Combustíveis fósseis, biocombustíveis e impactos ambientais

Combustíveis fósseis

Um combustível é uma substância que reage com o oxigênio (combustão) liberando energia na forma de calor e luz. Boa parte da energia que usamos no Brasil, em carros, ônibus, fogões e indústrias, vem de combustíveis formados há milhões de anos.

Os três são, em essência, misturas de compostos de carbono e hidrogênio. A energia que eles liberam é energia solar que organismos antigos armazenaram em suas moléculas.

O petróleo bruto não vai direto ao tanque: ele passa por destilação fracionada na refinaria. Como cada componente tem um ponto de ebulição diferente, as frações se separam por altura na torre: as mais leves (GLP, gasolina) saem no topo e as mais pesadas (diesel, óleo combustível, asfalto) saem embaixo. Quanto maior a cadeia de carbono, maiores as forças de London entre as moléculas e maior o ponto de ebulição.

Por que são não renováveis? Porque o ritmo com que os consumimos é milhões de vezes maior que o ritmo de formação. Em escala humana, o estoque não se repõe: o que queimamos hoje se esgota.

Combustão completa e incompleta

Quando um hidrocarboneto queima com oxigênio suficiente, o carbono vira $\text{CO}_2$ e o hidrogênio vira $\text{H}_2\text{O}$. É a combustão completa, de chama azulada e que libera mais energia.

Se falta oxigênio (um fogão mal regulado, um motor com mistura errada), a combustão é incompleta. Podem se formar monóxido de carbono ($\text{CO}$) e até fuligem (carbono, $\text{C}$):

Nesses casos, parte da energia ainda está "guardada" no $\text{CO}$ e no $\text{C}$, que podem queimar mais. Por isso a combustão incompleta libera menos energia e ainda produz poluentes.

Biocombustíveis

Os dois mais importantes no Brasil são:

• Etanol ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$): produzido pela fermentação do caldo da cana-de-açúcar (no Brasil) e também do milho. O bagaço da cana ainda é queimado nas usinas para gerar eletricidade. O uso em larga escala começou com o Proálcool, nos anos 1970.

• Biodiesel: obtido de óleos vegetais (principalmente soja) ou gordura animal (sebo bovino), misturado ao óleo diesel vendido nos postos.

Por que são renováveis? Porque a matéria-prima pode ser plantada de novo a cada safra. A cana que você queima hoje pode ser replantada e crescer em cerca de um ano, fixando carbono pela fotossíntese.

A combustão completa do etanol é:

Por que a gasolina brasileira tem etanol?

A gasolina vendida no Brasil é uma mistura com etanol anidro (sem água), em um teor definido por lei federal, em torno de 30%. Aqui entra a polaridade.

A gasolina é formada por hidrocarbonetos, apolares: só têm forças de London entre as moléculas. O etanol tem o grupo $-\text{OH}$, que é polar e faz ligações de hidrogênio. Como o "semelhante dissolve semelhante", o etanol se dissolve bem na gasolina (a parte $\text{C}_2\text{H}_5$ é apolar) e também é capaz de interagir com a água (por meio do $-\text{OH}$).

Isso tem uma consequência: a gasolina com etanol absorve umidade do ar. Se o teor de água ficar alto, a mistura pode se separar em duas fases: uma de gasolina por cima e outra de água com etanol embaixo. O motor passa a falhar ou pode parar de funcionar, e há risco de corrosão no sistema de combustível.

Quanta energia cada combustível libera?

A combustão é uma reação exotérmica ($\Delta H < 0$). Para comparar combustíveis, uma boa medida é a energia liberada por grama, mostrada na tabela com valores aproximados:

O calor de combustão é a energia liberada na queima completa de uma quantidade de combustível. Como a reação ocorre a pressão constante, ele corresponde ao $\Delta H$ da combustão (negativo, pois é exotérmica), e pode ser expresso em kJ/mol ou em kJ/g. Por exemplo, para o metano, $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \to \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$, com $\Delta H \approx -890\,\text{kJ/mol}$ e massa molar de $16\,\text{g/mol}$: $890/16 \approx 55\,\text{kJ/g}$, o valor da tabela. Para passar de kJ/mol para kJ/g, divida pela massa molar.

Note que o hidrogênio libera mais energia por grama, mas é um gás de difícil armazenamento. Já o etanol libera menos energia por grama que a gasolina, e isso afeta o rendimento do carro.

Conclusão: para a mesma energia, é preciso queimar cerca de $1{,}5$ vez mais etanol que gasolina. Por isso um carro faz menos quilômetros por litro com etanol. Na hora de escolher, entra também o preço por litro (R$/L) e o impacto ambiental.

Impactos ambientais

Efeito estufa e o ciclo do carbono

A queima de qualquer combustível com carbono libera $\text{CO}_2$, um gás de efeito estufa. O que muda é o balanço de carbono:

• Combustíveis fósseis: o carbono estava aprisionado no subsolo há milhões de anos. Queimá-los adiciona carbono novo à atmosfera, aumentando a concentração de $\text{CO}_2$.

• Etanol de cana: a cana, ao crescer, absorve $\text{CO}_2$ pela fotossíntese. Ao queimar o etanol, devolve-se à atmosfera aproximadamente o carbono que a planta tinha retirado. O ciclo se fecha, e o saldo de carbono é baixo (mas não zero, pois há emissões no plantio, no transporte e na industrialização).

Outros impactos da queima de combustíveis:

• Chuva ácida: combustíveis com enxofre (carvão, óleo diesel) liberam $\text{SO}_2$, que forma ácido sulfuroso e sulfúrico na atmosfera. Os óxidos de nitrogênio ($\text{NO}_x$), formados nos motores, geram ácido nítrico.

• Material particulado e CO: prejudicam a saúde respiratória, principalmente nas grandes cidades.

• Extração: derramamentos de petróleo e a exploração do pré-sal têm riscos para o ambiente marinho.

Limitações dos biocombustíveis

Os biocombustíveis também têm custos ambientais:

• Uso da terra: grandes áreas plantadas podem pressionar o desmatamento e reduzir a biodiversidade.

• Competição com alimentos: terra, água e safra (soja, milho, cana) podem ser desviadas da produção de alimentos e elevar preços.

• Monocultura, fertilizantes e queimadas associadas ao cultivo.

Comparando alternativas: um problema real

Muitas cidades discutem trocar ônibus a diesel por ônibus a biodiesel ou a gás natural. Para argumentar com qualidade, compare em três critérios:

Uma boa resposta compara em curto e em longo prazo. No curto prazo, o biodiesel é mais simples de implantar (mistura ao diesel já existente). No longo prazo, o que pesa é a origem: fontes renováveis e de baixo saldo de carbono tendem a ser mais sustentáveis, desde que a produção não cause desmatamento nem falte alimento. Em qualquer argumento, justifique com dados e critérios, não com opinião solta.

Vamos voltar ao posto de gasolina: a gasolina é fóssil (carbono novo na atmosfera) e rende mais por grama; o etanol é renovável (ciclo do carbono quase fechado) e rende menos, mas ambos têm custos ambientais. Escolher bem depende de preço, desempenho e impacto.

Resumo