O que são combustíveis?

Combustível é uma substância que reage com o oxigênio liberando energia, usualmente de modo vigoroso, na forma de calor, chamas e gases. Supõe a liberação da energia nele contida em forma de energia potencial a uma forma utilizável.

Portanto, os combustíveis são todas as substâncias químicas que, ao reagirem com o oxigênio (O2), sofrem um fenômeno químico denominado de combustão, liberando certa quantidade de energia na forma de calor.

Toda queima de um combustível é uma reação química do tipo exotérmica (libera calor), mas os produtos originados sempre variam de acordo com o combustível utilizado. Veja alguns exemplos:

  • Gás carbônico;
  • Monóxido de carbono;
  • Dióxido de enxofre;
  • Óxido de ferro.

História dos Combustíveis

A palavra combustível é originada da palavra latina “combustibile”, combustível é aquela substância que reage com um comburente, e a partir dessa reação produz energia na forma de calor, gases ou chamas.

Ao longo da História, a relação do homem com a natureza foi responsável por uma série de transformações significativas.

A história dos combustíveis acompanha a evolução da história da relação do homem com a natureza e a evolução da tecnologia. Essa afirmação pode ser feita, uma vez que a evolução dos combustíveis ocorreu em função da busca do ser humano por condições de vida mais confortáveis.

Nesse percurso, podemos destacar que a mais recente preocupação de cientistas e estudiosos é desenvolver fontes de energia com impacto ambiental reduzido ou nulo.

Primórdios

A madeira é a mais antiga fonte de energia que se tem conhecimento. Nos tempos pré-históricos, a lenha era instrumento fundamental para afastar as temperaturas extremas do inverno, afugentar animais ferozes e incrementar o preparo dos alimentos.

Dessa forma, a madeira originou uma fonte de energia secundária: o fogo. O fogo era considerado algo tão precioso, que na mitologia grega ele é considerado como propriedade dos Deuses. Além de fonte de energia, o fogo é considerado a descoberta mais importante na história da humanidade.

Mas o uso da madeira como fonte de energia não se limitou à pré-história, a madeira ainda é utilizada nos dias de hoje, principalmente em países em desenvolvimento. É importante ressaltar que embora a madeira seja uma fonte renovável de energia, é extremamente poluente.

Revolução Industrial

Com a Revolução Industrial, a exploração das fontes de energia sofreu uma de suas mais importantes guinadas. O desenvolvimento de novas tecnologias e a produção em larga escala motivou a busca por novos combustíveis.

Nesse contexto, entre os séculos XVIII e XIX, o carvão mineral se tornou indispensável para o funcionamento dos primeiros motores movidos a vapor. Nos dias de hoje, após sofrer uma acentuada queda em seu uso, o carvão mineral dá sinais de recuperação com as crises do setor petrolífero.

Nos primeiros anos do século XX, a popularização dos automóveis ampliou ainda mais a demanda internacional por combustíveis de alto desempenho.

Dessa forma, os combustíveis fósseis (então somente empregados na obtenção do querosene) passaram a ser fonte de obtenção da gasolina.

Algumas décadas mais tarde, essa mesma tendência transformou o diesel em um combustível de grande uso a partir da Segunda Guerra Mundial.

Década de 40

Na década de 1940, o desenvolvimento da física possibilitou que a energia nuclear fosse explorada por conta do potencial de produção energética. Mesmo com este argumento atrativo, a construção de usinas nucleares gerou grande preocupação entre as autoridades políticas e ambientais. A manutenção desse tipo de unidade energética envolve um rigoroso controle e qualquer acidente pode promover um impacto de sérias proporções.

Década de 70

Ao longo da década de 1970, as duas crises do petróleo instigaram a busca por novas fontes de energia, incluindo o Brasil.

Por meio da fermentação da sacarose, o álcool anidro passou a ser empregado em veículos e oferecia índices menores na emissão de gases poluentes. Obtido pela cana-de-açúcar, esse tipo de combustível teve grande demanda até a década de 1980.

 Atualmente, a sua presença no mercado internacional ganhou novo impulso com o desenvolvimento dos veículos bicombustíveis, carros flex.

Décadas Atuais

Nas últimas décadas, a preocupação com os impactos ambientais causados pela emissão de gases poluentes demarcou uma fase inédita na história dos combustíveis.

A construção das usinas hidrelétricas, as placas de captação da energia solar e a energia eólica ganharam destaque enquanto fontes limpas de energia. Apesar de seu alto custo de produção, esses recursos alternativos respondem à emergência de problemas muito mais urgentes.

