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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC
CAIO VINÍCIUS BATISTA DE CARVALHO ÍCARO ARAÚJO DOS SANTOS
O USO DA BIOMASSA COMO FONTE
ENERGÉTICA
MACEIÓ-AL 2017/1
CAIO VINÍCIUS BATISTA DE CARVALHO ÍCARO ARAÚJO DOS SANTOS
O USO DA BIOMASSA COMO FONTE ENERGÉTICA
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito final, para conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor Me. Jobson de Araújo Nascimento.
MACEIÓ-AL 2017
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer, primeiramente, a Deus, pela saúde, força e
coragem durante toda esta minha caminhada da graduação.
Agradeço aos meus pais, pelo amor, carinho, confiança e estarem
do meu lado em todos os momentos da minha vida.
Agradeço também em especial à minha avó paterna, Tíria Sandra,
que sempre esteve ao meu lado, mas que infelizmente não está mais entre
nós, contudo, está eternizada na minha memória e no meu coração.
Agradeço ao meu orientador – Professor Jobson Araújo – por toda
orientação e ajuda que foram me dados.
Meus agradecimentos aos meus amigos-irmãos, Flavio Farias e
Heberton Barros, família que Deus colocou no meu caminho.
Agradeço também à minha namorada, Alane Souza, que de forma
especial e carinhosa me deu força, coragem e muito incentivo nos momentos
de dificuldades.
Caio Vinícius Batista de Carvalho
Quero agradecer, primeiramente, a Deus, pela saúde e coragem
durante toda esta minha caminhada da graduação.
Agradeço a minha mãe Marileide Souza de Araújo e meu pai
Nilson Miguel dos Santos que meu apoiou em todos os momentos difíceis da
minha vida.
Agradeço ao meu orientador – Professor Jobson Araújo – por toda
orientação e ajuda que foram me dados.
Ícaro Araújo dos Santos
O USO DA BIOMASSA COMO FONTE ENERGÉTICA THE USE OF BIOMASS AS AN ENERGY SOURCE
Caio Vinícius Batista de Carvalho Graduando do curso de Engenharia Civil
Ícaro Araújo dos Santos Graduando do curso de Engenharia Civil
Orientador: Jobson de Araújo Nascimento Mestrado no curso de Engenharia Elétrica
RESUMO: O objetivo deste trabalho é discutir e apresentar a geração de
energia elétrica através da biomassa como uma alternativa viável a ser melhor
explorada e ganhar cada vez mais espaço na matriz energética brasileira. O
Brasil tem uma grande dificuldade na busca por fontes renováveis e limpa,
onde cerca de 77,3% da sua matriz energética vem das hidrelétricas, onde
trazem muitos impactos ambientais. Desse modo, foi analisado a biomassa
como fonte energética, pois além de ser uma fonte de energia renovável e com
baixa emissão de gases que provocam o efeito estufa, sua principal fonte para
gerar energia está nos resíduos. Os resíduos gerados em todo o Brasil, são
recursos de grande potencial para obtenção de energia elétrica.
PALAVRAS-CHAVE: biomassa; geração de energia elétrica; potencial
energético.
ABSTRACT: The objective of this work is to discuss and present the generation
of electric energy through biomass as a viable alternative to be better exploited
and to gain more and more space in the Brazilian energy matrix. Brazil has
great difficulty in the search for renewable and clean sources of energy, where
roughly 77.3% of its energy matrix comes from hydroelectric dams, but they
cause many environmental impacts. Therefore, we will analyze biomass as an
energy source, as it is a source of renewable energy and with a low emission of
greenhouse gases, its main source of energy is waste. The waste generated all
over Brazil are resources that have great potential for generating electricity.
KEY WORDS: biomass; electric power generation; energy potential.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: Fontes da Biomassa ...................................................................... 13
FIGURA 2: Processo de combustão de biomassa........................................... 19
FIGURA 3: Ilustração de uma biomassa lignocelulósica.................................. 20
FIGURA 4: Composição típica da Biomassa Vegetal....................................... 20
FIGURA 5: Processo de produção de cavaco ................................................. 25
FIGURA 6: Processo de produção de açúcar e etanol de cana-de-açúcar...... 28
FIGURA 7: Fluxograma de gerenciamento de material orgânico..................... 29
FIGURA 8: Fluxograma da extração do óleo de girassol utilizando mini-
prensa............................................................................................................... 31
FIGURA 9: Planta de Cogeração...................................................................... 36
FIGURA 10: Configurações Topping e Bottoming........................................... 37.
