ESTUDO 61: INDÚSTRIA DE CIMENTO

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1 ESTUDO 61: INDÚSTRIA DE CIMENTO Pesquisador WillIiam Wills Coordenador Emílio Lébre La Rovere

2 SIGLAS ABCP BNDES CADE CBIC CCS CO 2 CSI DNPM EC EPA EPE UE FAKS GEEs INMETRO MCT NO x SNRC SNIC SO 2 SRC UTE WBCSD Associação Brasileira de Cimento Portland Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social Conselho Administrativo de Defesa Econômico Câmara Brasileira da Indústria da Construção Captura e Armazenagem de Carbono Dióxido de Carbono The Cement Sustainability Initiative Departamento Nacional de Produção Mineral European Commission United States Environmental Protection Agency Empresa de Pesquisa Energética União Européia Sistema avançado de forno de cimento com leito fluidizado Gases de efeito estufa Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial Ministério da Ciência e Tecnologia Óxidos de nitrogênio Redução Não Catalítica Seletiva Sindicato das Indústrias de Cimento Dióxido de enxofre Redução Catalítica Seletiva Usina Termelétrica World Business Council for Sustainable Development

3 INTRODUÇÃO A utilização do cimento tem sido considerada desde o início do século XX a solução econômica e em grande escala tanto para o problema da moradia humana, como para a construção das grandes obras da engenharia moderna. Por sua matéria prima ser abundante e barata, grandes e pequenas obras realizadas em todo o mundo utilizam o cimento. Embora a indústria de cimento tenha um grande papel na construção das cidades e da civilização atual em geral, ela gera diversos impactos ambientais e sociais, com conflitos tanto no entorno de suas áreas de fabricação como em outras localidades que tenham relação com a sua produção. Conflitos com comunidades próximas a plantas de fabricação também não são raros. Quase todas as fases de produção de cimento geram impactos ao meio ambiente, e embora o setor esteja se aprimorando com o uso de técnicas e equipamentos mais modernos, ainda há registros de danos gerados pelas fábricas em algumas regiões. Somente a partir década de 70 do século XX as questões ambientais ganharam maior projeção, e fazem parte das preocupações de governos e sociedade, e desde então, o meio industrial vem percebendo a necessidade de controlar suas emissões de poluentes para o meio ambiente. Infelizmente, até a década de 90 do mesmo século, a principal busca era a de mitigar ou remediar os impactos sem preveni-los ou evitá-los. Foi quando então se percebeu que a tentativa de controle da poluição deveria ser aplicada a todo o processo produtivo, reduzindo-se assim perdas resultantes de ineficiências de uma produção mal planejada. É nessa perspectiva que se insere a Ecologia Industrial, que busca diminuir as entradas e saídas de recursos naturais e rejeitos, minimizando os desperdícios e otimizando o processo produtivo como um todo por meio de fechamento de ciclos. O reaproveitamento, reutilização e reciclagem são práticas aplicáveis ao processo produtivo do cimento, que é propício ao fechamento de ciclos e à integração com outros tipos de fábricas e processos produtivos, abrindo um grande leque de opções para tornar esse setor menos impactante ao meio ambiente. Entretanto, os impactos gerados pelo setor não se resumem à dimensão ambiental. Algumas das vezes o processo produtivo do cimento gera também conflitos sociais, atingindo tanto

4 os trabalhadores das fábricas quanto os habitantes de seu entorno (Maury de Carvalho, 2008). Este estudo tem como objetivo descrever o processo produtivo do cimento, desde a extração de matérias-primas, passando pela clinquerização, e chegando à produção final, e identificar seus principais impactos ambientais e sociais. Estes itens comporão a Parte 1 do estudo. A proposição de conceitos da que pertencem à Ecologia Industrial também faz parte desse estudo, que apresenta, na Parte 2, as melhores práticas nacionais e internacionais para a solução de tais impactos. Dentre outros aspectos que serão abordados nesse estudo, podem-se citar as falhas de mercado, a estrutura de financiamento do setor. Na Parte 3 serão apresentadas as principais tendências e desafios do setor, a fim de tornar essa indústria mais sustentável sem perder a sua competitividade. Para que se tenha sucesso por essa busca de uma sustentabilidade do setor, é necessário uma conscientização por parte de todos os agentes, incluindo governos, órgãos financiadores e os grupos produtores no sentido de incentivar uma produção mais limpa e eficiente, que gere menos impactos ambientais e sociais. Somente dessa forma é possível construir uma nova realidade para a indústria do cimento, com processos produtivos mais sustentáveis, que podem contribuir também para a solução de problemas de rejeitos de processos de outras indústrias.

5 PARTE 1 DIAGNÓSTICO SOCIOECONÔMICO E AMBIENTAL Diagnóstico Socioeconômico e Ambiental Descrição do Setor O cimento começou a ser produzido no Brasil em escala industrial a partir de Na década de 70, a produção cresceu intensamente, com uma elevação do patamar de 9,8 milhões de toneladas por ano para 27,2 milhões de toneladas no início dos anos 80, período em que a recessão da economia nacional provocou queda no consumo. Ao longo dos anos 90, houve uma retomada no crescimento do consumo, o que provocou grande aumento de produção. A produtividade alcançada no período de estagnação foi extremamente eficaz para a obtenção dos resultados nessa fase. O ano de 1999 foi excepcional, chegando a 40,2 milhões de toneladas de cimento devido, especialmente, à estabilização econômica provocada pelo Plano Real. Entre os anos 2000 e 2003 a produção sofreu queda, resultante das sucessivas crises mundiais e conseqüente instabilidade econômica. Desde 2004, o consumo se estabilizou, indicando o início de uma retomada que culminou, em 2006, com o consumo voltando ao patamar de 40 milhões de toneladas, reflexo da expansão das construções imobiliárias ocorrida em todas as regiões do país, tanto nas capitais quanto no interior. Na figura 1.1, a seguir é apresentada a produção de cimento no Brasil entre 1970 e Figura 1.1 Produção Anual de Cimento no Brasil entre 1970 e 2008 (10 6 ton). Fonte: SNIC, 2009

