Energias não renováveis

Combustíveis fósseis

Projeto FEUP 2016/2017 – Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Equipa: 1M04_03

Supervisor: José Ferreira Duarte Monitor: Luís Araújo

Estudantes/Autores:

Gonçalo Silva

João Coutinho

Leonardo Alves

Maria Pires

Pedro Novais

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Resumo

O relatório aqui apresentado foi elaborado para a unidade curricular

“Projeto FEUP”. Resultou de várias semanas de trabalho intensivo em que

predominou o debate sobre o tema, a aprendizagem, e fundamentalmente, a

união e o trabalho de equipa.

Assim sendo, depois da semana de formação deste mesmo projeto, foi-

nos atribuído o tema “Energias não renováveis” associado ao subtema

“Combustíveis Fósseis”, tema este que se apresenta como sendo um problema

atual, cuja solução deverá ser encontrada rapidamente, de modo a evitar

consequências irremediáveis.

O trabalho inicia-se com uma breve explicação de como os combustíveis

fósseis se formam e quais as suas utilizações na sociedade atual. De seguida,

define-se, de uma forma geral, os diferentes tipos de combustível fóssil.

Finalmente, expõe-se as vantagens e as desvantagens destes combustíveis,

realçando as alternativas que se poderão optar de forma a que a dependência

dos combustíveis fósseis diminua.

2

Palavras-Chave

- Energias não renováveis

- Combustíveis fósseis

- Petróleo

- Gás natural

- Carvão

- Energias Renováveis

- Biocombustíveis

- Energia solar

- Energia Eólica

- Energia geotérmica

- Energia hidroelétrica

3

Agradecimentos

A elaboração do projeto deve-se, principalmente, ao empenho e esforço

constante não só de todos os elementos do grupo, que dedicaram algum do seu

tempo livre para incrementar a qualidade que se espera na FEUP, como também

do Engenheiro José Ferreira Duarte e monitor Luís Araújo, que tiveram um papel

fundamental na orientação e posteriormente no seu desenvolvimento.

4

Índice

1-Lista de figuras ........................................................................................................................ 4

2-Glossário ................................................................................................................................... 6

3-Introdução ................................................................................................................................ 7

4-O que são combustíveis fósseis e para que servem? ........................................................ 8

5-Exemplos de combustíveis fósseis ........................................................................................ 9

5.1-Petróleo: ............................................................................................................................ 9

5.1.1-Prospeção e Extração ............................................................................................. 10

5.2-Carvão: ............................................................................................................................ 12

5.3-Gás Natural: .................................................................................................................... 14

7-Dependência Económicas vs Impacto Ambiental ............................................................. 16

8-Alternativas aos combustíveis fósseis ................................................................................ 18

9-Conclusão ............................................................................................................................... 21

10-Notas Finais: ........................................................................................................................ 22

11-Bibliografia: .......................................................................................................................... 23

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1-Lista de figuras

Figura 1- Quantidade total de petróleo produzida em

milhares de barris por dia

Figura 2- Esquema simplificado de uma sonda de exploração

petrolífera

Figura 3- Mão a segurar carvão

Figura 4- Esquema de uma central termoelétrica

Figura 5- Derrame de petróleo no Golfo do México

Figura 6- Gaivota afetada por um derrame de petróleo no

oceano

Figura 7- Diferença do dinheiro (em milhões de dólar

americano) investido em combustíveis fósseis e nas

alternativas ecológicas

Figura 8- Gerador eólico

Figura 9- Barragem do Alqueva

6

2-Glossário

“on-shore” - serviços prestados em alto mar;

“off-shore” - serviços em indústrias localizadas em terra;

Gasodutos - rede de tubulações que leva o gás natural das fontes

produtoras até os centros consumidores;

Prospeção- exame do terreno para descobrir um filão mineral ou um

jazigo petrolífero.

Jazigos - concentração natural de minério.

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3-Introdução

A energia que constantemente usamos possui diversas fontes, que podem

ou não ser renováveis. Foi-nos então proposto que, de entre as várias existentes,

estudássemos os combustíveis fósseis como fontes de energia não renováveis.

