co2 – FSM 2009 Amazônia

O que é aquecimento global?

O planeta está aquecendo. Tanto a terra como os oceanos estão mais quentes agora do que os registos que começaram em 1880, e as temperaturas ainda continuam a subir. Este aumento de temperatura, em poucas palavras, é o aquecimento global.

A temperatura média da superfície subiu um total de 1,71 graus Fahrenheit (0,95 graus Celsius) entre 1880 e 2016. O ritmo de mudança tem sido de 0,13 graus F (0,07 graus C) por década, com o aquecimento da superfície terrestre mais rápido que a superfície oceânica – 0,18 graus F (0,10 graus C) versus 0,11 graus F (0,06 graus C) por década, respectivamente.

O Acordo de Paris, ratificado por 159 nações a partir do verão de 2017, visa deter esse aquecimento a 2,7 graus F (1,5 graus C) acima da temperatura média da Terra durante a época pré-industrial – um objetivo que a maioria dos cientistas e formuladores de políticas concordam que será um desafio a ser cumprido. (Os Estados Unidos participaram na elaboração desse tratado não vinculativo sob a presidência de Barack Obama, mas o presidente Donald Trump disse que sua administração não participará). Eis como a humanidade conseguiu aquecer o planeta.

O principal motor do aquecimento de hoje é a combustão de combustíveis fósseis. Estes hidrocarbonetos aquecem o planeta através do efeito estufa, que é causado pela interação entre a atmosfera da Terra e a radiação solar que chega. A física básica do efeito estufa foi descoberta há mais de cem anos por um cara inteligente usando apenas lápis e papel, segundo Josef Werne, professor de geologia e ciência ambiental da Universidade de Pittsburgh, ao Live Science.

Esse “cara esperto” foi Svante Arrhenius, um cientista sueco e eventual ganhador do Prêmio Nobel. Simplificando, a radiação solar atinge a superfície da Terra e, em seguida, salta de volta para a atmosfera como calor. Os gases na atmosfera prendem esse calor, impedindo que ele escape para o vazio do espaço (boas notícias para a vida no planeta). Em um trabalho apresentado em 1895, Arrhenius descobriu que gases de efeito estufa como o dióxido de carbono poderiam aprisionar o calor perto da superfície da Terra – e que pequenas mudanças na quantidade desses gases poderiam fazer uma grande diferença na quantidade de calor aprisionado.

Desde o início da revolução industrial, os seres humanos têm vindo a alterar rapidamente o equilíbrio dos gases na atmosfera. A queima de combustíveis fósseis como carvão e petróleo liberta vapor de água, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), ozono e óxido nitroso (N2O) – os principais gases com efeito de estufa. O dióxido de carbono é o gás com efeito de estufa mais comum. Entre cerca de 800.000 anos atrás e o início da Revolução Industrial, sua presença na atmosfera era de cerca de 280 partes por milhão (ppm). Hoje, é de cerca de 400 ppm. (Este número significa que há 400 moléculas de dióxido de carbono no ar por cada milhão de moléculas de ar).

Os níveis de CO2 não têm sido tão altos desde a época do Plioceno, que ocorreu entre 3 milhões e 5 milhões de anos atrás, de acordo com a Scripps Institution of Oceanography.

O CO2 entra na atmosfera por uma variedade de rotas. A queima de combustíveis fósseis libera CO2 e é de longe a principal forma de aquecimento do planeta pelas emissões americanas. De acordo com o relatório 2015 da EPA, a queima de combustíveis fósseis nos EUA, incluindo a geração de eletricidade, libera anualmente pouco mais de 5,5 bilhões de toneladas (5 bilhões de toneladas métricas) de CO2 para a atmosfera. Outros processos – como o uso não energético de combustíveis, a produção de ferro e aço, a produção de cimento e a incineração de resíduos – impulsionam a emissão total anual de CO2 nos EUA para quase 6 bilhões de toneladas (5,5 bilhões de toneladas métricas).

O desmatamento também é um grande contribuinte para o excesso de CO2 na atmosfera. Na verdade, o desmatamento é a segunda maior fonte antropogênica (de origem humana) de dióxido de carbono, segundo pesquisa publicada pela Universidade Duke. Quando as árvores são mortas, elas liberam o carbono que armazenaram durante a fotossíntese. De acordo com o Global Forest Resources Assessment 2010, o desmatamento libera quase um bilhão de toneladas de carbono para a atmosfera por ano.

O metano é o segundo gás de efeito estufa mais comum, mas é muito mais eficiente na captura de calor. Em 2012, o gás foi responsável por cerca de 9% de todas as emissões de gases de efeito estufa nos EUA, de acordo com a EPA. A EPA informa que o metano tem um impacto 20 vezes maior do que o dióxido de carbono nas mudanças climáticas durante um período de 100 anos.

