Carvão Vegetal

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Carvão Vegetal

O carvão vegetal é obtido a partir da queima ou carbonização de madeira, após esse processo resulta em uma substância negra. No cotidiano o carvão vegetal é utilizado como combustível de aquecedores, lareira, churrasqueiras e fogões a lenha, além de abastecer alguns setores industriais como as siderúrgicas. O carvão também é usado na medicina, nesse caso chamado de carvão ativado oriundo de determinadas madeiras de aspecto mole e não resinosas. Essa substância tem sido utilizada desde a Antigüidade, na civilização egípcia tinha seu uso difundido na purificação de óleos e uso medicinal. Na Segunda Guerra serviu para a retirada de gases tóxicos a partir de sua elevada capacidade de absorver impurezas sem alterar sua estrutura, devido a sua composição porosa. No Brasil há relatos de uso de carvão vegetal por parte dos índios, esses realizavam a mistura da substância com gorduras de animais com finalidade de combater doenças como tumores e úlceras. O carvão também se destaca na condução de oxigênio e um eficiente disseminador de toxinas. Diante de várias indicações positivas do carvão pode-se destacar o seu uso no tratamento de dores estomacais, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarréias infecciosas, desinteria hepática e intoxicações. O Brasil ainda faz uso do carvão vegetal na produção industrial, prática que deixou de ser desenvolvida nos países centrais, o país ocupa o primeiro lugar na produção dessa substância. Diante disso, cerca de 85% do carvão produzido é utilizado nas indústrias, as residências respondem por 9% do consumo e o setor comercial como pizzarias, padarias e churrascarias 1,5%. Apesar dos benefícios apresentados com a utilização do carvão vegetal é preciso analisar as conseqüências que a sua produção provoca. Em primeiro lugar é importante analisar o fator social, quando pessoas adultas e até crianças trabalham nas carvoarias na maioria das vezes em condições precárias de trabalho e baixíssimos salários. Outro fator não menos importante que o primeiro é o ambiental, pois para o desenvolvimento dessa atividade diversas vezes é preciso retirar a cobertura vegetal de importantes composições vegetativas contidas no território brasileiro, que geralmente não são oriundos de madeiras de reflorestamento ou madeira cultivada para esse fim, pois algumas pesquisas revelam que aproximadamente 78% do carvão produzido no Brasil é de origem de vegetação nativa causando um enorme prejuízo ambiental.

O carvão vegetal é produzido a partir da lenha pelo processo de carbonização ou pirólise. Ao contrário do que aconteceu nos países industrializados, no Brasil, o uso industrial do carvão vegetal continua sendo largamente praticado. O Brasil é o maior produtor mundial desse insumo energético. No setor industrial (quase 85% do consumo), o ferro-gusa, aço e ferro-ligas são os principais consumidores do carvão de lenha, que funciona como redutor (coque vegetal) e energético ao mesmo tempo. O setor residencial consome cerca de 9% seguido pelo setor comercial com 1,5%, representado por pizarias, padarias e churrascarias. O poder calorífico inferior médio do carvão é de 7.365 kcal/kg (30,8 MJ/kg). O teor de material volátil varia de 20 a 35%, carbono fixo varia de 65 a 80% e as cinzas (material inorgânico) de 1 a 3%.

O uso de carvão vegetal como redutor do minério de ferro no Brasil data de 1591 em fundições artesanais para produzir ferramentas de uso agrícola na colônia.

A carbonização de lenha é praticada de forma tradicional em fornos de alvenaria com ciclos de aquecimento e resfriamento que duram até vários dias. Os fornos retangulares equipados com sistemas de condensação de vapores e recuperadores de alcatrão são os mais avançados em uso atualmente no país. Os fornos cilíndricos com pequena capacidade de produção, sem mecanização e sem sistemas de recuperação de alcatrão continuam sendo os mais usados nas carvoarias. A temperatura máxima média de carbonização é de 500oC.

É importante notar que o rendimento em massa do carvão vegetal em relação a lenha seca enfornada é de aproximadamente 25% nos fornos de alvenaria. A recuperação do licor pirolenhoso pode chegar a 50% em massa da lenha, sendo o restante gases. O alcatrão, pode ser usado como fonte de insumos químicos para a indústria através dos derivados fenólicos provenientes da degradação térmica da lignina, que podem substituir o fenol de origem fóssil nas suas aplicações em resinas e refratários. Este sub-produto do carvoejamento da lenha poderá trazer significativos benefícios para a agroindústria da biomassa. As recentes inovações tecnológicas de pirólise rápida de biomassa otimizam a produção de alcatrão, conferindo-lhe a denominação de bio-petróleo ou bio-óleo.

Não raras vezes a atividade de carvoejamento tem sido associada com condições desumanas de trabalho. Esta realidade deve ser modificada e no seu lugar surgir, com o emprego de novas tecnologias, uma indústria limpa e realmente sustentável e renovável, geradora de empregos dignos e de divisas num país de vocação florestal cujo próprio nome é de uma árvore vermelha: Brasil.