LISTA DE TABELAS
TABELA 1: Índices de produção per capita de resíduos sólidos domiciliares em função da população urbana............................................................................ 15
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1 – Levantamento da energia gerada na usina Coruripe em
2015 a 2016 ..................................................................................................... 31
GRÁFICO 2 – Levantamento da energia gerada na usina Santo Antônio
em 2014 a 2016 .............................................................................................. 32
GRÁFICO 3 – Lucro Anual (Milhão) das Empresas utilizando a biomassa
como fonte energética ..................................................................................... 33
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.................................................................................................. 9 1.1 Objetivos........................................................................................................ 11
1.1.1 Geral............................................................................................................. 11 1.1.2 Específicos................................................................................................... 11
2 METODOLOGIA................................................................................................ 12 3 PROCESSOS DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA............................................. 13 3.1 Fontes da biomassa..................................................................................... 13 3.1.1 Vegetais não Lenhosos................................................................................ 14 3.1.2 Vegetais Lenhosos....................................................................................... 14 3.1.3 Resíduos Orgânicos..................................................................................... 14 3.1.4 Biofluidos...................................................................................................... 15 3.2 Processos térmicos...................................................................................... 16 3.2.1 Pirólise........................................................................................................ 16 3.2.2 Gaseificação............................................................................................... 17 3.2.3 Combustão................................................................................................. 17 3.3 Caracterização da biomassa........................................................................ 18 3.3.1 Estrutura da Biomassa................................................................................. 18
3.4 Vantagens e desvantagens.......................................................................... 19 4 ASPECTOS SOCIOECONÔMICOS DO USO DA BIOMASSA........................ 21 4.1 A biomassa como geradora de emprego................................................... 21 4.2 Processos de produção da biomassa florestal......................................... 21 4.3 Processos de produção do etanol a partir da cana-de-açúcar............... 22 4.4 Processos de produção do biogás a partir do lixo.................................. 23 4.5 Processos do biofluído na produção da biomassa................................... 24 4.6 Impactos ambientais causados pela biomassa......................................... 24 4.6.1 Impactos Ambientais da tecnologia do gás de lixo...................................... 25 4.6.2 Impactos ambientais da tecnologia dranco................................................. 25 4.6.3 Impactos ambientais da tecnologia bem..................................................... 26 4.6.4 Impactos Ambientais da tecnologia de incineração de lixo......................... 26 4.7 Cogeração da biomassa ............................................................................ 26 4.7.1 Formas de cogeração ............................................................................... 27 4.8 Equipamentos térmicos utilizados na cogeração da biomassa............................................................................................................. 28 4.8.1 Caldeiras .................................................................................................... 28 4.8.2 Turbinas a vapor ........................................................................................ 29 4.8.3 Turbinas a gás ........................................................................................... 29 4.8.4 Motores alternativos ................................................................................... 29 4.9 Demanda de biomassa para bioenergia no Brasil .................................... 30 4.9.1 Usina Seresta ............................................................................................. 30 4.9.2 Biosev ........................................................................................................ 30 4.9.3 Usina Coruripe........................................................................................... ..31 4.9.4 Usina Santo Antônio.................................................................................... 31 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................... 33 6 CONCLUSÃO................................................................................................... 34 REFERÊNCIAS................................................................................................... 35
9
1 INTRODUÇÃO
A biomassa é todo recurso renovável proveniente da matéria orgânica,
seja ela de origem animal ou vegetal, podendo ser utilizada para geração de
energia. Através da fotossíntese, sua energia solar é convertida em energia
química e armazenada na forma de matéria orgânica (ANEEL).
Há pouco mais de 100 anos atrás, a biomassa começou a perder espaço
para as demais fontes de energia, primeiramente para a energia do carvão, e
em seguida, com o crescimento contínuo e acelerado do uso de petróleo e gás
natural, a utilização da biomassa caiu bruscamente e ficou reduzida
basicamente apenas às residências particulares e indústrias em regiões
agrícolas (CORTEZ et al., 2008).
Uma das principais vantagens do uso da biomassa, é que apesar de sua
não tão alta eficiência energética comparado com outros combustíveis, o seu
aproveitamento pode ser feito diretamente através da combustão em fornos e
caldeiras. Mas, novas tecnologias estão sendo aprimoradas visando aumentar
sua eficiência e a redução dos impactos ambientais, tais como a gaseificação,
combustão e a pirólise (SILVA, 2009).
A geração de energia elétrica a partir da biomassa já é realidade em
importantes setores e vem sendo cada vez mais comercialmente empregada.
Analisando as características das fontes de energia renováveis, a biomassa
vem sendo utilizada em processos modernos de alta eficiência tecnológica,
dando a ela total flexibilidade para atender as necessidades tanto na produção
de energia quanto para locomoção no setor de transportes (LEAL, 2005)
Conforme nos orienta Leal (2005, p. 41), nas teses e dissertações:
Em resumo, a biomassa dificilmente conseguirá substituir o petróleo, e muito menos todos os combustíveis fósseis, mas tem um enorme potencial de auxiliar na redução das emissões de gases de efeito estufa, no aumento da segurança energética de cada país e no aumento da oferta de empregos e renda no meio rural.
A busca pela utilização da energia da biomassa, é justamente a
necessidade que os países tem em buscar as energias alternativas renováveis
10
para incrementar na suas matrizes energéticas. A grande motivação para essa
mudança de postura, é a diminuição do uso dos derivados do petróleo.
11
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Geral
Discutir e apresentar a fonte de energia biomassa como uma alternativa
viável para a produção de energia elétrica
1.1.2 Especificos
Demonstrar as principais características da biomassa como fonte
energética.
Avaliar os aspectos socioeconômicos do uso energético da biomassa.
Analisar o potencial de aproveitamento da energia da biomassa.
12
2 METODOLOGIA
Todas as informações aqui apresentadas foram obtidas a partir de
pesquisas em endereços eletrônicos especializados ou bibliografia existente
relacionada ao tema. As informações foram organizadas de forma a
proporcionar ao leitor uma boa linha de raciocínio desde sua origem até sua
aplicação como alternativa na produção de energia elétrica.
Inicialmente foi realizada uma pesquisa apresentando as principais
fontes de biomassa utilizadas no Brasil, seus processos térmicos, suas
principais características, suas vantagens e desvantagens da utilização da
biomassa como fonte de energia.
