energia hidrelétrica é a menos cara, com cerca de $39/MWh. A energia hidrelétrica é a menos cara, com cerca de $39/MWh. Em seguida, é geotérmica ($41/MWh), gás natural ($41/MWh), energia eólica terrestre ($56/MWh), solar ($60/MWh), nuclear ($78/MWh), biomassa ($92/MWh), carvão ($99/MWh) e energia eólica offshore ($130/MWh). Gráfico de Melissa Ha (CC-BY-NC) usando dados da Administração de Informações de Energia dos EUA, Perspectiva Anual de Energia 2019 (domínio público).

    O petróleo e o gás natural continuam atendendo às necessidades globais de energia. Apesar das expansões no uso de energia renovável, nenhuma fonte alternativa de energia é atualmente suficiente para substituir o petróleo e o gás natural. (Uma combinação de diferentes fontes renováveis poderia ser possível no futuro.) Embora os Estados Unidos dependam do petróleo importado, continuam a produzir um pouco de petróleo e gás natural (principalmente por meio de fraturamento), reforçando a independência energética dos EUA. A economia local e estadual em regiões ricas em petróleo e reservas naturais depende da extração contínua desses combustíveis fósseis.

    Embora todos os danos causados por combustíveis fósseis causem algum grau de dano ambiental, o gás natural é o combustível fóssil preferido para geração de eletricidade quando se considera seus impactos ambientais. Quando queimado, o carvão emite quase o dobro do dióxido de carbono que o gás natural. Além disso, muito menos óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre (ambos poluentes do ar) são emitidos pela queima do gás natural. Também não produz cinzas como o carvão (veja abaixo).

    Impactos ambientais e na saúde

    Os impactos negativos do uso de combustíveis fósseis começam com a extração do recurso. Os combustíveis fósseis geralmente estão localizados longe de onde são utilizados, por isso precisam ser transportados por oleodutos, petroleiros, ferrovias ou caminhões. Todos eles apresentam o potencial de acidentes, vazamentos e derramamentos. Impactos negativos adicionais estão associados ao processamento, geração de eletricidade e descarte dos resíduos gerados.

    Mineração e uso de carvão

    A mineração superficial de carvão perturba os ecossistemas locais acima dos depósitos de carvão, à medida que a sobrecarga é removida para acessá-los (figura\(\PageIndex{b}\)). Na remoção do topo da montanha, um grande volume de sobrecarga é despejado sobre habitats próximos, causando mais destruição (figura\(\PageIndex{c}\)). A remoção do topo da montanha afetou grandes áreas das Montanhas Apalaches na Virgínia Ocidental e no Kentucky. A perda de habitat da mineração de carvão diminui a biodiversidade, resultando em uma perda de serviços ecossistêmicos. Tanto a mineração de superfície quanto a subterrânea expõem rochas que podem conter contaminantes, como metais pesados ou sulfatos, que se infiltram em riachos ou outros corpos d'água. Isso não só prejudica a vida aquática, mas também interrompe a ciclagem de nutrientes. Um dos maiores impactos ambientais da mineração subterrânea pode ser o gás metano que deve ser expelido das minas para tornar as minas um local seguro para trabalhar. O gás metano é um potente gás de efeito estufa e contribui para a mudança climática. Finalmente, o processo de mineração acaba compactando o solo. Isso combinado com a perda de árvores, que retardam o fluxo de escoamento e promovem a infiltração, aumenta o risco de inundação.

    Uma mina de carvão com maquinário pesado coletando o carvão escuro. Solo nu e deslocado circunda o depósito de carvão.
    Figura\(\PageIndex{b}\): Peak Downs e Saraji Coal Mine em Queensland, Austrália. Para acessar o carvão, a vegetação foi removida, destruindo o habitat dos organismos nativos. Imagem de Lock the Gate Alliance (CC-BY).
    Uma casa e um carro na garagem. Atrás deles, está o resultado da remoção do topo da montanha, que parece uma pilha de entulho escuro.
    Figura\(\PageIndex{c}\): Remoção do topo da montanha Mineração de carvão no Condado de Martin, Kentucky A fotografia mostra a mineração de remoção de carvão no topo da montanha no Condado de Martin, Kentucky. Fonte: Flashdark.