CARVÃO VEGETAL HERBARIUM é constituído pelo pó do carvão vegetal (Carbo activatus). O carvão vegetal apresenta capacidade de adsorver considerável quantidade de gases que são produtos da decomposição alimentar formados pela ação bacteriana, e oxigênio. O oxigênio participa do processo da formação de gases, já que acelera a decomposição dos alimentos presentes no conteúdo fecal. Diversos autores descreveram o uso do carvão vegetal no tratamento da flatulência, distensão por gases intestinais e aerocolia (distensão do cólon por gases). Contra-indicações: gravidez, obstrução intestinal e alterações anatômicas do trato gastrintestinal. O carvão vegetal pode causar vômito, não devendo ser utilizado em pacientes que tenham ingerido substâncias corrosivas, cáusticas ou hidrocarbonetos.

O FUTURO DO DO CARVÃO VEGETAL NA SIDERURGIAEMISSÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA NA PRODUÇÃO E CONSUMO DO CARVÃO VEGETAL

Omar Campos Ferreiraomar@ecen.com

Mostrou-se no Nº 20 da e&e que o carvão vegetal é usado preponderantemente na produção de ferro-gusa e aço. As usinas integradas tendem, na atualidade, a utilizar o coque de carvão mineral. Tem-se informação de que a usina a carvão vegetal da Belgo-Mineira, em Monlevade-MG, está em vias de desativar os altos fornos a carvão vegetal em favor de um único alto-forno a coque. A se confirmar a tendência, o carvão vegetal ficará confinado ao mercado de produtores independentes de ferro-gusa, à produção de ferro-ligas em algumas regiões onde existem ainda reservas de florestas plantadas ou de matas nativas exploráveis sob o regime de manejo, e à complementação da sucata nos fornos elétricos a arco.

O estudo sobre o mercado de ferro primário citado anteriormente mostra, entretanto, que o carvão vegetal poderia sustentar um esforço de exportação de ferro-gusa para uso em fornos elétricos, cuja demanda mundial deverá crescer para atingir a 63 milhões de toneladas em 2.010. Os dados sobre o sistema integrado biomassa-tubos sem costura, a seguir, foram obtidos da referência (1).

A madeira para a produção do carvão provém de uma plantação de 58.000 ha, com várias espécies de eucalipto (E. Camaldulensis, Cloesiana, Urophylla e Pellita) selecionadas como bem adaptáveis ao clima e solo da região de Noroeste de Minas Gerais. Modernas práticas de silvicultura foram observadas com os objetivos de preservar parte do cerrado nativo e a fauna, produzindo carvão de boa qualidade e a custos convenientes. A fotografia seguinte mostra uma plantação da Mannesmann Florestal S. A , vendo-se ilhas de mata nativa ligadas por corredores ecológicos que facilitam o trânsito de animais de grande porte e preservam pássaros e insetos que atuam como controladores biológicos de pragas. A produtividade alcançada nas plantações antigas é de 9 t/ha.a de madeira seca e de 14 t/ha.a nas mais recentes que utilizam mudas melhoradas. Espera-se atingir a 18 t/ha.a com o emprego de clones já disponíveis comercialmente (1).

Carvão Vegetal

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Carvão Vegetal

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Energia renovável

O carvão vegetal consumido nos altos-fornos da Plantar origina-se de áreas florestais autorizadas pelos órgãos governamentais competentes.

O carvão vegetal é derivado de uma matéria-prima renovável - o eucalipto -, que tem poder de limpeza da atmosfera por meio da reação da fotossíntese. O processo é simples: durante o período de crescimento da floresta, as árvores de eucalipto capturam carbono da atmosfera, liberando oxigênio. Uma área de floresta, necessária para a produção sustentada de 1 tonelada de ferro gusa, capta, pela fotossíntese, mais de 19 toneladas de dióxido de carbono e libera mais de 16 toneladas de oxigênio.

No processo a coque, o carbono necessário à redução do ferro é retirado do carvão mineral onde está fixado como elemento fóssil. Junto com carbono, são liberados ainda, durante o processo, impurezas e elementos poluentes, como o enxofre.