Posteriormente foram apresentados alguns aspectos socioeconômicos
da biomassa. Onde foi levada em consideração a biomassa como geradora de
emprego, seus impactos ambientais, suas formas de cogeração, processos dos
materiais na sua obtenção e equipamentos utilizados na cogeração da
biomassa.
Por fim, na última parte do trabalho é dado um enfoque no potencial de
aproveitamento da biomassa. Onde são feitas considerações a respeito de
algumas empresas que obtiveram sucesso com a geração de energia através
da biomassa. Podendo haver necessidade de possíveis áreas de estudo,
análises e conclusões relacionadas as informações apresentadas.
13
3 PROCESSOS DE OBTENÇÃO DA BIOMASSA
Walker (2009) diz que a biomassa pode ser originada através da energia
química dos vegetais sem precisar da intervenção do homem, ou pode ser
produzida através de atividade humana, que são os resíduos gerados na
produção agrícolas ou núcleo urbano.
3.1 Fontes da biomassa
A biomassa é dividida em 4 grandes grupos que são os vegetais não
lenhosos, nos quais são encontrados os sacarídeos, celulósicos, amiláceos e
os aquáticos, os vegetais lenhosos que são representados pelas madeiras, os
resíduos orgânicos que serão subdivididos em resíduos agrícolas, urbanos e
industriais, e o biofluído ou também chamados de oleaginosas que será
representado pelo óleo vegetal (CORTEZ; LORA; GÓMEZ, 2003).
A figura 1 mostra o esquema das fontes de biomassa.
Figura 1 – Fontes da Biomassa Fonte: Ministério de Minas e Energia, 1982
14
3.1.1 Vegetais não Lenhosos
Nogueira e Lora (2003) definem os vegetais não lenhosos em relação ao
tecido de armazenamento de energia, que são divididos em: sacarídeos,
amiláceos, celulósicos e aquáticos.
Os sacarídeos é o grupo que se encontra a cana-de-açúcar e a
beterraba, que por sua vez geram a glicose e a frutose. Os celulósicos são
compostos pelos vegetais que só utilizam outros meios a não ser a sua
estrutura morfológica. Amiláceos cujo seu tecido e composto por amido e os
aquáticos em que as algas e micro algas adquirem potencial para geração de
energia (BNDES; CGEE, 2008)
3.1.2 Vegetais Lenhosos
A extração da madeira deve ser realizada por meio de floresta nativa ou
floresta plantada e sua produção se dar através de processos de tecnologias
específicos (NOGUEIRA; LORA, 2003).
Atualmente as florestas nativas vêm sendo tratadas como fontes de
energia inesgotável que geram grandes consequências no futuro como o
aumento de erosão e o esgotamento da madeira (NOGUEIRA; LORA, 2003).
Ao passar dos anos os estudos silviculturas vêm provando que é
possível ter uma exploração racional aliada com abastecimento energético,
diminuindo os problemas sobre o meio ambiente e a população que assolam a
maioria dos países. Para as florestas plantadas existem dois objetivos:
reflorestamento e fins energéticos que são grandes números de árvores por
hectare e com clico curto, para se obter maior volume por área (NOGUEIRA;
LORA, 2003).
3.1.3 Resíduos Orgânicos
Os resíduos orgânicos são os subprodutos de atividades agropecuárias,
agroindustriais e urbanas que podem ser utilizados para a geração de energia
elétrica. No passado esses resíduos eram grandes problemas de caráter
15
ambiental e com o uso desse material na produção de energia virou uma
grande solução viável, reduzindo assim as emissões de gases no meio
ambiente (NOGUEIRA; LORA, 2003).
Os resíduos agrícolas são resultados das atividades de colheita dos
produtos agrícola e sua a quantificação é feita com base nos "índices de
colheita" que expressam a relação percentual entre a quantidade total de
biomassa gerada por hectare plantada e a quantidade de produto
economicamente aproveitável (RESÍDUOS NO BRASIL, 2009)
Os resíduos domiciliares e comerciais dão origem aos resíduos urbanos,
que são definidos como restos de atividades humanas, que são considerados
pelos geradores como descartáveis. Também são classificados como urbano
os resíduos hospedares, mas por conta de serem impossíveis de se reutilizar
não serão levados em conta (NOGUEIRA; LORA, 2003).
Tabela 1 - Índices de produção per capita de resíduos sólidos domiciliares em função da população urbana
Fonte: CETESB, 2004
Devido à falta de saneamento básico em muitas regiões do país os
resíduos urbanos são destinados em lixões e aterros controlados sem o devido
tratamento (NOGUEIRA; LORA, 2003).
Os resíduos de atividades agroindustriais possuem valor energético, que
são utilizados na própria indústria para a geração de vapor ou eletricidade. Na
maioria das vezes os usos energéticos desses materiais são por meio da
queima direta em fornos ou através da biodigestão anaeróbia (NOGUEIRA;
LORA, 2003).
3.1.4 Biofluídos
16
O biofluído abrange um grande número de plantas produtoras de
gorduras vegetais e de óleos, a sua extração e produção são fundamentais
para a qualidade e adequação ao uso desse óleo (NOGUEIRA; LORA, 2003).
Em relação ao rendimento de óleo, o girassol, o coco e o dendê
merecem ser observados. Em termos de rendimento a mamona sai na frente,
pela sua resistência a seca e pelo curto ciclo de colheita. O óleo de soja
representa 90% da produção brasileira de óleos vegetais, tornando a soja a
principal cultura oleaginosa para atender a demanda por biodiesel
(MEIRELLES, 2003).
