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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Biomassa
Características e aplicações
Projeto FEUP 2015 - 2016 - Mestrado Integrado em Engenharia Química:
Professor João Falcão e Cunha Professor João Bastos
Equipa 8041:
Supervisora: Professora Eugénia Macedo Monitor: Cláudio Rocha
Estudantes & Autores:
Ana Teresa Andrade dos Santos Baiona [email protected]
Catarina da Cunha Durán [email protected]
Diogo Francisco Silva da Cunha Castro [email protected]
José Ricardo de Sousa David [email protected]
Maria da Luz Pais Vendas [email protected]
Pedro Velho Ferreira [email protected]
I
Agradecimentos
A realização deste trabalho não teria sido possível sem a colaboração de
uma vasta equipa, da qual se destacam a nossa supervisora Professora Eugénia
Macedo e o nosso monitor Cláudio Rocha, pelo apoio constante e pelas suas
críticas construtivas. Por outro lado, também estamos gratos a toda a equipa que,
ao longo da primeira semana, nos dotou de conhecimentos basilares para a
elaboração deste, e de qualquer trabalho vindouro.
II
Resumo
No âmbito da unidade curricular do projeto FEUP foi-nos requerido este
documento. O tema abordado é a biomassa, as suas características e aplicações.
Assim, será descrita e caracterizada, e ainda serão abordados os seus diferentes
tipos, bem como os processos de obtenção de energia a partir da mesma. Além
disso, neste relatório é discutida a sua utilização, gestão, necessidade e
importância, tanto no mundo como em Portugal.
Desta forma, pretende-se dar a conhecer uma fonte de energia renovável
muito vantajosa e com inúmeras utilidades, concluindo que deveria ser de maior
relevância num meio em que os recursos são cada vez mais escassos.
Palavras-Chave
Biomassa; Energias Renováveis; Produção de Energia.
III
Índice
Lista de Figuras ............................................................................................................. IV
1. Introdução ................................................................................................................... 1
2. Fontes de Biomassa ................................................................................................... 2
3. Processos de Tratamento ........................................................................................... 3
4. Aplicações .................................................................................................................. 5
5. Vantagens e Desvantagens ........................................................................................ 6
6. Importância Económica e Social ................................................................................. 8
6.1 Biomassa em Portugal ........................................................................................ 10
7. Conclusões ............................................................................................................... 12
Referências bibliográficas ............................................................................................. 15
Anexo A ........................................................................................................................ 17
IV
Lista de Figuras
Figura 1: Síntese de fontes de biomassa, processos e produtos respetivos Página 3
Figura 2: Origem da energia consumida a nível mundial em 2013 Página 8
Figura 3: Postos de trabalho em energias renováveis Página 9
Figura 4: Quantidade de energia produzida através da biomassa por região Página 8
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1. Introdução
O termo biomassa resulta da junção do radical helénico bios (vida) e de
massa (em grande número), e define-se, do ponto de vista da Biologia, como sendo
toda a matéria orgânica existente num dado ecossistema [1]. Do ponto de vista da
produção energética, ela designa toda a matéria orgânica aproveitada para esse
efeito. A matéria, normalmente residual, é usada na formação de compostos
químicos, através de vários processos, tais como a fermentação e a pirólise. Estes
compostos são, na sua maioria, de origem vegetal, no entanto, as fezes e gorduras
animais são cada vez mais utilizadas para este efeito [2]. Apesar de, à semelhança
dos combustíveis fósseis, o aproveitamento da biomassa resultar da exploração de
recursos vegetais ou animais, a biomassa distingue-se deste grupo, uma vez que os
seus recursos estão permanentemente disponíveis e em renovação, ao passo que
as fontes dos combustíveis fósseis levam milhões de anos a formar-se. Por este
motivo, considera-se a biomassa como uma fonte de energia renovável.
Este processo foi o mais usado durante milhares de anos para a obtenção de
energia, contudo, a revolução industrial propiciou o surgimento em massa de outras
fontes de energia, tais como o carvão, o gás natural e o petróleo, que provocaram
um acentuado decréscimo na sua utilização. Atualmente, este aproveitamento
energético ainda representa cerca de 10% da produção mundial de energia [3],
estando em franco crescimento em áreas como a produção de biogás e biodiesel
devido ao alto custo e poluição dos combustíveis fósseis. Portugal não foge à
norma, e por isso a biomassa foi a energia renovável mais utilizada em 2014, sendo
a maioria da sua exploração destinada a geração de calor e de eletricidade.