    Os mineradores de carvão enfrentam riscos à saúde, como explosões, colapso de minas e exposição a vapores tóxicos. A doença pulmonar negra é uma doença respiratória caracterizada por tosse e falta de ar que ocorre em mineiros expostos a muito pó de carvão. Moradores próximos às minas também correm o risco de exposição ao pó de carvão e às toxinas subterrâneas após explosões. Como resultado da exposição a toxinas, defeitos congênitos e outros problemas de saúde são comuns em residentes próximos a minas.

    O carvão é considerado a fonte de energia “mais suja” porque sua combustão resulta na maior poluição do ar. As usinas de carvão emitem uma variedade de poluentes atmosféricos, incluindo dióxido de enxofre, óxido de nitrogênio e metais pesados. O dióxido de enxofre e o óxido de nitrogênio são fontes de chuva ácida (deposição ácida), poluição atmosférica e problemas de saúde. Metais pesados causam problemas neurológicos e de desenvolvimento em humanos e outros animais. A queima de carvão emite material particulado e maiores quantidades de dióxido de carbono por unidade de energia do que o uso de petróleo ou gás natural. O dióxido de carbono é o gás de efeito estufa emitido com mais frequência e causa mudanças climáticas. Em 2018, a geração de eletricidade foi responsável por 27% das emissões de gases de efeito estufa nos Estados Unidos, e grande parte disso foi emitida por usinas a carvão. O transporte de carvão geralmente depende de combustíveis fósseis, liberando mais poluição.

    A cinza (incluindo cinzas volantes e cinzas de fundo) é um resíduo criado quando o carvão é queimado em usinas de energia. No passado, as cinzas volantes eram liberadas no ar através da chaminé, onde contribuíam para a poluição do ar por partículas. As leis agora exigem que grande parte das cinzas volantes agora sejam capturadas por dispositivos de controle de poluição, como depuradores. Nos Estados Unidos, as cinzas volantes geralmente são armazenadas em usinas de carvão ou colocadas em aterros sanitários. As cinzas do armazenamento ou dos aterros sanitários podem ser derramadas ou lixiviadas para as águas subterrâneas, resultando na poluição da água.

    Extração convencional de petróleo e gás natural

    Explorar e perfurar petróleo degrada os habitats terrestres e oceânicos. Em terra, é necessária uma ampla infraestrutura, como redes rodoviárias, dutos de transporte e moradias para trabalhadores, para apoiar uma operação de perfuração em grande escala. Eles podem poluir o solo e a água, fragmentar habitats e perturbar a vida selvagem. A extração de petróleo e gás natural também é perigosa para os trabalhadores, que têm uma alta incidência de câncer e doenças cardíacas.

    Derramamentos de óleo causados pelo homem em rios e oceanos prejudicam os ecossistemas. Do ponto de vista econômico, derramamentos de óleo interrompem a indústria pesqueira e o turismo. Os derramamentos de óleo no mar geralmente são muito mais prejudiciais do que aqueles em terra, pois podem se espalhar por centenas de milhas náuticas em uma fina mancha de óleo que pode cobrir as praias com uma fina camada de óleo. Isso pode matar pássaros marinhos, mamíferos, mariscos e outros organismos que reveste. Os derramamentos de óleo na terra são mais facilmente contidos se uma barragem de terra improvisada puder ser demolida rapidamente ao redor do local do derramamento antes que a maior parte do óleo escape, e os animais terrestres puderem evitar o óleo com mais facilidade.

    Os derramamentos de óleo podem resultar de acidentes com superpetroleiros, como o Exxon Valdez em 1989, que derramou 10 milhões de galões de petróleo no rico ecossistema da costa do Alasca e matou um grande número de animais. O maior vazamento de óleo marinho começou em abril de 2010, quando uma explosão de gás natural em um poço de petróleo a 65 km da costa da Louisiana ocorreu na plataforma de petróleo Deepwater Horizon. Ele matou 11 funcionários e fluiu por 3 meses em 2010, liberando cerca de 200 milhões de galões de óleo (figura\(\PageIndex{d}\)). A vida selvagem, os ecossistemas e os meios de subsistência das pessoas foram afetados negativamente. Muito dinheiro e grandes quantidades de energia foram gastos em esforços imediatos de limpeza. Os impactos de longo prazo ainda não são conhecidos. A Comissão Nacional sobre Derramamento de Óleo e Perfuração Offshore da Deepwater Horizon foi criada para estudar o que deu errado. O pior derramamento de óleo já ocorreu durante a guerra do Golfo Pérsico de 1991, quando o Iraque deliberadamente despejou aproximadamente 200 milhões de galões de petróleo na costa do Kuwait e provocou mais de 700 incêndios em poços de petróleo que liberaram enormes nuvens de fumaça e chuva ácida por mais de nove meses.

