Projeto e Avaliação de uma Central de Geração Elétrica de 5 kW por Gaseificação de Biomassa

Projeto e Avaliação de uma Central de Geração Elétrica de 5 kW por Gaseificação...

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Fontes

Renováveis 10,6%

Carvão Mineral 24,4%

Figura 1.2 - Países produtores de petróleo. Fonte: Agência de dados oficiais de energia dos Estados Unidos (EIA).

Figura 1.3 - Países produtores de petróleo. Fonte: Agência de dados oficiais de energia dos Estados Unidos (EIA).

Após as crises do petróleo em 1973 e 1979 o mundo, que até então pagava US$ 1,71 pelo barril, viu-se obrigado a pagar o equivalente a US$ 1,65, representando um aumento de 300%. Desde então o preço do barril de petróleo iniciou sua escalada chegando a ser cotado a mais de US$ 10,0.

Os combustíveis fósseis, por serem constituídos na sua maioria de hidrocarbonetos alifáticos, alicíclicos e aromáticos contendo ainda quantidades pequenas de nitrogênio (N), oxigênio (O), compostos de enxofre (S) e íons metálicos, principalmente de níquel (Ni) e vanádio (V), geram como

United States; 20,687

Russia; 2,811

Germany; 2,665 India; 2,572

Canada; 2,264

Brazil; 2,217

Korea, South; 2,174

Saudi

Arabia; 2,139 Mexico; 1,997

France; 1,961

United Kingdom; 1,83Italy; 1,732

United States; 20,687

China;

Russia; 2,811 Germany; 2,665

India; 2,572

Korea, South; 2,174

Saudi Arabia; 2,139

United

Kingdom; 1,83 produtos de sua combustão quantidades consideráveis de dióxido de carbono (CO2) e outros poluentes em menor proporção, tais como os óxidos de nitrogênio (Nox), óxido de enxofre (SO), monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos provenientes da queima incompleta. Esses gases quando na atmosfera provocam o fenômenos como o de efeito estufa e chuvas ácidas com grandes consequências ao clima global. Destes gases, o que apresenta maior forçamento radiativo1 é o CO2.

Ainda assim, acredita-se que os combustíveis fósseis permanecerão como as principais fontes primárias de energia mundial. Estima-se um aumento de 83% na demanda global no intervalo entre 2004 e 2030 (International Energy Agency, 2006). Encabeçando esse aumento estão o carvão mineral seguido pelo petróleo e o gás natural. Em contra partida, estes recursos naturais são finitos e suas reservas se esgotarão em um futuro próximo. Sabe-se que até o momento, não há ainda outra fonte energética capaz de substituir o petróleo e o carvão de modo a suprir esta grande e crescente demanda mundial.

Em um cenário como este, o mundo volta seu olhar às fontes energéticas renováveis que não apresentam tamanho impacto negativo ao clima e à economia mundial. Isso justifica um crescente interesse em tecnologias como energia solar, eólica, nuclear, geotérmica, das marés e da biomassa. O Brasil, por ser um país com condições climáticas propícias e ter grande território, tem na biomassa um recurso energético natural renovável com grandes possibilidades de exploração. Dentre as tecnologias de transformação energética pode-se destacar a gaseificação de biomassa, a qual será tratada nos itens subseqüentes.

1.2 POTENCIAL ENERGÉTICO DA BIOMASSA

Biomassa é toda matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) constituída por compostos carbonados e que, do ponto de vista energético, pode ser utilizada na produção de energia. As plantas, organismos fotossintetizantes, utilizam energia solar para sintetizar esses compostos carbonados. Esta energia na forma de fótons dirige a síntese de carboidratos a partir de dióxido de carbono (CO2) e água com a liberação de oxigênio (O2). Desta forma, energia solar fica armazenada na forma de energia química nas ligações moleculares da estrutura da biomassa podendo posteriormente ser aproveitada na geração de calor ou de gás combustível.

Apesar de uma grande parte do planeta estar desprovida de florestas, a quantidade de biomassa existente na Terra é da ordem de dois trilhões de toneladas; o que significa cerca de 400 toneladas per capita (ANEEL, 2002). O fato de ser renovável e se poder aproveitar diretamente em fornos, caldeiras ou gaseificadores, são uma importante característica que, a despeito do ainda baixo rendimento e junto

1 Mudanças positivas ou negativas no balanço energético da Terra, causados por uma substância. É usado para expressar a influência no aquecimento ou resfriamento no clima global. É medido em [W/m2]. (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007).

à possibilidade de futura escassez de combustíveis fósseis no mundo, torna o uso de biomassa para fins energéticos uma alternativa cada vez mais atraente.

Atualmente, a biomassa representa 14% do consumo mundial de energia primária, um índice superior ao do carvão mineral e similar ao do gás natural e ao da eletricidade. Esta parcela aumenta para 34% nos países em desenvolvimento segundo dados da IEA (Tab. 1.1).