6 Na figura 1.1 pode-se observar a recente recuperação a partir de 2004, e um intenso crescimento nos últimos anos. A produção de cimento em 2008 bateu todos os recordes. Na figura 1.2, a seguir, vemos o mesmo gráfico, porém mais detalhado, com a produção mensal. Figura Produção mensal de Cimento (mil ton). Fonte: A figura 1.2 deixa claro que a produção de cimento não se dá de maneira constante ao longo do ano. Também podemos observar nessa figura os efeitos da recente crise mundial. Apesar de manter trajetória de alta, no começo de 2009 a produção teve uma queda, significativa, porém já mostrando sinais de recuperação no inicio de 2010, em parte devido aos incentivos fiscais, como a redução de IPI para produtos da construção civil. Apesar da grande crise mundial iniciada em 2008, o Brasil apresentou consumo recorde de cimento superando a marca de 51 milhões de toneladas, colocando o país como o 5º maior consumidor mundial do produto. Ao analisarmos o consumo per capita, porém, vemos que o Brasil ainda se encontra em um estágio inferior a outros países desenvolvidos, estando à frente somente da média dos países africanos, como pode ser observado na figura 1.3, a seguir.

7 Figura 1.3 Consumo per capita de cimento (kg/hab). Fonte: SNIC, 2008 O Brasil lidera tanto a produção quanto o consumo na América Latina, sendo responsável por 1,6% do consumo mundial. Se a produção da China fosse excluída, a participação do Brasil alcançaria 3% do mercado mundial. O País está entre os 10 maiores produtores e consumidores mundiais de cimento (SNIC, 2009). No ano de 2007, as exportações haviam crescido 19%, atingindo 1,2 milhões de toneladas, representando 2,7% da venda total de cimento. Em 2008, esta tendência não se manteve, e devido ao aquecimento no mercado brasileiro, a produção foi totalmente direcionada para consumo interno. Dessa forma, as exportações caíram para 512 mil toneladas, como pode ser visto na figura 1.4, a seguir. Figura 1.4 Evolução da Exportação de Cimento (mil ton). Fonte: SNIC, 2009

8 Para suprir o aumento de demanda, em 2008, que apresentou consumo recorde de 51,8 milhões de toneladas (crescimento de 14,4% sobre 2007), as exportações cairam 58%. Atualmente, operam no Brasil 68 fábricas, pertencentes a 10 grupos industriais nacionais e estrangeiros, com capacidade instalada da ordem de 63 milhões t/ano, suficiente para atender à demanda interna. A tabela 1.1, a seguir, apresenta os números da produção e da participação dos 9 principais grupos cimenteiros do país. Tabela 1.1 Produção e participação dos maiores grupos cimenteiros (10 3 ton). Empresa (10 3 ton) % variação (10 3 ton) % variação Votorantin , ,7 João Santos , ,5 CIMPOR , ,0 Camargo Corrêa ,0 Holcim , ,7 Lafarge , ,7 Ciplan , ,6 Itambé 939 2, ,4 Outros , ,3 Total Fonte: SNIC, 2009 Algumas características específicas da produção do cimento tornam sua logística bastante complexa: trata-se de produto consumido durante o ano inteiro, sem interrupções; deve estar presente em todas as regiões do País, pois é imprescindível em quase todos os tipos de obras; dois terços são distribuídos através da cadeia da revenda; apresenta baixa relação preço/peso; requerer estocagem em condições especiais, pois é perecível e em prazos limitados a poucos dias. Por todos esses motivos, o peso da logística do cimento é maior do que em diversos outros segmentos de bens de consumo. Dessa forma, a localização das fábricas deve se dar a distâncias relativamente pequenas de seu mercado alvo. O modal de transporte mais utilizado pela indústria é o rodoviário, com 94% do total de cimento transportado, o que, também, contribui para o já citado elevado peso da logística no setor. A figura 1.5, a seguir, mostra a localização das principais fábricas de cimento no Brasil.

9 Figura 1.5 Localização das fábricas de cimento no Brasil. Fonte: SNIC, 2009 O raio de distribuição do cimento atinge em média 300 a 500 quilômetros nas regiões Sul/Sudeste, e pode chegar a mais de 1000 quilômetros no Norte/Nordeste. Na região Norte existe a necessidade do uso do modal hidroviário devido às características da região. O sistema ferroviário, apesar de ter adquirido mais qualidade com as privatizações, ainda tem pouquíssima utilização para o transporte de cimento, em parte devido à disputas com outros produtos. Os principais concorrentes no transporte do cimento são o aço, os minérios e os produtos agrícolas. Estes últimos são sazonais, mas a concorrência é direta ao longo do ano. Geração de empregos na indústria do cimento Para analisar o número e qualidade dos empregos no setor de cimento, foi utilizada a base de dados RAIS (Relação Anual de Informações Sociais). O RAIS, com abrangência de 90% do setor organizado da economia, têm informações prestadas pelas empresas formalmente ao Ministério do Trabalho e do Emprego. As limitações principais são erros e omissões no preenchimento dos questionários, mais comuns em pequenos municípios e em alguns setores específicos (agrícola, construção civil, gerenciamento público). Também, pela estrutura dos questionários, não são incluídos

10 no setor usuário os terceirizados, nem os empregos indiretos. Na avaliação de rendimentos, o 13º salário não é incluído. Por esses motivos, valores de emprego e renda apresentados pelas companhias do setor podem conflitar com os dados apresentados nesta parte do estudo. Entretanto, cabe ressaltar que os dados oficiais do setor são estes apresentados nesta seção. Segundo a base RAIS, um total de pessoas trabalhavam na indústria do cimento no ano de 2008, sendo o estado de Minas Gerais o maior produtor do país (cerca de 12,5 milhões de toneladas) e maior gerador de empregos (3.185 empregados), conforme figura 1.6, a seguir. Figura 1.6 Distribuição dos empregos da indústria de cimento no Brasil. Fonte: RAIS, A figura 1.7, a seguir, apresenta o percentual de trabalhadores da indústria do cimento por faixa de rendimento médio. Cerca de 62% dos empregados dessa indústria recebem até 5 salários mínimos, enquanto 25% deles receberam entre 5 e 10 salários mínimos. Na faixa de rendimentos acima de 10 salários mínimos se encontram 13% dos trabalhadores do setor.