    Navios lançam fogo no oceano resultante de um derramamento de óleo. Uma nuvem escura de fumaça sobe do fogo.
    Figura\(\PageIndex{d}\): Os navios de abastecimento da plataforma lutam contra os remanescentes ardentes da plataforma de petróleo offshore Deepwater Horizon. Um helicóptero de resgate de golfinhos MH-65C da Guarda Costeira e uma tripulação documentam o incêndio a bordo da unidade móvel de perfuração offshore Deepwater Horizon, enquanto procuram sobreviventes. Vários helicópteros, aviões e cortadores da Guarda Costeira responderam para resgatar a tripulação de 126 pessoas da Deepwater Horizon. Imagem e legenda (modificadas) da Guarda Costeira dos EUA (domínio público).

    Durante um derramamento de óleo na água, o óleo flutua para a superfície porque é menos denso que a água, e os hidrocarbonetos mais leves evaporam, diminuindo o tamanho do vazamento, mas poluindo o ar. Em seguida, as bactérias começam a decompor o óleo restante, em um processo que pode levar muitos anos. Depois de vários meses, apenas cerca de 15% do volume original pode permanecer, mas está em pedaços espessos de asfalto, uma forma que é particularmente prejudicial para pássaros, peixes e mariscos. As operações de limpeza podem incluir uma variedade de componentes, mas cada uma tem seus prós e contras. O Skimmer envia o aspirador de óleo da superfície da água, mas eles são eficazes apenas para pequenos derramamentos. A queima controlada funciona apenas nos estágios iniciais, antes que a parte iluminada e inflamável evapore, mas isso também polui o ar. Dispersantes são detergentes que quebram o óleo para acelerar sua decomposição, mas alguns dispersantes podem ser tóxicos para o ecossistema. A biorremediação se refere à adição de microrganismos especializados na rápida decomposição do óleo, mas isso pode perturbar o ecossistema natural.

    Extração não convencional de petróleo e gás natural

    O fraturamento causa mais danos ambientais do que a extração convencional. O uso considerável da água (figura\(\PageIndex{e}\)) pode afetar a disponibilidade de água para outros usos em algumas regiões, e isso pode afetar os habitats aquáticos. Na verdade, o fraturamento consome mais água do que o uso de energia nuclear, carvão ou petróleo e gás natural convencionais. Se mal gerenciado, o fluido de fraturamento hidráulico pode ser liberado por derramamentos, vazamentos ou várias outras vias de exposição que contaminam a terra e as águas subterrâneas (figura\(\PageIndex{f}\)). O fluxo de fluido de fraturamento - o fluido bombeado para fora do poço e separado do petróleo e do gás - não contém apenas os aditivos químicos usados no processo de perfuração, mas também contém metais pesados, materiais radioativos (que liberam radiação), compostos orgânicos voláteis, benzeno (um agente cancerígeno), tolueno, etilbenze , xileno e outros poluentes atmosféricos tóxicos. Compostos orgânicos voláteis (VOCs) podem reagir com a atmosfera para formar ozônio no nível do solo, que está associado a doenças respiratórias. Toulene pode causar tontura, confusão, dores de cabeça e abortos. O etilbenzeno é um possível agente cancerígeno que também causa tontura, irritação ocular e perda auditiva. O xileno também causa tontura e dores de cabeça e, além disso, pode ser fatal em altas concentrações. Em alguns casos, essa água contaminada é enviada para estações de tratamento de água que não estão equipadas para lidar com algumas dessas classes de contaminação. Finalmente, injetar águas residuais para descarte pode até mesmo induzir terremotos.

