BIOENERGIA E TECNOLOGIA APLICADA

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1 DISCIPLINA BIOENERGIA E TECNOLOGIA APLICADA PROFESSOR DIMAS AGOSTINHO DA SILVA COORDENADOR LABORATÓRIA DE ENERGIA DE BIOMASSA VETERINÁRIA CYMARA REGINA OSHIRO ALUNA DOUTORADO QUÍMICA LETICIA MOREIRA JESUS SOUZA TÉCNICA DO LABORATÓRIO ACADÊMICA ENGENHARIA FLORESTAL JESSICA GALVAN MONITORA DISCIPLINA CURITIBA, JUNHO DE

2 PARTE UM APRESENTAÇÃO A matriz energética mundial é formada por 87% de fontes primárias não renováveis, destacando a participação total de 80% de fontes de carbono fóssil, sendo 36% de petróleo, 23% de carvão e 21% de gás natural. A biomassa representa menos de 10% desta matriz, muito embora tem participação desde os primórdios da humanidade, com o domínio do fogo. O Brasil se destaca entre as economias industrializadas pela elevada participação das fontes renováveis em sua matriz energética. Isso é explicado primeiro pelas condições naturais, como bacias hidrográficas para produção de eletricidade com 15%, e um segundo fato é que por ser um país tropical apresenta um elevado potencial para a produção de energia por meio de biomassa, atualmente respondendo por 30% das fontes primárias energéticas (BRASIL, 2010). Esta quantia de biomassa energética é representada, quase na totalidade, pela cultura da cana-de-açúcar e madeira de florestamento. O panorama atual é apresentado por grandes e complexos desafios. O homem tecnológico que demanda cada vez mais recursos naturais para atender suas múltiplas necessidades, recursos estes que são finitos, gerando, devido o processo da aceleração entrópica, um forte grau de poluição no planeta. Para tal, necessita de maneira sempre crescente cada vez mais energia, que representa aproximadamente 60% da poluição ambiental no mundo. As décadas recentes têm sido caracterizadas por esforços nas sociedades visando promover e criar marcos regulatórios globais, orientadores de práticas e processos para mudar a tendência passada do desenvolvimento a custa de excessiva poluição. Assim ocorreram as conferências de meio ambiente das Nações Unidas de Estocolmo em 1972 e do Rio de Janeiro em 1992, a promulgação do protocolo de Kyoto, a instituição do Painel Internacional de Mudanças Climáticas, conferências globais sobre florestais, água, terra e elaboração da Agenda 21, entre outros. No âmbito dos países, prospera novas leis ambientais e disciplinadoras do uso dos recursos naturais. Nos anos recentes várias iniciativas e metas têm sido impostas e perseguidas em diversas sociedades para melhorar a matriz energética global, tornando-a menos poluidora e buscando enfoque em fontes energéticas renováveis. Estas fontes são formadas por energias solar, eólica, hidráulica e de biomassas. A bioenergia é entendida como paradigma para melhorar a sustentabilidade uma vez que, segundo alguns autores e pensadores como Ignacy Sachs, o futuro passa por sociedades focadas na biomassa, equacionadas na trilogia: biodiversidade, biotecnologia e bioenergia. A bioenergia, como ciência ordenada, é recente e se baseia na elevação dos coeficientes técnicos de produção de biomassa e de desenvolvimento de culturas energéticas, modernização e inovação de processos agroindústrias e silviculturais, busca do uso intensivo dos resíduos orgânicos de origem vegetal e animal, dos espaços rural e urbano como fonte 2

3 energética, tendo como meta a maior participação das biomassas na formação da matriz energética global com produção de menores danos ambientais ao planeta. Á energia é essencial para que se atinjam os objetivos econômicos, sociais e ambientais inter-relacionados ao desenvolvimento sustentável. Mas, para alcançar esta importante meta, os tipos de energia que produzimos e as formas como utilizamos terão que mudar. Do contrário, danos ao meio ambiente ocorrerão mais rapidamente, a desigualdade aumentará e o crescimento econômico global será prejudicado. (UNDP Word Energy Assesment: Energy and Challenge of Sustainablity) EMENTA Introdução. O homem e o uso dos recursos naturais. A matriz energética mundial e brasileira. Bioenergia. Culturas energéticas: oleaginosas, sacarídeas e amiláceas. Floresta energética. Resíduos e resíduos para energia. Processos de conversão energética: combustão, cogeração, gaseificação, pirólise, fermentação, hidrolíse. Caldeiras de vapor. Secadores de grãos e industriais. Versatilidade da biomassa florestal para energia. Estudo de caso. BIBLIOGRAFIA GERAL - Hinrichs, R. A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Ed. Thomson. 3ª. Ed. Tradução F. M. Vichi, L. F. de Mello, São Paulo: Pioneira Thomson Learning, Instituto Euvaldo Lodi. Álcool Combustível. Série Indústria Perspectiva. Brasilia, Knathe, G.; Krahl, J.; Gerpen, J. V.; Ramos, L. P. Manual do biodiesel. Ed. Edgardo Blucher, Price D. Energy and Human evolution. Population and Environment: A Journal of Interdisciplinary Studies, Volume 16, Number 4, March 1995, pp Silva, D. A. Energias Renováveis. UFPR, Curitiba, 2011 (Apostila). - Sluszz, T.; Machado, J. A. D. Características das potenciais culturas matérias-primas do biodiesel e sua adoção pela agricultura familiar. SOBER. Fortaleza, de julho de Tolmasquim M. T. Fontes renováveis de Energia no Brasil. Ed. Interciência, Rio de Janeiro, CENERGIA,

4 EVOLUÇÃO HUMANA E USO DE ENERGIA Com base em Goldemberg (2001) alguns dados para refletir sobre a evolução humana e o consumo inexorável de energia: Quando o homem habitava as cavernas o homem primitivo no Leste da África a de anos atrás, sem uso do fogo -, seu consumo diário de energia era de 2000 kcal. Sem nenhum tipo de processamento, a coleta de frutas e raízes garantia na alimentação a energia necessária para movimentar seus músculos. Precisando correr mais, o homem caçador Europa, aproximadamente anos atrás, com domínio do fogo - passou a ingerir kcal/dia. Já o homem agrícola primitivo e o avançado: a) primitivo na Mesopotâmia em anos atrás, que semeava e utilizava a energia animal consumia cerca de Kcal/dia; b) já o homem agrícola avançado no noroeste da Europa, em 1400 d.c, usando carvão para aquecimento, força e água, força do vento e transporte animal, dobrou o consumo para 20000Kcal/dia. O homem industrial chegou ao século XIX exigindo a queima de a kcal/dia, onde muito do consumo se deveu a máquina a vapor. Hoje, sustentar a vida contemporânea, a geração do homem tecnológico, demanda cerca de kcal/dia para cada habitante nos EUA, o país mais rico e consumidor de energia no mundo. O consumo diário de energia atingindo, em algumas sociedades, 100 vezes mais no espaço de um milhão de ano foi possível devido: a) O domínio do fogo: primeiro grande arranque no desenvolvimento do homem; b) Uso do carvão como fonte de calor e potência no século 19, c) Uso de motores a explosão interna a base de derivados de petróleo, disseminados a partir das duas guerras mundiais; d) Uso da eletricidade gerada a partir da energia hidráulica e depois da térmica;e) Uso intensivo de aparelhos em nosso cotidiano. Atualmente, no mundo do homem tecnológico, os desafios são equacionar a distribuição desigual no uso dos recursos energéticos, reduzir a demanda por fontes não renováveis de energia, melhorar a relação Norte e Sul para buscar o equilíbrio no uso da riqueza global, engenheirar o uso da energia para atender a consciência ambiental e os desafios do desenvolvimento sustentável e fazer a conciliação da produção de alimentos e de biomassa energética nas terras agricultáveis. ENERGIA A energia tem difícil conceituação, pois não pode ser vista e não tem substância física. Sua existência é percebida apenas por seus efeitos e pelos resultados que sua ação permite mostrar para a sociedade. Um conceito geral seria a capacidade de realizar trabalho deslocar 4

5 alguma carga contra uma força de resistência. É fácil ver que o movimento de chute na bola de futebol transfere energia porque consegue desloca-la pelo campo de jogo. Essa forma de energia que promove movimentos é definida como energia cinética. Outra forma é energia potencial: a água contida por uma barragem pode não estar se movendo, mas tem potencial para realizar trabalho quando é liberada. Outros tipos de energia térmica, química, elétrica e nuclear podem ser apresentados como formas de energia cinética ou potencial. Um objeto só fica quente por seus átomos constituintes estão realizando um movimento mais rápido do que aqueles de um objeto frio; a biomassa só armazena energia química porque suas ligações moleculares têm energia potencial; e a energia elétrica produzida por um gerador é o fluxo de elétrons se movimentando dentro de um fio. Segundo um princípio básico da física a Primeira Lei da Termodinâmica -, a energia não pode ser criada ou destruída. Ao usar uma forma de energia, estar-se-á convertendo em outra forma de energia, mas com perdas, pois a conversão nunca é 100% eficiente (Walisiewicz, 2008). A Figura I mostra a evolução e alteração da matriz energética atual para a futura devido o esforço global de melhoria energética centrada no desenvolvimento sustentável. FIGURA I - Evolução da matriz energética mundial (previsão) Fonte: World Energy Council A biomassa é uma fonte primária e tradicional de energia representada, primordialmente em épocas passadas, pelo uso intensivo da madeira e derivados. Para o futuro deverá continuar importante fonte mas baseadas em várias culturas e processos tecnológicos novos ou modernizados. 5

6 AS Figuras II e III mostram a oferta de energia e sua evolução no Brasil. Verifica-se que o País tem uma matriz energética com 46% de energia renovável enquanto a matriz energética mundial é de 12% com fontes renováveis. As fontes de biomassa energética e energia hidráulica sempre foram destaques na matriz energética do Brasil. FIGURA II - OFERTA INTERNA DE ENERGIA BRASIL 2007 (%) 238,3 milhões tep (2% da energia mundial) RENOVÁVEL BRASIL: 46% OECD: 6% MUNDO: 12% BIOMASSA 30,9% PETRÓLEO e DERIVADOS 37,4% HIDRÁULICA E ELETRICIDADE 14,9% URÂNIO 1,4% Fonte: MME-BEN, 2007 CARVÃO MINERAL 6,0% GÁS NATURAL 9,3% Biomassa: lenha 14% produtos da cana 15% outras 3% 6

7 UFPR Universidade Federal do Paraná FIGURA III EVOLUÇÃO DA OFERTA INTERNA DE ENERGIA NO BRASIL (%) 100% OUTRAS PRODUTOS DA CANA 80% LENHA & C.VEGETAL 60% HIDRÁULICA URÂNIO 40% CARVÃO MINERAL GÁS NATURAL 20% PETRÓLEO E DERIVADOS 0% ENERGIAS RENOVÁVEIS Há uma consciência global que a humanidade desloca-se em ritmo descontroladas rumo a novas catástrofes ambientais, problemas ecológicos e o aquecimento global. Acrescenta-se, ainda, o fato de a sociedade tecnológica do século XX estar movida, sobremaneira, na energia oriunda de fontes fósseis. O aproveitamento dos recursos naturais de maneira correta, para atender a demanda de energia, é o mais importante passo para mitigar problemas ambientais profundos e satisfazer o desenvolvimento dos povos, cada vez mais dependente de energia. O entendimento de energias renováveis abrange: 1) Bioenergias: biomassas (culturas energéticas, lixo urbano e esgoto, resíduos agroindustriais e gordura animal e óleos de cozinha); b) bio-óleos (biodiesel, bioetanol, H-Bio, etanol e metanol); 2) Energia hidráulica como as grandes hidrelétricas convencionais, pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), micros centrais hidrelétricas (MCHs) e maremotriz; 3) energia eólica] 4) energia solar; 5) energia do hidrogênio; 6) energia heliotérmica; 7) pilhas combustível e 8) energia de ondas. As fontes de energia renováveis, no geral, produzem as seguintes vantagens: Aumentam a quantidade e oferta de energia 7

8 Garantem a sustentabilidade e renovação dos recursos Reduzem as emissões atmosféricas de poluentes Economicamente viáveis e abundantes Em geral, integram pequenas centrais geradoras Proporciona melhor arranjos produtivos no interior Propicia inovação e desenvolvimento tecnológico Possibilidades de geração descentralizadas Produção de energia focada em peculiaridades regionais. As Figuras IV mostra a classificação geral das fontes de energia. Verifica-se que á significativas e distintas rotas energéticas, que possibilita uma busca de eficiência e conservação de energia. Por outro lado, há necessidade de pesquisa, desenvolvimento e inovação para melhorar o uso das fontes primárias de energia e, de forma paralela, melhorar o desempenho ambiental da matriz energética. Nas fontes renováveis destaca-se a energia solar como precedente quase geral das energias, com destaque para a bioenergia que pode ser obtidas de variadas culturas e matérias vegetais. FIGURA IV VIAS PARA OBTENÇÃO DA ENERGIA RENOVÁVEL 8

9 Fonte: EMBRAPA AGROENERGIA, A Figura V apresenta a participação das diferentes fontes de energia renovável na matriz energética brasileira, que é representada, de maneira relativamente semelhante, na energia hidráulica, produtos da cana-de-açúcar e madeira e derivados. As demais fontes renováveis biomassa, eólica, solar tem participação pequena de 7%. Há potencial para várias culturas, no futuro, comporem com mais destaque a porção renovável de energia no Brasil. 9

10 FIGURA V - MATRIZ DE OFERTA DE ENERGIA RENOVÁVEL 2008 (%) 101,9 milhões tep (45,1% da Oferta Interna de Energia no Brasil de 226,1 milhões tep) TEP = toneladas equivalentes de petróleo HIDRÁULICA E ELETRICIDADE 33% OUTRAS RENOVÁVEIS 7% PRODUTOS DA CANA 32% LENHA E CARVÃO VEGETAL 28% Fonte: Brasil Ministério das Minas e Energia, BIOENERGIA O tema bioenergia, no presente, gera entusiasmo devido à conexão com os problemas ambientais globais, a economia brasileira em alto astral pelo menos até setembro de e o Brasil ser o país da vez no jogo da economia mundial. Este entusiasmo que vem da percepção de que não se trata apenas de um novo ciclo de crescimento. A nova onda apresenta-se como o prenúncio de algo muito mais abrangente, em extensão e profundidade. Esta vivendo o momento inaugural, em solo brasileiro, da civilização moderna da biomassa, na expressão de Ignacy Sachs, pesquisador da Escola de Altos Estudos em Ciências Sociais de Paris. Civilização da qual a bioenergia é apenas um dos elementos ao lado de muitos outros, como o alimento, a ração animal, o adubo verde, materiais de construção, insumos industriais, fibras, plástico, papel, celulose, química verde, fármacos, cosméticos. Ainda que modesta, a participação da bioenergia na matriz energética mundial, algo em torno de 10 a 14%, constitui-se potencialmente em uma das iniciativas de grande impacto para a redução do efeito estufa. As recentes discussões sobre bioenergia, simbolizada nos biocombustíveis, mostram a sua importância em ajudar na solução dos problemas ambientais, e o quanto eles se tornaram estratégicos para as nações mais desenvolvidas e expectativa de novos caminhos 10

