Ponto de partida da captura de carbono
24 Oct 2023
Os setores com uso intensivo de carbono enfrentam uma pressão cada vez maior para reduzir drasticamente suas emissões de CO2. Para ajudá-los a começar, a GEA está apresentando um portfólio de captura de carbono focado em eficiência e escalabilidade.
O concreto provou ser o material de construção quase perfeito nos últimos milhares de anos e é quase onipresente em nosso ambiente antrópico, desde o Panteão de Roma até os arranha-céus mais altos do mundo. Usado mais do que qualquer outra substância na Terra, com exceção da água, o vestígio físico do concreto é enorme. Infelizmente, o mesmo pode ser dito de sua pegada climática. O culpado é o cimento, o principal ingrediente do concreto usado para ligar a areia e o cascalho. Devido ao alto calor necessário e às reações químicas envolvidas, a produção de cimento gera cerca de 4 bilhões de toneladas métricas de CO2 anualmente - aproximadamente 8% das emissões globais de CO2. Se a produção de cimento fosse um país, ele ocuparia o terceiro lugar na lista de pesos pesados das emissões, atrás apenas da China e dos EUA. [1]
Desde 1980 a produção de cimento aumentou quase cinco vezes, e a tendência é crescer cda vez mais. Fontes: U.S. Geological Survey (USGS), VDZ Verein Deutscher Zementwerke e.V.
Ciente do impacto do cimento, a Global Cement and Concrete Association (GCCA) lançou seu programa 2050 Climate Ambition para conseguir um concreto sem uso de carbono até 2050. Para isso, a GCCA está contando com uma longa lista de medidas de ação: eficiência energética, combustíveis alternativos, descarbonização de matérias-primas e combustíveis, materiais inovadores e plantas de cimento projetadas com mais eficiência, só para citar alguns exemplos. Mas a maior peça do quebra-cabeça para a neutralidade em carbono da GCCA é a captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) - separar o CO2 das pilhas de emissões para reutilizá-lo em processos industriais ou injetá-lo no subsolo, onde não poderá mais afetar nossa atmosfera.
A boa notícia para o setor de cimento e outros setores de difícil extinção é que a tecnologia de captura de carbono não é nova. A separação de CO2 com base em amina, o mais consolidado e difundido dos métodos atuais de captura de carbono, tem sido usada há décadas no setor de petróleo e gás. Mas a modernização de uma planta de cimento com uma instalação de captura de carbono continua sendo uma proposição dispendiosa. Não há plantas de captura de carbono "prontas para uso" disponíveis (ainda) para os fabricantes de cimento, em grande parte devido às inúmeras variáveis envolvidas: Qual é a composição exata do gás de combustão da planta? A planta precisará de energia adicional e, em caso afirmativo, de quanto? Qual é a estabilidade do solvente de amina nessas condições específicas? Que impacto os altos níveis de emissões de poeiras terão sobre a longevidade da planta? Quais são as opções disponíveis para reutilizar o CO2 capturado?
Os grandes emissores de hoje enfrentam uma pressão cada vez maior dos órgãos reguladores e de outros agentes para que tomem medidas para a remoção de CO2. No entanto, como o mercado de carbono capturado ainda está engatinhando, eles estão diante de um investimento inicial significativo com muitas partes movediças.
Primeiros passos na captura de carbono
Com mais de um século de experiência no design e instalação de sistemas de limpeza de gases e redução de emissões, a GEA está desenvolvendo seu próprio portfólio de captura de carbono, que inclui recuperação de calor residual, pré-tratamento de gás, captura de carbono de última geração, bem como suporte para utilização e armazenamento de CO2. O Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior da GEA Carbon Capturing, vê uma oportunidade de ajudar as indústrias de cimento e outras indústrias pesadas de reduzir a fazer a transição para a captura de carbono de forma rápida e econômica. "A GEA desenvolveu uma linha altamente padronizada de soluções de captura de carbono projetada para ajudar os operadores de plantas a começar agora com a remoção de CO2", diz Ortloff. "Nossa experiência em limpeza de gases e recuperação de calor, combinada com nossa capacidade nuclear de engenharia, nos permitiu criar uma solução completa de remoção de CO2 que é tanto adequada ao propósito como econômica”.
Os clientes da GEA podem escolher entre quatro plantas de captura de carbono de tamanhos diferentes - uma escolha determinada principalmente pela quantidade de calor residual que sua própria planta gera. "Nosso foco, por enquanto, é a eficiência em relação a toda a planta, portanto, queremos aproveitar ao máximo a recuperação de calor", diz Ortloff. "A vantagem para o cliente é que ele pode começar a capturar seu CO2 com pouca ou nenhuma introdução de energia adicional. Para uma grande planta de cimento com altas emissões de dióxido de carbono, o calor residual disponível é um bom ponto de partida, permitindo uma redução neutra em termos de calor de 20% nas emissões de CO2, em média. Em outras indústrias, como a de vidro, é possível obter uma redução ainda maior. Quando a solução estiver implementada e funcionando conforme desejado, sempre será possível implementar uma capacidade adicional para remover mais CO2”.