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2. Fontes de Biomassa
Para que possa ocorrer uma produção em massa de energia a partir do
aproveitamento da biomassa, é necessário que exista um grande fornecimento de
matéria orgânica. Como tal, são aproveitados os compostos resultantes de várias
atividades, e apesar da sua grande maioria ser vegetal e residual, isto é, ter tido a
sua origem em plantas e ser um excedente de outros processos, nem todas as
fontes de biomassa são desta natureza [4].
A matéria orgânica decomposta para a produção de energia pode ter origem em:
Culturas:
A plantação de culturas como a cana-de-açúcar, do milho, do girassol e de colza.
Resíduos Agrícolas:
Excedentes das colheitas de cereais, tais como a palha e a casca.
Resíduos Florestais:
Material sobrante da poda e corte de árvores.
Subprodutos orgânicos:
Efluentes da agropecuária e os resíduos do processamento industrial da madeira
e de fibras vegetais.
Resíduos orgânicos:
Resíduos domésticos, lamas dos efluentes domésticos e industriais e os
resíduos da produção alimentar.
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Figura 1: Síntese de fontes de biomassa, processos e produtos respetivos [5].
3. Processos de Tratamento
Os processos químicos a efetuar no processo de tratamento da biomassa
são escolhidos consoante o produto final pretendido, a origem da matéria orgânica a
decompor, o rendimento, e o retorno financeiro. Podem, então, ser de vários tipos
(Fig.1):
Pirólise ou Cracking Catalítico:
A Pirólise é um processo endotérmico que recorre a altas temperaturas para
provocar a catálise da biomassa, num meio desprovido de oxigénio. Tem sido
notório o desenvolvimento de novas técnicas e de reatores pirolíticos com maiores
rendimentos, uma vez que o uso da biomassa como combustível tem sofrido um
grande crescimento nos últimos anos. Como o ilustra a Figura 1, é utilizado, por
exemplo, para a produção de carvão [6].
Fermentação:
A Fermentação consiste num processo biológico anaeróbio em que as bactérias
anaeróbias desintegram a biomassa a fim de formar uma mistura constituída
principalmente por metano e dióxido de carbono (biogás). É utilizado
especificamente para produção de eletricidade e para purificação de lixos
industriais.
4
Digestão Anaeróbia ou Biodigestão:
À semelhança do anterior, este processo também ocorre na ausência de ar e
recorre a bactérias para produção de ma mistura de metano e dióxido de carbono a
partir da matéria orgânica. Este processo é utilizado maioritariamente em aterros
sanitários e no aproveitamento dos resíduos agrícolas para a produção de
combustível.
Gaseificação:
A gaseificação tem por base a conversão da biomassa num gás (por norma,
hidrogénio, metano e monóxido de carbono) por intermédio de reações
termoquímicas para seguinte obtenção de energia. Uma das vantagens deste
processo em reação à combustão direta, que irá ser mencionada mais à frente, é
que neste processo obtém-se um maior rendimento e produz emissões atmosféricas
mais limpas. Os produtos deste processo são usados normalmente em turbinas a
gás e em motores de combustão interna.
Transesterificação:
Consiste na reação química que ocorre entre um éster e um álcool,
promovendo a formação de um novo éster e de um ácido. Estas reações tem
despertado o interesse da indústria química pois permitem a produção de biodiesel
através da reação de um óleo vegetal com um álcool.
Combustão Direta:
Este último serve-se da queima da matéria por aquecimento direto em
equipamentos, como por exemplo, caldeiras e fornos, para a decomposição da
matéria orgânica. Apesar de ser extremamente prático, este processo é muito pouco
eficiente, sendo que o rendimento obtido é, por norma, muito baixo. Para além
disso, também está associado a dificuldades de armazenamento e transporte do
produto obtido. Todas estas complicações são provenientes do excesso de
humidade e da impossibilidade da queima completa da biomassa [7].
