Ciclo do carbono

 Nota: Este artigo é sobre o ciclo do carbono na Terra. Para o processo de fusão nuclear, veja Ciclo CNO.

O carbono (símbolo químico: C) é o quarto elemento mais abundante no Universo, depois do hidrogênio (H), hélio (He) e oxigênio (O), e é o pilar da vida como a conhecemos.

Esquema do Ciclo do Carbono

Existem basicamente duas formas de carbono, uma orgânica, presente nos organismos vivos e mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas rochas.

Pela respiração, decomposição e combustão, o gás carbônico é lançado no ambiente. Pela fotossíntese é retirado.

No planeta Terra, o carbono circula através dos oceanos, da atmosfera, da terra e do seu interior, num grande ciclo biogeoquímico. Este ciclo pode ser dividido em dois tipos: o ciclo "lento" ou geológico, e o ciclo "rápido" ou biológico.

Ciclo geológico

Este ciclo, que opera a uma escala de milhões de anos é integrado a própria estrutura do planeta e iniciou-se há cerca de 4,55 bilhões de anos, quando na formação do Sistema Solar e da Terra, tendo origem nos planetesimais (pequenos corpos que se formaram a partir da nebulosa solar) e nos meteoritos portadores de carbono que colidiram com a Terra. Nesse sentido, mais de 99% do carbono terrestre está contido na litosfera, sendo a maioria carbono inorgânico, armazenado em rochas sedimentares como as rochas calcárias. O carbono orgânico contido na litosfera está armazenado em depósitos de combustíveis fósseis.

Numa escala geológica, existe um ciclo entre a crosta terrestre (litosfera), os oceanos (hidrosfera) e a atmosfera. O Dióxido de Carbono (CO₂) da atmosfera, combinado com a água, forma o ácido carbônico, o qual reage lentamente com o cálcio e com o magnésio da crosta terrestre, formando carbonatos. Através dos processos de erosão (chuva), estes carbonatos são arrastados para os oceanos, onde se acumulam no seu leito em camadas, ou são assimilados por organismos marinhos que eventualmente, depois de morrerem, também se depositam no fundo do mar. Estes sedimentos vão-se acumulando ao longo de milhares de anos, formando rochas sedimentares como as rochas calcárias.

O ciclo continua quando as rochas sedimentares do leito marinho são arrastadas para o manto da Terra, por um processo de subducção (processo pelo qual uma placa tectónica descende por baixo de outra). Desta forma, as rochas sedimentares são sujeitas a grandes pressões e temperaturas debaixo da superfície da Terra, fundindo parcialmente e reagindo com outros minerais, libertando CO₂. O manto terrestre participa deste ciclo.^[1] O CO₂ é devolvido a atmosfera através das erupções vulcânicas e outros tipos de atividades vulcânicas, completando-se assim o ciclo.

Os balanços entre os diversos processos do ciclo do carbono geológico controlaram a concentração de CO₂ presente na atmosfera ao longo de centenas de milhares de anos. Os mais antigos sedimentos geológicos, datados de épocas anteriores ao desenvolvimento da vida na Terra, apontam para concentrações de CO₂ atmosférico 100 vezes superiores aos atuais, proporcionando um forte efeito de estufa. Por outro lado, medições dos núcleos de gelo retirados na Antártida e na Groenlândia, permitem estimar as concentrações do CO₂ que, durante a última era glacial, eram cerca de metade das atuais (em 2005: 379,1 ppmv de CO₂).

Para o carbono orgânico, com origem na matéria orgânica incompletamente decomposta na ausência de oxigênio, a qual deu origem ao carvão, petróleo e gás natural, qualquer troca significativa entre os diversos depósitos efetua-se também a uma escala geológica. Isto foi correto até há cerca de 200 anos, com o início da Revolução Industrial e a exploração e utilização (combustão) em grande escala dos combustíveis fósseis, ações que passaram a libertar para a atmosfera o carbono destes reservatórios em forma de CO₂.

