Geoquimica para o seqüestro geológico de co2

1. PRINCÍPIOS DE TERMODINÂMICA

A injeção de CO2 a alta pressão em reservatórios geológicos relativamente profundos e a carbonatação mineral são problemas típicos de equilíbrio de fase. Isto pode ser resolvido pela aplicação da termodinâmica enquanto esta consideração seja restrita às reações entre CO2 e H2O, embora nem todas estas reações sejam instantâneas. Por exemplo, a baixas temperaturase pressões, a hidratação do CO2 dissolvido para o verdadeiro ácido carbônico H2CO3, tem um tempo meio de aproximadamente 6min (Jones et al., 1964). Este é o tempo que leva para converter 50% do CO2 dissolvido para H2CO3.

Disposição geológica do CO2 é um problema relativamente simples se consideramos que as rochas não são reativas: baixo esta suposição, CO2 se distribui entre a fase liquidaaquosa e a fase gasosa, com a solubilidade do gás dependendo da temperatura, pressão e a composição das duas fases.

Porém, o problema é bem mais complicado, pois, as reações de dissolução/precipitação de formação mineral da rocha ocorrem e tem que ser consideradas. Além da complexidade determinada por os muitos componentes químicos envolvidos no sistema de interesse, com relação à anteriorsuposição, a cinética é de fundamental importância e traz um monte de complicações. Na verdade, se é razoável supor que a dissolução de gases e reações químicas homogêneas na solução aquosa atingem a condição de equilíbrio instantaneamente ou quase, a mesma suposição é certamente falsa para reações de precipitação/dissolução heterogêneas das fases sólidas. Portanto, as constantes de velocidade dessasreações e as superfícies de minerais têm de ser conhecidas e inseridas apropriadamente nos modelos termodinâmicos. Mesmo neste caso, no entanto, a termodinâmica desempenha um papel fundamental na resolução do problema de equilíbrio de fases de interesse.

Potencial químico.

Potencial químico de um elemento é a energia livre parcial molar de Gibbs deste elemento dentro de uma solução. Destemodo podemos considerá-lo a força motriz para a difusão de átomos, num sentido amplo da palavra.

Para um sistema homogêneo, por exemplo, um sistema que consiste em uma simples fase feita de diferentes componentes químicos, o potencial químico do componente químico, i, µi, é igual à derivada parcial da energia livre de Gibbs do sistema, G, com respeito aos moles ni do i-éssimo componente àpressão constante P, temperatura T, e composição de todos os constituintes exceto i:
(1)
O potencial químico do componente i é igual à sua propriedade parcial molar da energia livre de Gibbs, Ḡi, porque as variáveis independentes temperatura e pressão, que são escolhidas para definir as propriedades parciais molais, são também variáveis independentes fundamentais para G, como indicadopela relação:
(2)
Onde S é a entropia e V o volume.
É importante lembrar a diferença entre as propriedades molares e as propriedades parciais molares. As propriedades molares são definidas para substancias puras e são indicadas com letras minúsculas: por exemplo, g representa a energia livre molar Gibbs, isto é, a energia livre Gibbs para um mol da substancia considerada pura.Propriedades parciais molares, como a energia livre parcial molal Gibbs, são definidas para um componente específico i de uma determinada fase e aqui serão indicadas pelo símbolo da propriedade com uma barra de expoente, por exemplo, Ḡi. As propriedades parciais molares podem ser definidas apenas para propriedades extensas (ex. G, S, V, ...) através da diferenciação a pressão e temperaturaconstantes.
Para um sistema heterogêneo, ou seja, de dois ou mais fases, a distribuição do equilíbrio de um componente químico i entre duas fases α e β é descrita por:
(3)
Onde µi,α e µi,β são os potenciais químicos do i-éssimo componente nas duas fases α e β respectivamente. Esta equação foi comprovada por J. Williard Gibbs em 1875.
Para a aplicação da equação (3) para um dado sistema de...