III Mostra de Pesquisa
da Pós-Graduação
PUCRS
Estudo da Carbonatação de Soluções Salinas e o seu Efeito sobre
o Armazenamento de CO2
Marta Kerber Schütz1,3, Natália Lopes2,3,Thaís Corso2,3, Jeane Dullius1,2,3, Rosane Ligabue1,2,3,
Sandra Einloft1,2,3, João Marcelo Ketzer1,3,4
1
Programa de Pós-graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais (PGETEMA), 2Faculdade de
Química (FAQUI), 3Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de Carbono (CEPAC),
4
Faculdade de Filosofia e Ciências Humanas (FFCH) - PUCRS
Resumo
As mudanças climáticas causadas pelas elevadas emissões antrópicas de gases de
efeito estufa (GEEs) na atmosfera, principalmente o dióxido de carbono (CO2), é uma
preocupação atual, sendo necessária a diminuição da concentração destes gases. O
armazenamento geológico é um meio atraente de redução de CO2 na atmosfera. Entre as
opções de armazenamento, os aqüíferos salinos têm grande potencial devido à profundidade
adequada, água subterrânea com alta salinidade, imprópria para o consumo humano, pelo fato
de estarem imediatamente disponíveis e possuírem grande capacidade de armazenamento. Um
dos mecanismos existentes de aprisionamento geológico de CO2 é o aprisionamento iônico,
no qual, o dióxido de carbono se encontra em espécies dissolvidas na água subterrânea. Desta
forma, este trabalho teve como objetivo estudar a reação de carbonatação de soluções salinas
sintéticas em condições brandas.
Introdução
Para se evitar mudanças climáticas catastróficas é preciso que países industrializados,
os quais contribuíram em dois terços dos GEEs acumulados desde séc. XIX, reduzam as
concentrações de CO2 em 5% referente aos níveis de 1990 mantendo-se, assim, os níveis de
emissões em 21bt/ano mundialmente, considerando que hoje se emite cerca de 24bt/ano
(Ketzer, 2006). Os aqüíferos salinos estão entre as opções promissoras de armazenamento de
CO2, sendo que os mecanismos existentes de aprisionamento geológico do carbono são: o
aprisionamento físico, onde o CO2 injetado está na forma de um fluído supercrítico numa
estrutura flexível ocorrendo o efeito “pluma”; aprisionamento iônico, o CO2 encontra-se em
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espécies dissolvidas na água subterrânea; e o aprisionamento mineral, onde ocorre a formação
de precipitados estáveis, devido à reação entre as espécies dissolvidas e as rochas do aqüífero.
É importante salientar que a carbonatação depende das condições termodinâmicas (pressão e
temperatura) do aqüífero, da salinidade e pH da água subterrânea (Lima, 2008).
Metodologia
Para a reação de carbonatação utilizou-se um reator de vidro conforme a figura 1. A
reação foi mantida durante 4h com uma temperatura de aproximadamente 40˚C e a pressão
atmosférica. Utilizou-se CO2 gasoso e o excesso do gás foi retido em uma solução de
hidróxido de cálcio na saída do reator.
A solução salina sintética foi preparada através da mistura dos sais NaCl, KCl, MgCl2
e CaCl2, segundo a literatura (Portier e Rochelle, 2005). Para caracterização da solução salina,
antes e após a reação de carbonatação, utilizou-se o Espectrofotômetro de Absorção Atômica
com Chama, modelo 3110 da Perkin Elmer e com detector do tipo fotomultiplicador.
Controle da Temperatura
Reator
Solução de Ca(OH)2
Banho-maria
Chapa de Aquecimento com Agitação
Figura 1 Representação esquemática do equipamento utilizado na reação de carbonatação
Resultados e Discussão
A dissolução do CO2 na água resulta na formação de ácido carbônico (H2CO3) que
dissocia nos íons bicarbonato (HCO3-) e carbonato (CO32-) (Equações 1-4). A precipitação de
carbonatos ocorrem através da interação entre o CO32- e os cátions presentes no meio
(Equações 5-7).
CO2 (g) ↔ CO2 (aq)
(1)
CO2 (aq) + H2O ↔ H2CO3 (aq
+
H2CO3 (aq) ↔ H
(2)
-
(aq)
+ HCO3 (aq)
(3)
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HCO3-(aq) ↔ H+(aq) + CO3 2-(aq)
2+
Ca +
CO3 2-(aq) ↔
CaCO3 (s)
Mg2+ + CO3 2-(aq) ↔ MgCO3 (s)
(4)
(5)
(calcita)
(6)
(magnesita)
Ca2+ + Mg2+ + 2CO3 2-(aq) ↔ CaMg(CO3)2 (s)
(dolomita)
(7)
Através da análise por absorção atômica pôde-se verificar uma variação nas
concentrações dos íons presentes na solução salina, antes e após a reação de carbonatação
conforme a tabela I.
Tabela I Composição da solução salina sintética utilizada na reação com reator de vidro, antes e após a reação
de carbonatação.
Solução salina
sintética
Antes da reação
Após a reação
Concentração de
Na (mg/L)
10220
10060
Concentração de
Ca (mg/L)
330
332
Concentração de
K (mg/L)
310
310
Concentração de
Mg (mg/L)
187
183
Observa-se que houve uma diminuição da concentração de Na+ e Mg+2 indicando que
ocorreu a carbonatação dos mesmos. Espera-se que em condições mais drásticas haja uma
maior redução da concentração dos íons, melhorando o rendimento no processo de
carbonatação, e conseqüentemente, a maior eficiência no armazenamento de CO2.
Conclusão
É possível o armazenamento de CO2 a partir de reações de carbonatação de soluções
salinas em condições brandas. Como os resultados deste trabalho são preliminares, pretendese realizar novos experimentos visando um maior rendimento no processo. Para isto, estará
sendo estudada a variação das condições que influenciam nas reações de carbonatação: a
pressão, temperatura, salinidade e pH da água subterrânea.
Referências
KETZER, J. M. Redução das Emissões de Gases Causadores do Efeito Estufa através da Captura e
Armazenamento Geológico de CO2. In: Carbono: Desenvolvimento Tecnológico, Aplicação e Mercado
Global. Curitiba: UFPR – Ecoplan, 2006.
LIMA, V. de, Estudo experimental de interações geoquímicas em selos e reservatórios alvo para o
armazenamento geológico de CO2. Porto Alegre: PUCRS, 2008. Anteprojeto (Doutorado em Engenharia e
Tecnologia dos Materiais), Faculdade de Engenharia, Química e Física. Pontifícia Universidade Católica do Rio
Grande do Sul, 2008.
PORTIER, S.; ROCHELLE, C., Modelling CO2 solubility in pure water and NaCl-type waters from 0 to 300°C
and from 1 to 300 bar. Application to the Utsira Formation at Sleipner. Chemical Geology. Vol. 217, (2005),
pp.187 –199.
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