ESTUDO DA VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DE BRIQUETE DE CAPIM COMO FONTE ALTERNATIVA DE ENERGIA PARA QUEIMA EM ALTO-FORNO

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1 ESTUDO DA VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DE BRIQUETE DE CAPIM COMO FONTE ALTERNATIVA DE ENERGIA PARA QUEIMA EM ALTO-FORNO 1 Elém P. A. Rocha, 1 Danilo F. Souza, 2 Sandra M. Damasceno 1 Alunos do curso de Engenharia Química da FACIT. 2 Professor da FACIT (Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros) 1,2 Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros - Av. Deputado Esteves Rodrigues, 1637 Centro Montes Claros sandra@femc.edu.br RESUMO - O uso demasiado do petróleo tem levado pesquisadores a buscar novas fontes de energia para mover aviões, trens e automóveis, usando caules de plantas, algas, hidrogênio e a luz do sol, etc. O uso de biomassa para produção de energia em caldeiras já é uma realidade. Há relatos na literatura sobre a produção de briquetes de capim. Os estudos indicam que o briquete de capim libera 34% mais calor que o cavaco de madeira durante a queima e possui baixo teor de umidade, cerca de 20% menos que o cavaco, tornandoo assim uma ótima opção para queima em alto forno. As vantagens no uso de briquete são: fácil estocagem, melhoria significativa na ergonomia dos funcionários que alimentam a caldeira, diminuição da insalubridade na alimentação da caldeira, pois o funcionário fica menos tempo exposto ao calor. A produção de briquete de capim elefante, embora produza maior quantidade de biomassa seca, necessita de maiores cuidados, além de não ser uma gramínea adequada a climas secos, o que requer uma quantidade significativa de á- gua para seu desenvolvimento já o de capim brachiara é mais tolerante a climas secos, além de produzir sementes de valor comercial, tornando-se assim mais viável como fonte de energia. Palavras-Chave: Briquete, Combustível, Energia. INTRODUÇÃO O declínio dos recursos petrolíferos, que pode ocorrer nas próximas décadas devido ao aumento do consumo, tem levado pesquisadores a buscarem novas formas de gerar energia para mover aviões, trens e automóveis, usando gordura de cozinha, caules de plantas, algas, hidrogênio, vírus e a luz do sol, entre outras fontes alternativas. Além disso, o petróleo, principal combustível fóssil, libera grande quantidade de óxidos de enxofre que promovem chuva ácida, provocando corrosão de monumentos, além de acidificar as água dos rios e causar morte de peixes. A queima do petróleo também libera grande quantidade de CO 2, o principal responsável pelo aquecimento global. O efeito estufa é um fenômeno natural indispensável para manter a superfície do planeta aquecida. Entretanto, este fenômeno se torna um problema ambiental quando a emissão de gases (CO 2, CH 4, CFC s) é intensificada pelas atividades humanas, causando aquecimento global. Cientistas acreditam que, se nada for feito para reverter ou reter esse fenômeno, as características próprias do ambiente e da natureza estarão em risco. Fontes alternativas de energia a partir de recursos renováveis como álcool, lenha e cavaco têm sido estudados com o objetivo de diminuir os impactos ambientais causados pelos combustíveis fósseis e atender a demanda de energia calorífica pelas indústrias. O uso de biomassa como combustível e para produção de energia em caldeiras e fornos é uma realidade. Bagaço da cana, casca de arroz e de coco babaçu, cascalho e restos de madeira são exemplos de combustíveis que têm sido usados na produção de vapor nas caldeiras das empresas, em substituição aos combustíveis de origem fóssil, como óleo e gás natural. Estudos da Embrapa revelam que briquete de capim libera 34% mais calor que o cavaco de madeira, durante a queima em caldeira e, ainda, que o baixo teor de umidade do briquete de capim, cerca de 20% menos que o cavaco, o torna uma das melhores alternativas de