BIOMASSA DE ORIGEM AGRÍCOLA. A biomassa energética agrícola é definida como os produtos e sub-produtos provenientes das plantações não florestais, tipicamente originados de colheitas anuais, cujas culturas são selecionadas segundo as propriedades de teores de amido, celulose, carboidratos e lipídios, contidos na matéria, em função da rota tecnológica a que se destina.
São considerados resíduos de origem agrícola aqueles que apresentam grande potencial para serem utilizados na produção de energia, como exemplo, resíduos de culturas agrícolas e de seu beneficiamento ou as palhas, cascas de frutos, cereais, os bagaços, os resíduos das podas de pomares e vinhas, rejeitos madeireiros, entre outros. A produção de resíduos agrícolas é variável, pois depende da espécie cultivada, o destino da mesma, das condições climáticas e da fertilidade do solo, entre outros. O conteúdo de nutrientes dos resíduos de culturas também pode variar, pois as mesmas, como a produção, dependem da fertilidade do solo e tipo de material.
As culturas agroenergéticas utilizam principalmente rotas tecnológicas de transformações biológicas e físico-químicas, como fermentação, hidrólise e esterificação, empregadas para a produção de combustíveis líquidos, como o etanol, o biodiesel e óleos vegetais diversos. Integram estas culturas a cana de açúcar, o milho, o trigo, a beterraba, a soja, o amendoim, o girassol, a mamona e o dendê, existindo uma grande variedade de oleaginosas a serem exploradas.
ARROZ. O arroz é uma gramínea anual que tipicamente cresce até 1 – 1,8 metros de altura. A principal espécie de arroz cultivada é a oryza sativa, uma das 23 espécies do gênero. As plantas desde gênero são tolerantes a condições desérticas, quentes, úmidas, alagadas, secas e frias, e crescem em solos salinos, alcalinos e ácidos. A palha de arroz (0,38 tonelada para cada tonelada de arroz colhido) é definida como o resíduo que permanece no campo após a etapa de colheita. Já a casca de arroz (22% do peso total do arroz com casca) é o resíduo gerado após o processamento industrial do arroz bruto.
O poder calorífico inferior da palha e da casca são, respectivamente de 3821 Kcal/Kg e 3200 Kcal/Kg. Em torno de 15% das cascas de arroz residuais do processo industrial são utilizadas na fase de secagem do próprio processo, sendo que os outros 85%, assim como os resíduos de palha de arroz gerados no plantio, não possuem outro tipo de reaproveitamento. No que tange a geração de resíduos provenientes da produção de arroz, pode-se listar os seguintes: casca, pó, cinza, quirela e farelo, palha, impurezas e outros. Dentre os citados destaca-se a casca e a palha que podem ser utilizados na geração de energia elétrica.
A casca de arroz representa 22% do peso do grão. Este resíduo é classificado como resíduo sólido conforme definição da NBR 10004 e de classe II (resíduos não perigosos e não inertes), segundo a resolução número 23 do CONAMA, sendo assim a casca de arroz, apesar de não ser considerado um resíduo perigoso, necessita de um tratamento apropriado para que não resulte em impactos negativos para o meio ambiente. A casca de arroz é um dos mais abundantes resíduos agrícolas, estima-se que para cada ha de cultura de arroz seja produzido de 4,0 a 6,0 toneladas de resíduos. A destinação inadequada da casca de arroz pode gerar grandes passivos ambientais. Grande parte dos descartes inadequados se deve à logística de transporte da casca de arroz que, por possuir baixa densidade, gera grande volume e acarreta na elevação da dificuldade e dos custos de transporte.
Esta biomassa está sendo utilizada atualmente como fonte de calor para secagem própria nas usinas de beneficiamento e também, ainda em pequenos índices, para geração de energia elétrica através da queima direta em unidades termelétricas, sendo que apenas seis estão em operação no Brasil (Agência Nacional de Energia Elétrica- ANEEL 2010 apud Centro Nacional de Referência em Biomassa - CENBIOa2011). O valor energético a que se refere esta queima corresponde a 50% da capacidade de um carvão betuminoso e/ou cerca de 33% do petróleo (DELLA et al., 2005 apud CENBIOb 2011).
