REALIZAÇÃO: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS

1. Recuperação (Avançada) de Metano em Camadas de Carvão – (E)CBM Workshop "Produção regional de combustíveis limpos a partir do carvão no RS" Porto Alegre, 4 de março de 2009 REALIZAÇÃO: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de Carbono - CEPAC APOIO: Petrobras Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP Rede Carvão

2. Sumário • - Introdução de conceitos básicos de Isotérmicas de sorção, CBM e ECBM • Fenômeno de sorção em CBM e ECBM • Fases de projeto ECBM • - Comparação entre reservatórios convencionais e CBM • - Comparação entre CBM e ECBM • Viabilidade técnica de projetos de ECBM no Brasil • Avaliação econômica de projetos de ECBM no Brasil • Custos e Potencial Global de Sequestro para ECBM

3. Isotérmica de sorção • A utilização da isotérmica de sorção é um dos testes principais na investigação de CBM e ECBM, usada para: • Determinar a capacidade de armazenamento máxima de gás em carvão in situ; • Estimar o volume real de gás in situ; • Estimar o grau de saturação de gás em carvão pela diferença entre capacidade de armazenamento máxima de gás e o volume real de gás; • Estimar os coeficientes de difusão de gás a diferentes pressões; • Determinar a pressão crítica de dessorção;

4. Estimar a composição de gás armazenada a diferentes pressões; • Estimar o volume de gás que será libertado do carvão á medida que decresce a pressão; • Determinar a densidade do carvão; • Determinar o volume de carvão; • - Fornece ainda a visão geral do processo econômico e os tipos de condições operatórias que podem ser usadas.

5. Simulação de uma isotérmica de sorção Figura 6: Simulação de isotérmica de adsorção de Langmuir em carvão (Energy Resources Consulting Pty Ltd., 2008).

6. Definição do conceito CBM - Metano em camada de carvão (CBM: Coalbed Methane) define-se pela sua recuperação em camadas de carvão profundas. Figura 1: Poço de produção de metano em projetos de CBM (Bigcatenergy, 2006) Figura 2: Poços de explotação direcionais (McDaniel & Associates Consultants Ltd, 2006)

7. Gás Movimento do Gás Água Movimento da água Redução da pressão hidrostática na camada Cleat Gás armazenado nos poros Gás liberado na matriz Difusão do gás pela matriz é controlada pelo gradiente de concentração Fluxo do gás livre pelas fraturas Gás livre move-se em função do gradiente de pressão Difusão do gás liberado até as fraturas Figura 3: CBM (C. Rodrigues, 2002)

8. Definição do conceito ECBM A recuperação avançada de metano em camada de carvão (ECBM – Enhanced Coalbed Methane), com a injeção de CO2. Figura 4: Processo de recuperação avançada de metano (IFP, 2006)

9. Gás Migração do gás Água Migração da água Redução da pressão hidrostática na camada Cleat CO2 Migração do CO2 Gás armazenado nos poros Gás liberado para a matriz do carvão Injeção de CO2 acelera o processo de difusão do metano dentro da matriz Fluxo de gás pelas fraturas até o poço de produção O metano corre livremente pelas fraturas devido ao gradiente de pressão Troca do metano pelo CO2 dentro dos poros da matriz devido à condição de adsorção preferêncial Figura 5: ECBM (CEPAC - Modificado a partir de C. Rodrigues, 2002)

10. Fases de projeto ECBM:1 – Despressurização da camada pela retirada de água (Dewatering stage)2 – Injeção de CO2 e início da produção de metano3 – Avanço de CO2 no poço de produção (Breakthrough) – declínio da produção de gás • Recorde de produção de metano: • 21 cm3 metano / g de carvão • -21 m3 metano / ton de carvão • Orchard Coal – Pensilvânia - EUA A taxa de inclinação da curva de produção de gás e de declínio da de água são funções das condições hidrogeológicas da camada (i.e. pressão e saturação de gás e de água) Figura 7: Perfis de produção de metano e água em ECBM (After Kuuskraa & Brandenburg, 2005)

11. Comparações entre reservatórios convencionais e recuperação de metano em camadas de carvão:

12. Comparação entre CBM e ECBM:

13. Critérios de Seleção de Reservatórios para ECBM: • Reservatórios homogêneos: a camada de carvão deve ser continua e isolada para prevenir escape do CO2; • Estrutura simples; • Permeabilidade adequada; • Profundidade adequada; • Para armazenamento efetivo a camada não deve ser minerada.

14. Viabilidade técnica de projetos de ECBM no Brasil • Adaptar o screening criteria para carvões gondwânicos (rank, matéria mineral, etc); • Processos de inchamento e encolhimento do carvão gondwânico aquando da injeção de CO2; • Condições de interação do sistema água-CO2-carvão; • Carvões do Brasil possuem alto teor de matéria mineral. Qual sua relação com processos de transporte e sorção?

15. Avaliação econômica de projetos de ECBM no Brasil • Source-sink matching para identificar fontes de CO2 próximas a depósitos de carvão • Avaliação do potencial de CH4 armazenado em camadas de carvão do Brasil • Avaliação do potencial de CO2 armazenável em camadas de carvão do Brasil (créditos de carbono?) • Qual a razão molar (ou volumétrica) de CO2/CH4 de carvões do Brasil? (geralmente 2:1)

16. Custos e Potencial Global de Sequestro para ECBM • Estimativa de custos nos EUA prevê que o projeto seja viável com gás a $0.07/m3 (assumindo que o CO2 não tem custos para o operador); • Fora dos EUA os projetos requerem valores de $0.11/m3 ou superiores; • Para avançar com esta tecnologia, especialmente como medida de armazenamento de CO2 é importante que haja demonstrações bem sucedidas; • Quanto maior for a maturidade tecnológica menores serão os custos;

17. O armazenamento de CO2 em áreas não mineráveis atualmente é uma das opções mais atraentes devido: • Às grandes reservas globais de carvão; • À capacidade destas camadas de carvão para adsorver volumes grandes de CO2; • E a possibilidade de aumentar a recuperação avançada de metano destas camadas de carvão (ECBM).

18. Obrigado