11 para ajudar as economias mais pobres, notadamente do hemisfério sul; com potencialidade de grande produção de biomassa para usos múltiplos, centros na alimentação, energia e insumos de indústrias. A biomassa expressa a energia em fluxo sempre disponível (HOSOKAWA, 2005). O termo biomassa engloba a matéria vegetal gerada através da fotossíntese e os seus derivados, tais como resíduos florestais, agrícolas, animais e a matérias orgânicas contida nos resíduos industriais e domésticos. Estes materiais contêm energia química primária provinda da transformação energética da radiação solar, através do processo fotossintético. Essa energia química pode ser liberada diretamente no processo de combustão, ou convertida através de algum processo em fontes secundárias energéticas mais adequadas. Os recursos energéticos da biomassa podem ser reconhecidos como biocombustíveis, que são apresentados em três principais grupos, considerando a origem da matéria-prima : dendrocombustíveis, agrocombustíveis e combustíveis de resíduos urbanos. Os dendrocombustíveis são caracterizados pela madeira (lenha) através do seu uso direto, pelos resíduos da atividade florestal e da transformação industrial da madeira que representam fonte primária de energia e, ainda, por produtos derivados como carvão vegetal, alcatrão, gases combustíveis, etanol, metanol, briquetes de carvão vegetal, licor negro, dentre outros, que formam as fontes energéticas secundárias da biomassa florestal. O desenvolvimento sustentável está ligado ao crescimento com responsabilidade, e para que haja crescimento é necessária muita energia, que deve ser gerada de fontes limpas e renováveis. Os países desenvolvidos não têm terras agricultáveis em quantidade e com as condições climáticas necessárias para a otimização do plantio da matéria-prima necessária para a produção de biocombustíveis, com a eficiência e sem competição com a produção de alimento. A América Latina, e em especial o Brasil, aparece como grande celeiro para o crescimento da produção dessa matéria-prima, com extensas áreas disponíveis para a agricultura. A bioenergia é um recurso, que em tese, pode ser a âncora do desenvolvimento sustentável do planeta devido o grande potencial científico e tecnológico acumulado na produção de biomassa, é a denominação genérica para matérias de origem vegetal ou animal que podem ser aproveitadas como fonte de produção de energia, mais comumente na forma de calor ou eletricidade. A bioenergia, como biomassa energética (Quadro 4), engloba, de maneira simplificada, os recursos: a) florestas energéticas com aplicação de silvoquímica; destacadas em culturas como eucalipto, bracatinga, bambu, pinus e outras, onde se usa lenha, resíduos florestais industriais, biocarvão, etanol e metanol e madeira em gás, b) culturas 11

12 UFPR Universidade Federal do Paraná energéticas e matérias da agropecuária como cana-de-açúcar,, mamona, soja, algodão, pinhão bravo, dendê, babaçu, gergelim, canola, óleos vegetais girassol e resíduos agrícolas, esterco e cama de animais, c) resíduos agroindústrias e indústria de alimentos, d) resíduos urbanos como lixo e esgoto, gordura e óleos de cozinha e dejetos orgânicos. Assim tem-se a biomassa energética apresenta em multimaneiras como biomassa in natura como madeira, bagaço de cana e resíduos (agrícola: casca de babaçu, arroz, palha de milho; florestais: casca de madeira, serragem, cepilho, maravalha, cavacos, galhos e raízes; urbanos e industriais) e derivados de processos e matérias distintas nos produtos hoje muito difundidos como carvão vegetal, gases, metanol, etanol, briquetes, peletes, licor negro evaporado, bioóleos, bioetanol, biodiesel, palha, vinhoto, esgoto, lixo, Hbio, etanol de segunda e outras gerações que estão sendo gestados para estarem no mercado futuro. A Figuras VI mostra a evolução da oferta de bioenergia no Brasil, enquanto o Quadro 1 apresenta a classificação dos biocombustévis. FIGURA VI EVOLUÇÃO DA OFERTA DE BIOENERGIA BRASIL (milhões tep) OUTRAS PRIMÁRIAS PRODUTOS DA CANA LENHA E CARVÃO VEGETAL 0 As fontes renováveis de energia, sem dúvida, terão uma participação cada vez mais relevante na matriz energética global. Estas fontes englobam a energia hidráulica, eólica, solar, hidrogênio e bioenergia. O conceito de bioenergia teve origem na teoria psicanalítica, onde Freud afirmava...que nas funções mentais deve distinguir algo que possui todas as características de uma quantidade passível de aumento, diminuição, deslocamento e 12

13 descarga e que se espalha... como uma carga elétrica difundida pela superfície do corpo.... Neste contexto, a bioenergia é a manifestação da energia do organismo. A discussão sobre bioenergia parece ser muito semelhante a esta história que a tanto tempo se estuda e discute na psicanálise. Tanta gente fala sobre o tema, tantas são as propostas de gerar e usar a bioenergia. Porém, no momento, é difícil dimensionar a verdade e o imponderável sobre a bionergia. Possivelmente, também, ao falar de bioenergia não sabe exatamente do que esteja tratando. A equação conhecida como E=mc 2, expressa uma equivalência entre matéria (m), ou seja, biomassa no tema que trata este trabalho, e energia (E). A teoria cósmica do Big Bang versa que no início dos tempos havia um universo minúsculo que consistia unicamente de energia a altíssimas temperaturas. À medida que esse universo se expandia ele se esfriava e uma parte desta energia foi se condensando em algumas partículas subnucleares, que por sua vez foram se ligando para formar a matéria tal como a conhece atualmente. O tema bioenergia, no presente, gera entusiasmo devido à conexão com os problemas ambientais globais, a economia brasileira em alto astral e o Brasil ser o país da vez no jogo da economia mundial. Este entusiasmo que vem da percepção de que não se trata apenas de um novo ciclo de crescimento. A nova onda apresenta-se como o prenúncio de algo muito mais abrangente, em extensão e profundidade. Esta vivendo o momento inaugural, em solo brasileiro, da civilização moderna da biomassa, na expressão de Ignacy Sachs, pesquisador da Escola de Altos Estudos em Ciências Sociais de Paris. Civilização da qual a bioenergia é apenas um dos elementos ao lado de muitos outros, como o alimento, a ração animal, o adubo verde, materiais de construção, insumos industriais, fibras, plástico, papel, celulose, química verde, fármacos, cosméticos. Ainda que modesta, a participação da bioenergia na matriz energética mundial, algo em torno de 10 a 14%, constitui-se potencialmente em uma das iniciativas de grande impacto para a redução do efeito estufa. As recentes discussões sobre bioenergia, simbolizada nos biocombustíveis, mostram a sua importância em ajudar na solução dos problemas ambientais, e o quanto eles se tornaram estratégicos para as nações mais desenvolvidas e expectativa de novos caminhos para ajudar as economias mais pobres, notadamente do hemisfério sul; com potencialidade de grande produção de biomassa para usos múltiplos, centros na alimentação, energia e insumos de indústrias. O desenvolvimento sustentável está ligado ao crescimento com responsabilidade, e para que haja crescimento é necessária muita energia, que deve ser gerada de fontes limpas e renováveis. Os países desenvolvidos não têm terras agricultáveis em quantidade e com as condições climáticas necessárias para a otimização do plantio da matéria-prima necessária para a produção de biocombustíveis, com a eficiência e sem competição com a produção de alimento. A América Latina, e em especial o Brasil, aparece como grande celeiro para o crescimento da produção 13

14 dessa matéria-prima, com extensas áreas disponíveis para a agricultura. A bioenergia é um recurso, que em tese, pode ser a âncora do desenvolvimento sustentável do planeta devido o grande potencial científico e tecnológico acumulado na produção de biomassa, é a denominação genérica para matérias de origem vegetal ou animal que podem ser aproveitadas como fonte de produção de energia, mais comumente na forma de calor ou eletricidade. A biomassa, como matéria da ou a bioenergia, engloba, de maneira simplificada, os recursos: a) florestas energéticas com aplicação de silvoquímica; destacadas em culturas como eucalipto, bracatinga, bambu, pinus e outras, onde se usa lenha, resíduos florestais industriais, biocarvão, etanol e metanol e madeira em gás, b) culturas energéticas e matérias da agropecuária como cana-de-açúcar,, mamona, soja, algodão, pinhão bravo, dendê, babaçu, gergelim, canola, óleos vegetais girassol e resíduos agrícolas, esterco e cama de animais, c) resíduos agroindústrias e indústria de alimentos, d) resíduos urbanos como lixo e esgoto, gordura e óleos de cozinha e dejetos orgânicos. Assim tem-se a biomassa energética apresenta em multimaneiras como biomassa in natura como madeira, bagaço de cana e resíduos (agrícola: casca de babaçu, arroz, palha de milho; florestais: casca de madeira, serragem, cepilho, maravalha, cavacos, galhos e raízes; urbanos e industriais) e derivados de processos e matérias distintas nos produtos hoje muito difundidos como carvão vegetal, gases, metanol, etanol, briquetes, peletes, licor negro evaporado, bioóleos, bioetanol, biodiesel, palha, vinhoto, esgoto, lixo, Hbio, etanol de segunda e outras gerações que estão sendo gestados para estarem no mercado futuro. Ainda, a bioenergia, além da biomassa, contempla a água através da energia hidráulica (usinas hidroelétricas, PCHs e energia de marés) e ventos via energia eólica, compondo num conjunto, as energias renováveis de uma matriz energética propugnada atualmente. Este conjunto de biomassa, na expressão bioenergética, está colocado na agenda global para atender o homem tecnológico que demanda mais de cem vezes o consumo per capita por dia do homem primitivo. A sustentabilidade do planeta e a manutenção do desenvolvimento tecnológico da sociedade passam, peremptoriamente, pelo equacionamento da matriz energética global, regional e local. CULTURAS ENERGÉTICAS O entendimento de cultura energética abrange várias categorias, umas tradicionais e com uso alimentar, outras com finalidade exclusiva para energia. A Figura VII compara a produção de culturas energéticas no Brasil e no Mundo. 14

15 FIGURA VII Comparação das culturas Agrícolas Energéticas no Brasil e no mundo. PRODUÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS (milhões de Toneladas) Produto Mundo Brasil Quantidade (%) Quantidade (%) Soja 30,98 30,6% 5,20 90,8% Dendê/Palma 28,67 28,3% 0,12 2,1% Algodão 3,78 3,7% 0,19 3,4% Amendoim 4,98 4,9% 0,03 0,5% Girassol 9,12 9,0% 0,06 1,0% Colza 14,02 13,8% 0,02 0,3% Coco 3,31 3,3% 0,00 0,0% Palmiste 3,55 3,5% 0,01 0,2% Outros 2,82 2,8% 0,10 1,7% Total 101,23 100,0% 5,73 100,0% Brasil produz 5,7% da produção mundial de óleo. Brasil exporta cerca de 6,8% do total mundial. Área de Produção Agrícola Destinada à Produção de Alimentos, Fibras e Biocombustíveis (álcool + biodiesel B2) Alimentos e Fibras: 92,5% Fonte: Meireles, e Brisolara,2008 Biocombustívies: 7,5% A partir da produção de álcool estimada para 2007 e da produção de biodiesel B2, estima-se que 4,9 milhões de hectares serão destinados à produção de biocombustíveis, equivalente a 7,5% da área agrícola em utilização no Brasil. Aproximadamente 1% da área disponível para a agropecuária brasileira (área de grãos + pastagens). A Figura VIII apresenta e indica as culturas energéticas tradicionais por regiões brasileiras. 15

16 FIGURA VIII - Culturas Agrícolas Energéticas por Região do País Norte: Consumo de Diesel: 8% Fonte: Dendê (Palma) / Óleo Animal / Babaçu / Cupuaçu Nordeste: Consumo de Diesel: 15% Fonte: Cana-de-açúcar / Babaçu / Mamona / Coco / Algodão / Dendê (Palma) / Pinhão Manso / Óleo Animal Centro-Oeste: Consumo de Diesel: 12% Fonte: Cana-de-açúcar / Soja / Mamona / Algodão / Girassol / Amendoim / Pinhão Manso Sul: Consumo de Diesel: 21% Fonte: Cana-de-açucar / Soja / Amendoim / Colza / Girassol / Mamona / Óleo Animal Sudeste: Consumo de Diesel: 44% Fonte: Cana-de-açúcar / Soja / Mamona / Algodão / Óleo Animal / Girassol / Amendoim / Pinhão Manso Fonte: Meireles, 2008 O Quadro 1 destaca a produtividade das principais e usuais culturas energéticas no Brasil. Os principais teores de óleo, em percentagem de massa, são encontrados nas culturas de mamona, de girassol amendoim, gergelim, canola e pinhão manso. Já a produção de óleo por unidade de área destaca-se as culturas do pinhão manso e do dendê. Paradoxalmente, a cultura da soja apresenta menores teor de óleo e menor produção, mas devido a grande escala de produção, tem se imposto como a fonte mais utilizável de biodiesel nos anos recentes. A Figura IX mostra a evolução das principais culturas ao longo do tempo. QUADRO 1 Teor e produção de óleo nas principais culturas energéticas brasileiras 16

17 Figura IX Evolução da produção de algumas oleaginosas no Brasil DENDÊ (Elaeis Guineensis L.) O dendê é uma espécie da família Palmae e de cultivo perene e começa a produzir frutos a partir de 3 anos após plantio em local definitivo. A produção é crescente até o sétimo ano, quando se estabiliza e permanece assim até o 17 ano, quando começa a declinar, sendo que a palmeira tem uma vida econômica útil entre 20 e 30 anos. Por se tratar de uma cultura 17

18 com alto custo de implantação e longo período de exploração comercial, devem ser usadas plantas híbridas do tipo Tenera, proveniente do cruzamento entre Dura e Pisífera (BARCELOS et al., 2006). A população recomendada é de 143 plantas por hectare, já que a colheita dos cachos maduros é realizada em intervalos de 7 a 10 dias ao longo da vida econômica da palma e é feita manualmente. A separação dos frutos (1.000 a em cada cacho) pode ser efetuada manualmente ou com a ajuda de animais ou tratores de pequeno porte. As condições climáticas indicadas para seu cultivo incluem um clima tropical com temperaturas que variam de 24 a 32ºc e com períodos chuvosos. A região Norte do Brasil é que apresenta tais características climáticas, sendo os estados do Pará, Amazonas e Amapá, além da Bahia na região Nordeste, os mais promissores. O Pará é o maior produtor de óleo de palma do Brasil, concentrando mais de 80% da área plantada (EMBRAPA AMAZÔNIA OCIDENTAL, 2006). Anualmente, cada hectare de palma pode render de 4 a 6 toneladas de óleo e poderá fornecer 4,5 bilhões de litros de biodiesel (ANUÁRIO BRASILEIRO DA AGROENERGIA, 2006). Segundo SLUSZZ e MACHADO (2006), a extração do óleo do dendê é realizada por meio de métodos mecânicos, da simples prensagem ou do esmagamento dos frutos. As sementes são separadas das fibras e depois quebradas e esmagadas, para extração do óleo de pasmiste. Vários processos operacionais são utilizados para obter o produto acabado. O primeiro deles produz o óleo bruto extraído do mesocarpo do fruto, que na sua segunda fase pode ser refinado ou também fracionado onde são obtidas frações sólidas (estearina) e líquidas (oleína). As empresas extratoras deste óleo estão localizadas estrategicamente próximas às plantações com o objetivo de facilitar o transporte. Após a retirada dos frutos, tem-se como subproduto do dendê os cachos vazios, ricos em potássio, que podem ser usados em adubação orgânica de lavouras de subsistência. Da polpa, depois de extraído o óleo, sobra uma fibra que pode servir para alimentar as caldeiras à vapor ou aproveitada ainda como adubo. Com as sementes, depois de retirado o óleo de palmiste, é feita a torta de palmiste, que tem teor de proteína de 15%, podendo ser utilizada na alimentação animal. A casca, com alto poder calorífico, pode ser comercializada e empregada como combustível, no revestimento de estradas ou como matéria-prima em usinas de carvão. O exposto revela que da cultura do dendê se utiliza tudo, podendo proporcionar uma renda extra e empregos para pequenos produtores da região Norte do país. 18

19 GIRASSOL (Helianthus annuus L.) O girassol é uma planta dicotiledônia, da família Compositae, apresenta características agronômicas importantes, como maior resistência às variações climáticas que a maioria das espécies leguminosas, se ajusta bem a diversos ambientes, podendo suportar temperaturas baixas e menor disponibilidade de água (BIODIESEL, 2006). O girassol é indicado para produção de biodiesel pela excelente qualidade do óleo extraído de sua semente. É considerado um cultivo rústico que se adapta facilmente às condições edafoclimáticas pouco favoráveis, além disso, é uma cultura econômica e que não requer manejo especializado, sendo preferencialmente recomendado para as regiões Sudeste e Sul do Brasil onde já se produzem grãos (como a soja e o milho) e não há disponibilidade de ampliação de áreas cultivadas, pois é adaptado ao cultivo de safrinha. Também na região do Cerrado, pode ser plantado de modo a aproveitar as últimas chuvas do verão. 19