O metano pode vir de muitas fontes naturais, mas os seres humanos causam uma grande parte das emissões de metano através da mineração, do uso do gás natural, da criação em massa de gado e do uso de aterros sanitários, de acordo com o Inventário de Emissões de Gases de Efeito Estufa dos EUA e o relatório Sinks de 1990 a 2012. Na verdade, segundo a EPA, os seres humanos são responsáveis por mais de 60 por cento das emissões de metano.

Quais são os efeitos do aquecimento global?

Aquecimento global não significa apenas aquecimento – e é por isso que “mudança climática” se tornou o termo tendência entre pesquisadores e formuladores de políticas. Enquanto o globo está se tornando mais quente em média, este aumento de temperatura pode ter efeitos paradoxais, como tempestades de neve mais graves. Há várias grandes formas de as mudanças climáticas poderem e afetarem o globo: derretendo o gelo, secando áreas já áridas, causando extremos climáticos e perturbando o delicado equilíbrio dos oceanos.

Talvez o efeito mais visível das mudanças climáticas até agora seja o derretimento das geleiras e do gelo marinho. Os lençóis de gelo têm recuado desde o fim da última Era Glacial há cerca de 11.700 anos, mas o aquecimento do último século acelerou o seu desaparecimento. Um estudo de 2016 concluiu que há 99% de chance de que o aquecimento global tenha causado o recente recuo das geleiras; na verdade, a pesquisa mostrou que esses rios de gelo recuaram 10 a 15 vezes a distância que teriam se o clima tivesse se mantido estável. O Parque Nacional Glaciar em Montana tinha 150 glaciares no final do século XIX. Hoje tem 26. A perda de geleiras pode causar a perda de vidas humanas quando represas geladas que retêm lagos glaciares se desestabilizam e rebentam, ou quando avalanches causadas por vilas instáveis de gelo enterram aldeias.

No Pólo Norte, o aquecimento avança duas vezes mais rapidamente do que nas latitudes médias, e o gelo marinho mostra a tensão. A queda e o gelo de inverno no Ártico atingiram recordes de baixas tanto em 2015 como em 2016, o que significa que a extensão de gelo não cobriu tanto do mar aberto como anteriormente observado. Segundo a NASA, as 13 menores extensões máximas de gelo marinho no Ártico aconteceram nos últimos 13 anos. O gelo também se forma mais tarde na estação e derrete mais facilmente na primavera. Alguns cientistas pensam que o Oceano Árctico verá verões sem gelo dentro de 20 ou 30 anos.

Na Antártida, o quadro tem sido um pouco menos claro. A Península Antártica Ocidental está aquecendo mais rápido do que qualquer outro lugar além de algumas partes do Ártico, de acordo com a Antártica e a Coligação do Oceano Sul. A península é onde a plataforma de gelo de Larsen C acabou de se rasgar em julho de 2017, desovando um iceberg do tamanho de Delaware. O gelo marinho ao largo da Antártida é muito variável, no entanto, e algumas áreas atingiram níveis recorde nos últimos anos – embora esses níveis recordes possam ter as impressões digitais das alterações climáticas, uma vez que podem resultar da deslocação do gelo terrestre para o mar à medida que as geleiras derretem, ou de alterações relacionadas com o aquecimento do vento. Em 2017, no entanto, este padrão de gelo recorde se inverteu abruptamente, com um recorde baixo. Em 3 de março de 2017, o gelo marinho antártico foi medido em uma extensão de 71.000 milhas quadradas (184.000 quilômetros quadrados) a menos do que o mínimo anterior de 1997.

Planeta mais quente e mais seco

O aquecimento global vai mudar as coisas entre os pólos, também. Espera-se que muitas áreas já secas se tornem ainda mais secas à medida que o mundo aquece. O sudoeste e as planícies centrais dos Estados Unidos, por exemplo, devem passar por décadas de “megadutos” mais duros do que qualquer outra coisa na memória humana.

“O futuro da seca no oeste da América do Norte provavelmente será pior do que qualquer pessoa já experimentou na história dos Estados Unidos”, disse Benjamin Cook, cientista climático do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA, em Nova York, que publicou pesquisas projetando essas secas em 2015, ao Live Science. “Estas são secas que estão tão além da nossa experiência contemporânea que são quase impossíveis de se pensar”.

O estudo previu uma probabilidade de 85 por cento de secas que durariam pelo menos 35 anos na região até 2100. O principal impulsionador, segundo os pesquisadores, é a evaporação crescente da água dos solos mais quentes e quentes. Grande parte da precipitação que cai nestas regiões áridas será perdida.

