uso de biomassa na geraÇÃo de energia elÉtrica...
TRANSCRIPT
USO DE BIOMASSA NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA INDÚSTRIA
DE CELULOSE
1Wanderlei David Pereira, 2João Lages Neto
1 Gerente de Recuperação e Utilidades Fibria Unidade Aracruz.2 Especialista
de Meio Ambiente Fibria Unidade Aracruz.
A indústria de celulose no Brasil e no Mundo.
O Brasil é o quarto maior produtor de celulose no cenário mundial, com uma capacidade
produtiva de 13.315 mil toneladas de celulose (dados de 2009).
A totalidade da produção brasileira no Brasil é realizada através de florestas plantadas e
manejadas especificamente para este fim.
Os avanços da tecnologia de manejo florestal fazem com que o Brasil atinja as maiores
produtivas nas suas florestas, o que torno a fabricação de celulose altamente competitiva.
A produtividade das nossas florestas saltou de 24 para 44 m³/ha/ano para espécie do
Eucalipto e de 19 para 38 m³/ha/ano para o Pinus.
Este aumento de produtividade foi possível em razão dos avanços tecnológicos que estão
voltados aos seguintes fatores:
Genética
Biotecnologia;
Matéria prima de alta qualidade;
Planejamento sócio ambiental;
Manejo florestal;
Rotação de áreas plantadas.
Além destes avanços tecnológicos o Brasil tem uma condição climática favorável para
cultivo de eucalipto.
O Brasil é o quarto maior produtor de celulose mundial e o nono maior produtor de papel.
Grandes projetos de expansão da capacidade estão em curso e outros futuros já
anunciadas que elevarão ainda mais esta produção.
A FIBRIA Celulose S/A á a maior produtora de celulose de fibra curta de eucalipto do mundo
com uma capacidade produtiva de 5.250 Kt/ano.
MATRIZ ENERGÉTICA
As fábricas de celulose por questões de cunho ambiental e econômico instalam em seus
parques indústrias equipamentos e processos que aproveitam toda a energia (biomassa)
disponibilizada durante o processo de extração da celulose da madeira.
Com isto as fábricas modernas conquistam a auto-suficiência em energia térmica e elétrica
através do aproveitamento de 100% da biomassa, seja na forma de resíduos de madeira
(cascas e rejeitos) ou licor preto.
O licor preto é gerado no processo e polpação da celulose. Os equipamentos utilizados
nesta etapa do processo são denominados digestores.
Nos digestores através da reação de deslignificação da madeira ocorre a separação da
lignina (licor preto) das fibras de celulose que constituem a madeira.
A madeira é composta basicamente de celulose, hemicelulose e lignina. O processo de
polpação procura separar com o melhor rendimento possível a celulose e hemicelulose da
lignina.
A lignina após solubilizada seja o processo de recuperação química para compor a matriz
energética das fábricas de celulose, e é utilizado como fonte de energia nas caldeiras de
recuperação.
Além da lignina os resíduos de madeira gerados durante o processo de preparação de
cavacos também é utilizado nas caldeiras de biomassa.
As caldeiras de recuperação e biomassa geram vapor de alta pressão e temperatura que
antes de serem utilizados nos processos como energia térmica acionam turbinas a vapor
que estão acopladas a geradores de energia .
As unidades de produção de celulose modernas obtêm um Balanço de energia que além de
garantir a auto-suficiência de energia elétrica e térmica, geram excedentes de energia
elétrica que cada vez mais esta se tornando uma boa fonte de receita para estas industriais.
PROCESSO DE COGERAÇÃO
A cogeração de energia se traduz na produção simultânea de duas ou mais
utilidades – calor de processo e energia eletromecânica, a partir de uma mesma
fonte energética. Isto pode resultar no benefício econômico da redução de custos de
combustíveis, quando comparada à produção das utilidades em separado, e
também em benefícios ambientais como a redução de emissões de poluentes
decorrentes da queima de combustíveis [Gabriel de Jesus Azevedo Barja].
Nas industriais de extração de celulose a cogeração é realizada através do ciclo
Rankine.
Neste processo geralmente empregam-se caldeiras aquatubulares para geração de
vapor de alta pressão e temperatura, turbogeradores a vapor, central de distribuição
de vapor e energia elétrica.
A geração de energia elétrica através do ciclo combinado, onde observamos o ciclo
Rankine e Brayton também já é uma realidade na indústria de celulose. A vantagem
desta combinação é uma elevação no rendimento global da central de cogeração.
EQUIPAMENTOS
CALDEIRAS DE RECUPERAÇÃO QUÍMICA
As caldeiras de recuperação têm basicamente duas funções no processo, recuperar os
químicos utilizados no processo de cozimento e reaproveitar a energia térmica disponível no
licor preto, através da geração de vapor.
Combustível principal: Licor Preto
Combustível auxiliar: Óleo Combustível e ou Gás Natural;
Pressão de operação típica: 65 à 120 bar;
Temperatura do vapor típica: 450 à 485 ºC.