11 Figura 1.7 Percentual de trabalhadores da indústria do cimento por faixa de renda. Fonte: Elaboração própria, a partir de RAIS, Ainda segundo os dados de 2008 da base RAIS, 68% dos trabalhadores da indústria de cimento possuem o ensino médio concluído, enquanto 11% possui apenas o ensino fundamental e quase 21% possuem o ensino superior. O percentual de trabalhadores do sexo masculino é de 90% do total (RAIS, 2008). a. A Produção de Cimento Há hoje basicamente três principais métodos utilizados para a fabricação de cimento: o processo seco (via seca) e o processo úmido (via úmida), há ainda um terceiro, por via semi-seca. Em todos os métodos, os materiais são extraídos das minas e britados de forma mais ou menos parecidas, a maior diferença é no processo de moagem, mistura e queima. A partir desses dois métodos produz-se clínquer e o cimento obtido no final do processo é idêntico nos dois casos. No processo via úmida a mistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de água, entra no forno rotativo sob a forma de uma pasta de lama. Já no processo via seca, a mistura é moída totalmente seca e alimenta o forno em forma de pó. Para secar a mistura no moinho aproveita-se os gases quentes do forno ou de gerador de calor. O processo via úmida foi o originalmente utilizado para o inicio da fabricação industrial de cimento, pois é bem mais simples na sua operação e não necessita de sistemas avançados de filtragem de material particulado. Já o processo seco tem a vantagem determinante de economizar combustível já que não tem água para evaporar no forno, o que reduz custos e diminui a emissão de poluentes. O forno de um processo por via seca é mais curto que um forno por via úmida, porém suas instalações de moagem e do forno são muito mais complexas. A homogeneização é mais difícil e as instalações requerem equipamento de filtragem de material particulado muito mais complexos. O processo tecnológico de fabricação de cimento implantado na maioria das cimenteiras instaladas no Brasil é o processo via seca, que será detalhado mais a frente (SANTI, 2003).

12 Principais Etapas do Processo Produtivo Via Seca Duas grandes atividades constituem o processo de fabricação de cimento: a mineração de calcário (frentes de lavra) e a fabricação de cimento (indústria de transformação). Estas duas atividades estão interligadas fisicamente por correias transportadoras ou vagonetes teleféricas, que levam o minério britado até a planta industrial. A grande proximidade das plantas de fabricação às áreas de mineração é uma forte característica do processo de produção do cimento (Santi, 2003). A fabricação do cimento demanda os seguintes insumos de base-mineral: calcário, argila e gipsita (gesso), recursos minerais que são considerados relativamente abundantes na crosta terrestre. O calcário apresenta a maior participação proporcional na combinação de substâncias exigidas para a produção de cimento, calculando-se uma relação da ordem de 1,4t de rochas calcíticas para cada tonelada de cimento produzida. A figura 1.8, a seguir, apresenta a participação de cada uma dessas matérias primas na composição final do cimento. Figura 1.8 Participação das matérias primas na composição do cimento. Fonte: SNIC, 2009, apud DNPM, 2009 A produção de cimento, como já mencionado anteriormente, exige elevados investimentos em equipamentos pesados, tornando a atividade bastante intensiva em capital. Na figura 1.9, a seguir, são apresentadas as principais etapas de fabricação do cimento, desde a fase de mineração até o transporte final. Essas etapas serão descritas a seguir, a partir de WBCSD (2009).

13 Figura 1.9 Principais etapas do processo de fabricação do cimento. Fonte: Adaptado de WBCSD, 2009a. Etapa 1 Mineração: Depósitos naturais de calcário fornecem o carbonato de cálcio (CACO 3 ), extraídos de minas a céu aberto, localizadas quase sempre bem próximas às plantas de fabricação. Pequenas quantidades de minério de ferro, bauxita, argila, xisto ou areia podem ser necessárias para prover óxido de ferro (Fe 2 O 3 ), trióxido de alumínio (Al 2 O 3 ), e sílica (SiO 2 ) para adaptar a composição química do mix de matérias primas aos requisitos do processo e do produto. Etapa 2 Britagem: As matérias primas são então encaminhadas aos trituradores primários e secundários, de onde saem em pedaços de cerca de 10 cm. Essa granulometria é adequada à sua alimentação nos moinhos de matérias primas da planta de fabricação de cimento. Etapa 3 Pré-homogeneização: A qualidade do produto e a estabilidade do processo de produção requerem materiais quimicamente homogêneos. A préhomogeneização é o processo que mantém a mistura de matérias primas na sua composição química adequada. Os pedaços triturados são então moídos novamente em conjunto para produzir a farinha crua.

14 Etapa 4 Pré-aquecimento: Quase todos os fornos de cimento hoje em funcionamento contam com torres de pré-aquecimento, que são responsáveis por remover a umidade ainda restante no material (inferior a 1%) e por iniciar a descarbonatação do calcário. Os fornos de maior capacidade e mais modernos contam com torres maiores capazes de completar quase totalmente o processo de descarbonatação. Quanto mais eficaz o pré-aquecimento, mais curtos são fornos. Os pré-aquecedores mais utilizados são torres de ciclones, que são equipamentos capazes de retirar partículas sólidas de uma corrente de gases. Dispostos em elevadas estruturas, que freqüentemente ultrapassam 100 metros de altura, diversos separadores ciclônicos são interligados entre si através de dutos de imersão utilizados para troca térmica que ocorre entre a farinha alimentada e gases quentes provenientes do forno. Através da seqüência de ciclones fluem os gases quentes provenientes do forno, em contracorrente com a matéria prima. À medida que esta se mistura com o fluxo de gases, ocorre transferência de calor e transferência de massa. Nos primeiros trechos do processo, elimina-se a umidade superficial, enquanto a temperatura permanece próxima à temperatura de ebulição da água. A partir deste ponto, o material sólido contendo apenas umidade intergranular passa a ser aquecido gradativamente. No fim do processo, o material atinge de 700 C a 1000 C, suficiente para a água esteja eliminada e para se iniciarem decomposições químicas da matériaprima. Para uma maior produção e redução de custos, é adicionado mais um estágio no pré-aquecedor conhecido como calcinador. Ele é responsável por 60% a 95% da calcinação da farinha crua nos fornos rotativos para cimento, baixando a carga térmica na zona de queima e aumentando da vida útil do revestimento refratário. Etapa 5 Pré-calcinação: A calcinação é a decomposição de calcário em óxido de cálcio. Parte da reação acontece no pré-calcinador. Aqui, a decomposição química do calcário emite entre 60 a 65% das emissões de GEEs totais. O restante das emissões é gerado pela queima de combustíveis. Etapa 6 - Produção de Clínquer: O clínquer é o principal componente do cimento Portland, sendo a fonte de Silicato tricálcico (CaO) 3 SiO 2 e Silicato dicálcico (CaO) 2 SiO 2. Estes compostos tem uma forte característica de ligante hidráulico e estão diretamente relacionados com a resistência mecânica do material após a hidratação. A produção do clínquer é a parte central do processo de fabricação de cimento, sendo a etapa mais complexa e crítica em termos de qualidade e custo. No início do processo de fabricação do clínquer, a

