Mapeamento de ações institucionais para sustentabilidade da produção de ferro-gusa a partir de carvão vegetal

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1 Mapeamento de ações institucionais para sustentabilidade da produção de ferro-gusa a partir de carvão vegetal!"#$%&'"'&()*(&*#$"'+(,'(-.*,'*&'/01,"')(1(',0,$*#$(2343+(+*'+(')1"+0-5"'+*' 6*11"780,('(')(1$31'+*'/(195"'9*8*$(4:'1*(43;(+(,')*4(,'*&)1*,(,',3+*1<183/(,'*')*4",' )1"+0$"1*,'3#+*)*#+*#$*,'+*'6*11"780,(:'2*&'/"&"'(,'(-.*,'*&'/01,"')*4",'8"9*1#",' *,$(+0(3,'*'=185",'+"'8"9*1#"'6*+*1(4:'/"#6"1&*'3$*&'>?@A!B:'+"'C*1&"'+*'1*6*1D#/3(' *#$1*'!EFF'*'GHIJKHL!:'/"#$1($"'#<&*1"'MNJ@OP>:'+"'*,$0+"'QK"+*1#3;(-5"'+(' )1"+0-5"'+*'/(195"'9*8*$(4Q?'! R1(,S43(:'HT'7'U2134'@OPM

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3 Centro de Gestão e Estudos Estratégicos Presidente Mariano Francisco Laplane Diretor Executivo Marcio de Miranda Santos Diretores Antonio Carlos Filgueira Galvão Gerson Gomes Nota Técnica, letra C do TR: Mapeamento de ações institucionais para sustentabilidade da produção de ferro- gusa a partir de carvão vegetal. Subsídios 2014 ao Plano Siderurgia do MDIC: Modernização da produção de carvão vegetal. Contrato Administrativo CGEE/MDIC 49/2013. Brasília: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, p. 1. Sustentabilidade de gusa. 2.Carbonização de madeira. I. CGEE. II. Título. Centro de Gestão e Estudos Estratégicos - CGEE SCS Qd 9, Lote C, Torre C Ed. Parque Cidade Corporate - salas 401 a Brasília, DF Telefone: (61) Fax. (61) Este relatório é parte integrante das atividades desenvolvidas no âmbito do Contrato Administrativo CGEE/MDIC 49/2013/Ação: Subsídios para Revisão do Plano Siderurgia (Carvão Vegetal) Todos os direitos reservados pelo Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE). Os textos contidos neste relatório NÃO poderão ser reproduzidos, armazenados ou transmitidos.

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5 CONTEÚDO 1 - Introdução Conceitos básicos do Alto Forno a Carvão Vegetal Qualidade exigida do carvão vegetal para uma boa performance 9 dos Altos Fornos Procedimentos necessários para se obter um carvão de qualidade 10 siderúrgica 2 - Desenvolvimento Mapeamento de ações de sustentabilidade INDÚSTRIA - Melhoria do Rendimento Gravimétrico INDÚSTRIA - Periféricos Queimador de fumaças da pirólise da madeira INDÚSTRIA - Periféricos Secadores de Madeira INDÚSTRIA - Novas Tecnologias Retorta de Carbonização Contínua Tecnologia DPC (Drying, Pyrolisis, Cooling) Tecnologia ONDATEC (fornos de carbonização por micro- ondas) INDÚSTRIA Produtoras Independentes de Gusa GOVERNO Financiamentos para o Setor Siderúrgico a carvão vegetal 23 3 Conclusões e Recomendações Referências 25

6 RESUMO EXECUTIVO A Siderurgia a carvão vegetal é uma particularidade da indústria siderúrgica brasileira, embora de pouca representatividade na produção mundial, mas de relevância na produção da siderurgia brasileira. Esta norma técnica discorre sobre o desafio de tornar o carvão vegetal um redutor semelhante ao coque quando se refere às qualidades metalúrgicas, estabilizando a análise química e promovendo ganhos ambientais e econômicos com a recuperação de co- produtos. Para melhorar as qualidades do carvão vegetal e promover ganhos do plantio ao produto Ferro Gusa, a adoção das tecnologias existentes de fornos de produção de carvão vegetal com controle e monitoramento de processo podem trazer resultados satisfatórios de aumento da taxa de conversão de madeira em carvão e aumento da produtividade dos altos fornos, retirando o processo de carbonização da fase atual fortemente empírica, com resultados de alta variação físico- química- metalúrgica. Para a adoção de tecnologias e melhorias no processo é feito avaliação das linhas de financiamento existentes.