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4. Aplicações
Os produtos resultantes do aproveitamento da biomassa possuem inúmeras
aplicações em áreas como:
Transportes: o etanol, o metanol, e o biodiesel são misturados com a gasolina e
com o gasóleo para os tornar menos poluentes [8].
Aquecimento e água quente sanitária: o carvão vegetal e a madeira geram calor
com baixos custos de processamento, trituração e secagem quando entram em
combustão.
Centrais Estacionárias: produção de eletricidade a partir de biogás.
Indústria Química: os éteres resultantes da biomassa são utilizados como
solventes, os ésteres como plastificantes, o ácido acrílico na produção de tintas e
vernizes, e o etanol e o metanol como anticongelantes e lubrificantes [9].
Redução da poluição fabril: através do tratamento com ácido fosfórico e sulfúrico é
possível diminuir a poluição ambiental causada pelos efluentes das fábricas de têxteis.
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5. Vantagens e Desvantagens
A utilização da biomassa possui imensas vantagens quando comparada com
outras fontes de energia alternativa, tais como:
- É extremamente barata, uma vez que as fontes utilizadas se encontram
abundantemente na natureza e são de fácil recolha e transporte. Para além disso,
são reaproveitados resíduos agrícolas e animais (orgânicos) para a obtenção de
energia, não sendo necessário qualquer despesa na sua eliminação. Também
devemos ter em conta que os processos de obtenção de energia a partir da
biomassa são relativamente simples e não requerem grandes despesas de
manutenção.
-Os processos de obtenção de energia da biomassa são pouco corrosivos para
os equipamentos, o que vai de encontro ao tópico anterior, uma vez que não é
necessário investimento na sua manutenção.
- Através da exploração das zonas mais rurais, evita-se êxodo do interior e
fomenta-se a criação de emprego.
-Comparativamente à utilização dos combustíveis fósseis, para além de ser um
recurso energético renovável, os gases e cinzas emitidos no processamento da
biomassa são menos prejudiciais para o ambiente. Isto é, embora o seu
aproveitamento também emita dióxido de carbono, a biomassa provém de plantas
que durante o seu ciclo de vida necessitaram exatamente da mesma quantidade de
carbono.
- Num mundo onde a poluição é um problema cada vez mais acentuado e
discutido, a utilização da biomassa aumenta a independência de outras fontes
energéticas não renováveis e mais poluentes.
- Ainda em relação ao seu impacto ambiental, deve-se ter em conta que o
aproveitamento dos resíduos florestais minimiza a ocorrência de incêndios. Esta
limpeza das florestas também reduz o risco de propagação de pragas e doenças e
previne sua conversão de terrenos abandonados em depósitos de lixo.
- As suas aplicações são várias e relevantes. Entre elas estão a obtenção de
eletricidade, energia térmica e biocombustíveis [10].
Embora à sua utilização estejam inerentes várias vantagens, e à semelhança de
qualquer outra fonte de energia, o aproveitamento da Biomassa também apresenta
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algumas desvantagens, tais como:
- Necessidade de um grande investimento inicial, nomeadamente em terrenos
florestais, o que leva a um grande impacto ambiental. Esta desflorestação tem como
consequência a destruição de habitats e a diminuição da Biodiversidade. Para além
disso, a emissão de gases nocivos aumenta a probabilidade da ocorrência de
chuvas ácidas.
- Em termos de rentabilidade, quando comparada à utilização de combustíveis
fósseis, pode-se dizer que é menor, uma vez que a produção de energia a partir da
biomassa é inferior à produção de energia a partir de combustíveis fósseis.
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6. Importância Económica e Social
“Bioenergy is the single largest renewable energy source today, providing 10% of world
primary energy supply. It plays a crucial role in many developing countries, where it provides
basic energy for cooking and space heating, but often at the price of severe health and
environmental impacts. The deployment of advanced biomass cook stoves, clean fuels and
additional off-grid biomass electricity supply in developing countries are key measures to
improve the current situation and achieve universal access to clean energy facilities by
2030”. International Energy Agency
Tal como escreve a International Energy Agency (IEA), a biomassa é,
atualmente, a fonte de energia renovável mais utilizada em todo o mundo,
fornecendo 10% dos recursos no que toca a fontes primárias de energia. Tem um
papel fundamental nos países em desenvolvimento, sobretudo a nível de fonte de
calor para culinária ou aquecimento de espaços, associada contudo a danos
ambientais e sanitários. A aposta no desenvolvimento avançado de biocombustíveis
e outras aplicações energéticas da biomassa é, de acordo com a agência, uma
ideia-chave para melhorar a situação energética atual e promover a “limpeza” da
indústria energética por volta de 2030.