20 O girassol produz, atualmente, cerca de litros de óleo por hectare/ano. O seu uso em rotação, na safrinha, em 20% dos 13 milhões de hectares cultivados com soja, poderia proporcionar mais de 2,5 bilhões de litros de óleo por ano dessa cultura (EMBRAPA SOJA, 2006). Entretanto, mesmo com um grande potencial para safrinha, um dos obstáculos a sua utilização é a suscetibilidade a doenças. A planta é hospedeira de 35 microorganismos fitopatogênicos, sendo que os principais são os fungos que podem reduzir o rendimento e a qualidade do produto final. Devido a esse entrave, é recomendado que só se retorne com o girassol numa mesma área após 4 anos, o que dificulta o seu constante volume de produção. Com alto teor de óleo nos grãos, conseqüentemente com maior rendimento por tonelada que outras leguminosas anuais, e tendo facilidade de extração do óleo por prensagem, é uma cultura apropriada para pequena propriedade, favorecendo a inclusão do agricultor familiar na sua cadeia produtiva, tendo assim importância no que tange ao aspecto social da agricultura. Além da extração do óleo, o girassol possui outros usos. As hastes podem originar material para forração acústica e, junto com as folhas, podem ser ensiladas para alimentação animal e também promover uma excelente adubação verde, assim como suas raízes pivotantes que promovem uma considerável reciclagem de nutrientes e aumento da matéria orgânica do solo quando deixado após a colheita. As sementes podem ser utilizadas também para alimentação humana. A versatilidade de uso do girassol vem impulsionando um aumento gradativo da área semeada no Brasil. Em 1997, a cultura ocupava uma área equivalente a 11 mil hectares, e em 2005, passou para 45 mil hectares, produzindo nesse ano 83,6 mil toneladas do grão, segundo dados da CONAB (2006). A região que mais produziu girassol em 2005 foi a Centro-Oeste, seguida da Sul e Sudeste. CANOLA (Brassica napus L. e Brassica rapa L.) A canola, planta da família das crucíferas, é cultivada no Brasil na primavera e foi desenvolvida por melhoramento genético convencional de colza, grão que apresentava teores mais elevados de ácido erúcico e de glucosinolatos (BIODIESEL, 2006). A canola constitui uma das melhores alternativas para diversificação de culturas de inverno e geração de renda pela produção de grãos, no Sul do Brasil. O cultivo de canola em rotação com outras culturas tradicionais reduz a ocorrência de doenças, contribuindo para que o trigo, por exemplo, semeado no inverno subseqüente produza mais e tenha melhor qualidade e menor custo de produção. Para apresentar boa produtividade, entretanto, a canola requer solo bem drenado, sem compactação, sem resíduos de determinados herbicidas, livre de doenças e invasoras, com ph acima de 5,5 e com adubação equilibrada. Uma das doenças mais importantes na cultura da canola, que já dizimou lavouras na região Sul do Brasil, é a canela-preta (Leptosphaeria maculans), sendo que a ocorrência dessa depende do inóculo que permanece em restos culturais infectado. Assim, deve-se evitar o cultivo contínuo dessa cultura numa mesma área. Para um bom manejo da cultura, deve ser realizada a rotação de cultivos. Deve- 20

21 se esperar 20 dias, no mínimo, entre a colheita de canola e a semeadura de soja ou de milho. O cultivo de canola serve também para reduzir a infestação com gramíneas, de controle difícil nos cultivos de trigo e outros cereais. Preferencialmente deverá ser adota a seqüência de culturas: soja, canola, milho, trigo, pois apresenta diversas vantagens no controle de doenças e manejo de culturas, contribuindo desta forma para o aumento da lucratividade e Sustentabilidade da pequena propriedade. A canola possui de 40 a 46% de óleo e também serve como farelo, com 34 a 40% de proteína, sendo considerado um excelente suplemento protéico na fórmula de rações. Médicos e nutricionistas indicam o óleo de canola por ser um dos mais saudáveis, pois possui elevada quantidade de Ômega-3, vitamina E, gorduras monoinsaturadas e o menor teor de gordura saturada de todos os óleos vegetais (EMBRAPA TRIGO, 2006). A cultura de canola constitui alternativa de cultivo de safrinha no inverno, principalmente na região Sul do Brasil, juntamente com a produção de trigo. O primeiro ano de cultivo comercial da canola no Centro-Oeste foi em 2004 e sugeriu essa cultura apresenta potencial para constituir uma nova alternativa de cultivo de safrinha em determinadas áreas do 21

22 Cerrado. A introdução e a avaliação de novos genótipos oferecem oportunidades promissoras para identificar cultivares e híbridos com maior potencial de rendimento de grãos, visando a aumentar a rentabilidade ou estabilidade de retorno no cultivo de canola. A área semeada com canola, em 2004, foi de hectares no Rio Grande do Sul, ha no PR e ha em Goiás. No RS, a área cresceu para aproximadamente ha em 2005, e o interesse dos agricultores indica tendência de incremento na área com canola, em 2006, em virtude de facilidade de comercialização, elevada lucratividade e liquidez, quando comparada com outras culturas de inverno. Praticamente toda a produção de canola do Paraguai tem sido vendida para o Brasil na forma de grãos, óleo e farelo, mostrando a grande demanda do mercado. O rendimento de grãos varia de e kg/ha, sendo que o seu óleo é o mais utilizado na Europa para produção de biodiesel e constitui padrão de referência nesse mercado (EMBRAPA TRIGO, 2006). MAMONA (Ricinus communis L.) A mamona é uma planta da família Euphorbiaceae, sendo conhecida popularmente por rícino, carrapateira, bafureira, baga e palma-criste. A mamona pode ser considerada a principal oleaginosa para produção de biodiesel, por ser de fácil cultivo, de baixo custo e por ter resistência à seca, se adaptando muito bem a forte exposição ao sol, altas temperaturas, requerendo no mínimo 500 mm de chuvas para seu crescimento e desenvolvimento normal, sendo indicada para regiões semi-áridas (BIODIESEL, 2006). Muitas são as cultivares disponíveis, variando em porte, deiscência, tipos de cachos e outras características, as principais no entanto, recomendadas pela Embrapa Semi-Arido (2006) são as de porte médio e frutos semi-indeiscentes, como a BRS 149 Nordestina e a BRS 188 Paraguaçu. Seu manejo é fácil, com atenção especial apenas na hora da colheita, pois precisa ocorrer em ambiente seco e quando _ dos frutos dos cachos estiverem maduros, com coloração marrom, sendo que a colheita é realizada, na maioria dos locais, manualmente, o que gera empregos e rendas para as populações do Semi-Árido Nordestino. Através do zoneamento agrícola, a Embrapa Semi-Árido já mapeou mais de 600 mil hectares de terras aptas ao cultivo da mamona, o que pode representar uma alternativa para mais de 100 mil famílias de agricultores. A cultura possui forte componente social, sendo cultivada por pequenos produtores familiares, em consórcio com outras culturas, principalmente com feijão. Deve-se, entretanto, ser evitado o consórcio com outras culturas muito competitivas, já que a mamona é muito sensível à competição causada pelas plantas daninhas, que precisam sempre ser controladas para evitar o decréscimo de rendimento. O óleo da mamona é o principal produto da planta, possuindo diversos usos, dentre eles: lubrificante de turbinas, fabricação de náilon e resinas, tecidos, adesivos, cosméticos, fios, tubos plásticos e tintas aproveitadas em pinturas de automóveis e em impressoras, além de ser componente também utilizado nas telecomunicações e na biomedicina. Deve-se ainda, dar destaque aos sub-produtos dessa planta. A torta de mamona é o mais tradicional e importante deles e é obtida como residual da extração do óleo das sementes. Seu uso, predominantemente, tem sido como adubo orgânico e é de boa qualidade, eficiente na recuperação de terras esgotadas. Diferente das demais culturas, não pode ser utilizada na alimentação animal devido à presença da ricina, uma substância tóxica quando ingerida pelos 22

23 animais ou humanos. Com tantos usos, ainda assim, é no biodiesel que a mamona poderá ter sua grande aplicação, tendo em vista seu elevado teor de óleo. A área plantada com mamona hoje no Brasil é calculada em aproximadamente 160 mil hectares. O País é o terceiro maior exportador do óleo de mamona, participando com cerca de 12% do mercado mundial e seus principais clientes são Estados Unidos, Japão e Comunidade Europeia. A Bahia é o maior produtor nacional, sendo responsável por 92% da colheita. Porém, de acordo com o zoneamento agroecológico, há ainda mais de 3,3 milhões de hectares aptos no Brasil para o cultivo em condições de sequeiro, onde seria possível produzir até 1,8 bilhão de litros de óleo vegetal (ANUÁRIO BRASILEIRO DA AGROENERGIA, 2006). Estimativas referem que a mamona teria condições de fornecer mais de 60% do biodiesel em substituição ao diesel hoje utilizado no mundo. Segundo pesquisadores da Embrapa Semi- Árido, para substituir 2% do consumo interno de diesel serão necessários 786 milhões de litros de biodiesel, com base no consumo de Desse volume, 293 milhões de litros (40%) deverão ser obtidos a partir de óleo de mamona e considerando uma produtividade agrícola da cultura de 1,8 t/ha e o rendimento industrial em óleo de 4 a 5%, será necessário o plantio de 360 mil ha e investimentos da ordem de R$ 370 milhões. Foi identificado também um déficit de 55% entre a área plantada de mamona e a necessária para a produção de biodiesel, considerando que todo o óleo de mamona seja utilizado exclusivamente para esse fim, sendo essa uma grande oportunidade para os agricultores familiares de todo o Brasil, principalmente da Região Nordeste. 23

24 AMENDOIM (Arachis hypogaea) O amendoinzeiro é uma planta herbácea, ramificada e de porte ereto e pequeno, da família Fabácea. A planta é anual e o ciclo desde a semeadura até a colheita varia de 90 a 120 dias em função de variedades. As suas raízes apresentam nódulos, provocados pela simbiose com bactérias fixadoras do nitrogênio do ar. A planta do amendoim apresenta grande plasticidade genética podendo ser cultivada em várias condições agroecológicas. O maior rendimento, contudo, será função da cultivar e, sobretudo, das interações entre temperatura e disponibilidade hídrica (PORTAL DO BIODIESEL, 2006). O amendoim pode ser cultivado em quase todos os tipos de solo, contudo, a maior produtividade é obtida naqueles bem drenados, de razoável fertilidade e textura arenosa ou franco-arenosa, de maneira a favorecer a penetração dos ginóforos ou esporões, o desenvolvimento das vagens e a redução de perdas na colheita. A região brasileira que apresenta as condições edafoclimáticas mais adequadas à cultura é a sudeste, onde é cultivada 24

25 na renovação de canaviais no cultivo das águas e nas áreas de reforma de pastagens onde ocorre no cultivo da seca. A cultura também pode ter o plantio procedido em consórcio com outra cultura herbácea, como milho, gergelim, mandioca ou algodão. A cultura também é indicada para pequenas propriedades familiares e já existem equipamentos para auxiliar esses produtores no beneficiamento de amendoim, como a descascadora manual, com capacidade para beneficiar 75 kg por hora, com perdas abaixo de 5% - manualmente se gasta cerca de uma hora para cada kg, segundo pesquisas da Embrapa Algodão (2006). O amendoim é utilizado na alimentação humana ou destinado à extração de óleo. O óleo é utilizado na culinária, na indústria de conservas de alimentos enlatados, em produtos medicinais, na fabricação de margarina, sabões, sabonetes e cremes. A torta, resto da extração de óleo, rica em proteína, é utilizada no preparo de ração para alimentação animal. A parte aérea da planta pode servir de forragem para animais, além de adubação verde. Os grandes produtores mundiais são: Índia, China, Nigéria, Senegal, Estados Unidos e Brasil. No Brasil a quantidade produzida em 2004 foi de t, numa área de ha, segundo dados da CONAB (2006). O estado de São Paulo é o maior produtor do país, sendo utilizado fundamentalmente em consórcio e rotação com a cana-de-açúcar, produzindo, em 2004, t, numa área de ha, com rendimento próximo de kg/ha (IBGE, 2010). Soja (Glycine Max) 25

26 A soja é uma planta da família Fabaceae, sendo considerada uma das principais fontes de proteína e óleo vegetal do mundo. Ela tem sido cultivada comercialmente e utilizada nas alimentações humana e animal por milênios, sem nenhum registro de danos causados aos consumidores ou ao meio ambiente (PORTAL DO BIODIESEL, 2006). Embora ela tenha origem em clima temperado, atualmente, depois de amplo melhoramento genético, a soja é produzida em condições de climas subtropical e tropical. É uma planta anual, arbustiva, com ciclo variando de 70 a 180 dias, dependendo das variedades, regiões e condições edafoclimáticas. As condições ótimas para obtenção do máximo potencial produtivo são de necessidade de água variando de 450 a 800 mm e temperatura do ar entre 20 e 30 C. A soja tem melhor potencial de desenvolvimento em sistema de plantio direto, com solo corrigido de acordo com as necessidades nutricionais das cultivares utilizadas (EMBRAPA SOJA, 2006). Trata-se de um grão muito versátil que dá origem a produtos e subprodutos muito usados pela agroindústria, indústria química e de alimentos. Na alimentação humana, a soja entra na composição de vários produtos embutidos, em chocolates, temperos para saladas, entre outros. A proteína de soja é a base de ingredientes de padaria, massas, produtos de carne, cereais, misturas preparadas, bebidas, alimentação para bebês e alimentos dietéticos. A soja também é muito usada pela indústria de adesivos e nutrientes, alimentação animal, adubos, formulador de espumas, fabricação de fibra, revestimento, papel emulsão de água para tintas. Seu uso mais conhecido, no entanto, é como óleo refinado, obtido a partir do óleo bruto. Nesse processo, também é produzida a lecitina, um agente emulsificante, muito usada na fabricação de salsichas, maioneses, achocolatados, entre outros produtos. A produção de soja no mundo, em 2004, foi de aproximadamente 200 milhões de toneladas, com uma área plantada de 92,6 milhões de hectares. Atualmente, o Brasil é o segundo maior produtor mundial de soja, colhendo cerca de 50 milhões de toneladas/ano, sendo o Centro- Oeste a principal região produtora, com cerca de 50% do volume nacional (IBGE, 2006). Com a integração entre agricultura e pecuária podem ser utilizados 20% dos 100 milhões de hectares de pastagens do País, para obter mais de 12 bilhões de litros de óleo. Por outro lado, tomando por base a produção brasileira de óleo de soja, estimada em 5 milhões de toneladas, a substituição de 2% do diesel significaria mais de 2 milhões de toneladas a cada ano, sendo que esse incremento não seria problema a curto prazo (ANUÁRIO BRASILEIRO DA AGROENERGIA, 2006). 26

27 ALGODÃO (Gossypium hirsutun L.r latifolium Hutch) O algodão, que é considerado a mais importante das fibras têxteis, é também a planta de aproveitamento mais completo e que oferece os mais variados produtos de utilidade. O algodão é uma planta da família das Malvaceae, subarbustiva e, na produção comercial, o ciclo é anual. Os frutos, conhecidos como maçãs, produzem as plumas (fibras) e as sementes (caroços). A produção do biodiesel é a partir do esmagamento do caroço, sendo uma alternativa ainda pouco divulgada, mas que começa a atrair o interesse de grandes empresas (BIODIESEL, 2006). Como alternativa para rotação com a soja, os produtores do Centro-Oeste viram no algodão uma grande oportunidade de negócios. O algodoeiro é muito sensível à temperatura, por isso é recomendado para as regiões Nordeste e Centro-Oeste do Brasil, onde as temperaturas permanecem entre 18º e 30ºC, nunca ultrapassando o limite inferior de 14ºC (EMBRAPA ALGODÃO, 2006). O Brasil tem uma área plantada de aproximadamente ha, com produção de cerca 4 milhões de toneladas de algodão herbáceo em caroço, sendo o Estado de Mato Grosso responsável por quase metade da produção brasileira de algodão mesmo ano foi de 700 mil toneladas (IBGE, 2006). 27

28 PINHÃO MANSO (Jatropha Curcas L.) O pinhão manso é da família Euphorbiaceae, e pode ser reconhecido por pinhãoparaguaio, pinhão-de-purga, pinhão-de-cerca, purgante-de-cavalo, manduigaçu, mandubiguaçú, figo-do-inferno, purgueira e pinhão croá. Por ser uma cultura existente de forma espontânea em áreas de solos pouco férteis e de clima desfavorável à maioria das culturas alimentares tradicionais, o pinhão manso pode ser considerado uma das mais promissoras oleaginosas para substituir o diesel de petróleo (BIODIESEL, 2006). O pinhão-manso é um arbusto ou árvore com até 4 m de altura, cujo fruto é uma cápsula com três sementes escuras e lisas, dentro das quais se encontra a amêndoa, que é branca, tenra e rica em óleo (50 a 52% de óleo extraído com solventes e 32 a 35% em caso de extração por expressão). A cultura cresce rapidamente em solos pedregosos e de baixa umidade e se adapta melhor em regiões mais secas dos trópicos com uma quantidade de chuva anual entre 300 e mm. É uma planta de fácil propagação e altamente adaptável, porém, possui baixa resistência ao frio, má qualidade da madeira e sementes tóxicas. As técnicas agronômicas empregadas na cultura da mamona podem também ser utilizadas no plantio de 28