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8 Com relação ao funcionamento do alto forno no que tange às influências do termo redutor, pode- se sintetizar: O alto forno opera em regime de contra corrente, gases quentes no sentido ascendente e carga no sentido descendente. A passagem dos gases através da carga é conhecida como permeabilidade. A permeabilidade é fortemente afetada pela distribuição granulométrica da carga e a baixa resistência mecânica do carvão afeta a distribuição granulométrica, devido à maior geração de finos, necessitando de maior cuidado no manuseio para produção, estocagem e enfornamento; A maior geração de finos dificulta o contato gás / carga metálica, através da formação de caminhos preferenciais dentro do alto forno, dificultando a remoção do oxigênio do minério, denominado reações de redução; Os finos de carvão gerados no processo de beneficiamento, geralmente menores que 10 mm, podem ser direcionados para processo de injeção de finos ou comercializados. A tecnologia atual permite injetar através das ventaneiras na faixa de 100 a 200 Kg de pó de carvão por tonelada de ferro gusa; A injeção de carvão pelas ventaneiras permite aumentar o peso da carga metálica e assim aumentar o tempo de permanência no interior do alto forno, contribuindo para maior contato gás / carga que leva à redução do consumo de carvão por tonelada de ferro gusa; Além do processo de redução, o carvão vegetal fornece energia calorífica pela reação do carbono do carvão com o oxigênio do ar. Para esta função o carvão deve ter a maior quantidade possível de carbono desde que não comprometa a resistência mecânica do mesmo; Outros elementos que acompanham o minério de ferro na natureza, como Alumínio, Silício, Manganês, fósforo e outros em menor quantidade, todos na forma de óxidos e as cinzas do carvão, principal fonte de enxofre, devem ser eliminados do processo de produção de ferro gusa na forma de escória. O carvão vegetal devido ao baixo teor de cinzas, menor que 1%, permite a formação de escória adequada ao processo de produção de ferro gusa com baixo volume (da ordem de 150 Kg por tonelada de ferro gusa) e baixa temperatura de formação;

9 A baixa temperatura de formação da escória permite produzir ferro gusa no alto forno a carvão vegetal com temperatura na faixa de 1300 a 1400 graus Célsius; O ferro gusa produzido pode ser consumido líquido o que ocorre nas empresas integradas ou solidificado formando lingotes pesando até 30 Kg para uso como matéria prima na fabricação de aço. O ferro gusa produzido com carvão vegetal apresenta baixo nível de contaminantes como fósforo e enxofre, o que o qualifica para produção aços nobres e além de ser ambientalmente correto pelo balanço de emissões de CO Qualidade exigida do carvão vegetal para uma boa performance dos Altos Fornos O carvão deve atender às seguintes especificações químicas, físicas e metalúrgicas. Quanto à análise química, os processos de carbonização almejam a composição da tabela abaixo, entretanto as faixas de atendimento são muito mais ampliadas em função da falta de padrões: Elemento Faixa - % Carbono 72< C<78 Cinzas < 1 Voláteis 20<V<28 Umidade < 7 Tabela 1 Análise química ideal do carvão vegetal Quanto à análises físicas, a geração de finos é fortemente influenciada resistência mecânica e não deve ser maior que 15%, contabilizados após a retirada do forno de carbonização e passante na tela de 9,52 mm; O tamanho máximo do carvão não pode exceder 200 mm, para não causar problemas no carregamento do alto forno; A densidade aparente do carvão vegetal para as características químicas relatadas, pode variar entre 220 e 270 Kg/m3. Para a operação do alto forno, maior densidade do carvão indica número maior de carga dentro do alto forno, maior tempo de permanência da carga dentro do alto forno, implicando redução do consumo específico por tonelada de ferro gusa;

10 Não existe método aprovado para avaliação da resistência mecânica do carvão vegetal. Em estudos realizados em grandes empresas siderúrgicas, principalmente as integradas, não foram obtidas correlações nos resultados experimentais que pudessem fornecer subsídio para normatizar alguma metodologia; Madeira mal carbonizada, denominada tiços, geralmente com teor de carbono menor que 60%, não podem ser produzidas, influenciando no rendimento do processo e causando danos ao processo do alto forno, interferindo no sistema de limpeza dos gases; O controle do processo de carbonização permite estreitar a faixa de Carbono Fixo do carvão e controlar a resistência mecânica. A faixa estreita de carbono e maior resistência mecânica influenciam muito fortemente na estabilidade operacional do alto forno; Assim como a resistência mecânica, a metodologia de avaliação das propriedades metalúrgicas do carvão vegetal ainda não foram aprovadas Procedimentos necessários para se obter um carvão de qualidade siderúrgica Os processos de produção atuais com controle visual da carbonização, sem controle rigoroso das diversas fases de carbonização, produzem carvão vegetal, mas com resultados muito heterogêneos, tanto físico quanto químico. Contém faixas de variação de análises químicas muito amplas e sem controle da geração de finos. O rendimento gravimétrico é baixo, em torno de 25% e não há estabilidade da qualidade. Fazendo comparação ao outro redutor usado para produção de ferro gusa, o coque, as características metalúrgicas vêm melhorando com adoção de novas tecnologias, permitindo melhoria do DI Índice de resistência Frio, de maior que 83 para maior que 85%, CRI Índice de Reatividade, de menor que 33 para menor que 20 e do CSR Índice de Resistência após Reação, de maior que 55 para maior que 70%. Essas melhorias aumentaram a competitividade das indústrias com o redutor Coque possibilitado pelo aumento da produtividade e redução do consumo específico do redutor. Ao contrário do Coque, a variação química do carvão vegetal com Carbono variando de 60 a 90%, cinzas chegando a 20% e umidade atingindo 30% mostra a falta total de qualquer controle na produção do Carvão Vegetal, que reflete nos baixos resultados de produtividade dos Altos Fornos e altos custos, prejudicando o aumento a

