Na década de 40, durante a Segunda Guerra Mundial, o Brasil foi obrigado a utilizar fontes alternativas de energia, em virtude da falta de combustível derivado do petróleo. De todas as alternativas, a mais utilizada era proveniente da biomassa (madeira). Tal fato também foi observado durante a crise energética, no início da década de 70.
É possível usar a energia da biomassa, uma delas é através da sua transformação em gás combustível, utilizando-se gaseificadores também conhecidos como gasogênios, para substituição de combustíveis derivados do petróleo em utilitários, caminhões, moto-bombas para irrigação agrícola, em tratores agrícolas, barcos para transportes fluviais, dragas para extração de areia e cascalho além de geradores de energia elétrica em zonas rurais. O gasogênio, utilizando água, madeira e carvão vegetal, é das soluções mais econômicas para os agricultores produzirem alimentos e gerarem energia elétrica em suas propriedades.
Vale ressaltar, ainda, que madeira e carvão vegetal podem ser produzidos na propriedade agrícola, por reflorestamentos feitos em áreas marginais à cultura agrícolas ou mesmo em consórcio, num modelo agrosilvicultural típico. Tais reflorestamentos podem ser feitos com espécies de Eucalyptus, que pelas suas características de produtividade e qualidade da madeira produzida, oferecem também material desejável à produção de carvão vegetal.
Um forte argumento em favor do gaseificador é o alto custo para se levar da energia no meio rural (R$ 15.000,00 por Km de linha), o que tem prejudicado a lavoura irrigada e que pode vir a se transformar em grande entrave para o crescimento do setor no país. No caso específico de Minas Gerais, o custo de energia elétrica já começa a inviabilizar muitos projetos de irrigação, principalmente no norte do Estado. Segundo a Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), a energia elétrica chega a apresentar participação média de 4,58% nos custos totais da produção de grãos irrigados. Já o levantamento de custo operacional realizado pela Federação da Agricultura do Estado de Minas Gerais (FAEMG), mostra que a energia elétrica onera muito o produtor, pois a produção de uma tonelada de milho, arroz ou feijão exige gastos com energia elétrica, em relação ao custo total, de 26,46%, 24,90% e 19,48%, respectivamente .
Em processos térmicos industriais, a gaseificação de biomassa tem diversas aplicações, tais como: fornos de tratamento térmicos, fornos cerâmicos, panificação contínua e ciclotérmica, fornos rotativos de calcinação e de fundições de metais não ferrosos, estufas, secadores para minérios, secadores de atomização, caldeiras, aquecedores de fluido térmico e geradores de ar quente.
O Brasil reúne condições agrícolas e econômicas ideais para desenvolver e se beneficiar das tecnologias de utilização de lenha e outras biomassas para fins energéticos, por ser privilegiado em termos de extensão territorial, insolação e água, fatores essenciais para produção de biomassa em grande escala. O uso de processos e aparelhos de gaseificação, para geração de energia em pequena escala, constitui, portanto, uma alternativa economicamente viável para o país, em função de fatores tais como:
a madeira é um recurso natural renovável;
pode-se usar os resíduos da industria madeireira, no caso das serrarias, por exemplo. Estes resíduos constituem um problema para o empresário, que não conhece uma tecnologia definida para o aproveitamento destas sobras;
o combustível pode ser produzido na própria propriedade rural, através de pequenos reflorestamentos em áreas inadequadas para culturas agrícolas ou em consórcio - sistema agrossilvicultural;
estes reflorestamentos podem ser de eucalipto, que apresenta excelente produtividade de biomassa, e por ser uma madeira exótica, evita a derrubada das madeiras nativas;
o processo de gaseificação não polui o ambiente;
não causa nenhum impacto a fauna e a flora da região, bem como problemas sociais e;
a não dependência de tecnologia e recursos importados para implantação dos conjuntos gaseificador-gerador de energia.
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MATRIZ ENERGÉTICA
É significativa a participação do carvão vegetal, da lenha e produtos da cana-de-açúcar na matriz energética brasileira (18,1%). Também é grande a dependência brasileira de combustíveis derivados do petróleo (33,8%) que, por se tratar de um recurso não renovável e em grande parte, importado, representa um risco para o País, além de dispêndio desnecessário de divisas.
Por outro lado, apesar da boa participação da energia elétrica hidráulica na matriz (38,1%), apenas 25% das propriedades rurais no Brasil possuem eletrificação rural, ou seja, 23 milhões de pessoas no meio rural, não dispõem de energia elétrica. Esses dados evidenciam o problema da energia no meio rural e de uma nova concepção energética que se deve seguir a partir da escassez do petróleo.