biomassa para queima em alto-forno. Outras vantagens do uso de briquete são: fácil estocagem, melhoria significativa na ergonomia dos funcionários que alimentam a caldeira, diminuição da insalubridade na alimentação da caldeira, pois o funcionário fica menos tempo exposto ao calor. Acredita-se que o uso do briquete de capim, pela sua alta capacidade calorífera e sua fácil produção, possa ser uma opção bastante considerável na troca de combustível fóssil, ou até mesmo de madeira ou cavaco. Ademais, estes combustíveis alternativos podem gerar créditos de carbono, dependendo da troca de matriz energética. VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 Impactos Ambientais TAUK (2008) define impacto ambiental como a alteração no meio ou em algum de seus componentes por determinada ação ou atividade. Estas alterações precisam ser quantificadas, pois apresentam variações relativas, podendo ser positivas ou negativas, grandes ou pequenas. No Brasil, o acelerado ritmo de industrialização e a contração populacional em áreas urbanas, a partir da segunda metade do século XX, são indicadores que justificam o agravamento da questão ambiental. Segundo ANDRADE (2006), o agravamento da questão ambiental começou a ser sentido em áreas industrializadas com mais intensidade, como Cubatão, Volta Redonda, ABC Paulista e nas grandes metrópoles brasileiras. Como conseqüência desse agravamento, empresas e governos propõem ações para proteção ambiental, como institucionalização de autoridades ambientais em nível federal e estadual e introdução de auditorias ambientais nas indústrias por meio de órgãos estaduais. Desde a década de 90, a preservação ambiental tornou-se fator de grande importância para imagem e garantia de funcionamento das empresas, que passaram, então, a buscar soluções para garantir o desenvolvimento sustentável de seus negócios. O efeito estufa é o processo que consiste na ação de determinados gases presentes na atmosfera sobre os raios infravermelhos refletidos pela superfície da terra, mantendo a temperatura do planeta estável. O uso de combustíveis fósseis nos últimos anos, entre outros fatores, tem provocado um aumento da concentração destes gases, chamados Gases de Efeito Estufa, GEE dióxido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos e óxido nitroso, o que tem potencializado o fenômeno natural do efeito estufa, provocando mudanças climáticas. Estudos indicam que as mudanças no clima, decorrentes do aumento gradual da temperatura global, pode comprometer a vida do planeta. A redução das geleiras, por exemplo, são uma ameaça ao suprimento de água e alimento para milhões de pessoas. Créditos de Carbono Créditos de carbono são certificados emitidos quando ocorre a redução de emissão de gases efeito estufa (GEE). Foi ratificado em conjunto com o Protocolo de Kyoto e sua meta é parar o aumento de emissões de dióxido de carbono. Por convenção, uma tonelada de dióxido de carbono (CO 2 ) equivalente a um crédito de carbono. Este crédito pode ser negociado no mercado internacional. Cronologia do surgimento dos créditos de carbono: O programa da ONU para o Meio Ambiente criou o IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas), para analisar o impacto das mudanças climáticas. Governantes e cientistas se reuniram em Toronto, no Canadá, para discutir o tema Os cientistas informaram por meio do IPCC que seria necessário reduzir 60% das emissões de C0 2 na atmosfera. A ONU passou a discutir a criação de uma Convenção sobre Mudança Climática Mais de 160 governos assinaram a Convenção Quadro sobre Mudança Climática na Eco 92, no Rio. O Brasil é o primeiro a assiná-la. As mudanças climáticas são frutos da interferência humana Foi realizada a primeira Conferência das Partes (COPs), em Berlim, na Alemanha, onde foi proposto um protocolo de decisões sobre as obrigações listadas na Convenção Foi adotado o Protocolo de Kyoto, no Japão, o mais importante acordo ambiental feito pela ONU. Até 2012, 38 países industrializados precisam reduzir em 5,2% as emissões de gases de efeito estufa, entre eles, o C Os EUA, maior poluidor do mundo, se retira das discussões sobre o Protocolo por considerá-lo custoso demais à economia norteamericana. O país é responsável por 36% das emissões globais de gases estufa e, desde, 1990, aumentaram suas emissões em 13% Acontece a 10.