29 pinhão-manso, ressalvando-se, no entanto, que sendo este último bem mais rústico e tolerante, certamente dispensará maiores cuidados culturais (PINHÃO MANSO, 2006). O pinhão manso (Jatropha curca L) vem sendo apresentado com forte destaque como planta muito capaz para a produção de óleo visando o biodiesel (CETEC, 2006; PEREIRA, 2009; CARNIELLI, 2003; GÜBITZ et al., 1999), devido sua capacidade para obtenção de bio-óleos. A escolha do pinhão manso para obtenção de biodiesel se baseia no fato de que essa planta possui alta produtividade de óleo, tem baixo custo de produção por ser perene e é resistente ao estresse hídrico, o que seria uma vantagem significativa principalmente na região semi-árida do país (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS PRODUTORES DE PINHÃO MANSO, 2011). Mas o pinhão manso não é apenas uma planta indicada para produção de óleos combustíveis. Gübitz (1999) testa a avaliação da semente como combustível podendo ser usada na produção de óleo como matéria prima do biodiesel e com possibilidades de uso direto na combustão. CARNIELLI (2003) menciona a viabilidade da cultura do pinhão manso por produzir, no mínimo, duas toneladas de óleo por hectare, levando de três a quatro anos para atingir a idade produtiva, que pode se estender por 40 anos. ARRUDA (2004), citando vários autores, menciona a produção de 4 a 5Kg de frutos por planta e de Kg de sementes limpas por hectare. Além de perene e de fácil cultivo, apresenta boa conservação da semente colhida, podendo se tornar grande produtora de matéria-prima como fonte opcional de combustível. Ela é uma planta com características de regiões de clima tropical, mas ANDRADE (2007) observou que a temperatura mínima para condução da cultura de pinhão manso do Paraná foi de -3ºC e -4ºC. A semente do pinhão manso tem um alto teor de óleo que é extraído por solventes orgânicos ou através da prensagem. O beneficiamento do óleo produz biodiesel, que por questões sócio-ambientais, tem grande importância a utilização de fontes de energia renováveis e com menor índice de poluição do que os combustíveis fosseis (PEREIRA, 2009). Segundo PEREIRA (2009), o óleo que é extraído da semente de pinhão manso é constituído principalmente pelos seguintes ácidos graxo: palmítico, esteárico, oleico, linoléico e linocérico. Conforme CETEC (2006) há as seguintes diferenças entre semente, albúmen e casca, respectivamente, para o teor de óleo na base seca é 38,1%, 60,8% e ausente; para o teor de cinzas é 7,36%, 6,73% e 8,60%; para extrativos é 16,19%, 24,41% e 2,60%; para fibra é 22,88%, 4,33% e 53,52%; para o teor de lignina é 14,23%, 0,63% e 36,71%. Sabe-se que o óleo tem um alto poder calorífico, mas pouco se conhece sobre parâmetros energéticos da semente para a utilização em uso direto para energia, bem como há pouco estudo referente ao comportamento da semente de pinhão manso durante o processo de combustão e o efeito da temperatura sobre as mesmas. As sementes de pinhão manso segundo SILVA et al. 2011, conforme mostra a figura abaixo e seguinte, tem propriedades e comportamentos energético distintos para a semente inteiro ou em partes como albúmen e casca. 29

30 Poder calorífico (kcal/kg) UFPR Universidade Federal do Paraná aa b c a) Semente complete b) albumen c) casca Fonte: Marchiori, 2010, Laboratório de Energia de Biomassa Florestal da UFPR A expressão energética é diferente a diferentes temperaturas e considerando materiais diferentes da semente como inteira, o albúmen e casca, como mostra o poder calorífico e teor de carbono ºC 200ºC 300ºC 400ºC 500ºC 600 C 700ºC 800ºC 900ºC Tratamentos Semente Albúmen Casca 30

31 Porentagem UFPR Universidade Federal do Paraná ºC 200ºC 300ºC 400ºC 500ºC 600 C 700ºC 800ºC 900ºC Tratamentos Semente Albúmen Casca 31

32 COCO (Cocos nucifera) O coco ou coco-da-baía é uma espécie da família das Palmáceas. É uma cultura com grande importância econômica e alimentícia em muitos países situados na zona tropical do globo terrestre. Existem duas variedades de coco que são cultivadas no Brasil: o coqueirogigante e o coqueiro-anão. A primeira produz polpa mais grossa, pouca água e necessita de mais de uma planta para que ocorra boa frutificação, porque não há coincidência na abertura das flores masculinas e femininas na mesma inflorescência. O coqueiro-anão tem polpa fina, muita água no interior dos frutos e frutifica mesmo tendo uma única planta, uma vez que as flores femininas e masculinas se abrem na mesma época. O coqueiro-anão se desenvolve mais lentamente que o coqueiro-gigante, mas é mais precoce e o início da frutificação ocorre por volta dos 3 ou 4 anos de idade, enquanto que no coqueiro-gigante, apenas aos 7 anos. A produção anual, em média, é de 14 e 12 cachos, para, respectivamente, coqueiro-anão e coqueiro-gigante (PORTAL DO BIODIESEL, 2006). O Brasil ainda está muito distante desses países em termos de produção, mas a sua participação vem aumentando significativamente e em 2004, produziu 2,078 milhões de toneladas, numa área de aproximadamente hectares. O clima adequado para essa cultura é o tropical, envolvendo praticamente todos os estados do Brasil. Os da região Nordeste são os maiores produtores de coco, principalmente o coqueiro-gigante, sendo a Bahia o maior produtor com 32

33 t, numa área de hectares Outra região que se destaca é a Sudeste, onde há predominância de coqueiro-anão (IBGE, 2006). Do coco-da-bahia tudo se aproveita. A madeira, as folhas, as raízes, as inflorescências, o palmito e, principalmente, os frutos possuem os mais diversos usos. A água e a polpa do fruto fresco podem ser consumidas in natura. A polpa ralada e seca tem múltiplos usos: culinária, extração de óleo comestível, combustível, margarina, detergente, sabão, cosméticos, resinas sintéticas, dentre outros. A boa arquitetura da planta permite, também, o seu uso em projetos paisagísticos de praças e jardins. Outras partes das plantas podem ser utilizadas nas construções civis e também no artesanato, configurando fonte alternativa de renda para a comunidade. BABAÇU (Orbignya speciosa) O babaçu é uma planta da família Palmae, originária da região amazônica e mata atlântica do Brasil. Cada palmeira pode apresentar até 6 cachos, cujos frutos surgem de agosto a janeiro. A polpa é farinácea e oleosa, envolvendo de 3 a 5 amêndoas, que é o principal produto extraído do babaçu, possuindo valor comercial e industrial. As amêndoas são extraídas manualmente em um sistema caseiro tradicional e de subsistência. É praticamente o único sustento de grande parte da população interiorana das regiões onde ocorre o babaçu: apenas no estado do Maranhão a extração de sua amêndoa envolve o trabalho de mais de 300 mil famílias. Em especial, mulheres acompanhadas de suas crianças: as "quebradeiras", como são chamadas (PORTAL DO BIODIESEL, 2006). Presente no Norte e Nordeste do Brasil, o babaçu cresce com os desmatamentos periódicos e queimadas sucessivas, especialmente na região Nordeste. Estas práticas, relacionadas a uma agricultura itinerante, são freqüentemente 33

34 utilizadas com o objetivo de eliminar os babaçuais tendo, porém, um efeito contrário, devido as "pindovas" de babaçu (palmeirinhas novas) serem as primeiras a despontar após a realização dessas. Isso reflete as características do babaçu: extremamente resistente, imune aos predadores de sementes e com grande capacidade e velocidade de regeneração (PORTAL DO BIODIESEL, 2006). O uso do babaçu é completo, mostrando a importância dessa cultura no desenvolvimento da região onde se encontra, devido principalmente a inclusão social existente devido ao cultivo dessa palmácea. De maneira geral, praticamente todas as palmeiras em especial o dendê, o buriti e o babaçu concentram altos teores de óleo. Assim, o principal destinatário das amêndoas do babaçu são as indústrias locais de esmagamento, produtoras de óleo cru, que é um subproduto também para a fabricação de sabão, glicerina e óleo comestível, além do biodiesel. A torta restante é utilizada na produção de ração animal, assim como as folhas na época da seca. As amêndoas verdes, raladas e prensadas com água fornecem um leite de propriedades nutritivas semelhantes às do leite humano, segundo pesquisas do Instituto de Recursos Naturais do Maranhão (TODA FRUTA, 2006). Esse leite é muito usado na culinária local 34

35 como tempero para carnes, substituindo o leite de coco, ou, até mesmo, bebido ao natural, substituindo o leite de vaca. As folhas do babaçu servem de matéria-prima para a fabricação de utilitários, como cestos, peneiras, esteiras, cercas, janelas, portas, etc e como matéria-prima fundamental na armação e cobertura de casas da região amazônica. O estipe do babaçu em boas condições é usado em marcenaria rústica e quando apodrecido, serve de adubo. Das palmeiras jovens se extrai o palmito e é coletada uma seiva que, fermentada, produz um vinho bastante apreciado na região Norte do país. A casca do coco fornece um eficiente carvão, fonte exclusiva de combustível em várias regiões do Nordeste, sendo que sua queimada produz uma fumaça repelente de insetos. Entre outros produtos de aplicação industrial, oriundos da casca, tem-se: álcoois, coque, carvão reativado, gases combustíveis, ácido acético e alcatrão. Apesar de tantas e tão variadas utilidades, por sua ocorrência não controlada do ponto de vista econômico e agrícola, o babaçu continua a ser tratado como um recurso marginal, permanecendo apenas como parte integrante dos sistemas tradicionais e de subsistência, porém já trouxe alguns benefícios para as comunidades que o utilizam, favorecendo o desenvolvimento dessas com a sua inclusão na cadeia produtiva do biodiesel. TUCUMÃ (Astrocarym aculeatum) O tucumã do amazonas (Astrocaryum aculeatum G. Mey.) é uma palmeira que pertence à família Arecacea, cujo mesocarpo é comestível e muito apreciado pela população do Estado do Amazonas. O consumo vem gerando como resíduo o endocarpo, que contém uma amêndoa, a partir da qual se pode extrair óleo (Lorenzi et al., 2004; Cavalcante, 1996). O fruto do tucumanzeiro, palmeira que chega a alcançar 10m de altura. Essa palmeira produz cachos com numerosos frutos de formato ovóide, casca amarelo-esverdeada e polpa fibrosa, amarela, característica, que reveste o caroço ( Foram avaliados os aspectos biométricos dos cachos, frutos e sementes da palmeira Tucumã presentes em pastagens na Região Leste do Estado do Acre. Por apresentar elevado teor de óleo na polpa e no endosperma, a espécie tem potencial para a produção de biodiesel. Na caracterização dos cachos foram observadas médias de peso de 15,23 kg, diâmetro de 40,0 cm, comprimento de 123,0 cm e 239 frutos por cacho. Os frutos apresentaram médias de peso de 58,01 g, comprimento de 52,70 mm e diâmetro de 46,21 mm. A polpa representa 27,8% do peso do fruto, a casca 19,22%, a semente úmida 51,14%, a semente seca 39,69% e o endosperma seco 17,11%. As maiores correlações aconteceram entre o tamanho e peso da semente, endosperma e endocarpo (NASCIMENTO, 2007). 35

36 O tucumã é uma espécie de palmeira que produz um fruto muito apreciado na região amazônica, a partir do qual se obtém uma amêndoa com alto teor de óleo. BARBOSA et al. (2009) fazem apresentam os seguintes parâmetros sobre o tucumã: foi avaliada a produção de biodiesel etílico, a partir de diferentes lotes de óleos de tucumã do amazonas, com índices de acidez baixos e elevados, pela transesterificação por catálise básica e ácida homogêneas, respectivamente. Na catálise ácida, foram testados HCl e H2SO4 como catalisadores nas concentrações de 0,0625 a 1,000 M, empregando etanol hidratado na proporção molar de 1:6 e a reação conduzida a 90 ºC por 24 h. Na catálise básica, foram testados NaOH e KOH, nas proporções de 0,5 a 2,0 %, empregando etanol anidro na proporção molar de 1:12 e a reação conduzida a 80 ºC por 2 h. O biodiesel obtido em cada experimento foi analisado por métodos físicos (massa específica) e cromatográficos (CLAE em fase reversa). Análises cromatográficas indicaram que as melhores conversões foram alcançadas por amostras de biodiesel com massas específicas inferiores a 0,87 g.cm-1. As amostras de biodiesel obtidas com melhor qualidade foram obtidas utilizando-se os catalisadores ácidos a 1,0 M com rendimentos superiores a 90%. No caso da catálise básica, obteve-se biodiesel de boa qualidade empregando-se o catalisador NaOH a 2,0%, porém com rendimento inferior a 60 %. Contudo, em ambos os casos, foi possível identificar um excelente potencial de produção de biocombustível, a partir do óleo das amêndoas de tucumã. CANA DE AÇUCAR A cana-de-açúcar é uma planta que pertence ao gênero Saccharum L.. Há pelo menos seis espécies do gênero, sendo a cana-de-açúcar cultivada um híbrido multiespecífico, recebendo a designação Saccharum spp. As espécies de cana-de-açúcar são provenientes do Sudeste Asiático. A planta é a principal matéria-prima para a fabricação do açúcar e álcool (etanol) (CNI/IEL, 2008). É uma planta da família Poaceae, representada pelo milho, sorgo, arroz e muitas outras gramas. As principais características dessa família são a forma da inflorescência (espiga), o rescimento do caule em colmos, e as folhas com lâminas de sílica em suas bordas e bainha aberta. É uma das culturas agrícolas mais importantes do mundo tropica, gerando centenas de milhares de mpregos diretos. É fonte de renda e desenvolvimento, embora nitidamente concentradora de renda. A cana ocupa cerca de 7 (sete) milhões de hectares ou cerca de 2% de toda a terra arável do País, que é o maior produtor mundial, seguido por Índia, Tailândia e Austrália. As regiões de cultivo são Sudeste, Centro-Oeste, Sul e Nordeste, permitindo duas safras por ano. Portanto, durante todo o ano o Brasil produz açúcar e etanol para os mercados interno e externo. Segundo o site ÚNICA2, a produção de cana-de-açúcar se concentra nas regiões Centro-Sul e Nordeste do Brasil e com o fim da regulamentação governamental, iniciou-se o regime de livre mercado, sem subsídios, com os preços do açúcar e etanol passando a ser definidos conforme as oscilações de oferta e demanda. Assim, os preços da cana passaram a 36

37 depender de sua qualidade e da sua participação porcentual nos produtos finais. De acordo com Veiga Filho (2008), produtos derivados da cana-de-açúcar já são a segunda maior fonte de energia do Brasil. Segundo o autor, 16% do total de energia consumido no País são de produtos derivados da cana-de-açúcar, superando a energia hidráulica e ficando atrás somente do petróleo. O consumo do etanol é um dos principais responsáveis por esse crescimento, alavancado pelas vendas de veículos bicombustíveis, que passaram a ser vendidos no país a partir de março de Em 2006, esse tipo de veículo representou 80% das vendas de automóveis e comerciais leves (excluídos os veículos com motor a diesel). Já em 2008, as vendas de veículos bicombustíveis já ultrapassam 90% das vendas de veículos leves e representam mais de 25% da frota nacional de veículos leve (Rodrigues e Rodrigues, 2008 e Anfavea, 2008). NABO FORRAGEIRO (Raphanus Sativus) 37

38 O nabo forrageiro é uma planta da família das Crucíferas, muito utilizada para adubação verde no inverno, rotação de culturas e alimentação animal. É uma planta muito vigorosa, que em 60 dias cobre cerca de 70% do solo. Seu sistema radicular é pivotante, bastante profundo e devido ao seu rápido crescimento, compete com as ervas daninhas invasoras desde o início do seu cultivo, diminuindo os gastos com herbicidas ou capinas, o que facilita a cultura seguinte. Não há ocorrência de pragas ou de doenças que mereçam controle (PORTAL DO BIODIESEL, 2006). O nabo forrageiro possui um crescimento inicial rápido e elevada capacidade de reciclar nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo, desenvolvendo-se razoavelmente em solos fracos com problemas de acidez, sendo importante para a rotação de culturas e por produzir ótima quantidade de massa seca é excelente para a prática do plantio direto. O óleo ainda pouco explorado no Brasil constitui um potencial biocombustível e, pela facilidade de produção, o nabo forrageiro é de grande interesse para a agricultura familiar, principalmente pelas condições de reciclagem de nutrientes no solo, reduzindo assim custos com adubação. GERGELIM (Sesamum indicum) 38

