Em um vale do Colorado, onde os mineiros colheram carvão por mais de um século, um segundo combustível - o metano - escapa das espessas e pretas costuras da mina de Elk Creek. Um sistema de furos e canos ao redor da mina canaliza gás rico em metano para um motor de caminhão modificado. Usando um trio de geradores de um megawatt, o motor converte esse metano em eletricidade para a rede elétrica local.
Elk Creek é o primeiro projeto de metano para energia em uma mina de carvão a oeste do Mississippi e a maior do gênero em todo o país. Mas as minas de carvão, como Elk Creek, contribuem com cerca de 10% das emissões de metano a nível nacional e 6% das emissões de metano em todo o mundo, e continuam a liberar metano muito tempo depois do fim das operações de mineração. O gás também se infiltra em pântanos, chaminés industriais, aterros sanitários, fazendas de gado e operações de gás natural.
De fato, tanto metano entra na atmosfera da Terra a cada ano que, globalmente, é o segundo maior contribuinte para a mudança climática após o dióxido de carbono. O metano se dissipa mais rapidamente que o carbono, mas sua força como gás de efeito estufa ao longo de um período de 100 anos é mais de 20 vezes a do CO2.
A queima de metano pode gerar energia ou calor útil enquanto diminui o impacto climático - reduzindo essencialmente o gás a uma mistura mais fraca de água e dióxido de carbono. Em Elk Creek, a queima de pouco mais de 670 pés cúbicos de metano por dia - cerca de 16% das emissões totais de metano da mina - em um motor de combustão interna deve gerar 24 gigawatts-hora por ano. Isso é eletricidade suficiente para abastecer cerca de 2.000 residências.
Ao impedir a entrada do metano na atmosfera, o projeto evitará emissões equivalentes a mais de 96.500 toneladas métricas de CO2 por ano nos próximos 15 anos, de acordo com estimativas de seu principal financiador, a Aspen Skiing Company. São cerca de 10 dias de emissões de carbono de uma usina termoelétrica a carvão - o que não é suficiente para causar uma redução significativa nas emissões globais de gases do efeito estufa, mas um passo importante para transformar o metano de um resíduo problemático em um combustível valioso.
Uma combinação de mudanças de políticas, novas parcerias criativas e inovações tecnológicas agora significam que a Elk Creek poderia liderar uma onda muito maior de projetos similares que coletam metano das minas de carvão.
O desafio
Historicamente, os proprietários de minas como Elk Creek, nos EUA, têm pouco incentivo para utilizar o metano. O gás é vendido por preços tão baixos nos dias de hoje em relação a outros combustíveis que levaria muitos anos para recuperar o custo de instalação dos sistemas necessários para a colheita. Como resultado, os proprietários de minas simplesmente permitem que o gás entre na atmosfera terrestre.
E até recentemente, a tecnologia limitava os operadores de minas a aproveitar a energia apenas das emissões de minas de carvão com concentrações relativamente altas de metano. Em concentrações acima de 80%, o metano pode ser injetado em gasodutos de gás natural ou convertido em gás natural liquefeito para veículos. Em concentrações entre 20% e 40%, o gás pode alimentar a geração de energia, como acontece em Elk Creek, ou caldeiras industriais que geram vapor ou água quente. De acordo com um relatório da ONU, a maioria dos metano de média e alta qualidade é usada para gerar energia ou uma combinação de energia e calor útil. Esse metano é normalmente coletado em poços perfurados ao redor do local antes que a mineração real comece.
Grande parte do metano que sai dos poços das minas de carvão, no entanto, está em baixa concentração, misturada com nitrogênio, oxigênio e outros contaminantes. Isso ocorre porque os operadores normalmente usam sistemas de ventilação para diluir qualquer metano que vaze nos poços das minas com ar fresco para a segurança do trabalhador: com 5 a 15% de concentração no ar, o metano é explosivo e concentrações abaixo de 1% são necessárias para uma respiração saudável.
