Combustíveis Fósseis: Derramamentos, Toxicidade e Formas de Controle by Hamilton Nobrega

Combustíveis Fósseis: Derramamentos, Toxicidade e Formas de Controle Hamilton Felix Nobrega Mestrando em Desenvolvimento de Processos Ambientais I Universidade Católica de Pernambuco Licenciado em Ciências com habilitação em Biologia I Fundação de Ensino Superior de Olinda

RESUMO Os combustíveis fósseis tratam-se de um grupo de substâncias que foram formadas ao longo de milhões de anos por meio de processos naturais. São uma grande fonte de energia porque são originários de seres vivos. A sociedade humana é dependente da energia e dos produtos gerados pelos combustíveis fósseis. O combustível usado como principal fonte de energia foi sendo substituído ao longo do tempo: inicialmente era a madeira, depois carvão vegetal e mineral até chegar aos derivados do petróleo. O petróleo pode ser definido como uma mistura de compostos de ocorrência natural que consiste, predominantemente, de hidrocarbonetos e, em menor quantidade, de derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados, oxigenados e organometálicos. Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e possuem estruturas moleculares diferenciadas, sendo, portanto, agrupados em quatro classes principais: aromáticos, alcanos, alcenos e cicloalcanos. As atividades de extração e de refino causam grandes impactos, uma vez que odorrem acidentes com derrames e as refinarias de petróleo geram uma grande quantidade de derivados indesejáveis que poluem o ambiente e são os principais poluidores do solo e mananciais de água. Alguns equipamentos e técnicas utilizadas atualmente para conter e controlar esse problema são: barreiras flutuantes, skimers, dispersantes (surfactantes), absorventes e adsorventes de óleo e coagulantes, os quais estão descritos mais adiante. Outra técnica que vem sendo amplamente discutida é a utilização de microrganismos, com a produção de biossurfactantes, que biorremediam o local afetado, com o mínimo de impacto. O objetivo deste trabalho foi evidenciar os problemas de toxicidade dos combustíveis fósseis, acarretados por derramamentos na água e no solo, assim como descrever as medidas de controle desse problema. Palavras-Chave: Combustíveis Fósseis. Energia. Hidrocarbonetos. Contaminação. Derramamentos de óleo. Medidas de Controle.

ABSTRACT Fossil fuels are a group of substances that have been formed over millions of years through natural processes. Are a great source of energy because they originate from living beings. Human society is dependent on the energy and products generated by fossil fuels. The spent fuel as the main source of energy was being replaced over time: initially it was wood, charcoal and mineral afterwards until the oil derivatives. The oil can be defined as a mixture of naturally occurring compounds that consists predominantly of hydrocarbons and, to a lesser extent, organic nitrogen, sulfur derivatives, bleached and Organometallic chemistry. Hydrocarbons are molecules containing hydrogen and carbon and have different molecular structures, being thus grouped into four main classes: aromatic hydrocarbons, alkanes, alkenes and cycloalkanes. The extraction and refining activities cause large impacts, since odorrem accidents involving spills and the oil refineries generate a large amount of unwanted byproducts that pollute the environment and are the main polluters of soil and water springs. Some equipment and techniques used currently to contain and control this problem are: floating barriers, skimers, dispersant (surfactant), absorbents and adsorbents from oil and coagulants, which are described later. Another technique that has been widely discussed is the use of microorganisms, with the production of biossurfactantes, which biorremediam the location affected, with minimal impact. The aim of this work was to highlight the problems of toxicity of fossil fuels that result for spills in water and soil, as well as describe the control measures for this issue

Keywords: Fossil Fuels. Energy. Hydrocarbons. Contamination. Oil spills. Control measures.

