Remoção de dióxido de carbono

Lucas Carvalho, Isabela Schmidt Tagomori, Clarissa Bergman Fonte, Eduardo Müller Casseres e Roberto Schaeffer 23 mar 2023(atualizado 10 mai 2023 às 14h40)

termos do glossário em fonte preta sobre fundo verde

Com as mudanças climáticas em evidência, discussões relativas à necessidade de um futuro com emissões negativas de CO2 têm se tornado mais relevantes. Mas do que estamos falando exatamente? Entenda neste glossário

O aquecimento global é resultado de contínuas emissões de origem antrópica de GEE (gases de efeito estufa) desde o início da Revolução Industrial, com destaque para o período pós-1950. Assim, as primeiras discussões internacionais sobre o tema (principalmente a partir dos anos 1990) se concentraram no potencial de redução das emissões globais de GEE.

Diante do nosso insucesso em reduzir tais emissões ao longo das últimas três décadas (ao contrário, as emissões anuais de CO₂ cresceram em média 1,5% a.a. desde 1990), estratégias baseadas em reduções graduais não são mais suficientes para se limitar a mudança do clima a níveis relativamente seguros. Para uma chance razoável de se limitar o aquecimento médio do planeta a não mais de 1,5°C, reduções anuais médias de emissão líquida da ordem de 8% serão necessárias ao longo das próximas décadas.

Por isso, fala-se hoje não apenas em se deixar de emitir CO₂, mas também em se promover a captura desse gás: ao se retirar carbono da atmosfera ou da biosfera, cria-se uma espécie de “emissão negativa”, que teria o importante papel de frear o aquecimento do planeta. As atividades humanas que têm por objetivo a remoção de CO₂, repletas de nuances e riscos, são o tema deste glossário.