Uma vez misturado com outros gases nos sistemas de ventilação, o metano torna-se difícil de usar como combustível porque a mistura não queima e o metano é difícil de filtrar.
Devido em parte a esses desafios, o ar ventilado com metano é normalmente liberado para a atmosfera, como em Elk Creek. Apenas cerca de 20 dos mais de 500 ativos As minas de carvão subterrâneas em todo o país instalaram qualquer tipo de sistema para capturar metano ou convertê-lo em eletricidade. E dessas 20 minas, a maioria está simplesmente levando o metano coletado em furos de drenagem e injetando-o em gasodutos naturais próximos para uso em residências e empresas.
Parceiros para uma nova abordagem
Nos estados ocidentais, como o Colorado, as minas de carvão são frequentemente localizadas longe dos gasodutos de gás natural, portanto, aproveitar até mesmo o metano de alta qualidade desses locais exige uma abordagem diferente. Elk Creek é incomum entre as minas de carvão dos EUA, pois está queimando metano para gerar eletricidade no local e enviar essa eletricidade para a rede elétrica local.
Tecnologia semelhante de metano para energia foi instalada em minas na Europa, Austrália, China e outros países por décadas. Mas esses projetos se beneficiaram de incentivos fiscais e outras formas de apoio público, bem como de gás natural e eletricidade mais caros - o que lhes permite vender metano competitivamente a preços mais altos. A Elk Creek oferece um modelo para aproveitar esse lixo por meio de parcerias privadas em um momento e lugar onde a eletricidade a partir do gás natural é relativamente barata.
Tom Vessels, presidente da Vessels Coal and Gas, sediada em Denver, Colorado, começou a procurar parceiros e financiadores para um projeto de metano para energia de minas de carvão em 2005, depois de percorrer várias minas usando a tecnologia na Alemanha. A maioria das empresas americanas que ele abordou não estava familiarizada com a tecnologia, diz a Vessels, e relutava em investir como resultado. É verdade que não foi feito nos EUA, diz ele. "Mas estamos verificando essa caixa agora."
Em 2012, a Vessels garantiu US $ 5, 4 milhões em financiamento da Aspen Skiing Company, uma corporação de resorts de alto padrão, com o objetivo de gerar energia mais limpa e contrabalançar as emissões associadas ao seu próprio uso de eletricidade. A Holy Cross Energy, uma cooperativa de eletricidade rural, assinou contrato para pagar um pouco acima das taxas de mercado para eletricidade do projeto em troca de um contrato de 15 anos e uma nova fonte de eletricidade mais limpa.
Finalmente, a proprietária da Elk Creek Oxbow Mining, liderada pelo magnata da energia William Koch, concordou em deixar a Vessels instalar equipamentos em sua mina em troca de um pequeno corte nas vendas anuais de energia. A maior parte da receita da Holy Cross - cerca de US $ 650 mil por ano, ou cerca de 12% do investimento original da ASC - será destinada à empresa do resort.
Políticas no Horizonte
O projeto começou a fornecer eletricidade para a rede elétrica no ano passado para distribuição em todo o oeste do Colorado. Vários meses depois, o Colorado aprovou uma nova lei que exige que as grandes cooperativas elétricas rurais, e as empresas que as servem, obtenham 20% de sua energia a partir de fontes renováveis até 2020 - dobrando um requisito estabelecido em 2004.
A lei reconhece o metano ao lado de recursos continuamente renovados, como o vento e a energia solar, como um recurso renovável, uma política fortemente contestada por alguns grupos ambientalistas e defensores da energia verde. Jeremy Nichols, diretor de programas de clima e energia para o grupo de defesa ambiental sem fins lucrativos WildEarth Guardians, diz que classificar o metano "não é o propósito de um padrão de energia renovável". Mas usar o metano como energia, diz ele, bate o status quo de liberá-lo para a atmosfera. “No final do dia”, diz ele, “está fazendo o melhor de uma coisa ruim”. E com o tempo, especialistas dizem que colocar metano sob o novo mandato pode aumentar a demanda entre as empresas de eletricidade do Colorado por projetos como Elk Creek.