11 inserção do produto ambientalmente correto, o Ferro Gusa denominado Verde, no mercado mundial. Para produzir carvão com qualidade estável, químico- físico- metalúrgico, é imperativo num curto prazo a implantação de sistema de controle da carbonização no parque industrial hoje existente para tornar o processo o menos empírico possível e, como medida de médio prazo, iniciar a substituição dos modelos atuais de fornos de alvenaria por processos mais eficientes, com recuperação de coprodutos, atendendo às diretrizes do MDL, Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, com menores emissões de CO2 e possibilidade de crédito de Carbono, através de ações coordenadas pelo governo envolvendo comunidade acadêmica e setor produtivo. Nas unidades produtoras atuais, que utilizam os fornos de alvenaria, variando desde pequenos com carga e descarga manual até os grandes totalmente mecanizados, entende- se que, se não há nenhum sistema que consiga visualizar o processo interno da transformação da madeira em carvão, o forno conduz o operador que fica literalmente diante de uma caixa preta, aguardando o processo finalizar (controle pela cor das fumaças e pelo tato). Fica portanto a pergunta de como conseguir um mínimo de qualidade seja física ou química do carvão sem um controle adequado sabendo- se que o resultado final do produto depende de inúmeras variáveis que interagem durante o processo, citando as principais como segue: qualidade da madeira quanto ao teor de umidade, que quando elevada reduz a resistência mecânica do carvão; quantidade dos componentes hemicelulose, celulose e lignina e suas distintas velocidades e rendimentos de pirólises; definição da quantidade e distribuição da energia durante o processo sabendo- se que a secagem requer cerca de 70% da demanda total; impacto da temperatura no resultado do carbono fixo como qualidade química imprescindível para melhores resultados nos altos fornos. Na presente nota técnica serão descritos o estado da arte atual das ações que vêm sendo implementadas pelo setor siderúrgico na busca de melhores resultados, melhor eficiência de processo e como consequência maior competividade do carvão vegetal como termoredutor nestes tempos de crise, onde a margem de lucro acaba por não compensar o funcionamento dos altos fornos, levando à parada de um elevado percentual do parque siderúrgico atual no país, principalmente dos produtores independentes, notadamente exportadores de ferro gusa.

12 2 DESENVOLVIMENTO Mapeamento de Ações de Sustentabilidade INDÚSTRIA - Melhoria do Rendimento Gravimétrico Considerando- se a produção total de ferro gusa no Brasil desde meados de 1980 até os dias atuais o carvão vegetal vem sendo utilizado numa flutuação entre 30 a 35%, atendendo tanto as indústrias integradas como as produtoras independentes, o que correspondeu na última década a uma produção média de 9,5 milhões de toneladas de ferro gusa por ano. Considerando- se que o consumo específico médio dos altos fornos no mesmo período foi de 730 kg de carvão vegetal por tonelada de ferro gusa, houve uma necessidade de produção de 6,9 milhões de toneladas por ano do termo redutor, figura 2 (AMS, 2013). Figura 2 Evolução da produção de ferro gusa a carvão vegetal no Brasil Atualmente, a busca por melhores rendimentos gravimétricos na produção de carvão vegetal, através de controle do processo de carbonização nos fornos de alvenaria via medições de temperatura e perfis térmicos, já faz parte dos procedimentos operacionais de várias empresas com produção própria de carvão vegetal no Brasil. Além das grandes siderúrgicas, como Vallourec, ArcelorMittal, Aperam e Gerdau, que iniciaram a prática de monitoramento do processo há mais de uma década, diversas outras produtoras independentes de gusa, que contam hoje com grandes maciços de floresta plantada própria (o chamado gusa de mercado), já estão em processo de implantação de sistemas modernos de gerenciamento de processos,

