Fortalecimento da competitividade do gusa por florestas plantadas

Transcrição

1 Fortalecimento da competitividade do gusa por florestas plantadas Um redimensionamento das condições de competitividade no mercado e os investimentos necessários para adoção de carvão vegetal, oriundo de plantações florestais comerciais sustentáveis, na siderurgia brasileira Brasília, DF - Maio 2014 Nota Técnica referente à letra "c" do estudo técnico 1 do Termo de Referência do contrato 49, do ano de 2013, entre CGEE e MDIC, para subsídios em: Modernização da produção de carvão vegetal 1

2 MODERNIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL Nota Técnica Fortalecimento da competitividade do gusa por florestas plantadas Brasília, DF - Maio

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: Fortalecimento da Competitividade do Gusa por Florestas Plantadas. 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. 3

4 MODERNIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL Nota Técnica Fortalecimento da competitividade do gusa por florestas plantadas Consultor Túlio Jardim Raad Vamberto Ferreira de Melo Equipe técnica do CGEE Elyas Ferreira de Medeiros (Liderança do Estudo) Cristiano Hugo Cggnin (Apoio Metodológico) Marina Brasil (Apoio Administrativo) 4

5 CONTEÚDO 1 - Introdução Produção de Carvão Vegetal no Brasil Novas Tecnologias de Produção de Carvão Vegetal Retorta de Carbonização Contínua Tecnologia DPC (Drying, Pyrolisis, Cooling) Tecnologia ONDATEC (fornos de carbonização por micro-ondas) 13 2 Desenvolvimento Competitividade do gusa a carvão vegetal Estudo de custo-benefício PREMISSAS Composição de Custos da Matéria Prima Clone de Eucalipto Composição de Custos da Logística Colheita e Transporte Composição de Custos Totais de Carbonização da Madeira Composição de Custos Totais de Carbonização da Madeira 22 Tecnologia de Fornos Retangulares com queima de gases Composição de Custos Totais da Carbonização da Madeira 23 Tecnologia de Fornos DPC Composição de Custos Totais da Carbonização da Madeira 24 Tecnologia de Fornos ONDATEC 3 Conclusões e Recomendações Referências 28 5

6 RESUMO EXECUTIVO Esta norma técnica discorre sobre o desafio de tornar a produção de carvão vegetal no Brasil ambientalmente correta, com significativa redução de emissões e viabilizados do ponto de vista técnico-econômico através de novas tecnologias de carbonização da madeira. Três tecnologias foram avaliadas: Forno Retangular de Alvenaria, Forno da Tecnologia DPC e Forno da Tecnologia ONDATEC. Todos equipados com controles eficientes de processo, queimadores de gases de pirólise e secadores de madeira. A solução dos fornos Retangulares de alvenaria com queimador de gases se mostrou inviável, principalmente pela baixa escala de produção para este tipo de tecnologia visando atender pequenos produtores de carvão vegetal. Os custos calculados superam em quase 10% o preço de venda atual de R$ 600,00/t (provenientes de florestas plantadas). Para a tecnologia DPC, demonstrou-se um lucro antes dos impostos de R$86,00/t. Para uma produção de carvão de toneladas, significa um ganho de R$ 1,02 milhões anuais. Para a tecnologia ONDATEC, tem-se um lucro de R$ 115,00/t, ou R$ 1,38 milhões anuais. O conceito principal no presente estudo visou atender aos pequenos produtores de madeira que juntos em uma cooperativa florestal pudesse produzir o carvão de forma ambientalmente correta. No caso presente 1500 hectares são necessários. Pensando em 150 hectares a disponibilidade média de área para plantio, teríamos um grupo de 10 cooperados, com lucros médios anuais de R$ ,00 (DPC) a R$ ,00 (ONDATEC) por participante. Tanto a DPC quanto a ONDATEC precisam ser implantadas o quanto antes, utilizandose dos programas de incentivo disponíveis hoje no mercado como o Fundo Clima e o GEV, para que as dúvidas tecnológicas de performance industrial e das análises econômicas apresentadas no presente estudo sejam consolidadas. Entende-se que este caminho será o mais promissor na busca da melhor competividade da produção do ferro gusa a carvão vegetal no Brasil. Podendo atender não somente as grandes empresas, mas também a enorme cadeia de pequenos produtores espalhados pelo país. 6

