Usos industriais do Xisto Betuminoso

VKG Energia na Estônia.

A indústria de xisto betuminoso envolve a mineração e o processamento do xisto betuminoso, rocha sedimentar de granulação fina que contém quantidades significativas de querogênio – uma mistura sólida de compostos químicos orgânicos – a partir da qual podem ser produzidos hidrocarbonetos líquidos. Esse setor se desenvolveu em países como Estados Unidos, Brasil, China, Estônia e, em menor escala, Alemanha e Rússia. Além disso, diversas nações estão conduzindo pesquisas sobre suas reservas de xisto betuminoso e aprimorando métodos de produção para aumentar a eficiência e a recuperação.[1] Um estudo publicado em 2005 indicou que a Estônia foi responsável por aproximadamente 70% da produção mundial desse material.[2]

O uso do xisto betuminoso para fins industriais remonta ao início do século XVII, quando era explorado por seus minerais. Desde o final do século XIX, o petróleo de xisto também tem sido utilizado devido ao seu teor de óleo e como combustível de baixa qualidade para geração de energia. No entanto, seu uso para esse fim não é amplamente adotado, exceto em países que possuem depósitos expressivos desse recurso. Além disso, o xisto betuminoso é uma alternativa para a produção de petróleo bruto sintético [en], sendo considerado uma possibilidade para ampliar a produção interna de petróleo em países que dependem de importações.

Histórico

Produção de xisto betuminoso em milhões de toneladas métricas, de 1880 a 2010. Fonte: Pierre Allix, Alan K. Burnham.[3]

O xisto betuminoso tem sido utilizado desde os tempos antigos. A mineração industrial moderna desse recurso teve início em 1837, nas minas de Autun, na França, e posteriormente se expandiu para a Grã-Bretanha, Alemanha e outros países.[1][4] O setor de xisto betuminoso começou a se expandir pouco antes da Primeira Guerra Mundial, impulsionado pela produção em massa de automóveis e caminhões e pela preocupação com uma possível escassez de gasolina para o transporte. Em 1924, a Usina Elétrica de Tallinn tornou-se a primeira no mundo a adotar o xisto betuminoso como principal combustível.[5]

Após o fim da Segunda Guerra Mundial, o setor entrou em declínio devido à descoberta de grandes reservas de petróleo bruto, que eram mais acessíveis e economicamente viáveis.[4][6][7] No entanto, a produção de xisto betuminoso continuou em crescimento na Estônia, Rússia e China.[1]

A crise do petróleo de 1973 levou à retomada do setor em diversos países, mas, com a queda dos preços do petróleo na década de 1980, muitas operações foram interrompidas. A partir de meados da década de 1990, o setor global voltou a crescer. Nos Estados Unidos, um programa de desenvolvimento do xisto betuminoso foi iniciado em 2003 e, em 2005, foi introduzido um programa de arrendamento comercial para xisto betuminoso e areias betuminosas.[8][9]

Desde maio de 2007, a Estônia tem desempenhado um papel significativo na exploração do xisto betuminoso e é responsável por cerca de 70% do volume processado globalmente.[10] Apesar de seus depósitos representarem apenas 17% do total da União Europeia, o país gera 90% de sua energia a partir desse recurso. O setor emprega aproximadamente 7.500 pessoas, correspondendo a cerca de 1% da força de trabalho nacional e contribuindo com 4% para o Produto Interno Bruto (PIB) do país.[11]

Mineração

O xisto betuminoso é extraído por meio de técnicas tradicionais de mineração subterrânea [en] ou de superfície. Diversos métodos de mineração estão disponíveis, mas todos têm como objetivo fragmentar os depósitos para facilitar o transporte do material até uma usina de energia ou uma instalação de retortagem. Os principais métodos de mineração de superfície incluem a mineração a céu aberto e a mineração em tiras. Já na mineração subterrânea, um dos métodos mais utilizados é o room-and-pillar,[12] no qual o material é extraído horizontalmente, deixando "pilares" de xisto intactos para sustentar o teto da mina e reduzir o risco de colapso. Além disso, o xisto betuminoso pode ser obtido como subproduto da mineração de carvão.[1]