    Seção de terra mostra águas superficiais e subterrâneas e seus papéis no fraturamento
    Figura\(\PageIndex{e}\): O fraturamento influencia o ciclo da água. A aquisição de água é a retirada da água subterrânea ou superficial para produzir fluidos hidráulicos de fraturamento. A mistura química envolve a combinação de um fluido base, areia e aditivos no local do poço para criar fluidos hidráulicos de fraturamento. Durante a injeção do poço, os fluidos hidráulicos de fraturamento se movem pelo poço de produção de petróleo e gás e na formação rochosa alvo. O manuseio da água produzida refere-se à coleta e manuseio no local da água que retorna à superfície após o fraturamento hidráulico e o transporte dessa água para descarte ou reutilização. Finalmente, ocorre o descarte e a reutilização de águas residuais. Se isso não for feito corretamente, as águas residuais podem poluir as áreas circundantes. Imagem e legenda (modificadas) pela EPA (domínio público).

     

    Um poço de injeção com oportunidades potenciais de contaminação da água subterrânea rotulado.
    Figura\(\PageIndex{f}\): O fluido tóxico injetado durante o fraturamento pode escapar, contaminando as águas subterrâneas. Por exemplo, ele pode vazar por um orifício na carcaça, passar por um cimento defeituoso ou passar por uma falha na rocha que limita o depósito. Imagem do Government Accountability Office (domínio público).

    Outras fontes não convencionais de combustíveis fósseis também podem prejudicar o meio ambiente. A mineração superficial de areias betuminosas ou xistos betuminosos requer a remoção de toda a vegetação e deixa os poluentes para trás, causando perda de habitat (figura\(\PageIndex{g}\)).

    Uma paisagem desprovida de vegetações mostra os impactos da mineração de combustíveis fósseis
    Figura\(\PageIndex{g}\): Uma mina a céu aberto nos campos de petróleo de areias betuminosas de Alberta, Canadá. As árvores coníferas, que anteriormente forneciam habitat para animais nativos, foram desmatadas para permitir a mineração. Imagem do Howl Arts Collective (CC-BY).

    Transporte, refinarias e combustão

    O gás natural é liberado na atmosfera a partir de minas de carvão, poços de petróleo e gás e tanques de armazenamento de gás natural, oleodutos e plantas de processamento. Esses vazamentos são a fonte de cerca de 25% do total de emissões de metano dos EUA, o que se traduz em três por cento do total de emissões de gases de efeito estufa dos EUA, contribuindo para a mudança climática. Quando o gás natural é produzido, mas não pode ser capturado e transportado economicamente, ele é “queimado” ou queimado em locais de poços, o que o converte em dióxido de carbono. Isso é considerado mais seguro e melhor do que liberar metano na atmosfera porque o dióxido de carbono é um gás de efeito estufa menos potente que o metano. No entanto, quando o gás natural com altas concentrações do gás tóxico sulfeto de hidrogênio é queimado, ele produz dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e muitos outros compostos (consulte Poluição do ar para obter mais detalhes).

    Vazamentos também acontecem quando usamos produtos petroquímicos em terra. Por exemplo, a gasolina às vezes goteja no chão quando as pessoas estão enchendo seus tanques de gasolina, quando o óleo do motor é jogado fora após uma troca de óleo ou quando o combustível escapa de um tanque de armazenamento com vazamento. Quando chove, os petroquímicos derramados são levados para a sarjeta e, eventualmente, fluem para os rios e para o oceano. Outra forma pela qual o óleo às vezes entra na água é quando o combustível vaza de barcos a motor e jet skis. Quando ocorre um vazamento em um tanque de armazenamento ou tubulação, produtos petroquímicos também podem entrar no solo e o solo deve ser limpo. Para evitar vazamentos de tanques de armazenamento subterrâneos, todos os tanques enterrados devem ser substituídos por tanques com revestimento duplo.

    O refino de petróleo emite uma variedade de toxinas e é a maior fonte única de benzeno (figura\(\PageIndex{g}\)). Como resultado, os residentes que moram perto de refinarias de petróleo têm uma alta incidência de câncer, asma e defeitos congênitos. Quando produtos petroquímicos como gasolina ou diesel são queimados, eles liberam uma variedade de poluentes atmosféricos, incluindo dióxido de carbono (uma causa da mudança climática), dióxido de enxofre, óxidos nitrosos, compostos orgânicos voláteis (VOCs), material particulado e chumbo (consulte Poluição do ar para obter mais detalhes). O transporte de petróleo por navio ou tronco também requer energia na forma de combustíveis fósseis, gerando mais poluentes. Em comparação com o petróleo e o carvão, a queima de gás natural libera menos poluentes e gases de efeito estufa.