Encontrar alternativas sustentáveis para substituir os combustíveis derivados do petróleo é uma busca pertinente de pesquisadores e cientistas.

Com o desenvolvimento mundial acontecendo rapidamente, a preocupação com a eficácia dos combustíveis cultivados aumenta e é um grande problema a ser resolvido pelos líderes políticos. 

As pesquisas procuram materiais que possam gerar energia sem prejudicar o planeta, diminuir o impacto da poluição na natureza e dos gases que contribuem para o aquecimento global.

“Azul Bruto”

Na busca por combustíveis alternativos, a montadora de automóveis Audi conseguiu produzir um combustível com apenas água e ar. Chamado de “Azul Bruto”, o combustível é composto de hidrocarbonetos de cadeia longa, similar aos componentes encontrados no petróleo, mas livre dos compostos que liberam fuligem na queima.

Para criar o combustível é usada energia solar, eólica ou hidrelétrica que aquece a água e gera o processo de eletrólise, em que o hidrogênio é separado do oxigênio.

O hidrogênio resultante é removido e misturado ao monóxido de carbono sob alta pressão e calor, e o produto dessa reação é o líquido batizado de “Azul Bruto”.

Todo o processo para gerar o combustível é ecologicamente correto, com uma eficiência global do processo muito alta, de cerca de 70%.

Realidade brasileira

Aqui no Brasil, a pesquisa para a produção do Etanol 2G é uma nova alternativa para diminuir o consumo de combustíveis fósseis. O etanol de segunda geração é produzido a partir do reaproveitamento da palha e do bagaço da cana de açúcar, primeiramente usada na produção sucroalcooleira tradicional.

A iniciativa sustentável para o uso dos resíduos da cana de açúcar já é realidade, e a expectativa é de que em dez anos esse combustível já esteja disponível amplamente para o abastecimento.

Com os avanços tecnológicos, pesquisadores e empresas estão cada vez mais perto de encontrar alternativas de fontes de energia sem poluentes. Para o futuro, a busca por energias que afetem cada vez menos o planeta continua.

Origem dos combustíveis

Os combustíveis, de uma forma geral, podem ter diversas origens, como:

  • Animais e vegetais fossilizados (petróleo);
  • Plantas (arroz e cana-de-açúcar);
  • Eletrólise da água;
  • Lixo.

Tipos de combustíveis

Renovável ou não fóssil: Trata-se do combustível que pode ser obtido a partir de fontes naturais que podem renovar-se, ou seja, que não se esgotam. Alguns exemplos são:

  • Biodiesel;
  • Madeira;
  • Água;
  • Etanol;
  • Metanol.

Não renovável ou Fóssil: Trata-se do combustível que é obtido a partir de fontes que foram formadas durante milhões de anos como resultado da fossilização de animais e vegetais. Essas fontes, todavia, não podem ser repostas em virtude do tempo necessário para a sua formação. Alguns exemplos são:

  • Gasolina;
  • Óleo diesel;
  • Querosene;
  • Gás natural;
  • Xisto betuminoso;
  • Carvão;
  • Gás liquefeito propano (GLP).

Combustíveis que podem substituir os derivados do petróleo

“Já existem mais de um bilhão de carros no mundo” – a marca foi alcançada em 2010. A previsão é de que em 2040, o planeta tenha dois bilhões de automóveis circulando, e precisando de combustível. Mas, para os combustíveis fósseis – petróleo, carvão e gás natural -, o fim pode estar próximo, já que as suas reservas são finitas.

Até quando eles vão durar? Muitas previsões sobre o fim das fontes de combustíveis fósseis já erraram, porque a descoberta de reservas e a tecnologia para explorá-las evoluem com o tempo. Algumas previsões atuais calculam que as reservas de petróleo podem se esgotar em cinco décadas. De toda forma, as pesquisas sobre alternativas renováveis e mais limpas aos combustíveis fósseis andam a todo vapor. 

Quais são os combustíveis que abastecerão os veículos no futuro? Eles terão que responder as demandas por combustíveis menos poluentes e mais eficientes. De velhos conhecidos a novíssimas tecnologias, confira alguns deles na lista a seguir: 

Álcool 

O álcool hidratado, ou etanol comum, é velho conhecido dos brasileiros. Desde os anos 1970, quando aconteceu a crise do petróleo após a Segunda Guerra Mundial, o Brasil usa o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar como combustível. Hoje, a indústria automotiva brasileira produz veículos com capacidade de funcionar com qualquer proporção da mistura de gasolina e álcool. A legislação brasileira também determina a proporção de álcool anidro misturado à gasolina que é de:

  • 27% na gasolina comum e aditivada
  • 25% na gasolina premium 

Por ser de origem vegetal – no Brasil, a matéria-prima é a cana-de-açúcar, mas nos Estados Unidos, por exemplo, o álcool é produzido a partir do milho – o etanol é considerado um combustível renovável.