13 com destaque para: Plantar, Metalsider, Minasligas, Vetorial, Queiroz Galvão e Ferroeste. Apesar do grande avanço na conscientização de melhores práticas de produção de carvão vegetal de um importante número de empresas, líderes no setor de florestas plantadas, estima- se que a hoje a carbonização monitorada por sistemas eficientes de controle de processo não passe dos 20% da demanda de consumo nacional do termoredutor. Voltando- se à média dos últimos dez anos do consumo de 6,9 milhões de toneladas por ano do termo redutor, tem- se ainda 5,5 milhões de toneladas sendo produzida anualmente de forma rudimentar, sem condições de oferecer a qualidade ideal exigida para melhor performance dos altos fornos INDÚSTRIA - Periféricos Queimador de fumaças da pirólise da madeira A queima das fumaças provenientes da carbonização da madeira vem sendo estudada pelas grandes empresas produtoras de carvão há mais de 15 anos (Vallourec, ArcelorMittal, Viena), figura 3. Figura 3 Fornos de alvenaria com queima de fumaças da pirólise da madeira Para entender as dificuldades tecnológicas da queima das fumaças provenientes de fornos retangulares que vem impedindo a aplicação em larga escala desta solução de mitigação das emissões, vamos analisar o comportamento da pirólise e dos gases condensáveis e não condensáveis emitidos, figura 4

14 Figura 4 Emissão de gases não condensáveis durante a pirólise de madeira O processo de carbonização em fornos de alvenaria ocorre por varredura do leito de madeira, iniciando- se nas extremidades (porta e fundo), sendo conduzido por entradas controladas de ar de combustão para fornecimento de energia necessária à secagem e pirólise até seu término na região da chaminé, figura 5. Figura 5 Fluxo de fumaças durante o processo de carbonização da madeira Como a secagem ocorre de forma predominante nas primeiras 20 horas do ciclo, há muita formação de vapor de água e baixa produção de gases combustíveis. Após a secagem ocorre um aumento gradativo da temperatura do leito. Ao passar dos 200 o C, tem início o processo de decomposição térmica dos componentes da madeira (hemicelulose, celulose e lignina) e até 280 o C ocorre a formação de fumaças condensáveis como o pirolenhoso. Após 280 o C os gases não condensáveis e combustíveis como o CO, CH 4 e H 2 vão se intensificando e aumentando o poder calorífico das fumaças de exaustão do forno, permitindo sua queima. Porém, após as 50 horas o fluxo de fumaça começa a cair em função da finalização da pirólise, com consequente redução do seu poder calorífico e reduzindo a capacidade de queima. A solução em prática hoje por algumas empresas para o problema do empobrecimento das fumaças da carbonização é a de adicionar biomassa nas câmaras de combustão dos queimadores e manter o poder calorífico estável.

15 Daí surge a necessidade de se acoplar ao queimador um conjunto mínimo de fornos, trabalhando de forma sincronizada, a fim de suprir o queimador de uma mistura de combustível gasoso apto para uma queima contínua sem a necessidade de adição extra de biomassa sólida nas câmaras de combustão. Resolvido o problema tecnológico de queima das fumaças, surge outro gargalo de processo: quase todos os parques industriais de produção de carvão vegetal existentes no Brasil são construídos com os fornos dispostos de forma paralela formando várias fileiras em linha reta, figura 6. Assim, ao se instalar um queimador central, para atender por exemplo um conjunto de 12 fornos, as tubulações de condução dos gases terão distâncias bem distintas uma das outras o que dificulta bastante o sincronismo exigido para uma queima estável das fumaças. Figura 6 Fornos de alvenaria de grande porte para produção de carvão vegetal (INEE, 2007) Neste contexto, algumas empresas já começaram a mudar seus layouts em novas implantações de fornos de alvenaria como é o caso da Saint Gobain e Vetorial Energética, figura 7. Espera- se com isto poder otimizar o sistema de condução das fumaças para um coletor central que a fazer a mistura possa ser queimado de forma mais estável, reduzindo ao máximo ou até eliminando- se a necessidade de biomassa auxiliar no sistema queimador. Figura 7 Fornos Retangulares em layout radial para viabilizar queima de fumaças (Vetorial, 2013)

16 2.3 - INDÚSTRIA - Periféricos Secadores de Madeira Vencidas as barreiras de queima estável das fumaças da carbonização da madeira, surge um novo desafio que é a secagem da madeira utilizando- se a energia dos gases combustos vindos do queimador central. Num processo convencional, cerca de 9 a 12% da madeira total enfornada é utilizada como combustível no interior dos fornos para suprir energia ao processo de secagem e carbonização. Deste total somente a secagem irá demandar em torno de 7 a 10%, ou até mais dependendo da umidade da madeira enfornada. Este consumo irá refletir diretamente no rendimento gravimétrico global da produção do carvão vegetal. Assim, da mesma forma que a queima dos gases, a secagem da madeira vem sendo estudada e testada em nível de pesquisa e desenvolvimento por empresas Siderúrgicas de Minas Gerais, denominado Grupo G6 (formado por ArcelorMittal, Aperam, Vallourec, Gerdau, Plantar e Votorantim), em parceria com universidades como UFV (Viçosa- MG), UFLA (Lavras- MG) e UFMG (Belo Horizonte- MG), figura 8. Figura 8 Secadores externos de madeira com gases queimados da pirólise Além de Minas Gerais, outras empresas vem estudando diversas tecnologias disponíveis no mercado visando acoplar secadores externos aos seus fornos de alvenaria, como é o caso da Vetorial Energética operando no Mato Grosso do Sul.