Ciclo orbital da Terra

Mudanças periódicas na forma das órbitas da Terra ao redor do Sol foram as principais responsáveis por mudanças no ciclo do carbono e na atmosfera mundial durante e no meio da Extinção em Massa Triássico-Jurássica (cerca de 201 milhões de anos antes, quando aproximadamente 80% das espécies sempre desapareceu na Terra) e o evento anóxico oceânico toarciano (aproximadamente 183 milhões de anos atrás).^[2] Alterações periódicas na forma da órbita da Terra em torno do Sol afetam a quantidade de energia recebida pela Terra, que por sua vez afeta os processos climáticos e ambientais, bem como o ciclo do carbono, nas escalas local, regional e global.^[3]

Ciclo biológico

O ciclo biológico do Carbono é relativamente rápido: estima-se que a renovação do carbono atmosférico ocorre a cada 20 anos.

Na ausência da influência antropogênica (causada pelo homem), no ciclo biológico existem três reservatórios ou "stocks": terrestre (20.000 Gt), atmosfera (750 Gt), oceanos (40.000 Gt). Este ciclo desempenha um papel importante nos fluxos de carbono entre os diversos stocks, através dos processos da fotossíntese e da respiração.

Através do processo da fotossíntese, as plantas absorvem a energia solar e CO₂ da atmosfera, produzindo oxigênio e hidratos de carbono (açúcares como a glicose), que servem de base para o crescimento das plantas. Os animais e as plantas utilizam os hidratos de carbono pelo processo de respiração, utilizando a energia contida nos hidratos de carbono e emitindo CO₂. Juntamente com a decomposição orgânica (forma de respiração das bactérias e fungos), a respiração devolve o carbono, biologicamente fixado nos stocks terrestres (nos tecidos da biota, na camada de solo e na turfa), para a atmosfera.

As equações químicas que regem estes dois processos são:

Fotossíntese

6CO₂ + 6H₂O + energía (luz solar) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Respiração

C₆H₁₂O₆ (matéria orgânica) + 6O₂ → 6CO₂ + 6 H₂O + energia

É possível verificar que a maior troca entre o stock terrestre e stock atmosférico resulta dos processos da fotossíntese e da respiração. Nos dias de Primavera e Verão as plantas absorvem a luz solar e o CO₂ da atmosfera e, paralelamente, os animais, plantas e micróbios, através da respiração devolvem o CO₂. Quando a temperatura ou umidade é muito baixa, por exemplo no Inverno ou em desertos, a fotossíntese e a respiração reduz-se ou cessa, assim como o fluxo de carbono entre a superfície terrestre e a atmosfera. Devido à declinação da Terra e à desigual distribuição de vegetação dos hemisférios, existe uma flutuação ao longo do ano a qual é visível nos diversos gráficos da variação da concentração anual do CO₂, como por exemplo na curva de Keeling. Em 1958 o cientista Charles David Keeling (oceanógrafo do Scripps Institute of Oceanography),iniciou uma série de experiências no monte Mauna Loa, Havai, que lhe permitiram medir, com bastante precisão, a concentração de CO₂ na atmosfera.

Curva de Keeling: Concentrações de CO₂ Atmosférico medidas em Mauna Loa, Havai Mauna Loa Observatory.

Apesar do stock atmosférico de carbono ser o menor dos três (com cerca de 750 Gt de carbono), este stock determina a concentração de CO₂ na atmosfera, cuja concentração pode influenciar o clima terrestre. Ainda mais, os fluxos anuais entre o stock atmosférico e os outros dois stocks (oceanos e terrestre) são cerca de um quarto da dimensão do stock atmosférico, o que representa uma grande sensibilidade às mudanças nos fluxos.

Os oceanos representam o maior stock dos três, cinquenta vezes maior que o stock atmosférico. Existem transferências entre estes dois stocks através de processos químicos que estabelecem um equilíbrio entre as camadas superficiais dos oceanos e as concentrações no ar acima da superfície. A quantidade de CO₂ que o oceano absorve depende da temperatura do mesmo e da concentração já presente. Temperaturas baixas da superfície do oceano potenciam uma maior absorção do CO₂ atmosférico, enquanto temperaturas mais altas podem causar a emissão de CO₂.

