Biomassa Energética Torreficada

O Brasil possui alto potencial de biomassa florestal e industrial devido às suas grandes extensões de terra que possibilitam um alto volume de produção de madeira. A cadeia produtiva da madeira gera uma grande quantidade de resíduos se considerarmos os processos de transformação primário, secundário e terciário que, se não tratados adequadamente, podem gerar diversos problemas ambientais.

O aproveitamento da biomassa florestal e industrial, como fonte de energia renovável, pode revelar-se numa oportunidade de valorização do mundo rural, com melhoria da gestão das explorações, na criação de empreendimentos energéticos com o uso dos resíduos florestais e industriais tendo em vista o desenvolvimento de um cluster ligado às energias renováveis. Existem graves problemas no setor florestal e industrial envolvendo a matéria-prima (resíduos com baixa eficiência energética e densidade aparente e alta umidade) que geram custos de transporte e armazenamento. Vamos avaliar abaixo os principais setores no âmbito florestal e industrial:

Resíduo florestal. é resultante da colheita ou de outros recursos florestais que permanece sem utilização definida ao longo do processo, por limitações tecnológicas ou de mercados, sendo descartado durante a produção. Estima-se que a cadeia florestal não utilizam (passivo ambiental) aproximadamente 34.795.898,44 m³ de resíduos ao ano. Os resíduos de madeira diretamente da floresta podem contribuir positivamente na substituição de 14-27 milhões de tep.ano-1. Os resíduos florestais podem ser caracterizados como aqueles gerados e deixados na floresta devido às atividades da colheita de madeira. Este conceito engloba todo o material resultante da exploração da madeira e que permanecem sem utilização. A indústria madeireira brasileira utiliza cerca de 45 espécies arbóreas nativas o que dificulta a utilização dos resíduos do processamento da madeira.

Os resíduos lenhosos representam a madeira que foi produzida pela floresta, mas não foi retirada para ser consumida. Essa disponibilidade de madeira a partir dos resíduos lenhosos sendo que a quantidade pode variar de 10 a 20% da madeira comercial colhida em florestas plantadas e de 60 a 70% de florestas naturais. A geração de resíduo da cadeia florestal e industrial para o Brasil foi equivalente a 34.795.898,44 m³. Em relação às regiões, observa-se que o Norte apresentou a maior representatividade na geração de resíduo oriundo da primeira etapa da cadeia produtiva da madeira, ou seja, a colheita. Isto se deve principalmente ao estado do Pará, que apresentou uma produção de madeira em tora oriunda do extrativismo vegetal superior aos outros estados, representando cerca de 40% da madeira produzida no extrativismo. Como são gerados mais resíduos no extrativismo que na silvicultura na etapa inicial, a região Norte desponta com 29,3%, seguida das regiões Sul (25,6%) e Sudeste (18,1%). Além do Pará temos os estados do Paraná, Bahia, Mato Grosso e São Paulo. Processamento mecânico e industrial da madeira. São gerados resíduos de diferentes formatos e características que, em maior ou menor grau tem sido aproveitados através de outras utilizações deste material madeireiro. Os resíduos do processamento mecânico da madeira são as cascas (revestimento externo das toras), os cavacos limpo ou sujo (referem-se àqueles resíduos da padronização do comprimento e da largura das peças como o refilo, as aparas das pontas e laterais das tábuas como o uso do destopo e refilos, pranchas ou outras peças de seções quadradas e retangulares), as costaneiras ( peças externas obtidas quando do processamento primário das toras de madeira com um percentual elevado de sílica) , a serragem ou pó de serra (produto da passagem da lâmina de serra de redução na tora, formada por pequenas partículas de madeira) e o micro-pó ou maravalha (resíduos do aplainamento das peças de madeira após o seu desdobro). Ainda podemos elencar os resíduos em processo industrial contaminados ou não por produtos químicos do tratamento da madeira, cola, tinta e verniz. Os diferentes usos de resíduos de madeira, de acordo com o segmento industrial são apresentados a seguir:

Resíduos na Indústria Madeireira: Os principais resíduos da indústria madeireira são: a) a serragem, originada da operação das serras, que pode chegar a 12% do volume total de matéria-prima; b) os cepilhos ou maravalhas, gerados pelas plainas, que podem chegar a 20% do volume total de matéria-prima, nas indústrias de beneficiamento; c) a lenha ou cavacos, composta por costaneiras, aparas, refilos, cascas e outros, que pode chegar a 50% do volume total de matéria-prima, nas serrarias e laminadoras. As perdas e a geração de resíduos, de quase 50% do total da cadeia produtiva da madeira, são causadas tanto pela baixa qualidade da matéria-prima quanto pela falta de conhecimento básico das propriedades físicas, mecânicas e organolépticas da madeira, e também pela aplicação de tecnologias inadequadas para seu processamento. A geração de resíduo de madeira processada mecanicamente para o Brasil foi equivalente a 50.778.566,33 m³, valor correspondente a 45% de perda no processamento das toras. A região com maior geração de resíduo foi a Sul, apresentando valor de 21.188.983,25 m³ (41,7%), seguida do Sudeste (32%) e do Norte (15,3%). Em relação aos estados, o Paraná possui a maior geração desses resíduos, com valor de 10.922.631,10 m³, seguido por São Paulo, Bahia, Santa Catarina e Minas Gerais.

Resíduos na Indústria de Celulose e Papel: A indústria de papel e celulose é a principal consumidora de biomassa como combustível e como matéria-prima, gerando uma grande quantidade de resíduos (casca, rejeitos de cavaco, dregs, grits, lama de cal, cinza leve, cinza pesada, rejeitos do digestor, lodo de ETE, rejeito de celulose) onde aproximadamente 48 t de resíduos para cada 100 t de celulose produzida. A produção de celulose gera vários tipos de resíduos orgânicos e inorgânicos. O preparo de madeira dá origem às cascas, enquanto o tratamento de águas residuárias gera lodo com fibras, lodo biológico e uma fração inorgânica removida na decantação primária. Parte da fração orgânica, como cascas e demais resíduos da madeira (finos) pode ser utilizada para recuperação de energia por meio da queima em caldeiras. Em 2010, foram produzidas, no Brasil, 22.743.000 t de papel e celulose. Desta forma, a geração de resíduo das indústrias de papel e celulose foi estimada em 10.916.640 toneladas. A produção de papel e celulose necessita de grandes quantidades de energia tanto mecânica quanto térmica, a qual usualmente é produzida através da queima de biomassa. Além dos resíduos gerados na própria indústria, a cadeia de produção de papel e celulose envolve uma importante atividade florestal, da qual é aproveitada a madeira e geralmente deixando no campo resíduos de biomassa, os quais representam entre 15 e 25% da massa seca da árvore. Resíduos sólidos gerados no campo (folhas, cascas, galhos e pontas) e na produção de papel e celulose (finos, cascas, cavacos e lodo orgânico). Os resíduos florestais e os rejeitos de madeira da indústria de papel e celulose têm algumas desvantagens em relação a outras biomassas como a madeira. Estas desvantagens são o teor de cinzas, principalmente nas folhas e casca (entre 3 e 5% b.s.), a elevada umidade (acima de 50% b.u.) e sua difícil manipulação. A combustão do lodo pode ser energeticamente deficiente devido ao seu elevado teor de umidade e baixo poder calorífico. Conclui-se que sem considerar as questões de logística, os resíduos de biomassas em questão têm grande potencial energético ainda não aproveitado.