17 Figura 9 Secagem em fornos horizontais, fornos verticais e sistema DPC (Palmas, 2013) Apesar de avançarem no estudo de várias soluções técnicas disponíveis no mercado, as empresas vêm esbarrando nos altos custos de implantação destas tecnologias, correspondendo a elevado tempo de retorno de investimento (> 5 anos). Este ponto relevante impede que se aplique a curto prazo estes equipamentos em larga escala, demandando primeiro testes em unidades piloto INDÚSTRIA - Novas Tecnologias Além dos esforços para melhorar a performance do parque industrial de produção de carvão vegetal existente em diversas empresas siderúrgicas brasileiras, outras tecnologias de carbonização da madeira, bem diferentes dos fornos de alvenaria, vêm tentando durante anos e de forma persistente, vencer barreiras tanto técnicas como financeiras para enfim substituir os processos tradicionais tão enraizados na cultura empresarial brasileira. Três exemplos podem ser destacados: Retorta de Carbonização Contínua A Retorta de carbonização contínua de madeira consiste em um forno cilíndrico metálico (parte de aço inoxidável e parte de aço carbono) disposto verticalmente, equipado com sistema de queima de gases, sendo o seu funcionamento descrito de forma sintética como segue: Madeira cortada em peças de 20 a 40 cm de comprimento são abastecidas no topo do forno e descem por gravidade até a base em contra corrente com os gases queimados da própria pirólise; A energia para a transformação da madeira em carvão vegetal vem portanto da combustão parcial da fumaça produzida continuamente durante o processo, sem a presença de oxigênio, o que permite atingir altos rendimentos gravimétricos;

18 Todas as etapas da secagem e carbonização são monitoradas via programa supervisório de comando central. Recebendo sinais de sistemas eletromecânicos, permite controlar a qualidade química do produto ao variar as vazões mássicas dos gases quentes associadas às temperaturas e perfis térmicos pré- estabelecidos em função do especificação exigida pelo cliente. As retortas contínuas podem ser consideradas como sendo o mais moderno sistema de carbonização de madeira em operação no mundo. Em funcionamento há mais de 50 anos em países da Europa, tinha inicialmente a função principal de produzir alcatrão vegetal para uso na produção de energia e abastecimento da indústria de carboquímicos. Porém, ao perder a competividade para os derivados de petróleo, reduziu muito sua participação no mercado no final do século passado. Atualmente é utilizada basicamente para produção de carvão vegetal para uso doméstico (churrasco) e conta com poucas unidades em funcionamento (França e Polônia) e uma na Austrália para uso na produção de ferroligas. No Brasil, duas grandes empresas investiram nesta tecnologia: A Arcelor Mittal (antiga Acesita), operou uma planta na cidade de Turmalina- MG de 1987 a 1994 e a Vallourec Florestal (antiga V&M Florestal) opera uma planta desde 2008 na cidade de Paraopeba- MG. Atualmente algumas barreiras vem impedindo que esta tecnologia seja adotada em larga escala no Brasil, como segue: Como ainda é um projeto de alto investimento (CAPEX da ordem de R$3000 por tonelada de carvão ano contra R$500 dos fornos retangulares de alvenaria), uma unidade básica deverá ser projetada para produzir em torno de toneladas por ano, de modo que esta larga escala de produção possa diluir seus custos operacionais (OPEX); Esta necessidade de escala exige largas extensões de floresta plantada em uma só região (áreas concentradas > ha) o que atualmente poucas empresas no Brasil tem; Na análise do custo benefício, para viabilidade do investimento, os ganhos do rendimento gravimétrico deverá ser somado aos eventuais ganhos de consumo específico do alto forno devido à uma melhor qualidade como termoredutor; Este fator relevante ainda não foi evidenciado e estatisticamente validado devido principalmente à complexidade da interação das diversas variáveis de processo na produção do ferro gusa como: qualidade do minério, composição da carga metálica, perfis térmicos de redução, tipo e tamanho do alto forno, entre outros;