Os fluxos, sem interferências antropogênicas, são aproximadamente equivalentes, variando lentamente, i.e., a uma escala geológica. As diferenças, do ciclo rápido, são também explicadas pelos processos de fotossíntese e respiração: a vida nos oceanos consome grandes quantidades de CO₂, no entanto o ciclo entre a fotossíntese e a respiração desenvolve-se muito rapidamente. O fitoplâncton é consumido pelo zooplâncton em apenas alguns dias, e apenas pequenas quantidades de carbono são acumuladas no fundo do mar, quando as conchas do zooplâncton, compostas por carbonato de cálcio (CaCO₃), se depositam no fundo, após a sua morte. Depois de um longo período de tempo, este efeito representa uma significativa remoção de carbono da atmosfera.

Outro processo intermediário do ciclo biológico, o qual representa remoção de carbono da atmosfera, ocorre quando a fotossíntese excede a respiração e, lentamente, a matéria orgânica forma depósitos sedimentares que, na ausência de oxigênio e ao longo de milhões de anos, se transformam em combustíveis fósseis.

Os incêndios (naturais) são um outro elemento do ciclo rápido que adicionam CO₂ para a atmosfera ao consumir a biomassa e matéria orgânica e ao provocar a morte de plantas que acabam por se decompor e formar também CO₂.

Influências humanas

Esse diagrama do ciclo biogeoquímico do carbono mostra os estoques e fluxos anuais (em gigatoneladas de carbono, Gt C) entre a atmosfera, a hidrosfera, a biosfera e a geosfera. É interessante notar que a atividade antrópica (queima de combustíveis fósseis e produção de cimento) lançam 5,5 Gt C na atmosfera anualmente.

O armazenamento de carbono em depósitos fósseis supõe, na prática, uma diminuição dos níveis atmosféricos de dióxido de carbono. Estes depósitos estão estimados entre 4.000 e 10.000 Gt, e não figuram no ciclo rápido do carbono. No entanto as atividades antropogénicas (humanas), principalmente a queima de combustíveis fósseis e a desflorestação, têm vindo a incorporar fluxos de carbono novos no ciclo biológico provenientes destes depósitos, com significativa influência no ciclo global do carbono.

Estas atividades transferem mais CO₂ para a atmosfera do que aquela que é possível remover naturalmente através da sedimentação do carbono, causando assim um aumento das concentrações atmosféricas de CO₂ num curto período (centenas de anos). Esta influência humana, iniciada principalmente há 200 anos, quando a concentração de CO₂ atmosférico se situava nas 280 ppm (0,028% da composição global da atmosfera), provocou, um aumento significativo da concentração de CO₂, tendo atualmente ultrapassado as 400 ppm (mais de 30% em apenas 200 anos).

Estes valores situam a concentração presente como a mais elevada dos últimos 650.000 anos e talvez superior à registada há 20 milhões de anos.

Nem todo o CO₂ emitido antropogenicamente fica retido na atmosfera. A taxa anual de emissões antropogénicas durante a década de 1990 situou-se, em média, nos 6,3 Gt. No entanto, no mesmo período, a concentração de CO₂ atmosférico aumentou, em média, 3,2 Gt por ano. Isto deve-se, em parte, ao aumento da difusão do CO₂ nos oceanos, que passaram a absorver cerca de 1,7 Gt por ano dos 6,3 Gt emitidos. As restantes 1,4 Gt por ano estimam-se que estejam relacionadas com processos na superfície da terra. Esta última parcela tem duas componentes: a alteração da utilização dos solos, principalmente desflorestação, que reduz a taxa de absorção de CO₂ dos solos e outra parcela, ainda em estudo, que pode ter diferentes origens, entre as quais o aumento da taxa de absorção das plantas correspondente a um aumento da concentração atmosférica de CO₂. Outro cenário possível é o recrescimento das florestas no Hemisfério Norte (em especial da floresta Boreal), que sofreu desflorestação no século passado. No entanto para esta parcela ainda está por determinar concretamente, sendo necessária investigação científica para obter novos dados que expliquem melhor este fenómeno. Mesmo o ciclo global de carbono é composto por diversas variáveis, as quais continuam a ser estudadas de forma a poder obter mais precisão nos modelos que determinam as influências antropogénicas neste ciclo.

Variação de temperatura na Terra de 1860 até 2004

Apesar das incertezas, pode ser obtida uma conclusão importante e quantificável: as actividades humanas influenciam o ciclo global do carbono. Ao retirar carbono armazenado nos depósitos de combustíveis fósseis a uma taxa muito superior à da absorção do carbono pelo ciclo, as actividades humanas estão a potenciar o aumento das concentrações de CO₂ na atmosfera e, muito provavelmente, influenciar o sistema climático global.

