Carvão: Fonte de Energia e Matéria Prima

  Este composto químico existe sob a forma de carvão de pedra, ou mineral e carvão de lenha ou vegetal. O primeiro é um combustível fóssil (encontra-se no solo), formado pela acumulação de substâncias vegetais e a sua posterior decomposição e transformação, devido às altas temperaturas da crosta terrestre. Há 4 tipos de carvão: antracite, hulha, lignite e turfa. Distinguem-se pela sua composição e o seu diferente poder calorífico. O carvão vegetal é o resíduo que fica, depois de se queimar a madeira a 400º C de temperatura. O carvão formou-se na Era primária no período Carbonífero.

É um combustível fóssil formado por raízes, troncos, folhas e galhos de árvores, que têm aproximadamente 250 milhões de anos, das regiões sedimentares. Há diferentes tipos de carvão, uns de melhor qualidade como fonte de energia (possuem maior porcentagem de carbono) e outros de poder calorífero inferior. A principal base para a industrialização do mundo foi o carvão mineral, pois os países pioneiros de industrialização, como o Reino Unido, a Alemanha, os Estados Unidos e a França, possuem boas reservas carboníferas. 

Com o desenvolvimento da indústria automobilística no século XX, pouco a pouco o carvão foi cedendo lugar ao petróleo como grande fonte de energia mundial.

Em 1880, cerca de 97% da energia consumida no mundo era proveniente do carvão, mas, em 1970, somente 12% desse total provinha desse recurso natural. Após a crise do petróleo, em 1973, a elevação dos preços do óleo fez com que o carvão fosse novamente valorizado, ao menos em parte, e seu consumo voltou a subir um pouco, representando aproximadamente 23% da energia total consumida no mundo, em 2004.

Hoje o carvão mineral é bastante usado para produzir energia elétrica em usinas termelétricas e como matéria-prima para fabricar aço nas siderúrgicas. Os grandes produtores mundiais desse recurso são os Estados Unidos, China, Cazaquistão, Rússia, Polônia, Índia, Alemanha, Austrália e África do Sul. Calcula-se que essas reservas carboníferas são suficientes para gerar energia para cerca de 100 anos de consumo. Mas existem os pontos negativos desse recurso, a começar pela sua extração, que causa sérios impactos ambientais, a poluição causada por sua queima que colabora com o aquecimento global.

Origem do Carvão Fóssil

O carvão mineral é um combustível de origem fóssil resultante da transformação química do soterramento de troncos, raízes, galhos e folhas de árvores, sendo que esse processo leva milhões de anos para se desenvolver. O tempo e as condições (pouco oxigênio, pressão da terra, altas temperaturas, etc.) que esses vegetais ficam depositados, favorecem a formação de uma massa negra homogênea, denominada jazida de carvão mineral.

A partir do século XVIII, o carvão mineral passou a ser utilizado como fonte energética, substituindo, gradativamente, a lenha, que era a principal fonte de energia utilizada pelo homem. A intensificação do seu uso proporcionou subsídios para o desenvolvimento industrial, e o carvão mineral foi essencial durante a Primeira Revolução Industrial. As máquinas movidas a vapor, alimentadas pelo carvão, passaram a ser comercializadas na Inglaterra durante a segunda metade de 1700.

Até a primeira metade do século XX, ele foi a principal fonte energética primária, sendo utilizado pelas usinas termoelétricas na geração de eletricidade, entretanto, o petróleo o superou. Conforme dados divulgados em 2008, pela Agência Internacional de Energia (AIE), 26,5% da energia elétrica mundial provém do carvão mineral; o petróleo, por sua vez, é responsável por 34%.

Os maiores produtores mundiais dessa fonte de energia são a Federação Russa, Estados Unidos, China e Canadá, respectivamente. No Brasil, existem pequenas reservas de carvão mineral, que se localizam nos estados da Região Sul (Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul). Porém, por ser um combustível não renovável, o carvão irá exaurir-se na natureza e, de acordo com a AIE, caso se mantenha o ritmo de consumo das últimas décadas, esse fenômeno ocorrerá em menos de 200 anos.

Ainda hoje, o carvão mineral é bastante utilizado, e a sua queima para a obtenção de energia gera vários problemas de ordem ambiental, pois durante esse processo ocorre a liberação de dióxido de carbono, causando a poluição atmosférica, intensificando o efeito estufa e contribuindo para a ocorrência de chuvas ácidas. Outros agravantes são os descartes de resíduos sólidos, poluição térmica e os riscos durante sua exploração nas jazidas.

Carvão: fontes de substância aromáticas

O Carvão pode receber vários nomes diferentes por conta da porcentagem de Carbono que o mesmo possui em sua composição. Vamos nos basear na Hulha, que é um tipo de carvão mineral que possui uma porcentagem boa de carbono em sua composição.