39 O gergelim é uma planta da família das Pedaliáceas, adaptada aos climas tropical e ubtropical. É anual, com ou sem ramificação e tem boa tolerância à seca. O ideal para ocrescimento e desenvolvimento da planta envolve temperaturas médias entre 25 a 27 C,inclusive para germinação das sementes. Para obtenção do máximo rendimento, em termos de precipitação seria necessário de 500 a 650 mm, bem distribuídas com 35% da precipitação no período da germinação ao florescimento; 45% durante o florescimento e 20% no início de maturação dos frutos. Porém, em locais com precipitação inferior a 300mm a cultura também pode produzir razoavelmente bem, com cerca de 300 a 500 kg/há de grãos, segundo dados da Embrapa Algodão (2006). Devido a sua tolerância à seca e facilidade de cultivo apresenta alto potencial agronômico podendo ser usado em rotação e sucessão de culturas. Consorciado com o algodão, funciona como cultura armadilha para mosca branca e para controle de formigas cortadeiras. É uma cultura que se insere tanto nos tradicionais sistemas de cultivo como na agricultura familiar e/ou orgânica. Atualmente o gergelim é cultivado em 71 países, especialmente na Ásia e África. A produção mundial está estimada em 3,16 milhões de toneladas, obtidas em 6,56 milhões de hectares, com uma produtividade de 480 kg/ha. Índia e Myanmar são responsáveis por 49% da produção mundial. O Brasil é um pequeno produtor, com 15 mil toneladas produzidas em 25 mil hectares e rendimento em torno de 750 kg/ha (FAO, 2006). Além do cultivo tradicional na maioria dos Estados nordestinos, o gergelim é cultivado em São Paulo, Goiás (maior produtor), Mato Grosso e Minas Gerais. O gergelim é um alimento de alto valor nutricional, rico em óleo e proteínas. As sementes fornecem óleo muito rico em ácidos graxos insaturados, oleico e linoleico, além de vários constituintes secundários como sesamol, sesamina, sesamolina e gama tocoferol que determinam sua elevada qualidade, em especial a estabilidade química devido à resistência a rancificação por oxidação, propriedade atribuída ao sesamol (EMBRAPA ALGODÃO, 2006). A torta restante é rica em proteínas e possui baixo teor de fibras, podendo ser destinada à alimentação humana e animal, sem quaisquer restrições. Além dos fins alimentares, seus grãos encontram diversas aplicações na indústria farmacêutica, cosmética e óleo-química.embora com produção inferior a maioria das oleaginosas cultivadas, como por exemplo, a soja, o dendê, o girassol e a mamona, o cultivo do gergelim merece um grande incentivo na sua exploração por representar uma excelente opção agrícola ao alcance do pequeno e médio produtor, exigindo práticas agrícolas simples e de fácil assimilação e com preço de mercado representativo no que tange a lucratividade por hectare. 39

40 BIBLIOGRAFIA GERAL BARBOSA, B. S.; KOOLEN, H. H. F.; BARRETO, A. C.; SILVA, J. D.; FIGLIUOLO, R. NUNOMURA, S. M. Aproveitamento do Óleo das Amêndoas de Tucumã do Amazonas na Produção de Biodiesel. Acta Amazônica. vol. 39(2) 2009: BARCELOS, Edson; MENDES, Francisco; ALBERTO, Eduardo. Dendeicultura: Alternativa para o desenvolvimento sustentável no Amazonas. EMBRAPA Disponível em: < Acesso em 9/01/2006. BRASIL. MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA. Balanço energético nacional Ano base Brasília, 140p. (Vários anos). CAVALCANTE, P.B Frutas comestíveis da Amazônia; coleção Adolfo Ducke, 6ª edição, Belém Pará. p CETEC. Pinhão manso CNI/IEL. Alcool combustível. Serie Indústria em perspectiva. Brasilia 2008 EMBRAPA AGRONERGIA Agronergia em revista EMBRAPA ARROZ E FEIJÃO. Comunicado técnico on-line. (consulta maio 2011). Folha de S.Paulo. 98 mil têm renda abaixo de R$ 100 na região, 16 de dezembro de 2009 (visitado em ) Hinrichs, R. A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Ed. Thomson. 3ª. Ed. Tradução F. M. Vichi, L. F. de Mello, São Paulo: Pioneira Thomson Learning, (consulta em 20 de maio de 2008). (várias consultas em datas diferentes). (consulta maio de 2011) C87E4404D} 40

41 Instituto Euvaldo Lodi. Álcool Combustível. Série Indústria Perspectiva. Brasilia, Knathe, G.; Krahl, J.; Gerpen, J. V.; Ramos, L. P. Manual do biodiesel. Ed. Edgardo Blucher, LORENZI, H., SOUZA, H.M., CERQUEIRA; L.S.C.; COSTA, J.T.M.; FERREIRA, E Palmeiras Brasileiras e exóticas cultivadas. Instituto Plantarum, Nova Odessa, SP, p. 44. MEIRELES, B Culturas energéticas. Congresso BIONERGIA MINISTÉRIO DA AGRICULTURA. Anuario culturas MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA. Balanço energético nacional. Brasília MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA. Balanço energético nacional. Brasília NASCIMENTO, J. F.; FERREIRA, E. J. L.; REGIANI, A. M. Parâmetros biométricos dos cachos, frutos e sementes da palmeira tucumã (Astrocaryum aculeatum g. meyer), no estado do acre, brasil. em 29 de abril de 2011). PARTE DOIS A PARTE UM foi tratado a importância e o papel da bioenergia no contexto de fonte energética. Foi apresentado as culturas energéticas tradicionais ou potenciais. A Parte dois, dando sequência ao primeiro, irá tratar de outras biomassa importantes, mas fora do contexto de culturas energéticas. Será apresentada outras fontes como algas, resíduos orgânicos, florestas energéticas e será destacado os principais parâmetros de avaliação de qualidade de biomassa. EMENTA Algas para energia. Resíduos agrícolas. Resíduos florestais. Resíduos de origem animal. Resíduos urbanos. Resíduos industriais de indústria a base de biomassa. Florestas energéticas. Energia de biomassa florestal. Parâmetros e propriedades de qualidade de biomassa para energia. BIBLIOGRAFIA GERAL ANEEL. Biomassa. Capitulo BIOMASSA ENERGIA NOS TRÓPICOS EM MINAS GERAIS. Marcelo G. Mello (org.). Belo Horizonte: LabMídia/FAFICH BRASIL. Ministério da Minas e Energia. Matriz energética nacional Novembro de BRITO, J. O. O uso energético da madeira. ESTUDOS AVANÇADOS 21 (59), COPEL. Dossiê de pesquisa: fontes renováveis de energia. Thulio C. G. Pereira, org. Curitiba, COPEL, EMBRAPA. 1º. CONGRESSO BRASILEIRO SOBRE FLORESTAS ENERGÉTICAS. Anais. Belo Horizonte, 2 a 5 de julho de

42 FAO. El gas de madera como combustible para motores. No. 72 Estudio Montes. Roma GOLDEMBERG, J. Energia, meio ambiente e desenvolvimento. São Paulo. Edusp-CESP HINRICHS, R. A., KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. 3ª. Ed (Tradução: Flávio M. Vichi.) INEE. Uma política para a bioenergia da madeira. Versão julho INSTITUTO EUVALDO LODI. Álcool combustível. Brasília NOGUEIRA, L. A. H. ; LORA, E. E. S.; TROSERO, M. A.; FRISK, T. Dendroenergia: fundamentos e aplicações. Brasilia: ANEEL, PEREIRA, M. A.R.; BERALDO, A. L. Bambu de corpo e alma. Bauru,SP. Canal6 Ed Revista Bionergia/Madeira. Edição Especial SILVA, D.A. Resíduos de biomassa para energia. Unicentro TOMALQUIM, M. Energias renováveis. Rio de Janeiro,

43 AULA 1: ALGAS PARA ENERGIA OBJETIVOS DA AULA: Mostrar a alta para energia. Tratar de algumas culturas e exemplos. Maior enfoque em microalgas. DESENVOLVIMENTO: ALGAS PARA ENERGIA As matérias primas apropriadas para a produção de biodiesel no Brasil são culturas oleaginosas como mamona, dendê e outras palmáceas, girassol, babaçu, amendoim, pinhão manso, soja, óleo de cozinha reciclado, gorduras animais e algas, especialmente as microalgas. Existem diversos trabalhos científicos que atestam o potencial energético de algas, com mais destaque para as microalgas. No campo das energias, diversos países europeus, e inclusive o Brasil, estão estudando as algas. ''Depois da Grande Guerra, quando as pessoas passaram por problemas de alimentação, as algas foram lembradas. A rota que mais se tem pensado é através da fermentação para produzir biogás. É limpo e teríamos metano. Hoje, existem outros processos. A partir das algas pode-se produzir gás de síntese, pode-se chegar até ao óleo combustível, inclusive''.. Alguns tipos aquáticos de biomassa (algas) são o potencial futuro da humanidade em termos de energia alternativa. Há as macroalgas, que se vê na beira das praias, usadas para produzir géis e pigmentos. Mas como a produção é limitada, com o avanço da biotecnologia, o campo se voltou para as microalgas, podendo ser produzidas em piscinas, onde a incidência da energia solar faz a microalga crescer. ''Com o desenvolvimento da biotecnologia, as microalgas avançaram, podemos produzir tanto em água doce como salgada com produção industrial'', diz o professor. Dentre as formas de biomassa, há também as plantas produtoras de amido: um conjunto extenso de batatas, sendo as mais importantes o milho, a batata inglesa e a mandioca.. ''Como o amido é uma matéria-prima valiosa, é cara a produção de etanol de fontes de amido em comparação com a cana-de-açúcar'' O Brasil guarda debaixo d água um reservatório valioso para o fornecimento de produtos como medicamentos, combustíveis e até mesmo um filtro solar natural de ótimo desempenho, afirma Fábio Reynol, da Agência Fapesp. A produção biocombustível tem perspectivas via a produção de algas marinhas em regiões próximas à costa brasileira, um subprojeto integrante do Projeto Temático. As fazendas de cultivo de macroalgas ajudariam a preservar as espécies, uma vez que evitam a extração e eventual predação dessas plantas em seu ambiente natural. A produção de biocombustíveis a partir de óleo de microalgas apresenta-se 43

44 como a solução ideal no momento que busca alternativa para os combustíveis fósseis e os biocombustíveis concorrem com a necessidade alimentar dos povos. "A alga será seguramente uma das soluções ideais, senão a única. Faz duas coisas importantes: sequestra o co2, necessário para crescer, e no final produz ainda o óleo para biodiesel. De outra forma é díficil conjugar estas duas coisas", explica o responsável pela empresa ALGAFUEL, uma empresa produtora de óleo de microalgas para biocombustível com fins industriais. Ademais, as algas podem apresentar vantagens relativas quando comparadas com o milho, girassol e outras culturas, como por exemplo: não concorrer com alimentos e ser produzida em qualquer tipo de terreno, inclusive em zonas áridas. Outro fator é a produção de forma exponencial, cuja duplicação se faz de um dia para o outro, desenvolvendo em quase todos os tipos de água: salgada, salobra, residual - e necessitam de pouco mais do que luz solar e dióxido de carbono (CO2). A extração de óleo de microalgas para a produção de biocombustível já é realizada a cerca de três décadas. Para tal, nos países mais desenvolvidos na cultura de microalgas, coleção de microalgas liofilizadas ou mantidas em meio de cultura, mas em estado dormente para posterior desenvolvimento de produção de biomassa. Para promover tal desenvolvimento basta fornecer nutrientes, em meio novo que promove replicagem e crescimento. Após esta fase, estando bem desenvolvidas passam para as lagoas de de algas ou fotobioreatores. Destaca-se que a produção laboratório pode ser diária, com produção ininterrupta em qualquer época do ano, por isso com colheita diária. Um problema atual ainda a ser vencido é que a obtenção do biodiesel mais caro que o obtido de oleaginosas. Um cuidado importante na produção é que as microalgas crescem num meio aquoso e não pode ter alta densidade pois pode prejudicar a distribuição da radiação solar de forma homogênea em todo o fotoreator ou lagoa. Mas o destaque é que se pode produzir biodiesel puro de origem em microalgas, basta melhorar os custos de produção. No momento não há uma estimativa do potencial quantitativo preciso sobre a obtenção de óleo combustível de microalgas. Mas, esperase que nas próximas décadas haverá veículos movidos com os algadiesel. O cultivo de microalgas precisa levar em conta vários fatores como energia luminosa, a temperatura ambiente, a concentração de sais minerais e nutrientes no meio de cultura e a quantidade de água. A água do mar é o meio ideal para o crescimento das microalgas marinhas. Os volumes hídricos destinados á produção de fito e zooplâncton (microalgas) devem ser filtrados com o objetivo de remover partículas com tamanho superior a 1 µ. Assim como as plantas, as microalgas são organismos fotossintéticos que assimilam o carbono inorgânico para produzirem matéria orgânica. Este fato é necessário para promover ao ambiente aquático as características físico-químicas que favoreçam o processo, ou seja, energia luminosa, sais minerais e os nutrientes necessárias. A água do mar é, ainda, enriquecida com os nutrientes típicos para o desenvolvimento de tais vegetais: como nitrogênio, fósforo, micro elementos e outros nutrientes. A luz pode ser natural (luz solar) ou florescente, fornecida por lâmpadas. No último caso as lâmpadas devem produzir o máximo de radiação eficaz, isto é, que venha a ser absorvida pelos pigmentos das microalgas. A intensidade luminosa necessária varia com o volume e densidade de 44

45 cultura, ou seja, grandes volumes, com concentrações celulares elevadas, requerem maior intensidade luminosa. Uma iluminação de 100 lux pode ser necessária para a manutenção de cepas, mas volumes maiores de 5/10/400 litros necessitam de intensidades de 5 mil a 10 mil lux. A temperatura a manter no local de cultura vária em função da espécie, mas, de forma geral, deve estar compreendido entre os 18º e 22º C. Visto que as culturas de microalgas tem tendência a depositar, torna-se conveniente introduzir ar nos recipientes de cultura, de forma a manter as células em suspensão. Nas culturas muito concentradas é recomendável introduzir, juntamente com o ar, cerca de 1% de CO 2 para regularizar o PH que tende a subir com o desenvolvimento da cultura. Por último, a água do mar utilizada deve ser previamente filtrada, exposta a radiação ultravioleta e esterilizada com hipoclorito de sódio e fortemente neutralizada por tiosulfato de sódio (geralmente 1ml/l). Desta forma é possível eliminar os organismos presentes na água que possam em competição com as microalgas (outras espécies de fitoplâncton, zooplâncton, bactérias) O método de cultura mais abundante nas unidades de aquacultura é o descontinuo (conforme a figura com cepas de microalgas). Este consiste na inoculação sucessiva de volumes cada vez maiores com culturas algais na sua fase de crescimento máximo. A cultura inicia-se com a aquisição de cepas algais. As cepas são culturas monoespecificas de microalgas, perfeitamente assépticas e mantidas em condições que possibilitem o desenvolvimento muito lento da cultura. As cepas algais provêm, na maioria dos casos, de algotérios especializados, com origem em laboratórios de investigação ou por simples troca entre aquacultores. As culturas-mãe constituem um bem muito precioso e vital para o funcionamento da cadeia de produção de fitoplâncton e zooplâncton. De modo a diminuir o risco de contaminação per capita, é aconselhável conservar as cepas em duplicado, uma para produção e outra para manutenção, que só é utilizada em caso de contaminação da cepa de produção. As cepas podem ser mantidas em placas Petri ou em tubos de ensaio, em ambiente líquido ou sólido e em condições de baixa intensidade de luz com vista a impedir o crescimento acelerado da cultura. Todos os inóculos e manuseamentos devem ser realizados em condições assépticas. Quando se atinge a fase de crescimento máximo da cultura, uma pequena parte do volume do recipiente é utilizado para inocular um ou vários volumes superiores enquanto que o restante volume serve para inocular o volume igual ao primeiro. Assim, mantém-se sempre um volume de produção e outro de manutenção. Os recipientes mais utilizados na cultura de microalgas são: tubos de ensaio; Erlenmayers de 500 ml/1000ml; balões de 2, 5 e 10 litros e sacos de polietileno que podem ir até aos 500 litros. O sistema de cultura descontínuo requer um grande número de recipientes e mão-de-obra. Contudo, trata-se de um método que permite melhor flexibilidade e maior segurança. A avaliação da quantidade de microalgas presentes e a própria evolução da cultura pode ser realizada por contagem das microalgas ao microscópio ou simplesmente pela observação da evolução da cor das culturas. Nos sistemas industriais de cultura de microalgas, os inóculos (FIGURA 2) de cultura são realizados pelos operadores, tendo como base a sua experiência de observação da cor que a cultura apresenta. As Figuras 2 e 3 mostram a busca tecnológica para o desenvolvimento da cultura algal. Uma 45