De facto, apesar de não ser uma forma de energia renovável tão popular
como a eólica ou a solar entre a população comum, a biomassa é a fonte de energia
renovável mais utilizada mundialmente. Apesar da população não ter conhecimento
do termo, muitas vezes utiliza-se esta fonte de energia em casa, por exemplo na
forma de pellets, isto é, pequenos aglomerados de madeira compressa destinada a
salamandras e fornos. O elevado consumo mundial desta fonte vem, então, ser
confirmado pela seguinte figura:
Figura 2: Origem da energia consumida a nível mundial em 2013 [11].
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Além da evidente importância da biomassa no setor energético, a exploração
deste recurso traz também um impacto a nível económico. Se, por um lado, pode
levar à eliminação de culturas ou terrenos agrícolas, por outro é uma fonte de
emprego. Não havendo rival face às enormes explorações petrolíferas ou à
obtenção do carvão, considerando apenas as energias renováveis a biomassa
encontra-se entre as principais fontes de energia como proporcionadora de
emprego, estando apenas em desvantagem para a eólica, gerando mundialmente
um total de 600.000 empregos.
Apesar de se tratar de um recurso que tem aplicações muito simples e que
não requer recursos tecnológicos ou grandes investimentos, a realidade é que nos
países em desenvolvimento a biomassa tem pouca expressão, ao contrário dos
locais mais ricos ou evoluídos, como a UE, os EUA ou o Canadá, o que evidencia
que, para este recurso ser devidamente explorado, é necessário conhecimento
técnico e investimento financeiro. Comparativamente aos anos anteriores, tem-se
registado uma evolução no que toca à produção de biomassa a nível global. Entre
2006 e 2013, a produção de biomassa duplicou, segundo um relatório da IEA
(2013), com os resultados presentes no seguinte gráfico. Além disso, é também
fornecida uma previsão da evolução desses mesmos valores até ao ano de 2018.
Figura 3: Postos de trabalho em energias renováveis [12].
10
Figura 4: Quantidade de energia produzida através da biomassa por
6.1 Biomassa em Portugal
No panorama nacional, a biomassa é vista como uma energia que permite
fazer previsões a longo prazo, uma vez que apresenta uma produção previsível e
estável, flutuando de acordo com a procura. Especialistas referem a importância
deste tipo de energia para o futuro, principalmente a nível económico, com destaque
para a de origem florestal e agrícola. No entanto, não se prevê que em Portugal este
recurso venha a admitir uma importância de tal dimensão que permita sustentar
energeticamente uma percentagem significativa da população. Apesar disso, esta
área merece destaque por parte de especialistas na área que acreditam num
investimento com retorno neste setor.
Portugal foi, em 2014, o quarto maior exportador de em pellets para a
Europa, acompanhando a crescente evolução deste produto no seio da comunidade
europeia [14]. O maior produtor de eletricidade a partir da biomassa em Portugal é o
grupo Portucel Soporcel, aproveitando também a vertente térmica da biomassa para
o processo de fabrico de papel, no qual é líder mundial [15].
Em 2012, esta energia representou 13% da energia primária consumida e
6,6% da energia final. Em 2013, foram exportadas, de acordo com a DGEG (Direção
Geral da Energia e Geologia), 824 mil toneladas de biomassa no valor 111 milhões
de euros, que representa um aumento de 35% face ao ano anterior.