7 1 - INTRODUÇÃO 1.1 Produção de Carvão Vegetal no Brasil A indústria siderúrgica brasileira, com destaque para as produtoras de ferro gusa, atua há mais de um século e, por várias décadas, o coque produzido do carvão mineral foi unânime como fonte termo redutora dos altos fornos. O carvão vegetal só começou a ser substituído em larga escala a partir de 1970, devido a fatores como incentivos governamentais para reflorestamento sustentável e forte aumento de custos de importação do coque e do carvão mineral. 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 25% e 35%, atendendo tanto as indústrias integradas como as produtoras independentes. Com uma produção média de 9,5 milhões de toneladas de ferro gusa anuais na última década e considerando um consumo específico médio dos altos fornos no mesmo período de 730 kg de carvão vegetal por tonelada de ferro gusa, tem-se uma necessidade de produção de 6,9 milhões de toneladas por ano do termo redutor, figura 1 (AMS, 2013). Figura 1 Evolução da produção de ferro gusa a carvão vegetal no Brasil Até o início da década passada a produção de carvão vegetal no Brasil era feita, predominantemente, em fornos circulares de alvenaria de pequeno porte denominados fornos de superfície, com capacidades de processamento de madeira que variam de 7 m 3 (fornos tipo Rabo Quente) a 70 m 3 (fornos Circulares de 7 metros de diâmetro) de volume sólido, ou de 4 a 40 toneladas de madeira (b.s.), figura 2. Figura 2 Fornos de alvenaria de pequeno porte para produção de carvão vegetal (Ibama, 1999) 7

8 O grande problema destes fornos é a alta dependência de mão de obra para operações manuais de carga de madeira e descarga do carvão. Com ciclo total de carbonização variando entre 7 dias (Rabo Quente) e 12 dias (Circular) e baixos rendimentos de conversão de madeira em carvão (de 24% a 29% de rendimento gravimétrico), estes fornos tem capacidade individual de produção que variam de 50 toneladas (Rabo Quente) a 350 toneladas (Circular) de carvão vegetal por ano. A partir de 1980 grandes empresas integradas de produção de ferro gusa, Vallourec (antes Mannesmann Florestal), ArcelorMittal (antes Acesita), Aperam (antes Belgo Mineira) e Gerdau iniciaram um processo de construção de grandes fornos retangulares de alvenaria com o objetivo de mecanizar ao máximo suas operações florestais, desde a colheita (Sistema Feller Buncher, Skider e Garra Traçadora), o enchimento dos fornos (feitos com grua) até a descarga do carvão (feito com pá carregadeira). Um dos grandes benefícios foi o de aumentar de forma significativa a produtividade destes equipamentos e melhorar as condições de trabalho dos operadores, figura 3. Figura 3 Fornos de alvenaria de grande porte para produção de carvão vegetal (RAAD, 2004) Na última década diversas empresas integradas de várias regiões do Brasil, com destaque para os estados de Minas Gerais, Mato Grosso do Sul e Maranhão, fizeram uma substituição em larga escala dos fornos circulares pequenos por grandes fornos retangulares. Com capacidades de processamento de madeira que variam de 150 m3 (FR190 - fornos retangulares de 13 metros de comprimento e 4 metros de largura) a 450 m3 (RAC700 - fornos retangulares de 26 metros de comprimento e 8 metros de largura) de volume sólido, ou de 80 a 250 toneladas de madeira (base seca). Com ciclo total de produção variando entre 13 dias (FR190) e 18 dias (RAC700), quando estão equipados com sistemas modernos de instrumentação e controle de temperatura e programas de gerenciamento do processo de carbonização, apresentam significativos ganhos de rendimento na conversão de madeira em carvão (de 32% a 35% de rendimento gravimétrico). Com isto, estes fornos podem atingir capacidades individuais de produção que variam de 750 (FR190) até 1800 (RAC700) toneladas de carvão vegetal por ano. 8