Introdução

Os combustíveis fósseis tratam-se de um grupo de substâncias que foram formadas ao longo de milhões de anos por meio de processos naturais, compostos essencialmente por restos de animais e vegetais, que foram sujeitos ao calor e a pressão da crosta terrestre. Por terem o carbono como elemento principal, oriundo de sua matriz biológica, acredita-se que foram formados no período carbonífero. Em sua composição também encontra-se hidrogénio, enxofre, nitrogênio e oxigénio. Indícios indicam que todos os combustíveis fósseis foram formados através do mesmo processo. São encontrados em três formas: carvão, petróleo e gás natural. Os combustíveis fósseis são uma grande fonte de energia porque são originários de seres vivos. Gillaspy (2014), descreve que a matéria morta vegetal e animal não se decompôs de forma gradativa e afundou-se na água e no solo da época, sendo soterrada e comprimida com uma grande pressão, e por não ter sido decomposta de forma lenta, armazenou muita energia, uma vez que grande parte das substâncias permaneceram intactas. Gillaspy (2014), utiliza o espinafre para ilustrar a formação e acúmulo da energia nos combustíveis fósseis: O espinafre é um vegetal muito rico em nutrientes e vitaminas, ou seja, energia. Imagine um saco de espinafre cru. Ele possui ar, espaço e é folhoso. Colocando-o em uma panela de pressão e cozinhando-o por um tempo, quando você abrir a panela, verá apenas alguns centímetros de uma compacta camada de um “mingau”. Como sofreu uma pressão e não uma decomposição, todos os seus nutrientes ficaram concentrados nesse “mingau”, ou seja, toda a energia ficou concentrada, assim como aconteceu com os combustíveis fósseis. Se houvesse sido decomposto no solo lentamente, os nutrientes seriam dispersados pelo ambiente. Há algumas décadas, tornamo-nos muito dependentes dessa energia proporcionada pelos combustíveis fósseis, nas indústrias, mas principalmente para geração de energia e utilização nos automóveis. O combustível usado como principal fonte de energia foi sendo substituído ao longo do tempo: inicialmente era a madeira, depois carvão vegetal e mineral até chegar aos derivados do petróleo (DIONYSIO; MEIRELLES, 2014).

O petróleo pode ser definido como uma mistura de compostos de ocorrência natural que consiste, predominantemente, de hidrocarbonetos e, em menor quantidade, de derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados, oxigenados e organometálicos. A alta proporção de carbono e hidrogênio existente no petróleo mostra que os hidrocarbonetos são seus principais constituintes, podendo chegar a mais de 90% de sua composição (ZÍLIO; PINTO,2002) Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e possuem estruturas moleculares diferenciadas, sendo, portanto, agrupados em quatro classes principais: aromáticos, alcanos, alcenos e cicloalcanos. A composição global do petróleo, descrita por Dionísio e Meirelles (2014), pode ser definida pelo teor de:

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Hidrocarbonetos saturados, que compreende alcanos de cadeia normal e ramificada (parafínicos) e cicloalcanos (naftênicos);

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Hidrocarbonetos aromáticos, que incluem moléculas aromáticas puras cicloalcano-aromáticos (nafteno aromáticos) e, usualmente compostos cíclicos de enxofre;

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Resinas e asfaltenos, que são componentes policíclicos, de alto peso molecular, ompreendendo átomos de nitrogênio, enxofre e oxigênio. Os asfaltenos são insolúveis em alcanos leves e, assim, precipitam com n-hexano.

O petróleo permite a obtenção de vários produtos na primeira etapa do refino, quando então estes são chamados de produtos primários, demonstrados na figura 1.

Figura 1. Esquema da primeira etapa do refino do petróleo. Fonte: O petróleo e seus derivados. (BRITO; PONTES, 2014)

Entranto, antes de chegar ao refino, o petróleo é transportado geralmente através de navios, o que deixa o mar vulnerável a acidentes com derrames. O gás natural quando transformado em gás liquefeito, também pode ser transportado em navios. O intenso uso desse modal de transporte, torna a zona costeira muito vulnerável a acidentes. Lopes (2014) relata que terminais marítimos e navios são fontes potenciais de vazamentos de óleo em corpos d´água. Acidentes como estes ocasionam a contaminação das águas de rios ou do mar e ainda de ambientes adjacentes como praias, costões rochosos e manguezais, levando a impactos ambientais expressivos. O modal ferroviário, quando comparado ao rodoviário, apresenta uma menor frequência de acidentes. Porém, quando ocorrem, ocasionam impactos de grande magnitude pois, além da quantidade envolvida ser maior, as linhas férreas atravessam locais ermos e sensíveis. O transporte por dutos da mesma forma ocasiona contaminação ao meio, bem como riscos à segurança e saúde da população, de acordo com o tipo de produto transportado. Quando há vazamento de líquidos, sobretudo petróleo e derivados, pode ocorrer a percolação do produto no subsolo, ocasionando contaminação e comprometimento do sistema hídrico subterrâneo (LOPES,2014). Mas não é somente no transporte que há problemas, a extração corresponde a uma parcela da contaminação, uma vez que pequenos vazamentos surgem no local perfurado e permanecem continuamente, principalmente no mar. A atividade de refino também causa seus impactos. As refinarias de petróleo geram uma grande quantidade de derivados indesejáveis que poluem o ambiente e são os principais poluidores do solo e mananciais de água. As fontes desses produtos são provenientes principalmente dos fundos de tanques-reservatórios e das unidades de tratamento (SOUZA, 2009) Uma vez que tais substâncias são lançadas ao meio ambiente, devido a sua toxicidade por serem compostas de hidrocarbonetos, causam graves problemas ambientais que vão desde a contaminação das águas e do solo, intoxicação, até a morte de seres vivos presentes no local. Um acidente com derramamento de óleo ocasiona uma série de impactos negativos sobre os organismos e os ecossistemas.

