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  • POSSIBILIDADES E IMPACTOS DA AMPLIAÇÃO DA SIDERURGIA A

    CARVÃO VEGETAL ORIUNDO DE FLORESTAS PLANTADAS NO BRASIL

    Arnaldo dos Santos Junior

    Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa

    de Pós-graduação em Planejamento Energético,

    COPPE, da Universidade Federal do Rio de

    Janeiro, como parte dos requisitos necessários à

    obtenção do título de Mestre em Planejamento

    Energético.

    Orientador: Roberto Schaeffer.

    Rio de Janeiro

    Março de 2011

  • POSSIBILIDADES E IMPACTOS DA AMPLIAÇÃO DA SIDERURGIA A

    CARVÃO VEGETAL ORIUNDO DE FLORESTAS PLANTADAS NO BRASIL

    Arnaldo dos Santos Junior

    DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO

    LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)

    DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

    REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM

    CIÊNCIAS EM PLANEJAMENTO ENERGÉTICO.

    Examinada por:

    ________________________________________________ Prof. Roberto Schaeffer, Ph.D.

    ________________________________________________ Prof. Alexandre Salem Szklo, D.Sc.

    ________________________________________________ Dr. Luciano Basto Oliveira, D.Sc.

    ________________________________________________ Dr. Mauricio Francisco Henriques Junior, D.Sc.

    RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

    MARÇO DE 2011

  • iii

    Santos Junior, Arnaldo dos

    Possibilidades e impactos da ampliação da siderurgia a carvão vegetal oriundo de florestas plantadas no Brasil / Arnaldo dos Santos Junior – Rio de Janeiro: UFRJ,COPPE, 2011.

    XV, 163 p.: il.; 29,7 cm.

    Orientador: Roberto Schaeffer

    Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Planejamento Energético, 2011.

    Referencias Bibliográficas: p. 156-163.

    1. Siderurgia. 2. Carvão vegetal. 3. Florestas plantadas. 4. Emissões de CO2. 5. Consumo de energia. I. Schaeffer, Roberto. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Planejamento Energético. III. Título.

  • iv

    “Heal the World” Michael Jackson

  • v

    AGRADECIMENTOS

    Agradeço ao Prof. Dr. Roberto Schaeffer, por todo o seu apoio no decorrer da

    elaboração deste trabalho.

    Aos professores do PPE, por tanto terem me ensinado ao longo deste curso.

    Aos funcionários do PPE, sempre dispostos a ajudar.

    Aos ilustres membros da Banca, por terem aceitado o convite para a sua composição e

    pelos seus preciosos comentários para a melhoria deste trabalho.

    A Maurício Henriques, do INT, a José Noldin, da ABM, e a Fábio Marques, da Plantar,

    por tanto terem me ajudado com sua experiência em minha área de pesquisa.

    Aos meus ex-colegas da ANP e PPE e atuais colegas da EPE, em especial José David,

    Jeferson Soares e Luciano Basto, por tanto terem me ajudado em diversas ocasiões me

    dando ideias relativas ao encaminhamento desta dissertação. Agradeço também a James

    Azevedo e Ricardo Gorini, por terem me apoiado no decorrer dos meus estudos no PPE.

    A meus valiosos amigos de todos os momentos, em especial Alan Oliveira, André Osório,

    Aprigio Duarte, Carlos Pacheco, Daniel Stilpen, Daniela Oliveira, Felipe Neves, Fernanda

    Freitas, Flávio Rosa, Gabriel Grosso, Glaucio Faria, Guilherme Arantes, Leandro Coutinho,

    Leandro Queiroz, Leonardo Rufino, Leonardo Sukman, Letícia Fernandes, Luiz Gustavo,

    Mauro Lopes, Newton Cruz, Paulo Montano, Raphael Avelino e Renata Silva.

    Aos meus pais, Arnaldo e Neusa, e à “minha linda” Mari, por todo o amor, apoio e

    paciência durante os momentos de dificuldades ao longo da elaboração desta dissertação.

    A todos que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho.