O trabalho desenvolvido passa inicialmente por definir os combustíveis

fósseis quanto ao que se tratam efetivamente, depois trata as consequências,

vantagens e desvantagens provenientes da sua utilização e dá a conhecer alguns

exemplos, culminando na exposição de algumas alternativas que se mostram

mais favoráveis em diversas vertentes.

Em suma, a elaboração deste trabalho tem como principais objetivos o

alerta para a ameaça que os combustíveis fósseis representam não só para o

ambiente como também para aqueles que nele se encontram, enumerá-los não

só a eles como também as consequências que advêm da sua utilização e ainda

propor alternativas de forma a amenizar os danos até então causados e prevenir

danos futuros.

8

4-O que são combustíveis fósseis e para que servem?

Os Combustíveis fósseis são combustíveis formados a partir de processos

naturais como a decomposição de seres vivos em condições de elevadas pressões

e temperaturas, sendo, por isso, altamente ricos em carbono, alimentando a

combustão. Os combustíveis fósseis mais utilizados no planeta são o petróleo, o

carvão mineral e o gás natural, estando classificados como fontes de energia

não-renováveis, uma vez que a velocidade da sua produção, na ordem dos

milhões de anos, é muito menor que a taxa de consumo por parte da sociedade

atual. Entre os principais exploradores de combustíveis fósseis do mundo está os

Estados Unidos, a China, a Rússia, a Arábia Saudita e o Brasil.

A utilização de combustíveis fósseis, em grande escala, teve início na

chamada 1ª Revolução industrial, no século XVIII, com o uso da máquina a vapor

que transformava a energia térmica (da combustão do carvão) em energia

mecânica para movimentar os êmbolos das máquinas, tendo melhorado e

tornado mais eficaz os processos industriais.

Neste mesmo período, a iluminação usando o gás natural começou a ter

ampla utilização e, para além disso, verificou-se o aumento da procura do gasóleo

e da gasolina, consequência da invenção do motor de combustão interna e do

seu uso em automóveis e noutros veículos como os comboios e as aeronaves. No

entanto, a principal utilização dos combustíveis fósseis está na geração de

eletricidade, tendo também utilidade como matéria-prima para a indústria

petroquímica, plástico (polímeros) e para a produção de borracha e outros

materiais tais como o alcatrão no uso da construção de estradas.

9

5-Exemplos de combustíveis fósseis

5.1-Petróleo:

O Petróleo é considerado, ao lado da água, o principal recurso natural da era

moderna. Embora existam esforços governamentais em todo o mundo para

diminuir a dependência em relação a esse recurso, este continua a ser o

combustível mais utilizado. Para além de ser um recurso não renovável, o

petróleo apresenta como desvantagem a emissão em grande quantidade de

poluentes na atmosfera durante a sua queima.

A principal utilização do petróleo é a sua transformação em gasolina e

gasóleo para veículos. Além disso, a partir do petróleo são produzidos o GLP (Gás

Liquefeito de Petróleo, utilizado como gás de cozinha), a nafta (um derivado

utilizado na indústria petroquímica), a querosene de avião, o plástico e alguns

tipos de solvente, apresentando ainda várias finalidades, como o facto de ser

responsável por 6,9% da geração de energia elétrica.

A cotação do petróleo tem atingindo altos recordes no mercado internacional

desde 2005, por causa da instabilidade em áreas onde ele é mais extraído e por

sinais de que os suprimentos podem estar em esgotamento.

Figura1-Quantidade total de petróleo produzido em milhares de

barris por dia

(pt.actualitix.com)(1)

10

5.1.1-Prospeção e Extração

A prospeção do petróleo bruto e do gás natural é feita à escala mundial

quer na terra quer nas plataformas continentais dos oceanos. Para tal, antes de

se efetuarem perfurações, são realizados exames sísmicos que medem a

propagação de ondas através do subsolo, permitindo traçar mapas da

consistência do subsolo que têm como objetivo encontrar locais que possam

acomodar jazigos. Atualmente, existem outras técnicas associadas à prospeção

envolvendo o uso de satélites e lasers. No entanto, para confirmar a existência

ou não de depósitos de gás e de petróleo é necessário recorrer a perfurações,

para perceber se é comercialmente rentável explorar aquele local.

