Alternativas de Test Drive: PARTE 1 - Indústria de Gás
Na década de 70, Wilhelm Maybach experimentou vários designs de motores de combustão interna, mudou os mecanismos e pensou nas ligas mais adequadas para a produção de peças individuais. Ele sempre se pergunta qual das substâncias combustíveis então conhecidas seria a mais adequada para uso em máquinas térmicas.
Na década de 70, Wilhelm Maybach experimentou vários designs de motores de combustão interna, mudou os mecanismos e pensou nas ligas mais adequadas para a produção de peças individuais. Ele sempre se pergunta qual das substâncias combustíveis então conhecidas seria a mais adequada para uso em máquinas térmicas.
Em 1875, quando era funcionário da Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach decidiu testar se poderia operar um motor a gás com combustível líquido - mais precisamente, com gasolina. Ocorreu-lhe verificar o que aconteceria se fechasse a torneira de gasolina e colocasse um pedaço de pano embebido em gasolina em frente ao coletor de admissão. O motor não para, mas continua funcionando até “sugar” todo o líquido do tecido. Foi assim que nasceu a ideia do primeiro "carburador" improvisado e, após a criação do carro, a gasolina passou a ser o principal combustível para ele.
Estou contando essa história para lembrá-lo de que antes que a gasolina aparecesse como alternativa ao combustível, os primeiros motores usavam gás como combustível. Em seguida, tratou-se do uso de gás (de iluminação) para iluminação, obtido por métodos ainda não conhecidos hoje, mas pelo processamento do carvão. O motor, inventado pelo suíço Isaac de Rivak, o primeiro motor Etileno Lenoir "naturalmente aspirado" (não comprimido) de grau industrial desde 1862, e a clássica unidade de quatro tempos criada por Otto um pouco mais tarde, funcionam a gasolina.
Aqui é necessário mencionar a diferença entre o gás natural e o gás liquefeito de petróleo. O gás natural contém 70 a 98% de metano, sendo o restante gases orgânicos e inorgânicos superiores, como etano, propano e butano, monóxido de carbono e outros. O petróleo também contém gases em proporções variadas, mas esses gases são liberados por destilação fracionada ou são produzidos por alguns processos secundários nas refinarias. Os campos de gás são muito diferentes - gás puro ou "seco" (isto é, contendo principalmente metano) e "úmido" (contendo metano, etano, propano, alguns outros gases mais pesados e até "gasolina" - líquido leve, frações muito valiosas) . Os tipos de óleos também são diferentes e a concentração de gases neles pode ser menor ou maior. Os campos são frequentemente combinados - o gás sobe acima do petróleo e atua como uma "tampa de gás". A composição da “tampa” e do campo petrolífero principal inclui as substâncias mencionadas acima, e várias frações, figurativamente falando, “fluem” umas para as outras. O metano usado como combustível veicular "vem" do gás natural, e a mistura de propano-butano que conhecemos vem tanto de campos de gás natural quanto de campos de petróleo. Cerca de 6% do gás natural mundial é produzido a partir de depósitos de carvão, que muitas vezes são acompanhados por depósitos de gás.
O propano-butano aparece em cena de uma forma um tanto paradoxal. Em 1911, um indignado cliente americano de uma empresa de petróleo instruiu seu amigo, o famoso químico Dr. Snelling, a descobrir as razões do misterioso acontecimento. O motivo da indignação do cliente é que ele ficou surpreso ao saber que metade do tanque do posto de gasolina acabou de ser enchido. Ford Ela desapareceu por meios desconhecidos durante uma curta viagem à casa dele. O tanque não flui do nada ... Após muitos experimentos, o Dr. Snelling descobriu que o motivo do mistério era o alto teor de gases propano e butano no combustível, e logo em seguida desenvolveu os primeiros métodos práticos de destilação eles. É por causa desses avanços fundamentais que o Dr. Snelling é agora considerado o "pai" da indústria.
