O momento certo para motores de combustão rica

Desde 2011, o programa GHGRP da EPA coleta dados anuais de emissões de quase 8.000 grandes instalações industriais. (Foto: Adobe.)

A produção de gás natural nos EUA teve uma média superior a 100 bilhões de pés cúbicos por dia (Bcf/d) em outubro e novembro, e 2022 provavelmente entrará para a história com uma média recorde de 98,0 Bcf/d para o ano. A Administração de Informação Energética (EIA) prevê que a produção crescerá aproximadamente 2% em 2023, com uma média entre 100 Bcf/d e 101 Bcf/d .

O compromisso dos EUA em fornecer 530 bilhões de pés cúbicos adicionais de gás natural liquefeito (GNL) aos países europeus, para apoiar os esforços europeus na expansão de suas fontes de abastecimento de gás, fez com que o fluxo de GNL americano para a Europa atingisse níveis recordes ao longo de 2022. Um estudo divulgado pelo Instituto Americano de Petróleo (API) e pela Associação Internacional de Produtores de Petróleo e Gás (IOGP) constatou que a demanda europeia por GNL deverá aumentar 150% entre 2021 e 2040.

Em paralelo, há um reconhecimento cada vez maior de que o mundo precisa limitar o impacto das mudanças climáticas e, como o segundo gás de efeito estufa (GEE) mais abundante depois do dióxido de carbono, o metano é um alvo importante. Investidores, acionistas, governos e comunidades estão analisando criteriosamente a intensidade de carbono associada à produção de combustíveis fósseis, e isso está impulsionando os produtores de energia a buscarem maneiras novas e inovadoras de reduzir suas emissões de metano .

Os motores a gás natural, também conhecidos como motores primários, que fornecem energia mecânica para os compressores localizados ao longo dos 4,8 milhões de quilômetros de gasodutos que serpenteiam pelos 48 estados contíguos dos EUA, são normalmente separados em três classes distintas: motores de dois tempos com mistura pobre, motores de quatro tempos com mistura pobre e motores de quatro tempos com mistura rica, que têm uma vida útil de 50 a 60 anos. Por que essas três classes distintas são importantes?

Programa de Relatórios de Gases de Efeito Estufa (GHGRP)

Essas medidas são importantes porque a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) está propondo alterações em disposições específicas do Programa de Relatórios de Gases de Efeito Estufa (GHGRP) para melhorar a qualidade dos dados coletados no âmbito do programa. Desde 2011, o GHGRP da EPA coleta dados anuais de emissões de quase 8.000 grandes instalações industriais e outras fontes nos EUA que emitem 25.000 toneladas métricas de CO2 equivalente (mtCO2e) ou mais por ano. De acordo com a EPA, as revisões propostas aprimorariam ainda mais a qualidade dos dados da categoria de fontes de Sistemas de Petróleo e Gás Natural (Subparte W), para que o GHGRP continue servindo como uma ferramenta tanto para a EPA quanto para o público entenderem as emissões desse setor.

Estudos citados na proposta de regulamentação do GHGRP indicam que uma parcela significativa das emissões pode resultar do metano não queimado presente nos gases de escape dos motores de compressores de gás natural — também conhecido como “escape de combustão” ou “escape de metano”. Os estudos afirmam ainda que as emissões dos motores de compressores de gás natural incluídas no GHGRP são significativamente subestimadas, pois não consideram o escape de combustão.

Portanto, a EPA está propondo revisar as metodologias para determinar as emissões de combustão de motores de compressores, a fim de levar em conta o escape de combustão. Os responsáveis pela emissão utilizariam fatores de emissão específicos da subparte W por classe de projeto do motor (por exemplo, dois tempos com mistura pobre, quatro tempos com mistura pobre, quatro tempos com mistura rica ou outros) na nova Tabela W-9 proposta. Na proposta original, a EPA afirmou que as revisões entrariam em vigor em 1º de janeiro de 2023 e que os responsáveis pela emissão implementariam as mudanças a partir dos relatórios preparados para o ano de 2023 e submetidos em 1º de abril de 2024. Até o momento desta publicação, não está claro quando os novos fatores de emissão entrarão em vigor. Veja a Figura 1 para comparações entre os fatores de emissão atuais e os propostos.

Figura 1: Comparação dos fatores de emissão atuais do GHGRP com a Tabela W-9 da subparte W da Parte 98, que propõe fatores de emissão de metano padrão para acionadores de compressores a gás natural.

Como fica evidente pelos fatores de emissão propostos, os motores de quatro tempos com combustão rica emitem, de forma simples e inerente, menos metano. Esses motores operam próximos à relação ar-combustível estequiométrica (16:1), onde, teoricamente, 100% do combustível e do oxigênio são consumidos durante a combustão. Na prática, isso representa uma eficiência de combustão de cerca de 99,7%, resultando em uma redução de mais de 90% nas emissões de metano. Com sistemas adequados de pós-tratamento de gases de escape, os valores de emissão se igualam, de modo que condições praticamente idênticas podem ser alcançadas tanto para motores com combustão pobre quanto para motores com combustão rica.

Lei de Redução da Inflação (IRA)

Em mais um paralelo, em agosto de 2022, o presidente Joe Biden sancionou a Lei de Redução da Inflação (IRA, na sigla em inglês), que inclui uma taxa sobre as emissões de metano de determinadas entidades do setor de petróleo e gás. A taxa sobre emissões de metano aplica-se a instalações que são obrigadas a reportar suas emissões de GEE (Gases de Efeito Estufa) no Programa de Relatórios de Gases de Efeito Estufa (GHGRP, na sigla em inglês). A partir de 1º de janeiro de 2024, a taxa começa em US$ 900 por tonelada métrica de metano e aumenta para US$ 1.500 após dois anos, o que equivale a US$ 36 e US$ 60 por tonelada métrica de dióxido de carbono equivalente, respectivamente.

A taxa de metano da IRA aplica-se a um subconjunto das instalações do sistema de petróleo e gás natural que são obrigadas a reportar as emissões de GEE, incluindo diversas aplicações intermediárias: produção de petróleo e gás natural em terra e no mar, processamento de gás natural em terra, compressão de transmissão de gás natural em terra, armazenamento subterrâneo, coleta e bombeamento de petróleo e gás natural em terra e gasodutos de transmissão.

O escopo das emissões sujeitas à cobrança baseia-se nas emissões relatadas pela instalação de acordo com o GHGRP da EPA e em um limite de emissão que varia conforme o tipo de instalação:

• Para instalações de produção de petróleo e gás natural, a taxa aplica-se apenas ao número de toneladas de metano declaradas que excedam 0,2% do gás natural enviado para venda a partir de tal instalação.
• Para instalações não produtivas, como instalações de coleta e bombeamento, a taxa se aplica às emissões de metano que excedam 0,05% do gás natural enviado para venda pela instalação.
• Para instalações de transmissão de gás natural, a taxa aplica-se às emissões de metano que excedam 0,11% do gás natural enviado para venda a partir da instalação.

Com as alterações propostas ao GHGRP para contabilizar com maior precisão o escape de metano nos gases de escape dos motores, juntamente com a taxa de metano da IRA, que reduz as emissões de metano em 90% , os motores de combustão rica conseguem atender de forma sustentável às crescentes demandas da produção de combustíveis fósseis, tornando este o "momento certo para a combustão rica".