9 1.2 - Novas Tecnologias de Produção de Carvão Vegetal 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; 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. 9

10 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; Na Europa os fornos são equipados com sistemas e cogeração de energia térmica produzindo energia elétrica (via caldeira e turbina a vapor) e présecando 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 4 Retorta de Carbonização Contínua de Madeira (Pinheiro, 2009) 10

11 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 ferro gusa, com consequente fechamento desta unidade. Figura 5 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. 11

12 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. Figura 6 Processo de Carbonização da Madeira DPC em operação na ECOGRIL 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/t de carvão ano. Com ganho de escala em uma planta de 12 fornos com dupla caçamba, o que eleva para toneladas por ano, este valor cai para R$5,5 milhões, ou próximo de R$ 460/t; Com valor de investimento bem próximo dos fornos convencionais de alvenaria de grande porte, equipados com sistema de queima de gases (R$450/t.cv), apresenta custos operacionais menores que, somados ao melhor rendimento gravimétrico, tornam a tecnologia mais competitiva; Entretanto, o DPC perde no quesito de consolidação tecnológica no mercado, onde o forno Retangular já vem operando há mais de 20 anos; Com isto a empresa não tem conseguido fechar parcerias com a indústria siderúrgica que possibilitem validar estes benefícios e consequentemente 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. 12

13 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. Figura 7 Processo de Carbonização da Madeira via micro-ondas - ONDATEC 13

14 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. 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. 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. A atual dependência de fonte de energia externa para suprir os magnetrons geradores de micro-ondas eleva muito o custo unitário do carvão, variando entre R$200,00 a R$300,00 por tonelada de carvão dependendo da umidade de entrada da madeira. A falta de um mercado consumidor de bio-óleo provenientes da condensação das fumaças da pirólise (ácido pirolenhoso e alcatrão), que pudesse agregar valor a este produto como combustível tornando a planta competitiva em relação aos processos convencionais de produção de carvão em fornos de alvenaria. 14

15 2 DESENVOLVIMENTO Competitividade do Gusa a carvão vegetal 2.1 Estudo de custo-benefício - PREMISSAS O objetivo principal da presente nota técnica é demonstrar um estudo comparativo entre três tecnologias de carbonização quanto ao custo benefício de produção de carvão tendo por premissas os seguintes pontos: A - Quanto ao equipamento: Obter rendimento gravimétrico mínimo de 35% (madeira e carvão em base seca); Reduzir o máximo de emissões possíveis via queima dos gases de pirólise; Poder ser implantado em escala mínima de produção para atender tanto grandes empresas quanto pequenos produtores; A escala mínima de produção adotada foi de 1000 toneladas de carvão por mês (12000 toneladas por ano); B Quanto à matéria prima (floresta plantada) A produtividade do clone de eucalipto foi de 280 m 3 sólidos por hectare, com idade de 7 anos e massa específica de 500 kg/m 3 ; No estudo foi utilizado como dado de entrada a mesma quantidade de madeira em toneladas base seca para cada tecnologia estudada. Assim, para RG máximo de 40% e produção de carvão de t/ano, tem-se t/ano de madeira, correspondente a m 3 de volume sólido; Com tecnologia de adubação apropriada, foi considerado a produtividade do ciclo de 7 anos de 280 m 3 /ha para a condução da primeira rotação e de 252 m 3 /hapara a condução da segunda rotação; 15

