Fonte de Energia Renovável: Biomassa

Fonte de Energia Renovável: Biomassa

(Parte 1 de 3)

UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA

PRÓ-REITORIA ACADÊMICA

CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

MARCUS VINÍCIUS DA SILVA GAGO

RENATO SLAMA GARDEL

RICARDO SCAFFO GARDEL

FERNANDO PITANGA XAVIER

MARCELO RIBEIRO DE ARAUJO

FONTE DE ENERGIA RENOVÁVEL: BIOMASSA

Niterói

2010

MARCUS VINÍCIUS DA SILVA GAGO

RENATO SLAMA GARDEL

RICARDO SCAFFO GARDEL

FERNANDO PITANGA XAVIER

MARCELO RIBEIRO DE ARAUJO

FONTE DE ENERGIA RENOVÁVEL: BIOMASSA

Trabalho de pesquisa apresentado à Disciplina Fontes Alternativas de Energia do curso de Engenharia de Produção da Universidade Salgado de Oliveira – UNIVERSO, como parte dos requisitos para a conclusão da mesma.

Professora: Carmem Maria Gadea de Souza

Niterói

2010

Se você tem metas para um ano. Plante arroz.Se você tem metas para 10 anos. Plante uma árvore.Se você tem metas para 100 anos então eduque uma criança.Se você tem metas para 1000 anos, então preserve o meio Ambiente.

Confúcio

RESUMO

O homem necessita de energia para seus processos e, conseqüentemente, de fontes que supram a sua demanda. Devido à preservação ambiental e à necessidade de substituir fontes de energia esgotáveis, investimentos estão sendo feitos na utilização de fontes renováveis de energia. A biomassa é uma das fontes renováveis com grande potencial de crescimento. Biomassa é toda matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica. Estas energias podem ser obtidas utilizando insumos florestais (madeira), agrícolas (arroz, cana-de-açúcar) e rejeitos humanos ou industriais (lixo). Após os processos de conversão (termoquímicos, biológicos e combustão direta,), são gerados combustíveis como o carvão, etanol, biogás e o biodiesel que possuem valor energético maior que sua matéria-prima. Os países possuem reservas de biomassa e potenciais energéticos ainda não explorados e algumas vezes a utilização da biomassa é associada à degradação ambiental. Porém, com as técnicas e controles corretos, a biomassa oferece uma fonte de energia renovável e inesgotável com baixo custo para o meio ambiente.

Palavras chave: biomassa; fontes renováveis; energia; biocombustível

ABSTRACT

Mankind needs energy for your processes and, consequently, sources that supplies your demand. Due to environmental preservation and the need for substituting drainable energy sources, investments are made in renewable energy sources. Biomass is one of the renewable sources with large progress potential. Biomass is every organic matter that can be turned into mechanics, thermal or electric energy. These energies can be obtained by using forestal (wood), agricultural (rice, sugar cane) inputs and human or industrial waste (trash). After conversion processes (biological and thermochemical ones and direct combustion) fuels are generated like charcoal, ethanol, biogas and biodiesel, having larger energetic value than their raw material. Countries have not yet explored biomass reserve and energetic potential and sometimes the using of biomass is associated to environmental degradation. However, with right techniques and controls, biomass offers a renewable and inexhaustible energy source with a low cost for environment.

Key words: biomass; renewable sources; energy; biofuel

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Produtores de bioenergia em 2005 16

Tabela 2 - Produtores de biodiesel (mil ton) 16

Tabela 3 - Produtores de etanol (hm3) 17

Tabela 4 - Usinas de licor negro no Brasil 20

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Diagrama dos processos de conversão de energia de biomassa 22