Alcalinização de oceanos
A abordagem de alcalinização de oceanos envolve a adição de compostos básicos à superfície do mar ou a regiões costeiras, de forma que a ação das ondas os disperse na água. Tais compostos incluem minerais ou mesmo substâncias artificiais, produzidas industrialmente, que aumentam a capacidade do oceano de fixar carbono. No caso da adição de minerais, a alcalinização dos oceanos pode ser entendida como um tipo de intemperismo aprimorado.
Esses compostos, então, reagem com a água e com o CO₂, removendo-o do ar. Além disso, a estratégia de alcalinização também pode contribuir para contrabalancear a acidez das águas dos oceanos. Entretanto, ainda que a química das reações seja bem conhecida, a tecnologia necessária para isso se encontra ainda em estágios iniciais de pesquisa e desenvolvimento. Entre os desafios está a necessidade de melhor conhecimento de efeitos colaterais da estratégia no ambiente marinho.
Captura direta do ar (DAC)
A expressão “captura direta do ar” – do inglês, Direct Air Capture (DAC) – designa tecnologias capazes de remover CO₂ da atmosfera. Enquanto alguns processos visam capturá-lo quando emitido de forma concentrada (por exemplo em operações industriais), a DAC permite a retirada do gás que já se encontra distribuído no ar. Para isto, dois tipos de tecnologias são possíveis: via absorção ou via adsorção. No primeiro caso, o ar entra em contato com uma solução de compostos básicos como o hidróxido de sódio ou de potássio, capazes de reagir com o CO₂ e capturá-lo. No segundo caso, esta retirada ocorre pelo contato do ar com um material sólido capaz de se ligar ao CO₂. De uma forma ou de outra, o gás capturado pode ser destinado a algum uso, incluindo aplicações tradicionais como a produção de bebidas gaseificadas ou aplicações atualmente em estágio de pesquisa e desenvolvimento, como a síntese de combustíveis. Entretanto, para que seja permanentemente removido da atmosfera, o CO₂ deve ser armazenado após a captura, por exemplo em formações geológicas. Nesse caso, é usual falar-se em DACCS (do inglês Direct Air Capture with Carbon Storage), ou seja, captura direta do ar com armazenamento de carbono.
Atualmente, há cerca de 20 plantas de DAC funcionando globalmente, a maioria em escala piloto ou rumo à comercialização. Destacam-se a empresa canadense Carbon Engineering, que opera a tecnologia de absorção, e a suíça Climeworks, especialista em adsorção. Esta última é detentora da maior unidade atualmente em operação no mundo. Conhecida pelo nome “Orca”, a planta começou a operar em 2021 na Islândia, e consegue remover 4.000 toneladas de CO₂ anualmente do ar. Para efeito de comparação, em um ano, um único navio mercante de grande porte emite cerca de 10.000 toneladas de CO₂.
Captura e armazenamento de carbono (CCS)
O termo “captura e armazenamento de carbono” – do inglês, Carbon Capture and Storage (CCS) – se refere a processos que promovem a separação, o condicionamento e o transporte de uma corrente relativamente concentrada de CO₂ para seu armazenamento, por um longo período, em um sítio de armazenamento adequado (por exemplo, formações geológicas). A corrente de CO₂ pode ser proveniente de plantas de geração de energia termelétrica ou de unidades industriais, de fontes fósseis ou biogênicas. Quando o CO₂ capturado é proveniente de uma fonte biogênica, utiliza-se o termo bioenergia com captura e armazenamento de carbono – do Inglês, Bioenergy and Carbon Capture and Storage (BECCS).
Captura e utilização de carbono (CCU)
O termo “captura e utilização de carbono” – do inglês, Carbon Capture and Utilisation (CCU) – se refere a processos que promovem a separação e o condicionamento de correntes de CO₂ para seu posterior uso como insumo em outros processos. Alguns exemplos de processos que podem utilizar CO₂ capturado incluem a produção de bebidas gaseificadas, a produção de materiais, insumos químicos e combustíveis sintéticos, e a recuperação avançada de petróleo (em que a corrente de CO₂ atua como fluido de trabalho).
Ciclo do carbono
O carbono é a base da vida na Terra, sendo necessário para a formação de moléculas complexas, como as proteínas.
O ciclo do carbono é o conjunto de fluxos desse elemento, sob várias formas, através da atmosfera, hidrosfera, biosfera e litosfera. A maior parte do carbono terrestre se encontra em rochas/sedimentos (incluindo combustíveis fósseis) e em regiões oceânicas abissais. O restante está presente no solo, na atmosfera ou nas diferentes formas de vida.
Ao longo dos últimos 800 mil anos, os fluxos de carbono entre os estoques do primeiro grupo (rochas, sedimentos e regiões abissais) tipicamente ocorreram de forma gradual, numa escala de tempo geológica (~100 milhões de toneladas de carbono por ano). Essas transformações são conhecidas como ciclo lento do carbono.
Já os estoques do segundo grupo (atmosfera, seres vivos e solo) sempre mudaram com muito mais rapidez, estando associados ao que se chama de ciclo rápido do carbono (que movimenta ~10 bilhões de toneladas de carbono por ano). As emissões causadas por atividades humanas desde o século 19 quebraram essa dinâmica, pois envolveram (e continuam a envolver) a conversão de carbono geológico (combustíveis fósseis), outrora vinculado ao ciclo lento, em carbono atmosférico. Essa percepção evidencia o caráter inédito do aquecimento global dos últimos 150 anos.