ª COP na Argentina. Cresce a pressão para que os países em desenvolvimento também tenham metas em Entrou em vigor o Protocolo de Kyoto a partir do mês de fevereiro com o surgimento dos créditos de carbono. Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL): O Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) foi criado pelo Protocolo de Kyoto em seu artigo 12, como uma forma de viabilizar instrumentos para atingir os parâmetros propostos para diminuição de emissões totais dos gases geradores do efeito estufa. Esse mecanismo permite uma ação coordenada entre os países que são obrigados a reduzir suas emissões (países do anexo I do Protocolo de Kyoto) e os países em desenvolvimento (países do não - Anexo I do Protocolo de Kyoto) em prol da redução líquida global nas emissões dos gases de efeito estufa (GEE). Desta forma, através de investimentos em projetos sustentáveis que resultem na redução e/ou aumento da remoção destes gases nos países em desenvolvimento, os países que ratificaram o Protocolo de Kyoto podem contabilizar para si unidades de redução da

3 emissão dos GEE, ou créditos de carbono, para alcançar as metas fixadas para A implementação deste mecanismo pode tornar-se oneroso em curto espaço de tempo. Assim, com o apoio do MDL, os países do Anexo I do Protocolo de Kyoto poderão alcançar sua meta de redução das emissões de gases de efeito estufa de uma maneira mais econômica, uma vez que estes países podem escolher o país hospedeiro que possua o menor custo de implementação do projeto. Desta forma, ao mesmo tempo em que obtém créditos de carbono, também incentiva o desenvolvimento sustentável no país hospedeiro, mediante a inserção do apoio financeiro e o uso de tecnologia limpa. Lopes (2002) esclarece que vários agentes, por exemplo empresas brasileiras, podem participar de uma atividade de projeto do MDL, desde que sejam devidamente autorizados pelo órgão designado de cada pais pelo IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change. Deste modo, o país e a empresa envolvida serão beneficiados por meio das atividades de projetos que resultem em reduções certificadas de emissões, alcançando o objetivo maior do Protocolo de Kyoto que é o cumprimento de parte de seus compromissos de limitação e redução de emissões quantificadas. Os projetos de MDL propostos podem ser baseados em fontes renováveis e alternativas de energia, eficiência e conservação de energia ou reflorestamento, por exemplo, a troca de um combustível fóssil por uma biomassa enquadraria num projeto MDL, mas para isso, deve-se obedecer a regras claras e rígidas, utilizar metodologias aprovadas, ademais devem ser validados e verificados por Entidades Operacionais Designadas (EODs), e aprovados e registrados pelo Conselho Executivo do MDL. Os projetos devem ter a aprovação do governo do país anfitrião através da Autoridade Nacional Designada (AND) e do país que comprará os CERs. No Brasil, a Comissão Interministerial de Mudança Global do Clima, estabelecida em 1999, atua como AND Brasileira. Briquete de biomassa como fonte de energia Segundo a ANEEL - Agencia Nacional de Energia Elétrica, biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Assim como a energia hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos. A indústria de biocombustíveis é quase que exclusivamente na produção de etanol através da fermentação de açucares ou amidos e na produção de biodiesel derivado de óleos vegetais. O uso de materiais de biomassa de lignocelulose (de