Captura e armazenamento de carbono para ajudar a enfrentar as mudanças climáticas
A mudança climática é uma das questões que está na linha de frente da maioria das agendas governamentais. No ano passado, na COP26, foi solicitado aos países que apresentassem metas ambiciosas de redução para 2030, alinhadas com o alcance de emissões líquidas zero até a metade do século (COP do Reino Unido)1. Os governos concordaram em manter o aquecimento global bem abaixo de 2 °C e fazer esforços para mantê-lo em 1,5 °C. O setor de energia desempenhará um papel importante para ajudar a atingir essas metas por meio da descarbonização e da transição energética.
A captura e o armazenamento de carbono (CCS) é uma forma de reduzir as emissões de carbono de processos industriais que, de outra forma, liberariam grandes quantidades de dióxido de carbono (CO2), gás de efeito estufa, na atmosfera.
As três etapas principais2 da CCS são:
- Captura - o CO2 é separado de outros gases produzidos por processos industriais
- Transporte - transportado, geralmente por meio de dutos ou transporte rodoviário e navios para um local de armazenamento
- Armazenamento - o CO2 é injetado em formações rochosas subterrâneas profundas para armazenamento permanente
Os dutos desempenharão um papel crucial no futuro da CCS. Seja usando tubulações existentes que são reaproveitadas ou redes especialmente construídas, é vital ter a detecção de vazamentos também nas tubulações de CO2. Neste artigo, discutiremos:
- Os impulsionadores da captura de carbono e as lacunas de infraestrutura
- Por que a detecção de vazamentos em dutos para CCS é importante
- Os tipos de sistemas de detecção de vazamentos que podem ser usados em tubulações de dióxido de carbono
- O que o futuro reserva para a CCS
Os impulsionadores da captura de carbono e as lacunas de infraestrutura
A CCS está se tornando uma forma importante para o setor energético global ajudar a mitigar as mudanças climáticas e trabalhar para atingir as metas estabelecidas na COP26. Em 2021, houve um pico no número de projetos de CCS em desenvolvimento, crescendo para uma capacidade de 111 Mtpa, um aumento de 48% em relação a 2020 (The Global CCS Institute)3. Esse aumento nos projetos terá uma correlação direta com o número de dutos necessários para transportar o CO2.
O CO2 capturado pela CCS só pode ser armazenado em locais que atendam a um conjunto específico de características e padrões geológicos. Devido a esse fato, as tubulações são um componente inevitável e vital de um projeto eficiente de CCS, pois, em alguns casos, o CO2 pode precisar percorrer longas distâncias para chegar ao local de armazenamento.
A economia do hidrogênio é outro importante impulsionador dos projetos de CCS, com as empresas de energia querendo armazenar o CO2 resultante do hidrogênio azul, o meio de menor custo de produção de hidrogênio limpo. A CCS anda de mãos dadas com a economia do hidrogênio, fundamental para a transição energética, pois é uma parte vital do processo para atingir emissões líquidas zero.
Figura 1: Produção de hidrogênio usando CCS
Apesar do crescimento do número de projetos em desenvolvimento para CCS, ainda há uma lacuna na quantidade de infraestrutura necessária para atingir as metas estabelecidas para 2050. Por exemplo, a rede de dutos de CO2 da América do Norte precisará crescer de cerca de 8.000 km atualmente para 43.000 km3.
O material para as tubulações de CCS também precisa ser considerado com cuidado. O CO2 é corrosivo se contaminado com apenas uma pequena quantidade de água, reagindo para formar ácido carbônico. Isso significa que as tubulações usadas para transportar CO2 precisam ser fabricadas e mantidas em um padrão mais elevado. Isso também significa que o monitoramento da pureza do CO2 é crucial.
Todos esses fatores impulsionam a necessidade de ter sistemas de detecção de vazamentos (LDS) para garantir que os dutos de dióxido de carbono estejam sendo operadas com segurança.
Por que a detecção de vazamentos em dutos para CCS é importante
A segurança é uma preocupação fundamental para os dutos de CCS. O CO2 é manipulado como gás ou como um fluido de fase supercrítica (sCO2) a uma pressão extremamente alta. Devido à pressão mais alta envolvida no transporte do CO2, a descompressão explosiva de uma tubulação de CCS libera mais gás, muito mais rapidamente do que a explosão equivalente em uma tubulação de gás natural.