Enquanto isso, a pesquisa de 2014 descobriu que muitas áreas provavelmente verão menos chuvas à medida que o clima aquecer. As regiões subtropicais, incluindo o Mediterrâneo, a Amazônia, a América Central e a Indonésia serão provavelmente as mais atingidas, que o estudo encontrou, enquanto a África do Sul, o México, a Austrália Ocidental e a Califórnia também vão secar.

Outro impacto do aquecimento global: o clima extremo. Espera-se que os furacões e tufões se tornem mais intensos à medida que o planeta aquece. Os oceanos mais quentes evaporam mais umidade, que é o motor que alimenta estas tempestades. O Painel Internacional sobre Mudanças Climáticas (IPCC) prevê que mesmo que o planeta diversifique suas fontes de energia e transições para uma economia menos intensa em combustíveis fósseis (conhecido como cenário A1B), os ciclones tropicais provavelmente serão até 11% mais intensos, em média. Isso significa mais danos causados pelo vento e pela água em costas vulneráveis. (O IPCC é uma organização internacional criada pelas Nações Unidas para informar sobre o estado da ciência das mudanças climáticas e fornecer as melhores projeções de impactos climáticos e estratégias de adaptação às projeções).

Paradoxalmente, as mudanças climáticas também podem causar tempestades de neve mais extremas. De acordo com os Centros Nacionais de Informação Ambiental, as tempestades de neve extremas no leste dos Estados Unidos se tornaram duas vezes mais comuns desde o início dos anos 1900. Novamente, o aquecimento da temperatura dos oceanos leva a um aumento da evaporação da umidade para a atmosfera. Essa umidade alimenta tempestades que atingem os Estados Unidos continental.

Alguns dos impactos mais imediatos do aquecimento global estão sob as ondas. Os oceanos atuam como um sumidouro de carbono – absorvem o dióxido de carbono dissolvido. Isso não é mau para a atmosfera, mas não é bom para o ecossistema marinho. Quando o dióxido de carbono reage com a água do mar, leva a um declínio no pH, um processo conhecido como acidificação oceânica. O aumento da acidez devora as conchas de carbonato de cálcio e os esqueletos dos quais muitos organismos oceânicos dependem para sobreviver. Estes incluem mariscos, pterópodes e corais, de acordo com a NOAA.

Os corais, em particular, são o canário em uma mina de carvão para as mudanças climáticas nos oceanos. Os cientistas marinhos observaram níveis alarmantes de branqueamento dos corais, eventos em que os corais expulsam as algas simbióticas que lhes fornecem nutrientes e lhes dão as suas cores vivas. O branqueamento ocorre quando os corais estão estressados, e os fatores de estresse podem incluir altas temperaturas. Em 2016 e 2017, a Grande Barreira de Corais da Austrália experimentou eventos de branqueamento costas com costas. Os corais podem sobreviver ao branqueamento, mas eventos de branqueamento repetidos tornam a sobrevivência cada vez menos provável.

Apesar do esmagador consenso científico sobre as causas e a realidade do aquecimento global, a questão é controversa do ponto de vista político. Por exemplo, negadores das mudanças climáticas argumentaram que o aquecimento diminuiu entre 1998 e 2012, um fenômeno conhecido como o “hiato da mudança climática”.

Infelizmente para o planeta, o hiato nunca existiu. Dois estudos, um publicado na revista Science em 2015 e outro publicado em 2017 na revista Science Advances, reanalisaram os dados da temperatura dos oceanos que mostraram o abrandamento do aquecimento e descobriram que, de facto, era uma mera era de medição. Entre os anos 50 e 90, a maioria das medições da temperatura dos oceanos foi feita a bordo de barcos de pesquisa. A água era bombeada para tubulações através da casa de máquinas, que acabavam por aquecer ligeiramente a água.

Após os anos 90, os cientistas começaram a usar sistemas baseados em bóias oceânicas, que eram mais precisos, para medir a temperatura do oceano. O problema surgiu porque ninguém corrigiu a mudança nas medições entre os barcos e as bóias. Fazer essas correções mostrou que os oceanos aqueceram 0,22 graus Fahrenheit (0,12 graus Celsius) em média por década desde 2000, quase duas vezes mais rápido que as estimativas anteriores de 0,12 graus F (0,07 graus C) por década.

Um número crescente de líderes empresariais, funcionários governamentais e cidadãos privados estão preocupados com o aquecimento global e suas implicações, e estão propondo medidas para reverter a tendência.