3.2 Processos térmicos
Durantes os últimos anos, os processos termoquímicos são
considerados a tecnologia do futuro para a produção de energia. Dentre os
processos mais utilizados, destacam-se a pirólise, gaseificação e combustão
(MANARA e ZABANIOTOU, 2012).
3.2.1 Pirólise
A pirólise da biomassa é definida como a decomposição térmica do
material orgânico na ausência de oxigênio. É um processo de conversão de um
combustível (lenha) para um outro de melhor eficiência energética (carvão).
Esse processo consiste basicamente em aquecer o material original a
temperaturas não tão altas (500 - 800 °C) com pouco ar no ambiente, até que o
material volátil seja retirado. E sua finalidade é obter um material com maior
poder calorífico. (SAIDUR et al., 2011).
A pirólise é destaque, quando é comparada com outros diferentes tipos
de processos por gerar produtos líquidos (alcatrões), gases (materiais voláteis
de baixo peso molecular), sólidos (carvão), os produtos formados através
desse processo podem ser utilizados como combustíveis devido ao seu
elevado poder calorífico. (PEDROZA, 2011).
Algumas variáveis interferem na qualidade do processo de pirólise da
biomassa, como: granulometria do material, velocidade de aquecimento,
17
temperatura, fluxo do fluído, etc. Segundo Zabaniotou et al,. (2008), a
temperatura é a variável que possui o maior efeito sobre a pirólise.
A pirólise vem sendo um processo que vem demonstrando resultados
satisfatórios, no que se diz respeito à obtenção de produtos renováveis. É uma
alternativa viável, pois vem apresentando valores agregados aos produtos e
co-produtos, formados durante o seu processo (VIEIRA et al., 2014).
3.2.2 Gaseificação
O processo de gaseificação é bem antigo, já é conhecido há mais de
100 anos. Por muitos anos, ficou praticamente em desuso devido a grande
quantidade de petróleo disponível no mercado e pelo seu baixo preço. Esse
processo foi muito utilizado nas guerras mundiais, devido a dificuldade de
acesso que os países tinham em desfrutar dos combustíveis tradicionais
(SILVA, 2009).
A gaseificação pode ser definida como o processo de conversão
termoquímica de um material sólido ou líquido em um combustível gasoso,
através da oxidação parcial a temperaturas elevadas variando de 800 a 1 100
°C (LORA, et al, s.a. p. 421).
A gaseificação normalmente é elevada em temperaturas mais altas do
que a pirólise. Logo, podemos concluir que antes de atingir o processo
gaseificação, passaríamos pelo estágio de pirólise devido ao fato que seu
processo é alcançado em temperaturas mais baixas que a gaseificação.
3.2.3 Combustão
Dentre todos os elementos dos combustíveis, os principais são: carbono,
hidrogênio e oxigênio. Estes elementos reagem durante o processo de
combustão completa formando o gás carbônico (CO2), água (H2O) e liberação
de calor, logo podemos classifica-la como uma reação exotérmica (VA LOO e
KOPPEJAN, 2002).
18
Figura 2: Processo de combustão de biomassa
Fonte: Adaptado de Garcia et al., 2012.
A figura 2 apresenta como funciona o processo de combustão de uma
biomassa. No primeiro estágio é adicionado uma fonte externa de energia para
que haja a perda de umidade contida no material, à uma temperatura inferior a
100 ºC. No segundo estágio, ocorre a pirólise juntamente com a gaseificação
da biomassa. Esse estágio é geralmente mais rápido, já que grande parte da
umidade foi evaporada, assim gerando um gás rico em CO, H2O e CO2. No
terceiro estágio, ocorre de fato a combustão e oxidação do combustível que
ocorrem em temperaturas que variam de 250 a 800 ºC e produz
majoritariamente CO2, H2O e calor que pode ser utilizados para fins de
aquecimento e retornar para o processo (GARCÍA et al.; 2012).
3.3 Caraterização da biomassa
3.3.1 Estrutura da biomassa
As paredes celulares de biomassa são formadas de microfibrilas de
celulose, rodeadas por uma matriz de hemicelulose e lignina (figura 3). Mas há
também alguns componentes como lipídeos, hidrocarbonetos, compostos
fenólicos, hidratos de carbono e proteínas (SHAFIZADEH, 1982 apud MARIN
MESA, 2011).
19
Figura 3: Ilustração de uma biomassa lignocelulósica Fonte: Boudet et al., 2003.
Segundo Martini (2009) Os principais componentes da biomassa vegetal
são a celulose, hemicelulose e lignina. Na figura 4 abaixo é possível observar a
sua respectiva composição em porcentagem.
Figura 4: Composição típica da Biomassa Vegetal Fonte: Nogueira, 2007.
3.4 Vantagens e desvantagens
20
Segundo García et.al. (2012) apresenta algumas vantagens para o uso
de biomassa como combustível atendendo os 3 pilares da sustentabilidade
(ambiental, econômico e social). As vantagens são elas:
- A biomassa é uma energia limpa e renovável.
- Devido a sua origem ser pela fotossíntese, apresentam baixos teores
de gás carbônico, enxofre e nitrogênio, gerando baixas emissões de SOx e
NOx que contribuem para amenizar o efeito estufa e o buraco na camada de
ozônio.
- Biomassa e resíduos biológicos são uma fonte de combustível
independente e podem evitar dependência de fontes estrangeiras de energia.
