O documento discute o projeto de gaseificação in-situ da PUCRS no Brasil, apoiado pela Petrobras e ANP. A gaseificação converte carvão em gás de síntese para gerar energia de forma mais limpa do que a queima direta. O método in-situ permite explorar camadas não viáveis superficialmente e tem maior eficiência do que a gaseificação à superfície.

1. PPrroojjeettoo ddee GGaasseeiiffiiccaaççããoo iinn--ssiittuu
UUCCGG ((UUnnddeerrggrroouunndd CCooaall GGaassiiffiiccaattiioonn))
REALIZAÇÃO:
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS
Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de
Carbono - CEPAC
APOIO:
Petrobras
Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP
Rede Carvão

2. Conteúdo
 Definição de Gaseificação;
 Dados históricos;
 Gaseificação in-situ (UCG):
 Aplicações;
 Métodos de injeção;
 Reações químicas;
 Eficiência;
 Conclusões;
 Projetos Mundiais.

3. Definição de Gaseificação:
 A gaseificação do carvão consiste em converter carvão sólido
num gás que pode ser usado para gerar energia, produzir
combustíveis líquidos e produtos químicos;
 A gaseificação expõe o carvão a temperaturas que
normalmente provocariam a sua combustão mas regulando a
quantidade de oxigênio fornecida e adicionando vapor de
água, o carvão origina gás de síntese (syngas: Monóxido de
Carbono, Hidrogênio, Dióxido de Carbono e Metano).

4. Conversão de Carvão
 Na produção de energia elétrica, o carvão pode ser utilizado em
queima direta que é a forma mais corrente.
 No entanto, atualmente desenvolvem-se outras formas mais
limpas do ponto de vista ambiental: é o caso da gaseificação do
carvão, que permite a produção de energia elétrica em centrais de
ciclo combinado e da sua liquefação que permite a produção de
combustíveis líquidos sintéticos.

5. Dados Históricos
1888 – D.I. Mendeleev expressou pela primeira vez a ideia sobre UCG.
1912 – Químico inglês William Ramsay ofereceu a tecnologia sobre UCG.
1913 – V.I. Lenin publicou o artigo “One of the great victory in technics”.
1933 – teste piloto em condições naturais para geração de gás (bacia de
Moscow – “brown coals”, bacia de Donetzk – “black coals”).
1935 – o método “Flow” foi proposto para gaseificar em canais de carvão.
1935-1941 – 9 experiências em UCG foram levadas a cabo pelo método
“Flow” na bacia de Moscow, bacia de Donetzk e bacia de Kuznetzk. Todos
deram resultados positivos.
1946-1996 – realizados 5 testes comerciais e 2 testes piloto de UCG na
antiga USSR (4 – com gaseificação de “brown coals” e 3 – com
gaseificação de “black coals”). Foram obtidos 50 biliões de m3 de gás e
foram gaseificadas 15 milliões de tons de carvão.

6. Dados Históricos
Local de gaseificação na ex-URSS

7. Gaseificação in-situ (UCG):
Esquema de gaseificação in-situ
(Fonte: CEPAC, 2008)

8. Gaseificação in-situ (UCG):
Aplicações
Possíveis aplicações para os produtos resultantes da gaseificação in-situ
(Fonte: CEPAC, 2008)

9. Gaseificação in-situ (UCG):
Mapa de testes Gaseificação de carvão in-situ (UCG) no mundo
(Fonte: www.co2sinus.org)

10. Gaseificação in-situ (UCG):
Etapas de pesquisa em projetos de UCG:
• Composição e maturação do carvão;
• Geologia local e estrutural;
• Modelagem 3D da camada de carvão;
• Hidrogeologia local;
• Layout de sondagem – métodos de injeção (CRIP, Vertical,
…);
• Controle operacional;
• Rocha-selo (Mecânica de rochas);
• Subsidência.
A escolha do método de injeção depende de parâmetros tais como:
• circulação de gás na camada;
• ponto onde ocorre a ignição.