Quando a madeira é soterrada, ela passa por um processo de fossilização na crosta terrestre, sendo gradativamente enriquecida em carbono. Isto ocorre porque a madeira é composta basicamente de hidrogênio (H), oxigênio (O) e carbono (C). Mas com o tempo o hidrogênio e o oxigênio são eliminados na forma de água (H₂O), dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄). Desse modo, forma-se o carvão mineral ou natural, que é uma mistura de substâncias complexas ricas em carbono. A hulha é uma variedade do carvão mineral que apresenta um dos maiores índices de carbono em sua composição (veja tabela). Em relação à madeira e aos outros carvões minerais, ela fica atrás somente do Antracito (que possui 98% de carbono em sua composição).

A hulha é um composto muito utilizado pela indústria, porque ao se fazer a sua destilação seca, ela dá origem a três compostos analisados a seguir:

1. Fração gasosa: (gás de iluminação): é chamada assim porque era utilizada para iluminar ruas. Também é usado como combustível doméstico e na indústria. Composta de 49% de Hidrogênio, 34% de metano, 8% de dióxido de carbono e outros gases em menor proporção.

2. Fração Líquida: formada pelas águas amoniacais e o alcatrão de hulha

2.1- Águas amoniacais: constituídas de substâncias nitrogenadas; principalmente aminas - compostos derivados da amônia (NH3). Usado para produzir ácido nítrico e principalmente na produção de fertilizantes agrícolas. 

2.2 – Alcatrão de hulha: é a principal fonte natural de obtenção dos compostos aromáticos e ao passar por uma destilação fracionada dá origem a cinco frações, que permitem fornecer matérias-primas para inúmeros produtos químicos, como medicamentos, plásticos, tintas, produtos de limpeza, pavimentação de ruas (piche), etc. As cinco frações são:

• Óleo leve (2%) - benzeno tolueno, xileno;
• Óleo médio (12%) - fenol, cresóis, etc.;
• Óleo pesado (10%) - Naftaleno e seus derivados;
• Óleo de antraceno (25%) - antraceno, fenantreno, carbazol, criseno, etc.
• Piche (51%) - Hidrocarbonetos de massa molar elevada.

3. Fração sólida: Denominado carvão coque, é bastante utilizado em siderúrgicas para a obtenção de aço. Também é utilizado na produção de ferro e na de gasolina sintética.

Hidrocarbonetos Aromáticos

Os hidrocarbonetos são compostos orgânicos formados unicamente por carbono e hidrogênio unidos tetraedricamente por ligação covalente assim como todos os compostos orgânicos. Os hidrocarbonetos são a chave principal da química orgânica, visto que são eles que fornecem as coordenadas principais para formação de novas cadeias e posteriormente para nomenclatura de outros compostos. Praticamente todos os alcanos ocorrem naturalmente no gás natural dopetróleo, enquanto que os mais pesados, alcenos e alcinos são obtidos no processo de refinação. Podendo também ser sintetizados em laboratório.

O estado físico dos hidrocarbonetos geralmente é gasoso ou líquido, em virtude de seu baixo ponto de fusão e ebulição, por ser apolares, e unidos por forças intermoleculares fracas, são pouco solúveis em água, ou seja, seu grau de dissociação é bastante pequeno até que seja atingido o equilibrio. Os hidrocarbonetos são subdivididos em alcanos,alcenos e alcinos, podendo ser de cadeias ramificadas, cíclicos ou acíclicos, saturados e insaturados e aromáticos onde:

• Ramificadas: possuem ramificações, que são radicais ligados ao carbono.
• Cíclicos: formam ciclos representados através de formas geométricas.
• Acíclico: são hidrocarbonetos que possuem cadeias abertas
• Saturados: possuem somente ligações simples (σ) sendo saturado de hidrogênios (alcanos e cicloalcanos).
• Insaturados: possuem ligações duplas (σπ) e triplas (σππ), em função destas subtrai-se o hidrogênio (alcenos e Alcinos).
• Aromáticos: são os hidrocarbonetos que possuem o anel benzênico.

Hidrocarbonetos Aromáticos possuem a cadeia carbônica fechada e apresentam um anel benzênico. Conheça a estrutura mais simples dessa classe de compostos:

Benzeno

Para se dizer que um composto é aromático ele precisa apresentar pelo menos um destes anéis em sua estrutura molecular. Como se vê, o Benzeno de fórmula C6H6 possui apenas um anel benzênico, veja agora a estrutura da Naftalina:
 

A presença de dois anéis benzênicos caracteriza o composto de fórmula C₁₀H₈.

Repare que as ligações insaturadas (duplas ligações) nos anéis benzênicos podem ser representadas tanto por traços como por um círculo ao centro.