madeira ou fibroso como capim) em detrimento aos açúcares e amidos tem, contudo, maior potencial para maximização da eficiência de conversão de luz solar, água e nutrientes em biocombustíveis, ou seja, promover o ciclo do carbono. Plantas perenes de ciclo de vida longa, como as gramíneas ou árvores de rápido crescimento são particularmente atrativas para a produção em larga escala de biocombustíveis sustentáveis, por diversas razões: não requerem lavra por aproximadamente 10 a 15 anos após o primeiro plantio; raízes de longa vida podem ser desenvolvidas para estabelecer interações simbióticas com bactérias para fixar nitrogênio e nutrientes minerais no qual promove a planta um estimativa de vida maior com maior produção de biomassa, além disso, promove uma menor perda de nitratos e erosão do solo. Algumas espécies perenes retiram uma fração substancial de nutrientes minerais de porções de plantas da superfície. Gramíneas selvagens têm produzido até 65 toneladas secas por hectare em solos não irrigados e não fertilizados, nos Estados Unidos. Isso é aproximadamente cinco vezes maior do que a produtividade comum do açúcar de beterraba ou matéria-prima de amido, como o milho. Em geral, o rendimento de biodiesel da maioria das matérias-primas. Todavia a utilização de biomassa como combustível pode ser feita a partir de sua forma bruta, como folhas, caule, semente, etc., ou processada como o briquete, que consiste na forma concentrada e comprimida do material. Os briquetes obtidos de biomassas, como madeiras, bagaço da cana e capim são produzidos através de secagem, trituração e prensagem da matéria - prima com auxílio ou não de um aglutinante, tem sido uma oportunidade impar para a solução de problemas com combustível e ambiental. SILVA (2008) cita alguns projetos que estão em andamento no país, como o Projeto Integrado de Biomassa PIB -, envolvendo órgãos como IPT, EMBRAPA/RJ, RECOPE e UNICAMP. O objetivo deste projeto é estudar a viabilidade do uso de gramíneas, como fonte de energia renovável e limpa, observando aspectos como: - a interação bacteriana para a fixação do nitrogênio do ar, visando diminuir o uso de fertilizantes, - a queima direta; - o potencial de carvoejamento e gaseificação, - criação de um equipamento adequado para colher o capim. A queima direta de briquete de capim em caldeira, devido à baixa umidade, faz com que a temperatura se eleve mais rapidamente do que a queima direta da madeira, ou de outros materiais

4 agrícolas mal prensados, com maior aproveitamento energético do material. Os capins Brachiara e Elefante apresentam em sua produção grande quantidade de biomassa vegetal, de considerável valor energético. Capim elefante: É uma gramínea originada da África, apresenta uma grande variabilidade genética. As variedades mais cultivadas em MG são Taiwan A-146 e o Cameron. O plantio dessa gramínea deve ser realizado durante o verão, logo no inicio das chuvas. Deve-se ter um cuidado especial na escolha das mudas, pois utilização de mudas de boa qualidade é de extrema importância para o bom crescimento da cultura. A colheita deve ser feita com idade entre 60 e 90 dias. Entretanto, nessa idade, a forrageira está com excessiva umidade, aproximadamente 80 %, característica comum da espécie na idade ideal de corte. A plantação de capim para produção de briquete deve ser diferenciada do cultivo com uso de fertilizantes, pois para o fim proposto o capim deve ser menos nutritivo possível, o oposto do que se faz tradicionalmente com a intenção de alimentar o gado. É que a presença de sais minerais gera cinzas que podem danificar os fornos. MAZZARELLA (2007) afirma que um dos desafios, para o uso do capim elefante é melhorar o potencial de secagem da gramínea, pois a biomassa verde não seca na natureza, sendo necessário para isso um processo de secagem artificial e compactação. O capim elefante verde contém 80% de água e não seca no meio