PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 20 (2º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2022
Navios cargueiros são responsáveis por 3% de todas as emissões de \ce{CO2}. Utilizando células de combustível de óxido sólido (SOFC) associadas à captura de \ce{CO2} “on board”, pesquisadores propõem tornar carbono neutro ou mesmo carbono negativo os navios. A SOFC funciona a partir da oxidação do combustível com oxigênio puro, extraído do ar, numa célula eletroquímica que dá origem a uma corrente elétrica. Nesse caso específico, o \ce{CO2} produzido é, então, armazenado no estado líquido, no espaço deixado pelo combustível queimado, num tanque com partição móvel. Esse \ce{CO2} deve ser reutilizado ou então armazenado adequadamente na natureza. A figura ao lado mostra como funciona o esquema proposto.
a) Considerando o que se informa no texto, qual a importância, para o bom funcionamento da proposta, do uso das células de combustível em relação a motores de explosão interna (como os usados em carros convencionais e navios comuns)? Em condições ambientes, o \ce{CO2} é mais estável no estado gasoso; do ponto de vista prático, o que é preciso fazer, nas condições da proposta, para estocá-lo?
b) De acordo com o texto e a figura acima, qual fonte de combustível (1 e 2) seria classificada como carbono neutro e qual como carbono negativo. Justifique suas escolhas.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Resolução comentada
a) Num motor de combustão interna o combustível é queimado com o ar, que tem cerca de 78% de \ce{N2}. Os gases de escape saem então misturados com nitrogênio (e com o excesso de \ce{O2}), e o \ce{CO2} fica diluído, o que dificulta separá-lo e capturá-lo. Na SOFC o combustível é oxidado com oxigênio puro, extraído do ar antes da reação. Assim, o produto da oxidação é praticamente \ce{CO2} (mais água, que é facilmente separada), sem diluição em \ce{N2}. Isso permite coletar o \ce{CO2} concentrado e armazená-lo a bordo, o que é essencial para a proposta.
Para estocar o \ce{CO2}, que nas condições ambientes é gás, é preciso liquefazê-lo, isto é, comprimi-lo (aumentar a pressão), podendo também resfriá-lo. Assim ele ocupa um volume pequeno e cabe no espaço deixado pelo combustível consumido, no tanque de partição móvel.
Resposta: a SOFC usa \ce{O2} puro, então o \ce{CO2} sai concentrado, sem \ce{N2}, o que facilita a captura; para estocá-lo é preciso liquefazê-lo, por compressão (e/ou resfriamento).
b) Fonte 2 (biocombustível): carbono neutro. As plantas que originam o biocombustível retiram \ce{CO2} da atmosfera na fotossíntese (seta na figura). O \ce{CO2} liberado na oxidação do biocombustível devolve à atmosfera o que foi retirado, e o balanço fica nulo. Se esse \ce{CO2} é capturado e armazenado, como na proposta, o balanço fica negativo. Portanto, o biocombustível com captura é, na verdade, carbono negativo.
O enunciado pede uma fonte para cada classificação, e a figura mostra captura de \ce{CO2} nos dois casos. Com captura, o combustível fóssil (Fonte 1) tem o \ce{CO2} emitido pela queima retido, de modo que não chega à atmosfera: o carbono do petróleo, que estava fora do ciclo, é devolvido ao subsolo e não é emitido. O balanço fica então neutro, pois nada é emitido nem removido da atmosfera. Já o biocombustível, que removeu \ce{CO2} do ar e teve o \ce{CO2} da queima estocado, retira carbono da atmosfera, e o balanço é negativo.
Resposta: Fonte 1 (fóssil) é carbono neutro, pois o \ce{CO2} emitido é capturado e armazenado, sem lançar carbono novo na atmosfera; Fonte 2 (biocombustível) é carbono negativo, pois a biomassa retirou \ce{CO2} do ar e o \ce{CO2} da queima também é armazenado, com remoção líquida de carbono da atmosfera.
Assuntos: Pilhas e potencial de redução, Estados físicos e mudanças de estado, Combustíveis e fontes de energia.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: Comvest/Vestibular Unicamp 2022. Prova oficial ↗
Nos cadernos: CB 20CE 20