A vantagem dos combustíveis renováveis para o meio ambiente é que uma quantidade equivalente à do dióxido de carbono lançado na atmosfera na sua produção é absorvida pela plantação por meio da fotossíntese.

Já no caso dos combustíveis fósseis, a queima lança na atmosfera o carbono que estava armazenado havia milhões de anos em material fossilizado. Esse dióxido de carbono contribui para o efeito estufa e o aumento da temperatura da Terra. Além disso, as reservas dos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás) vão se esgotar um dia. 

O uso de etanol de cana-de-açúcar reduz em média 89% a emissão de gases do efeito estufa, segundo a Agência Internacional de Energia. 

Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), foram vendidos 3,99 milhões de metros cúbicos de etanol hidratado no Brasil entre janeiro e março de 2018.

No mesmo período, o volume total de todos os combustíveis vendidos no Brasil (etanol anidro, etanol hidratado, gasolina comum e de aviação, GLP, óleo combustível, óleo diesel, querosene de aviação e querosene iluminante) foi de 32,74 milhões de metros cúbicos. Ou seja, o etanol hidratado representou cerca de 12,2% das vendas de todos os combustíveis nos primeiros três meses de 2018 no Brasil. 

Biodiesel de óleos vegetais

O biodiesel é derivado de óleos vegetais ou gorduras animais e pode ser usado em carros e caminhões com motores a diesel. Assim, ele também é um combustível renovável. Desde março de 2018, o diesel brasileiro tem 10% de biodiesel em sua composição, estipulados pelo Conselho Nacional de Política Energética. 

Muitos vegetais podem ser usados na produção do biodiesel no Brasil, como é o caso do girassol, amendoim, mamona e soja. Atualmente, 75% da produção brasileira é feita com óleo de soja, 20% com gordura animal e o restante com fontes diversas, como o dendê, óleo de algodão e canola. 

O biodiesel é produzido em uma reação chamada de “transesterificação”, em que o óleo vegetal é misturado com um álcool, que pode ser etanol ou metanol, e estimulado por um catalisador. Essa reação gera o óleo biodiesel e a glicerina, que é aproveitada na fabricação de sabonetes. 

A produção nacional de biodiesel puro vem crescendo a cada ano no Brasil. Segundo a ANP, no ano de 2006, foram produzidos 69 mil metros cúbicos do combustível. Em 2017, o volume chegou a mais de 4 milhões de metros cúbicos de biodiesel puro produzido no Brasil. 

As promissoras microalgas 

As microalgas são organismos unicelulares que vivem em água doce ou salgada e fazem fotossíntese.

Foi uma grande sacada da humanidade perceber que é possível fazer as microalgas trabalharem para produzir combustíveis.

Vários estudos têm sido feitos pelo mundo para alcançar a viabilidade da produção de biocombustível a partir de algas.

A grande vantagem seria a sua produtividade – as microalgas têm o potencial de serem muito mais eficientes do que cultivos agrícolas, o que seria uma solução para o problema da competição entre a produção de combustíveis e a de alimentos nas regiões que, diferentemente do Brasil, não têm muito espaço. 

E como se faz combustível de algas? Os micro-organismos são cultivados em sistemas abertos ou fechados. Depois de serem colhidos, os seus lipídios, ou óleos, são extraídos das células das microalgas, quase como se extrai suco da laranja. 

Depois de extraído, o óleo passa pelo processo de transesterificação, como no biodiesel de óleo vegetal. O produto final é o biodiesel de alga. 

Embora as pesquisas sobre o biocombustível de algas estejam avançando, ainda não há produção em escala industrial. 

Combustível a partir de resíduos: a solução dois por um 

A queima de material orgânico, vegetal ou animal, pode gerar energia elétrica. Já são muito usados no Brasil os biodigestores que coletam gases do lixo ou de excrementos de animais para gerar eletricidade,  que pode ser consumida no local e o excedente vendido.

O biogás também tem o potencial de ser convertido em combustíveis líquidos para serem usados em motores automotivos.

A vantagem dessa solução é que ela ajuda também a resolver o problema do descarte de resíduos urbanos ou da agropecuária. 

