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Campos elétricos poderiam tornar usinas elétricas mais limpas

Um novo método para controlar o fogo poderia evitar a formação de poluentes

ClearSign Combustion Corporation
 

 

Por David Wogan

 

Uma tecnologia emergente poderia oferecer uma maneira mais eficaz de reduzir a poluição do ar de usinas elétricas. Uma empresa com sede em Seattle, chamada ClearSign Combustion, demonstrou como manipular chamas usando campos elétricos de alta voltagem para evitar que a poluição chegue a se formar.

Grande parte da poluição do ar produzida pelas usinas elétricas movidas a combustíveis fósseis é resultado da combustão imperfeita. Regiões mais quentes de uma chama aumentam as reações entre o combustível e as moléculas de ar, e levam à formação de poluentes comuns da atmosfera, como óxidos de nitrogênio (ou NOx, precursores do smog),  monóxido de carbono (CO) e matéria particulada.

Poluentes normalmente são removidos após a combustão e antes de gases de exaustão serem liberados na atmosfera. Os restos da combustão podem ser enviados de volta para oxidar qualquer combustível remanescente ou passados por um processo químico que remove compostos indesejados (usando amônia e um catalisador) – consumindo grandes quantidades de energia no processo. “Nós precisamos de energia. Esse é um negócio sério”, declara Michael Frenklach, professor de engenharia mecânica da University of California, Berkeley. “Cientistas que conduzem pesquisas sobre combustão estão basicamente tentando responder a pergunta: como fazer isso de maneira mais eficaz?”

A combustão pode ser melhorada com a manipulação de partículas eletricamente carregadas (íons) em uma chama para evitar a formação de regiões mais quentes – e, portanto, de poluentes. No começo deste ano, engenheiros da ClearSign Combustion demonstraram como um campo elétrico de alta voltagem pode controlar a forma e a intensidade de uma chama usando uma pequena quantidade de energia: menos de um décimo de porcento da saída total de energia de uma fornalha.

Resultados iniciais sugerem que a combustão controlada com campos elétricos pode levar a uma eficácia maior, se comparada a métodos convencionais. Um formato mais uniforme nas chamas significa que menos combustível é desperdiçado e menos fuligem é enviada para a atmosfera, ao mesmo tempo em que mais calor é transferido para superfícies adjacentes (como boilers ou permutadores de calor para processos de tratamento de óleo cru, por exemplo).

A maior economia energética, no entanto, poderia vir da redução ou eliminação da necessidade por sistemas convencionais de poluição pós-combustão  (como catalisadores baseados em amônia). A empresa alega que sua tecnologia pode levar melhorias gerais de até 30% ao sistema, com reduções comparáveis nas emissões.

 

Os testes usaram um boiler típico de refinaria pequena (entre um e dois milhõs de unidades térmicas britânicas por hora, ou MMBTU/h), e alcançaram reduções simultâneas de NOx, CO e fuligem – em geral,  uma tarefa difícil. “Normalmente, uma redução em um desses elementos vem à custa de outro”, explica Frenklach. “Se você reduzir a fuligem, o NOx aumenta. Se diminui o NOx, aumenta a fuligem. Nós sempre temos que enfrentar essa dicotomia”.

Nos testes, emissões de NOx foram reduzidas a duas partes por milhão (ppm) –superando os padrões mais estritos do país para a smog. No Distrito de Administração da Qualidade do Ar da Costa Sul, no estado da Califórnia, boilers industriais entre 20 e 50 MMBTU/h devem reduzir suas emissões de NOx formadores de smog para menos de nove ppm até julho de 2014, e menos de cinco ppm até janeiro de 2016. Grupos industriais preveem que esses limites logo serão exigidos em outras áreas do país, seguidos por padrões nacionais.

A mistura de ar e combustível na câmara de combustão também reduz a matéria particulada fina, ou fuligem, que é um produto da combustão incompleta; menos partículas de fuligem se formam se mais combustível for queimado. Partículas de fuligem que acabam se formando com esse sistema geralmente são grandes o suficiente para serem coletadas e removidas com tecnologias acessíveis, como separadores ciclônicos. Partículas com menos de 10 mícrons de diâmetro, no entanto, são preocupantes porque podem ser inaladas e se acumular no sistema respiratório. A matéria particulada fina com menos de 2,5 mícrons (cerca de um sétimo da espessura de um fio de cabelo humano) que fica suspensa no ar é considerada perigosa por ser pequena o suficiente para atravessar as passsagens dos pulmões humanos.

Essa tecnologia também poderia ser adequada para mercados como o da China, onde a poluição do ar urbano frequentemente atinge níveis perigosos. No começo deste mês, a smog paralisou Xangai, onde o índice de poluição ficou “23 e 31 vezes”acima dos níveis recomendados por oficiais internacionais da saúde.

Mas a ClearSign ainda enfrenta desafios para adaptar a tecnologia atual para fornalhas e boilers maiores, ao mesmo tempo em que mantém uma mistura eficaz de ar-combustível e baixo uso de energia.

A empresa planeja testar câmaras de combustão com valores entre cinco e 10 MMBTU/h, como os usados para pequenas usinas elétricas. “Nós começamos com chamas que não eram muito maiores que meu dedo mínimo”, conta Joe Colannino, diretor técnico da ClearSign. “Se conseguirmos obter o mesmo tipo de resultados que vemos a um milhão de Btus por hora,a cinco [milhões] e 10 milhões de Btus por hora, estaremos prontos para o mercado”.