Carvão vegetal é uma fonte energética que, apesar da consciência ambiental, ainda hoje é utilizado na produção industrial. Carvão vegetal é um elemento obtido a partir da queima de madeira, sua utilização é comum como combustível para aquecedores, lareiras, churrasqueiras e fogões. Essa substância possui propriedade fototerápica, o carvão com finalidade medicinal é o carvão ativado oriundo de madeiras específicas e com aspecto mole e não resinosa, é retirado de partes lenhosas, cascas e serragens, devido a essas características possuem um elevado potencial absorvente. A utilização do carvão vegetal não é algo novo, no Egito Antigo já era usado na filtragem de óleos e também no tratamento de doenças. Há registros de que os índios brasileiros utilizavam essa substância na mistura com gorduras de animais para o tratamento de tumores e úlceras. Pesquisas constataram em pacientes que se encontravam com desconforto abdominal que a partir do tratamento com carvão ativado houve uma redução na produção de gases intestinais, além disso, é um grande condutor de oxigênio que possui um elevado potencial para eliminar toxinas. O carvão tem uma ação muito rápida no organismo e é por isso que seu uso é difundido no tratamento de envenenamento, também indicado no tratamento de males do estômago, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarréias infecciosas, disenteria hepática e intoxicações.

O eucalipto na indústria de carvão vegetal

Dentre as consideradas “plantações energéticas”, várias culturas têm sido propostas, destacando-se a mandioca, cana-de-açúcar, o sorgo sacarífero e algumas oleaginosas. Tais culturas podem apresentar bons rendimentos em toneladas por hectare, mas requerem terras férteis e cuidados especiais, intensiva utilização do solo, além de serem mais sensíveis às variações climáticas e também por produzirem safras periódicas e em épocas definidas, exigindo-se, ainda, a implantação de uma infra-estrutura de armazenagem. Essas culturas, se implantadas na escala necessária para atender à demanda nacional, iriam sacrificar grande parcela de terras destinadas à produção de alimentos. A biomassa florestal, representada pelo eucalipto, se apresenta como a fonte mais segura, perene e renovável de energia para os países tropicais, como o Brasil. Devido à imperiosa necessidade nacional de matéria-prima, não se encontrou, entre as inúmeras espécies nativas e algumas exóticas, qualquer outra que ocorresse com o eucalipto, pela perfeita adequação fisico-química da madeira para os fins industriais, o rápido crescimento, a elevada produção de sementes, a resistência às pragas e doenças, a facilidade de tratos silviculturais e a grande plasticidade do gênero. No Brasil, já não se discute a importância do gênero como fornecedor de matéria-prima para diversos fins industriais. Definitivamente, está consagrado como excelente fonte de matéria-prima para a produção de carvão vegetal. O carvão vegetal é utilizado para fins domésticos há mais de 6 mil anos. Ainda hoje é utilizado em atividades domésticas e em churrascarias para assar carnes. Como produto químico, é utilizado como carvão ativado, com um alto poder absorvente, sendo usado como descorante, desgaseificante, purificador de águas e vinhos, vários usos medicinais; pode ser usado, ainda, como fonte de carbono na fabricação de sulfureto e tetracloreto de carbono, cianeto etc. Industrialmente, o carvão vegetal é o mais importante combustível e redutor do minério de ferro, em operações siderúrgicas e metalúrgicas. Os primitivos processos de metalurgia de ferro se iniciaram apoiados no carvão vegetal, quando ainda nem se pensava na utilização do carvão mineral para a obtenção do coque em operações industriais. A utilização do carvão vegetal, no Brasil, apresenta inúmeras vantagens em relação ao carvão mineral: é renovável, menos poluente, baixo teor de cinzas, praticamente isento de enxofre e fósforo, mais reativo, processo de produção e transporte não centralizados, tecnologia de fabricação já consolidada, poupança de divisas com a eliminação de importações de combustíveis fósseis etc. Ultimamente, o carvão vegetal tem sido utilizado nas indústrias de cimento, de cal e em cerâmicas. O segmento siderúrgico nacional é um dos mais dinâmicos e importantes da economia nacional e alcançando um faturamento de US$2,8 bilhões. Esse segmento é constituído por 88 empresas, 121 alto-fornos e 93 fornos ferro-ligas, contribuindo com o equivalente a US$400 milhões em impostos. O carvão vegetal é um dos redutores e energéticos mais importantes na indústria. O consumo de carvão vegetal no Brasil alcançou 26,9 milhões de metros cúbicos, com 70% de participação da madeira oriunda dos reflorestamentos. Há tempos atrás, o setor foi considerado o vilão do setor florestal principalmente quando produzido a partir da madeira nativa; nos dias atuais, esse panorama tem mudado favoravelmente com a utilização de madeira oriunda das florestas plantadas, na sua grande maioria de espécies do gênero Eucalyptus.. Observa-se uma drástica redução no consumo de carvão vegetal proveniente de madeiras oriundas da floresta nativa. Essa tendência irá pressionar ainda mais a utilização dos estoques de madeira reflorestada existente para suprimento de carvão vegetal destinada ao setor siderúrgico. Através dos anos, o eucalipto vem desempenhando um papel importante no atendimento das necessidades de matéria-prima florestal, bem como poupando as ultimas reservas florestais nativas principalmente no centro-sul brasileiro. A variação no consumo total de carvão vegetal, a nível nacional, ocorre normalmente como conseqüência da variação cambial, o que poderá, em determinado momento proporcionar o estímulo ás importações de carvão mineral e reduzir o consumo de carvão vegetal. Nos dias atuais, com a desvalorização da moeda nacional frente ao dólar, é de se esperar a manutenção e, até mesmo, um aumento no consumo de carvão vegetal como agente termo-redutor na siderurgia. Além da enorme quantidade de geração de impostos, a quantidade de mão de obra empregada no setor de carvão vegetal é muito expressiva. Quando se aborda o segmento siderúrgico a carvão vegetal, o Estado de Minas Gerais representa a quase totalidade do consumo a nível nacional. A área plantada pelo setor siderúrgico é da ordem de 1,2 milhão de hectares. Nos últimos anos, o setor vê reduzida significativamente a sua área plantada, gerando preocupações quanto ao futuro abastecimento das unidades industriais. Somente em Minas Gerais, a área anual de plantio atinge 30 mil hectares, quando deveria plantar 150 mil hectares. O carvão entra nos altos-fornos com umidades muito variáveis(que variam de 5 até 30% em base seca). É muito importante que o carvão enfornado tenha baixo teor d’ água e, para isso, deve ser protegido contra chuva e contra qualquer causa que possa molhá-lo. De modo geral a qualidade do carvão a ser obtido depende de: -Espécie da madeira. -Tamanho da madeira. -Método de carbonização. A espécie da madeira é muito importante porque madeiras densas produzem carvão denso. Para o alto-forno um alto valor do peso a granel do carvão(kg de carvão/m3) é desejável porque permite introduzir mais carbono útil do forno. A densidade é uma característica fundamental do carvão vegetal, pois, quanto mais denso o carvão, maior é a quantidade de energia por unidade de volume conseqüentemente, melhor será o aproveitamento do espaço interno do reator. A densidade do carvão está diretamente relacionada com a densidade da madeira de origem, conforme mostra o estudo do CETEC. O tamanho da madeira influencia muito a qualidade do carvão. A madeira em pedaços pequenos produz carvão mais duro e mais denso que a madeira em grandes pedaços por que tem menos tendência a estourar durante a carbonização e as gretas produzidas pela contração são menos numerosas. Além do mais, praticamente todos os métodos de mecanização exigem cortar pedaços a madeira em pequenos pedaços. O método de carbonização influencia o tamanho do carvão produzido. A carbonização lenta quebra menos o carvão que os métodos rápidos(e isso é um ponto a favor dos fornos de tijolos). Os grandes fornos contínuos devem, por isso, ser carregados com lenha de menor tamanho, economicamente viável. A temperatura de carbonização também influencia no peso por metro cúbico e no teor de carbono fixo do carvão obtido. Altas temperaturas de carbonização produzirão carvão com muito carbono fixo, mas tão frágil e miúdo que será completamente inadequado para ser utilizados nos altos fornos. De um modo geral, um bom carvão vegetal para alto forno deve ser: Fisicamente:denso, pouco friável, de granulometria uniforme e suficiente resistência à compressão Quimicamente:alta % de carbono fixo, baixa % de cinzas e baixa % de fósforo. Deve-se evitar ao máximo que o carvão se molhe no manuseio, transporte e estocagem.