11
Centro de Biomassa Para a Energia
Em Portugal, a maior associação existente associada à biomassa é a CBE,
Centro da Biomassa para a Energia. Foi fundada em 1988, através um projeto
lançado pela Secretaria de Estado da Energia, no âmbito da política energética
nacional, mais especificamente no contexto da diversificação energética e do
aproveitamento dos recursos naturais de que o país dispõe. É uma organização
sem fins lucrativos que visa promover a utilização da biomassa para a produção de
energia, contando já com um vasto número de trabalhos realizados a nível nacional
e internacional especializados no domínio científico e técnico da área da biomassa.
Esta instituição encontra-se acreditada para prestar serviços de consultoria
no projeto PORTUGAL 2020, um acordo entre Portugal e a Comissão Europeia que
visa projetar os princípios de programação que consagram a política de
desenvolvimento económico, social e territorial para promover no nosso país até ao
ano de 2020. [16]
Uma das iniciativas desenvolvidas por esta associação foi o workshop “25
anos a promover a biomassa” nas instalações da instituição em Miranda do Corvo, a
25 de fevereiro de 2015, com o objetivo triplo de fazer um balanço da atividade do
CBE durante os últimos anos, perspetivar as apostas futuras no setor e fazer uma
avaliação do panorama atual, entre custos de produção, armazenamento,
equipamentos e o aproveitamento da biomassa nos setores doméstico, serviços e
industrial. (Folheto no Anexo A).
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7. Conclusões
Tendo presente o exposto e analisando fundamentos e estatísticas acerca da
biomassa, verificamos que a fonte prioritária de recursos para obtenção é o
aproveitamento de resíduos. Dentro deste capítulo, destacam-se ainda os resíduos
florestais, que permitem uma produção em larga quantidade (em massa) e por isso
possibilitam a geração de grandes quantidades de energia.
De todos os processos abordados, a pirólise revela-se o mais eficiente e
rentável, o mais adequado para o tratamento deste tipo de recursos. Além disso,
este é o modo de tratamento de recursos mais utilizado em todo o mundo,
providenciado um melhor rendimento no processo de conversão de matéria
orgânica em energia.
A nível das aplicações, o aproveitamento da madeira para aquecimento
(pellets) é não só o mais famoso como o mais utilizado globalmente. É aquele sobre
o qual incide maior parte da exploração dos recursos e sobre o qual é focada maior
atenção do mercado energético neste setor. Esta aplicação fomenta vários negócios
a nível local, promovendo o comércio.
Em suma, permite-se concluir que a biomassa foi, é e será uma importante
fonte energética, uma fonte renovável e alternativa que permite explorar a
diversidade do nosso planeta. A vantagem de ser produzida a partir de todo o tipo
de desperdícios faz com que seja uma energia a ter em consideração para a
economia e para o ambiente, gerando um rumo de circulação de energia e de
matéria, ou adicionando novas opções aos circuitos já existentes. Apesar de não ser
tão saudável como a eólica ou solar, pode também trazer benefícios para o meio
ambiente [17]. As desvantagens mais impactantes incidem sobre o facto de se
poder desgastar em demasia o meio ambiente, levando à perda de biodiversidade,
ou o facto de não ser capaz de produzir energia ao nível dos combustíveis fósseis.
Analisando a dimensão socioeconómica, este recurso apresenta-se como um
exemplo economicamente sustentável. No entanto, apesar da viabilidade financeira,
não se verificam até à data grandes investimentos ou empreendedorismos na área
da biomassa. Além disso, para se tornar numa fonte de abastecimento energético
capaz de fazer face aos combustíveis fósseis, os resíduos não seriam suficientes, o
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que significa que iria haver um desgaste elevado de floresta ou matéria biológica,
produzindo consequências negativas não compensadas pela produção energética.
Apesar de ser nos nossos dias um recurso fundamental, sobretudo ao nível
do aquecimento/produção de calor, os dados presentes não evidenciam que seja
possível que uma economia ou população se torne energeticamente dependente da
biomassa, pelo que este pode ser considerado um recurso fundamental mas não um
recurso primordial, ao contrário do carvão ou petróleo [18].