ambiente, como o capim brachiara. Este tipo de material, se for armazenado com algum teor de umidade pode sofrer ação de microorganismos. Para redução da umidade, o capim deve ser cortado em pedacinhos e secado com o uso de alguma forma de energia. Capim Brachiara: É originária da Colômbia, foi introduzido no Brasil, em Esta cultura tolera regiões com baixo índice pluviométrico (<800 mm), devido ao seu sistema radicular profundo e, ainda, solos com menor fertilidade. O bom desempenho das várias espécies de Brachiara deve-se à sua adequação em todos os tipos de solo. O manejo inadequado de suas pastagens nas regiões de Cerrado pode ocasionar diminuição da cobertura superficial e, com isso, empobrecimento do solo e queda de produção. Potencialidades comparadas do Briquete e o óleo BPF O tipo de caldeira mais utilizada na região de Montes Claros é a caldeira de água quente. Nessa o calor do combustível é transferido para um fluido, que por sua vez transporta o calor aos utilizadores. Pode-se destacar a madeira e os óleos de baixo ponto de fluidez (BPF), como os combustíveis mais utilizados. A madeira tem sido a principal fonte de energia na produção de vapor na região, fazendo parte de um contexto de degradação ambiental. Além disso, árvores levam vários anos para atingir tamanho conveniente para corte. O capim oferece de duas a quatro colheitas anuais, segundo OSAVA (2008), e o briquete de capim libera 40% mais calor que o cavaco de madeira durante a queima e possui baixo teor de umidade, cerca de 20% menos que o cavaco. O óleo BPF é um óleo combustível fóssil que tem alto ponto de fulgor, é utilizado em equipamentos destinados a geração de energia térmica. A geração de vapor exige propriedades especiais do óleo combustível. O uso de óleo BPF pode liberar para a atmosfera enxofre durante sua combustão. Os compostos de enxofre liberados podem reagir com o vapor d água e produzir H 2 SO 3 e H 2 SO 4, causando problemas de poluição atmosférica. A combustão de briquetes, se bem regulada, produz apenas CO2 (dióxido de carbono) e água em forma de vapor. Nesse caso o CO2 liberado, não contribui para o aumento do efeito estufa no planeta, pois ele é o mesmo que foi armazenado pela planta na fotossíntese, ou seja, emissão zero. Foram analisados os dados de consumo de uso de óleo BPF e briquete de capim como combustível de uma empresa de tecidos de grande porte e o resultado foram os seguintes: - consumo aproximado de kg/mês óleo A1. Substituição do óleo por cavaco Quantidade de óleo x (PCI óleo/pci cavaco) = quantidade de cavaco poder energético do óleo = 9650 kcal/kg poder energético do cavaco = 2925 kcal/kg, kg/mês x (9650 kcal/kg)/(2925 kcal/kg) = ,92 kg/mês de cavaco custo médio do cavaco = R$ 150,00/ ton, custo médio do óleo = R$1,1163/kg Gasto com cavaco por mês: R$ ,40 Gasto com óleo por mês: R$ ,51. Assim o uso do cavaco significa uma economia de R$ ,11/mês para a empresa. Substituição do óleo por Briquete

5 O poder calorífico do briquete de capim brachiaira e de capim elefante é basicamente o mesmo, e se encontra entre 4100 kcal/kg e 4500 kcal/kg, esta variação é devida a umidade. Considerando 4100 kcal/kg, tem-se: Quantidade de óleo x (PCI óleo/pci briquete) = quantidade de briquete kg/mês x (9650 kcal/kg)/(4100 kcal/kg) = 1900 ton de briquete Como o briquete de capim custa em média R$ 200,00/ton, tem-se uma economia de: R$ ,51/mês Credito de Carbono Segundo a MundusCarbo empresa especialista em projetos MDL no Brasil (2009), substituindo-se o óleo kg óleo/mês, por biomassa, reduzirá cerca de ton CO 2 /ano que gerará créditos de carbono. CONCLUSÃO Foi possível concluir que a queima de briquete de capim é mais econômica para a empresa, quando comparada ao cavaco e ao óleo BPF, pois há uma economia de aproximadamente 58% em relação ao óleo. Em contrapartida não se tem um valor tão expressivo de economia quando comparado com o cavaco que tem uma