46 possibilidade é o uso da vinhaça, resíduo da indústria sucroalcoolera para uso na produção de biomassa de microalgas. FIGURA 1 FOTOS DE ALGAS (PARTE SUPERIOR DA FIGURA) E ASPECTOS DE CULTURA DE MICROALGAS (FOTOS INFERIOR DA FIGURA). 46

47 FIGURA 2 ESQUEMA DE REPLICAGEM DE INÓCULOS EM ALGAS. 47

48 FIGURA 3 FLUXOGRAMA DA CANA-DE-AÇUCAR PARA OBTENÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E COM PERSPECTIVA DE USO DA VINHAÇA PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE ALGAS. As microalgas possuem ácidos graxos de 12 a 22 átomos de carbono, podendo ser tanto saturados quanto mono ou polinsaturados. Suas condições de propriedades variam de acordo com a espécie e condições de cultivo. Os óleos das microalgas possuem composição em ácidos graxos semelhante a de óleos vegetais usados na produção atual de biodiesel. Os valores de teor médio de lipídeos de 48

49 microalgas em porcentagem de biomassa seca são bastante variados: de 1 a 70%, mas o mais esperado fica entre 20 e 50% da massa seca. A tecnologia de obtenção da biomassa é uma passo importante para definir a eficiência econômica e de conversão da biomassa de algas para otenção do óleo vegetal. Uma das operações importantes no processo é a recuperação da biomassa, que é dificultada devido o pequeno tamanho das células de microalgas. A recuperação da biomassa pode ser via diferentes métodos e envolver uma ou mais etapas como floculação, centrifugação e filtração (Grima et al., 2003). A floculação é usada para agregar células de microalgas e aumentar o tamanho efetivo das partículas, facilitando a sedimentação. A centrifugação e filtração é uma recuperação da biomassa destinada para cultivos massivos. Segundo algumas notícias de imprensa, as algas, como a noticia divulgada em Elas estão sendo utilizadas para fazer biodiesel na Nova Zelândia. De acordo com Fred Krupp, autor do ivro Earth: The Sequel, com apenas 188 mil km² de algas seria possível produzir combustível para metade dos carros dos EUA. Krupp diz que para produzir esta mesma quantidade de combustível seriam necessários 6 milhões de km² de soja. Uma outra vantagem das algas é que elas crescem em quase todos os lugares, até mesmo no deserto. Algumas espécies crescem tão rápido que dobram de tamanho de três a quatro vezes por dia.as algas também consomem dióxido de carbono em grande quantidade. Desta forma, elas são tanto um combustível, quanto uma forma de eliminar as emissões de usinas de energia. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 A cultura de algas ainda é incipiente no Brasil. Que estratégias e oportunidades você conjectura para o Brasil no futuro quanto o uso de algas para biocombustíveis e outros usos. 2 Elencar as vantagens e desvantagens da cultura de microalgas para o Brasil. 3 Que dados você dispõe do desenvolvimento de culturas de microalgas? 4 Qual (s) países que utilizam da cultura de algas para fins energéticos e que processos utilizam? BIBLIOGRAFIA CARIOCA, J.O.B. Biomassa fundamentos e livre aplicação. UFC. S.d CHISTI, Y. Biodiesel form microalgae. Biotechnology advances, v. 25. P , DERNER, R. B. et. al., Ciência Rural, Santa Maria, v.36, p , DUARTE FILHO, P.; BAUER, P.; COSTA, J. A. V. Cultivo da Microalga Spirulina platensis em diferentes Configurações de Fotobiorreator Aberto e Condições de Cultivo. UFSC.s.d. GRIMA, E. M. et al. Recovery of microalgal biomass and metabolites: process options and economics. Biotechnology advances, v.20. P , RADMAN, E. M.; COSTA, J. A. V., Conteúdo lipídico e composição de ácidos graxos de microalgas expostas aos gases CO 2, SO 2 e NO. V. 31, p.7,

50 SOARES, D. et al., DOSSIÊ DE PESQUISA FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA. Curitib, COPEL, p. SPOLARE, J. et al., Comercial applications of Microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering, v. 101, p ,

51 AULA 2: RESÍDUOS: CLASSIFICAÇÃO E PERSPECTIVAS DE MULTIUSOS OBJETIVOS DA AULA: O objetivo da aula é apresentar os resíduos de forma geral e o potencial energético de resíduos agrícolas no Brasil e outras nações para fins energéticos. DESENVOLVIMENTO: RESÍDUOS COMO FONTE ENERGÉTICA ENTENDIMENTO DE RESÍDUOS E DESTINAÇÃO TRADICIONAL Há diferentes maneiras de entender ou classificar os resíduos. Por definição, resíduo é tudo aquilo não aproveitado nas atividades humanas, proveniente das indústrias, comércios e residências. Como resíduos encontramos o lixo, produzido de diversas formas, e todo aquele material que não pode ser jogado ao lixo, por ser altamente tóxico ou prejudicial ao meio ambiente. Há uma classificação geral de resíduos sólidos, líquidos e gasosos. Resíduos sólidos e líquidos podem ser de dois tipos, de acordo com sua composição química: resíduos orgânicos, provenientes de matéria viva (por exemplo, restos de alimento, restos de plantas ornamentais, fezes, entre outros) e resíduos inorgânicos, de origem não viva e derivados especialmente de materiais como o plástico, o vidro, metais, entre outros. Os resíduos são o resultado de processos de diversas atividades da comunidade de origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e ainda da varrição pública. Os resíduos apresentam-se nos estados sólido, semi-sólido e líquido. Ficam incluídos nesta definição tudo o que resta dos sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d'água, ou aqueles líquidos que exijam para isto soluções técnicas e economicamente viáveis de acordo com a melhor tecnologia disponível. Os resíduos sólidos são a denominação genérica para determinados tipos de lixo produzido pelo homem. São representados por materiais descartados por certas atividades humanas. Os Resíduos sólidos podem ser divididos em grupos, como: Lixo Doméstico é aquele produzido nos domicílios residenciais. Compreende papel, jornais velhos, embalagens de plástico e papelão, vidros, latas e resíduos orgânicos, como restos de alimentos, trapos, folhas de plantas ornamentais e outros. Lixo Comercial e Industrial é aquele produzido em estabelecimentos comerciais e industriais, variando de acordo com a natureza da atividade. 51

52 Restaurantes e hotéis produzem, principalmente, restos de comida, enquanto supermercados e lojas produzem embalagens. Os escritórios produzem, sobretudo, grandes quantidades de papel. O lixo das indústrias apresenta uma fração que é praticamente comum aos demais: o lixo dos escritórios e os resíduos de limpeza de pátios e jardins; a parte principal, no entanto, compreende aparas de fabricação, rejeitos, resíduos de processamentos e outros que variam para cada tipo de indústria. Há os resíduos industriais especiais, como explosivos, inflamáveis e outros que são tóxicos e perigosos à saúde, mas estes constituem uma categoria à parte. Lixo Público são os resíduos de varrição, capina, raspagem, entre outros, provenientes dos logradouros públicos (ruas e praças), bem como móveis velhos, galhos grandes, aparelhos de cerâmica, entulhos de obras e outros materiais inúteis, deixados pela população, indevidamente, nas ruas ou retirados das residências através de serviço de remoção especial. Lixo de Fontes Especiais é aquele que, em função de determinadas características peculiares que apresenta, passa a merecer cuidados especiais em seu acondicionamento, manipulação e disposição final, como é o caso de alguns resíduos industriais antes mencionados, do lixo hospitalar e do radioativo. A sujeira despejada no ambiente aumentou a poluição do solo, das águas, do ar e agravou as condições de saúde da população mundial. O volume de lixo tem crescido assustadoramente. E umas das soluções imediatas seria reduzir ao máximo o seu volume e o consumo de produtos descartáveis, reutilizá-los e reciclá-los. Felizmente, para a Natureza e para o homem, os resíduos podem ser, em geral, reciclados e parcialmente utilizados, o que traz grandes benefícios à comunidade, como a proteção da saúde pública e a economia de divisas e de recursos naturais. O aterro sanitário é um processo de eliminação de resíduos sólidos bastante utilizado. Consiste na deposição controlada de resíduos sólidos no solo e sua posterior cobertura diária. Uma vez depositados, os resíduos sólidos se degradam naturalmente por via biológica até à mineralização da matéria biodegradável, em condições fundamentalmente anaeróbias. O aterro sanitário é uma obra de engenharia que deve ser orientada por quatro objetivos: diminuição dos riscos de poluição provocados por cheiros, fogos, insetos utilização futura do terreno disponível, através de uma boa compactação e cobertura minimização dos problemas de poluição da água, provocados por lixiviação controle da emissão de gases (liberados durante os processos de degradação) Esse processo tem as seguintes vantagens e desvantagens: VANTAGENS DESVANTAGENS Processo de baixo custo Longa imobilização do terreno Recuperação de áreas degradadas Necessidade de grandes áreas Flexibilidade de operação Necessidade de material de cobertura Não requer pessoal altamente especializado Dependência das condições climáticas Um aterro sanitário é um reator biológico em evolução, que produz: resíduos gasosos: CO2, metano, vapor d água, O2, N2, ácido sulfúrico e sulfuretos 52

53 resíduos sólidos: resíduos mineralizados resíduos líquidos: águas lexiviadas. UFPR Universidade Federal do Paraná Os resíduos gasosos resultam das reações de fermentação aeróbia (desenvolvidos na superfície) e anaeróbia (nas camadas mais profundas); a fermentação anaeróbia dá origem a CO2 e a CH4 (metano), o qual pode ser aproveitado para a produção de biogás. Os resíduos líquidos, também chamados lexiviados, variam de local para local e dependem de: teor em água dos resíduos isolamento dos sistemas de drenagem clima (temperatura, pluviosidade, evaporação) permeabilidade do substrato geológico grau de compactaçãodos resíduos idade dos resíduos Os lexiviados tem elevada concentração de matéria orgânica, de azoto e de materiais tóxicos, pelo que deve ser feita a sua recolha e tratamento, de modo a impedir a sua infiltração no solo. Devido a grande distância que normalmente os aterros sanitários se encontram, tornam muitas vezes inviável o acesso a esse tipo de destino final. A prática mais generalizada é o enterramento de resíduos em terrenos adjacentes, muitas vezes sem preparação, em solos inadequados e perto de espécies faunísticas e florística de elevada fragilidade, o que dá origem a focos de poluição e de contaminação localizados. Uma forma de minimizar esses efeitos é a seleção cuidadosa do local (tipo de solo, coberto vegetal, regime hidrológico), sua impermeabilização e seu recobrimento sistemático com terra. A incineração é um processo de combustão controlada (em instalação própria), que permite a redução em volume e em peso dos resíduos sólidos, em cerca de 90 a 60%. Os resíduos são transformados em, gases, calor e materiais inertes (cinza e escórias de metal). Os grandes inconvenientes desse sistema são a: poluição do solo por cinzas e escórias a poluição da água pelas águas de arrefecimento das escórias e de lavagem de fumos e pelas escorrências de solos contaminados poluição do ar por cinzas voláteis e dioxinas; estas últimas têm um elevado teor tóxico e são agentes de doenças, nomeadamente hiperpigmentação da pele, danos no fígado, alterações enzimáticas, alterações no metabolismo dos lipídios, nos sistemas endócrinos e imunológicos e feitos cancerígenos. O reaproveitamento consiste na utilização dos resíduos para subsidiar outras atividades alimentação de animais domésticos (restos de alimentos) produção de fertilizantes - compostagem (resíduos sólidos orgânicos) Como pode ser visto há uma variação enorme sobre a apresentação dos resíduos. Mas é importante fazer analisar os resíduos como recursos da natureza e buscar sua reutilização, seu reaproveitamento, seu tratamento para outros usos. 53

54 O uso energético de resíduos, especialmente orgânicos, tem sido evidenciado para como alternativa de fonte energética. Atualmente, no mundo há um esforço sendo empreendido para melhor aproveitar a matéria orgânica residual como fonte energética e, para tal, diversos investimentos e processos têm sido buscados ou melhorados. O potencial é enorme pais há culturas e processos que os produtos buscados representam em termos de massa, quantidade bem menores que a matéria prima empregada. Os resíduos são as partes que sobram de processos derivados das atividades humanas e animal e de processos produtivos, como a matéria orgânica, o lixo doméstico, os efluentes industriais e os gases liberados em processos industriais ou por motores. O acelerado crescimento populacional e das atividades econômicas e conseqüente aumento significativo de resíduos, em seus diferentes estados, sejam sólidos, líquidos e gasosos, com indesejáveis efeitos no meio ambiente, têm elevado o custo do tratamento desses resíduos para a sociedade. Assim como o aumento das áreas de aterros para a deposição do lixo urbano, contaminação das águas e ar, tanto em áreas urbanas como rurais, também apresenta graves efeitos nocivos pela deposição incorreta dos resíduos e dejetos. Portanto, reduzir, reutilizar e reciclar são condições essenciais para a garantia de processos mais econômico e ambientalmente sustentáveis, em áreas urbanas e rurais. Os resíduos e dejetos passam da condição de elementos descartados do processo para matériaprima de co-produtos. Transformação de resíduos e dejetos em co-produtos é a base do conceito de sustentabilidade do mundo moderno produzir mais com menos e com menor impacto ambiental, o que significa produzir de forma mais eficiente, com a utilização racional das matérias-primas, água e energia. O Plano Nacional de Agroenergia ( ) estabelece como um de seus vetores determinantes para a cadeia agroenergética de resíduos e dejetos o desenvolvimento de tecnologias da produção agropecuária que atendam aos distintos setores e suas etapas produtivas: Desenvolvimento de tecnologias para o aproveitamento energético de resíduos da produção agrícola, pecuária, florestal e da agroindústria; Desenvolvimento de tecnologias para a utilização de compostos orgânicos resultantes da produção agropecuária, com risco sanitário, na produção de agroenergia; Desenvolvimento de tecnologias para a utilização dos resíduos pós obtenção de energia para outras finalidades, como correção de acidez ou fertilidade do solo; Promover a integração dos conceitos de agroenergia e mercado de carbono; Interfacear com as redes de pesquisa para aproveitamento de esgotos urbanos para fins energéticos. O SEBRAE num estudo sobre uso de resíduos e dejetos como fonte de energia renovável assim se expressa quanto importância do de tal uso: As fontes energéticas renováveis apresentam-se como resposta da sociedade moderna diante do alto preço dos combustíveis fósseis, da perspectiva de sua escassez, bem como da necessidade das reduções dos GEE (gases do efeito estufa) pelo uso das fontes 54

