Evolução da estrutura de poros no carvão durante o tratamento térmico subterrâneo: uma investigação experimental

Transformando o carvão de problema climático em ferramenta climática

O carvão costuma ser visto como um dos grandes responsáveis pelas mudanças climáticas, mas esta pesquisa explora uma forma de transformar camadas profundas de carvão não mineradas em uma fonte de energia mais limpa e em um lar de longo prazo para o dióxido de carbono (CO2). Ao aquecer o carvão suavemente no subsolo em vez de queimá‑lo na superfície, podemos produzir combustíveis úteis e ao mesmo tempo deixar para trás um material esponjoso, rico em carbono, que pode prender o CO2 de forma segura. Este estudo faz uma pergunta simples, porém crucial: à medida que o carvão é aquecido in situ, como sua estrutura interna de “poros” muda, e quão bem ela poderia armazenar CO2 depois?

Aquecendo o carvão sem escavá‑lo

A abordagem, chamada tratamento térmico subterrâneo de carvão, aquece lentamente as camadas de carvão em um ambiente sem oxigênio, a temperaturas de até 600 °C. Em vez de minerar o carvão, engenheiros injetariam calor por meio de poços, coletariam os gases e líquidos liberados e então reutilizariam os mesmos poços para injetar CO2 de volta na camada agora tratada. O sólido remanescente, conhecido como carvão pirolítico, comporta‑se como uma espécie de esponja rígida à base de carbono, cheia de poros de diferentes tamanhos. Esses poros determinam quanto combustível pode ser produzido durante o aquecimento e quanto CO2 a rocha pode reter depois, por isso entender sua evolução é central para projetar um processo seguro e de baixo carbono.

Observando o labirinto oculto do carvão

Para investigar essa rede de poros oculta, os autores coletaram carvão de baixo grau da Mongólia Interior e aqueceram amostras muito lentamente até oito temperaturas‑alvo entre 30 °C e 600 °C sob gás hélio. Em seguida, usaram três técnicas de laboratório complementares: adsorção de CO2 para sondar os poros minúsculos (menos de 2 nanômetros), adsorção de nitrogênio para caracterizar poros de tamanho médio e intrusão de mercúrio para mapear poros e fissuras maiores. Juntas, essas metodologias permitiram acompanhar mudanças no volume total de poros, na área de superfície interna e na complexidade da rede de poros à medida que o carvão passava por diferentes estágios de aquecimento.

De espaço encolhendo a uma esponja crescendo

Os resultados mostram que o carvão não se limita a “abrir” conforme é aquecido; em vez disso, seu espaço interno passa por fases distintas. Primeiro, à medida que a temperatura sobe da ambiente até cerca de 350 °C, o volume total de poros realmente diminui, embora a área de superfície interna aumente ligeiramente. Líquidos formados durante o aquecimento inicial penetram em poros maiores e os entopem parcialmente, enquanto surge um número modesto de poros minúsculos. Entre aproximadamente 350 °C e 450 °C, essa tendência se inverte: gases e líquidos degradados escapam, criando novas cavidades e expandindo poros grandes e pequenos. Acima de cerca de 450 °C, e especialmente aos 600 °C, o carvão desenvolve muitos mais dos menores poros juntamente com um ressurgimento dos poros maiores, de modo que tanto o volume total quanto a área de superfície aumentam significativamente e a rede de poros torna‑se mais conectada.

Três estágios-chave na transformação do carvão

Ao relacionar essas medições com um indicador padrão de maturidade do carvão, os pesquisadores identificaram três estágios no processo de aquecimento subterrâneo. No primeiro estágio (baixa maturidade), o espaço é perdido enquanto líquidos preenchem poros de tamanho médio e grande. No segundo estágio (maturidade média), a rápida degradação da matéria orgânica e a liberação de gases abrem novos canais, aumentando acentuadamente o volume de poros e a conectividade. No estágio final, de geração de gás, em maturidade mais alta, a contínua liberação de gases e o rearranjo estrutural geram uma densa população de poros minúsculos ao lado da expansão dos poros maiores. Os poros minúsculos fornecem a maior parte da área de superfície interna onde as moléculas de CO2 podem aderir, enquanto os poros maiores funcionam como vias que ajudam o CO2 a penetrar e se espalhar pela rocha.

O que isso significa para o armazenamento de carbono no subsolo

Em termos cotidianos, um aquecimento subterrâneo controlado transforma um pedaço relativamente compacto de carvão em uma esponja mais intrincada e em múltiplos níveis. O estudo conclui que operar em temperaturas mais altas dentro da faixa testada aumenta muito o número de reentrâncias microscópicas onde o CO2 pode ser retido e melhora os caminhos que permitem ao gás se espalhar pela camada. Essa combinação pode possibilitar que o tratamento térmico subterrâneo de carvão gere combustíveis úteis e, ao mesmo tempo, deixe um filtro subterrâneo capaz de armazenar CO2 a longo prazo, ajudando a deslocar o carvão de um fardo climático para parte de uma estratégia mais ampla de gestão do carbono.

Citação: Yang, S., Li, S., Hou, W. et al. Evolution of pore structure in coal during underground thermal treatment: an experimental investigation. Sci Rep 16, 7424 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38256-6

Palavras-chave: tratamento térmico subterrâneo de carvão, armazenamento de CO2, poros do carvão, tecnologia de carvão limpo, sequestro de carbono