ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: ESTUDO DO pH E SOLUÇÕES TAMPÃO NA CARBONATAÇÃO DE AQÜÍFEROS SALINOS - UMA ALTERNATIVA PARA MITIGAÇÃO DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS
AUTORES: SCHÜTZ, M. K. (PUCRS) ; LOPES, N. (PUCRS) ; CENCI, A. (PUCRS) ; DULLIUS, J. (PUCRS) ; LIGABUE, R. (PUCRS) ; EINLOFT, S. (PUCRS) ; KETZER, J. M. (PUCRS)
RESUMO: As mudanças climáticas causadas pelas elevadas emissões antrópicas de gases de efeito estufa (GEEs) na atmosfera, principalmente o CO2, é uma preocupação atual, sendo necessária a diminuição da concentração destes gases. O armazenamento geológico é um meio atraente de redução de CO2 na atmosfera em função da estabilidade deste gás na forma de carbonatos. Por sua vez, os aqüíferos salinos estão entre os possíveis reservatórios geológicos com potencialidade para tal função. Neste trabalho pretendeu-se estudar a influência do hidróxido de sódio e soluções tampão na estabilidade do pH de uma solução salina sintética, que simula a água de formação de aqüíferos salinos, em reações de carbonatação em condições reacionais brandas.
PALAVRAS CHAVES: ph, tampão, carbonatação
INTRODUÇÃO: As mudanças climáticas tão evidentes nos dias de hoje tem como uma das causas principais o aquecimento global, sendo esse provocado pelo aumento da concentração de GEEs na atmosfera. Entre esses gases, o CO2 é responsável por mais de 80% das emissões mundiais de carbono. Uma alternativa atraente para mitigação das mudanças climáticas é o armazenamento geológico de carbono em aqüíferos salinos.
O armazenamento do CO2 em aqüíferos salinos ocorre por três principais mecanismos de aprisionamento: físico, iônico e mineral. No aprisionamento físico o CO2 é imobilizado por armadilhas estruturais e/ou estratigráficas da formação geológica. Com o tempo passa a se dissolver na água de formação (aprisionamento iônico) formando os íons H+, HCO3- e CO32-, conforme equações 1 a 3. Por fim, o aprisionamento mineral ocorre quando há interação entre os íons CO32- e cátions presentes no reservatório. Por meio destas reações tem-se a formação de carbonatos estáveis, tais como, CaCO3 e MgCO3, conforme equações 4 a 5.
CO2 (aq) + H2O ↔ H2CO3 (aq) (1)
H2CO3 (aq) ↔ H+(aq) + HCO3-(aq) (2)
HCO3-(aq) ↔ H+(aq) + CO3 2-(aq) (3)
Ca2+ + CO3 2-(aq) ↔ CaCO3 (s) (4)
Mg2+ + CO3 2-(aq) ↔ MgCO3 (s) (5)
A precipitação de carbonatos é favorecida quando se tem um pH alcalino. Entretanto, como observado nas equações 3 e 4, tem-se a produção de íons H+ que reduz o pH do meio (IPCC, 2005). Por esta razão, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do NaOH e diferentes soluções tampão na estabilidade do pH de uma solução salina sintética quando reagida com o CO2. Através deste estudo, pretendeu-se verificar a eficiência de cada tampão na precipitação de carbonatos.
MATERIAL E MÉTODOS: As reações de carbonatação foram realizadas em duplicada e em reator de vidro, com tempo reacional de 4h, em temperatura de aproximadamente 40˚C e à pressão atmosférica. Utilizou-se CO2 gasoso e o excesso do gás foi retido em uma solução de hidróxido de cálcio na saída do reator. A proporção utilizada de solução salina:NaOH 1 M:solução tampão nas reações de carbonatação foi de 300:6:3 v/v, respectivamente.
Para a preparação da solução salina sintética utilizou-se quatro sais: NaCl, MgCl2,CaCl2 e KCl, totalizando uma salinidade de 31.490 mg/L - salinidade inferior a água do mar. A escolha destes sais baseou-se nas composições de águas de formação de aqüíferos salinos que geralmente são referenciadas na literatura (PORTIER e ROCHELLE, 2005). Para o ajuste do pH desta solução salina foi utilizado NaOH 1 M e diferentes soluções tampão: NaHCO3/NaOH, NaH2PO4/NaOH e NH4Cl/NH4OH, todas com pH de tamponamento próximo a 10.
A variação na composição da solução salina foi verificada através de análises antes e após as reações de carbonatação, utilizando-se Espectroscopia de Absorção Atômica com Chama (FAAS). A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), auxiliada por Espectrômetro de Raio-X por Energia Dispersa (EDS), foi utilizada para caracterização dos precipitados formados durante as reações de carbonatação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Após as reações de carbonatação, observou-se uma diminuição significativa no pH da solução salina, quando da adição de solução tampão NaHCO3/NaOH e NaH2PO4/NaOH, como mostra figura 1.
Porém, quando se utilizou a solução tampão NH4Cl/NH4OH o pH da solução salina após carbonatação ainda permaneceu relativamente elevado (pH próximo de 7). Além disso, só foi observada a formação de precipitado nas reações em que se utilizou a mesma solução tampão, nas reações em que o pH foi ajustado com os tampões NaHCO3/NaOH e NaH2PO4/NaOH não foi observada a precipitação. Através das micrografias verificou-se que o precipitado formado tratava-se da calcita (CaCO3)(figura 2). Por EDS foi possível verificar que o precipitado possuía em sua composição apenas cálcio (Ca), carbono (C) e oxigênio (O). O pico de ouro (Au) é atribuído ao procedimento de preparação da amostra (etapa de metalização).
A fim de determinar a quantidade de cálcio convertido em carbonato, analisou-se por FASS a concentração de Ca2+ na solução salina sintética, antes e após as reações em que se utilizou tampão de NH4Cl/NH4OH, pois, como já discutido, apenas nestas reações houve a precipitação de carbonato. Como as reações foram feitas em duplicata, verificou-se que na primeira reação a concentração inicial de Ca2+ em solução era de 425,4 ppm e após a reação passou para 155,2 ppm. Já na reação de duplicata a concentração inicial de Ca2+ era de 407,8 ppm e após a reação passou para 111,0 ppm. Portanto, verificou-se uma conversão de 63,52% a 72,78% nas duas reações tamponadas com o sistema NH4Cl/NH4OH.
CONCLUSÕES: Dentre as soluções tampão testadas nas reações de carbonatação, apenas o tampão de NH4Cl/NH4OH manteve o pH relativamente alto, mesmo com adição de CO2, favorecendo a precipitação do carbonato calcita. Nas reações em que se utilizou esse mesmo sistema de tamponamento, houve uma conversão de 63,52% a 72,78% de Ca2+ à CaCO3.
AGRADECIMENTOS: PGETEMA, CEPAC e à FAQUI da PUCRS e à PETROBRAS.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC). 2005. Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, p. 442. Disponível em: <www.ipcc.ch/ipccreports/special-reports.htm>.
PORTIER, S.; ROCHELLE, C. 2005. Modelling CO2 solubility in pure water and NaCl-type waters from 0 to 300°C and from 1 to 300 bar. Application to the Utsira Formation at Sleipner. Chemical Geology, 217: 187 –199.