Emissões líquidas de CO2
Correspondem à diferença entre as emissões reais de CO₂ e a quantidade capturada por meio de CDR ao longo do mesmo período (ou seja, emissões líquidas = emissões totais – captura). Atualmente, faz pouca diferença falar em emissões totais ou líquidas de CO₂, já que a ordem de grandeza da captura é irrelevante frente às 40 bilhões de toneladas emitidas anualmente.
Por outro lado, em uma possível situação em que essas magnitudes sejam comparáveis, a distinção entre os conceitos será crucial. Enquanto as emissões totais forem superiores à captura, tem-se uma situação de emissões líquidas positivas (e, portanto, aquecimento do planeta). Quando o montante capturado equivale às emissões totais, tem-se a situação de emissões líquidas zero de CO₂. Finalmente, no caso de a captura superar as emissões totais, diz-se que as emissões líquidas são negativas.
Emissões líquidas zero de CO2 (Net zero CO2)
A expressão “emissões líquidas zero de CO₂” pode ser definida para diversos tipos de entidade: empresas, setores econômicos, cidades, países, regiões ou para o mundo como um todo.
A condição de emissão líquida zero de CO₂é definida pela situação em que a captura de CO₂ (emissões negativas) de determinada entidade se iguala às suas emissões brutas/positivas, proporcionando emissões líquidas de CO₂ iguais a zero.
De forma geral, cenários de mitigação profunda têm indicado a necessidade de se atingir globalmente a condição de emissões líquidas zero de CO₂ entre 2035 e 2075. Contudo, cabe frisar que fortes reduções das emissões anuais são mais importantes do que a determinação arbitrária de um ano específico para o atingimento de emissões líquidas zero de CO₂.
Emissões líquidas zero de GEE (Net zero GHG)
O conceito de emissões líquidas zero de GEE é uma extensão da ideia de emissões líquidas zero de CO₂ (que, por sua vez, é mais disseminado devido ao protagonismo do dióxido de carbono no aquecimento global).
Assim como a condição de emissões líquidas zero de CO₂ ocorre quando as emissões positivas e negativas de CO2 se igualam, a condição de emissões líquidas zero de GEE corresponde à situação em que as emissões brutas/positivas de gases de efeito estufa se igualam às emissões negativas. Duas ressalvas são importantes no caso das emissões líquidas zero de GEE.
Em primeiro lugar, é preciso lembrar que falar em GEE implica tratar de diversos gases (notadamente CO₂, CH₄ e N₂O) e, assim, existe a necessidade de se convencionar uma métrica comum. Em geral, utilizam-se as emissões de CO₂ equivalente (CO₂eq ou CO₂e), que se baseiam no potencial de aquecimento global (GWP, do inglês Global Warming Potential) dos diferentes gases.
Além disso, cabe ressaltar que, enquanto emissões positivas de CO₂ equivalente podem advir de qualquer GEE, emissões negativas de CO₂ equivalente são, na prática, emissões negativas de CO₂ apenas.
Fertilização de oceanos
A fertilização de oceanos é uma proposta que envolve a adição de nutrientes à superfície marinha, de forma a aumentar a atividade fotossintética do fitoplâncton e, portanto, o consumo de CO₂ neste processo. A hipótese é de que o carbono absorvido pela população de fitoplâncton fica armazenado uma vez que esses organismos morrem e são levado às profundezas do oceano.
Em geral, a fotossíntese é limitada pela disponibilidade de nutrientes como ferro (Fe), fósforo (P) e nitrogênio (N), que podem, então, ser acrescidos ao oceano. O ferro é o componente limitante em pelo menos um terço dos oceanos, de forma que há extenso potencial para sua adição. A estratégia ainda se encontra em nível de pesquisa e desenvolvimento, e um importante desafio é a quantificação do carbono que chega ao oceano profundo. Na prática, devido aos possíveis impactos ambientais, atividades de fertilização de oceanos são reguladas por diferentes normas, o que de fato impede o seu desenvolvimento comercial atualmente.Assim como a condição de emissões líquidas zero de CO₂ ocorre quando as emissões positivas e negativas de CO₂ se igualam, a condição de emissões líquidas zero de GEE corresponde à situação em que as emissões brutas/positivas de gases de efeito estufa se igualam às emissões negativas. Duas ressalvas são importantes no caso das emissões líquidas zero de GEE.
Em primeiro lugar, é preciso lembrar que falar em GEE implica tratar de diversos gases (notadamente CO₂, CH₄ e N₂O) e, assim, existe a necessidade de se convencionar uma métrica comum. Em geral, utilizam-se as emissões de CO₂ equivalente (CO₂eq ou CO₂e), que se baseiam no potencial de aquecimento global (GWP, do inglês Global Warming Potential) dos diferentes gases.
Além disso, cabe ressaltar que, enquanto emissões positivas de CO₂ equivalente podem advir de qualquer GEE, emissões negativas de CO₂ equivalente são, na prática, emissões negativas de CO₂ apenas.
Florestamento
De forma similar ao Reflorestamento, o Florestamento também é uma intervenção praticada ou induzida pelo homem, por meio de semeadura, plantio, ou condução dos recursos vegetais com a finalidade de se criar uma floresta. Contudo, diferencia-se do primeiro em razão de se tratar da conversão de áreas que historicamente não continham floresta. Esse intervalo de tempo estipulado é de 50 anos. Ou seja, trata-se de criar um novo uso da terra para uma dada área, tornando-a uma floresta.
