Através da fotossíntese, as plantas capturam energia do sol e transformam em energia química. Esta energia pode ser convertida em eletricidade, combustível ou calor. As fontes orgânicas que são usadas para produzir energias usando este processo são chamadas de biomassa.
Os combustíveis mais comuns da biomassa são os resíduos agrícolas, madeira e plantas como a cana-de-açúcar, que são colhidos com o objetivo de produzir energia. O lixo municipal pode ser convertido em combustível para o transporte, indústrias e mesmo residências.
Os recursos renováveis representam cerca de 20% do suprimento total de energia no mundo, sendo 14% proveniente de biomassa e 6% de fonte hídrica. No Brasil, a proporção da energia total consumida é cerca de 35% de origem hídrica e 25% de origem em biomassa, significando que os recursos renováveis suprem algo em torno de 2/3 dos requisitos energéticos do País.
Em condições favoráveis a biomassa pode contribuir de maneira significante para com a produção de energia elétrica. Pesquisadores estimam que com a recuperação de um terço dos resíduos disponíveis seria possível o atendimento de 10% do consumo elétrico mundial e que com um programa de plantio de 100 milhões de hectares de culturas especialmente para esta atividade seria possível atender 30% do consumo.
A produção de energia elétrica a partir da biomassa, atualmente, é muito defendida como uma alternativa importante para países em desenvolvimento e também outros países. Programas nacionais começaram a ser desenvolvidos visando o incremento da eficiência de sistemas para a combustão, gaseificação e pirólise da biomassa. Segundo pesquisadores, entre os programas nacionais bem sucedidos no mundo citam-se:
O PROÁLCOOl, Brasil
Aproveitamento de biogás na China
Aproveitamento de resíduos agrícolas na Grã - Bretanha
Aproveitamento do bagaço de cana nas Ilhas Maurício
Coque vegetal no Brasil
No Brasil cerca de 30% das necessidades energéticas são supridas pela biomassa sob a forma de:
Lenha para queima direta nas padarias e cerâmicas
Carvão vegetal para redução de ferro gusa em fornos siderúrgicos e combustível alternativo nas fábricas de cimento do norte e do nordeste
No sul do país queimam carvão mineral, álcool etílico ou álcool metílico para fins carburantes e para indústria química
O bagaço de cana e outros resíduos combustíveis são utilizados para geração de vapor para produzir eletricidade, como nas usinas de açúcar e álcool, que não necessitam de outro combustível, pelo contrário ainda sobra bagaço para indústria de celulose
Outra forma de aproveitamento da biomassa é o Biogás que é uma fonte abundante, não poluidora e barata de energia.
Biomassa e Eletricidade
A tabela anexa demonstra a situação de empreendimentos termelétricos no Brasil, classificando por fonte e situação. O bagaço de cana e o licor negro estão entre as fontes mais importantes, nos setores sucro-alcooleiro e de papel e celulose, respectivamente, além de diversos tipos de sistemas híbridos com combustíveis fósseis. O Plano Decenal de Expansão 2000/2009 estima o potencial técnico de co-geração nestes dois setores em 5.750 MW, com um potencial de mercado de pouco mais de 2.800 MW, em 2009.
Os sistemas de cogeração, que permitem produzir simultaneamente energia elétrica e calor útil, configuram a tecnologia mais racional para a utilização de combustíveis. Este é o caso das indústrias sucro-alcooleira e de papel e celulose, que além de demandar potência elétrica e térmica, dispõem de combustíveis residuais que se integram de modo favorável ao processo de cogeração. A cogeração é usada em grande escala no mundo, inclusive com incentivos de governos e distribuidoras de energia.
A produção elétrica nas usinas de açúcar e álcool, em sistemas de cogeração que usam o bagaço de cana como combustível, é uma prática tradicional deste segmento, em todo o Mundo. O que diferencia seu uso é a eficiência com que o potencial do bagaço é aproveitado.
No Brasil, maior produtor mundial de cana-de-açúcar, a cogeração nas usinas de açúcar e álcool também é uma prática tradicional, produzindo-se entre 20 a 30 kWh por tonelada de cana moída, como energia elétrica e mecânica, esta última usada no acionamento direto das moendas.
A cogeração com bagaço irá certamente melhorar a economicidade da produção sucroalcooleira, aumentando a competitividade do álcool carburante. O bagaço volumoso é de difícil transporte, implicando em gasto adicional, tornando a geração de eletricidade na própria região da usina mais barata. Mais econômica é gerar eletricidade associada à geração de calor de processo para uso na usina, conservando-se energia.