55 energéticas derivadas de combustíveis fósseis (petróleo e carvão), ao qual se atribui parcela significativa do aquecimento global. Assim, abrem-se enormes oportunidades para os biocombustíveis biodiesel e etanol, o biogás e outras formas energéticas obtidas de fontes renováveis, que se apresentam como alternativas promissoras para a dinamização das economias locais com menor impacto ambiental. A tendência verificada na moderna gestão empresarial apoia-se na adoção de práticas de processos produtivos mais eficientes e integrados, que aliem as questões ambientais, sociais e econômicas, nos quais seus resíduos, quando processados, são incorporados como co-produtos, com resultados econômicos muito positivos para a sua atividade. Um dos exemplos mais significativos no Brasil, em relação à utilização de resíduos para a geração de energia, é o adotado pelo setor sucroalcooleiro, no qual se destaca o uso do bagaço da cana-de-açúcar e o vinhoto. O bagaço da cana está sendo utilizado na alimentação das caldeiras que movem as usinas de açúcar e álcool; e o vinhoto, produto da etapa de processamento do álcool, na produção de biogás. O biogás, por sua vez, pode operar como energia complementar no processo produtivo, de forma isolada ou combinada ao bagaço de cana. Outro importante exemplo é o da suinocultura confinada que utiliza os dejetos animais para a produção de biogás e biofertilizantes. Nessas propriedades, o biogás pode ser utilizado como fonte energética para o aquecimento dos leitões em substituição ao gás natural, assim como para a produção de energia elétrica. Esse movimento crescente de investimentos em processos e produtos que privilegiam tecnologias limpas e ambientalmente sustentáveis vem em resposta à minimização dos danos ambientais, com a redução de resíduos/dejetos dos processos produtivos na medida em que se adotam tecnologias produtivas mais integradas e mais econômicas, seja pela redução de custos produtivos ou seja pela geração de co-produtos. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 A medida que a sociedade foi se desenvolvendo aumentou a produção de resíduos. Por que a sociedade moderna é tão produtora de resíduos? 2 Há normas de classificação de resíduos. O que você entende da Norma NBR referente a resíduos? 3 Quais os principais usos atualmente para os resíduos? 4 Como equacionar a questão do resíduo do ponto de vista ambiental? 5 Que exemplos você conhece ou estudou sobre o aproveitamento de resíduos para energia renovável? BIBLIOGRAFIA CENBIO. Atlas da bioenergia no Brasil. São Paulo, Consulta em 22/10/ PROGRAMA BEM: BIOMASSA-ENERGIA-MATERIAIS. REFINARIA DE BIOMASSA.Centro de Processamento Integrado do Lixo. Lorena,SP, QUIRINO, W. Residuos para energia. LPF. Brasilia SEBRAE. Uso de resíduos e dejetos como fonte de energia renovável. Brasilia p. 55

56 AULA 3: RESÍDUOS AGRÍCOLAS PARA ENERGIA OBJETIVOS DA AULA: Apresentar a evolução do uso da terra e perspectiva de obtenção de biomassa Apresentar as principais fontes de resíduos agrícolas. As culturas com maior potencial de produção de resíduos. Estimar o potencial energético dos resíduos agrícolas. DESENVOLVIMENTO: RESÍDUOS AGRÍCOLAS PARA ENERGIA: PERSPECTIVAS Para tratar os resíduos para energia há diversas maneiras de apresenta-los. Uma, por ser mais simples e talvez objetiva, é resíduos rural, resíduo industrial e resíduos urbano ( Esta entidade, portanto, apresenta a seguinte organização para resíduos rurais: Os resíduos rurais incluem todos os tipos de resíduos gerados pelas atividades produtivas nas zonas rurais, quais seja: os resíduos agrícolas, florestais e pecuários. Os resíduos agrícolas são aqueles produzidos no campo, resultantes das atividade de colheita dos produtos agrícolas. A quantificação dos resíduos rurais é feita com base nos "índices de colheita", que expressam a relação percentual entre a quantidade total de biomassa gerada por hectare plantado de uma determinada cultura e a quantidade de produto economicamente aproveitável. Grande parte dos resíduos agrícolas são deixados no próprio terreno de cultivo, servindo como de proteção ao solo ou como adubo fornecedor de nutriente ao solo. São considerados resíduos florestais, aqueles gerados e deixados na floresta como resultado das atividades de extração da madeira. Infere-se que cerca de 20% da massa de uma árvore são deixados na floresta. Estima-se que existe um potencial muito grande de aproveitamento energético de resíduos florestais no Brasil, uma vez que as atividades extrativas da madeira tanto para o carvoejamento quanto para o uso não energético desenvolvem-se de forma intensiva de Norte ao Sul do País. Os resíduos da pecuária são constituídos por estercos e outros e outros produtos resultantes da atividade biológica do gado bovino, suíno, caprino e outros, cuja relevância local justifica seu aproveitamento energético. Este tipo de resíduo é importante matéria- 56

57 prima para a produção de biogás, que pode ter um papel relevante no suprimento energético, principalmente para a cocção de alimentos nas zonas rurais. A estrutura para montar o banco de dados e produzir a estimativa dos resíduos rurais considerando a produção agrícola, florestal e pecuária é a mostrada na Tabela 1. TABELA 1- PERFIL DE RESÍDUOS RURAIS (VALORES EXPRESSOS EM 10 6 ) _ Agrícola Quantidade produzida(t) Consumo(t) Fins Energéticos(t) - Eletricidade(t) - Calor(t) Fins não energéticos(t) - Alimentos(t) - Outros(t) _ Pecuário Quantidade produzida(t) Consumo(t) Fins Energéticos(t) - Eletricidade(t) - Calor(t) Fins não energéticos(t) - Alimentos(t) - Outros(t) Florestal Produção(t) Nativa(t) Outros(t) Reflorestamento(t) - Pinus(t) - Eucalipto(t) - Outros(t) Consumo(t) Fins Energéticos(t) - Eletricidade(t) - Calor(t) Fins não energéticos(t) - Alimentos(t) - Outros(t) FONTE: A estrutura de entrada de dados da Tabela 1 é um projeto de prospecção de dados em fase de elaboração. Mas a dificuldade de obtenção dos dados no Brasil são muito grande e sempre há riscos nas estimativas. Na verdade, urge um inventário dos resíduos no Brasil. Os ditos resíduos agrícolas, sabe-se, tem grande potencial energético, mas está no aguardo do inventário anual da produção de resíduos por regiões da país, por setores da economia e por tipos culturas. A precariedade e a falta de informações oficiais sobre o uso da biomassa para fins energéticos deve-se principalmente aos seguintes fatores: i) trata-se deum energético tradicionalmente utilizado em países pobres e setores menos desenvolvidos; ii) trata-se de uma fonte energética dispersa, cujo uso, via de regra, é ineficiente; iii) o uso da biomassa para 57

58 fins energéticos é indevidamente associado a problemas de desflorestamento e desertificação. Entretanto, essa imagem da biomassa está mudando, graças aos seguintes fatores: i) esforços recentes de mensuração mais acurada do seu uso e potencial, por meio de novos estudos, demonstrações e plantas-piloto; ii) uso crescente da biomassa como um vetor energético moderno (graças ao desenvolvimento de tecnologias eficientes de conversão), principalmente em países industrializados; iii) reconhecimento das vantagens ambientais do uso racional da biomassa, principalmente no controle das emissões de CO2 e enxofre (ROSILLO CALLE; BAJAY; ROTHMAN, 2000). No que concerne especificamente ao peso relativo da biomassa na geração mundial de eletricidade, embora difícil de avaliar, projeções da Agência Internacional de Energia (1998) indicam que ela deverá passar de 10 TWh em 1995 para 27 TWh em 2020 (AEI, 1998). Estudos indicam que, nos Estados Unidos, a capacidade instalada do parque gerador de energia oriunda de biomassa, no final dos anos 70, era de apenas 200 MW, subindo para 8,4 GW no início dos anos 1990 (WALTER; NOGUEIRA, 1997). A maioria corresponde a plantas de co-geração, com utilização de resíduos agrícolas e florestais. Embora com eficiência termodinâmica relativamente baixa (18% a 26%), essas plantas têm sido economicamente competitivas. Os custos foram avaliados em cerca de US$ 1.400,00 por kw instalado e entre US$ 65,00 e US$ 80,00 por kwh gerado. As metas do Departamento Americano de Energia (DOE) são de 18 GW de capacidade instalada em 2010 e, para 2030, 100 GW. Espera-se que o desenvolvimento de novas tecnologias, como o acoplamento de sistemas de gaseificação e a integração da pirólise às turbinas a gás, aumente substancialmente a eficiência termodinâmica das plantas e reduza os custos de capital e geração. Em termos de eficiência, estima-se que os índices serão de 35% a 40%. Quanto aos custos, o kw instalado deverá ficar na faixa de US$ 770,00 a US$ 900,00 e o MWh gerado, entre US$ 40,00 e US$ 50,00. No Brasil, a imensa superfície do território nacional, quase toda localizada em regiões tropicais e chuvosas, oferece excelentes condições para a produção e o uso energético da biomassa em larga escala. Além da produção de álcool, queima em fornos, caldeiras e outros usos não-comerciais, a biomassa apresenta grande potencial no setor de geração de energia elétrica ( A Tabela 2 faz a comparação entre a área de pastagem usual e quanto desta pode ser conversível para fins agrícolas e florestais; ainda mostra as áreas disponíveis para usos silvoagrícola. 58

59 Os dados dado da Tabela 2 permitem entender que pode-se aumentar a área para culturas energéticas ou não e também fins florestais em cerca de 185% da área hoje usada para pastagem. A maior demanda de área atualmente é exatamente para pastagens, não considerando as áreas de unidades de conservação que são relativamente extensas. A Figura 4 mostra o uso de terras para as regiões da Amazônia, do Cerrado e Mata Atlântica; considerando os multiusos de água, território urbano, reflorestamento, pecuária, vegetação natural e agricultura. A mata atlântica apresenta-se como biomassa para mais uso de água e cidades. Ao contrário, a Amazônia, com baixa população tem seu território com predominância para áreas de vegetação natural. Na Figura 5 observa-se a grande competitividade do Brasil com relação a cultura da cana de açúcar para produção etanol. Vale observar que comportamento semelhante pode ser observado com diversas outras culturas e florestas energéticas. 59

60 FIGURA 4 USO DO SOLO POR CLASSES DE VEGETAÇÃO, E USOS MULTIPLUS. FIGURA 5 COMPARAÇÃO DA PRODUTIVIDADE DO ETANOL COM DIFERENTES PAISES TABELA 4 - COMPARAÇÃO DE RESULTADOS DE USO DA TERRA DE TODOS OS CENÁRIOS NO BRASIL (ICONE,2010) 60

61 Os dados mostram que nas próximas décadas deverá, em termos aproximados, a área de grãos em 20%, de cana-de-açúcar em 50%, de florestas implantadas em 55%; redução na área para pastagens em cerca de 30% e restauração de áreas para atender a legislação ambiental e florestal. A Tabela 5 faz a comparação dos níveis de produtividade entre distintas culturas e países (em ordem decrescente em 2007/2008). Observa-se que o Brasil apresenta maior nível de produtividade nas culturas da soja e do algodão em relação aos principais produtores do mundo. Mesmo nas demais culturas, a produtividade brasileira é muito forte e competitiva. A Figura 6 compara, para distintos cenários a evolução do uso da terra para os grãos, cana-de-açúcar, pastagens, florestas implantadas e restauração florestal. TABELA 6 COMPARAÇÃO DOS NÍVEIS DE PRODUTIVIDADE ENTRE CULTURAS 61

62 FIGURA 6 RESULTADOS DE CENÁRIO DE REFERÊNCIA PARA MULTIUSOS 62

63 TABELA 6 - ESTIMATIVA DE RESÍDUOS POR CULTURAS AGRÍCOLAS NO BRASIL CULTURA ÁREA (1000ha) PRODUÇÃO (1000ton) PRODUÇÃO DE RESÍDUOS (1000ton) CANA DE AÇUCAR MILHO 14000* SOJA ARROZ ALGODÃO FEIJÃO COCO N.D. AMENDOIM N.D. CAFÉ N.D. PASTAGEM N.D. OUTRAS CULTURAS (10%) TOTAL *safra mais safrinha FONTE: Projeção do autor, considerando vários dados disponíveis. A produção de resíduos agrícolas tem, como já foi dito, diferentes estimativas, sendo umas mais conservadoras, como se observa na Tabela 6, ou outras que circulam em diversos meios de comunicação que apontam para três vezes mais o apresentado. Com base na referida 63

64 tabela, a expectativa de geração de energia é de de TEP, que equivale, com base na demanda global de energia no Brasil, a 13% das fontes primárias de energia. A maior perspectiva e uso já existente de resíduos são nas culturas de cana-de-açúcar (Tabela 7), milho, soja e derivados de florestas energéticas. O uso de resíduos agrícolas, mesmo considerando a dificuldade de dados precisos e realização de inventário contínuo para estimar a produção anual por regiões e culturas, pode representar, em termos de fonte primária de energia, em torno de 12 a 18% na matriz energética futura. TABELA 7 - POTENCIAL E PERSPECTIVAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA NO SETOR SUCROALCOOLEIRO POTENCIAL POTENCIA EXCEDENTE 2003 PERSPECTIV ESTAD TÉCNICO DE INSTALAD COMERCIALIZAD - A A PARTIR O COGERAÇÃ A O O SP AL PE PR MT GO MG MS RJ PB RN ES BA SE PI MA PA AM CE TOTAL Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA - CENBIO. Levantamento do Potencial Real de excedentes de cogeração no setor sucro alcooleiro - Relatório técnico. ANEEL: (*) Considerando-se o uso de tecnologias eficientes, comercialmente disponíveis no Brasil. Ressalte-se que esses dados se referem a apenas 51% das usinas sucroalcooleiras do país que operavam em 2001, uma vez que as demais não responderam ao questionário utilizado no levantamento dos dados. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Explicar como é o uso atual de terras agricultáveis no Brasil. 64

65 2 Explicar a geração de resíduos agrícolas no Brasil. 3 Quais as culturas que mais tem potencial energético através do aproveitamento de resíduos agrícolas? 4 Atualmente como é o uso de resíduos agrícolas para energia? 5 Quais os processos mais usuais para obtenção de energia com os resíduos agrícolas. BIBLIOGRAFIA SEBRAE. Uso de resíduos e dejetos como fonte de energia renovável p. PROGRAMA BEM (BIOMASSA-ENERGIA-MATERIAL). REFINARIA DE BIOMASSA. Lorena-SP

66 AULA 4: RESÍDUOS URBANOS PARA ENERGIA OBJETIVOS DA AULA: Apresentar a possibilidade das matérias primas de podas urbanas para energia. Mostrar o uso de lixo urbano para energia DESENVOLVIMENTO: RESÍDUOS URBANOS PARA ENERGIA Uma das questões mais importantes atualmente é a utilização e a disposição de resíduos sólidos municipais, como lixo residencial e comercial, para reaproveitamento diversos. Audiências públicas para se discutir as propostas existentes de localização de aterros, de distribuição ou construção de incineradores ou programas de reciclagem para a comunidade sempre ocorrem nas cidades maiores ou menores. Para ilustrar a importância dos resíduos urbanos, todo ano, os norte americanos jogam nos aterros mais cerca de 100 milhões de toneladas de papel, 50 milhões de toneladas de alimentos e resíduos domésticos, 20 milhões de vidro e 20 milhões de toneladas de plásticos. Segundo Hinrichs e Kleinbach (2003), citado a EPA, agência americana ambiental, o perfil do lixo nos Estados Unidos são: Papel e papelão: 39,2%; Resíduos domésticos e de alimentos: 21,0 Vidro: 6,2%; Metais: 7,6%; Plásticos: 9,1%; Madeira: 7,1%; Outros: 9,8%. Há na literatura quatro ou cinco opções não para solucionar a crise de resíduos sólidos municipais: Reduzir a quantidade de lixo produzido, 66

67 Instituir programas de reciclagem mais vigorosos, Incinerar o lixo em usinas para energia, Construir aterros sanitários mais seguros e modernos, Proceder a digestão anaeróbica dos resíduos orgânicos. A reciclagem é mais difícil de implementação devido os hábitos e costumes das sociedades, que vem dá história humana, em lançar fora os resíduos. A educação para tal é longo e penosa. Estima que o desejável é a recuperação de cerca de 30% dos resíduos. Alguns como latas em alúmnio, vidros, plásticos são bem recuperados devido o preço ofertado aos ditos recolhedores de resíduos. A incineração para muitas comunidades é a melhor maneira de dispor os resíduos, não, necessariamente a melhor e desejável. O lixo urbano é queimado na temperatura de cerca de 1000ºC utilizando fornalhas de combustão, conforme ilustra as Figuras 7 e 8. Há uma necessidade logística de coletar, transportar e armazenar os resíduos para proceder a incineração. Durante a combustão há produção de vapor e gases. Estes são tratados por meio de ciclos, atualmente há muitos modernos, de controle das emissões, que utilizam coletores do tipo ciclone e precipitadores eletrostáticos ou filtros de tecidos para reduzir a emissão de particulados. Estes equipamentos são importantes para o tratamentos das emissões gasosas da combustão e tem qualidade e custos muitos distintos. O mais caro e eficiente é o precipitador eletrostático. Mas a combustão não resolve a questão de cerca de 70% do lixo urbano, pois a combustão, além de vapor e gases produz cinzas e partículas finas em suspensão que coletados são levados em caminhões para os aterros municipais. A venda de vapor e eletricidade é uma solução para equacionar os custos de incineração (HINRICHS e KLEINBACH (2003). 67