Resíduos na Indústria de Movelaria: A madeira na indústria moveleira é usada através das chapas, painéis e madeira maciça para a elaboração de móveis, sendo o restante transformado em resíduos. Entre os resíduos sólidos encontram-se os derivados diretos da madeira, como pó, cepilhos e aparas. O resíduo fino era formado por: (i) cavacos - resíduos com dimensões máximas de 50 X 20 mm; (ii) maravalha - resíduo com mais de 2,5 mm; (iii) serragem - resíduo com dimensões entre 0,5 e 2,5 mm; (iv) pó - partículas menores que 0,5 mm. O resíduo grosso era formado por peças de refugo, com defeito, com medidas inadequadas, etc. Os resíduos finos (cavacos, maravalha, serragem e pó), resíduos grossos (peças desclassificadas, com defeito, destopos de peças de madeira serradas, como por exemplo, tábuas) e material de aproveitamento nas fases de preparação da matéria-prima e de transformação. Outros resíduos sólidos encontrados foram aqueles que se originam das embalagens da matéria-prima, assim como dos produtos. São eles: papel, plástico, restos de metal, latas de tinta, grampos, e algumas fitas metálicas. Decorrentes do processo produtivo, são geradas lixas usadas, varrição de fábrica, derivada da varredura da fábrica no final do expediente, sendo que esta requer uma separação posterior, pois existem muitos resíduos misturados. A sucata de madeira é um material bastante fragmentado. O principal problema é a complexa mescla de resíduos de madeira, de diferentes dimensões, granulometria e distintos graus de limpeza ou contaminação (solvente de tinta, borra de tinta e água utilizada na cabine de pintura). Representa obstáculo à gestão, reciclagem ou reuso, e a adequada disposição dos resíduos que causam impactos ambientais. No processo de torrefação conseguimos modificar a composição física e química dos resíduos (com elevada temperatura) gerando uma biomassa residual energética do setor de movelaria. Para a melhoria da qualidade da biomassa para a geração de energia deve-se realizar o tratamento da mesma, através da estocagem e o uso da tecnologia de torrefação (densidade, baixa umidade e poder calorífico líquido) objetivando a adequação das propriedades para maior eficiência de conversão da biomassa em energia. Resíduos de Madeira da Construção Civil . De acordo com a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais, estima-se que, no Brasil, os municípios coletaram mais de 45 milhões de toneladas de Resíduos de Construção e Demolição, o que representa cerca de 60% de todo o resíduo sólido urbano coletado naquele ano. O emprego da madeira na construção civil, feito na forma de elementos temporários como fôrmas, escoramentos e andaimes, ou na forma de elementos definitivos como estruturas de coberturas, forros, pisos, esquadrias e acabamentos, gera grande quantidade de resíduos, principalmente considerando que todos os elementos temporários serão posteriormente descartados. Os resíduos de madeira representam cerca de 31% de todo o volume de resíduo de construção gerado numa obra de um edifício residencial. Se considerada somente a fase de execução estrutural, podem chegar a representar 42% dos resíduos gerados durante o processo. Uma grande quantidade de resíduos descartada sem tratamento adequado ou sem nenhum tratamento.

Resíduos de Arborização Urbana e Municipal: Os resíduos provenientes da poda de arborização urbana e remoção de árvores públicas e de residentes particulares em um município podem gerar sérios problemas urbanos quando não são devidamente aproveitados, sendo descartados em locais impróprios como aterros sanitários e lixões clandestinos. Além dos resíduos resultantes das podas em árvores públicas (troncos, toras, galhos, tocos e raízes), os resíduos vegetais de centros urbanos incluem ainda o material orgânico resultante da manutenção de parques e jardins (incluindo grama e materiais lenhosos diversos).

Resíduos de Embalagens de Madeira: Nesta categoria enquadram-se principalmente os paletes e caixas para transporte de alimentos, entre outros. Quando não há a possibilidade de recuperação, os destinos mais freqüentes: (i) processamento em cavaco de madeira (baixo poder calorífico), e (iii) aterro sanitário.

Resíduos na Indústria de Painéis de Madeira: Os painéis podem se resumir em duas categorias: os de madeira sólida, também chamados de painéis de madeira processada mecanicamente, são formados por camadas de lâminas (compensados e laminados) ou sarrafos de madeira, e os reconstituídos, que são produzidos com partículas ou fibras de madeira reconstituída, tendo como principais produtos: os aglomerados/Medium Density Particleboard (MDP), o Oriented Strand Board (OSB), o Medium Density Fiberboard (MDF), o Hard Density Fiberboard (HDF), o Super Density Fiberboard (SDF), e chapas isolantes.

