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Campos elétricos “domam” as chamas, e podem deixar as termelétricas mais limpas

Imagem: ClearSign Combustion Corporation

Imagem: ClearSign Combustion Corporation

Uma tecnologia em desenvolvimento pode oferecer uma maneira mais eficiente de se reduzir a poluição do ar provocada por usinas termelétricas. A companhia ClearSign Combustion, com sede em Seattle, Estados Unidos, demonstrou como manipular as chamas, usando campos elétricos de alta voltagem, para evitar que os poluentes se formem.

Grande parte da poluição do ar produzida pelas termelétricas, usinas que geram eletricidade a partir da queima de combustíveis fósseis, resulta da combustão imperfeita. Pontos quentes (hot spots) em uma chama aumentam as reações entre o combustível e as moléculas de ar, levando à formação de poluentes comuns, como os óxidos de nitrogênio (ou NOx, um precursor do fenômeno smog), o monóxido de carbono (CO) e o material particulado.

Nas usinas, esses poluentes são, normalmente, filtrados após a combustão e antes que os gases de escape sejam liberados na atmosfera. Os próprios gases de escape podem circular novamente na câmara de combustão, a fim de que qualquer combustível restante seja queimado, ou podem sofrer um processo químico que retira dele compostos indesejáveis (utilizando amônia e um catalisador) — processo que consome grandes quantidades de energia. “Precisamos de energia. É um assunto sério”, diz Michael Frenklach, professor de engenharia mecânica da Universidade da Califórnia em Berkeley. “Cientistas que pesquisam a combustão estão tentando, basicamente, responder à questão: Como fazer isto com mais eficiência?”

É possível aprimorar a combustão através da manipulação de partículas eletricamente carregadas (íons) na chama para evitar a formação de pontos quentes e, portanto, de poluentes. Em 2013, engenheiros da ClearSign Combustion demonstraram como um campo elétrico de alta voltagem pode controlar o formato e a intensidade de uma chama usando apenas uma pequena quantidade de energia: menos de um décimo por cento da geração total de energia de uma fornalha.

Os primeiros resultados sugerem que controlar a combustão com campos elétricos pode aumentar a eficiência, em comparação com métodos convencionais. Uma chama mais uniformemente distribuída significa que menos combustível será desperdiçado e eliminado sob a forma de fuligem, ao passo que mais calor será transferido para superfícies adjacentes (como uma caldeira, ou um permutador de energia térmica para o processo de tratamento de óleo cru). A maior economia de energia, no entanto, pode vir da redução, ou eliminação, da necessidade de sistemas convencionais de filtragem da poluição pós-combustão (os catalisadores com amônia), segundo a empresa.

Os testes empregaram uma caldeira típica a uma refinaria de pequeno porte (entre um e dois milhões de Unidades Térmicas Britânicas* por hora, ou MMBTU/h), e alcançaram reduções simultâneas de NOx, CO e fuligem, tarefa extremamente difícil, ressalta Frenklach: “[n]ormalmente, a redução de um vem às custas de outro”. “Se minimizar a fuligem, o NOx sobe. Se o NOx cai, a fuligem sobe. Nós sempre temos que combater esta dicotomia.”

Nos testes, as emissões de óxidos de nitrogênio foram reduzidas a duas partes por milhão (ppm), número abaixo dos padrões mais estritos de smog legalmente aplicáveis nos Estados Unidos.

O aprimoramento da mistura entre o ar e o combustível na câmara de combustão também reduz a produção de partículas inaláveis finas, resultantes da combustão incompleta; menos partículas de fuligem se formam se uma proporção maior do combustível é queimada. Partículas menores do que 10 mícrons de diâmetro impõem um risco à saúde, pois podem ser inaladas e acumuladas no sistema respiratório. As partículas inaláveis finas (menores que 2,5 mícrons, cerca de um sétimo da espessura de um fio de cabelo humano) são perigosas, já que são suficientemente pequenas para adentrar os pulmões humanos. Já as partículas que se formam com o novo sistema são, geralmente, grandes o bastante para que sejam removidas por tecnologias baratas como a dos separadores ciclônicos.

A tecnologia também pode se ajustar bem a mercados como o da China, onde a poluição urbana frequentemente chega a níveis absurdamente perigosos, como o(a) leitor(a) verificou (ou pode verificar) no artigo “2 em 1: Poluição na China; Vídeo revela detalhes microscópicos da mordida do carrapato“, publicado no Make It Clear Brasil no dia 30 de outubro deste ano.

Porém, o grande desafio imposto à ClearSign atualmente consiste na ampliação da escala da tecnologia, para que esta esteja disponível a fornalhas e caldeiras maiores, mantendo-se a eficiência da mistura ar-combustível e o baixo consumo de energia. A companhia planeja testar câmaras de combustão que variem entre 5 e 10 MMBTU/h, como as utilizadas em pequenas termelétricas. “Começamos com chamas não muito maiores do que meu dedinho”, diz Joe Colannino, diretor técnico da empresa. “Se conseguirmos o mesmo tipo de resultados que vemos a um milhão de BTUs por hora a cinco e dez milhões de BTUs por hora, estaremos prontos”.

*Unidade Térmica Britânica (British Thermal Unit — BTU): quantidade de energia necessária para aquecer uma libra de água líquida em um grau Fahrenheit sob pressão constante, no valor de 1 atmosfera. Cada BTU equivale a, aproximadamente, 1055 joules, ou 252 calorias.

Fonte: Scientific American

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