Segundo o Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas das Nações Unidas (IPCC), existem diversos cenários de aumento da temperatura do ar da superfície terrestre até 2090-2099, em relação a 1990-1999, apontando para um cenário baixo de 1,8 °C e um cenário alto de 4,0 °C.

Uma outra conclusão significativa que pode ser retirada da análise do ciclo global do carbono é a do elevado potencial de algumas florestas para capturarem o carbono atmosférico, tanto no manto vegetal como na matéria orgânica do solo, o que aumenta a importância da manutenção de ecossistemas com grandes quantidades de biomassa e solos estáveis, com os objectivos de certas florestas se tornarem sumidouros de carbono a médio/longo prazo e outras não se tornarem "fontes" de carbono.

As consequências da queima dos combustíveis fósseis como mudanças climáticas, efeito estufa e desertificação foram objecto de um convénio aprovado em Nova York em 9 de maio de 1992, e subscrito no Rio de Janeiro por diversos países em 11 de junho de 1992, durante a Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o Desenvolvimento) e que culminou no Protocolo de Quioto.

Serviços ambientais associados

Serviço ambiental	Referências
Captura de carbono	A Biosfera captura mais de 4 mil milhões de toneladas de Carbono por ano (Prentice e tal 2001), divididas por: Os oceanos: principal serviço da captura de carbono. As florestas (biomassa) funcionam como sumidoro de carbono (total através da fotossíntese (-3.8 a 0.3) .
Regulação do ar	Regulação da composição química da atmosfera através do balanço CO 2/O 2.
Regulação do clima	O CO 2 é um dos chamados "gases de estufa" (GEE), que permitem a manutenção da temperatura média da superfície terra perto dos 15 °C. Sem o efeito de estufa a Terra seria um local bem "menos agradável" para viver, com temperatura a rondar os –18 °C. Por outro lado, um aumento "descontrolado" dos GEE, originaria um aumento da temperatura da superfície terrestre para níveis insuportáveis para muitas espécies.
Fornecimento de combustíveis fósseis	O carbono orgânico contido na litosfera está armazenado em depósitos de combustíveis fósseis. O processo de origem está integrado no ciclo geológico do carbono. Na actualidade os combustíveis fósseis são explorados intensivamente, fazem parte dos recursos não renováveis, e são a principal origem das emissões antropogénicas de CO 2.
Fornecimento de cimento e outros materiais de construção (pedras calcárias)	Com origem nos sedimentos (rochas calcárias), que foram formadas no ciclo geológico pela deposição de sedimentos e organismos marinhos mortos, depositados no leito do mar. A utilização de pedra calcária, seja no cimento ou em outros processos de construção, também aporta para as emissões antropogénicas de CO 2.
Turismo	O CO 2 faz parte essencial do processo de crescimento das plantas e árvores (fotossíntese) e dos corais proporciona o desenvolvimento de áreas para o lazer e para o turismo.
Produção piscícola	Associado ao desenvolvimento das zonas coralíferas, onde prolifera a vida aquática, contribuído para os stocks de pesca e para a biodiversidade.
Produção de madeira (efeito "fertilizante")	Sendo um dos elementos principais da fotossíntese o CO 2 pode ter um efeito positivo no crescimento das plantas.
Produção de alimentos	Produção de alimentos, directamente consumidos pelos humanos, ou indirectamente, através dos herbívoros.

Captura do carbono

Captura natural

Um dos serviços mais importantes do ecossistema, relacionado com o ciclo do Carbono, é a captura do CO2 por diferentes elementos que compõe a Biosfera. O aumento das emissões antropogénicas de CO2 tem vindo a ser absorvidas pela atmosfera, pelos oceanos e pelas florestas e outras espécies vegetais. O aumento do CO2 na atmosfera traz como consequência o aumento do efeito de estufa, originando as alterações climáticas. Com o aumento do CO2 atmosférico, também aumenta a absorção dos oceanos tendo como consequência a acidificação dos oceanos, e eventuais efeitos nos ecossistemas marítimos (corais, peixes, etc.). A última parcela é absorvida pelas florestas (biomassa), as quais podem ser utilizadas como sumidouro de carbono (através da fotossíntese).