“Enquanto alguns argumentam que ‘a Terra vai se curar’, os processos naturais para remover esse CO2 causado pelo homem da atmosfera funcionam na escala de tempo de centenas de milhares a milhões de anos”, afirmou Werne, da Universidade de Pittsburgh. “Portanto, sim, a Terra se curará, mas não a tempo de nossas instituições culturais serem preservadas como estão”. Portanto, no nosso próprio interesse, devemos agir de uma forma ou de outra para lidar com as mudanças climáticas que estamos causando”.

O esforço mais ambicioso para evitar o aquecimento é o Acordo de Paris. Este tratado internacional não vinculativo entrou em vigor em Novembro de 2016. O objetivo é manter o aquecimento “bem abaixo de 2 graus Celsius acima dos níveis pré-industriais e prosseguir esforços para limitar ainda mais o aumento da temperatura a 1,5 graus Celsius”, de acordo com as Nações Unidas. Cada signatário do tratado concordou em estabelecer seus próprios limites voluntários de emissões e torná-los mais rígidos ao longo do tempo. Para os Estados Unidos sob a presidência de Obama, isso significava limitar as emissões de gases de efeito estufa a menos de 28% dos níveis de 2005 até 2025. Os cientistas climáticos disseram que os limites de emissões sugeridos até agora não manteriam o aquecimento tão baixo quanto 1,5 ou mesmo 2 graus C, mas que seria uma melhoria em relação ao cenário “business-as-usual”.

CO2: O que é, como é produzido, seu impacto no meio ambiente e seus usos

Dióxido de carbono (fórmula química CO2) é um gás incolor com uma densidade cerca de 60% superior à do ar seco. O dióxido de carbono consiste-se em um átomo de carbono que é covalentemente duplamente ligado a dois átomos de oxigênio. Ocorre naturalmente na atmosfera da Terra como um gás traço. A concentração atual é de cerca de 0,04 % vol. (410 ppm) após um aumento do nível pré-industrial de 280 ppm. As fontes naturais são vulcões, fontes termais e gêiseres, e são liberadas das rochas carbonatadas por solução em água e ácidos. Como o dióxido de carbono é solúvel em água, ele ocorre naturalmente em águas subterrâneas, rios e lagos, calotas de gelo, geleiras e água do mar. Ocorre em depósitos de petróleo e gás. O dióxido de carbono é inodoro em concentrações normais, mas apresenta um odor picante e ácido em concentrações elevadas.

Como fonte de carbono disponível no ciclo do carbono, o dióxido de carbono da atmosfera é a principal fonte de carbono para a vida na Terra e sua concentração na atmosfera pré-industrial da Terra desde o fim do Pré – Cambriano tem sido regulado por organismos fotossintéticos e fenômenos geológicos. Plantas, algas e cianobactérias usam energia da luz para fotossíntese de carboidratos de dióxido de carbono e água e produzem oxigênio como um produto residual.

CO2 é produzido por todos os organismos aeróbicos quando eles metabolizam carboidratos e lipídios para gerar energia através da respiração. É devolvido à água através das guelras dos peixes e ao ar através dos pulmões dos animais terrestres que respiram ar, incluindo os humanos. O dióxido de carbono é produzido durante a decomposição da matéria orgânica e a fermentação do açúcar na produção de pão, cerveja e vinho. É produzido pela queima de madeira e outros materiais orgânicos e combustíveis fósseis, como carvão, turfa, petróleo e gás natural. É um subproduto indesejável em muitos processos de oxidação em grande escala, por exemplo, na produção de ácido acrílico (mais de 5 milhões de toneladas/ano).

É um material industrial versátil que é utilizado, por exemplo, como gás de proteção em soldagem e extintores de incêndio, como gás comprimido em pistolas de ar e extração de óleo, como matéria-prima química e como solvente líquido supercrítico em café descafeinado e como processo de secagem supercrítico. Água potável e bebidas carbonatadas, como cerveja e vinho espumante, são adicionados para promover efervescência. A forma sólida congelada de CO2, também conhecido como gelo seco, é usado como um refrigerante e como um meio de jateamento em jateamento de gelo seco. É uma matéria-prima para a síntese de combustíveis e produtos químicos.

O dióxido de carbono é o gás com efeito de estufa de longa duração mais importante da atmosfera terrestre. Desde a Revolução Industrial, as emissões antropogênicas – principalmente devido ao uso de combustíveis fósseis e ao desmatamento – aumentaram rapidamente na atmosfera, levando ao aquecimento global. O dióxido de carbono também causa acidificação do oceano porque se dissolve na água e forma dióxido de carbono.

O dióxido de carbono foi o primeiro gás a ser chamado de substância discreta. Por volta de 1640, o químico flamengo Jan Baptist de Helmont observou que, quando o carvão era queimado num recipiente fechado, a massa das cinzas produzidas era muito menor do que a do carvão original. Sua interpretação era que o resto do carvão havia sido transformado em uma substância invisível, que ele chamou de “gás” ou “espírito silvestre” (Spiritus sylvestris).