Figura 2: CO2 como um fluido de fase supercrítica
Os efeitos de um vazamento ou rompimento em um duto de CO2 podem ser catastróficos, tanto para as pessoas quanto para o meio ambiente. Embora o CO2 possa parecer inofensivo por ser algo que as pessoas respiram, em altas concentrações ele é um asfixiante. Um vazamento ou rompimento de uma tubulação de projeto de CCS também é contraproducente, pois libera o gás de efeito estufa de volta à atmosfera.
Principais efeitos de um vazamento ou rompimento de uma tubulação de CCS:
- Contaminação de águas subterrâneas para seções em terra
- Ameaça à vida
- Gases de efeito estufa liberados de volta à atmosfera
- Impacto no meio ambiente
- Perigoso para a saúde4
Dado o número de projetos em desenvolvimento e os planos de larga escala para a CCS, a detecção de vazamentos na tubulação desempenhará um papel fundamental na detecção e localização de vazamentos na tubulação da forma mais rápida e eficiente possível.
Sistemas de detecção de vazamento para dutos de dióxido de carbono
A escala de CCS necessária para alcançar as metas significa que é preciso investir em tubulações de CO2 em terra e no mar. Devido aos impactos humanos e ambientais do CO2, é fundamental ter um sistema eficaz de detecção de vazamentos para monitorar as tubulações. Há uma variedade de métodos que podem ser usados para trabalhar com o CO2 como gás e como fluido de fase supercrítica.
A Atmos Pipe usa o poderoso método de teste de razão de probabilidade sequencial (SPRT), que é eficaz tanto para dutos de gás quanto de líquido. Usando dados de fluxo e pressão de sistemas de sala de controle, como o controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA), o Atmos Pipe detectará vazamentos de forma rápida e eficaz.
O Atmos Pipe pode ser ajustado com precisão para atender aos requisitos de sensibilidade para detectar um vazamento de CO2 em tubulações grandes e complexas. Isso é importante, pois muitos projetos de CCS de grande escala capturam CO2 de fontes industriais e transportam a substância liquefeita para um local submarino offshore para armazenamento permanente. Quando usado em alto-mar, o Atmos Pipe é configurado para levar em conta tanto o perfil hidráulico da tubulação quanto a água do mar fora da tubulação.
Como alternativa, pode ser usado o método múltiplo Atmos Wave Flow, que inclui um equilíbrio de volume e um algoritmo de onda de pressão negativa (NPW).
O que o futuro reserva para a CCS
A CCS está se tornando uma etapa cada vez mais importante da descarbonização para o setor de energia. Os métodos de transporte ferroviário e por caminhão simplesmente não são capazes de lidar com as grandes quantidades de CO2 para que a CCS tenha um impacto significativo, portanto, a necessidade de dutos para dar suporte a esses projetos é inevitável. No entanto, é fundamental considerar os riscos e as incertezas que a CCS acarreta.
A implantação de projetos de CCS em grande escala aumentará a necessidade de detecção eficaz de vazamentos em tubulações de CO2 para uma operação segura. Os principais impulsionadores da CCS incluem o desenvolvimento da economia do hidrogênio e o alcance das metas climáticas para 2050 estabelecidas na COP26. No entanto, ainda existem lacunas na infraestrutura e, portanto, é provável que seja necessário investir na melhoria das redes de tubulações. É fundamental que a infraestrutura de tubulação seja projetada de acordo com o padrão correto e que a pureza do CO2 seja monitorada de perto para evitar os problemas relacionados ao ácido carbônico.
Tecnologias como o Atmos Pipe e o Atmos Wave Flow podem ajudar os operadores de dutos a mitigar os riscos associados a um vazamento de CO2, dando suporte aos operadores de dutos ao detectar e localizar com precisão os vazamentos de dutos para garantir que eles possam ser tratados o mais rápido possível.
Saiba mais sobre nossas soluções de detecção de vazamentos para captura e armazenamento de carbono.
Saiba mais sobre nossas soluções de detecção de vazamentos para captura e armazenamento de carbono
Referências:
1 https://ukcop26.org/cop26-goals/
2 https://www.nationalgrid.com/stories/energy-explained/what-is-ccs-how-does-it-work
3 https://www.globalccsinstitute.com/resources/global-status-report/
4 https://www.hse.gov.uk/carboncapture/carbondioxide.htm
5 https://www.equinor.com/en/magazine/uk-energy.html
6 https://www.powermag.com/what-are-supercritical-co2-power-cycles/