Muito antes, cerca de 3000 anos atrás, os pastores descobriram uma "fonte flamejante" no Monte Paranas, na Grécia. Posteriormente, um templo com colunas flamejantes foi construído neste local "sagrado", e o oráculo Delfos recitou suas orações em frente ao majestoso colosso, causando uma sensação de reconciliação, medo e admiração nas pessoas. Hoje, parte desse romance se perdeu porque sabemos que a fonte da chama é o metano (CH4) que flui de rachaduras em rochas associadas às profundezas dos campos de gás. Há incêndios semelhantes em muitos lugares no Iraque, Irã e Azerbaijão na costa do Mar Cáspio, que também arde há séculos e são conhecidos como as "Chamas Eternas da Pérsia".
Muitos anos depois, os chineses também usaram gases dos campos, mas com um objetivo muito pragmático - aquecer grandes caldeiras com água do mar e extrair sal dela. Em 1785, os britânicos criaram um método para produzir metano a partir do carvão (que foi usado nos primeiros motores de combustão interna) e, no início do século XX, os químicos alemães Kekule e Stradonitz patentearam um processo para produzir combustível líquido mais pesado a partir dele.
Em 1881, William Hart perfurou o primeiro poço de gás na cidade americana de Fredonia. Hart observou as bolhas subindo à superfície da água em uma baía próxima por um longo tempo e decidiu cavar um buraco no solo até o campo de gás proposto. A uma profundidade de nove metros abaixo da superfície, ele alcançou um veio de onde jorrou gás, que mais tarde capturou, e sua recém-formada Fredonia Gas Light Company tornou-se pioneira no negócio de gás. No entanto, apesar da descoberta de Hart, o gás de iluminação usado no século XNUMX era extraído principalmente do carvão pelo método descrito acima - principalmente devido à falta de potencial para o desenvolvimento de tecnologias de transporte de gás natural dos campos.
No entanto, a primeira produção comercial de petróleo já era um fato naquela época. Sua história começou nos EUA em 1859, e a ideia era usar o óleo extraído para destilar querosene para iluminação e óleos para motores a vapor. Mesmo assim, as pessoas se depararam com o poder destrutivo do gás natural, comprimido por milhares de anos nas entranhas da terra. Os pioneiros do grupo de Edwin Drake quase morreram durante a primeira perfuração improvisada perto de Titusville, Pensilvânia, quando o gás vazou da brecha, um incêndio gigante irrompeu, levando embora todo o equipamento. Hoje, a exploração de campos de petróleo e gás é acompanhada de um sistema de medidas especiais para bloquear o fluxo livre de gás combustível, mas incêndios e explosões não são incomuns. No entanto, o mesmo gás é, em muitos casos, usado como uma espécie de “bomba” que empurra o petróleo para a superfície e, quando sua pressão cai, os petroleiros começam a procurar e usar outros métodos para extrair o “ouro negro”.
O mundo dos gases de hidrocarbonetos
Em 1885, quatro anos após a primeira perfuração de gás de William Hart, outro americano, Robert Bunsen, inventou um dispositivo que mais tarde ficou conhecido como o "queimador de Bunsen". A invenção serve para dosar e misturar gás e ar em uma proporção adequada, que pode ser usada para uma combustão segura - é esse queimador que hoje é a base dos modernos bicos de oxigênio para fogões e aparelhos de aquecimento. A invenção de Bunsen abriu novas possibilidades para o uso do gás natural, mas, embora o primeiro gasoduto tenha sido construído em 1891, o combustível azul não ganhou importância comercial até a Segunda Guerra Mundial.