11. Gaseificação in-situ (UCG):
Métodos de injeção
Fonte: Carbon Energy
Fonte: Carbon Energy

12. Gaseificação in-situ (UCG):
Métodos de injeção
Fonte: Carbon Energy
Fonte: Carbon Energy

13. Gaseificação in-situ (UCG):
Fonte: CARBON ENERGY e CSIRO, 2006

14. Gaseificação in-situ (UCG):
Reações químicas
RReeaaççããoo ΔΔHH ((kkJJ//mmooll)) NNoottaa
Gaseificação (geração do gás de síntese)
C (s) + H2O (g) <=> H2 (g) + CO (g)
+118,5 Endotérmica
Conversão
CO(g) + H2O (g) <=> H2(g) + CO2 (g)
-42,3 Exotérmica
Formação de metano
CO (g) + 3H2 (g) <=> CH4 (g) + H2O (g)
-206,0 Exotérmica
Gaseificação com hidrogénio
C(s) + 2H2 (g) <=> CH4 (g)
-87,5 Exotérmica
Oxidação Parcial
C(s) + ½ O2 (g) <=> CO (g)
-123,1 Exotérmica
Oxidação
C(s) + O2 (g) <=> CO2 (g)
-406,0 Exotérmica
Boudouard
C(s) + CO2 (g) <=> 2CO (g)
+159,9 Endotérmica

15. Gaseificação in-situ (UCG):
Eficiência
Fonte: Clean Coal Technologies for Power Generation, a South
African perspective, 2007)

16. Gaseificação in-situ (UCG):

17. Gaseificação in-situ (UCG):
Eficiência
DDeessccrriiççããoo ddoo pprroocceessssoo EEffiicciiêênncciiaa nnaa ggeerraaççããoo ddee eelleeccttrriicciiddaaddee
((%% ppooddeerr ccaalloorrííffiiccoo ddee ccaarrvvããoo
ccoonnssuummiiddoo))
UUCCGG ccoomm aarr 45.40
UUCCGG ccoomm OO22 46.50
UUCCGG ccoomm OO22 ++ CCCCSS 39.80
CCaarrvvããoo ccoonnvveenncciioonnaall ~ 37
IIGGCCCC ~ 45
Fonte: “Optimisation of underground coal gasification for improved performance
and reduced environmental impact” CSIRO Exploration and mining Sustainable
Mining Research group.

18. Gaseificação in-situ (UCG):
VVaannttaaggeennss DDeessvvaannttaaggeennss
UUCCGG Permite retirar energia de camadas de
carvão que atualmente são
economicamente não viáveis
Possibilidade de transmissão
de gases da zona de
combustão para os estratos
adjacentes
Consume menos água e gera menos
poluição
Possibilidade de contaminação
de aquíferos
Os custos com investimento capital e de
produção de gás de síntese são
reduzidos pelo menos 25% comparado
com gaseificação à superfície
Possibilidade de ocorrer
subsidência
GGaasseeiiffiiccaaççããoo
àà SSuuppeerrffíícciiee
Flexibilidade para construção em
qualquer lugar sem ter em atenção
aspectos geográficos entre outros
Requer mineração
convencional e transporte até
ao gaseificador
Permite um maior controlo do processo
pois é feita em reator químico – controlo
sobre todas as variáveis
Custos capital elevados
associados a todo o
equipamento necessário
Perdas de gás são mínimas Requer grandes quantidades
de água
Fonte: “Viability of Underground Coal Gasification in the “Deep Coals” of the
powder river basin,Wyoming”, Gás Tech, Inc. June 2007”.