"A GEA desenvolveu uma linha altamente padronizada de soluções de captura de carbono projetada para ajudar os operadores de plantas a começar agora com a remoção de CO2".- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior, Carbon Capture Solutions, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior, Carbon Capture Solutions, GEA
Planta piloto da PHOENIX Zementwerke
Ortloff e sua equipe estão atualmente testando a planta de captura de carbono da GEA como parte de um extenso projeto piloto no fabricante de cimento PHOENIX Zementwerke em Beckum, Alemanha. As práticas comerciais sustentáveis e a proteção climática são parte integrante de nossa estratégia corporativa", diz o diretor administrativo da PHOENIX Zementwerke, Marcel Gustav Krogbeumker. "Com uma capacidade de produção de cerca de 500.000 toneladas métricas de cimento por ano e emissões diárias de 1.000 toneladas de CO2 em média, temos a responsabilidade de minimizar nossa pegada. Temos orgulho do nosso projeto CCS com a GEA e estamos aproveitando a planta piloto em nossa unidade de Beckum para começar a captura de carbono. O projeto tem atraído um grande interesse dos setores público e privado", diz Krogbeumker. "Consideramos a captura de carbono uma tecnologia muito interessante. E graças à experiência de décadas da GEA em sistemas de controle de emissões, estou muito otimista de que podemos desenvolver uma solução que reduzirá significativamente nossas emissões".
Temos orgulho do nosso projeto CCS com a GEA e estamos aproveitando a planta piloto em nossa unidade de Beckum para começar a captura de carbono. O projeto já atraiu um grande interesse dos setores público e privado.”.“ - Marcel Gustav Krogbeumker, Diretor Administrativo da PHOENIX Zementwerke
- Marcel Gustav Krogbeumker, Diretor Administrativo da PHOENIX Zementwerke
A planta piloto está ajudando a GEA e a PHOENIX Zementwerke a ajustar sua análise das emissões da planta de cimento - particularmente os componentes de traços prejudiciais a serem removidos durante o pré-tratamento dos gases de combustão - e a reunir dados importantes sobre a estabilidade do sistema de solvente de amina durante a fase de captura de carbono. De acordo com Ortloff, a piloto atingiu até agora o objetivo da GEA de 90% de eficiência na remoção de CO2. "Seria tecnicamente possível uma taxa ainda maior de captura de carbono - cerca de 95%, mas isso exigiria maior consumo de energia e afetaria negativamente a eficiência geral de custos", explica Ortloff. "90% é a meta desejável que também faz mais sentido do ponto de vista financeiro”.
Teste de campo para captura de carbono na fábrica de cimento Phoenix em Beckum, Westphalia, Alemanha. Conversando: Marcel Gustav Krogbeumker, Diretor Administrativo da Phoenix-Zementwerke (à esquerda), Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior, Carbon Capture Solutions, GEA (à direita). Imagem: GEA/Tim Luhmann
Como próxima etapa, a Krogbeumker planeja trabalhar com a GEA em um conceito abrangente de CCUS para a unidade da PHOENIX Zementwerke em Beckum. "Avaliaremos todos os dados e depois discutiremos a possibilidade de escalonamento da captura de carbono na planta", diz ele. "A questão é: Optamos pelo armazenamento de carbono - em antigos campos de petróleo e poços no Mar do Norte, por exemplo? Ou queremos processar o CO2 para reutilização? E se escolhermos a segunda opção: como podemos expandir a planta piloto para que ela possa limpar o CO2 o suficiente para atender aos altos padrões exigidos pelos setores químico e alimentício? Onde e em quais setores podemos encontrar clientes para o CO2? Que tipo de infraestrutura precisamos oferecer para o transporte? Estamos falando de condutas, reativação da rede ferroviária ou precisamos de transporte por caminhão? Estes são tempos interessantes e empolgantes para nós, e estou confiante de que poderemos realizar muita coisa junto com a GEA".
O que fazer com o CO2
A utilização e o armazenamento de CO2 é a última etapa crítica do processo de captura de carbono. A experiência atual da GEA na utilização de CO2 está concentrada em duas áreas. No setor de cervejarias, a GEA recupera o CO2 do processo de fermentação, liquefaz e extrai o oxigênio para que o CO2 possa ser reutilizado na produção de bebidas. A GEA também produz carbonatos a partir do CO2 capturado, como o bicarbonato de sódio, para uso na indústria alimentícia e farmacêutica. "Cada cliente terá diferentes opções disponíveis para utilizar o CO2 capturado", explica Ortloff. "Consideraríamos, caso a caso, se há um possível consumidor de CO2 nas proximidades e quais são os requisitos que essa empresa tem para o CO2 em termos de pureza, estado físico, pressão e temperatura. Podemos então preparar o CO2 para atender a essas necessidades”.