15 farinha pré-calcinada é levada ao forno rotativo. Parte das reações de descarbonatação e a formação de silicatos de cálcio e aluminatos de cálcio ocorrem no interior desse forno. Os fornos rotativos consistem em cilindros horizontais de até 160 metros de comprimento. Um pequeno ângulo de inclinação combinado ao lento movimento de rotação (entre 0,5 e 5,0 rpm) permite que o material percorra o cilindro a medida que desliza pelas paredes. Internamente, há um revestimento de material refratário que protege a carcaça do forno das altas temperaturas e conservam o calor em seu interior. A matéria prima permanece no forno por aproximadamente 4 horas e atinge temperaturas de até C (uma menor temperatura produz cal e maior temperatura apenas aumenta o consumo energético). Essa elevada temperatura causa reações químicas e físicas, tornando a mistura incandescente e pastosa, e transformando a farinha em clínquer. A capacidade de produção de um forno médio é a toneladas por dia (próximo à média brasileira), já os maiores fornos do mundo produzem até toneladas por dia. Etapa 7 Resfriamento e armazenagem: Hoje em dia emprega-se dois principais tipos de resfriadores. Os fornos mais antigos ainda em operação utilizam resfriadores satélites, que são cilindros menores solidários ao movimento de rotação do forno, sendo acoplados à carcaça do mesmo. Os fornos construídos a partir da década de 1980 freqüentemente são dotados de resfriadores de grelha, possuindo ventilação forçada. Esse tipo de resfriador possibilita uma maior taxa de transferência de calor entre o clínquer e o ar entrante. Desta forma, reduz-se a temperatura de saída do material, possibilitando a recuperação de parte da energia associada ao mesmo, o que aumenta a eficiência do sistema. Além da eficiência energética, os resfriadores têm grande importância na qualidade do produto. O tempo e o perfil de resfriamento do mesmo são elementos chave para a determinação de suas propriedades químicas finais. Lentos processos de resfriamento levam à transformação de silicato tricálcico, instável à alta temperatura, em silicato dicálcico o que diminui a resistência do cimento. Hoje os resfriadores modernos, além de propiciarem uma ótima troca térmica, também possibilitam a recuperação de gases quentes que são reutilizados no processo de fabricação: o ar secundário auxilia na combustão na zona de queima, o ar terciário auxilia na combustão do calcinador e o ar de excesso em alguns na troca de calor do moinho de matéria prima. O produto (clínquer) ainda é moído e diluído em gesso, calcário e/ou escória siderúrgica para se chegar ao produto final.

16 Etapa 8 Adições: Nessa fase do processo o clínquer é misturado com outros componentes minerais. Todos os tipos de cimento contem em torno de 4 a 5% de gesso, que é utilizado para controlar o tempo de secagem do produto. O clínquer também pode ser misturado com outros componentes, como, por exemplo, resíduos de outras indústrias. Entretanto, diversos requisitos devem ser atendidos para que um resíduo possa ser empregado como matéria-prima secundária numa fábrica de cimento. Além de sua compatibilidade com as matérias-primas e com o clínquer, do ponto de vista tecnológico, esses materiais devem apresentar propriedades estruturais semelhantes às do cimento e garantir uniformidade e qualidade ao produto final, além de manter um custo competitivo em relação às matérias-primas tradicionais. Quando quantidades significativas de escória, cinzas, calcário, ou outros materiais são usados na mistura com o clínquer, o produto é chamado de cimento composto. Etapa 9 Moagem do cimento: A mistura de clínquer resfriado e gesso é triturada, dando origem ao cimento Portland comum, ou então triturada em conjunto com outros componentes minerais ou outros resíduos para chegar ao cimento composto. Etapa 10 Armazenagem e transporte: O produto final é então homogeneizado e armazenado em silos. O despacho do cimento é feito para uma central de empacotamento, no caso de cimento ensacado ou para um caminhão silo, no caso de venda a granel. O Consumo de Energia O setor de cimento no Brasil possui um parque industrial moderno e opera com altos níveis de eficiência energética, como já foi mencionado no item anterior, devido ao parque instalado utilizar, na grande maioria de suas fábricas, o processo via seca. O nível médio de consumo específico de energia térmica na indústria do cimento brasileira encontra-se em 825 kcal/kg de cimento e o consumo específico de energia elétrica em 107 kwh/ton (SNIC, 2009). Esses valores estão abaixo daqueles apresentados pelos EUA e principais produtores da União Européia, conforme figura 1.10, que demonstra a eficiência energética da indústria nacional. Essa eficiência é traduzida em menores impactos ao meio ambiente, com menor emissão de gases poluentes locais e globais.

