Combustíveis

Os combustíveis são substâncias que, ao sofrerem uma reação química com outra, acabam produzindo energia térmica. Essa energia pode ainda ser convertida em energia mecânica, a fim de realizar trabalho. Os combustíveis podem ser divididos entre renováveis e não renováveis, apresentando-se nos estados sólido, líquido ou gasoso. Devido à grande emissão de gases poluentes na atmosfera pela utilização de combustíveis fósseis (não renováveis), busca-se uma maior utilização de combustíveis renováveis como fontes alternativas de energia.

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Resumo sobre combustíveis

• Os combustíveis são substâncias que, ao sofrerem uma reação química com outra, produzem energia térmica.
• A energia térmica produzida pode também ser convertida em energia mecânica.
• Busca-se combustíveis de baixo custo e bom conteúdo energético, também de grande disponibilidade e facilidade de transporte.
• Os combustíveis podem ser divididos entre renováveis e não renováveis, podendo se apresentar nos estados sólido, líquido e gasoso.
• O conteúdo energético de um combustível é medido por meio de seu poder calorífico.
• Os combustíveis possuem grandes aplicações na indústria e na socidade, como para geração de energia, aquecimento, culinária ou alimentar motores.
• O primeiro uso de combustível pela humanidade se deu na descoberta do fogo.

O que são combustíveis?

De maneira simples, podemos entender os combustíveis como substâncias que, ao sofrerem uma reação química com outra, produzem energia térmica. Tal energia produzida também pode ser convertida em energia mecânica e, assim, ser utilizada para trabalho mecânico.

Entre as características desejadas para um combustível, estão: baixo custo por conteúdo energético; disponibilidade; facilidade de transporte e armazenamento; possibilidade de utilização com as tecnologias disponíveis; além de baixo custo operacional e de investimento.

Quais são os tipos de combustíveis?

É possível classificar os combustíveis em duas classes básicas: os renováveis, geralmente de fontes vegetais, e os não renováveis, os quais englobam os combustíveis fósseis e os combustíveis nucleares.

Ainda dentro dessa classificação, podemos diferenciar os combustíveis de acordo com seu estado físico de agregação: podem ser sólidos, líquidos e gasosos. Entenda melhor a seguir.

• Combustíveis renováveis: são assim chamados porque derivam de fontes inesgotáveis de energia, pois suas quantidades se renovam constantemente ao serem usadas. São também ambientalmente mais limpos, afinal, emitem uma menor quantidade de gases do efeito estufa. São exemplos:
  • sólidos: lenha, carvão vegetal, biomassa;
  • líquidos: biodiesel, diesel verde, etanol, óleo vegetal;
  • gasosos: biogás, gás hidrogênio.
• Combustíveis não renováveis: são oriundos de fontes finitas e esgotáveis. Isso porque a sua reposição na natureza é demasiada lenta, necessitando de milhões de anos sob condições específicas de temperatura e pressão para sua formação. Alguns combustíveis não renováveis, mais especificamente os fósseis, aumentam a quantidade de gases do efeito estufa na atmosfera. São exemplos:
  • sólidos: carvão mineral, urânio e demais combustíveis nucleares;
  • líquidos: gasolina, diesel, querosene, querosene de aviação, nafta petroquímica;
  • gasosos: gás liquefeito de petróleo (GLP), gás natural, gás natural veicular (GNV).

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Qual a importância dos combustíveis?

É difícil imaginar processos industriais sem a utilização de combustíveis. Até porque é necessária energia para que haja a transformação de uma matéria, por exemplo. E, muitas vezes, os combustíveis serão a fonte de energia.

Os combustíveis são utilizados de acordo com seu conteúdo energético. Tal conteúdo é mensurado de acordo com uma constante, o poder calorífico, medido em unidades de energia (Joule ou caloria) por unidade de massa.

A tabela a seguir traz esses valores.

Observação: MJ (megajoule) = 10⁶ J; GJ (gigajoule) = 10⁹ J.

Aplicações dos combustíveis

Os combustíveis servem para a produção de energia térmica. Essa energia produzida pode ser aplicada de diversas formas, como para mover turbinas em usinas termelétricas. Em usinas nucleares, a fissão do combustível gera energia térmica, utilizada para produção de energia elétrica.

Industrialmente, o combustível também pode ser utilizado para aquecimento. No refino de petróleo, por exemplo, as torres de destilação precisam de altíssimas temperaturas para vaporizar o petróleo. Nas residências, os combustíveis tomam propósitos diversos. Entre os principais combustíveis para o aquecimento dos lares, estão a lenha, os gases naturais e o liquefeito de petróleo. Para fins culinários, estes também se apresentam como protagonistas, junto ao carvão vegetal.

Além disso, meios de transporte são movidos por meio da energia gerada pelos combustíveis em seus motores, como é o caso de automóveis, navios, aviões e alguns modelos de trens. Gasolina, diesel e querosene são exemplos de combustíveis líquidos empregados para esses fins, embora existam também o etanol, o gás natural veicular e pesquisas para a utilização de combustíveis mais limpos e de bom poder calorífico, como o caso do gás hidrogênio.

