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Energia verde no aproveitamento da biomassa florestal - 01/06/2015

A partir da crise do petróleo na década de 1970, surgiram novos conceitos de sustentabilidade ambiental, econômica e social estabelecendo-se um novo padrão ideal de geração e de consumo de energia. Essa transição se faz pela gradativa substituição de fontes de energia de origem fóssil, principalmente petróleo e seus derivados, por fontes renováveis e menos poluentes. Tal mudança é impulsionada principalmente pela progressiva redução das reservas de carbono fóssil, pelos conflitos entre nações ocasionadas pela detenção e/ou dependência dessas reservas e também devido aos problemas ambientais decorrentes do uso de combustíveis não renováveis .

O Brasil se destaca neste cenário por possuir uma matriz energética mais limpa que a maioria dos países, uma vez que a participação de fontes de energia renováveis no país é maior que as fontes não renováveis. Segundo os dados do Balanço Energético Nacional, o Brasil manteve vantagens comparativas com o resto do mundo em termos de utilização de fontes renováveis de energia. No último ano, oferta interna de energia renovável foi de 45,9%, enquanto a média mundial foi de 12,9% e nos países da OECD (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico) foi de apenas 6,7% .

No Brasil, a geração e produção de energia de biomassa deverá ser uma das principais alternativas para a substituição do petróleo e seus derivados, com ênfase para a biomassa florestal destinada ao atendimento das demandas residenciais urbanas, rurais, do setor industrial, em especial a siderurgia, ressaltando a dependência da população de baixa renda do país por essa fonte de energia.

A biomassa de origem florestal, é uma forma de energia limpa, renovável,equilibrada com o meio ambiente rural e urbano, geradora de empregos e criadora de tecnologia própria. Além disso, permite a sua utilização como fonte alternativa de energia, seja pela queima de madeira, como o carvão, aproveitamento de resíduos da exploração e aproveitamento de alcatrão, ácido pirolenhoso e outros produtos derivados.

Segundo diretiva do Parlamento Europeu relativa à “promoção da utilização de biocombustíveis ou de outros combustíveis renováveis nos transportes”, define a biomassa florestal como a fração biodegradável de produtos e resíduos gerados na floresta e que são processados para fins energéticos. Como exemplos têm-se: lenha resultante do abate de árvores, resíduos provenientes da limpeza de florestas, ramos provenientes da poda de pomares, matos, desperdícios resultantes da indústria transformadora da madeira.

A biomassa florestal é uma das vertentes abordadas no Plano Nacional de Agroenergia e nas Diretrizes de Política de Agroenergia. As prioridades para essa vertente é o desenvolvimento de novas tecnologias para o aproveitamento de resíduos florestais, como também o melhoramento genético da produção silvícola, otimização da tecnologia de transformação da biomassa em produtos de maior valor agregado e maior eficiência energética .

Com isso abordou-se as possibilidades de utilização da biomassa florestal para geração de energia verde e mostrar o panorama da sua utilização no Brasil. Essa fonte de energia sempre foi destaque em todos os Estados e seu uso se concentrava principalmente entre a população de baixa renda, comércios, as olarias e indústrias de cerâmica estrutural e as siderurgias. Porém, com novos desenvolvimentos tecnológicos e o imperativo ambiental houve um retorno a sua utilização em outros setores e de modo sustentável.

Segundo o Balanço Energético Nacional a produção primária de lenha e carvão vegetal foi de 29.227 10³ tep . As fontes de energia renovável obtiveram maior crescimento em relação às fontes de energia não-renovável na oferta interna de energia . Dentre as fontes renováveis, a lenha e o carvão vegetal, produtos da biomassa florestal, representam 25,2% da oferta interna de energia .

O uso da biomassa florestal para a geração de energia apresenta algumas vantagens como baixo custo de aquisição, não emite dióxido de enxofre, as cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes dos combustíveis fósseis, menor corrosão dos equipamentos, menor risco ambiental e é um recurso renovável. Apresenta também, quando utilizadas em uso direto tradicional, algumas desvantagens como menor poder calorífico, quando relacionadas com combustíveis à base de petróleo, maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera, maior custo de investimento em equipamentos para remoção de material particulado e encontra dificuldade no estoque e armazenamento .