68 FIGURA 7 USINA DE TRANSFORMAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS EM ENERGIA. Os poluentes atmosféricos emitidos pela incineração de resíduos podem ser fonte de preocupação nas comunidades. Há metais pesados, como mostra a Tabela 8, e dioxinas. As dioxinas são compostos clorados formados durante a combustão e são importantes carcinogênicos. TABELA 8 CONCENTRAÇÕES TÍPICAS DE METAL EM CINZAS INCINERADAS Os resíduos urbanos, segundo o critério de origem e produção, pode ser classificados em: Doméstico: gerado basicamente em residências; Comercial: gerado pelo setor comercial e de serviços; 68

69 Industrial: gerado por indústrias (classe I, II e III); Hospitalares: gerado por hospitais, farmácias, clínicas, etc.; Especial: podas de jardins, entulhos de construções e animais mortos. Do ponto de vista de matéria prima para energia, os resíduos urbanos são classificados em orgânico e inorgânico. A porção orgânica que representa entre 50 e 70% do lixo urbano é a matéria com aplicação para uso energético. Há problemas graves causados pela precária disposição final do lixo são a disseminação de doenças, a contaminação do solo e de águas subterrâneas pelo chorume, a poluição pelo gás metano (gerado na decomposição da matéria orgânica presente no lixo), a falta de espaço para o armazenamento, entre outros. O teor de matéria orgânica (C, H, O, N ) do lixo brasileiro é de 60% conferindo-lhe bom potencial energético. O Poder Calorífico Inferior (PCI) médio de resíduo domiciliar é de kcal/kg (5,44 MJ/kg). De acordo com a tecnologia empregada e com a composição físico-química dos resíduos, estima-se a produção de 0,035 MW/tonelada de lixo, através de incineração (SEBRAE, 2010). A recuperação de energia a partir do lixo tem duas grandes vertentes: 1. A recuperação do gás metano para geração de energia (a decomposição anaeróbica pode gerar 350 a 500 m 3 de gás metano por tonelada de lixo brasileiro), com investimentos em aterros controlados, que pode ser complementada pela coleta seletiva ou triagem pós-coleta visando a reciclagem e a diminuição do volume a ser aterrado. 2. Incineração do lixo visando a sua redução e inertização, com recuperação de energia. A geração de resíduos sólidos domiciliares no Brasil é de cerca de 0,6kg/hab./dia e mais 0,3kg/hab./dia de resíduos de varrição, limpeza de logradouros e entulhos. Algumas cidades, especialmente nas regiões Sul e Sudeste como São Paulo, Rio de Janeiro e Curitiba, alcançam índices de produção mais elevados, podendo chegar a 1,3kg/hab./dia, considerando todos os resíduos manipulados pelos serviços de limpeza urbana (domiciliares, comerciais, de limpeza de logradouros, de serviços de saúde e entulhos), conforme mostram várias estatísticas do IBGE (200). A produção de biomassa urbana como matéria prima para energia seria aproximadamente 190 milhões de toneladas dia, considerando a produção de cerca 1kg/hab.dia. Esta seria estimativa de produção total de resíduos no Brasil. A fração energética, portanto orgânica, deve representar entre 100 e 130 milhões de toneladas/dia. Esta produção de resíduos é muito significativa para uso energético do ponto de vista de potencial. Contudo, esta matéria é encontrada muito difusa nos mais de 5000 municípios brasileiros. Para efeito prático e econômico o aproveitamento energético tem ficado resumido as 69

70 grandes metrópoles brasileiras e, mesmo assim, ainda não é regra geral. Há poucas usinas de conversão energética de resíduo urbano. De acordo com a pesquisa do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE, realizada em 2000 (Pesquisa Nacional do Saneamento Básico PNSB), dos municípios brasileiros, 4 026, ou seja, 73,1%, têm população até habitantes. Nestes municípios, 68,5% dos resíduos gerados são vazados em lixões e em alagados. Se tomarmos, entretanto, como referência, a quantidade de lixo por eles gerada, em relação ao total da produção brasileira, a situação é menos grave, pois em conjunto coletam somente 12,8 % do total brasileiro ( t/dia). Isto é menos do que o gerado pelas 13 maiores cidades brasileiras, com população acima de 1 milhão de habitantes. Só estas coletam 31,9 % ( t/dia) de todo o lixo urbano brasileiro, e têm seus locais de disposição final em melhor situação: apenas 1,8 % (832 t/dia) é destinado a lixões, o restante sendo depositado em aterros controlados ou sanitários. Apesar desse quadro, a coleta do lixo é o segmento que mais se desenvolveu dentro do sistema de limpeza urbana e o que apresenta maior abrangência de atendimento junto à população, ao mesmo tempo em que é a atividade do sistema que demanda maior percentual de recursos por parte da municipalidade. Esse fato se deve à pressão exercida pela população e pelo comércio para que se execute a coleta com regularidade, evitando-se assim o incômodo da convivência com o lixo nas ruas. Contudo, essa pressão tem geralmente um efeito seletivo, ou seja, a administração municipal, quando não tem meios de oferecer o serviço a toda a população, prioriza os setores comerciais, as unidades de saúde e o atendimento à população de renda mais alta. A expansão da cobertura dos serviços raramente alcança as áreas realmente carentes, até porque a ausência de infraestrutura viária exige a adoção de sistemas alternativos, que apresentam baixa eficiência e, portanto, custo mais elevado. A produção de resíduos urbanos viável para conversão energética, partindo da premissa de cidades médias e metrópoles tem potencial para gerar entre 50 e 100 milhões de toneladas/dia. Partindo do produção energética de 1500Mcal/ton, a produção energética estimada entre 12, a 25 milhões TEP (toneladas equivalentes de petróleo). Esta ordem de grandeza poderia representar entre 3 e 8% da oferta primária de energia. As notícias de projetos de conversão energética de resíduos urbanos são frequentes, como esta reportagem do dia 27 de maio de 2011 no jornal Estado de São Paulo: A geração de energia elétrica para 139 mil imóveis a partir do lixo em decomposição nos aterros sanitários da cidade será um dos projetos que a Prefeitura de São Paulo pretende apresentar semana que vem durante a conferência do C-40, grupo que reúne prefeitos das 40 maiores cidades do mundo para discutir problemas ambientais e mudanças climáticas. As usinas instaladas nos aterros desativados Bandeirantes, em Perus, zona oeste, em 2004, e São João, em São Mateus, zona leste, em 2007, produzem 40 MW de energia elétrica por hora suficiente para suprir o gasto de 600 mil pessoas, segundo a Prefeitura. O projeto evitou a emissão de 5 milhões de toneladas de gás carbônico (que seriam jogados na atmosfera se o gás metano não fosse aproveitado), segundo a Biogás Energia Ambiental, que administra o sistema. 70

71 Outros dois projetos que São Paulo pretende mostrar para o resto do mundo na C-40 tem resultados menos expressivos. A substituição do diesel dos ônibus da cidade por fontes de energia limpa atinge cerca de 10% da frota em circulação, enquanto a criação de novas parques e o plantio de árvores não é suficiente para chegar ao índice de 12 metros quadrados de área verde por habitante recomendado pela Organização Mundial de Saúde (OMS) FIGURA 8 OBTENÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE RESÍDUOS URBANOS Para ilustrar o uso energético de resíduos urbanos, é apresentado, de forma sucinta, o caso do aterro sanitário bandeirantes na cidade de São Paulo, as Figuras 9 e 10 apresentam, respectivamente, a produção de energia elétrica em função da capacidade do aterro e o fluxograma da usina para geração de bioenergia. FIGURA 9 PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM USO DE GÁS DE ATERRO SANITÁRIO DA CIDADE DE SÃO. 71

72 FIGURA 10 FLUXOGRAMA DE TERMOGERAÇÃO DE ENERGIA NA USINA DO ATERRO BANDEIRANTES EM SÃO PAULO ATRÁVES DO BIOGAS DE ORIGEM URBANA 72

73 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Como é a produção de resíduos urbanos no Brasil? 2 Quais os aspectos técnicos dos resíduos urbanos no Brasil? 3 Que parte e qual justificativa dos resíduos urbanos para uso energético? 4 Como é o processo de geração de energia térmica partindo dos resíduos urbanos? 5 Avaliar a produção de energia elétrica com resíduos urbanos com base no exemplo do aterro bandeirantes da cidade de São Paulo. BIBLIOGRAFIA HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. Tradução: F. M. Vichi e L. F. de MELLO. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 IBGE. Anuário estatístico. Várias edições. PREFEITURA DE SÃO PAULO. SECRETARIA DE MEIO AMBIENTE. CETESB. S.d. SEBRAE. Uso de resíduos e dejetos como fonte de energia renovável p. 73

74 AULA 5: RESÍDUOS DE ORIGEM ANIMAL E INDUSTRIAL PARA ENERGIA OBJETIVOS DA AULA: Apresentar matérias de origem animal com possibilidade de geração de energia. O uso de biogás para geração de energia. Gorduras animais para geração de energia. Avaliar o uso e o potencial de resíduos sólidos industriais para energia DESENVOLVIMENTO: RESÍDUOS DE ORIGEM ANIMAL E INDUSTRIAL PARA ENERGIA a) RESÍDUOS ANIMAIS DE ORIGEM ANIMAL PARA ENERGIA O aproveitamento de matérias-primas residuais (gorduras animais, óleos de fritura e matérias graxas de esgoto) para obtenção de biocombustível é uma alternativa que também merece destaque devido às razões econômicas e ambientais. Com base neste fato, propõe-se como prioridades estratégica no Plano Nacional de Agroenergia o desenvolvimento de processos para produção de energia a partir de resíduos orgânicos das cadeias de processamento de produtos de origem animal e de tecnologia para o aproveitamento energético de resíduos da produção agro-industrial. As gorduras animais constituem uma fonte renovável de energia com potencial para conversão em biocombustível (ABREU, et al., s.d.). Bellaver (2005) estima que os volumes de sebo bovino, graxa suína e óleo de aves gerados no abate são de , e ton/ano, respectivamente. Os atrativos econômicos para produção de biodiesel a partir desses resíduos decorrem da sua disponibilidade imediata em áreas agro-industriais, do seu baixo custo e da diversificação das matérias-primas. Todos esses fatores podem tornar o biocombustível mais competitivo frente ao diesel derivado do petróleo e contribuir significativamente com o suprimento do mercado doméstico em regiões de intensa atividade pecuária, considerando sua aplicação no transporte e em máquinas e equipamentos agrícolas. O uso de gorduras animais como materiais de partida para produção de biodiesel apresentam também uma importante componente ambiental, uma vez que pode evitar o destino impróprio desses resíduos e minimizar os impactos negativos ao meio ambiente de abatedouros e graxarias. 74

75 Apesar da grande potencialidade, a produção de biodiesel a partir de resíduos de gordura animal ainda não é um processo bem estabelecido. Poucos trabalhos são encontrados na literatura sobre este tema (Mothé et al., 2004; Ghassan et al., 2004) e muito permanece por ser avaliado ( Resíduos de gordura animal são matérias-primas potenciais para obtenção de biodiesel, contudo, pesquisas ainda são necessários para o estabelecimento do processo de produção. A transesterificação com catálise ácida de resíduos de gordura de frango em excesso de álcool etílico vem sendo estudada pelo modelo de extinção da reação, sendo os resultados preliminares (ABREU, et al., A Tabela 9 apresenta os resultados para conversão energética a partir de resíduos de animais. Observa-se diferença, como esperado, entre os materiais para cada tipo de animal, contudo a concentração de metano é similar. TABELA 9: CONVERSÃO DE RESÍDUOS ANIMAIS PARA ENERGIA ORIGEM MATERIAL DO KG DE ESTERCO por dia por unidade geradora KG biogás por kg de esterco SUINOS 2,25 0, BOVINOS 10,00 0, EQUINOS 12,00 0, AVES 0,18 0, ABATEDOURO 1,00 0, FONTE: MOTA, 2006 b) RESÍDUOS INDUSTRIAIS PARA ENERGIA CONCENTRAÇÃO DE METANO As indústrias madeireira, serrarias e mobiliário, produzem resíduos a partir do beneficiamento de toras. Os tipos de resíduos produzidos são casca, cavaco, costaneira, pó de serra, maravalha e aparas. As indústrias de alimentos e bebidas produzem resíduos no fabrico de sucos e aguardente (laranja, caju, abacaxi, cana de açúcar, etc), no beneficiamento de arroz, café, trigo, milho (sabugo e palha), coco da Baía, amendoim, castanha-de-caju. No setor de papel e celulose existem indústrias de papel e indústrias de celulose, e também indústrias integradas, ou seja, que produzem papel e celulose. Haverá nestes casos diferenças nos tipos de resíduos produzidos, porém, em linhas gerais este setor produz como resíduos: casca, cavaco e lixívia. Existem 220 companhias no Brasil com unidades industriais localizadas em 16 estados, utilizando madeira de reflorestamento, das espécies eucalipto (62%) e pinus (36%).O setor siderúrgico a carvão vegetal também possui unidades de ferro-gusa e de aço, e unidades integradas, que produzem ferro-gusa e aço. O ferro-gusa é um produto intermediário para a produção do aço, e importante produto de exportação. O gás de alto-forno é produzido durante a reação do carbono do carvão vegetal com o ferro do minério de ferro, e reinjetado no processo, possibilitando o reaproveitamento do calor. A siderurgia a carvão vegetal é responsável por cerca de 30% da produção siderúrgica brasileira e está concentrada principalmente no Estado de Minas Gerais, com 75

76 algumas unidades no Espírito Santo, Maranhão, Pará, Pernanbuco, Rio Grande do Norte e Mato Grosso do Sul (SEBRAE, 2008). A caracterização do resíduo industrial e outros tipos de resíduos compreende a determinação de características quantitativas e qualitativas. As análises usuais são umidade, matéria orgânica, sólidos (voláteis e fixos), relação carbono/nitrogênio, cloro, composição gravimétrica, peso especifico, ph, nitrogênio, hidrogênio, enxofre, potássio, nitrogênio, fósforo e poder calorífico (IBAMA, 2001; CETESB, A recuperação dos resíduos sólidos para energia, conforme já mencionado anteriormente, se dá através da combustão ou queima dos resíduos, pirólise, aterro sanitários para produção de de biogás ou digestores anaeróbicos. A produção de energia, a partir de resíduo, constitui-se uma forma direta de aproveitamento energético (TABELA 10). TABELA 10: FATORES DE CONVERSÃO ENERGÉTICA PARA RESÍDUOS INDUSTRIAIS (Citados por BATISTA et al., 2004) Os dados da Tabela 11 mostram o potencial de geração de energia elétrica oriunda de resíduo industrias para a região metropolitana de Campinas-SP. Verifica-se, para energia aproveitada, um valor de potência média de 43 MW médios. Este valor é maior do que a potência média de uma PCH - pequena central hidrelétrica. Avaliando os resultados de potência média encontrados para energia aproveitada e energia potencial, em termos de consumo energético médio residencial médio, verifica-se que a energia aproveitada equivale, aproximadamente, ao consumo anual de cerca de habitantes e que a 76

77 energia potencial equivale ao consumo de habitantes( BATISTA et al., 2004). TABELA 11: EXEMPLO DE CONVERSÃO ENERGÉTICA DE RESÍDUOS INDUSTRIAS PARA A REGIÃO METROPOLITANA DE CAMPINAS (Apud Batista et al. 2004). LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Quais as materiais primas de origem animal para energia? 2 Qual a sua avaliação quando se comparar os excrementos animais para enegia? 3 - Faça uma caraterizão de resíduos industrias como matéria energética. 4 Qual a sua avaliação do uso do lodo para energia? 5 Apresentar uma proposta para geração de energia partindo de resíduo industrial (por exemplo da indústria de carnes). BIBLIOGRAFIA ABREU, P. G. et al., Transesterificação com catálise ácida de resíduos de gordura de frango para produção de biodiesel: resultados preliminares. UFLA. s.d. BATISTA, T. R. O.; TEIXEIRA, E. N.; SILVA, E. P. Metodologia para avaliação da energia associada ao resíduo sólido industrial: aplicação à região metropolitana de Campinas. Anais 5 Encontro Energia, CETESB. Caracterização de Resíduos. São paulo: CETESB, p. 77