Figura 2 - IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) 29

Figura 3 - Oferta de energia elétrica no Brasil em 2007 32

Figura 4 - Processo Kraft 34

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 9

1 O que é Biomassa? 10

2 Disponibilidade e Consumo da Biomassa 13

3 Utilização da Biomassa como Fonte de Energia 19

3.1 Gaseificação Industrial 26

3.2 Energia Elétrica 28

3.3 Indústria de Papel e Celulose    33

3.4 Outras Formas de Energia 34

4 Sustentabilidade e Impactos Ambientais 35

REFERÊNCIAS 39

INTRODUÇÃO

O consumo de energia é um processo vital para a vida do ser humano. Diversas fontes fornecem a energia necessária para inúmeros processos, orgânicos ou não. Nos dias atuais, outra variável foi acrescentada nesta equação: A preservação ambiental. A maior parte da energia utilizada no mundo ainda é proveniente de fontes não renováveis, em sua maioria de origem fóssil, como o petróleo. Dentre as desvantagens da utilização da mesma, podemos destacar a sua esgotabilidade. Estas fontes de energia irão acabar um dia e é preciso desde já encontrar fontes renováveis para sua substituição, procurando também a diminuição dos impactos ambientais causados pela exploração de fontes não renováveis.

A biomassa é uma das fontes para produção de energia com maior potencial de crescimento nos próximos anos. Tanto no mercado internacional quanto no interno, ela é considerada uma das principais alternativas para a diversificação da matriz energética e a conseqüente redução da dependência dos combustíveis fósseis. Dela é possível obter energia elétrica e biocombustíveis, como o diesel e o etanol, cujo consumo é crescente em substituição aos derivados de petróleo como o óleo diesel e a gasolina.

O seguinte trabalho tem como objetivo elencar as informações acerca da biomassa que possibilitem o conhecimento de suas características e aplicabilidade como uma fonte de energia renovável e opção para a crise energética cada vez mais próxima mundialmente.

1 O que é Biomassa?

Através da fotossíntese, as plantas capturam energia do sol e transformam em energia química. Esta energia pode ser convertida em eletricidade, combustível ou calor. Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa.

Um dos primeiros empregos da biomassa pelo ser humano para adquirir energia teve início com a utilização do fogo como fonte de calor e luz. O domínio desse recurso natural trouxe ao homem a possibilidade de exploração dos minerais, minérios e metais, marcando novo período antropológico. A madeira do mesmo modo foi por um longo período de tempo a principal fonte energética, com ela a cocção, a siderurgia e a cerâmica foram empreendidas. Óleos de fontes diversas eram utilizados em menor escala. O grande salto da biomassa deu-se com o advento da lenha na siderurgia, no período da Revolução Industrial.

Nos anos que compreenderam o século XIX, com a revelação da tecnologia a vapor, a biomassa passou a ter papel primordial também para obtenção de energia mecânica com aplicações em setores na indústria e nos transportes. A despeito do início da exploração dos combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o petróleo, a lenha continuou desempenhando importante papel energético, principalmente nos países tropicais. No Brasil, foi aproveitada em larga escala, atingindo a marca de 40% da produção energética primária, porém, para o meio-ambiente um valor como esse não é motivo para comemorações, afinal, o desmatamento das florestas brasileiras aumentou nos últimos anos.

Durante os colapsos de fornecimento de petróleo que ocorreram durante a década de 1970, essa importância se tornou evidente pela ampla utilização de artigos procedentes da biomassa como álcool, gás de madeira, biogás e óleos vegetais nos motores de combustão interna. Não obstante, os motores de combustão interna foram primeiramente testados com derivados de biomassa, sendo praticamente unânime a declaração de que os combustíveis fósseis só obtiveram primazia por fatores econômicos, como oferta e procura, nunca por questões técnicas de adequação.

Para obtenção das mais variadas fontes de energia, a biomassa pode ser utilizada de maneira vasta, direta ou indiretamente. O menor percentual de poluição atmosférica global e localizado, a estabilidade do ciclo do carbono e o maior emprego de mão-de-obra, podem ser mencionados como alguns dos benefícios de sua utilização.

Igualmente, em relação a outras formas de energias renováveis, a biomassa, como energia química, tem posição de destaque devido à alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, câmbio e transporte. A semelhança entre os motores e sistemas de produção de energia de biomassa e de energia fóssil é outra vantagem, dessa forma a substituição não teria um efeito tão impactante nem na indústria de produção de equipamentos nem nas bases instituídas para transporte e fabricação de energia elétrica.