“Através da aplicação de estudos de reservatórios, incluindo algoritmos

sofisticados desenvolvidos internamente para processar e analisar dados sísmicos

3-D com alta definição, temos sido capazes de delinear e prolongar os limites de

reservas de reservatórios existentes com sucesso, conseguindo tirar mais

proveito no futuro.” (2)

Para perfurar, tanto em “on-shore” como em “off-shore”, é necessária

tecnologia altamente sofisticada, uma vez que esta perfuração pode ultrapassar

os 2 quilómetros. A perfuração faz-se através de uma sonda de perfuração, mais

concretamente com o uso de um tubo rotativo, na ponta do qual se encontra

uma broca. Este sistema é constantemente irrigado pela chamada “lama

química”, constituída por lama, fluído de perfuração, e rocha triturada

proveniente do trabalho da broca, com o objetivo de refrigerar a broca e

transportar a rocha triturada para a superfície.

Uma vez encontrado petróleo este pode jorrar violentamente para a

superfície devido à elevada pressão a que este se encontra. O tubo de perfuração

é retirado e, na cabeça do poço é montado um conjunto de condutas e válvulas

denominado de “árvore de Natal” e que se destina a controlar o fluxo de petróleo

bruto e a separá-lo para os diversos tanques de armazenamento. Caso a pressão

11

natural do jazigo não seja suficiente, bombeia-se água ou gás para o interior

deste, com a finalidade de facilitar a ascensão do petróleo. Normalmente, o gás

natural está associado ao petróleo bruto na sua extração, encontrando-se por

cima deste, uma vez que é menos denso.

Figura 2-Esquema simplificado de uma sonda de exploração petrolífera

(diariodopresal.wordpress.com)(3)

12

5.2-Carvão:

O carvão mineral foi o principal recurso durante a Primeira Revolução

Industrial, pelo que ganhou uma grande relevância na estruturação das

sociedades, no entanto, é, atualmente, amplamente utilizado, principalmente nas

chamadas centrais termoelétricas. A queima do carvão é um processo que se

verifica da seguinte forma: o carvão é extraído do solo, fragmentado e

armazenado em silos para ser transportado à usina, onde novamente será

armazenado; de seguida, é transformado em pó, permitindo o melhor

aproveitamento térmico ao ser colocado para queima nas fornalhas de caldeiras;

posteriormente, calor liberado por esta queima é transformado em vapor ao ser

transferido para a água que circula nos tubos que envolvem a fornalha; assim, a

energia térmica contida no vapor é transformada em energia mecânica que

movimentará a turbina do gerador, originando energia elétrica. Para além disso,

o carvão apreende também uma aplicação industrial na geração de calor

necessário aos processos de produção, tais como secagem de produtos,

cerâmicas e fabricação de vidros.

A principal restrição à utilização do carvão é o forte impacto socio-ambiental

provocado em todas as etapas do processo de produção e também no consumo,

ou seja, as centrais termoelétricas contribuem bastante para o aumento do

aquecimento global através do efeito estufa e de chuvas ácidas, devido à

libertação de CO2 na queima de combustíveis. Assim, embora o seu poder

calorífico e o seu tempo de combustão resultem numa grande vantagem em

termos de produtividade, o carvão mineral é o mais poluente dos combustíveis

fósseis.

13

Figura 3-Mão a segurar carvão

Figura 4- Esquema de uma central termoelétrica

(infoescola.com)(4)

14

5.3-Gás Natural:

O gás natural tem-se tornando o mais promissor dos combustíveis fósseis em

termos de investimentos e utilização, nomeadamente na área dos transportes,

podendo ser utilizado para substituir o gasóleo e a gasolina nos automóveis, e

na indústria, para fornecimento de calor, eletricidade, força motriz e ainda

matéria prima nos setores químico, petroquímico e de fertilizantes. O seu

processo de formação ocorre, geralmente, em conjunto com o petróleo, embora

nem sempre estes se encontrem nas mesmas áreas.

Desta forma, o gás natural apresenta várias vantagens em relação aos outros

combustíveis fósseis, destacando-se o facto de ser a fonte de energia mais limpa,

uma vez que a sua combustão, ao ser completa, produz menores quantidades de

dióxido de carbono. Para além disso, o gás natural possui amplas reservas, sendo

o custo de produção a partir deste menor em comparação, por exemplo, com o

carvão; existe também facilidade de transporte e manuseio, eliminando os riscos

do armazenamento de combustíveis, sendo a sua distribuição feita através de

uma rede de tubos de maneira segura. Outra característica bastante importante

do gás natural é o facto de este gás ser mais leve do que o ar, ou seja, este

dissipa-se rapidamente pela atmosfera em caso de fuga, proporcionando uma

maior segurança.