Problemas de toxicidade dos hidrocarbonetos

Os hidrocarbonetos aromáticos ou hidrocarbonetos de cadeia benzênica (insaturada) são os que apresentam maior toxicidade. A biodegradação é lenta e estão associados a efeitos crônicos e carcinogênicos. Aqueles com dois ou mais anéis aromáticos são denominados Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs), também classificados como poluentes persistentes (POP) (SILVA, 2004; SOUZA, 2009). De uma forma geral, os compostos que exigem maior preocupação ambiental são: o benzeno, tolueno, etil benzeno e xilenos (isômeros: orto-, meta- e para-xileno). Esses compostos, conhecidos também como

BTEX, são definidos como

hidrocarbonetos monoaromáticos, cujas estruturas moleculares possuem como característica principal a presença do anel benzênico. Compostos como os BTEX, constituem em um grande problema em todo o mundo. Esses compostos aromáticos são tóxicos tanto ao meio ambiente como ao ser humano, nos quais atuam como depressores do sistema nervoso central e apresentam toxicidade crônica mais significativa que os hidrocarbonetos alifáticos (também presentes no petróleo e derivados). O benzeno é reconhecidamente o composto mais tóxico dentre os BTEX e, por isso, pode ser apontado como o agente mais preocupante no tocante à saúde pública, pois é uma substância comprovadamente cancerígena e que também pode causar leucemia em seres humanos (SILVA, 2004; ANDRADE; AUGUSTO; JARDIM, 2010). Outro grave problema dos efeitos tóxicos dos hidrocarbonetos é a bioacumulação. O aumento da biodisponibilidade dos HPAs pode resultar no aumento da bioacumulação ou em mudanças na disposição metabólica e, consequentemente, aumento da toxicidade, diretamente ou através da cadeia alimentar. Fito e zooplâncton estão amplamente distribuídos no ambiente marinho e, devido à sua mobilidade limitada, tem pouca habilidade para escapar de derramamentos de óleo. Assim, este óleo é adsorvido ou acumulado por organismos de nível trófico inferior e pode ser ingerido e bioacumulado nas espécies de maior nível trófico (WOLFE et al., 2001; CRUZ, 2012).

Os HAPs são gerados naturalmente, e de forma contínua, pela combustão incompleta de substâncias orgânicas, como resíduos vegetais, madeira, matéria orgânica, etc. Porém, a contaminação do solo é um típico efeito da atividade antropogênica, devido à produção industrial dos HAPs (para fabricação de corantes, de fibras sintéticas, de preservantes de madeira, etc.), à produção de carvão vegetal, à extração e gaseificação do carvão mineral e aos processos de extração, transporte, refino, transformação e utilização do petróleo e de seus derivados (JACQUES et al., 2007). Conforme já mencionado, a presença de contaminação com hidrocarbonetos pesados no solo pode causar efeitos diretos na saúde humana, com efeitos carcinogênicos e mutagênicos. Há ainda relatos de que a queima das manchas de combustíveis fósseis do mar, para diminuição de sua toxicidade no ambiente marinho, esteja também relacionada com a ocorrência de chuvas ácidas, devido a liberação do dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NO, NO2, N2O5).

Medidas para controlar os derramamentos de combustíveis fósseis

Conforme já foi descrito, os acidentes envolvendo derramamentos de óleo podem acontecer de diversas formas, no mar, em um rio e na superfície do solo. Teles e Vinhas (2010), descrevem alguns equipamentos e técnicas utilizadas atualmente para conter e controlar esse problema. São eles: barreiras flutuantes, skimers, dispersantes (surfactantes), absorventes e adsorventes de óleo e coagulantes, os quais estão descritos mais adiante. Outra técnica que vem sendo amplamente discutida é a utilização de microrganismos, com a produção de biossurfactantes, que biorremediam o local afetado, com o mínimo de impacto.

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Barreiras de contenção

São barreiras responsáveis por conter a mancha de óleo, evitando que se disperse ainda mais pelo local afetado. Elas podem ser infláveis flutuantes (figura 2) ou físicas

de superfície (figura 3). As flutuantes cercam a mancha para conter, desviar ou recolher posteriormente, com a utilização do skimmer. As físicas de superfície protegem as áreas sensíveis biologicamente, como mangues, por exemplo.