Outra questão relevante diz respeito à disponibilidade de terras para o cultivo da biomassa florestal, pois em alguns casos a origem provém do desmatamento de florestas nativas, o que provoca grandes prejuízos ao meio ambiente como desertificação, redução da biodiversidade de árvores entre outros. Atualmente,o reflorestamento tem-se tornado uma alternativa viável, com as florestas plantadas cuja finalidade é a produção desta matéria prima para os diversos setores que dependem da mesma para a geração de energia. Outro ponto a ser destacado é que as espécies para a sua produção de energia, como os eucaliptos, a seringueira, podem ser cultivados em áreas degradadas ou considerados impróprias para o cultivo de outras espécies.

O plantio de mudas para cultivo de florestas nas áreas impróprias é viável porque utilizam pouca quantidade de água e absorvem uma boa quantidade de CO2(dióxido de carbono) da atmosfera contribuindo para minimizar o efeito estufa e ainda podem ganhar financeiramente recebendo créditos de carbono no mercado nacional ou internacional .

Atualmente, a importância da lenha diminuiu muito nos países industrializados em virtude do seu baixo poder calorífico e, sobretudo pela devastação que causa nas florestas. Entretanto, ainda tem sido utilizada, principalmente na indústria, em substituição aos derivados do petróleo. Isso é feito através do aperfeiçoamento da tecnologia de gaseificação da madeira, ou seja, usa-se o gás em vez de combustão direta da lenha, que gera uma queima estável e limpa. O setor residencial é um importante consumidor de lenha para geração de energia no Brasil. Nesse setor, a madeira é fortemente usada para cocção de alimentos e, em menor escala, para aquecimento domiciliar. Destacam-se outros setores: o industrial e o comercial, que também a utiliza como fonte de energia para o uso no ramo do cimento químico, papel e celulose, cerâmica e o setor agrícola para secagem de grãos

. Outro produto de origem da biomassa florestal é o carvão vegetal. A indústria baseada no carvão vegetal sempre se concentrou no estado de Minas Gerais, por causa de suas jazidas de minério de ferro . O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo, sendo que 70% do que é utilizado provêm de árvores do cerrado, o que gera um grave problema, o desmatamento. O carvão vegetal é utilizado como fonte de energia por 25% da siderurgia brasileira, também desempenha o importante papel de agente redutor e térmico em vários setores industriais, é utilizado na indústria de ferro-gusa, fundição e outras . O Brasil é hoje um dos poucos países que realiza pesquisa na área de produção e uso de carvão vegetal em escala significativa e que apresenta uma eficiência de 35% muito alta se comparada à de vários países, em que o nível de eficiência varia entre 10% e 15%, pois durante a produção de carvão vegetal há uma grande perda de energia, por isso aumenta a necessidade de melhorar a eficiência no seu processo de produção. A maioria dos produtores de carvão vegetal em todo o mundo não tem recursos e profissionais qualificados para isso

O custo do ferro-gusa fabricado com o uso de coque é mais alto do que o do ferro-gusa fabricado com o uso do carvão vegetal por causa do aumento do preço do carvão mineral no mercado internacional e o aumento da produtividade de ferro-gusa por tonelada de carvão vegetal oferece melhor produção e menor uso de quantidade do mesmo. Isso acontece devido ao crescimento da produção do carvão vegetal a partir de florestas plantadas e a sua melhor qualidade comparada à do coque. Assim poderá estimular os setores industriais baseados em carvão vegetal em investir nas florestas plantadas com manejo sustentado para alcançar auto-suficiência e diminuir a exploração das florestas nativas. O ferro-gusa produzido a partir de carvão vegetal é classificado como aço verde.