19 Na Europa os fornos são equipados com sistemas e cogeração de energia térmica produzindo energia elétrica (via caldeira e turbina a vapor) e pré- secando a madeira antes do enfornamento na retorta. Entretanto no Brasil, o custo de centrais termoelétricas de baixa potência (<1 MW) ainda são muito elevados (da ordem de R$5000/kW), principalmente por apresentarem baixo rendimento elétrico (<15%), o que dificulta ainda mais a viabilidade econômica desta tecnologia que depende desta energia para seu funcionamento. Figura 10 Retorta de Carbonização Contínua de Madeira (Pinheiro, 2009) Tecnologia DPC (Drying, Pyrolisis, Cooling) A tecnologia de carbonização de madeira denominada DPC vem sendo desenvolvida ao longo dos últimos 15 anos e já operou em larga escala em unidade de produção na Siderúrgica Ibérica, em fazendas situadas no Estado do Pará. Segundo a empresa DPC Thermal Processing, detentora desta tecnologia, devido à crise econômica de 2008 houve redução drástica da produção do fero gusa, com consequente fechamento desta unidade.

20 Figura 11 Processo de Carbonização da Madeira - DPC Desde 2011, uma unidade DPC de pequena escala vem operando na empresa Ecogril, situada na cidade de Mauá da Serra, Estado do Paraná, produzindo carvão para uso doméstico (churrasco). O sistema pode ser sintetizado como segue: O processo DPC consiste em fornos retangulares metálicos equipados com uma ou duas caçambas em estrutura de chapa de aço carbono (capacidade em torno de 24 metros cúbicos de madeira por caçamba), que recebem gases combustos obtidos da queima das fumaças da carbonização da madeira através de queimador projetado especificamente para esta tecnologia. A produção do carvão ocorre em três estágios distintos: primeiro ocorre a torreifação da madeira, onde a umidade inicial é reduzida para níveis abaixo de 10% e seus componentes parcialmente volatilizados (decomposição de aproximadamente 7% da massa seca original). Após o término da secagem ocorre a pirólise e por fim o resfriamento total do carvão permitindo a abertura do forno. Como esta tecnologia também utiliza como fonte de energia os gases provenientes da pirólise da madeira, ela permite atingir altos índices de rendimento gravimétrico e também um carvão de qualidade química bem mais homogênea que os processos convencionais em fornos de alvenaria e combustão parcial interna. Como barreiras para implantação desta tecnologia no Brasil tem- se: Falta de uma planta operando em larga escala ou mesmo em uma escala mínima que possa oferecer um custo benefício competitivo com o mercado atual de produção de carvão. Segundo informado pela empresa DPC, o valor atual do investimento para uma unidade básica de 8 (oito) fornos com capacidade produtiva de 3000 toneladas de carvão vegetal por ano, está em torno de R$2,5 milhões, ou R$850/ton de carvão ano; Apesar de maior valor de investimento relativo que os fornos convencionais de alvenaria de grande porte (R$500/ton cv), também segundo afirmado pela empresa DPC, apresenta custos operacionais menores que aliados ao melhor rendimento gravimétrico tornam a tecnologia competitiva; Porém, a empresa não tem conseguido fechar parcerias com a indústria siderúrgica que possibilitem validar estes benefícios e consequentemente

21 viabilizar o projeto do ponto de vista técnico- econômico. A principal justificativa relatada é devido à insegurança por parte da indústria quanto à implantação de um projeto que na visão empresarial ainda está no estágio de desenvolvimento e que precisaria ser melhor testada antes de partir para um unidade industrial Tecnologia ONDATEC (fornos de carbonização por micro- ondas) A tecnologia de carbonização de madeira denominada ONDATEC vem sendo desenvolvida ao longo dos últimos dez anos e de forma sintética consiste em: Um forno horizontal metálico, equipado com esteira rolante e que utiliza micro- ondas como fonte de energia proveniente de sistema magnentron dispostos em diversas unidades distribuídas ao longo do topo do forno; A madeira entra na base do forno em forma de toletes de 20 cm e segue ao longo da extensão da esteira em ambiente estanque, sem presença de oxigênio, sempre recebendo energia dos magnetrons até que se transforme totalmente em carvão vegetal; Toda a unidade é controlada por sistema supervisório, equipada com programa de monitoramento e simulação do processo de carbonização. Esta inteligência artificial define os procedimentos operacionais para obtenção da qualidade química pré- estabelecida do produto final através da regulagem dinâmica da velocidade da esteira e potência recebida ao longo do ciclo. Após desenvolver diversas versões do equipamento para validação da engenharia e do processo, chegou- se em 2011 a um modelo industrial que funcionou durante os últimos dois anos produzindo carvão vegetal para uso doméstico na Cidade de Tietê, SP.