    Uma refinaria de petróleo em Minnesota libera nuvens de fumaça.
    Figura\(\PageIndex{g}\): Os poluentes são emitidos pela refinaria de petróleo Pine Bend em Rosemount, Minnesota. Imagem de Tony Webster (CC-BY).

    Soluções

    A recuperação pode mitigar os danos ao habitat resultantes da mineração ou extração de combustíveis fósseis. Envolve a restauração da terra até certo ponto após a conclusão da mineração ou extração. Isso pode implicar o retorno da terra deslocada e a cobertura com solo superficial, que protege os organismos de metais pesados, materiais radioativos e outras toxinas subterrâneas. Além disso, os ácidos, que geralmente se formam a partir da lixiviação de sulfatos de rochas subterrâneas, podem ser neutralizados. A vegetação é então plantada e o fluxo de água, se interrompido, é de alguma forma restaurado. É claro que a topografia intrincada, a rede de riachos e a vegetação madura (como grandes árvores na floresta) que podem estar presentes antes da mineração não podem ser recriadas, mas a recuperação facilita que as espécies nativas comecem a recolonizar a área.

    As tecnologias de carvão limpo podem limitar a poluição do ar liberada ao queimar carvão. Algumas dessas tecnologias removem as toxinas do carvão antes de queimá-lo, enquanto outras capturam as toxinas que são liberadas durante a queima do carvão. Por exemplo, os depuradores de chaminés em usinas de energia limpam o dióxido de enxofre, o óxido nitroso, o material particulado e o mercúrio da fumaça antes que ela seja liberada. A captura e o sequestro de carbono envolvem capturar o dióxido de carbono liberado e armazená-lo, mas requer 25-40% mais energia, reduzindo a eficiência do carvão (figura\(\PageIndex{h}\)). Nesse processo, a fumaça de uma usina a carvão passa por um solvente para reter o dióxido de carbono, mas outros gases residuais ainda são liberados na fumaça. O dióxido de carbono é então separado do solvente. Alguns podem ser usados na indústria (como para bebidas carbonatadas ou para recuperação terciária de petróleo), e o restante é sequestrado (armazenado) no subsolo. Observe que as tecnologias de carvão limpo podem reduzir a contribuição do carvão para as mudanças climáticas e reduzir a quantidade de toxinas liberadas, mas não evitam totalmente a poluição do ar gerada por carvão (figura\(\PageIndex{i}\)).

    Uma paisagem mostra a extração de petróleo e gás natural, combustões de combustíveis fósseis e oportunidades de sequestrar dióxido de carbono.
    Figura\(\PageIndex{h}\): A queima de combustíveis fósseis libera dióxido de carbono na atmosfera, mas também há oportunidades de sequestrar (armazenar) dióxido de carbono, compensando alguns desses danos. Parte do dióxido de carbono injetado durante a recuperação terciária (recuperação aprimorada de óleo) permanece no subsolo. Além disso, o dióxido de carbono pode ser capturado da fumaça liberada por usinas de energia e outras indústrias e armazenado no subsolo. Imagem do USGS (domínio público).
    Um grupo de jovens segura uma placa que diz: “Nenhum carvão é carvão limpo”.
    Figura\(\PageIndex{i}\): Um protesto contra o carvão limpo na Conferência das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (COP19) em 2013. Imagem de 350.org (CC-BY-NC-SA).

    Como os combustíveis fósseis não são renováveis, as reservas acabarão se esgotando e o mundo precisará depender totalmente de outras fontes de energia. Aqueles preocupados com as consequências ambientais e de saúde dos combustíveis fósseis defendem que essa transição seja feita o mais rápido possível. Isso ocorre porque as tecnologias e práticas discutidas acima não impedem totalmente que os combustíveis fósseis causem danos ambientais e causem riscos à saúde dos trabalhadores e do público em geral. Os próximos dois capítulos discutem a energia nuclear e a energia renovável, que são alternativas aos combustíveis fósseis. Como até mesmo essas alternativas têm suas desvantagens, a conservação de energia (usando a energia com mais eficiência e limitando o uso desnecessário de energia) também é fundamental.

    Atribuição

    Modificado por Melissa Ha a partir das seguintes fontes: