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Carbono Negro

Fonte: Pollution Engineering – Edição 2011/03

Carbono negro é uma mistura antropogênica de sulfato, cinzas, material orgânico, poeira, nitrato e aerossóis naturais, que também dão origem à produção regional de nevoas de coloração acastanhada ou mais conhecidas como nuvens marrons atmosféricas. Em termos de estimar os efeitos de radiação, o carbono negro é definido como a massa de carbono elementar que absorve a mesma quantidade de luz que as partículas emitidas, daí a alcunha de “negro”, (contudo, nem todas as formas de carbono que absorvem luz são de coloração escura e a forma molecular diferem da do carbono elementar).

Carbono negro é produzido principalmente através da combustão incompleta de biomassa sólida, carvão ou diesel. O exemplo mais famoso desse tipo de poluição ocorreu na região do sul da Ásia, quando uma nuvem marrom cobriu a maior parte do Mar Arábico, no Golfo de Bengala e da porção Norte do oceano Índico. A nuvem era 75% constituída por emissões de combustão de biomassa e combustível fóssil. Tais nuvens têm forte impacto sobre o ciclo da água e o fenômeno das monções. Além disso, elas são conhecidas por reduzir a produção agrícola em países como a Índia e China, aumentar a velocidade de derretimento das geleiras do Himalaia. O carbono negro também tem sido considerado como o maior contribuinte para o aquecimento global.

Fontes de Emissão de Carbono Negro

Existem basicamente quatro principais fontes de carbono negro:

1. Motores a diesel que são usados para o transporte ou para fins industriais.

2. Fornos alimentados por carvão ou madeira.

3. Queima de biomassa, tanto naturais como artificiais.

4. Processos industriais que queimam carvão ou derivados de petróleo em caldeiras de pequeno porte.

Curiosamente, uma propriedade importante do carbono negro é que quanto mais escura a fuligem, maior é a concentração de carbono negro, e, portanto, maior o efeito de aquecimento, aumentando assim o impacto negativo ao clima global. Além disso, a quantidade de carbono também depende do tipo de combustão que está envolvida no processo. Combustões abertas, por exemplo, queimas florestais e agrícolas, normalmente produzem nuvens marrons, predominantemente formadas por carbono orgânico. Combustões confinadas, em motores de combustão interna e fornos emitem maior concentração de carbono negro.

Existem várias estratégias para controlar o carbono negro, a mais importante é a elaboração de relatórios de emissão e a análise de composição utilizando algum marcador do carbono. Os fatores causadores de emissão de carbono negro podem ser determinados pelos relatórios de emissões, mas níveis precisos de concentração do contaminante são difíceis de quantificar devido a ambiguidade no resultado, provocado pela emissão de materiais particulados. Para complicar ainda mais as medidas, o nível de sensibilidade desta fração vai mudar em relação a fatores como tipo de combustível e da eficácia da tecnologia de controle de emissões. Nas regiões mais desenvolvidas do mundo, a disponibilidade de tais inventários é tida como uma necessidade, com estratégias de controle adequadas refletindo a concentração de poluente emitido. Esta informação, no entanto, é muitas vezes inexistente em muitos locais, onde os indivíduos e entidades são mais criativos com as opções de combustível e quanto a tecnologias de controle.

Estimativas das concentrações de carbono negro em fontes de emissão são geralmente baseadas na análise de aerossóis atmosféricos. Essas estimativas utilizam técnicas de marcação do carbono. Outro meio de quantificar o poluente é através da medição do isótopos, metodologia que se mostra mais eficiente e precisa.

As concentrações de carbono orgânico, assim como as de carbono negro, aumentaram globalmente segundo relatórios. Uma das maiores fontes de emissões de carbono negro são as combustões de carvão, carvão vegetal, madeira e resíduos agrícolas. Essa queima de biomassa a céu aberto é responsável por aproximadamente 20% do total de emissões de carbono negro no mundo. A Ásia é responsável por pouco mais da metade do total de emissões, sendo que somente a porção sul desse continente é responsável por 44% do total de emissões industriais de carbono negro no mundo.

Impacto das Emissões de Carbono Negro

O carbono negro, maior componente da fuligem, é o material antropogênico absorvente de calor mais perigoso da atmosfera. Ele é aproximadamente 1 milhão de vezes mais potente que o CO2 por unidade de massa. As propriedades do carbono negro permitem que ele absorva o calor e depois reemita essa energia para a atmosfera. Essas partículas aquecidas podem permanecer no ambiente por longos períodos de tempo e viajando longas distâncias. O carbono negro aquece diretamente a superfície em que se depositam, e no caso de gelo e neve, provocam seu derretimento. Isso resultou na alteração da superfície refletiva do gelo e neve. Devido à redução da superfície refletiva de luz do sol, o carbono negro pode ser responsável pela extensão dos períodos de calor, derretendo as geleiras e elevando o nível dos mares, além de reduzir uma importante reserva de água potável.

Foi estimado que um quilograma de carbono negro aquece a atmosfera de 500 a 680 vezes mais que um quilograma de CO2, durante um período de 100 anos, e de 1.500 a 200 vezes em um período de 20 anos. Curiosamente, nota-se que a fuligem resultante da queima de combustíveis fósseis tem potencial de aquecimento global inferior ao da fuligem de carbono negro, em um período de 100 anos. Isso ocorre devido ao carbono orgânico e ao sulfato presente nas emissões de combustíveis fósseis, essas substâncias produzem um efeito refrigerante na atmosfera. Devido às propriedades como o alto poder de absorção, o carbono negro é considerado o terceiro maior contribuinte para o aquecimento global antropogênico, atrás somente dos dois principais poluidores CO2 e CH4. O que significa que somente o carbono negro foi responsável por 0,3ºC dos 2ºC de aumento na temperatura média global desde 1760, ou aproximadamente um quarto da elevação na temperatura entre os anos de 1880 e 2000.

O carbono negro tem um papel importante na poluição em ambientes abertos e fechados. Alguns locais no continente asiático onde é frequente a presença de nuvens marrons de poluentes, constituída basicamente de 60 a 80% de aerossóis antropogênicos, expuseram suas populações à concentrações de material particulado de duas a cinco vezes maior que o limite permitido pela Organização Mundial da Saúde! O carbono negro pode causar graves distúrbios pulmonares e cardiovasculares que levam à sintomas agudos, doenças crônicas e até mesmo mortes. As emissões de carbono negro, produzido a partir da queima de combustíveis sólidos, causaram infecções respiratórias agudas em crianças e doenças pulmonares crônicas em mulheres.

Qualquer esforço sério para controlar as alterações climáticas faria bem em incluir o carbono negro na lista de substâncias controladas. Tais controles exigiriam o desenvolvimento das tecnologias existentes e promoveriam melhorias para a saúde humana. PE

Pallavi Saxena, estudante de doutorado do Departamento de Biologia Ambiental, da Universidade de Deli na Índia, e Abhishek Chandra é do Instituto de Estudos Ambientais, Universidade de Kurukshetra na Índia. Envie quaisquer dúvidas e comentários para Dr. Saxena em pallavienvironment@gmail.com.

Referências:

1. Bond, T.C. 2007a. Testimony for the Hearing on Black Carbon and Climate Change House Committee on Oversight and Government Reform United States House of Representatives. The Honorable Henry A. Waxman, Chair. October 18, 2007.

2. Junker, C. and C. Liousse. 2008. A global emission inventory of carbonaceous aerosol from historic records of fossil fuel and biofuel consumption for the period 1860-1997. Atmospheric Chemistry and Physics 8:1195-1207.

3. Jacobson, M.Z. 2007. Testimony for the Hearing on Black Carbon and Global Warming House Committee on Oversight and Government Reform United States House of Representatives The Honorable Henry A. Waxman, Chair. October 18, 2007.

4. Jacobson, M.Z. 2004a. Climate response of fossil fuel and biofuel soot, accounting for soot’s feedback to snow and sea ice albedo and emissivity. Journal of Geophysical Research 109:D21201.

5. Bice, K., A. Eil, B. Habib, P. Heijmans, R. Kopp, J. Nogues, F. Norcross, M. Sweitzer-Hamilton and A. Whitworth. 2009. Black Carbon: A Review and Policy Recommendations. Woodrow Wilson School of Public and International Affairs, Princeton University (Report). 71 pp.