A biomassa, de acordo com a origem, pode ser:

  • Florestal: principalmente madeira;

  • Agrícola: soja, arroz, cana-de-açúcar, entre outras;

  • Rejeitos Urbanos e Industriais: sólidos ou líquidos, como o lixo.

Seguem abaixo algumas das principais fontes de biomassa:

Os derivados obtidos dependem tanto da matéria-prima utilizada , cujo potencial energético varia de tipo para tipo, quanto da tecnologia de processamento para obtenção dos energéticos.

Alguns exemplos de produtos derivados da biomassa são:

  • Bio-óleo: líquido negro obtido por meio do processo de pirólise cujas destinações principais são aquecimento e geração de energia elétrica;

  • Biogás: metano obtido juntamente com dióxido de carbono por meio da decomposição de materiais como resíduos, alimentos, esgoto e esterco em digestores de biomassa;

  • Biomass-to-Liquids: líquido obtido em duas etapas. Primeiro é realizado um processo de gasificação, cujo produto é submetido ao processo de Fischer-Tropsch. Pode ser empregado na composição de lubrificantes e combustíveis líquidos para utilização em motores do ciclo diesel;

  • Etanol Celulósico: etanol obtido alternativamente por dois processos. Em um deles a biomassa, formada basicamente por moléculas de celulose, é submetida ao processo de hidrólise enzimática, utilizando várias enzimas, como a celulase, celobiase e β-glicosidase. O outro processo é composto pela execução sucessiva das três seguintes fases: gasificação, fermentação e destilação;

  • Bioetanol "comum": feito no Brasil à base do sumo extraído da cana de açúcar (caldo-de-cana). Há países que empregam milho (caso dos Estados Unidos) e beterraba (da França) para a sua produção. O sistema à base de cana-de-açúcar empregado no Brasil é mais viável do que o utilizado pelo americano e francês;

  • Biodiesel é feito do dendê, da mamona e da soja;

  • Óleo vegetal: Pode ser usado em Motores diesel usando a tecnologia Elsbett.

2 Disponibilidade e Consumo da Biomassa

A quantidade estimada de biomassa existente na Terra é da ordem de 1,8 trilhão de toneladas. Este volume, quando confrontado com o grau de eficiência das usinas em operação no mundo no ano de 2005, aponta para uma capacidade de geração de 11 mil TWh por ano no longo prazo – ou mais da metade do total de energia elétrica produzida em 2007, que foi de 19,89 mil TWh, segundo o estudo da Estatistical Review of World Energy, publicado em junho de 2008 pela BP Global (Beyhond Petroleum, nova denominação da British Petroleum).

Embora grande parte da biomassa seja de difícil contabilização, devido ao uso não-comercial, estima-se que, atualmente, ela possa representar até cerca de 14% de todo o consumo mundial de energia primária. Em alguns países em desenvolvimento, essa parcela pode aumentar para 34%, chegando a 60% na África.

Atualmente, várias tecnologias de aproveitamento estão em fase de desenvolvimento e aplicação. Mesmo assim, estimativas da Agência Internacional de Energia (AIE) indicam que, futuramente, a biomassa ocupará uma menor proporção na matriz energética mundial – cerca de 11% em 2020. Outros estudos indicam que, ao contrário da visão geral que se tem, o uso da biomassa deverá se manter estável ou até mesmo aumentar, por duas razões, a saber: i) crescimento populacional; ii) urbanização e melhoria nos padrões de vida.

Dada a necessidade de escala na produção de resíduos agrícolas para a produção de biocombustíveis e energia elétrica, os maiores fornecedores potenciais da matéria-prima desses produtos são os países com agroindústria ativa e grandes dimensões de terras cultivadas ou cultiváveis. Conforme relata estudo sobre o tema inserido no Plano Nacional de Energia 2030, a melhor região do planeta para a produção da biomassa é a faixa tropical e subtropical, entre o Trópico de Câncer e o Trópico de Capricórnio. Ainda assim, Estados Unidos e União Européia, ambos no hemisfério norte, são produtores de etanol. O primeiro a partir do milho e do trigo, da madeira e do switchgrass (variedade de grama). A segunda, com base principalmente na beterraba.