17 Figura 1.10 Comparação do consumo de energia entre países selecionados. Fonte: SNIC, 2009 A tabela 1.2, a seguir, apresenta uma comparação do consumo de energia das principais tecnologias de fabricação de clínquer. Tabela 1.2 Consumo de energia por tipo de tecnologia. TECNOLOGIA CONSUMO ESPECÍFICO (kcal/kg Clínquer) VIA ÚMIDA VIA SEMI-SECA 920 VIA SECA (FORNO LONGO) VIA SECA COM PRÉ-AQUECEDOR VIA SECA COM PRÉ-CALCINADOR Fonte: LIMA, 2009b. De acordo com o Balanço Energético Nacional (EPE, 2009), elaborado pelo Ministério de Minas e Energia, MME, o setor atinge níveis de consumo térmico da ordem de 653 kcal/kg cimento e elétrico de 104 kwh/t cimento, ainda menores que o divulgado por SNIC (2009), confirmando a posição da indústria nacional do cimento como uma das mais eficientes em consumo específico de energia, significativamente abaixo dos padrões médios mundiais (MCT, 2010). A figura 1.11 a seguir apresenta a evolução do consumo de energia na indústria do cimento conforme o tipo de combustível (BEN, 2007, apud MCT, 2010).

18 Figura1.11 Evolução de consumo de combustíveis na indústria do cimento Fonte: (EPE, 2007 apud MCT, 2010) A figura 1.11 deixa claro que o uso de combustíveis alternativos está ganhando importância no setor, tendo atingido cerca de 15% de substituição em O uso de carvão vegetal e o de coque de petróleo também vêm aumentando a sua participação desde o final da década de 1990, frente a quase total substituição de fontes antes bastante importantes, como o carvão mineral e o óleo combustível, que no ano de 2008 somaram pouco mais de 2% da energia total consumida pelo setor (EPE, 2009). i. A Utilização de Combustíveis Alternativos A utilização de energias alternativas está cada vez mais presente na produção do cimento, a partir do co-processamento, que é a queima de resíduos industriais e de passivos ambientais, entre outros, nos fornos usados para fazer cimento. A grande maioria das fábricas no Brasil está licenciada para co-processar resíduos. Essas fábricas representam mais de 80% da produção nacional de clínquer. A figura 1.12 mostra a evolução do co-processamento na indústria de cimento no Brasil.

19 Figura 1.12 Evolução do co-processamento no Brasil entre 1999 e Fonte: SNIC, 2009 Segundo MOKRZYCKI e ULIASZ- BOCHENCZYK (2003), o uso de resíduos como combustíveis alternativos pela indústria de cimento é justificado tanto ecologicamente quanto economicamente. Eles concluem que o uso desses combustíveis alternativos pode ajudar a reduzir os custos da produção de cimento. Apesar do co-processamento estar aumentando no Brasil, ao se comparar os números da indústria brasileira de cimento com os números de outros países, percebe-se que ainda há muito que se fazer. O índice de substituição de combustível por resíduos chega a 83%% na Holanda, e a 47% na Suíça (WBCSD, 2009a), enquanto no Brasil, esse percentual atualmente é de, aproximadamente, 15% (SNIC, 2009). O percentual de substituição pelo uso de combustíveis alternativos é apresentado na figura 1.13, a seguir.

20 Figura 1.13 Percentual de uso de combustíveis alternativos em países selecionados. Fonte: Elaboração própria a partir de WBCSD, 2009a. Num cenário de maiores preocupações com as mudanças climáticas, os preços dos combustíveis alternativos tendem a aumentar devido a limites de emissão mais rígidos, ou devido à instituição de taxas de emissão de CO 2. Nesse contexto a indústria pode vir a ter dificuldades crescentes para adquirir quantidades significativas de biomassa a preços aceitáveis (WBCSD, 2009a). Ainda segundo o relatório do WBCSD (2009a), o uso de combustíveis alternativos seria viável economicamente para a indústria de cimento até o ano de 2030, quando os preços alcançariam valores 30% superiores ao dos combustíveis tradicionais. Até o ano de 2050 é esperado um aumento no preço dos combustíveis alternativos de até 70%. Os fornos de cimento são particularmente bem adaptados para receber combustíveis alternativos por duas razões: devido à alta temperatura do forno e ao longo tempo de exposição, a queima desses combustíveis se dá de forma quase completa, diminuindo a emissão de poluentes perigosos como dioxinas e furanos. O segundo motivo é a possível utilização das cinzas inorgânicas serem integradas ao clínquer. Os combustíveis alternativos podem ser substitutos eficientes, proporcionando uma menor emissão de GEEs que os combustíveis tradicionais (WBCSD, 2009a). Os combustíveis alternativos tipicamente utilizados no mundo pela indústria de cimento são: Pneus usados;

21 Óleo usado ou solventes; Plásticos, tecidos e resíduos de papel, e Biomassa (resíduos agrícolas, animais e de madeira). Em relação ao uso de pneus, estima-se que cerca de 1 bilhão deles atinjam o fim de sua vida útil a cada ano. Os fornos de cimento podem utilizá-los inteiros ou em pedaços. Os pneus tem um conteúdo de energia mais elevado que o carvão, e quando queimados num ambiente controlado, as emissões não são maiores do que a de outros combustíveis, devido ás especificidades desses fornos, conforme já mencionado. Em alguns casos o uso dos pneus promove até uma redução nas emissões de CO 2, NO2 e de SO 2 (WBCSD, 2009a). O uso de combustíveis alternativos ainda gera muita controvérsia no que diz respeito à queima de substancias perigosas, incluindo a preocupação de ONGs, comunidades locais e agencias reguladoras sobre as emissões de metais pesados e dioxinas. Entretanto, medições sob condições controladas mostram que a queima desses resíduos não resulta necessariamente em maiores emissões. Estudos recentes mostram que as emissões de dioxinas de um forno médio de cimento são tipicamente bem mais baixas que os seus limites de emissão, e na maioria dos casos, essas emissões podem ser facilmente controladas (WBCSD, 2009a). SANTI (1997, 2003) concorda que a utilização de combustíveis alternativos em fornos de cimento pode ser considerada uma destinação mais segura que a simples queima ou disposição em um aterro sanitário. Entretanto SANTI e SEVÁ (1999) ressaltam a importância de mais estudos que possibilitem quantificar as emissões de poluentes perigosos sob diversas condições de operação, a fim de se conhecer o real custo social e ambiental dessa prática. Segundo a Comissão Européia, os resíduos depositados no queimador principal serão decompostos na zona primária de queima, em temperaturas de até 2000 o C. Já os resíduos depositados no queimador secundário, pré-aquecedor, ou précalcinador, queimarão a temperaturas mais baixas, que nem sempre são suficientes para decompor os compostos orgânicos halogenados (EC, 2001). Ainda segundo a Comissão Européia, os fornos de cimento na Europa raramente são identificados como emissores de dioxinas e furanos. Entretanto, MATERIALIEN (1997) citado pela própria Comissão Européia nesse relatório conclui