- Socialmente, o desenvolvimento de culturas de biomassas e energia
estimula criação de emprego, evitando assim o despovoamento principalmente
nas zonas rurais e apoiando a agricultura local.
Algumas desvantagens da utilização da biomassa:
- Desflorestação;
- Possui um menor poder calorífico quando comparado com outros
combustíveis;
- Os biocombustíveis líquidos contribuem para a formação de chuvas
ácidas;
- Dificuldades no transporte e no armazenamento de biomassa sólida.
21
4 ASPECTOS SOCIOECONÔMICOS DO USO DA BIOMASSA
4.1 A biomassa como geradora de emprego
Com o passar dos anos a biomassa como fonte energética vem
mostrando grande potencial para a geração de empregos diretos e indiretos.
Talvez , o melhor exemplo, seja o programa regional de energia da região dos
grandes lagos, nos estados unidos em que se existiu total suporte
administrativo e econômico fornecido pelo conselho de governadores da região
dos grandes lagos. Esse programa teve inicio em 1985 e utilizam, quatro tipos
de recursos de biomassa, o milho, o lixo, o resíduo industrial e a madeira que
são destinados para a produção de calor, energia elétrica, álcool combustível e
gás (BARUM, 1999).
Em 1985 foram gerados cerca de 32000 empregos diretos e indiretos,
pelo uso da biomassa, 1995 já ultrapassavam de 70000 empregos. E em 2005,
o conselho dos Grandes Lagos pretende incrementar nos setores ligados a
construção de novas plantas e equipamento para a geração de energia elétrica
que aumentaria o numero de empregos diretos e indiretos em uma faixa de
175000 e 240000 (BARUM, 1999).
A biomassa de origem florestal é uma energia renovável e com grande
potencial de geração de empregos. Além de permitir uma versatilidade como
fonte de energia seja pela queima de cavacos, ou com produtos agregado com
os briquetes e pellets. O baixo custo de aquisição e a diminuição de emissões
de gases poluentes em relação ao derivado do petróleo, são algumas das
vantagens que a biomassa proporciona (AGEFLOR, 2016).
A indústria de papel é um bom exemplo de uso de biomassa florestal
como fonte de energia, sendo muitas dessas empresas, alto sustentável em
relação ao consumo de energia. A indústria de máquinas e equipamentos
também vem ganhando espaço com o aumento de demanda, um exemplo de
equipamento seria os picadores que é o equipamento principal para a produção
do cavaco de madeira (AGEFLOR, 2016).
4.2 Processos de produção da biomassa florestal
22
Silva (2007) Define que para se existir eficácia na compactação é
fundamental que o material passe pelas etapas: picar, peneirar, secar, moer,
etc.
Para a produção de briquetes são necessárias sete etapas sendo elas: a
escolha do material nesta etapa define que a matéria-prima estar diretamente
proporcional ao tipo de briquete, em seguida vem à secagem que tem a
finalidade de retirar a umidade do material, a moagem dos resíduos que possui
o objetivo de reduzir o tamanho para facilitar a ação do aglutinante, o
peneiramento que tem por finalidade a separação das partículas a serem
utilizadas, a mistura com aglutinante que dar aderência ao resíduo, a
prensagem que proporciona resistência ao briquete e a estocagem em os
briquetes serão armazenados em silos de estocagem (MORO, 1987)
4.3 Processos de produção do etanol a partir da cana-de-açúcar
Figura 6: Processo de produção de açúcar e etanol de cana-de-açúcar Fonte: SEABRA, 2008
A fabricação do etanol a partir da cana é iniciada com o transporte da
cana moída pela colheitadeira até a usina, em seguida a cana moída é
prensada e separada em caldo e bagaço. O mostro segue pra dornas de
23
fermentação e o liquido fermentado é purificado na torre de destilação, e em
seguida retificado. Com os resíduos provenientes da prensagem a usina utiliza
como combustível para as caldeiras gerando vapor e bioeletricidade. Com o
etanol produzido passa pelo processo de desidratação, que reduz a volatilidade
da água e permite a evaporação do etanol, que segue separado (MACHADO,
2014).
4.4 Processos de produção do biogás a partir do lixo
Figura 7: Fluxograma de gerenciamento de material orgânico Fonte: PET BioSus, 2008
Primeiro o lixo coletado é separado em reciclável e não reciclável, em
seguida o lixo reciclado será destinado ás usinas de reciclagem e o não
reciclável será separado em orgânico e inorgânico. O lixo orgânico será
direcionado ao reator de pirólise e o lixo inorgânico será direcionado ao aterro
sanitário. O reator produzirá o carvão de resíduos que posteriormente serão
utilizados para fins energéticos. O chorume proveniente dos aterros sanitários
será tratado no biodigestor que produzirá o biogás que alimentará
energeticamente o reator de pirólise. O efluente tratado originado do
biodigestor será encaminhado a uma estação de tratamento de efluente.
(Ferreira et al., 2010).
24
4.5 Processos do biofluído na produção da biomassa
O tipo de processo estar diretamente proporcional a peculiaridades da
matéria-prima, sendo possível a utilização a extração pro meio de solventes ou
por prensagem, há de ressaltar que independente do método utilizado, o
objetivo é a extração do óleo de boa qualidade (WAKELYN e WAN, 2006;
CAPELLINI, 2013).
