Gás natural

Feito por: Adriano Dias & Joel Sansana. Editado por: Carina Castanheta.

No âmbito de Integração e Intensificação de Processos - Mestrado Integrado em Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.

Definição de gás natural

O gás natural é um combustível versátil, de queima limpa e de alta eficiência, gasoso às condições de pressão e temperatura normais. O seu principal componente é o metano, tendo um Índice de Wobbe de 46 500 a 53 500 kJ/m³.

O gás natural é um combustível fóssil que se forma ao fim de longos períodos de tempo a partir de camadas de restos de animais, plantas e sedimentos geológicos, que quando sujeitos a pressão e elevadas temperaturas dão origem a petróleo e esta fonte de energia. A sua composição é maioritariamente metano (CH₄), poderá ainda conter outros hidrocarbonetos, dióxido de carbono e azoto.

Transporte e armazenamento

O transporte é feito por gasodutos a pressões relativamente altas, para se poder transportar maiores quantidades, em que o gás tem de ser comprimido e arrefecido, pois o atrito com as paredes do gasoduto causa aquecimento e risco de ignição, embora também seja transportado em redes de média pressão (4-20 bar) e grande parte das suas aplicações seja a pressões baixas (<4 bar). O gás é armazenado nas próprias canalizações ou em depósitos esféricos.

Aplicações do gás natural por setor

Aquecedor de água por contacto direto.

Aplicações

Uma das principais aplicações do gás natural é a produção de hidrogénio por steam reforming. Esta via consiste na reação entre metano e vapor de água, a qual origina monóxido de carbono e hidrogénio.

É também utilizado domesticamente, no setor da mobilidade, na geração de eletricidade e no setor industrial.

Deve ainda ser referido que consoante a aplicação do gás natural este deve ser submetido a um processamento de forma a remover nitrogénio, água ou para a obtenção de by-products, como por exemplo etano, propano e butano.

Utilizações industriais

O elevado consumo energético industrial, torna este setor um dos maiores consumidores de gás natural, como é visível na figura. É ainda expectável que as exigências deste setor continuem a aumentar.

Como utilidade o gás natural pode ser utilizado em inúmeras instalações auxiliares dos mais variados processos.

Aquecedores de água por contacto direto

Sistemas com eficiências que rondam os 70%. O aquecimento da água dá-se por transferência direta de calor entre a chama resultante da combustão do gás e a água.

Caldeira de Co-queima.

Caldeiras de Co-queima

Nesta tecnologia o gás natural é apenas um combustível auxiliar à combustão de outros, como por exemplo, carvão, madeira ou biomassa. Apesar deste método apresentar perdas significativas de energia, a adição do gás natural permite a redução de emissão de compostos nocivos.

Bomba de calor de absorção de gás

Consiste num ciclo de permuta de calor alimentada por gás natural. Num primeiro estágio é feita a combustão de gás natural, o que cria um aumento de pressão e temperatura da mistura de água e fluído térmico, tal que é criado um gradiente que permite a remoção eficaz de calor do ar.

Ciclo combinado

Este tipo de tecnologia permite a utilização da energia libertada na queima do gás natural para mover uma turbina, e de seguida transformar a energia mecânica gerada em elétrica. Para além disso, a energia dos gases que se formam durante a combustão a elevadas temperaturas pode ser recuperada como demonstrado na figura.

Esquema de ciclo combinado.

Segurança e emissões gasosas

O gás natural é um combustível com baixo impacto ambiental quando comparado a outros combustíveis fósseis, isto deve-se ao facto de ser maioritariamente constituído por hidrocarbonetos leves.

Em caso de fuga, tendo em conta que, a condições normais (1 atm e 25°C), a sua densidade (0.648 kg/m3) é inferior à do ar (1.184 kg/m3)^, o gás dispersar-se-á formando uma nuvem. Esta terá zonas que terão concentrações dentro da gama de flamabilidade do gás natural, nomeadamente, entre 4.4 e 15%.

É ainda importante referir que este gás apresenta um ponto de ebulição bastante baixo de -162°C e ainda risco de autoignição para temperaturas superiores a 595°C.

Quando em contacto com o ar, oxidantes ou compostos halogenados poderá formar uma mistura perigosa e até mesmo explosiva. A sua decomposição produz óxidos de carbono (COx), óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de nitrogénio (NOx).

As instalações de gás natural têm de estar equipadas com vários equipamentos de segurança como vávulas de corte e detetores de fuga que atuam em caso de incêndio ou fuga do gás, para além de terem de estar devidamente sinalizadas e protegidas de descargas elétricas. Também devem haver sistemas de purgas para retirar os líquidos condensados de modo a evitar entupimentos nas tubagens.

Vantagens

A grande vantagem do gás natural prende-se com o seu custo reduzido face ao fuelóleo e outros combustíveis. Sendo um subproduto da prospeção de petróleo acaba por ser escoado a baixo preço. Por outro lado as técnicas de fracking também não envolvem investimentos avultados, mantendo assim a competitividade do gás natural. Como já foi referido, o transporte deste combustível é relativamente barato, pois havendo pipelines é possível transportar grandes quantidades sem grande esforço ou preparação, exceptuando a compressão e arrefecimento. O gás natural tem ainda a vantagem de ter uma queima limpa, sendo menos poluente que outros combustíveis fosséis como o fuelóleo, o petróleo carburante (tratol), a gasolina, etc.

Desvantagens

As precauções com a segurança são a maior preocupação a ter com o gás natural, pois o risco de explosão é real e evitável. No caso do shale gas tem havido suspeitas de danos ambientais, atribuídas à técnica de fratura hidráulica. Alegadamente, o denominado fracking causa ilfiltrações de gás natural nos cursos de águas, provocando água inflamável, e desabamento de terras. Estas suspeitas estão ainda em investigação por parte das autoridades competentes.

Estudo de Mercado

Evolução do preço de alguns combustíveis.

O preço do gás natural em Portugal para o ano de 2018 para consumidores industriais foi de aproximadamente 9.33 €/GJ. Quando comparado com o preço de outros combustíveis, verifica-se que o gás natural tem apresentado uma diminuição de tal forma que se torna uma alternativa menos dispendiosa.

Os principais produtores em 2015 foram os Estados unidos, Rússia, Irão e Qatar, com produção respetiva de 766; 598; 185 e 164 mil milhões de metros cúbicos.

Informações relativas a outros paises da União Europeia

Referências

• Gás natural - Wikipédia (em inglês)
• Ficha de segurança do gás natural
• Armazenamento e transporte de gás natural (em inglês)
• Usos do gás natural (em inglês)
• Manual de especificações técnicas - EDP Gás Distribuição
• Vantagens do gás natural - Galp Energia
• Natural Gas Explained. EIA. (em inglês)
• Turton, R., Bailie, R. C., Whiting, W. B., Shaeiwitz, J. A. Debangsu, B. Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes. 5th ed.  Prentice Hall. 2018.
• Natural gases uses. Geology. (em inglês)
• Natural Gas: industrial uses. Natural Gas. (em inglês)
• Heat from natural gas. Wingas. (em inglês)
• Vantagens do Ciclo Combinado a Gás Natural face a outras Tecnologias de Produção de Energia. UFP.
• Uses of natural gas. UCS. (em inglês)
• Densidade do metano. Engineeringtoolbox. (em inglês)
• Densidade do ar. Engineeringtoolbox. (em inglês)
• Methane safety sheet. Linde. (em inglês)
• Odourized natural gas safety sheet. Hydro. (em inglês)
• Preços do gás natural para utilizadores domésticos e industriais. Pordata.
• Natural gas – production. CIA. (em inglês)