16 Os custos totais de implantação da floresta incluindo plantio e manutenção será de R$ 4.300,00 por hectare ao final de 7 anos + R$ 1.800,00 de manutenção por hectare nos 7 anos da segunda rotação (rebrota) (base 2014 com valores ajustados do estudo de referência de Mota, 2013); Os custos da logística de colheita, desdobra e transporte calculado foi de R$28,00 por m 3 sólido colocado dentro da unidade de produção de carvão (Mota, 2013). C Quanto ao Processo de Carbonização As tecnologias deverão estar equipadas com sistema de gerenciamento e controle do processo de carbonização visando maximizar a eficiência de conversão da madeira em carvão vegetal; As tecnologias deverão ser capazes de queimar o máximo possível dos gases da carbonização visando reduzir significativamente as emissões tipo GEE em relação aos processos convencionais hoje em operação no Brasil; O carvão vegetal produzido deverá atender as especificações de qualidade exigida pelos altos fornos, visando otimizar o consumo específico no processo de produção do ferro gusa. Com um carvão mais homogêneo e de qualidade estável, estima-se uma redução mínima de 10% na relação: tonelada de carvão por tonelada de ferro gusa. Obedecendo-se as premissas definidas no presente item, três tecnologias foram avaliadas no presente estudo: Forno Retangular de Alvenaria com capacidade de processamento de m 3 de madeira sólida por ano; Forno da Tecnologia DPC com capacidade de processamento de m 3 de madeira sólida por ano; Forno da Tecnologia ONDATEC com capacidade de processamento de m 3 de madeira sólida por ano; 16

17 2.2 Composição de Custos da Matéria Prima Clone de Eucalipto Conforme definido no item 2.1 -b, para produção de m 3 de madeira por ano serão necessários 1500 hectares de floresta, com plantio de clone de eucalipto. O custo unitário do metro cúbico de madeira obtido no estudo foi de R$29,00, tabela 1: TABELA 1 Cálculo de Viabilidade de Investimento Floresta Floresta Eucalipto Clone Plantada Nome do Projeto MDIC m3/ano m3/ha kg/m3 ha /ano ha (7anos) Operação Padrão Operação Investimento Total KR$ Ano 0 Ano 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 Ano 8 Ano 9 Ano 10 Ano 11 Ano 12 Ano 13 Ano 14 Ano 15 Ano 16 Ano 17 Ano 18 Ano 19 Ano 20 Quant R$/unit Custo da Madeira R$/m para VPL = 0 Investimento - Parte Ativável Investimento - Parte não Ativável Total 29,0 Estudo CGEE para o MDIC Produção anual Área Plantada 14/05/2014 Fluxo de Desembolso e Entradas da Primeira Rotação Primeira Rotação Fluxo de Desembolso e Entradas da Segunda Rotação Aluguel da Terra ha Plantio ha Manutenção ano 1 ha Manutenção ano 2 ha Manutenção ano 3 ha Manutenção ano 4 ha Manutenção ano 5 ha Manutenção ano 6 ha Ganhos associados à tecnologia adotada Fluxo de Caixa antes das taxas Fator de Retorno anual do Investidor Desconto de Fluxo Desconto de Fluxo Acumulado Indicadores Financeiros Valor Presente Líquido Pay-back : R$ R$ % 1,000 0,893 0,797 0,712 0,636 0,567 0,507 0,452 0,404 0,361 0,322 0,287 0,257 0,205 0,183 0,163 0,146 0,130 0,116 0,104 0,093 R$ R$ (KR$) (tem que ser positivo) 20,0 (anos) (risco de investimento) 17

18 2.3 Composição de Custos da Logística Colheita e Transporte A tabela 2 apresenta a composição de investimento e custos operacionais para colheita, arraste, desdobra e transporte dos m 3 anuais de madeira, em um sistema 100% mecanizado. TABELA 2 TABELA DE INVESTIMENTOS - EQUIPAMENTO COLHEITA E TRANPORTE Parâmetro Unidade Processo Colheita Arraste Desdobra Transporte Produção (volume de madeira processada) Capacidade Produção Conjunto de Máquinas m3/ano m3/turno/ano unidades ESCAVADEIRA FELLER DIRECIONAL SKIDDER ESCAVADEIRA Investimento R$ SLASHER CAVALO MECÂNICO BITREM + IMPLEMENTOS GUINDASTE/GRUAS TOTAL TABELA DE CUSTOS Parâmetro Unidade Processo Colheita Arraste Desdobra Transporte Fixos Variáveis MDO (salários + encargos + alimentação e transporte) R$/ano Infraestrutura (overhead) R$/ano Insumos (combustível + lubrificantes) R$/m3 1,98 1,81 2,08 1,50 Manutenção 0,60 0,56 0,73 0,28 Custo Operacional - OPEX Total R$/m3 4,47 4,19 4,68 4,95 18