Os produtos tradicionais da biomassa florestal para geração de calor podem ser substituídos por produtos com maior rendimento energético por meio da técnica de densificação da biomassa. A densificação da biomassa permite a obtenção de produtos como os briquetes e os pellets de madeira. Esses produtos possuem como principais vantagens a possibilidade de utilização de resíduos agroflorestais e da indústria moveleira, como maravalhas, costaneiras, aparas, pó de serra e etc., e resíduos sólidos urbanos. A utilização desses materiais tem como principal objetivo aumentar a densidade energética, gerando assim mais energia em um menor volume facilitando o armazenamento e transporte desses materiais

. A densidade energética do briquete é cerca de sete vezes maior que a da madeira , e consequentemente maior poder calorífico, o que representa uma maior geração de energia por massa do produto. O teor de umidade é um parâmetro importante porque afeta diretamente no balanço energético da densificação, pois quanto menor o teor de umidade maior será a produção de calor por unidade de massa

. Dessa maneira é recomendado um teor de umidade de no máximo 20% para a queima, visto que os valores superiores reduzem o valor do calor de combustão, atemperatura da câmara de queima e a temperatura dos gases de escape

O processo de produção de briquetes é chamado de briquetagem , que consiste na densificação dos finos (pequenas partículas de materiais sólidos) com o uso de prensadas, pressão, com ou sem aquecimento. As pequenas partículas são prensadas, geralmente com ligante adequado, para formar sólidos que possuem maior valor comercial e são chamados de briquetes

Os briquetes apresentam algumas vantagens, como propriedades uniformes, formas e dimensões apropriadas, facilidade de armazenamento e fornecimento regular. Além de minimizar problemas ambientais quando são utilizados para o fabrico resíduos agroindustriais como finos de carvão e o bagaço de cana. O carvão vegetal gera muitos finos durante a produção, o transporte e o manuseio devido a sua friabilidade; os finos gerados equivalem de 20 a 25% do total de carvão in naturaproduzido, que podem ser briquetados. Dessa maneira, a produção de briquetes também ajuda a reduzir os problemas ambientais que podem ser gerados no descarte ou armazenamento dos finos do carvão .

O Brasil tem grandes oportunidade de aumentar a produção de briquetes de finos de carvão vegetal como também de outros materiais, como sugere o projeto realizado na Universidade Federal do Pará que estuda a utilização de resíduos da flora paraense para produção de briquetes energéticos utilizando resíduos de açaí e cacau em mistura com serragem. De acordo com o estudo, o briquete composto por 50% de caroço do açaí, 30% de serragem e 20% de casca de cacau apresentou um poder calorífico superior de 3.740,6 kcal/kg e o briquete composto por 45% de caroço do açaí, 50% serragem de e 5% de casca de cacau apresentou um poder calorífico superior de 3.801 Kcal/Kg. Os resultados são próximos ao poder calorífico de briquetes fabricados com resíduos de maior valor energético como os de eucalipto (4.486 Kcal/Kg). O estudo mostra que é possível produzir briquetes utilizando resíduos diversos com adições reduzidas de materiais de excelente resposta energética. Com isso evita-se também a dependência econômica de um único tipo de matéria-prima e aponta para a possibilidade de geração de renda para comunidades rurais .

Os pellets e os briquetes são produtos com capacidades energéticas equivalentes, principalmente se pulverizados ou moídos possuem a mesma opção de uso. Diferem-se principalmente na dimensão do produto. Os pellets possuem diâmetro variando entre 6 mm e 16 mm com 10 a 40 mm de comprimento, enquanto os briquetes possuem em média um diâmetro a partir de 50 mm com 15 a 400 mm de comprimento. A peletização emprega uma matriz de aço perfurada com um denso arranjo de orifícios de 0,3 a 1,3 cm de diâmetro. A matriz gira e a pressão interna dos cilindros força a passagem da biomassa através dos orifícios com pressões de 7,0 kg/mm3. O pellet então formado é cortado por facas ajustadas ao comprimento .