A mudança está em andamento no nível federal também. O presidente Obama determinou que as agências federais "desenvolvam uma estratégia abrangente de metano" e a Agência de Proteção Ambiental identificou cerca de 50 minas de carvão dos EUA que prometem capturar o metano residual e queimá-lo ou convertê-lo em eletricidade.
Os proponentes da energia do metano estão esperançosos de que uma votação futura na Califórnia acabará por tornar a tecnologia mais lucrativa de costa a costa. Os reguladores aéreos do estado estão programados para votar em breve uma proposta para recompensar projetos de redução de metano no âmbito do seu programa cap-and-trade, que visa ajudar o estado a reduzir suas emissões de gases de efeito estufa até 1990. Se aprovado, o O protocolo permitiria aos operadores de minas de carvão e emissores de metano em todo o país ganhar créditos para reduzir suas emissões. Os poluidores da Califórnia que esperavam exceder a permissão máxima de emissão do estado poderiam então comprar esses créditos como forma de negar seu excedente.
"Você precisa de um preço muito bom em carbono para tornar [a mitigação de metano] viável", diz Clark Talkington, consultor sênior da Advanced Resources International, que desenvolve projetos de energia e sequestro de carbono. "Eu sei que há vários projetos paralelos, então se a Califórnia chegar, isso definitivamente os levará adiante."
Em Elk Creek, por exemplo, 84% do metano capturado da mina - o suficiente para gerar US $ 1 milhão em eletricidade - é simplesmente queimado porque a Holy Cross não tem orçamento e desejo de comprar mais energia do projeto, e nenhum outro cliente foi encontrado. "Definitivamente estamos de olho em outro projeto", diz Schendler, da ASC. "Mas a barreira é obter um contrato de compra de energia de outro utilitário que esteja a um preço aceitável". A ASC perderia dinheiro no projeto se vendesse eletricidade a uma taxa típica de 3, 5 centavos de dólar por quilowatt / hora.
Inovação nas Obras
Além da política, técnicas inovadoras estão tornando possível retirar o metano de fontes muito diluídas, como o ar ventilado nos poços das minas, e usá-lo como combustível para os geradores. Em uma grande mina de carvão na província de Henan, na China, o ar ventilado com concentrações de metano foi reduzido, pois 0, 3% é usado para aquecer a água das instalações de mineração. Os loops do sistema ventilaram o ar da mina de carvão através de câmaras que aumentam sua temperatura até que as moléculas de metano se quebram em dióxido de carbono e água, e o calor dessa reação é capturado.
Na Austrália, uma usina de carvão de propriedade da BHP Billiton combina metano de ar ventilado com metano altamente concentrado que foi drenado em poços perfurados perto da mina antes do início da mineração. Misturados entre si, o metano das aberturas e os drenos podem ser queimados como combustível. Este sistema gera calor para produzir vapor, que por sua vez opera uma pequena usina de energia, produzindo uma média de 10 gigawatts / hora por ano.
Outros cientistas estão procurando desenvolver melhores filtros para separar o metano no ar ventilado de gases desnecessários, como dióxido de carbono e nitrogênio. Cientistas da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, por exemplo, analisaram um material altamente sorvente marcado por poros em escala nanométrica chamados zeólitos nanoporosos. O grupo usou modelos computacionais para testar quase 100.000 diferentes estruturas zeolíticas, diz Amitesh Maiti, físico de materiais do laboratório Lawrence Livermore.
Neste ponto, a pesquisa permanece em estágios iniciais. "O material pode não ser tão puro na vida real como vemos nesses modelos", diz Maiti. No entanto, se um zeólito nanoporoso ou outro material puder ser desenvolvido que capture prontamente as moléculas de metano, ele poderá reduzir drasticamente o custo de geração de eletricidade a partir do metano residual altamente diluído das minas de carvão. No processo, poderia tornar essa fonte de metano valiosa demais como combustível para manter seu manto anterior, como um lixo nocivo e nocivo a ser jogado fora.