economia de aproximadamente 2% em relação ao briquete, entretanto quando se leva em consideração aspectos ambiental, como desflorestamento, o briquete é mais viável. Os pontos positivos da utilização de briquete de capim versus óleo BPF são: menos poluição, já que a queima da biomassa na atmosfera, na maioria das vezes, é compensada pela absorção do plantio do novo capim; venda de créditos de carbono ao mercado; maior facilidade de estocar, melhoria significativa na ergonomia dos funcionários que alimentam a caldeira, diminuição da insalubridade na alimentação da caldeira, pois o funcionário fica menos tempo exposto ao calor. A produção de briquete de capim elefante, embora produza maior quantidade de biomassa seca, necessita de maiores cuidados, além de ser uma gramínea menos tolerante a climas secos, o que requer uma quantidade significativa de água para seu desenvolvimento, já o de capim brachiara é mais tolerante a climas secos, além de produzir sementes de valor comercial - sementes de brachiara são vendidas para produção de pasto para bovinos. Desta forma, levando-se em consideração todos os aspectos tratados nesse artigo, a cogeração de energia por meio do briquete de capim brachiara, apresenta-se como uma oportunidade para empresas que pretendem aumentar as vantagens competitivas, como reduzir custos e contribuir para evitar danos ao meio ambiente. NOMENCLATURA ANEEL Agencia Nacional de Energía Elétrica BPF- Baixo Ponto de fluidez EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária GEE Gases Efeito Estufa IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change PCI Poder Calorífico PIB Projeto Integrado de Biomassa RECOPE Rede Cooperativa de Pesquisa UNICAMP Universidade Estadual de Campinas REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANNEL, Biomassa, Encontrado em < 05-Biomassa%282%29.pdf >, visitada em 21 de julho de CAETANO, L., JUNIOR, D. A. L., Estudo Comparativo da Queima de Óleo B.P.F. e de Lenha em Caldeiras Estudo de Caso. CAMARGO, C. A. de (coord.) Manual de Recomendações: Conservação de Energia na Indústria do Açúcar e do Álcool. IPT, São Paulo, COSTA, K.A.P.; OLIVEIRA, I.P.; FAQUIN, V. et al. Intervalo de corte na produção de massa seca e composição químico-bromatológica da Brachiaria brizantha cv. MG-5. Ciência Agrotecnologia, v.31, n.4, p , FILHO,J. L. Q.,SILVA,D.S.S.,NASCIMENTO, I.S. et al Produção de matéria seca e qualidade de cultivares de capim-elefante (Pennisetum purpureum, Schum.). R. Bras. Zootec., LIMA, W.P Impacto Ambiental do Eucalipto., Editora da Universidade de São Paulo (2ed), São Paulo. LOPES, I.V.(Coord.), 2002 O Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MDL. IN: Guia de orientação. Fundação Getulio Vargas, Rio de Janeiro. MUNDUSCARBO, Contato em MAZZARELLA,V.N.G., 2007-Capim Elefante com Fonte de Energia no Brasil: Realidade Atual e Expectativas. Jornada Madeira Energética. Rio de Janeiro. ORSOLON, M. Crédito de Carbono. Potência, São Paulo-SP, n. 14, p , abril de 2006.

6 OSAVA. M., Capim elefante, novo campeão em biomassa no Brasil. IPS, Rio de Janeiro. Disponível em : <http// noticias.asp?id=3502 > acessado em 16 de junho de PROTOCOLO DE QUIOTO, Encontrado em < >acessado em 19 de agosto de ROCHA, M. T. Aquecimento global e o mercado de carbono: uma aplicação do modelo CERT f. Tese (Doutorado) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba-SP, SANTOS, E. A., et al., Aspectos Produtivos do Capim-Elefante (Pennisetum purpureum, Schum.) cv. Roxo no Brejo Paraibano. Revista Brasileira de Zootecnia Rev. vol.30 no.1 Jan./Feb- Viçosa. SILVA, A. C. A. ET AL, A Cogeração de energia a partir do capim brachiaria: Um caso de inovação na indústria de bionergia. XXVIII Encontro Nacional de Engenharia de Produção-Rio de Janeiro, RJ. TAUK, S M, ANÁLISE AMBIENTAL: Uma visão multidisciplinar. Editora Unesp. AGRADECIMENTOS Pelo suporte financeiro os autores agradecem à FACIT e à QUIFARMA.