22 Figura 12 Processo de Carbonização da Madeira via micro-ondas - ONDATEC A unidade em operação foi projetada para produzir de forma contínua, a uma taxa média de 1,5 m 3 /h (ou 350 kg/h) de carvão vegetal. Considerando- se uma disponibilidade mecânica da ordem de 80%, uma esteira/forno corresponde a uma capacidade de produção de toneladas por ano. No final de 2013 o forno foi transferido novamente para a sua sede, na cidade de Uberaba- MG, para desenvolver em parceira com a CEMIG (Companhia Elétrica de Minas Gerais) e a UFOP (Universidade Federal de Ouro Preto) um sistema inovador de geração de energia elétrica via queima das fumaças condensáveis e dos gases não condensáveis da carbonização em motores de combustão interna devidamente adaptados para este fim. Como a planta de produção é dependente de energia elétrica para seu funcionamento, esta solução vem para viabilizar seu custo benefício a fim de ser implantado em escala industrial.

23 2.5 - INDÚSTRIA Produtoras Independentes de Gusa Uma vez que as grandes empresas siderúrgicas já estão com planos bem definidos de melhoria de performance na carbonização, resta definir estratégias para converter as diversas outras empresas a seguir este mesmo caminho, tanto as siderúrgicas consumidoras quanto as produtoras de carvão vegetal independentes. A tabela 1 apresenta um quadro geral da capacidade instalada de produção de gusa de mercado no Brasil. Tabela 1 Produtores de Gusa de Mercado no Brasil, (J.Mendo, 2007) Estado Quantidade de Número de Altos Capacidade Município Empresas Fornos instalada t/ano Minas Gerais Espírito Santo Pará Maranhão Mato Grosso do Sul Totais Tirando as grandes usinas integradas que representam em torno de 20% desta capacidade, tem- se 11,3 milhões de t/ano. Considerando que em torno de 5% dos produtores independentes já vem implantando processos de controle da produção de carvão vegetal, restam ainda cerca de 10 milhões de toneladas anuais de potencial de produção de ferro gusa consumindo carvão vegetal oriundo de processos rudimentares. Considerando- se um consumo médio de 730kg/t de gusa tem- se a necessidade de 7,3 milhões de toneladas anuais do termoredutor. O fato importante neste cenário é que não será possível, pelo menos nos próximos cinco ou até mesmo dez anos, uma mudança significativa destes produtores de carvão vegetal com relação à troca dos fornos de alvenaria atuais (que na sua maioria é composta por fornos circulares de pequeno porte, com capacidade de 50 t/ano), por investimentos em novas tecnologias, ou mesmo pela troca por fornos retangulares de alvenaria de grandes capacidades (750 t/ano). O principal motivo se deve às incertezas do mercado mundial (boa parte desta produção é exportada) quanto à uma retomada linear e sustentável do crescimento e consequente demanda por ferro gusa que viabilize um investimento em novos parques industriais de produção de carvão vegetal. A solução mais factível para uma transição de meio termo seria a implantação de sistemas de controle do processo de carbonização aplicáveis a este tipo de forno existente, com baixo custo de investimento e que sejam devidamente regulamentados e financiados pelos programas de governo (BNDES, Propflora, Pronaf Florestal e Fundo Clima Projetos Inovadores).

24 2.6 - GOVERNO Financiamentos para o Setor Siderúrgico a carvão vegetal Existem hoje vários tipos de financiamentos disponíveis para investimentos em plantio de florestas que podem ser usadas para produção de carvão vegetal, como Propflora (Programa de Plantio Comercial e Recuperação de Florestas), PRONAF Florestal (Programa Nacional de Fortalecimento da Agricultura Familiar), PRONAF ECO (Energia Renovável e Sustentabilidade Ambiental), BB FLORESTAL (Programa de Investimento e Custeio e Comercialização Florestal do Banco do Brasil), e BNDES Florestal. Estes programas atendem uma larga gama de produtores desde os pequenos produtores rurais até as grandes empresas. Portanto, no quesito produção de matérias primas o financiamento não pode ser considerado um gargalo. Com relação à produção de carvão vegetal em si, o programa disponível hoje de destaque é sem dúvida o Fundo Clima do BNDES, voltados exclusivamente para apoiar investimentos voltados para a melhoria da eficiência e sustentabilidade da produção de carvão vegetal. Duas modalidades deste fundo atendem diretamente os objetivos do Plano Setorial de Redução de Emissões da Siderurgia: Fundo Clima - Carvão Vegetal e Fundo Clima Projetos Inovadores e mais recentemente o Inova Sustentabilidade que poderão ajudar para acelerar a aprovação e implantação das tecnologias modernas de carbonização. Nos últimos três anos de 2011 a 2013 o Fundo Clima apoiou projetos estratégicos e experimentais como por exemplo construção e instalação de laboratórios de monitoramento de emissão de gases de efeito estufa e de desastres naturais, aquisição e instalação de equipamentos visando monitorar desmatamentos, projetos experimentais na área de combate à desertificação beneficiando mais de famílias com assistência técnica e capacitação em manejo florestal, na recuperação de áreas degradadas e proteção de ecossistemas. Entretanto, com relação ao foco principal do Plano Siderurgia, somente um projeto foi contratado ao BNDES: A Empresa Vallourec Florestal assinou a partir de Junho de 2013 projeto para aumentar sua capacidade de produção de 250 mil para 440 mil toneladas de carvão vegetal por ano e o foco do projeto será exatamente como transformar com a melhor eficiência a madeira em carvão vegetal. Levantamentos feitos recentemente com diversas empresas do setor siderúrgico no Brasil mostraram que grandes empresas tem conhecimento das linhas de financiamento, já as utilizam há algum tempo no desenvolvimento e aumento de plantios de eucalipto, porém quando o assunto é tecnologia em fornos de carbonização, não foi esclarecido o motivo do não uso deste tipo de financiamento, que as vezes são feitos com recursos próprios do grupo a que pertencem sob a forma de pesquisa e desenvolvimento. Com relação às pequenas e médias empresas predominou um desconhecimento do corpo técnico sobre o uso destes financiamentos na modernização de seu parque industrial, motivo este que pode vir a explicar

