Avaliação do potencial e otimização da zona favorável para o sequestro geológico de CO2 em reservatórios de carvão profundos

Por que armazenar carbono em camadas de carvão é importante

Reduzir as emissões de dióxido de carbono (CO2) rapidamente o suficiente para cumprir metas climáticas exigirá não apenas energia mais limpa, mas também locais para trancar com segurança grandes volumes de CO2 no subsolo por séculos. Camadas de carvão profundas e não mineráveis são uma opção promissora: elas adsorvem CO2 em suas superfícies internas e o mantêm aprisionado, além de poder ajudar a expulsar gás natural valioso. Este estudo examina uma importante camada de carvão na Bacia de Qinshui, na China, para responder a uma pergunta prática: quanto CO2 essas camadas profundas realmente podem armazenar e onde estão os melhores pontos para injetá‑lo?

O ambiente subterrâneo sob uma região carbonífera

O trabalho foca a camada de carvão nº 3, no sul da Bacia de Qinshui, uma das regiões mais importantes da China para carvão e metano em carvão. Aqui, espessas camadas de carvão de grau médio a alto estão a algumas centenas até mais de mil metros de profundidade, intercaladas entre folhelhos e arenitos compactos que atuam como selos naturais. A água subterrânea está dividida em níveis amplamente separados, então os fluidos não se movem facilmente entre eles. O carvão desta camada‑alvo é um antracito duro, de alto grau, com poros muito pequenos e grande área superficial interna, tornando‑o especialmente eficaz em reter gás por adsorção — moléculas aderindo às paredes dos poros — enquanto as rochas adjacentes ajudam a prevenir vazamentos.

Como o CO2 se comporta quando as condições variam com a profundidade

Ao bombear CO2 para o subsolo, temperatura e pressão aumentam com a profundidade, eventualmente levando o gás ao estado supercrítico, que combina densidade de líquido com mobilidade de gás. Os pesquisadores recriaram essas condições em laboratório usando carvão pulverizado de cerca de 900 metros de profundidade. Mediram quanto CO2 o carvão podia adsorver a três temperaturas (20, 30 e 40 °C) e pressões até 20 megapascais. Em todas as temperaturas, o carvão inicialmente captou CO2 rapidamente conforme a pressão aumentava, atingiu um pico e, por fim, mostrou um leve declínio na quantidade “excessiva” medida. Condições mais quentes reduziram a quantidade de CO2 retida em uma dada pressão, o que significa que camadas mais profundas e mais quentes se comportam de modo diferente das mais rasas e frias.

Construindo um calculador de armazenamento simples, porém robusto

Para transformar essas medições em uma ferramenta de planejamento, a equipe testou três descrições matemáticas padrão da adsorção e descobriu que uma abordagem multicamada conhecida como modelo BET capturou melhor o comportamento do CO2, especialmente próximo e acima do ponto crítico, onde o gás torna‑se supercrítico. Em seguida combinaram esse modelo de adsorção com fórmulas separadas para o CO2 ocupando o espaço poral como fluido livre denso e para a pequena fração que se dissolve na água de formação. Reações minerais, que poderiam fixar o CO2 em carbonatos sólidos ao longo de milhões de anos, foram consideradas negligenciáveis em escalas de tempo de engenharia nesta camada de carvão. O resultado é um conjunto compacto de equações que estima o armazenamento total de CO2 por unidade de massa de carvão em função da profundidade, usando valores típicos de porosidade, teor de água, densidade do carvão e pressão e temperatura in situ.

Quanto pode ser armazenado e onde é melhor

Alimentando dados geológicos regionais nesse quadro, os autores calcularam como a capacidade de armazenamento varia de cerca de 300 a 1300 metros de profundidade. Em camadas mais rasas, “subcríticas”, a adsorção nas superfícies do carvão domina e aumenta modestamente com a profundidade antes de se estabilizar. Abaixo de aproximadamente 800 metros, onde o CO2 se torna supercrítico, a parcela de armazenamento como fluido livre denso nos poros aumenta rapidamente, e a capacidade total sobe acentuadamente até cerca de 1100 metros, crescendo mais lentamente depois disso. No geral, as principais camadas de carvão no bloco estudado poderiam teoricamente armazenar cerca de 575 milhões de toneladas de CO2, com cerca de dois terços dessa capacidade na zona supercrítica mais profunda. O mapeamento estrutural detalhado mostra que as zonas mais promissoras, rotuladas Unidades I e II, situam‑se na parte norte, estruturalmente simples, do bloco, onde carvão espesso, boas rochas selantes e poucas falhas propensas a vazamentos coincidêm com forte potencial para metano em carvão.

O que isso significa para a ação climática e o uso de energia

Para não especialistas, a mensagem principal é que certas camadas de carvão profundas podem funcionar como enormes esponjas subterrâneas para CO2, especialmente onde pressão e temperatura levam o gás ao estado denso e supercrítico. No exemplo da Bacia de Qinshui, a adsorção no carvão e o CO2 livre denso no espaço poral juntos respondem por mais de 99% do potencial de armazenamento, enquanto dissolução na água e reações minerais muito lentas têm pouca relevância no curto a médio prazo. O estudo mostra que a zona ótima para segurança e eficiência está entre cerca de 800 e 1100 metros de profundidade, e que os melhores locais de injeção frequentemente se sobrepõem a campos e poços de gás existentes. Isso abre caminho para projetos que simultaneamente armazenem CO2 e aumentem a produção de metano, ajudando a financiar o armazenamento enquanto avançam as metas chinesas de “duplo carbono” de pico e posterior redução de emissões.

Citação: Xue, Z., Xu, X., Tian, L. et al. Potential evaluation and favorable zone optimization of CO₂ geological sequestration in deep coal reservoirs. Sci Rep 16, 12208 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42680-z

Palavras-chave: armazenamento de CO2, camadas de carvão profundas, fluidos supercríticos, metano em carvão, captura e armazenamento de carbono