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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
E O AMBIENTE: areias/xistos
betuminosos, nuclear, e renováveis
A. Luís Fernandes, P. Eng.
Consultor Independente
Palestra organizada pela Universidade do Algarve
e a Delegação Distrital de Faro da Ordem dos Engenheiros
Faro - Portugal, Fevereiro 6, 2013
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Sumário
• Areias, arenitos e xistos betuminosos
• minas a céu aberto
• CSS (cyclic steam simulation)
• SAGD (steam assisted gravity drainage)
• fractura hidráulica
• petróleo e gás dos xistos (shale oil & shale gas)
• CBM, hidratos de methano, outras
• Nuclear
• cisão vs. fusão
• resíduos radioactivos
• Biomassa
• cereais e oleaginosas
• culturas específicas
• resíduos orgânicos
• tentação política
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ALBERTA Cross-Section AB
Área: 661 848 km2 Oil sands deposits: 142 200 km2 Reservas recuperáveis: 173 billion barrels (27.5×109 m3)
P
O
R
T
U
G
A
L
A B
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Tecnologias vs profundidade
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Areias Betuminosas - Tecnologias
• Minas a céu aberto: < 75 m (surface mining)
• Custo de producao: ~ $27/barrel synthetic crude / η > 90%
• Entre 75 m e 200 m: various in-situ systems
• Cold flow, η < 10%
• CSS - cyclic steam stimulation, η = 20-25%
• SAGD - steam assisted gravity drainage, η = 60%
• Solvent/vapor extraction
• THAI - toe to heel air injection
• COGD - combustion overhead gravity drainage
• > 200 m: various in-situ systems
• HPCSS - estimulação cíclica por H2O/vapor/condensados
• SAGD - drenagem gravítica assistida por vapor
_____________
η = rendimento
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Syncrude's Mildred Lake mine site and plant near Fort McMurray, AB
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Lagoas de efluentes e rejeitos (tailings ponds)
Composição
• H2O, argila, areia
• HC residual
• ácido nafténico
• NaCl, Va, Ni, Pb, Co,
Hg,Cr, Cd, As, Se, Cu,
Mn, Fe, e Zn
• Ti, Zr, Hf, REE, etc.
* IWIMO @ http://environment.gov.ab.ca/info/library/7242.pdf
Oil sands tailings ponds area: 170 km2
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Bloco de enxofre – Subproduto do gas natuarl e refinacao de petroleo • ~ 60x106 T acumulado • 9x10 T/ano
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Petcoke – Subproduto do processamento do petróleo e betume de areias betuminosas • 60x106 T acumulado • 7x106 T/ano or 70,000 T/d
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CSS OPEN MINE PIT
SAGD CCS & EOR
Tecnologias Usadas para Extrair Petróleo de Areias Betuminosas 10
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Areias betuminosas – Impactos
• Resource conservation (sustentabilidade, etc.)
• Económico, ambiental, social (interesse público)
• Ecosistema
• Uso da terra
• Água/tratamento efluentes/descarga
• Gestão descargas ambientais:
• resíduos sólidos e subprodutos (coque, enxofre, asfaltenos, etc.)
• efluentes (águas de processo e rejeitos tailings ponds)
• gasosas (gases ácidos, PAH, etc.)
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Areias betuminosas -Tailings
• Ambiental (poluição, ecosistemas)
• Emissões (CC, SOx, NOx, CO2, S, coque)
• Saúde pública
• Social/Comunidades
• Infraestrutura (transporte, segurança)
• Responsabilidade ambientais
• Tratamento*: MFT, TROTM, composite
tails, centrifuge technology, H2O capping,
end-pit lakes (EPL), CO2, D74
• Restauração (reclamation/remediation)
_______________ * http://www.syncrude.ca/users/folder.asp?FolderID=5913#1
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Presente e que futuro?…
~ 3.9% world production
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Reservas não convencionais
de combustíveis fosséis • Areias betuminosas (oil sands) - areia, argila, água, e betume - reservas: 168x109 bbl - produção: 1.9x106 bbl/d
• Gás/petróleo de xistos (shale gas/shale oil)
• Hidratos de metano (methane clathrate ou “fire ice”)
• Metano em veios de carvão (CBM)
CBM
Mina de areias betuminosas
Shale gas/oil
Reservas: 2 x todos os outros combustíveis fósseis combinados!...
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Source: Oil & Gas Journal, December 2011
Reservas de petroleo convencional 16
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Metano em depósitos de carvão (CBM)
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http://www.canadafreepress.com/index.php/article/35400
Gás de xistos: Localização de bacias
Reservas recuperáveis (10 países, est.) - gás de xistos: 166 tm3 - gás natural: 69 tm3
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Bacias europeias de gás de xistos 19
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Fractura hidráulica*
* http://www.coloradoindependent.com/28776/degette-takes-aim-at-natural-gas-industry-to-protect-groundwater-supplies
“Processo de estimulação dum poço para maximizar a extracção de recursos subterrâneos: petróleo, gás natural e energia geotérmica.” †
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Usos fractura hidráulica*
• Desenvolvimento convencional de poços de gás & petróleo (desde 1940s)
• Fractura de arenitos e xistos betuminosos*
• Metano em depósitos de carvão (CBM)
• Energia geotérmica
• Exploração mineral (urânio, ácido fosfórico, etc.)