Os grãos ricos em óleo como a canola, girassol e o coco seco é
recomendado o uso das prensas, a prensagem resultará a torta, que é triturada
e passará no extrator por solvente em relação aos processos mistos, o óleo
bruto originado da prensagem e ao óleo bruto que sai da destilação da miscela
(WOERFEL, 2006).
A figura 8 apresenta o fluxograma do processo de extração do óleo de
girassol, utilizando a mini prensa.
Figura 8: Fluxograma da extração do óleo de girassol utilizando mini-prensa Fonte: Oliveira e Vieira, 2004
A taxa de compressão da prensa é o critério que mais influência no
desempenho, que pode ser quantificado pela razão do volume de material que
entra na sessão de alimentação pelo volume eliminado na sessão de choque,
para cada giro do eixo (SINGH; BARGALE, 2000).
4.6 Impactos ambientais causados pela biomassa
25
Ao longo dos anos a produção a partir da biomassa passou a ser
esquecida provocando hoje a centralização do sistema elétricos, mas
recentemente o países em desenvolvimentos e ate mesmo os países
europeus, vem buscando melhorias e a biomassa tem sido uma boa opção
para produção de energia elétrica (SILVA, 2005).
Em relação aos países em desenvolvimento, a crise econômico-
financeira tem sido uma pedra no sapato para viabilizar a construção de novas
obras, para resolver os problemas ambientais causados pelas emissões de
CO2 (RUGGERO; SILVA, 2005).
Para que não haja efeito estufa na utilização da biomassa é necessário
que a mesma seja oriunda de plantas que consumiram exatamente a mesma
quantidade de dióxido de carbono durante sua vida. Esta alternativa só faz
sentido se a área cultivada será destinada para produzir energia, fazendo
assim um balanço nulo de dióxido de carbono (RUGGERO; SILVA, 2005).
4.6.1 Impactos Ambientais da tecnologia do gás de lixo
Os compostos contidos no gás de lixo são continuamente lançados á
atmosfera e são os principais contribuintes para a destruição da camada de
ozônio, quando o gás de lixo é queimado para a geração de energia, os
compostos contidos são destruídos, minimizando os danos ambientais (ROSA,
2003).
Segundo Rosa et al (2003) a tendência é que as regulações
governamentais em países industrializados, sejam implantadas em países em
desenvolvimento exigindo que os aterros sanitários, coletem suas emissões de
gás de lixo, e dando ao proprietário a liberdade de queimar o gás em flares ou
produzir sua própria energia.
4.6.2 Impactos ambientais da tecnologia dranco
Em relação a esta tecnologia é necessário o mesmo cuidados adotados
pela incineração por quer geram praticamente os mesmos efluentes gasosos
que uma incineração (CO, CO2, NOx, vapor d’água, material particulado, SOx,
HCl, entre outras substâncias em menores proporções como dioxinas e
26
furanos), comprovando que esta tecnologia necessita de cuidado especiais
(OLIVEIRA, 2003).
4.6.3 Impactos ambientais da tecnologia bem
O mau planejamento para produção de furfural, pode causar problemas
ambientais em relação a sua disposição. A queima da celulignina (resultado
obtido da pré-hidrolise ácida) gera dióxido de carbono, porem até o momento
não existe estudo sobre esta combustão (Rosa et al., 2003).
4.6.4 Impactos Ambientais da tecnologia de incineração de lixo
O controle de emissões gerado pela combustão são fundamentais para
atender as rigorosas normas de proteção ambiental, o monóxido de carbono
(CO) e o óxido nitrogenados (NOx) são originados através da combustão.
Também deve ser levada em consideração a formação de dioxinas e furanos,
originado pelo processo de incineração. A utilização do carvão ativado em
leitos pós-combustão virou uma alternativa para combater os resquício de
dioxina e furanos, podendo atingir níveis de dioxina abaixo dos padrões
estabelecida internacionalmente (Rosa et al., 2003).
4.7 Cogeração da biomassa
Quando há a produção simultânea, a partir de uma mesma fonte
energética, de duas ou mais utilidades num processo de geração de energia,
como, calor de processo e energia eletromecânica, por exemplo, diz-se que há
um sistema de cogeração de energia. Ou seja, a cogeração da biomassa pode
ser definida como um processo de transformação de uma forma de energia em
mais de uma forma de energia. De acordo com Instituto Nacional de Eficiência
Energética – INEE, essa tecnologia apresenta a vantagem de economizar
combustível necessário para produção do calor do processo, tomando útil até
85% da energia do combustível.
A figura 9 mostra em detalhes as partes de uma planta de cogeração.
27
Figura 9 - Planta de Cogeração Fonte: Silva, 2009
4.7.1 Formas de Cogeração
Existem duas formas de cogeração em relação à sequência de geração.
A primeira é a geração eletromecânica e depois térmica (topping), e a segunda
é o inverso, geração posterior de energia eletromecânica (bottoming)
Topping é o primeiro aproveitamento da energia disponibilizada pelo
combustível, que se dá para a geração de energia eletromecânica (altas
temperaturas), e, em seguida, para o aproveitamento de calor útil (SILVA,
2009, p.16).
A tecnologia topping é muito utilizada, principalmente nas indústrias,
tendo em vista que grande parte dos processos industriais demandam calor a
temperaturas não tão altas. E a finalidade do topping é justamente a obtenção
de energia elétrica no final do seu processo (PILON, et al, 2012).
Bottoming é o primeiro aproveitamento da energia disponibilizada pelo
combustível se dá para o aproveitamento de calor útil a elevadas temperaturas,
e em seguida para geração de energia eletromecânica. (SILVA, 2009, p.16).
