A radioatividade natural em materiais geológicos afetados pela combustão de carvão e seus efeitos no ambiente

Abstract

O carvão é uma das maiores fontes de energia do planeta e ainda é fundamental em alguns setores industriais, como a metalurgia e produção de cimento. Nestes casos a combustão de carvão ocorre em instalações industriais, mas há também situações em que a combustão de carvão ocorre em minas e em escombreiras de resíduos mineiros. Quando esta combustão não controlada ocorre, uma complexa mistura de partículas e gases são emitidos e dispersos na atmosfera e nos meios envolventes, gerando impactes no ambiente e na saúde humana. A investigação do passivo ambiental deixado pela exploração e pela utilização de carvão no passado é importante para uma melhor compreensão das possíveis consequências no ambiente e na saúde humana, especialmente em um momento de crise climática, e de transições e incertezas energéticas relacionadas aos combustíveis fósseis. Neste trabalho foram estudados dois cenários influenciados pela combustão de carvão: escombreiras resultantes da exploração de carvão na Bacia Carbonífera do Douro sujeitas a autocombustão, e solos da área envolvente à central termoelétrica de Sines. Os materiais coletados foram analisados através de diferentes técnicas que permitiram a determinação da concentração de atividade de radioisótopos, e de taxas de exalação e coeficientes de emanação dos gases radão e torão. Esses dados permitiram fazer uma análise do risco radiológico, através do cálculo de vários parâmetros de risco, e compreender o efeito do processo da combustão na radioatividade natural de materiais geológicos. No caso das escombreiras sujeitas a autocombustão, o processo de combustão faz aumentar a concentração de atividade de 40K e 232Th, enquanto o 238U não revela diferenças significativas. A maior concentração de atividade de radionuclídeos pode estar relacionada com a concentração de matéria mineral por perda do carbono. O U nos carvões está normalmente associado à matéria orgânica, podendo, por isso, ser parcialmente mobilizado durante a combustão. Os materiais queimados apresentam valores de risco mais elevados, indicando que a combustão dos resíduos mineiros de carvão potencia o risco radiológico nas áreas envolventes das escombreiras. No caso de Sines, os solos apresentam valores concentração de atividade de radionuclídeos, e de taxas de exalação e coeficientes de exalação bastante heterogéneos, sendo que os solos colhidos na área a sul da central apresentam valores mais altos. Esses valores mais altos podem dever-se à proximidade aos locais de armazenamento de carvão e de subprodutos da combustão, e à direção predominante do vento. Os resultados não apontam para um risco radiológico significativo, apesar de este ser mais alto na área a sul. As diferenças entre as áreas a norte e a sul materializam parte do impacte ambiental associado as atividades que ocorriam na central termoelétrica de Sines.

Coal is one of the largest sources of energy on the planet and is still fundamental in some industrial sectors, such as metallurgy and cement production. In these cases, the combustion of coal takes place in industrial facilities, but there are also situations where the combustion takes place in coal mines or in coal waste piles. When this uncontrolled combustion occurs, a complex mixture of particles and gases are emitted and dispersed in the atmosphere and surroundings, generating impacts on the environment and in human health. The investigation of the environmental legacy left by the exploitation and use of coal in the past is important for a better understanding of the possible consequences on the environment and human health, especially in a time of climate crisis, and energy transitions and other uncertainties related to fossil fuels. In this work, two scenarios influenced by coal combustion were studied: coal waste piles resulting from coal mining in the Douro Coalfield subjected to self-combustion, and soils in the area surrounding the Sines thermoelectric power plant. The collected materials were analyzed through different techniques that allowed the determination of the concentration of radioisotopes activity, exhalation rates and emanation coefficients of radon and thoron gases. These results allowed the radiological risk analysis, through the calculation of several risk parameters, and to understand the effect of the combustion process on the natural radioactivity of geological materials. In the case of coal waste piles subjected to self-combustion, the combustion process increases the concentration of 40K and 232Th activity, while 238U does not reveal significant differences. The higher concentration of radionuclides activity may be related to the concentration of mineral matter due to carbon loss. The U in coals is normally associated with organic matter and can therefore be partially mobilized during combustion. Burnt materials present higher radiological risk, indicating that the combustion of coal mining waste increases these risk in the coal waste piles surrounding areas. In the case of Sines, the soils present values of radionuclide activity concentration, exhalation rates and exhalation coefficients quite heterogeneous, with the soils in the south area of the power plant showing higher values. These values may be due to the proximity to storage sites of coal and coal combustion by-products, and the prevailing wind direction. The results do not point to a significant radiological risk, although it is higher in the southern area. The differences between the north and south areas materialize part of the environmental impact associated with the activities that took place at the Sines thermoelectric power plant.