Embrapa quer substituir carvão mineral por carvão vegetal

Isis Breves07/10/2005

A Embrapa - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, está liderando um projeto pioneiro em busca de uma fonte alternativa de energia, baseada na cultura de capim elefante. A Embrapa Agrobiologia já identificou três variedades do vegetal (Gramafante, Cameroon Piracicaba e BAG-02) com alta capacidade de produção de biomassa em solos pobres e sem uso de adubação nitrogenada.

A produção destas variedades alcança até 40 toneladas/hectare/ano de biomassa seca, correspondendo a cerca do dobro produzido por uma floresta cultivada de eucalipto.

Os estudos, coordenados pelo pesquisador Segundo Urquiaga, visam identificar variedades cada vez mais eficientes na produção de biomassa em solos pobres em nitrogênio, assim como para avaliar o impacto da cultura no seqüestro de carbono do solo.

Comparadas com o eucalipto - que necessita de adubo nitrogenado e demora para ser colhido - as variedades selecionadas de capim elefante não necessitam do fertilizante e possibilitam até quatro colheitas por ano.

Apenas para atender a parceira do projeto, a mineradora Samarco, que consome 200 mil toneladas de carvão mineral por ano, seriam necessários 13 mil hectares plantados com capim elefante. Com isto, além de gerar uma nova fonte de energia limpa, a pesquisa poderá viabilizar um projeto de melhoria de renda de pequenos agricultores em regiões de solo pobre.

As novas variedades também são uma alternativa para a que a indústria siderúrgica nacional atenda às exigências do mercado internacional de ferro e aço estipuladas pelo Protocolo de Kyoto. Trata-se da modernização dos processos de substituição do carvão mineral pelo carvão vegetal de biomassa cultivada.