CALDEIRAS DE BIOMASSA
As caldeiras de biomassa utilizam o resíduo de madeira gerado durante o processo de
classificação dos cavacos a serem utilizados no processo de cozimento. A queima deste
resíduo permite gerar vapor que se soma ao vapor gerado nas caldeiras de recuperação.
Combustível principal: Biomassa e lenha energética;
Combustível auxiliar: óleo combustível;
Pressão de operação típica: 65 à 120 bar;
Temperatura do vapor típica: 450 à 485ºC.
Alem do licor preto e biomassa outros resíduos de processo gerados pelas indústrias de
celulose são incinerados nas caldeiras, como os gases não condensáveis (GNC) que são
basicamente compostos reduzidos de enxofre, como o gás sulfídrico, metil mercaptanas,
etc. Atualmente já esta se tornando comum a incineração do lodo biológico gerado durante o
processo de biodegração da matéria orgânica presente nos efluentes das indústrias de
celulose.
TENDÊNCIAS DO FUTURO
Já existem inovações que permitem elevar o reaproveitamento e eficiência energética das
indústrias de celulose conforme destacado a seguir.
GASEIFICADOR DE BIOMASSA.
Estes equipamentos estão sendo amplamente estudos para substituir a parcela de
combustível fóssil utilizado nos fornos de cal das indústrias de celulose. Já existem
experiências de aplicação industrial fora do Brasil com esta tecnologia.
Etapas da gaseificação da biomassa:
• Em primeiro, ocorre a secagem, durante o aquecimento do combustível. Esta etapa é
mais significativa e lenta para combustíveis mais úmidos, como madeira e biomassa
em geral;
• A pirólise (ou desvolatilização) se inicia a pelo menos 300ºC, quando ocorre
vaporização das partes voláteis e se inicia a fragmentação das partículas sólidas;
• A combustão é necessária ao processo, já que necessita-se de uma fonte de calor
para os demais processos;
• A gaseificação consiste na decomposição térmica da biomassa, resultando na
produção de um biogás (Syngas) composto basicamente de CO, H2, CH4 e H2O e
cinzas. O syngas pode ser usado diretamente como combustível ou como precursor
de biocombustíveis superiores (rota termoquímica);
• Esta etapa ocorre em temperaturas entre 400ºC a 900ºC;
• Este processo já é utilizado e está consolidado para a substituição de combustível
em fornos de cal e também para a produção de diesel sintético (Fischer-Tropsch);
• Tecnologia relativamente simples comparada com alternativas de biorrefinaria;
GASEIFICADOR DE LICOR NEGRO
O gaseificar de licor negro, tem por objetivo substituir a caldeira de recuperação, que é o
ativo mais oneroso do capital necessário para implantação de uma fábrica de celulose.
A gaseificação de licor negro assim como a gaseificação de biomassa tem como objetivo a
produção de Syngás;
O Syngás após purificado pode ser utilizado como combustível em uma turbina à gás ou
pode ser utilizado como base para produção de combustíveis renováveis;
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA FIBRIA CELULOSE S/A
A Fibria é a maior fabricante de celulose de fibra curta de mercado do mundo. Um das
estratégias da Fibria é exatamente elevar o seu desempenho no que tange ao aspecto de
sustentabilidade.
Dentre as ações para elevar seu desempenho ambiental destaca-se a eficiência energética.
Todas as unidades da Fibria são monitoradas através de balanços energéticos com metas
de elevação da eficiência energética a cada ano.
A matriz energética da Fibria em 2010 registrou uma participação dos combustíveis
renováveis a partir da biomassa de 90% do total de energia demanda para o processo
fabricação de celulose além de nas unidades de Aracruz e Três Lagoas além de atenderem
em 100% a demanda de energia elétrica, o balanço permite uma geração de excedente que
é injetado na rede.
Com relação à geração de energia elétrica em 2010 a Fibria Celulose S/A gerou o
equivalente a 3.086 GWh/ano.
A matriz energética da unidade Aracruz obteve um resultado ainda melhor onde 92% de
energia consumida tem origem na biomassa.
Com relação à unidade de Três Lagoas os combustíveis renováveis representaram 90% do
total de energia consumida.
Por último a unidade Jacareí obteve uma participação de 87% base biomassa na sua matriz
energética.
Conforme podemos concluir a biomassa é o maior contribuinte da matriz energética da
Fibria e temos estratégia para elevar ainda mais este índice sempre com o objetivo de
minimizar o uso de combustíveis não renováveis, seja através do uso eficiente dos
combustíveis ou através de mudança de tecnologia.
Elaboração: Engº. Wanderlei David Pereira
Gerente de Recuperação e Utilidades
Fibria Unidade Aracruz.
Participação: João Lages Neto
Especialista de Meio Ambiente
Fibria Unidade Aracruz.
Thaís Spinassé Scarpati
Estagiaria Meio Ambiente Industrial
Fibria Unidade Aracruz
Revisão Ortográfica: Maria de Lourdes Suela
Assistente Executiva
Fibria Unidade Aracruz.