Numa visão de Sustentabilidade Forte, através de estratégias de reflorestação seria possível diminuir as actuais concentrações de CO2 na atmosfera, que já ultrapassaram as 400 ppmv, até níveis pré-Revolução Industrial, i.e., perto das 280 ppmv . No entanto, mesmo maximizando a actividade de reflorestação nos próximos 50 anos, apenas seria possível reduzir cerca de 15-30 ppm (IPCC 2000). Desta forma a redução das concentrações de CO2 atmosférico devem ser complementadas também por um serviço de capital humano: sistemas de captura e armazenamento de CO2 (CCAC). Este tipo de serviços podem ser considerados como uma solução de sustentabilidade forte, quando estiverem a anular efeitos de emissões de CO2 de todos os sectores antropogénicos, menos da "mudança da uso dos solos",. Só no caso de estarem a substituir os efeitos causados pela redução do capital natural (desflorestação, incêndios, eliminação de prados, etc.), por acção humana é que poderá ser considerado como sustentabilidade fraca.

Capital humano: sistemas de captura e armazenamento de CO₂ (CAC)

O CAC consiste na separação do CO₂ emitido pelas indústrias, no seu transporte para o local de armazenamento e no seu sequestro a longo prazo.

As centrais elétricas e outros processos industriais de grande escala são os principais candidatos para este sistema.

Atualmente não existe uma solução tecnológica única para este tipo de sistemas, estando prevista uma carteira de opções tecnológicas que se adaptarão dependendo das situações.

A tecnologia atual permitiria capturar entre 80-90% do CO₂ produzido numa central eléctrica, mas tem como conseqüência um aumento da produção de CO₂ devido à redução da eficiência (existe um aumento da energia necessária, entre 10 a 40%, para poder implementar o processo de CAC).

O processo de CAC é constituído pelas seguintes fases:

• Captura
• Transporte
• Armazenamento (sequestro)

Captura

Existem três tecnologias principais de captura:

Aplicações do polímero ABS por setor consumidor:

Processo	Princípio de Funcionamento
Oxigênio-gás	Estes sistemas utilizam o oxigénio em vez do ar, que é maioritariamente composto por Nitrogénio (78%), para a combustão do combustível primário, com o objectivo de produzir um gás de combustão composto principalmente por água e CO2. Isto dá origem a um gás de combustão com altas concentrações de CO2 (superior a 80% do volume) uma vez que não existe Nitrogénio neste processo. Posteriormente, o vapor de água é retirado por arrefecimento e aumento da pressão. Este processo requer uma separação prévia do oxigénio do ar, para obter um gás com uma pureza de 95 a 99%. O desafio é como separar o oxigénio do resto do ar. As estratégias são semelhantes às usadas para separar CO2. O ar pode ser arrefecido, para que o oxigénio se liquefaça. Membranas onde passa oxigénio e nitrogénio a diferentes taxas podem provocar a separação. Há também, materiais que absorvem o nitrogénio, separando-o, do oxigénio. A aplicação destes sistemas em caldeiras está actualmente em fase de demonstração e a sua aplicação em sistemas de turbinas à gás ainda estão em fase de investigação.
Pré-combustão	Consiste em retirar o CO2 dos combustíveis antes da queima. Esta tecnologia já é aplicada de forma generalizando na fabricação de fertilizantes e na produção de hidrogénio (H2). Apesar do processo inicial de retirar o carbono antes da combustão ser mais complexo e caro, as concentrações mais altas de CO2 e a pressão mais elevada facilitam a separação. No caso do gás natural, essencialmente metano (CH4), se extrairmos o carbono antes da combustão, ficaremos com hidrogénio, que produz apenas água quando queimado. Isto envolve reagir o combustível com oxigénio e/ou vapor para produzir monóxido de carbono (CO) e H2. Em seguida, o CO reage com mais vapor, para produzir CO2 e mais hidrogénio. Finalmente, o CO2 é separado e o hidrogénio é usado como combustível, emitindo só nitrogênio e água.
Pós-combustão	Consiste na remoção do CO2 depois da queima de combustíveis fósseis, sistema ideal para a aplicação em centrais termoeléctricas. Esta tecnologia é o primeiro passo para a captura de CO2 a grande escala, sendo já economicamente viável em alguns casos específicos. Normalmente, estes sistemas utilizam um solvente líquido para captar a pequena fracção de CO2 (entre 3 e 15% do volume) presente nos gases de combustão, cujo componente principal é o Nitrogénio. Numa central eléctrica moderna de pulverização de carvão ou de ciclo combinado de Gás Natural, os sistemas de captação utilizariam geralmente um solvente orgânico como a monoetanolamina. Esse processo é designado como "lavagem". A solução química resultante é, mais tarde, aquecida e a pressão reduzida, liberando CO2 concentrado, o qual será posteriormente armazenado.
Dados:

Transporte

Para o transporte do CO₂ capturado, entre o local de captura e o de armazenamento, apresenta-se actualmente uma tecnologia bastante desenvolvida e testada: os gasodutos. Em geral, o CO₂ gasoso é comprimido a uma pressão superior aos 8 MPa, como o objectivo de evitar regimes de fluxo de duas fases e aumentar a densidade, reduzindo assim custos de transporte.

Em alguns casos o CO₂ também poderá ser transportado em forma líquida em navios ou camiões cisterna a baixas temperaturas e pressões mais altas.

Ambos métodos já são usados para o transporte de CO₂ em outras aplicações industriais.

Armazenamento (sequestro)

Armazenamento geológico

O armazenamento geológico consiste na injecção, após captura do CO₂, na sua forma condensada numa formação rochosa subterrânea. As principais opções são:

• Jazidas de petróleo e gás: as formações rochosas que retêm ou que já retiveram fluidos (como ao jazidas de petróleo e gás) são candidatos potenciais para o armazenamento. A injecção de CO₂ nas formações geológicas profundas integra muitas das tecnologias desenvolvidas na indústria de prospecção de petróleo e gás, pelo que a tecnologia de injecção, simulação, controlo e vigilância do armazenamento existe e continua a ser aperfeiçoada.
• Formações salinas: à semelhança das jazidas de petróleo e gás é possível também injectar CO₂ em jazidas salmoura.
• Camadas de carvão inexploradas: é possível a injecção em camadas de carvão que não venham a ser exploradas, dependendo sempre da sua permeabilidade. Estes mecanismos ainda estão em fase de demonstração.

Armazenamento oceânico

O armazenamento oceânico pode ser realizado de duas formas:

• Através da injecção e dissolução do CO₂ no oceano (a profundidade de mais de 1000 metros), através de gasodutos fixos ou de navios.
• A outra opção passa pela deposição do CO₂ no fundo do oceano através de um gasoduto fixo ou de uma plataforma marítima (a mais de 3000 metros de profundidade), onde a água é mais densa e se espera que o CO₂ forme um lago.

O armazenamento oceânico e o seu impacto ecológico estão por analisar, podendo existir problemas de acidificação dos oceanos, sendo uma das alternativas possíveis mas que levanta ainda muitas questões técnicas e de viabilidade ambiental.

Carbonatação mineral e utilizações industriais

Carbonatação mineral: a reacção do CO₂ com óxidos metálicos, que abundam em minerais silicatos (como o óxido de magnésio (MgO) ou óxido de cálcio (CaO)) ou de detritos industriais (como escoria e cinzas de aço inoxidável), produz através de reacções químicas carbonatos inorgânicos estáveis. A reacção natural é muito lenta é deverá ser melhorada através de tratamentos prévios dos minerais, que são altamente intensivos em energia. Esta tecnologia está em fase de investigação, mas em certas aplicações, como a dos detritos industriais, já se encontra em fase de demonstração.

Utilizações industriais: esta opção consiste no consumo de CO₂ de forma directa como matéria-prima para a produção de diversas substâncias químicas que contêm carbono. No entanto, devido a baixa taxa de retenção da maior parte dos produtos e a inexistência de dados que permitam concluir se o balanço final de muitas aplicações indústrias é negativo ou positivo, este mecanismo encontra-se em fase de estudo e prevê-se que a sua contribuição não seja muito elevada.

Custos do CAC

Várias das tecnologias de CAC estão actualmente em fases desenvolvidamente e demonstração e mesmo algumas em investigação, pelo que os seus custos, ainda são relativamente altos, mas que, com a evolução tecnológica, com tendência a diminuir. Em quase todos os sistemas de CAC, os custos da captura (incluindo a compressão) representam a maior fatia dos custos (cerca de ¾).