Casca de café substitui carvão vegetal

Segundo estudo publicado nesta semana pelo site da Universidade de Brasília (UnB), a casca do café pode ser uma excelente opção para substituir o carvão vegetal. Este subproduto do café tem alto potencial energético e é muito mais barato do que a madeira, o que o faz um aliado contra o desmatamento. Além disso, o uso do material diminui a poluição causada pela alta quantidade deste tipo de resíduos deixados na natureza.

» Veículo roda movido a pó de café reciclado» ONU: energia renovável é "corrida do ouro verde"» Noruega cria método "limpo" para estocar energia eólica» Suécia transforma esgoto em combustível

Na safra de 2004/2005, o Brasil produziu 33 milhões de sacas de café, o equivalente a dois milhões de toneladas do produto. Desse total, que garante ao Brasil liderança absoluta na produção do grão, praticamente a metade, ou cerca de 1 milhão de toneladas, era composta por resíduos da casca do café, atualmente de baixo uso comercial. Esse subproduto, no entanto, pode ser usado como fonte de energia na indústria, diminuindo custos das empresas, reduzindo a poluição ambiental e agregando valor ao que normalmente vai para o lixo.

Segundo estudo do professor do Departamento de Agronomia e Medicina Veterinária da Universidade de Brasília (UnB), o agrônomo Luiz Vicente Gentil, a casca tem um potencial energético próximo ao da madeira. Experimentos permitiram identificar que a queima de cada quilo do material seco, com 0% de umidade, gera 3.933 quilocalorias, número considerado excelente pelo pesquisador se comparado à lenha, principal fonte usada pelas empresas, que produzem, 4.932 quilocalorias.

A constatação pode resultar em uma opção mais barata e ecologicamente correta para empresas que usam madeira na geração de energia. Dados de 2005 apontam que, naquele ano, a lenha respondia por 14,17% da matriz energética brasileira. Suprir parcelas desse mercado significa cortar menos árvores e contribuir para a redução do desmatamento.

"A própria indústria de café pode consumir a casca in natura nas fornalhas que secam o grão", afirma o agrônomo.

Valor AgregadoHoje, o resíduo tem uma aplicação bem menos rentável. A principal utilização se limita à forragem do solo das plantações de café, como meio de manter a umidade da terra e evitar o crescimento de capim. A segunda opção ocorre nas granjas, no pátio onde ficam as galinhas, com a função de absorver fezes e urina dos animais, a fim de evitar a proliferação de doenças.

No entanto, a casca pode também ser prensada, transformando-se em cilindros chamados briquetes, e assim ser queimada em fornalhas. Existem no Brasil 60 empresas de briquetagem, que produzem os cilindros principalmente a partir de resíduos de madeira. Nesse processo, qualquer tipo de material orgânico pode ser prensado no formato de pequenos cilindros, como forma de substituir a lenha em indústrias de oleaginosas, cerâmica ou outras que utilizem fornos para alimentar caldeiras ou para secagem.

Uma tonelada de briquete feito com casca de café seria uma alternativa a mais no mercado, que atualmente comercializa uma tonelada de briquete de serragem e restos de madeira por valores entre R$ 350 e R$ 400.

Segundo o professor Luiz Vicente Gentil, produz-se anualmente no País 620 mil toneladas de briquetes de madeira, o que correspondende a 190 milhões de reais. Porém, o estudo ainda não tem a estimativa de produção de briquetagem da casca do café.

Apesar disso, o agrônomo afirmou que se fosse aproveitada a carga anual de resíduos de café, o fornecimento de briquetes deste material seria de 300 milhões de toneladas por ano.

Gentil informou que grandes empresas em Minas Gerais já estão utilizando o processo de briquetagem a partir do café.

SustentabilidadeSegundo Gentil, o uso do material reúne uma série de benefícios. Em primeiro lugar, ajuda a "limpar" o meio ambiente, já que reduz a quantidade de subprodutos deixados na natureza. Em segundo, contribui para a minimização do desmatamento de áreas nativas, pois substitui a madeira. Por fim, ao mesmo tempo em que constitui uma fonte energética de custo zero, pode gerar renda aos produtores de café.

Já Ailton do Vale, professor e pesquisador da área de energia de biomassa da UnB, afirma que, ao contrário dos derivados de petróleo, os combustíveis renováveis a partir de biomassa, como é o caso da casca de café, seqüestram o carbono emitido na queima para realização da fotossíntese.

ViabilidadeApesar de todas as vantagens levantadas pelo estudo, Luiz Vicente Gentil admitiu que a utilização desse material em todos os cantos do País pode ser dificultada devido ao alto custo do transporte. "A idéia de transportá-lo poderia inviabilizar o negócio das empresas. A alternativa seria briquetar junto da agroindústria, assim que a colheita fosse realizada", explicou.