22 que ainda existem incertezas consideráveis no que diz respeito às emissões desses perigosos compostos. Apesar dos fornos de cimento poderem utilizar tecnicamente até 100% de combustíveis alternativos, existem limitações práticas. As propriedades físicas e químicas dos combustíveis alternativos variam bem mais do que a dos combustíveis convencionais. Combustíveis com baixo conteúdo energético e de elevada umidade podem significar um desafio técnico a mais. Por exemplo, metais voláteis como o mercúrio devem ter um cuidado extra, e as cinzas do forno de cimento devem ser retiradas do sistema. Outras barreiras legais, financeiras e políticas podem ser observadas, como a legislação de gerenciamento de resíduos, o custo do combustível alternativo, e o nível de aceitação social do uso de substâncias perigosas (WBCSD, 2009).

23 ii. O Uso de Adições ao Cimento A produção de cimento requer grandes quantidades de matérias-primas e de combustíveis, o que gera impactos ambientais e a emissão de poluentes. Para minimizar esses impactos, a produção de cimento pode utilizar alguns tipos de adições ao cimento, como escórias siderúrgicas, cinzas de termelétricas e fíler calcário. O concreto reciclado também pode servir de aditivo, desde que o processo seja realizado com quantidades controladas (WBCSD, 2009d), entretanto a sua utilização não reduz significativamente as emissões de GEEs (WBCSD, 2009e). FRÍAS e RODRÍGUEZ (2008) concluem que a utilização de SiMn e de óxido de manganês é química e tecnicamente viável, mas destaca a necessidade de estudos adicionais. A economia de energia se dá devido à menor utilização do forno rotativo, equipamento onde há o maior consumo energético do processo de obtenção do cimento tipo Portland, onde se produz o clínquer (LIMA, 2009b). A utilização desses materiais diminui a utilização de clínquer no processo produtivo e, conseqüentemente, reduz a emissão de CO 2, proveniente não só do consumo de combustíveis no forno, mas também da transformação química do calcário (calcinação). Dessa forma, são reduzidas significativamente as emissões totais de gases do efeito estufa por tonelada de cimento produzido, assim como a de outros poluentes. Essa prática, ao mesmo tempo, ajuda a resolver os problemas de destinação de resíduos de outras indústrias, diminui o uso de minerais como o calcário e preserva recursos energéticos, entre outras vantagens, contribuindo de forma importante para uma maior sustentabilidade ambiental do setor. A tabela 1.3, a seguir, apresenta os principais tipos de cimento Portland segundo os percentuais de adições utilizados. Tipo Tabela 1.3 Tipos de cimento conforme os percentuais de adição. Clínquer e Sulfato (%) Escória de Alto Forno (%) Material Pozolânico (%) Material Carbonático (%) CPI CPI S CPII E CPII - Z CPII F CPIII

24 CPIV CPV CPB estrutural CPB não estr Fonte: LIMA, 2009b. A tabela 1.4 a seguir apresenta as principais características das adições mais utilizadas, assim como sua fonte, características positivas ou limitantes, sua produção anual estimada e a sua disponibilidade futura. Substituto do clinquer Escória de alto forno Cinzas Pozolanas naturais ( ex. cinzas vulcânicas, casca de arroz, sílica. Pozolanas artificiais Tabela 1.4 Principais características de cada tipo de adição. Fonte Características Características Estimativa positivas limitantes anual do nível Produção de ferro e aço Gases de combustão de fornos a carvão Vulcões, algumas rochas sedimentar es, outras industrias Manufatura especifica Melhora na resistência química e aumento da resistência a longo prazo Menor demanda de água, melhoramento das condições de trabalho, aumento da força a longo prazo, melhor durabilidade(dependendo da aplicação) Contribui para um desenvolvimento forte, pode apresentar melhoras condições de trabalho, melhora na resistência química aumento da resistência a longo prazo Similar a pozzolana natural Calcário Pedreiras Melhora nas condições de trabalho Maior demanda de eletricidade para moagem e diminuição da resistência inicial Diminuição da resistência inicial; disponibilidade pode ser afetada por trocas de combustível no setor de geração de energia elétrica. A maioria das pozzolanas naturais levam a uma redução na força a curto prazo, as propriedades do cimento podem variar significamente Requirimento de energia extra em decorrência da calcinação Para manter a força talvez seja necessário aumento de energia para moer o clinquer Fonte: Elaboração própria a partir de WBCSD, 2009a. de produção 200 milhões de toneladas (2006) 500 milhões de toneladas (2006) 300 milhões de toneladas (2003), mas apenas 50% é usado Desconhecido Desconhecido Disponibilidade Os volumes da produção futura de ferro e aço são difíceis de prever Depende dos planos de expansão do setor elétrico. A disponibilidade depende da situação local muitas regiões não tem a matéria prima disponível Disponibilidade muito limitada devido a restrições econômicas Imediatamente disponível SOARES (1998), atesta que os cimentos com adições produzidos no país não exploram toda a sua potencialidade de uso, e que essa alternativa representa uma ótima alternativa para a redução do consumo de energia térmica por tonelada de cimento. Entretanto, o autor ressalta que a viabilidade econômica dessa prática é

25 limitada pela distância da fábrica das matérias-primas como escórias de alto forno, oriundas de siderúrgicas, ou pozolanas, a partir de cinzas de termelétricas a carvão. A figura 1.14, a seguir, apresenta uma comparação entre a produção de clínquer, a produção de cimento, e o conteúdo de clínquer no cimento, que é um indicativo do percentual de adições que utilizado na indústria. Figura 1.14 Produção de clínquer X produção de cimento e conteúdo de clínquer no cimento. Fonte: MCT, 2010 A figura 1.14 mostra que a indústria do cimento vem diminuindo a cada ano o conteúdo de clínquer no cimento, através do uso de adições. Ainda segundo o MCT (2010), o fator de emissão de GEEs devido à fabricação do clínquer está praticamente estável desde os anos 1990, o que indica a consolidação do processo. Já o fator de emissão de emissão de GEEs para fabricação do cimento vêm caindo consistentemente, refletindo um uso cada vez maior de adições de outros materiais alternativos. A figura 1.15 apresenta as emissões absolutas da indústria do cimento e a sua produção anual desde a década de 1990 até 2005.