19 A tabela 3 apresenta os resultados do custo unitário para a colheita e transporte mecanizado do projeto em estudo, igual a R$27,60/m 3 : TABELA 3 Cálculo de Viabilidade de Investimento Logística 100% Mecanizada Nome do Projeto MDIC Produção Logísitca m 3 /ano Estudo CGEE para o MDIC 13/05/2014 Investimento Total KR$ Ano 0 Ano 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 Ano 8 Ano 9 Ano 10 Investimento - Parte Ativável Investimento - Parte não Ativável Mercado Custo Colheita e Transporte com VPL = 0 Total Quant R$/unit R$/m , Operação - Custos - colheita m 3 /ano , arraste m 3 /ano , desdobra m 3 /ano , transporte m 3 /ano , Total 18,28 Ganhos adicionais 0% Ganhos associados à tecnologia adotada Fluxo de Caixa antes das taxas Fator de Retorno anual do Investidor Desconto de Fluxo Desconto de Fluxo Acumulado R$ R$ % 1,000 0,893 0,797 0,712 0,636 0,567 0,507 0,452 0,404 0,361 0,322 R$ R$ Indicadores Financeiros Valor Presente Líquido Pay-back : 0 (KR$) (tem que ser positivo) 10,000 (anos) (risco de investimento) 19

20 2.4 Composição de Custos Totais de Carbonização da Madeira A tabela 4 apresenta a os quantitativos e caracterização da matéria prima e do carvão vegetal, gases condensáveis e não condensáveis para as três tecnologias em estudo: TABELA 4 Poder Calorífico TABELA DE PREMISSAS DA MATÉRIA PRIMA E PRODUTOS Parâmetro Massa de Madeira (bs) Densidade madeira (bs) Volume de Madeira Energia Térmica Disponível por tonelada de madeira pirolisada Energia para Produção do Carvão Vegetal Unidade Tipo de Forno Retangular DPC ONDATEC t/ano kg/m m Madeira MWh/t 5,6 5,6 5,6 Condensáveis MWh/t 6,0 6,0 6,0 Gases NC MWh/t 1,6 1,6 1,6 Carvão Vegetal MWh/t 7,50 7,31 7,31 Condensáveis MWh 2,58 2,28 2,28 Gases NC MWh 0,35 0,35 0,35 Carvão Vegetal MWh 2,62 2,92 2,92 Secagem MWh/t CV 1,11 0,74 0,74 Carbonização MWh/t CV 0,48 0,42 1,00 A tabela 5 apresenta a composição de mão de obra e respectivos custos para as três tecnologias avaliadas: TABELA 5 Função Salário Mensal Encargos (65,2%) Benefícios (Alimentação, Transporte e P.Saúde) Custo Unitário Retangular Forno DPC Forno ONDATEC Quant Valor R$ Quant Valor R$ Quant Valor R$ Gerência Supervisor de Operação Operador de Carbonização II Operador de Carbonização I Operador de Máquina Técnico de Manutenção Técnico Administrativo Custo Mensal da MDO da Fase de Carbonização Total

21 A tabela 6 apresenta a composição de investimento e custos operacionais para carbonização das respectivas tecnologias avaliadas: TABELA 6 Capacidade Produção Quantidade de Fornos Investimento Rendimento Gravimétrico Energia Disponível para Cogeração TABELA DE PREMISSAS - EQUIPAMENTO CARBONIZAÇÃO Parâmetro Produção de Carvão Formação de Condensáveis Formação de Gases NC Recuperação de Condensáveis Energia Elétrica Consumida pelo Equipamento Unidade Tipo de Forno Retangular DPC ONDATEC t/forno/ano unidades Forno R$/forno Infraestrutura Queimador/Secador R$/UPC Condensador Turbogerador Carvão Vegetal % Condensáveis % Gases NC % t/ano t/ano t/ano % t/ano Térmica MWh/ano Elétrica MWh/ano não aplicável não aplicável MWh/ano TABELA DE CUSTOS Fase de Produção Unidade Custo/Unidade Tipo de Forno Retangular DPC ONDATEC Madeira 28, Colheita R$/m3 20, Transporte 7, MDO Custo Fixo R$ Manutenção 3% Investimento Carbonização Energia R$250/MWh Insumo 5% custo fixo Overhead 8% custo fixo Custo Operacional - OPEX Total R$/t CV