Os pellets devido o seu tamanho reduzido permite dosear unidade a unidade a quantidade que vai ser queimada para produção de energia, assim este produto é muito utilizado em aquecimento doméstico e geração de vapor para pequenas comunidades. As perspectivas futuras para a biomassa florestal voltam-se claramente para os vetores energéticos modernos:a eletricidade e os combustíveis líquidos e gasosos em substituição ao uso direto de combustíveis sólidos. Para que ocorram tais substituições as novas tecnologias introduzidas devem atender aos aspectos de viabilidade técnica, econômica, ambiental e apresentar economias de escala e de escopo. Dentre essas as novas opções tecnológicas para utilização da biomassa florestal estão: 1) a gaseificação térmica para geração de calor e eletricidade; 2) a produção de metanol e hidrogênio, 3) a conversão lignocelulósica a etanol e o 4) o desenvolvimento de pirólise rápida da biomassa para a produção de bio-óleos.

A gaseificação se trata da desvolatização e a conversão da biomassa, em uma atmosfera de vapor ou ar (ou ambos), para produzir um gás de médio ou baixo poder calorífico. Dessa maneira, por meio da gaseificação da biomassa é possível converter um material muito heterogêneo em combustível gasoso intermediário, que pode ser usado para calefação, aplicação em processos industriais, geração de eletricidade e produção de combustíveis líquidos. Esta tecnologia, atualmente vem recebendo, merecida atenção pela verificação, principalmente, da limpeza e versatilidade do combustível gerado, quando comparado aos combustíveis sólidos e pela possibilidade geração de eletricidade em comunidades isoladas das redes de energia elétrica,por intermédio da queima direta do gás em motores de combustão interna

. O gás obtido alimenta um turbina à gás que gera energia e passa pela caldeira que gera vapor para girar uma turbina à gás ou que pode ser usada no processo (como por exemplo movimentar as moendas, facas e desfribiladores numa usina de cana de açúcar). A eficiência energética do processo depende em boa parte do desempenho da turbina a gás

Existem quatro tipos principais de reatores para a gaseificação de biomassa: Os reatores de leito fixo (que pode ser classificado como de fluxo ascendente e descendente), os reatores de leito fluidizado borbulhante, os reatores de leito fluidizado circulante e os chamados reatores entrained flow. Os gaseificadores de leito fixo e fluidizado são os indicados para sistemas de produção de energia a partir de biomassa.

A tecnologia de gaseificação da biomassa em grande escala ainda está em fase de desenvolvimento, embora já conte com muitas experiências economicamente viáveis em pequena escala. Uma dessas experiências bem sucedidas é o projeto GASEIBRAS desenvolvido pelo Centro de Referência em Biomassa (CENBIO) e outros parceiros. O projeto desenvolveu a construção de um sistema de gaseificação de biomassa com tecnologia totalmente nacional, de fácil operação e manutenção. Esse sistema pode ser alimentado com resíduos agroindustriais disponíveis localmente para produção de energia elétrica, contribuindo assim para o desenvolvimento sustentável de comunidades isoladas de rede de energia elétrica da região amazônica. O projeto foi instalado na comunidade de Timbó, Manacapuru/AM, que cultivava e beneficiava artesanalmente o cupuaçu, dessa maneira o projeto utilizou como fonte de biomassa para o gaseificador as cascas (resíduos) do cupuaçu. A energia gerada com o sistema de gaseificação possibilitará a melhoria da qualidade de vida da população, a redução de 80% do diesel utilizado e a construção de uma agroindústria para beneficiamento da polpa de cupuaçu na comunidade local. Esse exemplo ilustra bem o papel transformador da energia elétrica como fator de inclusão social e de melhoria da qualidade de vida de uma população .