País ou região Biomassa Outras fontes

Total Percentual do uso de biomassa (%)

Países em Desenvolvimento 825 1.632 2.457 3,6

Países da OCDE 81 3.044 3.125 2,6

Total 930 5.713 6.643 14,0 Tabela 1.1 – Consumo mundial de energia primária (1995 – Mtep). Fonte: IEA, 1998.

Várias tecnologias de aproveitamento estão em fase de estudo e aplicação das quais a gaseificação é uma delas. Estas tecnologias com maior eficiência na conversão vêm tornando a biomassa um vetor energético moderno e bastante conveniente com vantagens ambientais no controle de emissões de CO2 e enxofre.

Além da geração de calor com a queima em fornos e caldeiras, a biomassa apresenta um grande potencial na geração de energia elétrica. A produção de lenha, carvão vegetal e/ou toras de madeira geram uma grande quantidade de resíduos os quais podem ser aproveitados para este fim. A energia aproveitável a partir desses resíduos de extração vegetal é função do poder calorífero desses resíduos (ANEEL, 2002). O Pará, com suas atividades extrativistas, e São Paulo, com suas florestas plantadas (reflorestamento), são os Estados com o maior potencial de aproveitamento de resíduos da madeira brasileiros como podemos observar nas figuras (1.4).

Há ainda no setor de geração de energia elétrica, um grande potencial representado pelos resíduos agrícolas. Nas Regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste apresentam os maiores potenciais com destaque para os Estados do Paraná e Rio Grande do Sul (Fig. 1.5).

Figura 1. 4 – Potencial de geração de energia elétrica através do aproveitamento de resíduos de madeira (GWh/ano). Fonte: CENBIO 2000.

Figura 1.5 - Potencial de geração de energia elétrica através do aproveitamento de resíduos agrícolas (GWh/ano). Fonte: CENBIO 2000.

Alguns aspectos devem ser observados tais como a baixa eficiência termodinâmica das plantas atuais e os custos relativamente altos de produção e transporte e a necessidade de maior gerenciamento do uso e ocupação do solo, devido à falta de regularidade no suprimento (sazonalidades da produção), criação de monoculturas, perda de biodiversidade, uso intensivo de defensivos agrícolas e outros mais. Além do que, nos casos de extração seletiva e beneficiamento descentralizado, o aproveitamento de resíduos pode se tornar economicamente inviável. Estes entraves, no entanto, tendem a ser contornados, a médio e longo prazo, pelo desenvolvimento e aplicação de novas e eficientes tecnologias de conversão energética da biomassa (Cortez, 1999).

1.3 ELETRIFICAÇÃO DE COMUNIDADES ISOLADAS

O Brasil é um país com dimensões continentais. Sua população beira os 170 milhões de habitantes distribuídos de forma bastante desigual em uma extensão territorial de aproximadamente 8,5 milhões de km2, resultando em uma densidade demográfica de 20 habitantes por km2. Sua distribuição é resultante de uma forte concentração da população em determinados territórios a despeito de outros, gerando assim, um acentuado quadro de desigualdade social. Com 1% do território brasileiro, a região Sudeste concentra 43% da população e 56% do poder de compra do país. Por outro lado, a região Norte corresponde a 45% do território nacional, 7,6% da população brasileira e apenas 4,9% do poder de compra do país (Tab. 1.2). Verifica-se, ainda, que 28% da população brasileira vivem na região Nordeste que detém apenas 16,5% do poder de compra da nação (ANEEL, 2002).

Região Área (km2) População1 Densidade PIB2 IPC3 IDH4

2. Produto Interno Bruto (U$/hab.). Valores de 1996, ponderados pelo poder de compra [IPEA, 2001]. 3. Índice de Potencial de Consumo – expressa o poder de compra de cada região [Gazeta Mercantil, 1998]. 4. Índice de Desenvolvimento Humano – valores de 1996 [IPEA, 2001].

Tabela 1.2 – Indicadores socioeconômicos e demográficos – Brasil e suas regiões. Fonte: Atlas de energia elétrica do

Entende-se que apesar de não ser um indicador direto do grau de desenvolvimento de uma região, a disponibilidade de energia elétrica é um fator determinante para o dito bem-estar social e o crescimento econômico do país. Não por acaso, as regiões com as menores taxas de eletrificação são também as com menores IDH’s. O Censo Demográfico realizado pelo IBGE referente ao ano de 1991 evidencia uma forte correlação entre a taxa de eletrificação residencial e indicadores socioeconômicos. Os melhores índices são encontrados nas regiões Sul e Sudeste. Como exemplos de regiões com baixos índices de eletrificação destacam-se a do Alto Solimões, no Amazonas, e grande parte do Estado do Pará indo desde a fronteira com Mato Grosso até o Oceano Atlântico. Ainda na região Norte, observa-se índices muito baixos na região central do Acre, no sudoeste do Amazonas e leste do Tocantins. Na região Nordeste verifica-se várias regiões com baixos índices, entre elas grande parte do Maranhão e Piauí e algumas regiões do Ceará e da Bahia (Fig. 1.6).

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