• Disposição final de efluentes industriais
• Restauro de subsolos contaminados (< 100 m)
____________ * http://fracfocus.org/hydraulic-fracturing-how-it-works/hydraulic-fracturing-process
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Fractura hidráulica/Ambiente
• Novas técnicas de perfuração permitem acesso a recursos imensos (petróleo, gás natural, etc,)
• Independência energética/GTL/Russia-LNG
• Controversa (segura, risco/TT, localização, legislacao EIA, responsabilidade)
• Oportunidades económicas (8ȼ vs 30ȼ/kwh; 3 vs 30/MJ; preco C)
• Sustentável? (30-100 years?)
• Pocos/actividade sismica: 35 000/1
• Agua/poco = 15 000 m3
• Fugas (quimicos, metano, H2O subterranea)
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Fractura hidráulica/usos e produção
• Convencional (enhanced oil and gas recovery – last sixty years)
• Formacoes de carvao (unmineable seams, CBM)
• Xistos betuminosos (shale oil & shale gas)
Gás de xistos recuperável (2013)
País tft3 tm3
China 1115 32
Argentina 802 23
Argélia 707 20
EUA 665 19
Canadá 573 16
México 545 15
África do Sul 485 14
Austrália 473 13
Rússia 285 8
Brasil 245 7
Europe* 449 17
Portugal 0 0
* 13 countries não incluindo Rússia e Ucrânia
1 cubic foot = 0.028 316 846 592 cubic meter
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Renováveis vs Gás/Petróleo de Xistos,
“Fire Ice”, CBM, Carvão e Nuclear
• Emissões e preço do CO2
• Metas credíveis* e a expansão das renováveis em Portugal
• Rede europeia de transporte de electricidade
• Exportar ~ 25% produção instalada
• Quem pode ser afectado? UK, Polónia, França
• Porquê? Estratégia energética/dependência
• Financiar renováveis em Portugal para subsidiar fósseis noutros países da UE (UK, Polónia, Alemanha)?
• Ambientalmente correctos ou mix energético equilibrado e economicamente sustentado?
• Que fazer qd gás/petróleo de xistos, hidrato de metano, etc., criarem energia barata no mundo?
______________ * Menos 40% GHG & 27% renováveis até 2030 custando €38x109
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Composição
Gás de xistos = gás de carvão (CBM) =
= metano em hidratos de metano = gás
natural
CH4
Condensates
Agua
Anidrido carbonico (CO2), and
Acido sulfidrico (H2S)
1 cubic foot = 0.028 316 846 592 cubic meter
= 100 anos das necessidades
> 100 anos das necessidades
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Petróleo e gás de xistos recuperáveis*
Conversão de unidades:
• 1 ft3 x 0.028 316 846 592 = 1 m3 PT normais
• 1 barrel [US, petroleum] x 0.158 987 294 93 = 1 m3
US consumiram
71.2 Bcf/d de gas
em 2013.
US consumiram
19 mbbl/d de
petroleo em 2013
(US EIA).
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Fractura hidráulica/ambiente*
• Investimento (político, económico, técnico)
• Água (~15 000 m3/poço; “produced water”, LPG gel*)
• Emissões gasosas
• Mistura de água/areia/químicos:
• Injecção na formação geológica definida
• Extracção/gestão de fluidos produzidos (gás/água/lamas)
• Reciclagem/tratamento/injecção profunda (18 500 piscinas olímpicas/mês, ~ 2 500 m3 cada)
• Responsabilidade ambiental (pública/privada)
___________________ * Hydraulic fracking vs gas fracking
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CO2 Capture and Storage 29
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Captura, Uso e Sequestro de CO2
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Nuclear
• Fusão vs Cisão
• Resíduos radioactivos
• Racionalidade do discurso político!
• Japão, vai enterrar o nuclear?
(LNG e “fire ice”)
• 9.2.2014
• Está a Europa a ser
prudente?
• São as renováveis
a única alternativa
e competivas?
Fusão: no waste
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Reactor fuel rods
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Low level radioactive waste Medium/High level radioactive waste
Como não o fazer
Adaptative Nuclear Waste
Management
www.nwmo.ca
http://www.ottawacitizen.com/news/atomic-
wasteland/Video+Managing+used+nuclear+fu
el/5873304/story.html
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Energias Renováveis – Systemas Híbridos 35
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Energia de biomassa
• Cereais e oleaginosas (preferencial/ não usados na alimentação)
• Culturas específicas(salgueiros, choupos, cana, cardo, Miscanthus Giganteus, switchgrass)
• Resíduos orgânicos,
Benefícios (S, W, B) Desafios • Criação de emprego Subsídios
• Soluções locais Competitividade
• Independência/Segurança Infraestrutura
• Défice comercial Engenharia (CCS)
• Emissões mais baixas de CO2 Sistemas híbridos
Impacto ambiental
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Eucalipto GM
Óleo de palma Para onde vais orangutango?