Painéis MDP. Para a produção de painéis de partículas, são necessários dois materiais básicos: as partículas de madeira e os adesivos. Os adesivos (resina ureia-formaldeído ) apresentam alto teor de toxicidade. Os principais e mais difundidos são: fenol-formaldeído (resinas fenólicas, designação genérica de polímeros resultantes de fenóis e aldeídos), resorcinol-fenol-formaldeído, melamina-formaldeído, uréia-formaldeído. Bastante conhecidos, ainda, são o isocianato e o acetato de polivilina (PVA). Os problemas identificados pelas principais indústrias de chapas e painéis instaladas os quais inviabilizam ou dificultam sua maior utilização como matéria-prima madeireira são: elevado grau de umidade; elevado grau de impureza; presença ou contaminação de agentes deteriorantes como o fenol-formaldeído (resinas fenólicas, designação genérica de polímeros resultantes de fenóis e aldeídos), resorcinol-fenol-formaldeído, melamina-formaldeído, uréia-formaldeído, isocianato e o acetato de polivilina (PVA); problemas decorrentes da armazenagem.

Resíduos de Supressão Vegetal e Florestal. A supressão da vegetação nativa visa prioritariamente a utilização do solo para outras finalidades, devendo ser dado aproveitamento socioeconômico ou ambiental a todo produto ou sub produto proveniente dessa supressão. Substituição de vegetação nativa e formações sucessoras por outras coberturas do solo, como atividades agropecuárias, industriais, de geração e transmissão de energia, de mineração e de transporte, assentamentos urbanos ou outras formas de ocupação humana. Na supressão florestal ocorre o processo de queima e enterramento dos resíduos florestais. Gerar resíduos de supressão vegetal e também retalhos de madeira que precisam ter uma destinação correta e sustentável.

Resíduos lenhosos e industriais. Em 2013 o Brasil comercializou cerca de 86 milhões de metros cúbicos de lenha. Para efeitos de uma avaliação técnica, cada metro cúbico de lenha pesa 400 kg e uma umidade média de 45%, então temos cerca de 15 milhões de toneladas de lenha comercializado na forma de água/umidade. Essa água representa mais de cento e cinqüenta milhões reais de despesas (transporte e perda na venda da matéria-prima). Para adicionar a esta perda, cerca de 15% de energia da madeira é perdida, no ponto de utilização, em caldeiras industriais e em fogões industriais e residenciais de queima de lenha (processo de combustão de energia). No transporte da madeira (lenha em umidade elevada), em termos de emissões de CO2 (veículos ascende cerca de 912 mil toneladas por ano – base no combustível diesel de transporte em 400 gramas de CO2 por tonelada e por quilometro). A umidade da lenha (45%) tem uma densidade de energia (poder calorífico de cerca de 14 megajoules por quilograma) e um densidade de transporte (400 quilogramas por metro cúbico). A tendência dos compradores/consumidores de energia será baseado no poder calorífico e de energia do produto (lenha, cavaco, woodchips ou resíduos). Quanto menos água/umidade você estiver transportando (produção de matéria-prima) será maior da densidade energética e o poder calorífico e uma eficiência maior ao seu negócio com um melhor valor você terá na venda seu produto (maior valor agregado). E poderíamos reduzir as emissões de CO2 em cerca de 250.000 toneladas por ano!

Biomassa Torreficada como substituto do carvão. A produção de carvão bruto no Brasil foi de 13,6 milhões de toneladas. A produção nacional de carvão vegetal foi de 1 006 554 ton. Para produzir uma tonelada de carvão é necessário 3,5, toneladas de madeira. O cenário futuro é de aumento da demanda para o setor elétrico, que irá consumir muito carvão pelos próximos anos e também para o setor industrial. O consumo por carvão nacional se distribui em tais setores: elétrico (81,1%), papel e celulose (4,9%), petroquímicos (3,3%), alimentos (2,9%), cerâmico (2,6%), metalurgia e cimento (1,3%) e outros (2,7%). O principal problema ambiental associado ao uso de carvão é o fato de este ser um recurso de origem fóssil, não-renovável. A queima desse combustível, como a de todos os derivados de carbono, gera CO2 (gás carbônico), o principal gás de efeito estufa, responsável pelo aquecimento e por mudanças climáticas em escala global. Como o carvão contém teores expressivos de enxofre, a sua queima provoca ainda o lançamento na atmosfera de dióxido de enxofre, um dos responsáveis pela chuva ácida, com graves problemas de poluição do meio ambiente. A solução ideal é um produto que se encontra entre a madeira (lenha, tora) e o carvão. Um produto de origem renovada e com elevado poder calorífico: biomassa energética torreficada. Mais informações veja em www.abibbrasil.wix.com/brasilbiomassa