Ao contrário do topping, a tecnologia bottoming visa a geração de
energia térmica no final do seu processo. O bottoming costuma apresentar
28
rendimentos eletromecânicos inferiores ao topping que trabalham com
temperaturas mais altas obtidas durante o processo de queima dos
combustíveis (PILON, et al, 2012).
Figura 10 – Configurações Topping e Bottoming Fonte: Silva, 2009
4.8 Equipamentos térmicos utilizados na cogeração da biomassa
Existem vários modelos de combinações de equipamentos disponíveis
para as plantas de cogeração. Caldeiras, turbinas a vapor, turbinas a gás e
motores alternativos são os tipos de equipamentos que serão demonstrados a
seguir.
4.8.1 Caldeiras
Conforme Silva (2009, p.19), caldeira é um aparelho térmico que produz
vapor a partir do aquecimento de um fluído vaporizante. Entre elas:
a) Caldeiras de vapor: são geradores mais simples de vapor que queimam
algum tipo de combustível como fonte geradora de calor.
b) Caldeiras de recuperação: são aqueles geradores que não utilizam
combustíveis como fonte geradora de calor, aproveitando o calor
através dos resíduos de processos industriais.
29
c) Caldeiras de água quente: são aqueles em que o fluído não é
vaporizado, sendo o mesmo tendo seu aproveitamento em fase líquida.
d) Geradores reatores nucleares: são aqueles que produzem vapor
através da energia liberada pelo combustível podendo ser utilizada
como fonte de calor.
4.8.2 Turbinas a vapor
Segundo Santos (2012, p.44) A turbina a vapor é uma máquina térmica
rotativa na qual a energia do vapor d’água é transformada em energia cinética
devido à sua expansão através dos bocais.
Como as turbinas a vapor são máquinas de combustão externa, o calor
necessário para a ebulição do condensado e para o superaquecimento
(normalmente inferior as turbinas a gás) posterior deve ser transferido dos
produtos de combustão ao fluído de trabalho através das serpentinas no
inferior da caldeira. (SILVA, 2009, p.18)
4.8.3 Turbinas a gás
Conforme Neto (2001) As turbinas a gás são máquinas de combustão
interna onde o primeiro aproveitamento da energia liberada pelo combustível, é
transferida diretamente ao fluído de trabalho. Onde o ar comprimido é
misturado com os gases de combustão, não havendo a necessidade de troca
de calor para a transferência de energia entre a fonte de calor e o fluído de
trabalho ou entre o fluído e o meio ambiente.
As turbinas a gás apresentam um grande diferencial em relação as
outras máquinas térmicas. O diferencial é que a turbina a gás tem a vantagem
de ter pequeno peso e volume, além de ocuparem menos espaço. Devido a
esses fatores, o seu uso está em considerável crescimento nos últimos anos
(SILVA, 2009, p.18).
4.8.4 Motores Alternativos
30
Segundo ODDONE (2001) Os motores alternativos de combustão
interna são máquinas que transformam a energia térmica contida em um
combustível em energia mecânica através do acionamento de pistões
confinados em cilindros.
Dentre todas as máquinas térmicas utilizadas para geração de energia, o
motor alternativo é a que melhor converte a energia contida em um combustível
líquido ou gasoso em potência mecânica (SILVA, 2009, p.20)
4.9 Demanda de biomassa para bioenergia no Brasil
4.9.1 Usina Seresta
A Usina Seresta fica localizada em Teotônio Vilela no estado de
Alagoas. Foi fundada em 1973, durante a expansão canavieira no Brasil. A
Usina Seresta é hoje umas das empresas alagoanas que mais investe em
ações socioambientais e em tecnologia, projetando grandes conquistas e
excelentes resultados.
Em 2012, foi feito um estudo de caso sobre a implantação de tecnologia
e maquinário para utilização da palha da cana de açúcar visando o seu custo
benefício. Figueirêdo e Neto (2012) diz que o investimento desta tecnologia foi
de 150.000.000,00 R$, na implantação do sistema de separação a seco e em
caldeiras com maior capacidade de vapor e pressão. Elevando assim sua
capacidade de geração de energia através das turbinas para os geradores.
Com base na média que as concessionárias cobram em KWh, a Usina
Seresta exporta 33MWh e está lucrando cerca de 11.880.000,00 R$ (11,8
milhões) por mês. Partindo destes dados obtidos, em três anos o lucro seria de
397.680.000,00 (397,6 milhões), ou seja, seria mais que duas vezes o total
investido inicialmente para o processo do uso da palha para geração de
energia (FIGUEIRÊDO;NETO, 2012).
4.9.2 Biosev
A Biosev é uma das líderes mundiais no setor sucroalcooleiro, com 13
unidades localizadas nas principais regiões produtoras do país. As unidades da
31
Biosev produzem energia elétrica por meio da queima de biomassas (bagaço e
palha) geradas a partir da produção de açúcar e etanol.
Esta grande empresa tem uma capacidade anual de processamento de
36,4 milhões de toneladas de cana-de-açúcar. E é autossuficiente em energia
elétrica a partir do reaproveitamento do bagaço da cana, com capacidade de
exportação do excedente de 1.346 GWh ao ano.