INVENTÁRIO DE CARBONO.

Na prática atual, o eucalipto é cortado no 70 , 140 e 210 anos sem a necessidade de replantio (rebrota). Assim, mantém-se um estoque permanente de madeira em pé, enquanto perdura a produção da siderúrgica, correspondente aos 6 anos de crescimento da planta. Realizado o corte, as raízes, galhos menores e folhas são deixados no local, constituindo um estoque adicional de carbono. Os cálculos de inventário de carbono são feitos com base na cinética de desenvolvimento da planta (1) e na análise elementar da madeira (2).

Análise elementar da madeira (% de massa seca)

Carbono

Oxigênio

Hidrogênio

Nitrogênio

Cinzas

Água

47,0

41,0

5,7

0,3

0,8

20,0

O gráfico mostra que a massa de carbono contida no tronco, na época do corte (entre 72 e 84 meses) é aproximadamente igual à massa contida nas demais partes da árvore. A figura seguinte mostra esquematicamente o balanço de massa no processo (1).

 Inventário de carbono (por tonelada de tronco abatido, base seca)

 

Biomassa

Carbono

CO2

O2

Tronco abatido

1,00

0,47

1,73

1,26

Troncos acumulados em 6 anos

3,00

1,41

5,19

3,77

Raízes, 70 ano

2,99

1,40

5,13

3,73

Galhos acum. 6 anos

0,48

0,23

0,83

0,60

Folhas acum. 6a

0,33

0,17

0,62

0,45

Estoque total

6,80

3,21

11,76

8,56

A tabela acima mostra que, para cada tonelada de carbono posto em circulação no processo produtivo, a plantação armazena 6,8 t de carbono nos troncos em desenvolvimento e nas partes não processadas.

EMISSÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA NA PRODUÇÃO DO CARVÃO VEGETAL.

O cálculo da massa de gases emitidos é feito a partir da análise elementar dos gases não condensáveis, representando 25% da massa de madeira seca carbonizada, reproduzida abaixo (2)

Gases não condensáveis ( % de massa )

Hidrogênio

0,63

Metano

2,43

CO

34,0

Etano

0,13

CO2

62,0

Os parâmetros de conversão , já apresentados no Relatório Parcial, são os seguintes:

  • Densidade aparente da madeira (eucalipto) empilhada = 0,62 t/st

  • Densidade aparente do carvão a granel = 0,25 t/m3

  • Rendimento da carbonização (m3 carvão/st) (3) = 0,50 m3 / st

  • Consumo específico de carvão na redução (3) = 2,9 m3 / t gusa

Em unidades métricas, 1 t de ferro-gusa requer 0,725 t de carvão vegetal, produzido a partir de 3,6 t de madeira.

Na prática atual, 5% da massa de madeira enfornada é queimada para aquecer a carga do forno. A composição da fumaça liberada nesta fase não é conhecida. Considerando a pequena massa queimada, supõe-se a conversão completa do carbono em CO2 equivalente

Com estes dados, a emissão calculada para a produção do carvão vegetal é mostrada a seguir:

EMISSÃO NA PRODUÇÃO DO CARVÃO VEGETAL.

INSUMO

PRODUTO

EMISSÃO

0,05 t madeira

calor

CO2 0,086 t

0,95 t madeira

0,19 t carvão

CO2 0,147 t

 

 

CO 0,081 t

 

 

CH4 0,006 t

 

 

C2H6 < 0,001t

EMISSÃO NA REDUÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO EM FERRO-GUSA.

Referindo a emissão a 1 t de madeira enfornada e levando em conta a perda de 10% do carvão (4) no manuseio e no transporte, a massa de carvão que entra no alto-forno é 0,17 t. O consumo específico de carvão é de 2,9 m3 / t gusa (5) ou 0,725 t carvão / t gusa, de forma que a massa de gusa produzida por tonelada de madeira enfornada é de 0,23 t. O teor típico de carbono no ferro-gusa é de 4,3% em massa.

Com estes dados, o balanço de carbono na redução é o apresentado a seguir:

BALANÇO DE CARBONO NA REDUÇÃO

Entrada de carbono

0,17 t de carvão com 86% de carbono fixo

0,146 t

Saídas de carbono

0,23 t gusa

0,010 t

Gás de alto-forno (balanço)

0,136 t

A composição do gás de alto-forno a carvão vegetal e a emissão gasosa por tonelada de madeira enfornada estão apresentadas na tabela a seguir:

Emissão gasosa na redução com carvão vegetal por tonelada de madeira enfornada

Gás

CO2

CO

CH4

H2

N2

% massa

28,8

20,3

0,3

0,4

50,1

Massa - t

0,039

0,028

0,408x10-3

0,54x10-3

0,068

EMISSÃO TOTAL NA PRODUÇÃO DO CARVÃO E NA REDUÇÃO.