Ortloff vê a produção de metanol como outra opção para o uso de CO2 a médio prazo - para ser usado diretamente como combustível, melhorado para outros componentes de combustível ou na indústria química como um bloco de construção inicial. Outros usos para o CO2 capturado incluem a produção de plásticos ou até mesmo do próprio concreto. Uma dessas soluções envolve a injeção de CO2 no concreto, onde ele sofre mineralização e é incorporado como um sólido no material de construção. Mas, como Ortloff deixa claro: mesmo que o mercado de utilização de carbono amadureça, a quantidade de CO2 capturado provavelmente ultrapassará em muito as quantidades que podem ser fornecidas à CCU. Isso significa que as soluções de armazenamento de captura de carbono (CCS) serão essenciais para concretizar a promessa de captura de CO2 em curto e médio prazo para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e atender às necessidades de um planeta em aquecimento.
O armazenamento de carbono é outro exemplo de uma tecnologia bem estabelecida do setor de petróleo e gás que precisa ser ampliada. Com certeza, os governos e o setor estão aumentando a capacidade de CCS em um ritmo impressionante. De acordo com o Global CSS Institute, 30 instalações de CCS estavam em operação em todo o mundo no final de 2022, com mais 11 em construção e 153 em desenvolvimento, elevando a capacidade total de CCS para 244 milhões de toneladas métricas por ano - 44% a mais do que no ano anterior. Créditos fiscais significativos para investimentos no Canadá e financiamento federal nos EUA (Inflation Reduction Act 2022) fazem com que a América do Norte lidere o desenvolvimento e a implantação da CCS. A Europa vem logo atrás. [2] O Fundo de Inovação da UE planeja investir cerca de 38 bilhões de euros em tecnologias limpas em toda a Europa até 2030 e já está apoiando projetos de CCS em grande escala em vários setores, com ênfase especial no cimento. Embora a China, a maior produtora de cimento do mundo, tenha sido mais lenta na adoção de medidas até o momento, ela atualmente está aumentando os esforços para desenvolver a tecnologia CCUS. Em julho de 2023, a China anunciou o lançamento de seu maior projeto de CCUS até o momento para o setor de cimento. [3]
"Cada cliente terá diferentes opções disponíveis para utilizar o CO2 capturado. "Consideraríamos, caso a caso, se há um possível consumidor de CO2 nas proximidades e quais são os requisitos que essa empresa tem para o CO2 em termos de pureza, estado físico, pressão e temperatura".- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior, Carbon Capture Solutions, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior, Carbon Capture Solutions, GEA
Uma nova economia do carbono
Assim como as tecnologias de acionamento alternativo exigirão uma nova infraestrutura de eletricidade e hidrogênio, a utilização e o armazenamento de captura de carbono exigirão uma nova infraestrutura de CO2 para transportar o CO2 capturado das fontes de emissão industrial para onde quer que ele seja usado ou armazenado. Um exemplo é um projeto conjunto da OGE, uma das principais operadoras de transmissão de gás da Europa, e da Tree Energy Solutions, uma empresa de hidrogênio sediada na Bélgica, para construir um gasoduto de 1.000 km para transportar cerca de 18 milhões de toneladas métricas de CO2 por ano. Nesse caso, o CO2 servirá como transportador de hidrogênio renovável de instalações solares, eólicas e hidrelétricas em toda a Europa para o "centro de energia verde" do projeto em Wilhelmshaven, na Alemanha.[4] "Quando se tratar de transmitir e sequestrar o CO2, o gasoduto ou a instalação de armazenamento também terá suas especificações para o CO2", diz Ortloff. "O fato de podermos fornecer a tecnologia de captura, purificação e liquefação de carbono 'sob o mesmo teto' facilita o atendimento a esses requisitos pelos nossos clientes”.
A descarbonização da indústria de cimento exige novos usos para o CO2 e o desenvolvimento de uma infraestrutura de dióxido de carbono.
A tecnologia de captura de carbono que está sendo desenvolvida hoje na luta contra o aquecimento global será fortemente baseada na tecnologia e na infraestrutura estabelecidas do setor de petróleo e gás. A tecnologia de CCUS amadureceu ao longo dos anos em busca de combustíveis fósseis muito lucrativos - como um meio para atingir um fim. Hoje, capturar e prender o CO2 inerte é, em muitos casos, o fim em si mesmo. E os sinais apontam para um futuro em que o CO2 em cativeiro fará sentido tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico. "É empolgante imaginar um mercado robusto para o carbono capturado, com plantas de cimento em todo o mundo alcançando 90% de remoção de CO2", diz Ortlofff. "Por enquanto, a pressão dos reguladores e de outros agentes está forçando as empresas a investir nessas primeiras etapas em direção a uma nova economia de carbono, e a GEA está em uma posição forte para ajudá-las a acelerar essa transição".