A torrefação é uma técnica promissora desenvolvida na França na década de 1980, que visa obter um produto que concentre maior quantidade de energia em relação a matéria-prima, com o mínimo de perda de energia. A torrefação apresenta as seguintes vantagens como a conservação de 80 a 90% da energia contida na matéria prima original (menor conversão em gases) e um poder calorífico mais elevado e baixo teor de umidade estabilizado em no máximo 3%. O processo de torrefação é o elemento chave para o desenvolvimento de um modelo de negócios para geração de energia com alta qualidade (elevado poder calorífico e baixa umidade) de um combustível renovável (madeira) e baixa emissão de C02. Facilitação no armazenamento (produção e consumo) e uma redução nos custos de transporte. No processo de torrefação conseguimos resolver todos os problemas dos resíduos florestais e industriais em todos os setores de produção industrial da madeira, gerando uma nova alternativa de negócios para as empresas.

Torrefação é um processo industrial utilizado para produzir produtos de alta qualidade sólida. No uso energético a diminuição da higroscopicidade garante melhores desempenhos em geração de energia térmica, pois não há gasto energético para evaporação da água, além da inexpressiva absorção de umidade do ambiente que ela passa a ter, o que permite o armazenamento do combustível por períodos mais longos.

Torrefação de biomassa tem três vantagens imediatas sobre a biomassa não tratada: 1. O valor do poder calorífico (energia) aumenta de forma a considerável com o processo industrial de torrefação. 2. A biomassa torreficada é mais fácil para ser triturada em caso de uma industrialização ou compactação na forma de pellets ou briquetes com alta densidade de energia volumétrica (energia por unidade de volume). 3. As propriedades físico-química da biomassa torreficada tais como durabilidade, homogeneidade e comportamento hidrofóbico tem uma melhora considerável enquanto a atividade biológica é fortemente reduzida.

A diminuição das propriedades mecânicas reflete-se no aumento da friabilidade. A queima de biomassa em forma de finos é mais eficiente, pois há um aumento da superfície específica do combustível o que provê melhores condições para transferência de calor; várias partículas têm maior superfície específica somadas que uma peça única de madeira. Durante o processo de torrefação, a biomassa perde água e uma parte do seu teor de voláteis, tornando-se seca e mais escura.

A biomassa torrefeita é mais hidrofóbica, tem um poder calorífico mais elevado, e sofre uma redução de volume de 30 %, mantendo cerca de 90% do seu conteúdo energético comparativamente à biomassa original. Os usos energéticos mais promissores da madeira torreficada vão desde o uso doméstico aquecimento até o uso industrial para fusão de metais ou geração de energia elétrica.

As propriedades do processo industrial que estamos desenvolvendo produzem os seguintes benefícios na utilização em caldeira industrial ou em centrais termoelétricas ou co-geração de energia : Para cada tonelada de biomassa torreficada queimada na caldeira industrial, reduz as emissões de gás carbônico em até 2,4, toneladas gerando um crédito de carbono de US$ 72. A biomassa torreficada pode ser utilizada com o carvão (co-firing) para uma queima industrial. A biomassa torreficada tem uma umidade baixa e não adquire umidade natural podendo ficar num pátio em aberto na unidade industrial. Durante o processo de torreficação os voláteis são removidos eliminando o teor de cinza em caldeira industrial. A umidade é removida e a hemicelulose degradada e outros compostos de baixo poder calorífico. A biomassa torreficada é neutra em carbono, pois a biomassa é uma energia renovável (seqüestro de carbono) durante a fase de crescimento (madeira) e o gás carbono é liberado durante a queima industrial. Diminui as emissões durante a combustão. Apropriado como um combustível ecológico para combustão com a diminuição das emissões de CO2. O produto final tem uma uniformidade e uma excelente durabilidade. A biomassa torreficada não aumenta a umidade na armazenagem ao contrário da madeira ou do carvão. A biomassa torreficada mantém uma estabilidade energética.