Foi durante a guerra que foram criados métodos de corte e soldagem suficientemente confiáveis, que possibilitaram a construção de gasodutos metálicos seguros. Milhares de quilômetros deles foram construídos na América após a guerra, e o oleoduto da Líbia para a Itália foi construído nos anos 60. Grandes depósitos de gás natural também foram descobertos na Holanda. Esses dois fatos explicam a melhor infraestrutura para utilização do gás natural comprimido (GNV) e do gás liquefeito de petróleo (GLP) como combustível veicular nesses dois países. A enorme importância estratégica que o gás natural começa a adquirir é confirmada pelo seguinte fato - quando Reagan decidiu destruir o "Império do Mal" nos anos 80, vetou o fornecimento de equipamentos de alta tecnologia para a construção de um gasoduto da URSS para a Europa. Para compensar as necessidades europeias, a construção de um gasoduto do setor norueguês do Mar do Norte para a Europa continental está se acelerando e a URSS está suspensa. Na época, as exportações de gás eram a principal fonte de moeda forte para a União Soviética, e a grave escassez resultante das medidas de Reagan logo levou aos conhecidos eventos históricos do início dos anos 90.
Hoje, a Rússia democrática é um importante fornecedor de gás natural para as necessidades de energia da Alemanha e um importante ator global nessa área. A importância do gás natural começou a crescer após as duas crises do petróleo dos anos 70, sendo hoje um dos principais recursos energéticos de importância geoestratégica. Atualmente, o gás natural é o combustível mais barato para aquecimento, é usado como matéria-prima na indústria química, para geração de eletricidade, para eletrodomésticos, e seu "primo" propano pode ser encontrado até mesmo em frascos de desodorante como desodorante. substituir os compostos de flúor que destroem a camada de ozônio. O consumo de gás natural está em constante crescimento e a rede de gasodutos cada vez mais extensa. Quanto à infraestrutura construída até agora para o uso desse combustível nos carros, tudo está muito atrasado.
Já falamos sobre as estranhas decisões que os japoneses tomaram na produção do tão necessário e escasso combustível durante a Segunda Guerra Mundial, e também mencionamos o programa de produção de gasolina sintética na Alemanha. No entanto, pouco se sabe sobre o fato de que nos anos de guerra magra na Alemanha havia carros bastante reais rodando em ... madeira! Nesse caso, não se trata de um retorno ao bom e velho motor a vapor, mas sim aos motores de combustão interna, originalmente projetados para funcionar com gasolina. Na verdade, a ideia não é muito complicada, mas requer o uso de um sistema gerador de gás volumoso, pesado e perigoso. Carvão, carvão vegetal ou apenas madeira são colocados em uma usina especial e não muito complexa. Em seu fundo, queimam na ausência de oxigênio e, em condições de alta temperatura e umidade, é liberado um gás contendo monóxido de carbono, hidrogênio e metano. Em seguida, é resfriado, limpo e alimentado por um ventilador nos coletores de admissão do motor para uso como combustível. É claro que os motoristas dessas máquinas desempenhavam funções complexas e difíceis de bombeiros - a caldeira precisava ser carregada e limpa periodicamente, e as máquinas de fumar realmente pareciam um pouco com locomotivas a vapor.
Hoje, a exploração de gás requer algumas das tecnologias mais sofisticadas do mundo, e a extração de gás natural e petróleo é um dos maiores desafios enfrentados pela ciência e tecnologia. Este fato é especialmente verdadeiro nos EUA, onde cada vez mais métodos não convencionais estão sendo usados para "sugar" o gás deixado em campos antigos ou abandonados, bem como para extrair o chamado gás "tight". Segundo os cientistas, agora será necessário o dobro da perfuração para produzir gás no nível da tecnologia em 1985. A eficiência dos métodos é bastante aumentada e o peso do equipamento foi reduzido em 75%. Programas de computador cada vez mais sofisticados estão sendo usados para analisar dados de gravímetros, tecnologias sísmicas e satélites a laser, a partir dos quais mapas computadorizados tridimensionais de reservatórios são criados. Também foram criadas as chamadas imagens 4D, graças às quais é possível visualizar as formas e movimentos dos depósitos ao longo do tempo. No entanto, instalações de ponta permanecem para a produção offshore de gás natural - apenas uma fração do progresso humano nessa área - sistemas de posicionamento global para perfuração, perfuração ultraprofunda, dutos no fundo do oceano e sistemas de limpeza liquefeito. monóxido de carbono e areia.