O Brasil é o nono maior produtor mundial de arroz e na safra 2009/2010 colheu 11,26 milhões de toneladas (MAPA, 2012). Sabe-se que a casca de arroz corresponde a 22% do peso do grão gerando 2,48 milhões de toneladas deste resíduo. Estima-se que 15% do total de casca de arroz sejam destinados a secagem do arroz e mais 15% não possam ser aproveitados por ter sua origem em pequenas indústrias dispersas, o que inviabiliza sua utilização. Com isso projeta-se uma quantidade de 1,74 milhões de toneladas de casca de arroz que possam ser reutilizáveis. A partir do poder calorífico de 3200 Kcal/Kg este número equivale a 0,55 milhões de tep e 6,46 TWh. Para cada tonelada de arroz colhido são geradas 0,38 toneladas de palha de arroz. Considerando-se a produção da safra 2009/2010 tem-se uma produção de 4,3 milhões de toneladas deste resíduo. Para o poder calorífico de 3821 Kcal/Kg tem-se o equivalente a 1,6 milhões de tep e 19,01 TWh.
CAPIM ELEFANTE. O capim elefante é uma gramínea perene com altura entre três e cinco metros. Foi trazida da África para servir de pastagem e é utilizada principalmente na criação de gado de corte e leiteiro. Suas principais características são: possui crescimento rápido, tolera solos pobres de nutrientes e gera uma quantidade maior de biomassa por área. Seu poder calorífico inferior é de 3441 Kcal/Kg (25% de água).
O capim-elefante pode ser colhido seis meses após o seu plantio e permite de dois a quatro colheitas por ano, o que possibilita fornecimento de biomassa durante todo o ano. O potencial energético do capim-elefante pode ser descrito com a relação de 45 toneladas/ha/ano de biomassa seca (MAZZARELLA, IPT) que podem virar energia. Além disso, a cultura do capim-elefante é altamente eficiente na fixação de CO2 atmosférico durante o processo de fotossíntese para a produção da biomassa vegetal, contribuindo para a redução do efeito estufa.
A transformação do capim-elefante em energia consiste em sua colheita mecanizada e posterior secagem. Em uma próxima etapa, o mesmo segue através de uma esteira para uma máquina onde as folhas são picadas em pequenos pedaços e onde é retirado o restante da umidade. Em seguida, estes pedaços são depositados em uma caldeira em que serão queimados e transformados em energia térmica.
Além do uso como fonte de energia elétrica, o capim-elefante pode ser transformado em carvão vegetal através do processo de pirólise e também pode ser utilizado na produção de álcool através do processo de gaseificação e hidrólise da biomassa.
Uma das vantagens do uso do capim-elefante é a maior produtividade de massa seca, em média 45 toneladas/ha/ano. Para o poder calorífico desta biomassa e supondo uma área plantada de 4500ha, para fins ilustrativos, tem-se uma produção anual de 202500 toneladas que equivalem a 69,7 mil tep e 0,81 TWh.
MILHO. O milho é uma gramínea anual originária da América Central. Possui tipicamente de dois a três metros de altura e não possui sabugo no topo da haste. O milho possui flores masculinas e femininas separadas, em que as flores masculinas emergem como a franja no topo da haste depois que todas as folhas se formaram. Já as flores femininas se encontram na base das folhas, no meio da haste. Após a polinização, o grupo de flores femininas forma as espigas.
No processo de colheita do milho a utilização de máquinas é fundamental e aplicado praticamente à totalidade da produção. O milho é colhido e a própria máquina faz o beneficiamento do grão, retirando o caule, folhas, palha e sabugo, tendo como resultado o grão de milho limpo. Os grãos são depositados na própria máquina e os resíduos são despejados na lavoura, pela parte de trás da máquina. Essa é uma grande desvantagem, pois todos os resíduos do milho, chamados de palhada, ficam distribuídos por toda a área plantada, dispersos no ambiente. Este fato ocorre em toda produção a granel de milho no Brasil, o que praticamente inviabiliza a utilização da palhada na geração de energia elétrica devido aos altos custos para juntar e transportar estes resíduos. O poder calorífico da palhada de milho é de 4227 Kcal/Kg.