22 2.4.1 Composição de Custos Totais de Carbonização da Madeira TECNOLOGIA FORNOS RETANGULARES COM QUEIMA DE GASES TABELA 7 - Resultados do custo unitário para a fase de carbonização da madeira em Fornos Retangulares de Alvenaria: Cálculo de Viabilidade de Investimento Forno Tipo Fornos Retangulares Estudo CGEE para o MDIC 13/05/2014 Nome do Projeto MDIC t/ano Investimento Total KR$ Ano 0 Ano 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 Ano 8 Ano 9 Ano Investimento - Parte Ativável Investimento - Parte não Ativável Outros - Reconstrução Parcial de Fornos Total Quant R$/unit Mercado Custo Carvão R$/ton na UPC Frete até a Usina R$/ton para VPL = 0 Total 625 na USINA Operação - Custos - madeira em pé m colheita m transporte m carbonização vb frete até a usina t Total 547 Ganhos adicionais 0% - venda bioóleo R$/t ,5% - crédito carbono R$/t , Ganhos associados à tecnologia adotada R$ Fluxo de Caixa antes das taxas R$ Fator de Retorno anual do Investidor 12% 1,000 0,893 0,797 0,712 0,636 0,567 0,507 0,452 0,404 0,361 0,322 Desconto de Fluxo Desconto de Fluxo Acumulado R$ R$ Indicadores Financeiros Valor Presente Líquido Pay-back : 0 (KR$) (tem que ser positivo) 10,000 (anos) (risco de investimento) 22

23 2.4.2 Composição de Custos Totais da Carbonização da Madeira TECNOLOGIA FORNOS DPC TABELA 8 - Resultados do custo unitário para a fase de carbonização da madeira em Fornos DPC: Cálculo de Viabilidade de Investimento Forno Tipo Fornos DPC Estudo CGEE para o MDIC 13/05/2014 Nome do Projeto MDIC t/ano Investimento Total KR$ Ano 0 Ano 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 Ano 8 Ano 9 Ano 10 Investimento - Parte Ativável Investimento - Parte não Ativável Outros - Reconstrução Parcial de Fornos Total Quant R$/unit Mercado Operação - Custos Custo Carvão R$/ton na UPC Frete até a Usina R$/ton para VPL = 0 Total 514 na USINA - madeira em pé m colheita m transporte m carbonização vb frete até a usina t Total 493 Ganhos adicionais 0% - venda bioóleo R$/t ,5% - crédito carbono R$/t , Ganhos associados à tecnologia adotada R$ Fluxo de Caixa antes das taxas R$ Fator de Retorno anual do Investidor 12% 1,000 0,893 0,797 0,712 0,636 0,567 0,507 0,452 0,404 0,361 0,322 Desconto de Fluxo Desconto de Fluxo Acumulado R$ R$ Indicadores Financeiros Valor Presente Líquido Pay-back : 0 (KR$) (tem que ser positivo) 10,000 (anos) (risco de investimento) 23

24 2.4.3 Composição de Custos Totais da Carbonização da Madeira TECNOLOGIA FORNOS ONDATEC TABELA 9 - Resultados do custo unitário para a fase de carbonização da madeira em Fornos ONDATEC: Cálculo de Viabilidade de Investimento Nome do Projeto Forno Tipo MDIC Fornos ONDATEC t/ano Estudo CGEE para o MDIC 13/05/2014 Investimento Total KR$ Ano 0 Ano 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 Ano 8 Ano 9 Ano Investimento - Parte Ativável Investimento - Parte não Ativável Outros - Reconstrução Parcial de Fornos Total Quant R$/unit Mercado Custo Carvão R$/ton na UPC Frete até a Usina R$/ton para VPL = 0 Total 485 na USINA Operação - Custos - madeira em pé m colheita m transporte m carbonização vb frete até a usina t Total 472 Ganhos adicionais 0% - venda bioóleo R$/t ,5% - crédito carbono R$/t , Ganhos associados à tecnologia adotada R$ Fluxo de Caixa antes das taxas R$ Fator de Retorno anual do Investidor 12% 1,000 0,893 0,797 0,712 0,636 0,567 0,507 0,452 0,404 0,361 0,322 Desconto de Fluxo Desconto de Fluxo Acumulado R$ R$ Indicadores Financeiros Valor Presente Líquido Pay-back : 0 (KR$) (tem que ser positivo) 10,000 (anos) (risco de investimento) 24