Embora o plantio de árvores tenha aceitação social, no caso do Florestamento, se implementado de maneira inapropriada (i.e., sem observação de critérios ecológicos e circunstâncias locais, por exemplo), pode-se gerar impactos socioeconômicos e ambientais adversos. Um exemplo é a implantação de florestas em ecossistemas não florestais (ex: formações campestres). Sua adoção em larga escala pode ocasionar conflitos com a biodiversidade, segurança alimentar e hídrica, direitos de povos indígenas e conflitos por posse da terra.
Florestamento, Reflorestamento e Sequestro de Carbono pelo Solo têm em comum o processo de remoção, que é categorizado como biológico terrestre. Além disso, entre os demais CDR aqui apresentados, apenas os 3 são reconhecidos como métodos amplamente praticados.
Intemperismo melhorado (Enhanced weathering)
O intemperismo é o processo natural de desintegração de rochas, solos e minerais, e pode ocorrer de forma física, química ou biológica. O intemperismo químico, por sua vez, envolve diferentes mecanismos, incluindo processos de carbonatação, isto é, reações envolvendo o CO₂. Em última instância, isto resulta na remoção desse gás da atmosfera. Entretanto, esta transformação ocorre de forma lenta, e sua aceleração artificial – ou intemperismo aprimorado – pode aumentar a absorção de carbono.
A técnica envolve a distribuição de grandes quantidades de material rochoso especialmente selecionado e finamente triturado por extensas áreas terrestres, costeiras ou mesmo pela superfície dos oceanos. Carbonatos e bicarbonatos resultantes no processo podem ser aplicados ao solo. Entretanto, a estratégia ainda se encontra em nível de pesquisa e desenvolvimento, enfrentando desafios como altos custos envolvidos e potenciais impactos ambientais associados à mineração, trituração e distribuição de rochas em grande escala.
Neutralidade de carbono
No contexto de uma região, setor ou empresa específica, o conceito de neutralidade de carbono é mais flexível do que aquele de emissões líquidas zero de CO₂. Quando se fala em algo, alguém ou algum lugar neutro em carbono, não se espera obrigatoriamente a condição de emissões líquidas iguais a zero, mas frequentemente uma compensação de emissões. Em resumo, pode-se dizer que ser neutro em carbono representa menos ambição do que atingir emissões líquidas zero de CO₂. Já em escala global, a neutralidade de carbono é um sinônimo de emissões líquidas zero de CO₂.
Reflorestamento
É a conversão para floresta de terra que previamente conteve floresta, mas foi convertida para outro uso. É tornar em floresta novamente algo que já foi floresta no passado. Trata-se de uma intervenção praticada ou induzida pelo homem, por meio de semeadura, plantio, ou condução dos recursos vegetais, que tem por fim o reestabelecimento do uso da terra florestal.
Remoção de dióxido de carbono (CDR)
A expressão “remoção de dióxido de carbono” – do inglês, Carbon Dioxide Removal (CDR) – designa o conjunto de atividades humanas que buscam retirar CO₂ da atmosfera e armazená-lo de forma duradoura em reservatórios geológicos e terrestres, nos oceanos ou em produtos industriais.
Assim, a definição de CDR inclui manipulações antrópicas de sumidouros biológicos (e.g., fertilização de oceanos) e geológicos (e.g., intemperismo melhorado), bem como a tecnologia de DACCS. Por outro lado, essa definição exclui a captura natural de CO2 (não causada diretamente por atividades humanas).
Sequestro de carbono pelo solo (SCS)
O sequestro de carbono em questão é se dá pela transferência de CO₂ da atmosfera para os solos, resultando em uma remoção liquida de CO₂.
Os solos são o maior reservatório de carbono terrestre, e esse estoque compreende tanto o carbono orgânico do solo quanto a fração inorgânica (SOC e SIC, da sigla em inglês, respectivamente). O sequestro de carbono pelos solos envolve o aumento dos estoques de ambas as frações. Contudo, devido às limitações de conhecimento sobre as contribuições do SIC para a remoção de CO₂, o sequestro de carbono pelos solos é focado no aumento de carbono na fração orgânica (SOC). Esse processo se dá através do aumento e armazenamento do carbono num longo prazo (maior de 20 anos) no solo, em formas estáveis de matéria orgânica.
O SCS se dá através de alterações no manejo que aumentam o conteúdo de carbono no solo. O manejo em questão abarca uma série de práticas no uso da terra, tais como plantio direto, cobertura do solo e rotação de culturas. Neste sentido, o SCS é visto como uma medida relacionada a áreas cultivadas, principalmente aquelas conhecidas por apresentar lacunas de produtividade ou histórico de perda de carbono orgânico, onde a implementação de melhores práticas agrícolas poderia impulsionar a remoção de carbono.
Segundo a Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), 15 países concentram 50% do potencial global de sequestro de carbono (SOC) através do manejo sustentável do solo. O Brasil é o primeiro da lista, apresentando a maior taxa de sequestro, 71.54 Mt C por ano, que compreende 12.7% do total.
O aumento de carbono no solo é benéfico para mitigação das mudanças climáticas, mas não apenas isso. O SCS promove melhorias na saúde dos solos, reduz a vulnerabilidade de solos a erosão e degradação, que por sua vez, tem consequências positivas para outros desafios globais, como o enfrentamento à insegurança alimentar.