19. Gaseificação in-situ (UCG):
Comparação de carvão gaseificado em planta à superfície acoplado
a IGCC vs UCG acoplado com IGCC. (preço em US$)
Gaseificador
superfície + IGCC
UCG + IGCC % Vantagem
UCG
Capital/kW
Instalado
$1,544 $1,180 24%
Custo operacional,
$/MW-hr trabalho
$21.99 $11.96 46%
Preço para 15%
retorno de
investimento
$80.60 $51.68 36%
Taxa de retorno
(descontada)
10.4% 18.3% 75%
Pagamento (anos) 10.77 7.64 29%
Fonte: “Viability of Underground Coal Gasification in the “Deep Coals” of the
powder river basin,Wyoming”, Gás Tech, Inc. June 2007”.

20. Gaseificação in-situ (UCG):
Layout do projeto
Fonte: CEPAC, 2008.

21. Gaseificação in-situ (UCG):
Impactos ambientais - ar

22. Gaseificação in-situ (UCG):
Impactos ambientais - solo
Fonte: “Groundwater pollution from underground coal gasification” , 2007,
Journal of China University of Mining & Technology

23. Gaseificação in-situ (UCG):
Impactos ambientais - solo
Fonte: “Groundwater pollution from underground coal gasification” , 2007,
Journal of China University of Mining & Technology

24. Gaseificação in-situ (UCG):
Medidas de controlo ambiental
Pós-operacional
 Para minimizar a geração de contaminantes a
partir da pirólise deve-se:
 acelerar o arrefecimento da cavidade e evitar o
aumento da pressão na cavidade;
retirar a água da cavidade através de
bombeamento, mantendo um gradiente hidrostático;
maximizar a remoção de contaminantes, orgânicos e
inorgânicos, do sub-solo, com o recurso a
bombeamento e realizar tratamento posterior a
superfície.

25. Gaseificação in-situ (UCG):
Medidas de controlo ambiental
Pós-operacional
Pode também realizar-se biorremediação do solo
para evitar propagação da contaminação para os
extratos adjacentes;
Pode ser colocada uma barreira permeável á água e
que faça a retenção de contaminantes como metais
pesados;
Fazer injeção de solução aquosa de hidróxido de
amônia ou de metais alcalinos para solubilizar os
fenóis gerados no processo.

26. Gaseificação in-situ (UCG):
Conclusões
UCG aparece como uma tecnologia viável e
competitiva para a geração de energia;
UCG apresenta vários benefícios ambientais
como por exemplo:
 redução de emissão de gases de efeito de estufa;
 não há necessidade de mineração tradicional;
 sem necessidade de tratamento das cinzas,
 drenagem ácida e rejeitos de lavadores;
Possibilidade de realizar seqüestro de carbono
na cavidade formada através da re-injecção do
mesmo como agente oxidante.

27. Projetos Mundiais
 1955 – planta comercial de UCG começou a operar na antiga
União Soviética. Angren (Uzbekistão) continua a operar hoje
(desde 1955);
 1958 – 1987 – sites de demonstração nacionais nos EUA, EU e
Nova Zelândia;
 1990’s – Operações de UCG iniciam-se na China para extrair o
remanescente do trabalho de mineração;
 1997 – teste piloto El Tremedal, Espanha;
 1999 – teste piloto com sucesso em Chinchilla, Austrália;
 2007- 2008 – projeto Majuba na África do Sul.

28. Projetos Mundiais
África do Sul
 Foram consumidas 4950 tons de carvão;
 Gás produzido = 22.545.000 Nm3;
 Não foi observada contaminação do aquífero devido à atividade
de UCG;
 UCG-IGCC promove uma redução de 25% na emissão de gases
de efeito de estufa, comparando com plantas convencionais;
 Até agora não foi observada ocorrência de subsidência;

29. Projetos Mundiais
África do Sul
 O projeto decorre à 22 meses;
 Não foram notados impactos ambientais significativos;
 Impacto à superfície foi mínimo na pós-gaseificação;
 Tem como objetivo criar uma planta IGCC com capacidade de
2100 MW operando com syngas proveniente de UCG.

31. FIM
Obrigado pela atenção
Luis Miguel Bordalo Filipe : lmfilipe@hotmail.com