A maior mina de xisto betuminoso do mundo é a Estonia Mine, operada pela Enefit Kaevandused [en].[13] Em 2005, a Estônia extraiu 14,8 milhões de toneladas desse material.[11] No mesmo período, foram concedidas licenças para a extração de quase 24 milhões de toneladas, enquanto pedidos para mineração de mais 26 milhões de toneladas estavam em análise.[14] Em 2008, o Parlamento da Estônia aprovou o Plano Nacional de Desenvolvimento para o Uso de Xisto Betuminoso 2008-2015, que limitou a extração anual a 20 milhões de toneladas.[15]

Geração de energia

Usina elétrica Eesti, alimentada por xisto betuminoso, em Narva, Estônia.

O xisto betuminoso pode ser utilizado como combustível em usinas termelétricas, onde é queimado de forma semelhante ao carvão para acionar turbinas a vapor. Em 2012, havia usinas elétricas movidas a xisto betuminoso na Estônia, com uma capacidade de geração de 2.967 megawatts (MW), além de unidades na China e na Alemanha.[16][17] Israel, Romênia e Rússia também operaram usinas desse tipo, mas posteriormente as fecharam ou converteram para outros combustíveis, como o gás natural.[1][16][18] A Jordânia e o Egito anunciaram planos para construir usinas elétricas movidas a xisto betuminoso, enquanto Canadá e Turquia consideram utilizá-lo em conjunto com o carvão.[1][16][19]

As usinas termelétricas que utilizam xisto betuminoso como combustível empregam principalmente dois métodos de combustão. O método tradicional é a combustão pulverizada (Pulverized Combustion – PC), usada em unidades mais antigas na Estônia. Já o método mais avançado é a combustão em leito fluidizado (Fluidized Bed Combustion – FBC), aplicada na fábrica de cimento Holcim, em Dotternhausen, na Alemanha, e na usina elétrica Mishor Rotem [en], em Israel. As principais variantes da tecnologia FBC são a combustão em leito fluidizado borbulhante (Bubbling Fluidized Bed Combustion – BFBC) e a combustão em leito fluidizado circulante (Circulating Fluidized Bed Combustion – CFBC).[16][20]

Atualmente, mais de 60 usinas ao redor do mundo utilizam a tecnologia CFBC para a combustão de carvão e lignito. No entanto, apenas duas novas unidades das Narva Power Plants [en], na Estônia, e uma unidade na Huadian Power Plant, na China, empregam essa tecnologia especificamente para a combustão de xisto betuminoso.[17][19][21][22] A tecnologia mais avançada e eficiente para a queima desse material é a combustão pressurizada em leito fluidizado (Pressurized Fluidized Bed Combustion – PFBC). No entanto, essa tecnologia ainda se encontra em estágio inicial de desenvolvimento.[23]

Extração de petróleo

Ver artigo principal: Extração de petróleo de xisto
Visão geral da extração de óleo de xisto.

Os principais produtores de óleo de xisto são China e Estônia, seguidos pelo Brasil em um distante terceiro lugar. Além disso, países como Austrália, Estados Unidos, Canadá e Jordânia têm planos para iniciar ou retomar a produção desse recurso.[24][16][19] Segundo o World Energy Council, a produção global de óleo de xisto em 2008 foi de 930.000 toneladas, o equivalente a 17.700 barris por dia (2.810 m³/d). Desse total, a China produziu 375.000 toneladas, a Estônia 355.000 toneladas e o Brasil 200 toneladas. Em comparação, no mesmo ano, a produção global de petróleo convencional e líquidos de gás natural foi de 3,95 bilhões de toneladas, ou 82,12 milhões de barris por dia (13,056 × 10⁶ m³/d).[1]

Embora existam diversas tecnologias para a retortagem do xisto betuminoso, apenas quatro estão em uso comercial atualmente: Kiviter [en], Galoter [en], Fushun [en] e Petrosix.[25] Há dois principais métodos para a extração do óleo do xisto: ex-situ e in-situ. No método ex-situ, o xisto betuminoso é extraído e transportado até uma instalação de retortagem, onde o óleo é extraído. Já no método in-situ, o querogênio é convertido enquanto ainda se encontra no depósito subterrâneo, sendo posteriormente extraído por meio de um poço, de maneira semelhante ao petróleo convencional.[26]