Apesar das indústrias de processamento de milho verde existentes, atualmente não existem empreendimentos cadastrados na ANEEL que utilizem os resíduos da produção de milho como biomassa para a produção de energia elétrica. Como alternativa para transformar os resíduos de milho de biomassa descartada para biomassa energética, alguns países da Europa já utilizam um tipo específico de colheitadeiras que beneficiam o grão e descartam os resíduos em montes, carreiras ou os armazenam temporariamente em depósitos localizados na própria máquina. Esta metodologia poderia ser estudada e aplicada às plantações nacionais de forma a aproveitar o grande volume de resíduos gerados para a geração de energia elétrica.
Em se tratando de resíduos, o milho tem como rejeito durante seu processamento o sabugo, colmo (caule), folhas e palha, tornando-se uma biomassa com alta produção, pois conforme Koopmans e Koppejan (1997) apud Preto e Mortoza (2010) a produção de resíduos de milho para cada tonelada colhida é de 2,3 toneladas. Entretanto, a utilização do milho como biomassa para geração de energia ainda é incipiente, pois o mesmo só pode ser utilizado quando a colheita do milho for a espiga para utilização em indústrias de processamento de milho verde ou para produção de sementes de milho.
Na safra 2009/2010 foram produzidas no Brasil 53,2 milhões de toneladas de milho (MAPA, 2012). Para cada tonelada de milho produzida são geradas aproximadamente 2,3 toneladas de palhada de milho (15% de umidade). A partir dessa relação estima-se a produção de 122,36 milhões de toneladas de palhada. Com um fator de aproveitamento de 40% tem-se 48,94 milhões de toneladas de resíduos. Associando-se esta quantidade ao poder calorífico desta biomassa tem-se 20,69 milhões de tep e 240,61 TWh que poderiam ser aproveitados.
SOJA. A soja é um grão rico em proteínas e pertence a família fabaceae (leguminosa), assim como o feijão, a lentilha e a ervilha. O poder calorífico da palha de soja é de 3487 Kcal/Kg. Na produção de soja as exigências térmicas e hídricas são altas, destacando-se as fases mais críticas que são a floração e a do enchimento dos grãos. Apesar destes fatos, a soja suporta bem a escassez de água na fase vegetativa e, no estágio de maturação e colheita, tolera excesso de umidade.
O primeiro resíduo a ser gerado no processo de industrialização desta oleaginosa é a casca da mesma, onde é retirada no processo de pré-limpeza (armazenagem), sendo o restante dos resíduos gerados na etapa de extração. A casca de soja é o de maior valor comercial em uma indústria processadora de soja, sendo que a sua principal utilização atualmente é como ingrediente na alimentação animal, sendo seu uso para gerar energia ainda incipiente.
Todos os resíduos da cultura de soja são provenientes do processo de colheita, ou seja, os grãos são colhidos e a palha (folhas, caule, talos e cascas) é retirada e descartada na lavoura. Assim como na cultura do milho, esta característica torna sua utilização muito custosa devido aos gastos com o recolhimento, compactação e transporte dos resíduos.
Ainda em comparação com a cultura do milho, o aproveitamento dos resíduos do plantio de soja ainda possui outra desvantagem, já que apresentam efeitos positivos no solo da lavoura. Apesar do pouco aproveitamento dos resíduos de soja na geração de energia elétrica no Brasil, a soja já é bastante aproveitada como fonte de energia na forma de biocombustível através dos processos de transesterificação e craqueamento. Em comparação com outras culturas também utilizadas como matéria prima para a geração de biocombustíveis a soja possui uma baixa porcentagem de óleo, entretanto suas vantagens são possibilitar a produção em escala e maior qualidade do óleo extraído.
Segundo Nogueira apud Cortez estima-se que para cada ha de soja seja produzido de 3,0 a 4,0 toneladas de resíduos, ou seja, restos da cultura da soja. Na safra 2009/2010 foram produzidas no Brasil 68,7 milhões de toneladas de soja (CONAB, 2012). Para cada tonelada de soja produzida são geradas aproximadamente 2,5 toneladas de palha de soja (15% de umidade), a partir dessa relação estima-se a produção de 171,75 milhões de toneladas de palha. Com um fator de aproveitamento de 40% tem-se 68,70 milhões de toneladas de resíduos. Associando esta quantidade ao poder calorífico desta biomassa tem-se a equivalência de 23,96 milhões de tep e 278,61 TWh que poderiam ser aproveitados.