PERFORMANCE DO SISTEMA
A gaseificação de um combustível sólido, como a biomassa, pode ser definido como a sua transformação em um gás combustível, constituído por uma mistura de monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), metano (CH4), pequenas quantidades de outros hidrocarbonetos leves (CnHm), dióxido de carbono (CO2) e vapor de água (H2O), além do nitrogênio (N2), que está presente no ar fornecido para a reação
As seguintes variáveis influênciam na composição dos gases: umidade do combustível, granulometria e teor de carbono do combustível , densidade do combustível, poder calorífico do combustível, teor de pirolenhosos, temperatura na zona de reação, pressão de operação do gaseificador, introdução de vapor d´agua, teor de oxigênio no agente de gaseificação, umidade relativa do ar de combustão. Todas estas variáveis interagem entre si nos dois sentidos, afetando diretamente o funcionamento do sistema gaseificador gerador de energia elétrica.
Valores médios de potência máxima e consumo de carvão de um conjunto gaseificador-gerador de energia elétrica em função do teor de carbono e granulometria do combustível.
GERADOR DE ENERGIA
Existem várias formas de se organizar e dimensionar um conjunto gaseificador-gerador de energia, a sequência lógica é a conformação da seguinte forma: gerador do gás com sistema de depuração do gás acoplado a um motor de explosão interna, este é o básico daí para frente o que vai variar é função se a energia requerida é mecânica ou elétrica. Outro aspecto a ser considerado, inclusive de interesse econômico, é o material utilizado para construção do sistema de gaseificação e purificação dos gases, que pode ser metálico, de alvenaria ou ferrocimento. Não existem problemas técnicos para adaptação dos motores ao gaseificador. Nos motores de ciclo otto (gasolina e álcool), as modificações são insignificantes e eles trabalharão com, aproximadamente, 70% da potência original. Nos motores a diesel, a bomba injetora continuará fornecendo uma pequena quantidade de óleo (10 a 15%) para a ignição do gás. Com este processo o motor passa a trabalhar com, aproximadamente, 80 a 87% da potência original.
GASEIFICADOR METÁLICO
Planta para geração de 25 KVA
A planta de gaseificação consiste de dois geradores de gases, montados em paralelo e conectados em séries com ciclones, filtros de ar e resfriador de gases. A configuração final do sistema, foi conseguida após 500 horas de operação, sendo testados outras configurações e alguns tipos de elementos filtrantes durante os testes. Pedra, carvão, madeira e algodão foram selecionados para a filtragem correta. Não se utilizou materiais exóticos, como lã de vidro, poliamida (neomex), porque não são encontrados facilmente e são caros, enquanto pedras, carvão e algodão são disponíveis e fáceis de obter .
FERROCIMENTO E ALVENARIA
Os conjuntos a base de ferrocimento e de alvenaria é uma alternativa econômica para substituir os conjuntos metálicos, por se tratar de material de fácil obtenção e disponibilidade de mão-de-obra, pois um pedreiro bem treinado é o suficiente para construção do conjunto de gaseificação sem maiores problemas.
Planta para geração de 10 KVA
A base econômica das zonas rurais da América Latina, se caracteriza por uma significativa participação de atividades produtivas primárias, na confecção do produto bruto.
Este setor primário da economia mostra uma presença notável de agentes minifundiários e pequenos produtores do tipo familiar, com sérias dificuldades de acesso a aquisição de terra, técnicas produtivas mais modernas e financiamentos, tendo poucas ou nenhuma possibilidade de diversificar sua produção.
Se trata basicamente de um esquema produtivo de subsistência, onde os fatores mencionados conduzem a que este tipo de produtor, tenha uma baixa capacidade de negociação frente a outros agentes econômicos regionais e em outras regiões.
No entanto, estes objetivos não podem ser alcançados sem um processo contínuo e ordenado do uso da energia para atender os requisitos das atividades próprias do meio rural, tais como: decocção de alimentos, calefação, irrigação, serrarias de madeira, fabricação de móveis e elementos para fabricação de moradias, moenda de grãos e cana-de-açucar, etc., compatível com a necessidade de preservar a qualidade do ambiente.
Os elevados custos de energia que se dispõem (combustível derivados do petróleo, eletricidade), ou simplesmente a carência total de forma energéticas apropriadas, dificulta enormemente o desenvolvimento destas atividades, anulando a possibilidade de diversificação da produção, e a melhoria da qualidade dos produtos e o aumento do valor agregado da produção rural.
Neste sentido, contribuir com um processo de “energização rural”, mediante a utilização eficiente e racional das fontes primárias de energia disponíveis na região (resíduos de serraria e marcenaria, carvão vegetal, etc.) e através de tecnologias técnica e economicamente viáveis e socialmente convenientes, implica num passo importante e fundamental em esforços para alcançar melhores condições de vida e trabalho no meio rural.