Ainda que muito bem representado entre as fontes de energia renováveis,
este recurso não apresenta uma popularidade semelhante à de fontes como a
energia solar, eólica, ou mesmo hídrica. Raramente nos meios de comunicação
sociais se encontram referências a investimentos na biomassa, projetos de
dinamização de aproveitamento de resíduos florestais/agrícolas ou de geração de
energia através da matéria orgânica. Uma das possíveis razões pela qual a
biomassa não tenha o seu devido destaque é que se apresenta como um processo
estável, viável e seguro, já muito conhecido entre o mercado energético, ao passo
que recursos como a energia solar consideram-se ainda subexplorados por serem
recentes e poderem haver constantemente novas inovações ou descobertas na
área, admitindo-se um enorme potencial por descobrir. Além disso, o mercado
energético foca-se mais em novas formas de obtenção de energia elétrica do que
térmica, e, tal como exposto neste relatório, a biomassa é mais efetiva sob o ponto
de vista térmico do que elétrico.
No entanto, em caso algum a biomassa deverá ser desvalorizada. Acredita-
se que uma forte investigação especializada nesta área pode trazer um vasto leque
de novas formas de exploração da matéria orgânica, mais rentáveis e mais variadas
que as já existentes, afirmando a importância deste recurso energético que pode ser
mais valorizado sobretudo ao nível local e em aplicações mais específicas. Uma
maior sensibilização da sociedade para o que é de facto a biomassa poderá
também trazer consequências positivas para o setor, já que este não é um recurso
muito popular.
Analisando, por fim, o caso específico português, a biomassa tem aqui um
papel mais importante do que na maioria dos restantes países da União Europeia,
visto que se afirma entre as maiores potências na exportação. Em Portugal há uma
14
exploração significativa dos recursos da biomassa sobretudo sob a forma de pellets.
De acordo com os dados, não se prevê uma queda nesse mercado mas sim uma
estabilidade prolongada ou até crescimento, seguindo a tendência dos últimos anos.
Este recurso potencia não preferencialmente a exploração energética das grandes
companhias a nível nacional mas sim pequenos negócios locais e regionais,
incrementando o comércio e a economia um pouco por todo o país.
15
Referências bibliográficas
[1] http://www.priberam.pt/dlpo/biomassa
Acedido às 17h00 de 14/10/2015
[2] , Barbara A.Tokay, Englewood. Biomass Chemicals. New Jersey 07631,
United States, 15 junho, 2000
[3] Goldemberg, José. Biomassa e Energia. Química Nova, Volume 32, São
Paulo, 2009
[4] http://www.publico.pt/economia/noticia/o-pais-descobre-o-lugar-da-biomassa-
calor-em-vez-de-electricidade-1673363
Acedido às 19h34 de 5/10/2015
[5] http://www.aneel.gov.br/
Acedido às 18h32 de 17/10/2015
[6] http://www.infoescola.com/reacoes-quimicas/pirolise/
Acedido às 17h15 de 7/10/2015
[7] http://www.infoescola.com/combustiveis/biomassa/
Acedido às 20h22 de 4/10/2015
[8] http://www.laifi.com/laifi.php?id_laifi=4772&idC=74363#
Acedido às 22h47 de 15/10/2015
[9] Jr. Vaz, Júlio. Uso dos Coprodutos e Resíduos de Biomassa para Obtenção
de Produtos Químicos Renováveis. Circular Técnica, 2, Brasília, DF,
dezembro de 2010.
[10] http://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-energia-
biomassa/
Acedido às 14h58 de 4/10/2015
[11] REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st century)
16
[12] REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st century)
[13] IEA, (2013), Medium-Term Renewable Energy Market Report 2013,
OECD/IEA, Paris
[14] http://www.publico.pt/economia/noticia/o-pais-descobre-o-lugar-da-biomassa-
calor-em-vez-de-electricidade-1673363
Acedido às 19h34 de 5/10/2015
[15] http://www.portucelsoporcel.com/
Acedido às 00h49 de 16/10/2015
[16] http://www.centrodabiomassa.pt/
Acedido às 21h34 de 15/10/2015
[17] http://www.lippel.com.br/br/sustentabilidade/bioenergia-da-biomassa
Acedido às 23h45 de 15/10/2015
[18] Gomes Carneiro, Maria Patrícia. Avaliação Económica da Biomassa para a
Produção Energia. Braga, 25 de outubro de 2010.
17
Anexo A
Anexo A: Folheto do WorkShop “25 anos a promover a biomassa”.