As propriedades do dióxido de carbono foram mais exploradas pelo médico escocês Joseph Black em 1750. Ele descobriu que o calcário (carbonato de cálcio) poderia ser aquecido ou tratado com ácidos para obter um gás chamado “ar sólido”. Ele observou que o ar sólido era mais denso que o ar e não podia tolerar chamas ou vida animal. Schwarz também descobriu que se fosse soprado pela água de cal (uma solução aquosa saturada de hidróxido de cálcio), precipitaria o carbonato de cálcio. Com este fenómeno, ele ilustrou que o dióxido de carbono é produzido pela respiração animal e pela fermentação microbiana. Em 1772, o químico inglês Joseph Priestley publicou um artigo intitulado Impregnação de Água com Ar Sólido, no qual descreve um processo pelo qual o ácido sulfúrico (ou óleo de vitriol, como Priestley o chamava) é gotejado em giz para produzir dióxido de carbono e dissolver o gás, agitando uma tigela de água e colocando-a em contato com o gás.

O dióxido de carbono foi primeiro liquefeito (em alta pressão) em 1823 por Humphry Davy e Michael Faraday. A primeira descrição de dióxido de carbono sólido (gelo seco) foi dada pelo inventor francês Adrien-Jean-Pierre Thilorier, que abriu um vaso de pressão contendo dióxido de carbono líquido em 1835 para descobrir que a rápida evaporação do líquido levou ao arrefecimento e produziu uma “neve” de CO2 sólido.

A molécula de dióxido de carbono é linear e centro-simétrica. O comprimento da ligação carbono-oxigénio é 116,3 μm, significativamente mais curto do que o comprimento de ligação de uma única ligação C-O e ainda mais curto do que a maioria dos outros grupos funcionais da ligação C-O. Por ser centro-simétrica, a molécula não tem dipolo elétrico. Consequentemente, apenas duas bandas de vibração foram observadas no espectro IR – um modo de alongamento assimétrico num comprimento de onda de 2349 cm-1 e uma degeneração do modo de flexão num comprimento de onda de 667 cm-1 (comprimento de onda 15 μm). Há também um modo de alongamento simétrico a 1388 cm-1, que é observado apenas no espectro Raman.

O dióxido de carbono é incolor. Em concentrações baixas, o gás é inodoro, mas em concentrações suficientemente elevadas, apresenta um odor ácido e acentuado. À temperatura e pressão normais, a densidade do dióxido de carbono é de aproximadamente 1,98 kg/m3 , aproximadamente 1,67 vezes a densidade do ar.

O dióxido de carbono não tem estado líquido a uma pressão inferior a 5,1 atmosfera padrão (520 kPa). A 1 atmosfera (perto da pressão média ao nível do mar), o gás irá depositar-se directamente num sólido a temperaturas inferiores a -78,5 °C (-109,3 °F; 194,7 K) e o sólido irá sublimar-se directamente num gás acima de -78,5 °C. O gás será então libertado para a atmosfera a temperaturas inferiores a -78,5 °C (-109,3 °F; 194,7 K). No estado sólido, o dióxido de carbono é geralmente referido como gelo seco.

O dióxido de carbono líquido forma-se apenas a uma pressão superior a 5,1 atm; o ponto triplo do dióxido de carbono é de cerca de 5,1 bar (517 kPa) a 217 K (ver diagrama de fases). O ponto crítico é de 7,38 MPa a 31,1 °C. Outra forma de dióxido de carbono sólido que é observada a alta pressão é um sólido vítreo amorfo. Esta forma de vidro, chamada carbonia, é obtida pelo resfriamento do CO
2 a pressão extrema (40-48 GPa ou cerca de 400.000 atmosfera) numa bigorna diamantada. Esta descoberta confirmou a teoria de que o dióxido de carbono poderia existir num estado de vidro semelhante ao de outros membros da família elementar, como o silício (vidro de quartzo) e o dióxido de germânio. Ao contrário dos vidros de sílica e de germânia, no entanto, o vidro de carbonia não é estável à pressão normal e retorna ao gás quando a pressão é aliviada.

Em temperaturas e pressões acima do ponto crítico, o dióxido de carbono se comporta como um líquido supercrítico chamado dióxido de carbono supercrítico. Neste estado (a partir de 2018) passa a produzir electricidade.

O dióxido de carbono pode ser extraído do ar por destilação, mas o processo é ineficiente. Do ponto de vista industrial, o dióxido de carbono é principalmente um produto residual não utilizado que é gerado por diferentes métodos e que pode ser utilizado em diferentes escalas.

