O carvão permanece como o combustível mais utilizado na geração de energia elétrica no mundo.
Pode-se considerá-lo uma rocha orgânica sedimentaria de origem vegetal, formado por moléculas de carbono, hidrogênio, oxigênio e pequenas parcelas de nitrogênio e enxofre formadas a partir de processos biológicos, físicos e químicos.
Denomina-se de cinzas a parcela inorgânica, sempre muito encontrada no carvão que funciona como uma mistura e não participa da composição química da parcela orgânica.
A Figura 1 ilustra uma possível molécula de carvão, onde se observa o tamanho e complexidade.
Portanto, o carvão consiste num produto heterogêneo, cuja composição e, consequentemente, propriedades variam de mina para mina.
Classificação do Carvão
Por conveniência, toda a gama carvões se classifica em:
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- Antracito;
- Betuminoso;
- Sub-betuminoso;
- Lignito ou linhito.
Esta classificação se relacionada com a idade geológica do carvão, sendo o primeiro grupo – Antracito – o mais antigo e o último – Linhito – o mais novo.
A classificação do carvão em categorias práticas e de uso internacional se torna difícil porque os sistemas de classificação não se encontram unificados no mundo e existem características que afetam a qualidade do carvão que independem da idade do carvão.
Os critérios internacionais utilizados para a classificação dos carvões se baseiam no:
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- Poder calorífico;
- Conteúdo de material volátil;
- Conteúdo de carbono fixo;
- Propriedades de coqueificação.
Além disso, as seguintes propriedades, que independem de sua idade geológica, afetam o valor comercial do carvão:
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- umidade;
- cinzas;
- conteúdo de enxofre, fósforo, nitrogênio etc.
Por isso, a Comissão Econômica Europeia classifica o carvão em dois grupos:
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- Hard Coal – Carvões com poder calorífico bruto maior do que 5 700 kcal/kg (23,9 GJ/t) medido sem cinza, mas com umidade e com reflectância aleatória média maior que 0,6.
- Brown Coal – Carvões com poder calorífico bruto menor do que 5 700 kcal/kg (23,9 GJ/t) com conteúdo volátil maior do 31% em base seca.
A Agência Internacional de Energia (International Energy Agency –IEA), sediada na Europa, utiliza esta classificação em todos os seus trabalhos e bancos de dados e, consequentemente, utiliza-se essa definição nesse curso.
Em termos comerciais e de aplicação, o carvão é classificado em:
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- Coque ou
- Carvão Térmico.
O coque é um Carvão Duro (Hard Coal) utilizado na produção de aço e, por isso, precisa ter a capacidade de resistir mecanicamente ao peso de uma carga de minério nos fornos siderúrgicos.
Por outro lado, o Carvão Térmico (Steam Coal) também é um Carvão Duro (Hard Coal) que não possui as características mecânicas do Coque.
Conforme mostrado no Capítulo História da Energia, sua utilização doméstica foi abolida e seu uso industrial se encontra em processo de extinção.
Como as caldeiras modernas utilizam carvão pulverizado, o Carvão Térmico possui resistência mecânica menor que a do coque para facilitar a moagem.
Portanto, a IEA calcula o Hard Coal como sendo a soma do Coque (Coking Coal) e do Carvão Térmico (Steam Coal) e igual à soma dos carvões classificados como Antracito e Sub-Betuminoso.
Porém, alguns países utilizam seu carvão sub-betuminoso na geração de vapor e, consequentemente, o classificam como carvão térmico. Isto cria uma dificuldade na análise dos dados globais e na comercialização.
O Brown Coal é a soma dos carvões Sub-betuminosos e Linhitos.
Os Sub-betuminos são carvões não aglomerados com poder calorífico bruto entre 4 165 kcal/kg e 5 700 kcal/kg e os linhitos também são não aglomerados com poder calorífico bruto abaixo de 4 165 kcal/kg.
Teoricamente, pode-se gerar energia elétrica com todos os tipos de carvão, mas aspectos econômicos, logísticos e tecnológicos levaram a geração de energia elétrica a utilizar apenas o carvão térmico.
Não tem sentido utilizar carvão metalúrgico para geração de energia porque deixaríamos de produzir aço e teríamos dificuldade de transformar o carvão em pó para as caldeiras.
Por isso, utiliza-se o carvão metalúrgico exclusivamente na siderurgia e seu preço é superior ao preço do carvão térmico ou energético.
O Brown Coal também pode ser utilizado para a geração de energia elétrica, mas, como seu poder calorífico é menor, torna-se necessário queimar uma quantidade maior de carvão para obter a mesma quantidade de eletricidade.
Portanto, ele somente se torna economicamente viável se o preço do combustível for muito mais barato e/ou se o custo de transporte for baixo.
Por isso, a utilização de Brown Coal na geração de energia elétrica se restringe aos países produtores deste carvão e sua comercialização no mercado internacional se torna inviável devido ao custo do transporte.
Análise do Carvão
Como o carvão é um produto heterogêneo, torna-se necessário analisá-lo e classificá-lo para a comercialização e uilização.
Existem dois tipos de análise para a classificação do carvão e/ou controle de qualidade:
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- Análise Aproximada (Proximate Analysis);
- Análise Detalhada (Ultimate Analysis);
Análise Aproximada
A análise aproximada fornece apenas os dados de umidade, cinzas e matéria volátil.
Umidade
Conforme visto no capítulo de combustíveis, a umidade reduz o poder calorífico inferior do combustível. Portanto, a determinação correta da umidade se torna fundamental na utilização e comercialização do carvão.
Devido à estrutura porosa do carvão, quantidades consideráveis de água podem ser armazenadas mesmo quando aparentemente seco.
A umidade existente no ar penetra nos poros do carvão aprisionando quantidades significativas de água.
Em função disso, definiram-se diversas condições para especificar o carvão. Essas condições se encontram no Anexo Definições.
Determina-se a umidade de uma amostra de carvão recebida (ar- as received) através do aquecimento da amostra a 105°C em atmosfera inerte (sem oxigênio) durante 90 minutos. A diferença de peso da amostra antes e depois do aquecimento equivale ao peso da umidade.
O poder calorífico consiste na principal característica de todos os combustíveis e a Tabela em anexo apresenta o poder calorífico do carvão.