26 Figura 1.15 Produção anual de cimento X Emissões de GEEs. Fonte: MCT, b. Principais Impactos Ambientais A produção de cimento tem importantes impactos positivos e negativos a nível local. Do lado positivo, podemos citar os empregos gerados pela indústria e novas oportunidades de negócios para a população local, particularmente em regiões mais remotas, onde existem poucas opções de desenvolvimento econômico. Os impactos negativos incluem danos à paisagem, poeira e ruídos, e emissões de gases poluentes. O modo que as companhias valoram e gerenciam os aspectos sociais e ambientais afeta diretamente a qualidade de vida das comunidades envolvidas, e também a reputação da indústria cimenteira. i. Fase de Projeto A consideração de alternativas na fase de projeto, antes de firmado qualquer compromisso é extremamente importante para mitigar ou eliminar os impactos ambientais decorrentes da implantação e operação da fábrica. As alternativas devem ser consideradas durante diferentes fases de desenvolvimento do projeto de engenharia. Para a indústria do cimento, as principais alternativas consistem na escolha do local onde serão instaladas as fábricas e as minas, no modo escolhido para a exploração e transporte da matéria prima, e nas opções de processos a serem utilizados na fabricação do cimento. É importante salientar que a escolha locacional é

27 em parte limitada pela necessidade de proximidade ao mercado consumidor alvo, assim como de uma reserva de calcário. ii. Fase de Construção Na fase de construção de uma fábrica de cimento ou mina, o transporte de material gera impactos ambientais e sociais. Os principais impactos ambientais são: ruídos e vibração no solo, potencial contaminação dos solos por combustíveis, destruição de ecossistemas, e emissões de GEEs e de poluentes locais pela queima de combustíveis fósseis. Os resíduos gerados durante a fase de construção de uma fábrica de cimento ou mina são basicamente resíduos sólidos resultantes das operações mecânicas de escavação ou de instalação de grandes equipamentos. WBCSD (2005a) sugere a criação de um programa de gerenciamento de resíduos perigosos e não perigosos o mais cedo possível, e deste modo, criar uma base sustentável para as futuras operações no local. Reduções significativas no volume final de resíduos pode ser atingida desde que seja estabelecido um regime de reuso e de reciclagem, com treinamento adequado de funcionários para dar suporte ao processo. Efluentes líquidos podem ser gerenciados através da criação de um sistema de drenagem, a fim de minimizar a contaminação de outros cursos d água. A erosão também pode ser minimizada, por exemplo, replantando os solos expostos o mais rápido possível. Ainda segundo WCBSD (2005a), as pilhas de material minerado podem ter efeitos negativos sobre o solo, além do já conhecido impacto visual, e sugere que essas pilhas sejam utilizadas como barreiras anti-ruído, ou para recuperação do solo após o término da construção do empreendimento. iii. Fase de Operação A fase de operação de uma fábrica de cimento pode durar por muito tempo, freqüentemente por mais de 50 anos, ou mais. A indústria de cimento vêm reduzindo os seus impactos ambientais, mas os desafios continuam. Em algumas regiões, o nível de poluição total pode eventualmente exceder a capacidade natural dos ecossistemas, e as fábricas de cimento, assim como outros empreendimentos industriais, podem sofrer com limites de emissão cada vez mais restritivos. As opções atuais para o controle dos impactos negativos incluem sistemas de gerenciamento, que monitoram as emissões e os efeitos sobre a saúde pública, e pesquisam sobre os avanços tecnológicos e novos processos de controle para reduzir

28 as emissões. As melhores práticas disponíveis devem ser utilizadas para evitar, minimizar e remediar potenciais impactos ambientais negativos que surjam na fase de operação de uma fábrica de cimento. Ainda devem ser considerados o treinamento adequado dos funcionários, e a elaboração de um guia de procedimentos ótimos de operação, e assim conseguir evitar, minimizar e mitigar os impactos ambientais da maneira mais custo-efetiva e simples possível (WBCSD, 2005a). Mineração A produção de cimento envolve a utilização de diversos materiais minerados, como o calcário, a argila, o xisto e o gesso. Como já mencionado antes, o calcário é o principal minério utilizado no processo de fabricação do cimento, é encontrado em abundância na natureza e é uma dos minerais mais versáteis para a indústria. Entretanto a sua extração causa impactos ao meio ambiente, biodiversidade e à estética da região. Algumas regiões ricas em calcário são notáveis pelas características de sua biodiversidade, pelos seus registros fósseis, ou pelos seus valores culturais, principalmente para as comunidades locais. Esses elementos possuem um valor econômico considerável, e portanto, as avaliações ambientais e sociais não devem menosprezar sítios com biodiversidade única, ou aspectos culturais, geológicos e cênicos importantes para tais comunidades quando da avaliação de impacto ambiental causado pelas minas. (WBCSD, 2005a). Algumas atividades do empreendimento podem eliminar espécies e sítios culturais, o que poderia ser evitado por simples etapas preventivas, como, por exemplo, a escolha e o favorecimento de locais já degradados em detrimento a outros ainda intocados. A reabilitação progressiva no decorrer da vida útil da mina também pode assegurar que os impactos são mantidos num nível mínimo. WBCSD (2005a) sugere as seguintes medidas para reduzir os impactos durante a fase de operação das minas: Estabelecimento de uma zona de amortecimento para separar a área de mineração de outras áreas adjacentes; Proteção de áreas ricas em biodiversidade; Recuperação e reabilitação do sítio; Reabilitação e restauração dos habitats no entorno do sítio, e Aumento da conscientização pública e dos trabalhadores sobre a biodiversidade.