25 parcialmente a total ausência de contratos firmados com o BNDES nestas modalidades disponíveis nos últimos anos. 3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O governo deve incentivar e promover o manejo e plantio florestal visando promover o uso equilibrado e a conservação das florestas brasileiras; Devem ser seguidas as orientações do PNF, Programa Nacional de Florestas de expansão da base florestal manejada e recuperação de áreas degradadas e ainda expansão da área florestal manejada; Seguir as premissas do estudo da Escola Politécnica da USP: recuperar os subprodutos, minimizar as perdas térmicas, causar poluição mínima, menor investimento, utilização de mão de obra onde os custos permitirem, reduzir o manuseio da operação, integrar a usina na floresta, minimizando o custo de transporte, reduzir o ciclo do processo, dotar o processo de controle, obter produtos com qualidade, manter a produtividade sob controle, operar em qualquer condição atmosférica, garantir versatilidade para qualquer tipo de biomassa; Promover a criação de fundos financeiros pelas siderúrgicas, como o Fundo Florestal Carajás, criado com atribuição exclusiva de fomentar e fiscalizar projetos de reflorestamento, financiados com recursos próprios e ICC, Instituto Carvão Cidadão, para orientar, auxiliar e fiscalizar todas as etapas da cadeia produtiva do carvão, com a inclusão dos micro- produtores de carvão vegetal; Promover novas linhas de financiamento específicas e medidas de incentivo ao uso de biorredutor, como recursos do Fundo Clima, visando redução de custos de produção, melhoria ambiental e negócios no mercado de sequestro de carbono; Promover a harmonização da política florestal entre a União e os estados; É imprescindível a estruturação de plataforma de apoio dos governos federal e estaduais às ações de sustentabilidade da produção de gusa a carvão vegetal.

26 4 - REFERÊNCIAS ABM, Siderurgia no Brasil 2010 a Subsídios para tomada de decisão ABM, IABr e CGEE ; ABRAF, 2006 Anuário Estatístico AMS, Anuário Estatístico, Junho de CGEE, Estudo Prospectivo do Setor Siderúrgico CGEE 2008; CGEE, Desenvolvimento de estudos para Elaboração do Plano Duodecenal (2010 a 2030) de Geologia, Mineração e Transformação mineral José Mendo Consultoria / CGEE RT 59 Agosto DPC, Site Empresa DPC Thermal Processing. content/uploads/2013/06/ IABR, Protocolo de Sustentabilidade do Carvão Vegetal IABr 8 de Maio de 2013 J.MENDO, Cadeia do Ferro Gusa. MME - Ministério de Minas e Energia, Relatório Técnico. a mineracao_brasileira/p28_rt51_perfil_da_mica.pdf MARTINS, M.A Emissão dos gases de pirolise. 1º Seminário Produção Sustentável de Carvão Vegetal Desafios e Pespectivas, UFV Outubro de 2013 MME, 2012 Balanço Energético Brasileiro, Ministério das Minas e Energia, RAAD, T. J., Simulação do Processo de Secagem e Carbonização do Eucalyptus spp. Tese de Doutorado. Curso de Pós- Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais, Dezembro, UNFCCC, United Nations Framework Convention on Climate Change. Approved baseline and monitoring methodology AM0041 Mitigation of methane emissions in the wood carbonization activity for charcoal production, version p. Disponível em: VETORIAL, Perspectivas da Siderurgia a Carvão Vegetal no Brasil. Tocantins Florestal, Palmas, 19 de novembro, VIENA, Fornos retangulares com queimador central- Experiência Viena Siderúrgica.