Refinar o petróleo para produzir gasolina de alta qualidade é uma tarefa muito mais complexa do que refinar os gases. Por outro lado, transportar gás por via marítima é muito mais caro e complexo. Os navios-tanque de GLP têm um design bastante complexo, mas os transportadores de GNL são uma criação impressionante. O butano se liquefaz a -2 graus, enquanto o propano se liquefaz a -42 graus ou a uma pressão relativamente baixa. No entanto, leva -165 graus para liquefazer o metano! Consequentemente, a construção de navios-tanque de GLP requer estações de compressão mais simples do que para gás natural e tanques projetados para suportar pressões não particularmente altas de 20-25 bar. Em contraste, os navios-tanque de gás natural liquefeito são equipados com sistemas de resfriamento contínuo e tanques superisolados - na verdade, esses colossos são os maiores refrigeradores criogênicos do mundo. No entanto, parte do gás consegue "sair" dessas instalações, mas outro sistema imediatamente o captura e o alimenta nos cilindros do motor do navio.
Pelas razões acima, é perfeitamente compreensível que já em 1927 a tecnologia permitisse a sobrevivência dos primeiros tanques de propano-butano. Isso é obra da holandesa-inglesa Shell, que na época já era uma empresa gigante. Seu chefe Kessler é um homem avançado e um experimentador que há muito sonha em usar de alguma forma a enorme quantidade de gás que até agora vazou para a atmosfera ou queimou em refinarias de petróleo. Por sua ideia e iniciativa, foi criada a primeira embarcação offshore com capacidade de carga de 4700 toneladas para transportar gases de hidrocarbonetos de aparência exótica e dimensões impressionantes acima dos tanques de convés.
No entanto, são necessários mais trinta e dois anos para construir o primeiro transportador de metano da Methane Pioneer, construído por encomenda da empresa de gás Constock International Methane Limited. A Shell, que já possui uma infraestrutura estável para a produção e distribuição de GLP, comprou esta empresa e logo mais dois grandes navios-tanque foram construídos - a Shell começou a desenvolver o negócio de gás natural liquefeito. Quando os habitantes da ilha inglesa de Conway, onde a empresa está construindo instalações de armazenamento de metano, percebem o que realmente é armazenado e transportado para sua ilha, ficam chocados e assustados, pensando (e com razão) que os navios são apenas bombas gigantes. Então o problema da segurança era realmente relevante, mas hoje os petroleiros para o transporte de metano liquefeito são extremamente seguros e não são apenas um dos mais seguros, mas também um dos navios marítimos mais ecológicos - incomparavelmente mais seguros para o meio ambiente do que os petroleiros. O maior cliente da frota de navios-tanque é o Japão, que praticamente não possui fontes locais de energia, e a construção de gasodutos até a ilha é uma tarefa muito difícil. O Japão também possui o maior "parque" de veículos a gás. Os principais fornecedores de gás natural liquefeito (GNL) hoje são os Estados Unidos, Omã e o Catar, no Canadá.
Recentemente, o negócio de produção de hidrocarbonetos líquidos a partir do gás natural tornou-se cada vez mais popular. Este é principalmente combustível diesel ultralimpo sintetizado a partir do metano, e espera-se que esta indústria se desenvolva em um ritmo acelerado no futuro. Por exemplo, a política energética de Bush exige o uso de fontes locais de energia, e o Alasca possui grandes depósitos de gás natural. Esses processos são estimulados pelos preços relativamente altos do petróleo, que criam pré-requisitos para o desenvolvimento de tecnologias caras - o GTL (Gas-to-Liquids) é apenas um deles.