25 2.5 Análise qualitativa entre as três tecnologias estudadas TABELA 10 Otimo 3 Bom 2 Regular 1 Ruim 0 Descrição Fornos de Alvenaria Retangulares Tecnologia DPC Tecnologia ONDATEC distribuição gasosa ineficiente Homogeneidade do Carvão Vegetal (carbono fixo de combustão interna com altos gradientes de temperatura 75% + desvio padrão) geometria retangular com presença de zonas frias durante todo processo. Durante o resfriamento ainda existem zonas em carbonização Resistência Mecânica (taxa de geração de finos) secagem a altas temperaturas com rompimento das fibras da madeira combustão interna com altos gradientes de temperatura 0 distribuição gasosa eficiente 3 distribuição energética eficiente 3 0 combustão externa com zonas de temperaturas estáveis e de fácil controle 2 energia externa de alta estabilidade e controle 3 0 fases distintas de secagem, carbonização e resfriamento por forno 3 fases distintas de secagem, carbonização e resfriamento por forno 3 1 Secagem com atmosfera composta de vapor e gas quente reduzindose fraturas das fibras da madeira 3 se fraturas das fibras da madeira Secagem com atmosfera composta de vapor e gas quente reduzindo- 3 0 combustão externa com carbonização ocorrendo sob temperatura Secagem e Carbonização ocorrendo de dentro para fora da peça de controlada e madeira torreificada (umidade desprezível) 2 madeira com alta preservação estrutural 2 Rendimento Gravimétrico Líquido maior queima de madeira para secagem devido à umidade da madeira (>25% db) queima do carvão devido à presença de vazamentos devido à trincas da alvenaria 1 Sem queima de madeira independente da umidade devido à Sem queima de madeira independente da umidade devido à utilização de energia com queima dos gases 3 utilização de energia externa 3 1 sem queima de carvão devido à elevada estanqueidade do processo sem queima de carvão devido à elevada estanqueidade do processo podendo chegar a rendimentos gravimétricos obtidos em laboratório 3 podendo chegar a rendimentos gravimétricos de laboratório 3 Com queimador de gases apresenta forte dependência de sincronismo 0 Produção com forte dependência de sincronismo 1 Produção contínua totalmente independente de sincronismo 3 Produtividade dos fornos (disponibilidade mecânica x produção) Carbonização lenta devido à geometria do forno e distribuição ineficiente dos gases Resfriamento lento devido à composição dos tijolos do forno mas que pode ser melhorada com implantação de trocadores de calor Manutenção de baixo custo Sem dependência externa de energia 1 Carbonização rápida devido à boa distribuição dos gases, perfil de Carbonização rápida devido à boa distribuição energética fornecida temperaturas estáveis e matéria prima totalmente seca 3 pelas microondas 3 1 Alta produtividade em relação ao fornos convencionais, porém Alta produtividade em relação ao fornos convencionais principalmente gargalo do processo DPC em relação ao sincronismo 1 pelo efeito de carbonização de dentro para fora das peças de madeira 3 3 Manutenção de nível alto comparado com fornos de alvenaria devido Manutenção de baixo custo, com foco principal nos magnetrons com aos equipamentos dinâmicos (ventiladores) e sujeito à corrosão 0 fácil reposição de peças 3 3 Média dependência externa de energia 2 Alta dependência de energia externa 0 Pontuação Máxima 36 PONTUAÇÃO TOTAL Performance Relativa 31% 72% 89% 25