Na tabela a seguir estão consolidadas as emissões relevantes na produção do carvão e na redução do minério de ferro por tonelada de madeira enfornada.

Gás

CO2

CO

CH4

Produção do carvão

0,233 t

0,081

0,006

Redução

0,039

0,028

< 0,001

Total

0,272

0,109

0,006

É útil exprimir a emissão por tonelada de ferro-gusa produzido que se mostra na tabela seguinte:

Gás

CO2

CO

CH4

Emissão / t de gusa

1,18

0,47

0,026

EMISSÕES COMPARADAS NO CICLO COMPLETO DE PRODUÇÃO DE AÇO COM COQUE DE CARVÃO MINERAL E COM CARVÃO VEGETAL.

A produção de aço compreende a redução do minério (alto-forno) e a descarbonetação do ferro primário (forno básico a oxigênio). O diagrama a seguir (R), referente à rota de produção da MANNESMANN S.A., apresenta uma comparação das emissões de CO2 no ciclo com coque e com carvão vegetal. Os dados referem-se a usina utilizando no alto-forno 80% de sinter de finos de minério de ferro e 20% do minério de granulado e 20% de sucata no forno básico a oxigênio.

Figura co2

Para comparar os resultados dos cálculos mostrados anteriormente com os do trabalho acima (1), as emissões de gases são expressas em massa de carbono contido, visto que o mesmo não discrimina os compostos de carbono emitidos, e limitar a comparação às etapas de carbonização e de redução.

Massas de carbono contido:

Este relatório :

Massa contida no CO2

= 1,18 t x 12/44

= 0,322 t

Massa contida no CO

= 0,47 t x 12/28

= 0,202 t

Massa total

= 0,522 t

Trabalho acima

Massa total

= 2,11 t x 12/44

= 0,575 t

A diferença relativa entre os dois resultados é da ordem de 10%, o que pode ser explicado pela adoção de índices diferentes, já que a dispersão de valores mencionados nos trabalhos consultados supera a diferença.

Os autores do trabalho concluem que a análise comparada das rotas a coque e a carvão vegetal endossa a proposta de estabelecimento de crédito internacional, ou bônus, pelo seqüestro de carbono e pela regeneração de oxigênio. Conforme se vê no diagrama apresentado, a rota coque libera 1,65t de CO2 e fixa 1,536 t de O2 por tonelada de aço produzido, ao passo que a rota a carvão vegetal seqüestra 16,336 t de CO2 e regenera 1,536 t de O2 por tonelada de aço produzido, no ciclo completo desde a plantação do eucalipto até a produção do aço. Em adição, a rota a coque libera 7 kg de óxido de enxofre (SO2), emissão esta praticamente ausente na rota a carvão vegetal.

A questão em exame comportaria estudos mais refinados, incluindo, do lado do carvão vegetal, análise dos insumos energéticos diretos (acionamento de máquinas usadas na moderna indústria do carvão vegetal, p. ex.) e indiretos (energia empregada na extração e beneficiamento dos nutrientes aplicados na assistência à floresta plantada, p. ex.). Estudo deste tipo foi aplicado à produção do álcool da cana de açúcar, mostrando que a eficiência exergética da fase industrial é da ordem de grandeza dos melhores processos industriais, enquanto que a eficiência na fase agrícola, considerada a fatalidade da incidência da radiação solar na terra e do ciclo hidrológico, ou seja, não se atribuindo custo exergético à energia solar e à chuva, supera os 400% (6).

Observe-se que a redução em forno elétrico, com carga mista de ferro-gusa de carvão vegetal e sucata, reduziria a emissão na proporção da sucata empregada. Todavia, esta vantagem só é real se a eletricidade for de origem renovável (hidroelétrica ou termo elétrica a biomassa), visto que a eficiência dos melhores ciclos termodinâmicos ainda é da ordem de 50%, ou seja, para produzir 1 kWh de eletricidade é necessário empregar, no mínimo, 1.900 kcal que os países industrializados obtêm da conversão de combustíveis fósseis, com emissão de gases de efeito estufa, conforme apresentado em trabalho anterior (e&e).

As considerações acima mostram as condições singulares do Brasil para liderar um movimento no sentido do estabelecimento do sistema de bônus pelo seqüestro do carbono e concomitante regeneração do oxigênio, evitando o apelo à energia núcleo-elétrica, de riscos tão ou mais graves que os representados pelo uso de combustíveis fósseis. Um estudo econômico, empregando o conceito de energia equivalente ou, melhor ainda, o conceito de exergia, permitiria quantificar o valor do bônus. Trata-se de trabalho de grande fôlego, muito além das dimensões deste relatório.

CONCLUSÕES.