Lucas Carvalho é graduado em engenharia florestal pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ). É mestre pelo PPE (Programa de Planejamento Energético) da COPPE/UFRJ, onde atualmente cursa doutorado. Busca compreender a relação entre medidas de mitigação de emissões de gases de efeito estufa referentes ao uso da terra e biodiversidade.

Isabela Schmidt Tagomori é engenheira química pela Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (EQ/UFRJ) e doutora em planejamento energético pela COPPE/UFRJ. Atualmente é pesquisadora no setor de clima e energia da Agência de Avaliação Ambiental dos Países Baixos (PBL Netherlands Environmental Assessment Agency), gerenciando projetos que investigam clima, energia e uso do solo, e política climática internacional.

Clarissa Bergman Fonte é engenheira química pela Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (EQ/UFRJ) e mestre em Planejamento Energético pela COPPE/UFRJ. Atualmente, é aluna de doutorado no mesmo programa e pesquisadora do Centro de Economia Energética e Ambiental (Cenergia/COPPE/UFRJ). Seus principais focos de pesquisa são possibilidades de adaptação de refinarias de petróleo ao contexto de transição energética, combustíveis e materiais renováveis, hidrogênio renovável e tecnologias de emissão negativa.

Eduardo Müller Casseres é engenheiro eletricista pela UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), engenheiro generalista pela Ecole des Mines de Douai e mestre em planejamento Energético pela COPPE/UFRJ (Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia da UFRJ). Atualmente, é doutorando na mesma instituição. Atuou como pesquisador visitante na Agência de Avaliação Ambiental dos Países Baixos e como cientista assistente do AR6, o sexto relatório de avaliação do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). Desenvolve sua pesquisa na área de modelagem energética e mitigação climática.

Roberto Schaeffer é engenheiro eletricista pela Universidade Federal do Paraná (UFRJ), mestre em engenharia nuclear e planejamento energético pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ), e PhD em política energética pela University of Pennsylvania. Atualmente é Professor Titular do Programa de Planejamento Energético da COPPE/UFRJ, Editor-Associado da revista científica internacional "Energy", e Membro Titular da Academia Brasileira de Ciências. Já orientou mais de 150 teses de Mestrado e de Doutorado, e publicou mais de 160 artigos científicos em revistas internacionais.