A combustão de todos os combustíveis à base de carbono, como o metano (gás natural), destilados de petróleo (gasolina, gasóleo, querosene, propano), carvão, madeira e compostos orgânicos genéricos produz dióxido de carbono e, excepto no caso do carbono puro, água. Por exemplo, a reação química entre metano e oxigênio:

CH4 + 2 O2→ CO2+ 2 H2O

É produzido por decomposição térmica de calcário, CaCO, etc, por aquecimento (calcinação) a cerca de 850 °C (1 560 °F) na produção de cal viva (óxido de cálcio, CaO), um composto que é utilizado em muitas aplicações industriais:

CaCO3→ CaO + CO2

Em um alto-forno, o ferro de seus óxidos é reduzido usando coque, produzindo ferro-gusa e dióxido de carbono:

O dióxido de carbono é um subproduto da produção industrial de hidrogénio através do reforming a vapor e da reacção de deslocação do gás de água na produção de amoníaco. Estes processos começam com a reação da água e do gás natural (principalmente metano). Trata-se de uma fonte importante de dióxido de carbono com segurança alimentar para utilização na carbonatação de cerveja e refrigerantes e é também utilizada em animais intoxicantes, como as aves de capoeira. No verão de 2018, a Europa enfrentou uma escassez de dióxido de carbono para estes fins, devido ao encerramento temporário de várias instalações de manutenção do amoníaco.

Os ácidos liberam CO2 da maioria dos carbonatos metálicos. Consequentemente, pode ser obtido diretamente a partir de fontes naturais de dióxido de carbono, onde é produzido pela acção de água acidificada sobre calcário ou dolomite. A reação entre o ácido clorídrico e o carbonato de cálcio (calcário ou calcário) é apresentada a seguir:

CaCO3+ 2 HCl → CaCl2+ H2CO3

Dióxido de carbono (H2CO3) então decompõe-se em água e CO2:

H2CO3→ CO2+ H2O

Estas reações são acompanhadas de formação de espuma ou de formação de bolhas ou de ambas quando o gás é libertado. São amplamente utilizados na indústria porque podem ser utilizados para neutralizar os fluxos de resíduos.

O dióxido de carbono é um subproduto da fermentação do açúcar no fabrico de cerveja, whisky e outras bebidas alcoólicas e na produção de bioetanol. A levedura digere o açúcar para reduzir as emissões de CO e etanol, também conhecido como álcool, como se segue:

C6H12O6 → 2CO2+ 2C2H5OH

Todos os organismos aeróbicos produzem CO2 quando oxidam hidratos de carbono, ácidos gordos e proteínas. A multiplicidade de reacções é extremamente complexa e não é fácil de descrever. Ver (respiração celular, respiração anaeróbica e fotossíntese). A equação para a respiração de glicose e outros monossacarídeos é:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Os organismos anaeróbios decompõem a matéria orgânica que produz metano e dióxido de carbono juntamente com vestígios de outros compostos. Independentemente do tipo de matéria orgânica, a produção de gases segue um padrão cinético precisamente definido. Cerca de 40-45% do dióxido de carbono consiste no gás produzido pela degradação do aterro (o chamado gás de aterro). A maioria dos restantes 50-55% é metano.

O dióxido de carbono é utilizado nas indústrias alimentar, petrolífera e química. O composto tem muitas aplicações comerciais, mas uma das maiores aplicações químicas é a produção de bebidas gaseificadas; acrescenta brilho às bebidas gaseificadas, como a água gasosa, a cerveja e o vinho espumante.

Quais são as utilidades do CO2?

Produtos químicos

Na indústria química, o dióxido de carbono é principalmente utilizado como constituinte na produção de ureia, enquanto uma proporção menor é utilizada na produção de metanol e de uma série de outros produtos, tais como carbonatos metálicos e bicarbonatos.

Para além dos processos convencionais em que o CO2 é utilizado para a produção química, os métodos electroquímicos também são investigados a nível da investigação. A utilização de energias renováveis para a produção de combustíveis a partir de CO2 (por exemplo, metanol) é particularmente atraente, uma vez que pode conduzir a combustíveis fáceis de transportar e de utilizar em tecnologias de combustão convencionais, mas que não emitem CO2.

Bebidas

O dióxido de carbono é utilizado para produzir refrigerantes gasosos e água com gás. Tradicionalmente, a cerveja e o vinho espumante têm sido carbonizados por fermentação natural, mas muitos fabricantes carbonizam estas bebidas com dióxido de carbono produzido pelo processo de fermentação. Para as cervejas engarrafadas e de pressão, o método mais utilizado é a carbonatação com dióxido de carbono reciclado. Com exceção da cerveja real britânica, a cerveja em barril é geralmente transferida de barris em uma câmara fria ou adega para barris com dióxido de carbono sob pressão, às vezes misturada com nitrogênio.