Prevê-se que a sua contribuição para a demanda primária total de energia

deve subir em cerca de 25% até 2040(5). As duas principais potências mundiais

em termos de reservas e exploração do gás natural são a Rússia e os EUA. Os

russos, inclusive, fazem um bom uso geopolítico desse recurso, uma vez que boa

parte da Ásia e da Europa são dependentes da importação desse produto que

circula em gasodutos construídos por esse país em vários territórios, incluindo a

Ucrânia.

15

6-Vantagens e desvantagens dos combustíveis fósseis

Como já dito anteriormente, os combustíveis fósseis colaboram desde a

Revolução Industrial para o crescimento tecnológico e operacional da vida

urbana, continuando a ter um papel importantíssimo na atualidade. Desta forma,

estes recursos apresentam inúmeras vantagens, nomeadamente:

apresentam um alto potencial energético;

são facilmente transportados;

podem ser utilizados de várias formas;

potenciam a criação de muitos postos de trabalho.

No entanto, nos dias de hoje é inevitável não estar informado acerca das

grandes desvantagens que os combustíveis fósseis proporcionam para a

qualidade do meio ambiente e para a saúde de todos os seres vivos. Assim, em

contrapartida, os combustíveis mostram-se recursos que:

são muito poluentes;

a velocidade de consumo é muito maior que a velocidade de produção;

têm uma limitação a nível espacial, tendo origem em locais específicos da

Terra;

os custos de extração, tratamento e transporte são muito elevados;

em muitos casos, só há rentabilidade quando as reservas são de grande

tamanho;

podem causar catástrofes ambientais.

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7-Dependência Económicas vs Impacto Ambiental

O uso dos combustíveis fósseis teve uma grande influência na evolução da

sociedade quer a nível social como tecnológico e económico. No entanto, o uso

excessivo destes trouxe, também, consequências negativas. A sua utilização

chega mesmo a acarretar um grave problema para a saúde pública, uma vez que

a combustão destes combustíveis conduz a uma alta contaminação do ar que

respiramos, pela libertação de gases tóxicos.

É do conhecimento geral, que gases como o dióxido de carbono são

considerados poluentes por agirem diretamente com o efeito de estufa,

conduzindo ao aumento do aquecimento global por não haver dissipação do calor

gerado pelos raios solares. Este aumento de temperatura, um problema

resultante da queima dos combustíveis fósseis, é sentido nos dias que correm, e

provavelmente trará consequências de dimensões catastróficas se nada for feito

para o contrariar.

A poluição compromete a capacidade das próximas gerações de suprir as

suas próprias necessidades, ou seja, estas estão dependentes da disponibilidade

de terra, de água e ar do planeta, cabendo às gerações atuais saber conciliar

essa difícil relação entre o desenvolvimento e a sustentabilidade do planeta,

procurando a solução que melhor beneficie e proteja o ambiente. Além disto,

ocorrem, por vezes, acidentes no transporte ou na extração dos combustíveis

fósseis, podendo contaminar o solo, lençóis de água e oceanos que terão um

impacto direto na vida animal.

Figura 5-Derrame de petróleo no Golfo de México

(erenovable.com)(6)

Figura 6- Gaivota afetada por um derrame de

petróleo no oceano

(phinformix.blogspot.pt)(7)

17

Apesar do impacto positivo que o uso dos combustíveis fósseis teve (sendo

uma ajuda fundamental para a evolução do homem), o impacto ambiental vai-se

agravando. Estamos assim num impasse, uma vez que a evolução da sociedade

depende da utilização dos combustíveis fósseis.

Por outro lado, a economia mundial está dependente destes recursos

naturais, o que leva as potências mundiais a “ignorar” as consequências que o

uso dos combustíveis fósseis provoca no ambiente em prol da componente

económica associada a estes combustíveis.

Figura 7-Diferença do dinheiro (em milhões

de dólares americanos) investido em

combustíveis fósseis e nas alternativas

ecológicas.