De qualquer maneira, a faixa tropical e subtropical do planeta abrange alguns países das Américas Central e do Sul, como o Brasil, o continente africano e Austrália. Estes últimos são caracterizados pela existência de áreas desérticas e, portanto, pouco propensas à produção agrícola. O Brasil, porém, além da grande quantidade de terra agriculturável, apresenta solo e condições climáticas adequadas.

No Brasil, a imensa superfície do território nacional, quase toda localizada em regiões tropicais e chuvosas, oferece excelentes condições para a produção e o uso energético da biomassa em larga escala. Além da produção de álcool, queima em fornos, caldeiras e outros usos não-comerciais, a biomassa apresenta grande potencial no setor de geração de energia elétrica.

No caso específico do Estado de São Paulo, é intensa a produção de biomassa energética por meio da cana-de-açúcar, sendo comparável à produção de energia hidráulica. O Estado é importador de eletricidade (40% do que consome) e exportador de álcool para o resto do País. Verifica-se, portanto, que, apesar da produção de biomassa ser mundialmente considerada uma atividade extremamente demandante de terras, mesmo numa região com alta densidade demográfica é possível encontrar áreas para essa atividade. A maior parte da energia dessa biomassa é utilizada na produção do etanol – combustível líquido.

A produção de madeira, em forma de lenha, carvão vegetal ou toras, também gera uma grande quantidade de resíduos, que podem igualmente ser aproveitadas na geração de energia elétrica. Os Estados brasileiros com maior potencial de aproveitamento de resíduos da madeira, oriunda de silvicultura, para a geração de energia elétrica são Paraná e São Paulo. O tipo de produção de madeira, atividade extrativista ou reflorestamento, influi na distribuição espacial dos resíduos gerados. Nos casos de extração seletiva e beneficiamento descentralizado, o aproveitamento de resíduos pode se tornar economicamente inviável.

Atualmente, o recurso de maior potencial para geração de energia elétrica no País é o bagaço de cana-de-açúcar. A alta produtividade alcançada pela lavoura canavieira, acrescida de ganhos sucessivos nos processos de transformação da biomassa sucroalcooleira, têm disponibilizado enorme quantidade de matéria orgânica sob a forma de bagaço nas usinas e destilarias de cana-de-açúcar, interligadas aos principais sistemas elétricos, que atendem a grandes centros de consumo dos Estados das regiões Sul e Sudeste.

Ao contrário do que ocorre com outras fontes, não existe um ranking mundial dos maiores produtores de biomassa, apenas estatísticas sobre os principais derivados. Assim, se os Estados Unidos lideravam a produção de energia elétrica a partir da biomassa, em 2005 Alemanha era a maior produtora de biodiesel e o Brasil, o segundo maior produtor de etanol, como mostram as tabelas a seguir.

Além disso, a biomassa não faz parte das pautas de exportação – embora alguns analistas projetem que, a médio prazo, surgirá e se consolidará um biotrade, ou comércio internacional de energia renovável. No entanto, nas transações entre países a comercialização dos biocombustíveis é crescente.

Por isso e por ser um fenômeno iniciado há poucos anos, essa comercialização exige, também, negociações bilaterais e multilaterais que têm como foco a regulamentação e a análise das barreiras comerciais e tarifárias já impostas, principalmente por Estados Unidos e da União Européia.

Apesar de a Alemanha ser o maior produtor mundial de biodiesel, a União Européia não tem conseguido, nos últimos anos, atingir as metas de expansão da oferta interna. Assim, transformou-se em importadora do produto proveniente de países como Brasil, Argentina, Indonésia e Malásia.

Tabela 1 - Produtores de bioenergia em 2005

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