A tecnologia de gaseificação do carvão vegetal, empregando ferrocimento como material construtivo do gasôgenio para geração de energia mecânica e ou elétrica em pequenas potências (15-20 KW), mediante motores de combustão interna, já se encontra em um estado avançado de desenvolvimento.
No Instituto Asiático de Tecnologia (AIT) da Tailândia, lugar onde se desenvolveu a técnica do ferrocimento aplicada a construção dos gasogênios, se encontram em operação plantas de 10 KW, e na Universidade de Bremen (grupo FLEUS) se encontram outras tantas de características semelhantes. Na Argentina se encontram em operação duas plantas, uma no Departamento de Energia do INTI e a outro no Centro de Capacitação da UNCUPO. Estas últimas foram construídas no início do Projeto de Cooperação INTI-GTZ “Fortalecimento da Infra-estrutura Institucional - Transformação da biomassa florestal em energia para uso industrial e doméstico”.
As principais características do sistema são as seguintes:
materiais de construção de fácil aquisição. O manuseio dos mesmos não é desconhecida, isto abre novas perspectivas em termos de construir plantas em localidades mais distantes.
baixos custos de fabricação.
emprego de mão-de-obra local não especializada na construção, donde é necessário uma mínima supervisão durante as obras.
baixos custos de manutenção, e não requer materiais e ferramentas especiais.
operação simples e eficiente
O conceito do gasogênio de ferrocimento constitui indubitavelmente um ponto de partida inovativo de alternativa dos sistemas de gaseificação metálicos tradicionalmente empregados.
Utilizando o conceito de desenho integrado, a tecnologia de ferrocimento em combinação com a tecnologia de reatores de núcleo aberto, é possível configurar um sistema de gaseificação que pode ser construído pelo próprio usuário final com um mínimo de supervisão, utilizando as capacidades de mão de obra, disponível no lugar do empreendimento.
Esta tecnologia já alcançou um grau de amadurecimento necessário, para realizar sua transferência ao pequeno e médio produtor rural, especialmente em zonas onde os preços da energia elétrica, proveniente de rede de distribuição rural, constitui um fator de importância, em muitos casos limitando a composição dos custos operativos de uma pequena industria rural.
Planta de alvenaria para acionar uma bomba de irrigação de 10 C.V.
Se um produtor rural, que pretende instalar um gaseificador em sua propriedade para acionar uma bomba de irrigação de 10 C.V., pode utilizar um conjunto bem simples, de alvenaria. O motor a ser utilizado de combustão interna, ciclo otto, deverá ter potência acima de 70 C.V. Aconselha-se motor usado, em bom estado de funcionamento, se for necessário retifica, deve-se aproveitar para rebaixar o cabeçote.
A previsão é de que a bomba funcionará 2.100 horas/ano. O gaseificador-motor, para a exigência de potência da bomba, consumirá em torno de 4 a 6 Kg de carvão hora. Trabalhando com o último valor, tem-se:
Para o corte aos seis anos de idade, esta área deverá ser dividida em seis talhões de 0,72 ha (4,32?6) cada um, plantados seqüencialmente em seis anos, criando-se, assim, sistema de produção sustentada. A carbonização poderá ser feita em forno rabo-quente ou de encosta, usando-se uma única unidade.
Quanto ao manejo do forno, aconselha-se que o fechamento seja um pouco depois do ponto normalmente utilizado pelos carvoeiros, para permitir a produção de carvão com maior teor de carbono, o que irá melhorar o funcionamento do gaseificador No entanto, esta sugestão provocará uma ligeira mudança no índice de consumo lenha/carvão.
RESÍDUOS
Ao se desdobrar uma tora de madeira, a geração de resíduos é inevitável, sendo que o volume e tipos de pedaços e/ou fragmentos gerados, são dependentes de vários fatores. Como exemplo destes fatores, destacam-se o diâmetro das toras e o uso final das peças serradas. Considerando uma tora cilíndrica, e desejando-se retirar apenas um bloco central , o rendimento corresponderia a 63,66% apenas, como apresentado pelo esquema descrito a seguir.
Pode-se dizer que o processo de geração de energia elétrica, por gaseificação de resíduos de madeira, pode ser altamente viável para determinadas regiões do País, desde de que sejam utilizados motores com altas taxas de compressão e que os detalhes construtivos do conjunto gaseificador sejam compatíveis com o sistema de geração de energia elétrica
Lourival Marin Mendes1, Giovanni Francisco Rabelo1, Paulo Fernando Trugilho1 e Fábio Akira Mori1 |