Outros usos industriais

O xisto betuminoso é utilizado na produção de cimento por empresas como Kunda Nordic Cement, na Estônia, Holcim, na Alemanha, e a fábrica de cimento Fushun, na China.[1][27] Além disso, pode ser empregado na fabricação de diversos produtos químicos, materiais de construção e produtos farmacêuticos, como o bituminosulfonato de amônio [en].[11][19] No entanto, o uso do xisto betuminoso para esses fins ainda é raro e permanece em estágios experimentais.[1][6]

Alguns tipos de xisto betuminoso são fontes viáveis de enxofre, amônia, alumina, carbonato de sódio e nahcolita, que surgem como subprodutos da extração de óleo de xisto. Além disso, certos depósitos podem ser utilizados para a obtenção de urânio e outros elementos químicos raros. Entre 1946 e 1952, uma variedade marinha de xisto Dictyonema [en] foi explorada para a produção de urânio em Sillamäe, na Estônia. Já entre 1950 e 1989, o xisto de alúmen foi utilizado com o mesmo propósito na Suécia.

O gás extraído do xisto betuminoso também pode ser empregado como substituto do gás natural. Após a Segunda Guerra Mundial, o gás produzido na Estônia foi utilizado em Leningrado e em cidades do norte do país.[28] No entanto, com os preços atuais do gás natural, essa alternativa não é economicamente viável.[29][30]

Economia

Preços do petróleo bruto light-sweet NYMEX 1996-2009 (não ajustados pela inflação).

A quantidade de xisto betuminoso economicamente recuperável é desconhecida.[31] O desenvolvimento de depósitos desse recurso tem sido viável apenas quando o custo da produção de óleo de xisto em determinada região fica abaixo do preço do petróleo bruto ou de seus substitutos.[32] Segundo uma pesquisa da RAND Corporation, o custo estimado para produzir um barril de óleo de xisto em um complexo hipotético de retortagem de superfície nos Estados Unidos — incluindo uma mina, uma usina de retortagem, uma usina de beneficiamento, serviços de apoio e recuperação do xisto utilizado — variaria entre US$ 70 e US$ 95 por barril (US$ 440 a US$ 600/m³), ajustado para valores de 2005. Com o aumento gradual da produção após o início da operação comercial, a análise prevê uma redução nos custos de processamento para US$ 30 a US$ 40 por barril (US$ 190 a US$ 250/m³) após atingir a marca de 1 bilhão de barris (160 × 10⁶ m³).[11][12] A Royal Dutch Shell estimou que sua tecnologia Shell ICP [en] se tornaria lucrativa com preços do petróleo bruto acima de US$ 30 por barril (US$ 190/m³), enquanto algumas tecnologias em produção em larga escala indicam viabilidade econômica mesmo com preços inferiores a US$ 20 por barril (US$ 130/m³).[33][34][35]

Para aumentar a eficiência da retortagem do xisto betuminoso e, consequentemente, a viabilidade da produção de óleo de xisto, pesquisadores têm proposto e testado diversos processos de copirólise. Esses processos combinam o xisto betuminoso com outros materiais, como biomassa, turfa, betume residual, resíduos de borracha e plástico, durante a retortagem.[36][37][38][39][40] Algumas tecnologias modificadas sugerem a integração de uma retorta de leito fluidizado com um forno de leito fluidizado circulante, permitindo a queima dos subprodutos da pirólise (carvão e gás de xisto betuminoso). Essa abordagem visa melhorar o rendimento do óleo, aumentar a produtividade e reduzir o tempo de retortagem.[41]