Viticultura

O dióxido de carbono sob a forma de gelo seco é frequentemente utilizado durante a fase da semana fria da vinificação para arrefecer as uvas logo após a vindima e evitar a fermentação espontânea por levedura selvagem. A principal vantagem de utilizar gelo seco sobre o gelo de água é que arrefece as uvas sem adicionar água extra, o que pode reduzir o teor de açúcar no mosto de uva e, consequentemente, o teor de álcool no vinho acabado. O dióxido de carbono também é usado para criar um ambiente hipóxico para a maceração do dióxido de carbono, o processo utilizado para fazer o vinho Beaujolais.

O dióxido de carbono é por vezes utilizado para encher garrafas de vinho ou outros recipientes de armazenamento, tais como barris, para evitar a oxidação, mas tem o problema de se dissolver no vinho, permitindo que um vinho que anteriormente ainda estava em repouso borbulhe facilmente. É por isso que os enólogos profissionais preferem outros gases como o nitrogênio ou o argônio para este processo.

Sedativo de animais

O dióxido de carbono é frequentemente utilizado para “atordoar” os animais antes de serem abatidos. Isto pode ser um erro, porque os animais não são imediatamente desligados e podem entrar em sofrimento.

Gás inerte

É um dos gases comprimidos mais utilizados para sistemas pneumáticos (comprimidos) em equipamentos de pressão portáteis. O dióxido de carbono também é usado como uma atmosfera de soldagem, embora ele reaja no arco para oxidar a maioria dos metais. A sua utilização na indústria automóvel é generalizada, apesar de indicações importantes de que a soldadura por dióxido de carbono é mais frágil do que a soldadura em atmosferas mais inertes, apesar de indicações importantes de que é utilizado como gás de soldadura, principalmente porque é muito mais barato do que gases inertes como o argónio ou o hélio. A sua utilização é também denominada soldadura MAG, para gás metalo-ativo, porque o CO2 pode reagir a estas temperaturas elevadas. Ele tende a produzir um lago mais quente do que atmosferas inertes reais, o que melhora as propriedades de fluxo. No entanto, isto pode ser devido a reações atmosféricas no sistema de poças. Este é geralmente o oposto do efeito desejado ao soldar, pois tende a derreter o local, mas não pode ser um problema para a soldagem geral de aços macios, onde a ductilidade final não é um grande problema.

É utilizado em muitos produtos de consumo que necessitam de gás comprimido porque é barato e não inflamável e porque sofre uma transição de fase de gás para líquido a uma pressão viável de cerca de 60 bar (870 psi, 59 atm) à temperatura ambiente, de modo que muito mais dióxido de carbono cabe num determinado recipiente do que seria de outro modo o caso. Os coletes salva-vidas muitas vezes contêm latas de dióxido de carbono sob pressão para uma inflação rápida. As cápsulas de CO2-alumínio também são vendidas como fornecimento de gás comprimido para pistolas de ar, marcadores/pistolas de paintball, pneus infláveis de bicicleta e para a produção de água gaseificada. A evaporação rápida do dióxido de carbono líquido é usada para jateamento em minas de carvão, onde altas concentrações de dióxido de carbono também podem ser usadas para controle de pragas. O dióxido de carbono líquido é usado na secagem supercrítica de certos alimentos e materiais tecnológicos, na preparação de amostras para microscopia eletrônica de varredura e na separação de grãos de café em cafeína.

Extintores de incêndio

O dióxido de carbono pode ser usado para extinguir chamas, inundando o ambiente ao redor da chama com o gás. Ela própria não reage à extinção da chama, mas morre de fome da chama de oxigénio deslocando-a. Alguns extintores de incêndio, especialmente para incêndios elétricos, contêm dióxido de carbono líquido sob pressão. Os extintores de dióxido de carbono funcionam bem em pequenos incêndios líquidos inflamáveis e elétricos, mas não em incêndios normais inflamáveis, porque excluem as substâncias em combustão do oxigênio, mas não as resfriam substancialmente, e quando o dióxido de carbono é disperso, eles são livres para inflamar em contato com o oxigênio no ar. A sua utilidade num incêndio eléctrico deriva do fato de, ao contrário da água ou de outros métodos químicos, o dióxido de carbono não provocar um curto-circuito, resultando em mais danos no equipamento.

