Processo de combustão usa oxigênio em vez de ar e evita a emissão de óxidos de nitrogênio; CO2 resultante da combustão pode ser isolado para a estocagem no subsolo.

Uma equipe de engenheiros ligados ao Centro de Pesquisa para Inovação em Gás Natural (“Research Centre for Gas Innovation” – RCGI na sigla em inglês) está criando um queimador avançado de gás natural para mover turbinas a gás, usando o conceito de oxy-fuel. Trata-se de promover a queima usando só o oxigênio, em vez de usar o ar (composto, em sua maioria, por nitrogênio e oxigênio). Os gases resultantes dessa queima diferenciada são o CO2 e o vapor d’água, ficando livres de N2 e óxidos de nitrogênio (NOx).

“Este processo tem alguns benefícios com relação ao processo de combustão convencional: em primeiro lugar, não forma óxidos de nitrogênio, que são poluentes atmosféricos. Em segundo: permite que se separe facilmente o CO2 dos produtos de combustão facilitando e barateando a tecnologia de Carbon Capture and Storage [CCS na sigla em inglês, que significa captura e estocagem de carbono]”, explica Guenther C. Krieger Filho, coordenador do projeto Desenvolvimento de um queimador a gás avançado usando o conceito de Oxy-fuel. Além de Krieger, que é da Escola Politécnica da USP, na equipe há mais três engenheiros.

Segundo Krieger, é necessário comprimir os gases para a estocagem, e o processo de compressão e separação do CO2 dos gases emitidos na turbina a gás gastam muita energia. “Para quem vai estocar, comprimir nitrogênio e vapor d’água não vale a pena. Só se faz isso porque esses gases estão juntos na mistura. Com esse tipo de combustão, que permite a separação do CO2, barateia-se o processo de compressão, porque o volume do montante a ser comprimido diminui.”

O projeto tem duração total de cinco anos, mas os pesquisadores querem ter o primeiro protótipo da câmara de combustão funcionando em um ano. “Mais do que o protótipo, queremos levantar dados experimentais do processo de combustão para construir os modelos computacionais: obter informações que nos ajudem a construir modelos matemáticos para esse processo de queima, que ainda tem muitas perguntas em aberto”, diz Krieger.

O queimador consiste basicamente de uma câmara combustão, alimentada por um tubo onde se injeta o gás natural. O oxigênio entra por fendas laterais. Por causa da combustão, a temperatura na parte central da câmara é altíssima (por volta de 2000 °C). Entretanto, na saída da câmara a temperatura deve ser reduzida para no máximo 1000°C para não destruir o rotor da turbina. Assim, é preciso promover a queda da temperatura dos gases, ou melhor, é preciso combinar: temperaturas altas na câmara e mais baixas no rotor. “Para tanto, é necessário fazer uma diluição desses produtos de combustão, com o objetivo de baixar essas temperaturas. Na turbina convencional é o nitrogênio que faz o papel de baixar as temperaturas.  Na nossa câmara de combustão queremos usar o CO2 para isso. ”

Krieger afirma que o primeiro passo é conceber um queimador estável. “Por isso, no momento, estamos interessados em ter um modelo que nos ajude a prever qual é a distribuição de temperatura necessária dentro da câmara para ter uma operação estável.”

Toda a parte experimental será desenvolvida no Laboratório de Diagnóstico Avançado para Combustão, cuja montagem é o objetivo de um dos projetos executados no âmbito do RCGI. “O laboratório será um centro multiusuário, ou seja: grupos de pesquisa que tiverem demanda para usar poderão fazê-lo, mesmo não sendo do RCGI nem da Poli, desde que apresentem sua proposta e ela também seja interessante para nós. Queremos que mais gente use, que as demandas apareçam”. O laboratório está sendo equipado com diversos tipos de diagnósticos a laser, que permitem análises acuradas dos processos de combustão estudados.