E-combustíveis sintéticos 

A montadora alemã Audi está buscando alternativas sintéticas para a gasolina e o diesel, que não dependam do petróleo. Em março de 2019, a montadora anunciou que conseguiu produzir 60 litros de “E-benzin” (ou E-gasolina), a maior quantidade já produzida, em parceria com a Global Energies S.A. 

A E-gasolina é essencialmente feita a partir de biomassa. “Como todos os e-combustíveis da Audi, o novo combustível tem muitas vantagens. Ele não é dependente de petróleo cru, e é compatível com a infraestrutura existente”, disse Reiner Mangold, chefe do setor de Desenvolvimento de Produtos Sustentáveis da Audi. 

O combustível sintético está passando por testes em motores. A Audi acredita que os motores do futuro terão melhores ganhos de eficiência, e planeja para o médio prazo produzir os E-combustíveis sem precisar de biomassa, apenas de água e dióxido de carbono. 

 Hidrogênio 

Considerado por muitos o combustível do futuro, o hidrogênio combustível tem emissão zero de carbono. Isso porque sua queima com oxigênio libera energia e produz apenas água. Hoje a tecnologia já é usada em veículos com célula de combustível, como carros e ônibus. Ela também é usada para a propulsão de naves como os ônibus espaciais da Nasa. 

O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo, e também é o mais simples de todos, com apenas um próton e um elétron. Mas, por ser tão leve, ele sobe na atmosfera, portanto é difícil de ser encontrado em sua forma mais pura. 

Assim, o hidrogênio usado em combustível vem de diversas fontes, e algumas delas não são limpas: gás natural, carvão, biomassa e óleo. Ele também pode ser produzido de fontes renováveis como a eólica, solar, geotérmica e hidrelétrica. Por isso, o seu impacto ambiental e a sua eficiência energética vão depender da forma como é extraído. 

Como funciona? 

Existem duas maneiras de fazer um carro moderno funcionar. A maioria dos carros hoje usa um motor de combustão para queimar combustível (a base de petróleo ou biocombustível), gerar calor e mover pistões para cima e para baixo para, por fim, mover a transmissão e as rodas. Os carros elétricos, por sua vez, usam baterias que fornecem eletricidade para motores elétricos que movem as rodas diretamente. Os carros híbridos possuem tanto o motor de combustão interna quanto o elétrico. 

As células de combustível são um pouco como uma mistura entre esses dois tipos de motor: elas produzem energia elétrica a partir do combustível de um tanque, que é o gás de hidrogênio pressurizado. 

Os carros elétricos com células de combustível podem rodar por mais de 480 quilômetros com um tanque de hidrogênio combustível – similar aos veículos abastecidos por gasolina hoje. O reabastecimento é muito parecido com o de um posto de gasolina e leva alguns minutos.

Ainda não existem estações comerciais de hidrogênio no Brasil, mas essa já é uma realidade no estado americano da Califórnia, que já conta com mais de 30 estações de abastecimento de hidrogênio.

Segundo o Departamento de Energia dos Estados Unidos, os planos são de instalar 100 estações na Califórnia e outras em outros estados, para que os primeiros consumidores da tecnologia possam rodar tranquilamente pelas regiões.

Matriz energética brasileira

É comum ouvirmos frases envolvendo o termo “matriz energética brasileira”, mas o que significa isto?

Entende-se por matriz energética a quantidade de recursos para geração de energia, disponíveis em um país ou região.

A matriz energética mundial (Key World Energy Statistics 2006) envolve 14% de energia renovável (de biomassa, hidráulica, solar, eólica e geotérmica).

Quando se considera apenas os países membros da OCDE (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico) este valor representa 6% do total.

Por outro lado, no Brasil, a proporção de energia renovável na matriz energética é de 45%, isto graças ao extensivo uso de energia proveniente de hidroelétricas.

Na busca por “energia limpa e renovável”, os biocombustíveis destacam-se porque podem trazer benefícios socioeconômicos e para o meio ambiente.

Panorama futuro dos combustíveis

Com o desenvolvimento mundial acontecendo rapidamente, a preocupação com a eficácia dos combustíveis cultivados aumenta e é um grande problema a ser resolvido pelos líderes políticos.  As pesquisas procuram materiais que possam gerar energia sem prejudicar o planeta, diminuir o impacto da poluição na natureza e dos gases que contribuem para o aquecimento global.

Com os avanços tecnológicos, pesquisadores e empresas estão cada vez mais perto de encontrar alternativas de fontes de energia sem poluentes.

Atualmente, todos os cientistas da área estão envolvidos em pesquisas para desenvolver fontes de energia alternativas que não tenham impacto ambiental nenhum, ou impacto ambiental muito baixo.

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