Outra vertente que utiliza a gaseificação da biomassa é a produção de gás de síntese para produção de metanol e hidrogênio. Esses dois produtos são utilizados industrialmente e o desenvolvimento de tecnologias para a sua produção com uso de biomassa é de grande interesse na área industrial . O metanol é um combustível superior para motores de combustão interna e é utilizado hoje em dia para carros de corrida. O hidrogênio produzido pode ser utilizado em células combustíveis, que são duas vezes mais eficientes que os motores de combustão interna padrão e fornecem diretamente energia elétrica ao combinar hidrogênio e oxigênio. No momento as células combustíveis ainda são muito pesadas, o que faz com que a maior parte de sua utilização se dê em carros, apesar de novos avanços estarem sendo feitos em células mais leves para carros .

A tecnologia de síntese de hidrogênio e metanol ainda está em fase de desenvolvimento e limita-se principalmente quanto ao custo de produção. O custo do metanol produzido a partir de biomassa é significativamente mais alto do que o custo do metanol produzido a partir de gás natural. O Processo de produção de hidrogênio consome muita energia e possui custo elevado. É grande o interesse na produção de etanol a partir de materiais celulósicos, pois sinaliza para a utilização de resíduos para obtenção de etanol o que reforça o potencial de produção tanto pela quantidade de biomassa disponível quanto ao baixo custo, como também ocasiona menos problemas ambientais.

Para a produção em grande escala há ainda a possibilidade de produção a partir de plantios energéticos dirigidos implantados exclusivamente para esse fim. No entanto a tecnologia de conversão de materiais celulósicos em etanol ainda está em fase de desenvolvimento, como também a cadeia de produção para este segmento . A pirólise rápida de biomassa é um processo no qual o combustível sólido é fragmentado com o uso de calorem uma atmosfera com pouco oxigênio para a geração otimizada de líquido (bio-óleo), masque também produz uma mistura de gases combustível e sólidos (carvão vegetal). O líquido pirolítico é referenciado na literatura técnica com vários nomes, tais como: óleo de pirólise, bio-óleo bruto, bio-combustível, líquidos de madeira, óleo de madeira, líquido condensado da fumaça, destilado da madeira,alcatrão pirolenhoso, ácido pirolenhoso, etc., porém atualmente o termo bio-óleo tem sido mais utilizado .

A produção de um derivado líquido que pode ser armazenado e transportado é, certamente, a principal vantagem potencial da pirólise rápida em comparação a outros processos de conversão termoquímica da biomassa. O uso como óleo combustível em motores estacionários em substituição ao óleo diesel é uma das possibilidades de utilização do bioóleo . O Bio-óleo apresenta algumas limitações: 1)Atualmente ainda não é uma matéria-prima comercial. 2) A pirólise rápida necessita de investimentos em unidades demonstrativas para provar aumento de escala. 3) Ainda necessita estabelecer padrões de qualidade para o bio-óleo e legislação para seu usoe transporte. 4) Instabilidade do bio-óleo e seu envelhecimento devido a reações indesejadas durante o armazenamento . O conceito de pirólise rápida para a produção de líquidos orgânicos desperta cada vez mais o interesse, e a pesquisa e aplicações comerciais desenvolvem-se rapidamente, mas ainda há muitos processos da reação desconhecidos devido a complexidade da tecnologia.

A biomassa florestal, tanto a lenha como o carvão vegetal, sempre se destacaram na matriz energética dos países em desenvolvimento ou subdesenvolvidos. O conceito florestas plantadas inclui o desenvolvimento tecnológico, a responsabilidade ambiental e social. Observou-se que é o desenvolvimento tecnológico quefará com que esta opção energética se torne mais atraente melhorando sua eficiência e propiciando viabilidade econômica, social e ambiental. Dessa maneira o desenvolvimento tecnológico ligado à biomassa florestal vem propiciando a obtenção de produtos com maior valor agregado e versatilidade: briquetes, pellets e aqueles em estado líquido ou gasoso que podem ser utilizados como combustíveis (gás, óleo, álcool) em motores de combustão interna em substituição aos combustíveis fósseis. Assim, por meio do desenvolvimento tecnológico é possível a diversificação de uso da biomassa florestal, podendo dessa maneira ampliar consideravelmente a participação de recursos renováveis na matriz energética nacional.

Fonte: REVISTA DA MADEIRA - EDIÇÃO N°138