História dos combustíveis

A primeira utilização de um combustível pelo ser humano coincidiu com a primeira reação química da história: a descoberta do fogo. Assim, a madeira e a biomassa se tornaram o principal combustível da humanidade, até que, durante a Idade Média européia, com o aumento considerável da população, houve a transição para o carvão.

A partir daí, o carvão aliviava as terras superficiais, uma vez que podia ser minerado. Outro ponto importante era o fato de que ele tornou o aquecimento das casas mais barato e permitiu o desenvolvimento de uma engenharia que foi muito importante na Primeira Revolução Industrial.

O século XX trouxe a grande demanda da eletricidade. As casas passaram a contar com aparelhos que necessitavam dessa fonte de energia, o que aumentou bastante a demanda por energia. O mercado de automóveis também aumentava, assim como um mundo mais globalizado necessitava de comércio entre as nações.

Tudo isso desencadeou uma utilização desenfreada dos combustíveis fósseis, principalmente o petróleo. A disponibilidade de uma energia barata trouxe seu preço: já na metade do século XX, levantava-se preocupações de até quando os combustíveis fósseis durariam.

As crises econômicas e os problemas ambientais ocasionados pela utilização dos combustíveis fósseis também começaram a se tornar protagonistas, obrigando as nações a buscarem outras fontes de energia.

Um exemplo disso foi o Programa Nacional do Álcool (Pró-Álcool), criado em 1975. Tal programa buscava impulsionar a produção e venda de automóveis movidos a etanol, de modo a diminuir a dependência do país pelo petróleo e assim não sofrer com suas volatilidades de mercado. Atualmente, o foco está na busca de combustíveis mais eficientes e menos agressivos ao meio ambiente. É, inclusive, uma demanda da sociedade, principal consumidora dos combustíveis.

Exercícios resolvidos sobre combustíveis

Questão 1

(Enem) Considera-se combustível aquele material que, quando em combustão, consegue gerar energia. No caso dos biocombustíveis, suas principais vantagens de uso são a de serem oriundos de fontes renováveis e a de serem menos poluentes que os derivados de combustíveis fósseis. Por isso, no Brasil, tem-se estimulado o plantio e a industrialização de sementes oleaginosas para produção de biocombustíveis. No quadro, estão os valores referentes à energia produzida pela combustão de alguns biocombustíveis:

Disponível em: http://www.biodieselecooleo.com.br. Acesso em: 8 set. 2010 (adaptado).

Entre os diversos tipos de biocombustíveis apresentados no quadro, aquele que apresenta melhor rendimento energético em massa é proveniente

A) da soja.

B) do dendê.

C) do babaçu.

D) da mamona.

E) da cana-de-açúcar.

Resolução:

Alternativa A

Entre os biocombustíveis apresentados, o de melhor rendimento energético em massa será o de maior poder calorífico, visto que ele apresenta maior conteúdo energético por unidade de massa. Ao se avaliar a tabela, o combustível que obedece a esse critério é o biodiesel da soja.

Questão 2

(UFJF) Os melhores combustíveis para uso em foguetes são aqueles que, na menor massa possível, liberam a maior quantidade de energia na sua queima para propelir o voo. O quadro abaixo mostra alguns combustíveis e suas entalpias de combustão.

Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que o melhor combustível para ser utilizado em foguetes é o:

A) metanol, porque é um álcool de baixa massa molar.

B) etanol, porque é um combustível potente.

C) octano, porque apresenta o maior valor de entalpia de combustão por grama de combustível.

D) octano, porque é o combustível com maior massa molar.

E) benzeno, porque tem massa e ΔH_combustão intermediários.

Resolução:

Alternativa C

Dados: massas atômicas (em u): H = 1; C = 12; O = 16.

O melhor combustível para o foguete será aquele de maior poder calorífico. Contudo, a leitura do poder calorífico não pode ser feita de forma direta, visto que a tabela apresenta os valores em entalpia de combustão (a quantidade de calor produzida na combustão de 1 mol da substância).

Assim, como o poder calorífico pode ser dado em kJ/g (unidade de energia por unidade de massa), todos os valores de entalpia de combustão devem ser divididos pela massa molar de cada combustível, de modo a fazer a conversão de entalpia de combustão para poder calorífico.

Assim, temos que (o sinal negativo apenas indica que o processo é exotérmico e, por isso, não será considerado para a conversão para o poder calorífico):

• metanol → 726 kJ/1 mol → 726 kJ/32 g = 22,7 kJ/g
• etanol → 1368 kJ/1 mol → 1368 kJ/46 g = 29,7 kJ/g
• benzeno → 3268 kJ/1 mol → 3268 kJ/78 g = 41,2 kJ/g
• octano → 5471 kJ/1 mol → 5471 kJ/118 g = 46,4 kJ/g

Dessa forma, conclui-se que o octano é o combustível mais adequado para ser utilizado em foguetes entre os disponíveis.

Crédito de imagem

[1] Benjamin Clapp / Shutterstock

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química