A utilização direta de biomassa torreficada em grande escala e em pequena escala de aquecimento industrial, queima em unidade de co-geração e para o aquecimento doméstico. Utilização no processo de combustão com o carvão para a produção de aço. O alto teor de carbono fixo da biomassa torrada apresenta potencialidade para ser aplicada como redutor na indústria. Para o mercado interno de produção de energia.

Quem produz biomassa torreficada tem um melhor retorno ao seu investimento pois tem um produto energético com uma densidade menor e uma unidade baixa facilitando o transporte e o armazenamento.

Quem consome a biomassa torreficada tem um produto com elevado poder calorífico para geração de energia e um custo baixo em termos de eficiência energética na caldeira industrial e no armazenamento final. Existe uma oportunidade enorme para a torrefação na transformação de resíduos em biocombustível sólido. Da mesma forma, o futuro papel da torrefação para a produção de combustíveis de base biológica e produtos químicos, bem como a sua aplicação em processos industriais.

Acreditamos que com a tecnologia de torrefação daremos uma contribuição significativa do futuro envolvendo um mix de energia renovável (biomassa torreficada) em substituição do carvão fóssil, o que causará um grande avanço na descarbonização da produção de energia. A biomassa torreficada é mais eficiente para o uso em caldeira industrial de co-geração de energia. Com uma densidade de energia mais elevada, podemos reduzir os custos de transporte, manuseio e o custo de armazenamento. A biomassa torreficada (devido ao alto poder calorífico, propriedades homogêneas) é adequada para a produção de gás de síntese (gaseificadores de fluxo) para produção de energia ou pode ser convertido por processo catalíticos ou enzimáticos em combustíveis com alto valor de base biológica e química (metanol, etanol, éter dimetílico, butanol, hidrogênio).

Na base destes produtos químicos adicionais podem ser produzidos com a biomassa torreficada os polímeros plásticos. A biomassa torreficada pode ser utilizada como um produto em processos industriais como carbonização, composição de polímeros e muitas outras aplicações relacionadas com o carbono, mas com o caráter ecológico e renovável. Todos os resíduos gerados no processo tem um grande potencial de reaproveitamento e podem oferecer retorno financeiro à empresa.

Valoração: A minimização do resíduo fará com que a indústria deixe de ter despesas com o tratamento, secagem e energia e a disposição final deste resíduo. A minimização do resíduo fará com que a empresa consiga uma receita adicional (diminuir compra de biomassa) com o uso da biomassa torreficada (processo industrial de geração de energia) ou a diminuição no custo de aquisição de matéria-prima. Considerando que a receita obtida com a comercialização de um resíduo (alta umidade, densidade e baixo poder calorífico) pode ser revertida (custos adicionais de transporte e armazenagem) para implantação de uma unidade de torrefação.

Dessa forma, deveria ser priorizado a implantação de uma planta de torrefação para o aproveitamento (sustentável) dos resíduos (geração de crédito de carbono) e transformar numa matéria-prima energética com alto valor agregado. Com base nos resultados e na implementação do programa de minimização de resíduos com o aproveitamento sustentável com o uso da tecnologia de torrefação, fica comprovada a viabilidade técnica e econômica para gerar ganhos de capital (venda do produto ou utilização em caldeira industrial), facilitando o caminho para um desenvolvimento sustentável. Mais detalhes consulte-nos (41 33352284 ou 41 88630864) Celso Oliveira. Diretor Executivo da Brasil Biomassa e Energia Renovável e do Instituto Brasileiro de Pellets e Biomassa. Presidente da Associação Brasileira das Indústrias de Biomassa e Energia Renovável

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