Disponibilidade de combustíveis derivados do petróleo é superior a de bagaço de cana, pois existe uma rede de distribuição de combustíveis em todo o país. Trata-se de substituir o óleo combustível pelo bagaço da cana apenas em regiões onde há viabilidade. O conteúdo de energia do álcool produzido chega a 6,23 unidades para cada unidade de energia utilizada em sua fabricação.
A forma mais eficiente e limpa de gerar energia elétrica com bagaço é através de tecnologias modernas, como a Integrated Gasification Combined Cicle (IGCC). O processo gaseifica o bagaço e o gás produzido alimenta a câmara de combustão de uma turbina a gás. Esta tecnologia possibilita o aproveitamento integral da cana-de-açúcar.
Do mesmo modo que na indústria sucro-alcooleira, a produção de papel e celulose apresenta interessantes perspectivas para a produção combinada de energia elétrica e calor útil, tendo em vista suas relações de demanda de eletricidade e vapor de baixo-média pressão e a disponibilidade de combustíveis residuais de processo, como o licor negro e as cascas e resíduos de biomassa.
A tecnologia de produção de celulose mais difundida no Brasil é o processo Kraft, que emprega uma solução de hidróxido de sódio/sulfito de sódio, o licor branco, para separar a celulose da matéria prima lenhosa, na etapa denominada digestão.
Ainda podem ser citadas as agroindústrias que empregam este combustível em sistemas de cogeração, como é o caso de diversas unidades de processamento de suco de laranja no Estado de São Paulo, que adotam tecnologias bastante similares as usinas de açúcar e álcool, utilizando turbinas a vapor de contrapressão com tipicamente 21 bar e 280 °C como condições para o vapor vivo.
Pode-se ainda citar neste contexto o aproveitamento de resíduos sólidos urbanos gerados à taxa média diária de 1 kg per capita – cada vez mais problemática quanto à sua disposição final. Estes resíduos contêm:
Material reciclável (vidro, metais, papel limpo, alguns plásticos, etc.)
Compostos biodegradáveis passíveis de serem convertidos em adubo orgânico
Outros materiais, em sua maior parte celulósicos, de difícil reciclagem e de razoável poder calorífico
Gaseificação Industrial
A energia química da biomassa pode ser convertida em calor e daí em outras formas de energia:
Direta - através da combustão na fase sólida, sempre foi a mais utilizada
Indireta - quando através da pirólise, são produzidos gases e/ou líquidos combustíveis.
O processo de produção de um gás combustível a partir da biomassa é composto por três etapas:
Secagem - a secagem ou retirada da umidade pode ser feita quando a madeira é introduzida no gaseificador, aproveitando-se a temperatura ali existente, contudo a operação com madeira seca é mais eficiente
Pirólise ou carbonização - durante a etapa de pirólise formam-se gases, vapor d\'água, vapor de alcatrão e carvão
Gaseificação - é liberada a energia necessária ao processo, pela combustão parcial dos produtos da pirólise.
Assim, o processo de gaseificação da biomassa, como da madeira, consiste na sua transformação em um gás combustível, contendo proporções variáveis de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, vapor d\'água e alcatrões. Esta composição do gás combustível depende de diversos fatores, tais como, tipo de gaseificador, introdução ou não de vapor d\'água, e principalmente do conteúdo de umidade da madeira a ser gaseificada.
Vantagens da gaseificação da biomassa:
As cinzas e o carbono residual permanecem no gaseificador, diminuindo assim a emissão de particulados
O combustível resultante é mais limpo e, na maioria dos casos não há necessidade de controle de poluição
Associada a catalizadores, como alumínio e zinco, a gaseificação aumenta a produção de hidrogênio e de monóxido de carbono e diminui a produção de dióxido de carbono.
Resíduos e seu aproveitamento
A Fundação Zeri Internacional existe há 5 anos, cujo diretor é o Professor Janis Gravitis. No Brasil, a Rede Zeri foi lançada no ano de 1996 e no Paraná em março de 1999. Zeri é uma sigla em inglês para iniciativa de pesquisa em emissão zero. O objetivo é desenvolver modelos produtivos que impliquem em emissão zero de resíduos não aproveitáveis, com a utilização de fontes de energias renováveis.
O IBQP, com TECPAR e outras entidades brasileiras, querem desenvolver e divulgar para que as empresas, prioritariamente as do Paraná, consigam visualizar as vantagens (em lucro, em produtividade e utilizando tecnologias limpas) da utilização de resíduos (florestais) para a produção de combustíveis e outros produtos.