  • vi

    Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

    necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

    POSSIBILIDADES E IMPACTOS DA AMPLIAÇÃO DA SIDERURGIA A

    CARVÃO VEGETAL ORIUNDO DE FLORESTAS PLANTADAS NO BRASIL

    Arnaldo dos Santos Junior

    Março / 2011

    Orientador: Roberto Schaeffer

    Programa: Planejamento Energético

    O objetivo desta dissertação é estudar as possibilidades do aumento da

    utilização, como redutor metalúrgico, do carvão vegetal oriundo de florestas plantadas

    no horizonte de 2035. Tal situação seria incentivada através de uma política

    governamental, com diretrizes que buscariam, entre outros fatores, tornar mais

    competitiva siderurgia a carvão vegetal, reduzindo a sua diferença de custos com

    relação à siderurgia a coque metalúrgico.

    Foram elaborados cenários de penetração do carvão vegetal na siderurgia

    brasileira, gerando resultados relativos ao consumo de energia por fonte, à necessidade

    de florestas plantadas para a obtenção do carvão vegetal e às correspondentes emissões

    de CO2. Estes resultados visam auxiliar o governo brasileiro em uma possível decisão

    sobre a implementação de uma política de incentivo ao carvão vegetal oriundo de

    florestas plantadas na siderurgia nacional, expondo seus principais ônus e benefícios.

  • vii

    Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

    requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

    OPPORTUNITIES AND IMPACTS OF THE EXPANSION OF CHARCOAL

    COMING FROM PLANTED FORESTS IN STEEL INDUSTRY IN BRAZIL

    Arnaldo dos Santos Junior

    March / 2011

    Advisor: Roberto Schaeffer

    Department: Energy Planning

    The objective of this dissertation is to study the possibilities of increased use of

    charcoal, as a metallurgical reducer, from planted forests by 2035. Such a situation

    would be encouraged by a government policy with guidelines that would help, among

    other factors, charcoal become more competitive in the steel industry as a metallurgical

    reducer, reducing its cost difference compared to metallurgical coke.

    Scenarios for penetration of charcoal in the Brazilian steel industry were developed,

    generating results for energy consumption by source, for the need of planted forests to

    produce charcoal and the associated CO2 emissions. These results could help the Brazilian

    government on a possible decision to implement a policy to stimulate charcoal from planted

    forests for the domestic steel industry, exposing its major benefits and costs.

  • viii

    ÍNDICE Introdução_________________________________________________________________1

    1. A indústria siderúrgica brasileira: evolução histórica e situação atual _________4

    1.1. Produção de aço ____________________________________________________ 4 1.2. Consumo de aço ____________________________________________________ 9 1.3. Comércio exterior de aço ____________________________________________ 14 1.4. Consumo de energia ________________________________________________ 16 1.5. Considerações finais ________________________________________________ 19

    2. Questões tecnológico-setoriais: carvão mineral versus carvão vegetal_________21

    2.1. Tecnologias usuais no mundo ________________________________________ 24 2.1.1. Preparação do minério de ferro e do carvão ___________________________________24 2.1.1.1. Sinterização__________________________________________________________25 2.1.1.2. Pelotização __________________________________________________________26 2.1.1.3. Coquerias ___________________________________________________________28 2.1.2. Redução dos óxidos de ferro _______________________________________________29 2.1.2.1. Altos-fornos _________________________________________________________30 2.1.2.2. Redução direta _______________________________________________________31 2.1.2.3. Fusão redutora _______________________________________________________32 2.1.3. Refino ________________________________________________________________34 2.1.3.1. Aciaria a oxigênio_____________________________________________________34 2.1.3.2. Fornos elétricos a arco _________________________________________________35 2.1.4. Transformações físico-mecânicas do aço bruto_________________________________37 2.1.4.1. Lingotamento ________________________________________________________37 2.1.4.2. Laminação___________________________________________________________39 2.1.5. Usinas integradas e semi-integradas _________________________________________40

    2.2. Tecnologias de carvão mineral e de carvão vegetal: análise comparativa_____ 42 2.2.1. Obtenção do carvão vegetal________________________________________________42 2.2.2. Produção independente de ferro-gusa ________________________________________45 2.2.3. Comparação entre as rotas do carvão vegetal do carvão mineral ___________________49

    2.3. Considerações finais ________________________________________________ 55 3. Possíveis barreiras à siderurgia a carvão vegetal __________________________57

    3.1. Oferta de áreas para o plantio de florestas energéticas____________________ 57 3.1.1. Florestas plantadas no Brasil _______________________________________________58 3