(priceofoil.org)(8)

18

8-Alternativas aos combustíveis fósseis

8.1-Biocombustíveis

Os biocombustíveis, ao serem produzidos a partir de fontes renováveis,

são, atualmente, uma alternativa para os tradicionais combustíveis fósseis, pois

para além de serem mais facilmente adquiridos, poluem muito menos o meio

ambiente.

Dois exemplos dos biocombustíveis mais utilizados são a Biomassa e o

Biodiesel:

- A Biomassa é uma fonte de energia renovável que tem o potencial de reduzir a

emissão de gases com efeito de estufa, disponível em grande abundância,

derivada de materiais orgânicos, sendo que todos os organismos capazes de

realizar fotossíntese (ou derivados deles) podem ser utilizados como biomassa.

Estão a tentar ser obtidas maiores quantidades de energia da biomassa, já que

o petróleo e o carvão mineral têm previsões de acabar.(9)

- O Biodiesel é um combustível renovável e biodegradável, obtido normalmente

a partir da reação química de lipídios, óleos ou gorduras, de origem animal ou

vegetal, com um álcool na presença de um catalisador(10). O biodiesel é uma

alternativa ao petróleo, podendo ser usado em motores com poucas ou sem

alterações. Além disso, liberta menos gases de efeito de estufa que o gasóleo e

já ajudou a reduzir a dependência de certos países relativamente às reservas

petrolíferas estrangeiras.(11)

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8.2-Energia eólica

O termo energia eólica descreve o processo pelo qual a força do vento é usada

para gerar eletricidade. Esta energia é limpa e completamente renovável (haverá

sempre vento), produzindo energia elétrica sem poluir o ambiente. No entanto,

esta tecnologia tem custos muito altos, necessitando de um grande primeiro

investimento, causa poluição sonora e já matou muitos seres vivos voadores.(12)

8.3-Energia solar

“A cada hora o sol irradia para a Terra energia suficiente para satisfazer as

necessidades do mundo durante um ano inteiro” (14)

A energia solar é a tecnologia usada para através da energia dos raios

solares produzir energia capaz de ser utilizada pelo Homem. Deste modo, para

capturar e a transformar a energia solar usam-se células fotovoltaicas ou painéis

solares.

A energia solar é por isso limpa e renovável, não causando poluição nem

barulho e ajuda a dependermos cada vez menos dos combustíveis fósseis. No

entanto, é muito dispendioso, é impossível de funcionar à noite, necessita de

grandes áreas para instalar o equipamento necessário e de muita manutenção

(estar sempre limpo entre outras necessidades).

Figura 8 – Gerador eólico

(colegioweb.com.br) (13)

20

8.4-Energia geotérmica

A energia geotérmica é a energia obtida através do calor vindo do interior

da Terra. Esta energia tem muitas aplicações como: aquecer as habitações,

estufas, piscinas e gerar energia elétrica nas Centrais geotérmicas.

Ultimamente tem-se recorrido a esta alternativa uma vez que é uma

energia limpa, pouco poluente.

8.5-Energia hidroelétrica

A energia hidroelétrica é a energia elétrica obtida pelo aproveitamento da

energia provocada pelo movimento da água(muitas vezes está associada à queda

natural ou artificial da água). Isto é, o movimento da água faz mover uma turbina

hidráulica que aciona um gerador elétrico.

A vantagem do uso desta energia é não necessitar de combustíveis fósseis,

sendo uma energia não poluente e renovável. No entanto, podem ocorrer

acidentes como inundações.

Figura 9- Barragem do Alqueva

(ochicharo.com)

21

9-Conclusão

A elaboração deste relatório permitiu que todos os elementos do grupo

pudessem encarar o tema abordado como um problema sério e que deve ser

submetido a medidas que diminuam a sua influência negativa aos mais diversos

níveis. Assim sendo, o grupo espera que o trabalho elaborado permita a todos os

que o consultarem cheguem à mesma resolução.

Com base na informação contida no relatório e em tom de conclusão, os

combustíveis fósseis são algo a que devemos recorrer cada vez menos, de forma

a que seja garantida a nossa permanência neste planeta de forma sustentável.