As condições de produção e de uso do carvão vegetal na siderurgia examinadas neste trabalho indicam que a indústria de carvão pode atingir a plena maturidade, em função da prevista elevação do preço do petróleo que puxaria os preços dos demais vetores energéticos. Estudos internacionais consultados consideram possível o retorno a economia energética baseada no carvão mineral para produzir combustíveis líquidos sintéticos (7).

Da mesma forma que o álcool combustível, o carvão vegetal concorre com um combustível-redutor fóssil, de custo forçosamente inferior e que, por sua vez, concorre com outro combustível fóssil, o gás natural, cujo uso vem ganhando impulso devido às suas múltiplas aplicações. Assim, o carvão vegetal deve ser considerado por suas vantagens ecológicas e sociais, de vez que o setor emprega numerosa mão de obra pouco qualificada, ocupa terras de valor marginal, por serem pouco adequadas à produção agrícola, além de gerar renda em regiões onde as alternativas de emprego não são particularmente favoráveis ao trabalhador. O potencial de seqüestro de carbono e de regeneração do oxigênio, aliado à melhor qualidade do gusa de carvão vegetal como fonte de metal virgem para os fornos elétricos a arco, qualifica este combustível como fator de motivação para as negociações internacionais relacionadas com o clima global.

PROGRAMA DO CARVÃO VEGETAL.

Em meados da década de 70, a Fundação João Pinheiro, órgão ligados à secretaria do Planejamento do Governo de Minas Gerais, definiu um programa de estudos e de pesquisas visando a caracterização do carvão vegetal, a otimização do processo de carbonização e o melhoramento dos fornos usados no setor. A entidade executora do programa foi a Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - CETEC - que operou em articulação com o Instituto Estadual de Florestas. O CETEC desenvolveu os trabalhos de laboratório (análises da madeira e do carvão, ensaios de friabilidade, determinação do poder calorífico), estudos econômicos sobre a produção da madeira e do carvão e formulou projetos de Normas Técnicas propostos à Associação Brasileira de Normas Técnicas. Várias reuniões técnicas foram promovidas pelo CETEC com a participação de empresas siderúrgicas (ACESITA, MANNESMANN, BELGO-MINERIA, entre outras) e de fabricação de equipamentos.

Um programa de formação de pessoal foi estabelecido entre a Universidade Federal de MG (Departamento de Engenharia Metalúrgica) e a ACESITA, resultando em enfoque especial para o carvão vegetal nos trabalhos de dissertação (12 dissertações apresentadas entre 1981 e 1998, com maior concentração na década de 80, relacionadas com modelagem matemática de processos, diagnóstico energético, tratamento térmico, injeção de finos de carvão, produção do sinter, mistura de coque e carvão vegetal, etc.). Uma coletânea de trabalhos apresentados está na série Publicações Técnicas do CETEC ( n0 04 a 08) que se constitui importante fonte de consulta no tema.

A ACESITA operou, nesse período, uma bateria de fornos de carbonização experimentais, complementando os recursos do CETEC e da UFMG. Realizou ainda experimentos com motores Otto e Diesel usando gás de carvão (gasogênio), com resultados considerados satisfatórios na ocasião. Pesquisou ainda o uso do carvão vegetal em motores de bombas de irrigação e em grupo motor-gerador. Não foram realizados ensaios de emissão pelos motores, visto não estar estabelecida, na época, a legislação pertinente.

Passados os efeitos dos choques do petróleo, as pesquisas foram sendo gradativamente abandonadas e o Programa do Carvão Vegetal seguiu uma trajetória parecida com o do Programa do Álcool. Na atualidade, poucas empresas de siderurgia integrada ainda consideram esta alternativa ao coque, entre elas a MANNESMANN. O consumo de carvão pelos produtores independentes de ferro-gusa, mostrado no gráfico abaixo, também apresenta tendência de queda.

REFERÊNCIAS.

1- CO2, O2 AND SO2 OVERAL BALANCE FOR THE IRON AND STEEL PRODUCTION THROUGH THE USE OF BIOMASS OR COAL BASED INTEGRATED PROCESSES. Ronaldo Santos Sampaio e Maria Emília Antunes Resende

2 - PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL. Publicação Técnica n. 8 - CETEC - 1982

3 - COMPETITIVIDADE E PERSPECTIVAS DA INDÚSTRIA MINEIRA DE FERRO- GUSA. SINDIFER / FIEMG - 1997

4 - STATE OF THE ART REPPORT ON CHARCOAL PRODUCTION IN BRASIL. FLORESTAL ACESITA S. A - 1982

5 - ANUÁRIO ABRACAVE (vários anos)

6 - ANÁLISE EXERGÉTICA DA PRODUÇÃO DE ETANOL DA CANA DE AÇÚCAR. Otávio de Avelar Esteves - Dissertação de Mestrado - CCTN/UFMG - 1995

7 - ENERGY IN A FINITE WORLD. International Institute for Applied Systems Analysis - 1981

8 - BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL. Ministério das Minas e Energia - 1999

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