A seguir apresenta-se uma tabela com o custo de vários componentes do sistema CAC:

Componente do CAC	Custos
Captura do CO2 emitido numa central eléctrica a gás	15-75 US$/t CO2 capturado
Captura do CO2 emitido na produção de H2 (do GN)	5-55 US$/t CO2 capturado
Captura do CO2 emitido por outras fontes industriais	25-115 US$/t CO2 captado
Transporte	1-8 US$/t CO2 transportado
Armazenamento geológico	0,5-8 US$/t CO2 injectado
Armazenamento geológico: vigilância e verificação	0,1-0,3 US$/t CO2 injectado
Armazenamento oceânico	5-30 US$/t CO2 injectado
Carbonatação mineral	50-100 US$/t CO2 mineralizado

Tabela 1. Custos das várias componentes dos sistemas CAC - Fonte: IPCC

Numa central com um sistema CAC, a necessidade de aumento do consumo energético (cerca de 11-22% maior) implica um aumento da produção de CO₂ e nos custos do kWh produzido na central. Comparando uma central convencional de gás natural de ciclo combinado com um sistema de captura e recuperação de petróleo os custos variam entre 19 e 63%.

Sistema de central eléctrica	Ciclo combinado de gás natural
Sem captura (referência)	0,03 - 0,05 US$/k Wh
Com captura e armazenamento geológico	0,04 - 0,08 US$/k Wh
Com captura e recuperação de petróleo	0,04 - 0,07 US$/k Wh

Tabela 2. Custos por kWh numa central com e sem sistemas CAC - Fonte: IPCC

Os custos por tonelada de CO₂ evitado variam substancialmente tanto com o tipo de instalação de produção como com o tipo de sistema CAC implementado, no entanto, tomando com referência uma central de ciclo combinado de gás natural estes situam-se entre os 40-90 $/t CO₂ evitado, mas em alguns casos podem actualmente ultrapassar os 200 $/t CO₂ evitado.

	CE de carvão pulverizado	CE de ciclo combinado de GN	CE de ciclo combinado gasificação de carvão integrada
Custo da mitigação (US$/tCO2 evitado) em central eléctrica com captura e armazenamento geológico	30-71	38-91	14-53
Custo da mitigação (US$/tCO2 evitado) Com captura e recuperação de petróleo	9-44	19-68	0

Tabela 3. Custo da mitigação (US$/tCO₂ evitado)

Capacidades de armazenamento

As capacidades indicadas na tabela 4 estão são valores apenas teóricos, com um possível menor erro para as jazidas de petróleo, mas em geral ainda não existem estudos científicos suficientes para ter números mais reais, e as probabilidades e os níveis de confiança associados.

Tipo de depósito	Estimativa inferior da capacidade de armazenamento (GtCO2)	Estimativa superior da capacidade de armazenamento (GtCO2)
Jazidas de petróleo e gás	675*	900*
Filões de hulha não exploráveis	3-15	200
Formações salinas profundas	1000	10000

Tabela 4. Estimativas teóricas de capacidade de armazenamento para vários depósitos

• Estes dados podem aumentar em 25% se for incluído as jazidas de petróleo ainda não descobertas.

Em termos de potencial técnico, estima-se que a capacidade mínima de armazenamento geológico do CO₂ ronde os 2000 Gt de CO₂ (545 Gt de C). Outras opções de armazenamento como os oceanos, que podem representar vários milhares de Gt, poderão ser tidas em conta, caso as eventuais implicações ambientais sejam significativamente reduzidas, para o que hoje não existem dados suficientes que o demonstrem.

Na maior parte dos cenários de estabilização das concentrações atmosféricas de GEE entre 450 e os 750 ppmv de CO₂, o potencial económico do CAC (quantidade de reduções de GEE que alcançável de forma rentável em comparação com uma opção especifica e tendo em conta as circunstâncias actuais) ascenderia progressivamente dos 220 até aos 2200 Gt de CO₂ (entre 60 e 600 Gt de C), o que significa uma contribuição dentre 15 e 55% do esforço mundial de mitigação acumulativa até 2100.