Embora não sejam a única ameaça ambiental que enfrentamos na atualidade,

enfrentar cada uma delas reflete-se positivamente no planeta; neste caso, o

recurso a alternativas que sejam capazes de substituir eficazmente os

combustíveis fósseis contribuirá para que seja preservada a “saúde” do nosso

planeta, da qual tanto dependemos nós e todos os outros seres vivos que o

habitam. Por isso, cabe-nos a nós, seres dotados da razão, do discernimento e

da tomada de decisões, optar pelo que mais contribui para o bem geral: decidir

em função de um bem maior e que permita a construção de um futuro igualmente

assente no bem e na sustentabilidade.

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10-Notas Finais:

Devido a intensa exploração dos recursos fósseis, estes poderão vir a

extinguir-se. Aliando assim esta informação ao quão nocivos estes recursos se

apresentam em geral, torna-se indispensável o investimento em alternativas,

uma vez que estamos dependentes destas não só por serem mais benéficas, mas

porque brevemente não teremos outra opção senão o uso das mesmas em prol

da evolução da sociedade. O grupo espera, por isso, que se levante no presente

o problema em questão e se reflita no futuro a solução do mesmo, uma vez que

este tende a agravar-se e quanto mais cedo forem tomadas medidas, mais

malefícios se podem evitar.

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11-Bibliografia:

1. Petróleo em bruto : Produção 2016. Available from: pt.actualitix.com. 2. aramco S. From exploration to production 2016 [13/10/2016]. Available from: http://www.saudiaramco.com/en/home/our-business/sustaining-excellence/from-exploration-to-production.html. 3. Petróleo – Sonda de perfuração petrolífera [15/10/2016]. Available from: https://diariodopresal.wordpress.com/o-que-e-o-pre-sal/petroleo-sonda-de-perfuracao-petrolifera/. 4. Toffoli L. Usina Termoelétrica [09/10/2016]. Available from: http://www.infoescola.com/fisica/usina-termoeletrica/. 5. International Energy Outlook 2016. U.S. Energy Information Administration

2016.Available from: https://www.eia.gov/forecasts/ieo/nat_gas.cfm.

6. Recordamos | Derrame de petróleo en Golfo de México. Marea negra en Luisiana. 2015.Avaiable from: http://erenovable.com/derrame-de-petroleo-en-golfo-de-mexico-marea-negra-en-luisiana/

7. Earlan. Os maiores vazamentos de petróleo da história 2011.Avaiable from:

http://phinformix.blogspot.pt/2011/12/os-maiores-vazamentos-de-petroleo-da.html

8. Turnbull D. New Analysis: Fossil fuel subsidies five times greater than climate finance: Oil Change International; 2012. Available from: http://priceofoil.org/2012/12/03/new-analysis-fossil-fuel-subsidies-five-times-greater-than-climate-finance/. 9. Biomass Energy Basics: National Renewable Energy Laboratory; [cited 2016]. Available from: https://www.nrel.gov/workingwithus/re-biomass.html. 10. Biodiesel Wikipedia [20/10/2016]. Available from: https://pt.wikipedia.org/wiki/Biodiesel. 11. What is biodiesel? [17/10/2016]. Available from: http://www.conserve-energy-future.com/Advantages_Disadvantages_Biodiesel.php. 12. Wind Energy Basics [18/10/2016]. Available from: http://windeis.anl.gov/guide/basics/. 13. Energia eólica – Origem e vantagens 2014. Available from: http://www.colegioweb.com.br/geografia/energia-eolica-origem-e-vantagens.html.

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14. Solar Energy National Geographic; [22/10/2016]. Available from: http://environment.nationalgeographic.com/environment/global-warming/solar-power-profile/

Também retiramos informação dos seguintes livros e sites:

Chang R. Química. 5ª ed: McGrawHill; 1994.

Reger D.Goode S. Mercer E. Química: Princípios e Aplicações. Lisboa: Fundação

Calouste Gulbenkian; 1997.

Souza LAd. Gás natural-Combustível: Mundo Educação; [13/10/2016]. Available from:http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/gas-natural-combustivel.htm. Pena R. Combustíveis Fósseis [08/10/2013]. Available from: http://brasilescola.uol.com.br/geografia/combustiveis-fosseis.htm.

Significado de Poluição ambiental [12/10/2016]. Available

from:https://www.significados.com.br/poluicao-ambiental/.