Por ser um gás, também é fácil liberar automaticamente grandes quantidades do gás em espaços de infraestrutura de TI onde a lareira é de difícil acesso, mesmo com métodos mais diretos, pois está localizada atrás de prateleiras e em malas. O dióxido de carbono é também frequentemente utilizado como agente extintor em sistemas fixos de protecção contra incêndios para aplicação local de perigos específicos e para a inundação completa de uma área protegida. As normas da Organização Marítima Internacional também reconhecem sistemas de dióxido de carbono para proteção contra incêndios em porões de navios e salas de máquinas. Os sistemas de protecção contra incêndios à base de dióxido de carbono têm sido associados a várias mortes, uma vez que podem causar asfixia em concentrações suficientemente elevadas. Uma revisão dos sistemas de CO2 entre 1975 e a data do relatório (2000) identificou 51 incidentes, resultando em 72 mortos e 145 feridos.

CO2 supercrítico como solvente

O dióxido de carbono líquido é um bom solvente para muitos compostos orgânicos lipofílicos e é usado para remover a cafeína do café. O dióxido de carbono tem atraído a atenção das indústrias farmacêutica e de processamento químico como uma alternativa menos tóxica aos solventes convencionais, como os organoclorados. Por esta razão, também é usado por alguns limpadores químicos. É utilizado na produção de alguns aerogeles devido às propriedades do dióxido de carbono supercrítico.

Aplicações agrícolas e biológicas

As plantas precisam de dióxido de carbono para realizar a fotossíntese. As atmosferas com efeito de estufa podem (se forem grandes, devem ser enriquecidas com CO2 extra para manter e aumentar o crescimento das plantas). Em concentrações muito elevadas (100 vezes a concentração atmosférica ou superior), o dióxido de carbono pode ser tóxico para a vida animal, pelo que aumentar a concentração para 10.000 ppm (1%) ou mais durante várias horas eliminará pragas como moscas brancas e ácaros-aranha numa estufa.

Tem sido sugerido que o CO2 proveniente da geração de energia em lagoas deve ser borbulhado para promover o crescimento de algas, que podem então ser convertidas em biodiesel.

Aplicações médicas e farmacológicas

Na medicina, até 5% de dióxido de carbono (130 vezes a concentração de ar) é adicionado ao oxigênio para estimular a respiração após a apneia e para estabilizar o O.
2/CO2 no sangue.

O dióxido de carbono pode ser misturado com até 50% de oxigênio para formar um gás inalável; isso é chamado de rodovia e é usado em uma variedade de aplicações médicas e de pesquisa.

Remoção de óleo

O dióxido de carbono é usado para melhorar a recuperação de petróleo, onde é injetado em ou ao lado da produção de poços de petróleo, geralmente sob condições supercríticas quando se torna miscível com o petróleo. Esta abordagem pode aumentar a recuperação original do petróleo, reduzindo a saturação restante do petróleo em 7% a 23%, para além da produção primária. Atua como meio de pressão e quando dissolvido no petróleo bruto subterrâneo, reduz significativamente a sua viscosidade e altera a composição química da superfície, permitindo que o óleo flua mais rapidamente através do reservatório para o poço de extracção. Nos campos de petróleo maduros, são utilizados extensos oleodutos para transportar o dióxido de carbono para os pontos de alimentação.

Refrigerantes

O dióxido de carbono líquido e sólido são importantes refrigerantes, especialmente na indústria alimentar, onde são utilizados para o transporte e armazenamento de gelo e outros produtos congelados. O dióxido de carbono sólido é chamado de “gelo seco” e é usado para pequenas remessas onde o equipamento de refrigeração não é adequado. O dióxido de carbono sólido é sempre inferior a -78,5°C (-109,3°F) à pressão atmosférica normal, independentemente da temperatura do ar.

O dióxido de carbono líquido (nomenclatura industrial R744 ou R-744) foi usado como refrigerante antes da descoberta do R-12 e pode passar por um renascimento porque o R134a contribui mais para a mudança climática do que o CO2. As propriedades físicas são muito benéficas para o resfriamento, resfriamento e aquecimento e têm uma alta capacidade de resfriamento volumétrico. Devido à necessidade de operar em pressões de até 130 bar (1880 psi), os sistemas de CO2 exigem componentes altamente resistentes que já foram desenvolvidos para produção em massa em muitas áreas. No ar condicionado de veículos, o R744 é mais eficiente do que os sistemas R134a em mais de 90% de todas as condições de condução para latitudes acima de 50°. Os benefícios ambientais poderiam fazer dele o futuro fluido de trabalho para substituir os atuais HFC em automóveis, supermercados e caldeiras de bombas de calor, entre outros. A Coca-Cola utiliza refrigeradores de bebidas à base de CO2 e o Exército dos EUA está interessado na tecnologia de refrigeração e aquecimento de CO2.

Espera-se que a indústria automotiva global decida sobre a próxima geração de refrigerantes no ar condicionado de veículos. O CO2 é uma das opções discutidas.