26 3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A tabela 11 apresenta um resumo dos custos totais para carbonização de m 3 anuais de madeira para as três tecnologias estudadas; TABELA 11 Custos Finais do Carvão Unidade Retangular DPC ONDATEC Custo do Carvão na UPC R$ /t cv Custo do Carvão na USINA R$ /t cv Receitas Adicionais Unidade Retangular DPC ONDATEC Venda de Bio-óleo R$ milhões/ano 0 0,384 1,469 Crédito de Carbono R$ milhões/ano 0,223 0,340 0,340 Produção de Carvão t/ano Venda de Bio-óleo R$ /t cv Crédito de Carbono R$ /t cv TOTAL R$ /t cv Custo UPC cheio sem as Receitas Adicionais % das Receitas Adicionais sobre custo cheio % 12% 27% O preço do carvão vegetal proveniente de florestas plantadas comercializado em diversas regiões do Brasil atingiu um patamar de R$600,00/t colocado na Usina Siderúrgica. Isto significa dizer que a tecnologia de forno Retangular dotada de queimador e secador para produção de t/ano não se mostra economicamente viável pois o custo final já supera o preço de venda. A solução dos fornos Retangulares se mostrou inviável principalmente pela baixa escala de produção utilizada para atender no presente momento à solução de redução das emissões do ponto de vista técnico-econômicoambiental pelos pequenos produtores de carvão vegetal. Este solução poderá se tornar viável caso aplicada em fazendas com grandes produções, cujo os custos fixos operacionais possam ser diluídos. Para a tecnologia DPC, tem-se um lucro antes dos impostos de R$86,00/t. Para uma produção de carvão de toneladas, significa um ganho de R$ 1,02 milhões anuais. Para a tecnologia ONDATEC, tem-se um lucro de R$ 115,00/t, ou R$ 1,38 milhões anuais. 26

27 O conceito principal no presente estudo visou atender aos pequenos produtores de madeira que juntos em uma cooperativa florestal pudesse produzir o carvão de forma ambientalmente correta. No caso presente 1500 hectares são necessários. Pensando em 150 hectares a disponibilidade média de área para plantio, teríamos um grupo de 10 cooperados com lucros médios anuais de R$ (DPC) a R$ (ONDATEC) por participante. A melhor atratividade da tecnologia ONDATEC, tanto do ponto de vista qualitativo quanto do quantitativo, implica também em um maior risco de atingimento dos ganhos, uma vez que ela é mais dependente de receitas adicionais que deverão ser comercializadas no mercado como o bio-óleo (provenientes das fumaças condensáveis da pirólise) e os créditos de carbono, tendo um peso relativo de 27% contra 12% da tecnologia DPC. Tanto a DPC quanto a ONDATEC precisam ser implantadas o quanto antes, utilizando-se dos programas de incentivo disponíveis hoje no mercado como o Fundo Clima e o GEV, para que as dúvidas tecnológicas de performance industrial e das análises econômicas apresentadas no presente estudo sejam consolidadas. Entende-se que este caminho será o mais promissor na busca da melhor competividade da produção do ferro gusa a carvão vegetal no Brasil. Podendo atender não somente as grandes empresas, mas também a enorme cadeia de pequenos produtores espalhados pelo país. Com o ganho de qualidade do carvão vegetal, conforme demonstrado pela análise qualitativa das tecnologias estudadas (item 2.5), estima-se uma redução de no mínimo 10% no consumo específico dos altos fornos. Como o carvão responde por 40% do custo do ferro gusa, este é também um fator determinante para a melhoria da competitividade. As inovações estão prontas e amadurecidas para passarem da fase de desenvolvimento para a fase de escala industrial. E isto só depende hoje do esforço conjunto entre governo, empresas âncora produtoras de carvão vegetal e da mobilização para a formação das cooperativas de fazendeiros florestais que poderão ser fortalecidas pela iniciativa de diversas instituições do setor como AMS, ASIFLOR, IBS, ABRAF, entre outras. 27

28 4 - REFERÊNCIAS AMS, Anuário Estatístico, Junho de DPC, Site Empresa DPC Thermal Processing. MOTA, F. C. M., Análise da Cadeia de Produção do Carvão Vegetal oriundo de Eucalyptus sp. no Brasil. Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-Graduação em Ciências Florestais da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, Março, ONDATEC, Site Empresa ONDATEC. 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,