Para que os sistemas CAC possa alcançar este potencial económico serão necessários alguns milhares de instalações equipadas com estes sistemas e cada um deles teria de capturar entre 1 a 5 Mt de CO₂ por ano.

Consumo energético e impactos ambientais dos CAC

A implementação deste tipo de soluções implica um aumento da produção de CO₂. Isto é derivado da perda de eficiência da central devido ao aumento do consumo energético necessário para as fases de captação, transporte e armazenamento do CO₂.

Os valores de aumento de consumo de combustível por kWh produzido para instalações existentes que capturem cerca de 90% do CO₂ produzido, variam entre os 11 e os 40% (conforme a tecnologia). No entanto estes valores são essencialmente para instalações já existentes. Para instalações de captura piloto, estima-se que a energia térmica adicional por cada tonelada de CO₂ capturado ronde os 2 GJ. (representando uma redução na eficiência entre 15-25%) (Projecto CASTOR).

Riscos ambientais e humanos na captura

• Aumento das emissões de alguns poluentes, como CO e NO_x, que não são capturados no processo.
• Riscos eventuais para a saúde humana pela presença de CO₂ em grandes concentrações, ou em estado sólido (baixas temperaturas: possíveis queimaduras em derrames acidentais).

Riscos ambientais e humanos no transporte

• O transporte por gasoduto não apresenta problemas superiores aos já defrontados pelo transporte de gases como Gás Natural. Existe sempre um eventual risco de fuga ou rebentamento, mas sem o problema da inflamação.
• Para o transporte via terrestre ou marítima a situação é semelhante ao transporte de outro tipo de gases industriais, havendo sempre uma possibilidade relativamente pequena de risco de acidentes e eventuais derramamentos de CO₂, cujas consequências estão por estudar, mas que podem eventualmente causar asfixia.

Riscos ambientais e humanos no armazenamento

Existem duas categorias destes tipos de riscos: Riscos Mundiais: se houver uma fuga considerável num depósito de CO₂ esta pode contribuir significativamente para as alterações climáticas.

Riscos locais: fugas por falhas nos poços que podem afectarem os trabalhadores locais e as equipas de reparação das fugas, ou fugas por falhas geológicas não detectadas, criando eventual contaminação de aquíferos e acidificação dos solos.

Para o caso do armazenamento oceânico, o risco apresenta-se bastante mais elevado, tendo em conta a falta de informação disponível quanto aos efeitos do aumento da concentração de CO₂ (acidificação) nos ecossistemas marítimos.

Ver também

• Ciclo do nitrogênio
• Ciclo do fósforo
• Ciclo do oxigênio
• Ciclo da água
• Ciclo do cálcio
• Ciclo do carbono em Portugal

Referências

1. «Nas profundezas da Terra». Ciência Hoje. 15 de setembro de 2011. Consultado em 17 de setembro de 2011. Em artigo publicado hoje [...] no site da Science, os autores mostram a influência que o manto terrestre pode sofrer do material vindo da crosta oceânica e comprovam que ele também participa do ciclo do carbono no planeta. [...] “As placas oceânicas são subductadas em direção ao interior da Terra e atravessam o manto superior, a zona de transição onde elas podem se acumular e depois penetrar no manto inferior”
2. Storm, Marisa S.; Hesselbo, Stephen P.; Jenkyns, Hugh C.; Ruhl, Micha; Ullmann, Clemens V.; Xu, Weimu; Leng, Melanie J.; Riding, James B.; Gorbanenko, Olga (5 de fevereiro de 2020). «Orbital pacing and secular evolution of the Early Jurassic carbon cycle». Proceedings of the National Academy of Sciences (em inglês). ISSN 0027-8424. PMID 32041889. doi:10.1073/pnas.1912094117
3. «Solar system processes play a vital role in controlling Earth's carbon cycle». Tech Explorist (em inglês). 11 de fevereiro de 2020. Consultado em 11 de fevereiro de 2020

Ligações externas

• Floresta, Ciclo do Carbono e Alterações Climáticas (Naturlink)^{[ligação inativa]}
• Mercado do Carbono (Naturlink)
• BOREASCarbon (Earthobservatory)
• CarbonCycle (Earthobservatory)
• Talkorigins
• WMO
• GRIDA(UNEP)
• NOOA
• Bioatividade
• IPCC
• Scripps Institute of Oceanography