29 Novas técnicas de mineração podem minimizar a poeira e os ruídos, como técnicas computacionais para avaliação de depósitos minerais, e planejamento de um esquema ótimo de mineração. O uso do local após o encerramento das atividades também deve ser levado em consideração desde as etapas iniciais de planejamento, minimizando a necessidade de reabilitação do sítio e sua restauração ao final da vida útil da mina (WBCSD, 2005a). Uso de energia e de matérias-primas As operações da indústria de cimento requerem grandes quantidades de energia e de matérias primas, e a dependência de combustíveis fósseis é ainda muito grande, principalmente de carvão, óleo combustível e gás natural para os fornos. A quantidade de energia necessária varia conforme as diferentes tecnologias, conforme foi explicado anteriormente, e a demanda por eletricidade gira em torno de 20% de todo o consumo energético do empreendimento, o que pode colocar pressão sobre a infra-estrutura locais de eletricidade. Existem diversas opções disponíveis para aumentar a eficiência de recursos minerais e energéticos do empreendimento, como por exemplo a utilização do gás rejeitado pelo forno para pré-aquecer a matéria-prima que entra no sistema, o uso de energias renováveis ou alternativas, redução efetiva da quantidade de resíduos gerados, e uma mineração mais eficiente (WBCSD, 2005a). O reaproveitamento de resíduos nas adições, conforme explicado anteriormente, pode reduzir bastante a necessidade de recursos não renováveis e diminuir os custos de produção do cimento. Além disso a utilização de aditivos diminui a quantidade de rejeitos a serem dispostos em aterros sanitários e diminui a emissão de GEEs (WBCSD, 2005a; Soares, 1998; WBCSD, 2009a). O uso de alguns tipos de rejeitos como combustíveis alternativos nas fábricas de cimento pode criar outras oportunidades de negócios, uma vez que a preparação desses materiais para o uso como combustível é normalmente feita fora da fábrica. Entretanto, WBCSD (2005a) salienta que o uso desses combustíveis alternativos deve assegurar não apenas a proteção do meio ambiente, mas a saúde e segurança dos trabalhadores e da população local. O uso de qualquer combustível alternativo requer procedimentos especiais de operação e de monitoramento, assim como de planos de emergência com o envolvimento da comunidade potencialmente afetada. Emissão de poluentes locais

30 A poluição do ar, além de causar desconforto, pode ter efeitos perigosos nos seres humanos, animais e plantas, assim como nas comunidades biológicas, habitats e solo. A exploração de matérias-primas e a sua preparação criam diferentes fontes de emissões na produção de cimento, dentre esses fontes podemos destacar: a trituração do carvão e de outras matérias primas, a sua mistura, processos de combustão, trituração do cimento e seu empacotamento, assim como o transporte e armazenamento. WBCSD (2005a) destaca a importância da criação de um protocolo de monitoramento de emissões nos empreendimentos do setor. Historicamente, as emissões de material particulado (poeira) tem sido a principal preocupação na fabricação de cimento. O processo de fabricação do cimento também causa a emissão significativa de óxidos de nitrogênio (NO x ) e de dióxido de enxofre (SO 2 ). Inventários de emissão conduzidos na Europa mostram que a contribuição da indústria de cimento é significativa em relação a outros setores, mas que o setor não é o maior emissor de poluentes. Segundo LIMA (2009b), o controle das emissões atmosféricas provenientes da queima de combustíveis fósseis pode ser aplicado em várias etapas do processo: antes, durante ou após o processo de combustão. A escolha de cada uma dessas opções deve levar em conta a redução necessária, a eficiência e os custos de aplicação: Controle pré-combustão os controles pré-combustão consistem basicamente no tratamento do combustível. Como exemplo, pode-se citar algumas técnicas utilizadas para redução das emissões de SOx provenientes da queima do carvão. Uma delas é a substituição do carvão utilizado por outro de menor teor de enxofre, uma vez que as emissões são uma função do conteúdo de enxofre presente no combustível. Outra é a remoção física do enxofre mineral presente no carvão, porém não se aplica ao enxofre orgânico. Também, há a remoção química do enxofre, pela limpeza por meio de processos de refino com solventes para remoção de enxofre orgânico. Tal conceito é aplicado em UTEs. Controle na combustão os controles aplicados na combust ão incluem qualquer modificação física no equipamento de queima, ou mudança do próprio ou na sua operação. A manutenção regular do sistema de combustão, por exemplo, é importante para assegurar a atomização e, conseqüentemente, minimizar a quantidade de combustível não queimado. Foi adotado que todas as fontes de emissão do Condomínio Industrial utilizam as melhores

31 tecnologias de controle na combustão, além de adotarem as melhores práticas operacionais. Controle pós-combustão o controle pós -combustão, ou melhor, o controle com o tratamento de gases gera grandes reduções nas emissões de poluentes, porém envolve custos maiores que o controle no processo de combustão (US- EPA AP- 42, 2007, apud LIMA, 2009b). Em alguns casos, principalmente para as emissões de NOx, a variedade de tecnologias de controle é tão extensa quanto no caso da alteração do processo de queima. Para que o Condomínio Industrial seja viável, ambientalmente, algumas fontes deverão ser dotadas de controles pós-combustão, de forma a atender os limites de emissão estabelecidos. Esse controle é normalmente recomendado para atividades já em operação, onde nem sempre é possível alterar o processo de combustão, ou quando os demais controles não são aplicáveis. Para os óxidos de nitrogênio (NOx), a variedade de tecnologias de controle de tratamento pós-combustão é tão extensa quanto no caso da alteração do processo de queima. É importante mencionar que em ambos o princípio é o mesmo: reação química do NOx com amônia (NH 4 ) obtendo-se a formação de N 2 e H 2 O. Os vários tipos de controle empregados para a redução das emissões de NOx são apresentados na tabela 1.5, a seguir. Tabela 1.5 Técnicas para Controle de NOx Tecnologia Controle de Aplicabilidade ao Sistema de fornos Eficiência de Redução Flame cooling Todos 0-50% Low-NO x burner Todos 0-30% Staged combustion Pré-calcinador e Préaquecedor 10-50% Mid-kiln firing Forno longo 20-40% Mineralized clinker Todos 10-15% SNCR Pré-calcinador e Préaquecedor 10-85% SCR plantas piloto Possivelmente todos 85-95% Fonte: EC, As várias tecnologias empregadas para a redução de emissões de dióxido de enxofre (SO 2 ), são resumidas na tabela 1.6, a seguir.