Figura 2. Barreira de contenção flutuante. Fonte: Oil recovery suplly vessel. Projeto de sistemas oceânicos II.

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Figura 3. Barreira de contenção física ou de superfície. Fonte: ttp://www.snatural.com.br/ControleDerramamentos-Vazamentos-Oleo-Petroleo.html

Skimers

São equipamentos com flutuadores e propulsores que atuam com o recolhimento e reaproveitamento do óleo sobrenadante, após este ter sido contido pelas barreiras. Os skimers trabalham sob a forma de sucção, com dispositivos mecânicos como bombas e sistemas a vácuo. Entretanto, a eficiência destes equipamentos está diretamente relacionada as condições meteorológicas, pois o mar estando agitado, dificulta a operação e funcionamento do equipamento.

Figura 4. Skimmer. Fonte: ecosorb.com

Figura 5. Equipe trabalhando com o skimmer na remoção. Fonte: portalmatitimo.com

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Dispersantes

Os dispersantes químicos são formulações químicas de natureza orgânica, destinadas a reduzir a tensão superficial entre o óleo e a água, auxiliando a dispersão do óleo em gotículas no meio aquoso. Quando são pulverizados nas manchas de óleo, aceleram o processo de dispersão natural. Constituem-se de ingredientes ativos, denominados surfactantes e solventes. A sua aplicação visa remover o óleo da superfície, particularmente quando a remoção mecânica não é possível, minimizando os impactos do óleo flutuante. (BENTO,2005; CRAIG et al.,2012). Devido a sua eventual toxicidade, os dispersantes devem ser evitados em águas rasas costeiras, águas sobre os recifes de coral e das algas, manguezais e pântanos. Entranto, deve-se ponderar rapidamente a decisão em utilizá-los, pois sua eficácia só se mantém até as 48 horas após o derrame. 

Surfactantes

Os agentes surfactantes são moléculas anfipáticas, compostas por uma cadeia orgânica que apresentam uma porção hidrofílica (polar) e outra hidrofóbica (apolar) com afinidade para dois líquidos distintos que não se misturam, agindo como uma interface entre eles. No caso específico dos óleos, reduz a tensão interfacial óleoágua, permitindo que o óleo penetre na água como pequenas partículas mais facilmente degradadas. Podem ser sintéticos, quando obtidos a partir de sínteses químicas, ou podem ser produzidos

por

microrganismos,

sendo

denominado

biossurfactantes (BENTO, 2005; CRAIG et al.,2012). Os surfactantes aumentam a rapidez de degradação biológica,

removendo

óleo da superfície da água fazendo-o Figura 6. Ilustração da aplicação de dispersantes/surfactantes Fonte: Entre dos fuegosI. Los dispersantes en el Golfo de México. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?pid=S003636342011000100011&script=sci_arttext

entrar

coluna de água.

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Absorventes e Adsorventes

São materiais usados para absorver manchas de óleo que encontram-se em movimentação (figura 7), sendo substituídos após saturação, com a ajuda de redes e ancinhos. Os absorventes são porosos e recolhem o óleo para dentro. Os adsorventes apenas atraem o óleo mantendo-o aderido à sua superfície, para posterior recolhimento. Exemplos de absorventes naturais: a turfa e serragem. Exemplos de sintéticos: espuma de poliéster, poliuretano e poliestireno e as almofadas, colchões e mantas de polipropileno (figura 8).

Figura 7. Absorventes e Adsorventes. Fonte: ttp://www.snatural.com.br/ControleDerramamentos-Vazamentos-OleoPetroleo.html

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Figura 8. Absorventes sintéticos: almofadas, mantas, espuma de poliéster. Fonte: http://www.lupaambiental.com.br/lupasorb.html

Coagulantes e Floculantes

Os floculantes são capazes de estabelecer ligações entre as partículas, uma vez que são polímeros, atuando com os coagulantes, podendo ser utilizados sobre manchas e derrames de petróleo, devido a ação de suas propriedades tensoativas. É aplicado diretamente nas superfícies contaminadas, sob a forma pulverizada (figura 9).

Figura 9. Coagulantes e floculantes Fonte: ttp://www.snatural.com.br/Controle-Derramamentos-Vazamentos-OleoPetroleo.html

Após a aplicação, os floculantes absorvem o óleo, carregando-o para o fundo do corpo hídrico. As moléculas do coagulante aderem ao óleo e reduzem a tensão interfacial entre a água e o óleo, quebrando as moléculas em gotículas, emulsionando e permitindo a ação de microrganismos em dissolver e degradar, evitando maiores danos à superfície. A dinâmica de ação é apresentada na figura 10.