Choupos e trigo*
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Caroço de azeitona
Silo caroço de azeitona
Caldeira SIME modelo solida pl
Azeitona… ou melhor
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Arundo Donax, desprezado em Portugal? Este é de Olhão, Algarve!
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Arundo donax – recurso ignorado em Portugal? 41
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Cardo
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Parametro Cana Miscanthus
Produção tDM/ha.ano 37.7 28.7
Energia (GJ/ha) 637 467
O rendimento sugere que ambas estas erbáceas
são fortes candidatas p/ produção de energia e
biomassa (combustível ou etanol). 10 anos e 20
000 plantas.
Produção e energia de cana vs miscanthus
Switchgrass peletizada Cardo peletizado
Estilhas de cana Estilhas de miscanthus
Cana vs Miscanthus Biocombustíveis
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http://solarserdar.wordpress.com/page/34/
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O lugar das renováveis
• Importante e fundamentais mas não únicas/isoladas!
• Competividade (pragmatismo precisa-se urgentemente!)
• Recursos enormes sustentáveis ou não!
• Europa vs Resto (América, Rússia, China, SA, Austrália, etc.)
• Reino Unido (nuclear e fractura hidráulica)
• França (nuclear, moratorium)
• Alemanha (nuclear não, carvão sim, ↑ emissões de CO2, e China)
• Portugal (biomassa, solar, eólica, ondas, geotérmica – plano nacional)
• Crise no investimento devido à incerteza energética
• Crise no Deutsche Bank
• Impacto do gás/petróleo de xistos na estrategia energetica global
• Seguido do “fire ice”, CBM, fusão nuclear, cisão nuclear
• E… mais carvão, com/sem renováveis!
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• Updating Alberta’s Hazardous Waste Regulatory Framework
• Codes of Practice for Environmental Technologies • Energy Recovery
• Small Incinerators/Mobile Incinerators
• Accepatable Industry Practices/Beneficial Use of Wastes
• Assessment of 10 CCS projects (CAN$0.4-$2.2x109)
• Guidelines for the Disposal of S-Waste and Remediation of Sulphur Containing Soils
_______________ • http://environment.alberta.ca/02643.html
• http://www.qp.alberta.ca/
Exemplo 1 – Documentos
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Exemplo 2 – Carvão, singás, e CCS
• In-situ coal gasification (Beulah-Weyburn)
• Convencional/CBM/Xistos
• CCS vs fractura hidráulica
• Localização/estabilidade
geológica
• Operação, controle,
monitorização
• Composição singás (mole %):
• H2 20-30
• CO2 20-40
• CO 10-20
• CH4 5-12
• H2O 15-30
• H2S 0.1-1
• NH3 0.1-1
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Exemplo 3 – Pós-Uso de Madeira Tratada como Sorbente
Proposal for
Post Use Railway Ties and Utility Poles
as Sorbent Material
Presented to
Alberta Environment and Sustainable Resource Development
Prepared for
On-Track Railway Operations Ltd. and Natural Resource Recovery Group Inc.
by Tony Fernandes, P. Eng. Edmonton, Alberta, Canada – June 2013
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Como o petróleo é extraído da areia
Vídeo mostrando como o betume é separado da areia
betuminosa
• http://www.businessinsider.com/canadian-oil-sands-
flyover-2012-5?op=1
Fotos com legendas:
• http://www.flickr.com/photos/78047884@N07/sets/721576
29988382829/
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Efluentes do processamento de areias betuminosas (Tailings Ponds) - Referências
Extracção e processamento de areias betuminosas (48 m)
http://www.youtube.com/watch?v=RNVXlxMaPNM
Impactos
http://www.youtube.com/watch?v=61X4IQqnmd0 – Part 1
http://www.youtube.com/watch?v=cVgVIK3K6Zg – Part 2
Government position
http://www.youtube.com/watch?v=UGx5_2IYZ4Y
The Suncor site and tailings ponds at Ft.McMurray. Photograph by: Bruce Edwards , edmontonjournal.com
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Referências • http://marcellus-wv.com/impacts/fracking
• http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2013/12/bio-energy-forest-plantations-for-the-southeastern-united-states (hard wood in the USA)
• India’s coal mines: http://www.businessinsider.com/photos-indias-illegal-coal-mines-2012-10
• http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/contaminants/norm-mrn/index-eng.php
• http://ucgconsulting.com/index.html
• http://www.globalwaterintel.com/archive/13/6/market-profile/energy-water-money-nexus.html
• Canadian Guidelines for the Management of Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM), HC 2000. http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/contaminants/norm-mrn/index-eng.php
• http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/contaminants/norm-mrn/index-eng.php
• http://www.youtube.com/watch?v=eGOBm2J4tn0 (George Carlin)
• http://www.youtube.com/watch?v=OqQMJra20MQ (George Carlin with Portuguese subtitles)
•
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Recuperação de solos pobres – Prof. Eng. Tiago Domingues 54