Dentre alguns projetos e atividades que o Instituto participa, estão:
Núcleo de Desenvolvimento Sustentável, cujos objetivos são:
Emissão Zero - produtividade total, total aproveitamento dos resíduos
Capitalismo Natural
Produtividade Sistêmica (regulamentação dos benefícios gerados pelos resíduos)
Programa Ciclo Brasil – Programa Integrado de Aproveitamento de Resíduos – que tem por objetivo reduzir o desperdício, reduzir os impactos ambientais, aumentar o crescimento econômico e propiciar novos postos de trabalho.
Uma das propostas é criar conglomerados, que são grupos (vilas, moradores) ao redor de empresas que possam ser incentivados e treinados para o aproveitamento rentável dos resíduos, propiciando novas alternativas e novas fontes de renda.
O conceito de resíduo para estas entidades é tudo o que se pode agregar valor, gerando uma nova cadeia produtiva, ao contrário de lixo que é todo o resíduo que não possui valor agregado.
A intenção é criar uma agenda comum (acordo em comum para o desenvolvimento de tecnologias limpas), além de mostrar que o lucro pode ser maximizado (para as indústrias) e que os danos podem ser minimizados (sociedade e meio ambiente).
Produção Total + inovação = Resíduo zero + Competitividade
Dentro deste contexto existem, hoje, no meio ambiente 3 abordagens:
Abordagem mitigadora (a empresa sabe que existem problemas) ex: aterros sanitários
Reduzir
Reutilizar
Reciclar
Reprojetar
Remediar
Abordagem sistemática (empresas que sistematizam o problema, sabem que poluem e fazem algo par a melhorar)
Normas ambientais
Sistemas de Gestão Ambiental
Selos Verdes
Uso de tecnologias limpas
Abordagem sistêmica
Formam mais avançadas na busca de novas soluções, novos modelos de produção com o objetivo da emissão zero (busca da produtividade total da matéria prima)
Atualmente o Brasil encontra-se em situação privilegiada no que se refere a suas fontes primárias de oferta de energia. Verifica-se que a maioria da energia consumida no país é proveniente de fontes renováveis de energia (hidroeletricidade, biomassa em forma de lenha e derivados da madeira, como serragem, carvão vegetal, derivados da cana-de-açúcar e outras mais).
Como o "apagão" tornou-se evidente e, conseqüentemente, o racionamento de energia começou as discussões sobre a matriz energética brasileira.
A utilização de biomassa para produção de energia, tanto elétrica como em forma de vapor, em caldeiras ou fornos já é uma realidade no Brasil. O uso da madeira para a geração de energia apresenta algumas vantagens e desvantagens, quando relacionadas com combustíveis à base de petróleo.
Vantagens:
Baixo custo de aquisição;
Não emite dióxido de enxofre;
As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de combustíveis fósseis;
Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos);
Menor risco ambiental;
Recurso renovável;
Emissões não contribuem para o efeito estufa.
Desvantagens:
Menor poder calorífico;
Maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos para remoção de material particulado;
Dificuldades no estoque e armazenamento.
Existem algumas vantagens indiretas, como é o caso de madeireiras que utilizam os resíduos do processo de fabricação (serragem, cavacos e pedaços de madeira) para a própria produção de energia, reduzindo, desta maneira, o volume de resíduo do processo industrial.
Algumas das desvantagens podem ser compensadas através de monitoramento de parâmetros do processo. Para o controle do processo de combustão deve ser monitorado o excesso de ar, CO e, para instalações de grande porte, também, deve existir o monitoramento da densidade colorimétrica da fumaça por um sistema on-line instalado na chaminé.
Esses controles do processo de combustão são medidas para impedir a geração de poluentes e, assim chamadas indiretas. As Medidas Indiretas visam reduzir a geração e o impacto de poluentes sem aplicação de equipamentos de remoção. O uso de equipamentos de remoção é uma medida direta que visa remover aquela parte de poluentes impossíveis de remover com as medidas indiretas. Portanto, deve-se, sempre que possível, tentar implantar as medidas indiretas antes de aplicar as diretas.
Medidas Indiretas no Controle de Poluição do ar:
Impedir a geração de poluente
Diminuir a quantidade gerada
Diluição através de chaminé alta
Adequada localização da fonte
Medidas Diretas no Controle de Poluição do ar:
Ciclones e multiciclones
Lavadoras
Lavador venturi
Filtro de tecido
Precipitadores eletrostáticos
Adsorvedores
Incineradores de gases
Condensadores
Autores: Andreas Grauer e Mauricy Kawano - FIEP
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