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.
Carvão Vegetal
O processo
tradicional de obtenção do carvão vegetal dá-se pela queima ou aquecimento de madeira,
em temperaturas que variam entre 500 e 600C, na ausência de ar. Empilham-se estacas de
madeira, cobertas parcialmente por terra, para limitar a entrada de ar, e procede-se à
queima. Trata-se de uma técnica bastante primitiva, que não permite o aproveitamento de
nenhum subproduto, geralmente usada por pequenos produtores, que operam no próprio local
de desbaste das árvores. O processo industrial utiliza fornos, preaquecidos à
temperatura de 300oC, nos quais são colocados pedaços relativamente pequenos de madeira
seca. Esse processo permite a produção em escala incomparavelmente maior de carvão
vegetal destinado à siderurgia do ferro gusa e à obtenção de subprodutos, como
metanol, ácido acético, piche, óleo e gás. A madeira mais indicada é o eucalipto,
plantado em grandes extensões.
Graças à principal característica do carvão vegetal, que é sua
grande porosidade, costuma-se empregá-lo como adsorvente, seja para desodorizador do ar,
seja como descorante de soluções. Utiliza-se esse tipo de
carvão vegetal em respiradores de máscaras contra gases, para remoção de vapores
tóxicos, e na purificação da água. Ainda na categoria do carvão artificial, podem-se
citar o negro-de-fumo, fabricado a partir do petróleo e de grande utilização na
indústria da borracha. Na produção de pneus, por exemplo, a participação do
negro-de-fumo é de 35% em relação à borracha natural e de 50% para a borracha
sintética.
Os carvões animais, obtidos pela calcinação de resíduos da
industrialização de animais, principalmente ossos e partes córneas, são usados como
absorventes e pigmentos negros.
Contêm grande proporção de
carbonato e fosfato de cálcio. A indústria açucareira utiliza-o no descoramento da
calda de açúcar.
Carvão no Brasil
Formadas sob condições
climáticas desfavoráveis, as jazidas brasileiras de carvão mineral, localizadas na
região Sul, são pouco espessas e de qualidade inferior. Apenas o carvão produzido em
Santa Catarina é coqueificável, mesmo assim em proporções mínimas - menos de 20% - e
por isso tem de ser misturado ao carvão importado. Já o carvão vegetal é produzido
basicamente para atender as siderúrgicas, a partir do eucalipto. Para isso, as produtoras
necessitam de imensas plantações, que provocam impactos ambientais desfavoráveis, já
que não chegam a constituir um ecossistema e expulsam as espécies animais. A produção
caseira de carvão vegetal, feita por métodos primitivos, embora pouco representativa do
ponto de vista econômico, provoca desmatamento e poluição ambiental. Parte dessa
produção destina-se ao consumo doméstico, em restaurantes com forno de lenha e
churrasqueiras.