Em uma publicação de 1972 da revista Pétrole Informations (ISSN 0755-561X), a produção de óleo de xisto foi comparada desfavoravelmente à liquefação do carvão. O artigo argumentava que a liquefação do carvão era mais econômica, gerava maior quantidade de petróleo e causava menos impactos ambientais em comparação à extração do xisto betuminoso. O estudo citava uma taxa de conversão de 650 litros (170 galões norte-americanos; 140 galões imperiais) de petróleo por tonelada de carvão, em contraste com 150 litros (40 galões norte-americanos; 33 galões imperiais) de óleo de xisto por tonelada de xisto betuminoso.[4]

Um fator essencial para avaliar a viabilidade do xisto betuminoso como fonte de energia é a relação entre a energia gerada e a energia consumida em sua mineração e processamento, conhecida como Retorno sobre o investimento em energia (EROEI). Um estudo de 1984 estimou que o EROEI dos depósitos conhecidos variava entre 0,7 e 13,3,[42] embora projetos comerciais de extração reportem valores entre 3 e 10. De acordo com o World Energy Outlook [en] 2010, o EROEI do processamento ex-situ geralmente varia entre 4 e 5, enquanto o do processamento in-situ pode chegar a 2. No entanto, segundo a Agência Internacional de Energia (AIE), grande parte da energia necessária no processo pode ser suprida pela queima do xisto residual ou do gás de xisto betuminoso.[31]

Considerações ambientais

A mineração de xisto betuminoso envolve vários impactos ambientais, mais pronunciados na mineração de superfície do que na mineração subterrânea.[43] Esses impactos incluem a drenagem ácida induzida pela rápida exposição repentina e subsequente oxidação de materiais anteriormente enterrados, a introdução de metais, inclusive mercúrio,[44] nas águas superficiais e subterrâneas, o aumento da erosão, as emissões de gás sulfúrico e a poluição do ar causada pela produção de material particulado durante o processamento, o transporte e as atividades de apoio.[45][46] Em 2002, cerca de 97% da poluição do ar, 86% do total de resíduos e 23% da poluição da água na Estônia eram provenientes do setor de energia, que usa o xisto betuminoso como principal recurso para a produção de energia.[47]

A extração de xisto betuminoso pode prejudicar o valor biológico e recreativo da terra e o ecossistema na área de mineração. A combustão e o processamento térmico geram material residual. Além disso, as emissões atmosféricas do processamento e da combustão do xisto betuminoso incluem dióxido de carbono, um gás de efeito estufa. Os ambientalistas se opõem à produção e ao uso do xisto betuminoso, pois ele gera ainda mais gases de efeito estufa do que os combustíveis fósseis convencionais.[48] Os processos experimentais de conversão in situ e as tecnologias de captura e armazenamento de carbono podem reduzir algumas dessas preocupações no futuro, mas, ao mesmo tempo, podem causar outros problemas, inclusive a poluição das águas subterrâneas.[49] Entre os contaminantes da água comumente associados ao processamento do xisto betuminoso estão os hidrocarbonetos heterocíclicos de oxigênio e nitrogênio. Exemplos comumente detectados incluem derivados de quinolina, piridina e vários homólogos alquil da piridina (picolina, lutidina).[50]

As preocupações com a água são questões sensíveis em regiões áridas, como o oeste dos EUA e o deserto de Negev, em Israel, onde existem planos para expandir a extração de xisto betuminoso, apesar da escassez de água.[51] Dependendo da tecnologia, a retortagem acima do solo utiliza de um a cinco barris de água por barril de óleo de xisto produzido.[12][52][53][54] Uma declaração de impacto ambiental programático de 2008 emitida pelo Bureau of Land Management dos EUA declarou que as operações de mineração de superfície e de retorta produzem de 2 a 10 galões americanos (7,6 a 37,9 L; 1,7 a 8,3 imp gal) de água residual por 1 tonelada curta (0,91 t) de xisto betuminoso processado.[52] O processamento in situ, de acordo com uma estimativa, utiliza cerca de um décimo dessa quantidade de água.[55]

Ativistas ambientais, incluindo membros do Greenpeace, organizaram fortes protestos contra o setor de xisto betuminoso. Em um resultado, a Queensland Energy Resources [en] suspendeu o Projeto Stuart Oil Shale [en], proposto na Austrália, em 2004.[45][56][57]

Ver também

Referências

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