Figura 10. Dinâmica de ação dos floculantes e coagulantes. Fonte: ttp://www.snatural.com.br/Controle-Derramamentos-Vazamentos-OleoPetroleo.html

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Biorremediação

Craig et al (2012), descrevem a biorremediação como sendo a utilização de microrganismos para detoxificar áreas contaminadas e tem como objetivo principal minimizar o impacto das substâncias recalcitrantes no ambiente, criando condições favoráveis ao crescimento e à atividade bacteriana. Mas para que isso ocorra, há necessidade de se selecionar especialmente microrganismos que possuam capacidade de degradar o óleo, tanto na água, quanto no solo, através da aplicação de nutrientes - a bioestimulação - para que se possa alcançar a bioaumentação, ou seja, o aumento do número de microrganismos degradadores. Existe uma grande variedade de bactérias, fungos, algas unicelulares e protozoários, capazes de degradar o óleo. Entretanto, esse processo pode ser limitado por fatores como temperatura, PH, nutrientes, oxigênio, composição química e a quantidade de óleo presente no ambiente. A capacidade de degradar hidrocarbonetos do petróleo é formada por diversos gêneros microbianos, mas os principais são as bactérias e os fungos. Eles são

encontrados em ambientes marinhos, de água doce e no solo. Em geral, as bactérias e leveduras apresentam capacidade decrescente de degradação de acordo com o aumento da cadeia carbônica ao passo que os fungos não exibem degradação preferencial de tamanho (WALKER et al, 1975; BENTO, 2005). Esses

microrganismos

atuam

produzindo

biossurfactantes

produzidos

principalmente a partir de uma fonte de carbono. A capacidade do biossurfactante emulsificar misturas de hidrocarboneto/água tem sido muito bem documentada. Esta propriedade é demonstrada pelo aumento significativo de degradação de hidrocarbonetos e por isso é utilizado na biorremediação de solos e mananciais contaminados (LOBATO, 2000; CRAPEZ et al,2002; BENTO,2005). O crescimento de microrganismos em uma interface de água e óleo favorece o aparecimento de um biofilme, cuja formação envolve as seguintes etapas, primeiramente os microrganismos aderem à superfície de grandes gotas de óleo devido a hidrofobicidade das células, em seguida as células aderidas formam uma camada delgada na interface óleo/água, extraindo os compostos insolúveis em água da fase oleosa e utilizando os sais minerais da fase aquosa. Quando as células revestem as gotas de óleo produzindo biossurfactantes, a tensão interfacial disponível é reduzida para o crescimento microbiano. Quando o composto oleoso contido nas gotas desaparece, os microrganismos colonizam outras gotas. (ASCON-CABRERA e LEBEAULT,1995; MARTINS, 2005; BENTO,2005) Devido a todos os problemas ambientais e de saúde, vários estudos e pesquisas tem sido realizados, principalmente com utilização de microrganismos degradadores de óleo, que causam menor impacto na degradação, uma vez que a contaminação por hidrocarbonetos vem sendo bastante discutida internacionalmente, tornando essa questão uma preocupação mundial.

Considerações Finais

Apesar dos combustíveis fósseis estarem presentes no cotidiano da humanidade, seja na geração de energia ou na forma de subprodutos dos quais nos tornamos dependentes, não se pode ignorar a existência dos riscos e dos efeitos tóxicos dessas substâncias quando são extraídas do seu local de origem e lançadas ao meio ambiente. Acidentes com derramamento de óleo ocorrem com frequência, contaminando solos, mananciais, aquíferos e o ambiente marítimo, causando graves problemas ambientais, que não se limitam apenas a mortandade e intoxicação do ambiente e da biota local, uma vez que existem ciclos naturais e cadeias tróficas que transferem resíduos desses compostos para locais distantes e para outros organismos, através da bioacumulação. No solo ou na água, esses compostos possuem efeitos toxicológicos de caráter carcinogênico e mutagênico e precisam ser controlados. Além dos impactos ambientais nos ecossistemas. Várias são as formas de controle, desde as mais simples até as que envolvem microrganismos. Diversos estudos e pesquisas tem sido realizados com a finalidade de encontrar meios menos onerosos e menos impactantes ao meio ambiente, para controlar e remediar acidentes com óleo. Fato é que ainda somos completamente dependentes dos combustíveis fósseis e o seremos por muito tempo, o que nos leva a considerar que o controle dos acidentes ocasionados deve ser intensificado, devido aos impactos causados ao meio ambiente e a saúde humana.

REFERÊNCIAS

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