Basicamente, GTL não é uma nova tecnologia. Foi criado na década de 20 pelos químicos alemães Franz Fischer e Hans Tropsch, mencionados em edições anteriores como parte de seu programa sintético. No entanto, em contraste com a hidrogenação destrutiva do carvão, os processos de união de moléculas leves em ligações mais longas ocorrem aqui. A África do Sul produz esse combustível em escala industrial desde a década de 50. No entanto, o interesse por eles cresceu nos últimos anos em busca de novas oportunidades para reduzir as emissões de combustíveis nocivos nos Estados Unidos. Grandes empresas petrolíferas como BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol e Royal Dutch/Shell estão gastando grandes somas no desenvolvimento de tecnologias relacionadas a GTL e, como resultado desses desenvolvimentos, aspectos políticos e sociais estão sendo cada vez mais discutidos no face aos incentivos. impostos sobre os consumidores de combustível limpo. Estes combustíveis permitirão a muitos consumidores de gasóleo substituí-lo por um combustível mais amigo do ambiente e reduzirão o custo às empresas automóveis para cumprir os novos níveis de emissões nocivas estabelecidos por lei. Testes detalhados recentes mostram que os combustíveis GTL reduzem o monóxido de carbono em 90%, os hidrocarbonetos em 63% e a fuligem em 23% sem a necessidade de filtros de partículas diesel. Além disso, a natureza de baixo teor de enxofre desse combustível permite o uso de catalisadores adicionais que podem reduzir ainda mais as emissões dos veículos.
Uma vantagem importante do combustível GTL é que ele pode ser usado diretamente em motores a diesel sem nenhuma modificação nas unidades. Eles também podem ser misturados com combustíveis contendo 30 a 60 ppm de enxofre. Ao contrário do gás natural e dos gases liquefeitos de petróleo, não há necessidade de modificar a infraestrutura de transporte existente para transportar combustíveis líquidos. De acordo com o presidente da Rentech, Denis Yakubson, esse tipo de combustível poderia complementar idealmente o potencial econômico ecologicamente correto dos motores a diesel, e a Shell está construindo atualmente uma grande fábrica de US $ 22,3 bilhões no Catar com uma capacidade projetada de XNUMX milhões de litros de combustível sintético por dia. ... O maior problema com esses combustíveis decorre do enorme investimento necessário em novas instalações e do processo de produção normalmente caro.
Biogás
No entanto, a fonte de metano não são apenas depósitos subterrâneos. Em 1808, Humphry Davy experimentou com palha colocada em uma retorta a vácuo e produziu um biogás contendo principalmente metano, dióxido de carbono, hidrogênio e nitrogênio. Daniel Defoe também fala sobre biogás em seu romance sobre a "ilha perdida". No entanto, a história dessa ideia é ainda mais antiga - no século 1776, Jan Baptita Van Helmont acreditava que gases combustíveis poderiam ser obtidos a partir da decomposição de substâncias orgânicas, e o conde Alexander Volta (o criador da bateria) também chegou a conclusões semelhantes. em 1859. A primeira usina de biogás começou a operar em Bombaim e foi estabelecida no mesmo ano em que Edwin Drake produziu a primeira perfuração de petróleo bem-sucedida. Uma fábrica indiana processa fezes e fornece gás para lâmpadas de rua.
Levará muito tempo até que os processos químicos na produção de biogás sejam totalmente compreendidos e estudados. Isso só se tornou possível na década de 30 do século XX e é resultado de um salto no desenvolvimento da microbiologia. Acontece que esse processo é causado por bactérias anaeróbias, que são uma das formas de vida mais antigas da Terra. Eles “trituram” matéria orgânica em um ambiente anaeróbico (a decomposição aeróbia requer muito oxigênio e gera calor). Esses processos também ocorrem naturalmente em pântanos, pântanos, arrozais, lagoas cobertas, etc.
Os sistemas modernos de produção de biogás estão se tornando mais populares em alguns países, e a Suécia é líder tanto na produção de biogás quanto em veículos adaptados para funcionar com ele. As unidades de síntese usam biogeradores especialmente projetados, dispositivos relativamente baratos e simples que criam um ambiente adequado para as bactérias, que, dependendo do tipo, “funcionam” com mais eficiência em temperaturas que variam de 40 a 60 graus. Os produtos finais das usinas de biogás, além do gás, também contêm compostos ricos em amônia, fósforo e outros elementos adequados para uso na agricultura como fertilizantes do solo.