4.9.3 Usina Coruripe
A usina Coruripe faz parte do grupo Tércio Wanderley e sua matriz se
encontra no município de Coruripe, em Alagoas, atualmente é a maior
produtora norte/nordeste brasileiro. Com 3.032.565 toneladas de cana-de-
açúcar processada na safra 2015/2016 e mais de 36 mil hectares de terra
plana, a usina é privilegiada por possuir mais de 80% de cana-de-açúcar
própria (MARAFON et al., 2016).
Diante dos dados obtidos com a pesquisa acima, foi gerado este gráfico
abaixo mostrando a energia produzida nos anos de 2015 a 2016 na Usina
Coruripe.
Gráfico 1 – Levantamento da energia gerada na usina Coruripe em
2015 a 2016.
Fonte: Adaptado de Marafon et al., 2016.
Energia Exportada
Energia Consumida
4550
5560
51
60
Energia Gerada (MWh)
Energia Gerada (MWh)
32
4.9.4 Usina Santo Antônio
A usina de Santo Antônio esta sediada em São Luiz do Quitunde,
Alagoas, e a energia elétrica é gerada em ciclo vapor do tipo topping, a usina
dispõe de três caldeiras do tipo aquatubular para a queima do bagaço da cana-
de-açúcar. O vapor gerado pela caldeira varia de 80t/h a 120t/h, sob pressão
de 21 Kgf/cm² e com cerca de 350 °C. Para o aumento da eficiência da
cogeração a usina utiliza procedimentos como a implantação de turbinas de
contrapressão e condensação, motorização de todos os acionamentos da
fabrica e incorporação de pontas de palhas ou palhiço (MARAFON et al.,
2016).
Com base nos dados obtidos acima na pesquisa da usina Santo Antônio,
foi gerado este gráfico abaixo ilustrando a energia produzida na usina nos anos
de 2014 até 2016.
Gráfico 2 – Levantamento da energia gerada na usina Santo Antônio em
2014 a 2016.
Fonte: Adaptado de Marafon et al., 2016.
0 10 20 30 40 50 60
Safra 2014/2015
Safra 2015/2016
Energia Gerada (MWh)
Energia Gerada (MWh)
33
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com base na média que do que é cobrado o KWh nas concessionárias e
nos dados obtidos das pesquisas realizada acima, foi elaborado este gráfico
com o quantitativo do lucro anual das empresas que utilizam a biomassa como
fonte energética.
Gráfico 3 – Lucro Anual (Milhão) das Empresas utilizando a biomassa
como fonte energética.
Fonte: do autor
A empresa de maior rentabilidade foi a Biosev, por ser a segunda maior
processadora global de cana-de-açúcar, lucrando quase 600 milhões de reais
por ano.
Neste gráfico percebe-se que a utilização da biomassa como fonte
energética é sim uma energia rentável e que pode trazer muitos benefícios
para as empresas. O que antes era um problema ambiental, devido a grande
quantidade de resíduos sólidos, hoje virou uma parte lucrativa nas empresas.
A maioria das Usinas Termoelétricas que utilizam o bagaço da cana-de-
açúcar já previu a necessidade de complementar o bagaço produzido com
outras matérias primas. Desta maneira, as usinas vêm incrementando em suas
142,5
197,04 216,7
593,6
0
100
200
300
400
500
600
700
Usina Seresta Usina Coruripe Usina Santo Antônio Biosev
Lucro Anual (Milhão)
34
caldeiras o cultivo da palha da cana-de-açúcar, eucalipto e capim-elefante, e
vem demonstrando excelentes resultados com esta inovação.
O bagaço da cana-de-açúcar vem demonstrando excelentes resultados
na geração de energia elétrica. Ela vem sendo a melhor opção
economicamente para o setor sucroenergético quando falamos no quesito
custo-benefício. De acordo com (ANEEL 2011b), o bagaço da cana-de-açúcar
é a matéria prima de quase 80% das usinas térmicas movidos a biomassa.
Após a implantação dos sistemas de cogeração as empresas têm obtido
excelentes resultados com a utilização dos resíduos sólidos para geração de
energia. Pois, além de só comprarem energia em períodos de manutenção dos
equipamentos, ou longos períodos de chuva, o excedente é importado,
alavancando assim seu faturamento.
35
6 CONCLUSÃO
Com base nas pesquisas realizadas foi possível observar que a
biomassa é considerada uma importante opção para os países em
desenvolvimentos como o Brasil e até mesmo para países europeus, ainda
hoje, fortemente dependentes de combustíveis fósseis e da biomassa
tradicional como fontes de energia no setor residencial, onde são utilizados
para cocção e calefação, e também no setor de transportes. Além de ser uma
energia promissora, e seu mercado cresce constantemente, pois é uma
energia renovável (advinda de resíduos vegetais e animais), diferentemente
dos combustíveis fósseis, que apesar do fato de serem provenientes de vida
vegetal (carvão mineral) ou animal (petróleo), não são considerados
biomassa, pois são fontes de energia não renováveis.
Entretanto, existem algumas ressalvas para implementação da
biomassa, um exemplo seria a escolha do local, pois seria muito custoso
transportar grandes volumes de resíduos até a sua destinação final. Então, o
ideal seria que o empreendimento que fosse adotar a biomassa como fonte
energética, ficasse próximo de onde seria extraído a fonte da biomassa.
Embora a utilização de biomassa como fonte de energia traga
fantásticas vantagens, como o baixo custo, permitir o reaproveitamento de
resíduos e ser bem menos poluente que outra fonte de energia é necessário
ressaltar que se deve ter um amplo controle sobre as áreas desmatadas.
36
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