USO DE BIOMASSA NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA INDÚSTRIA DE CELULOSE

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1 USO DE BIOMASSA NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA INDÚSTRIA DE CELULOSE 1 Wanderlei David Pereira, 2 João Lages Neto 1 Gerente de Recuperação e Utilidades Fibria Unidade Aracruz. 2 Especialista de Meio Ambiente Fibria Unidade Aracruz. A indústria de celulose no Brasil e no Mundo. O Brasil é o quarto maior produtor de celulose no cenário mundial, com uma capacidade produtiva de mil toneladas de celulose (dados de 2009). A totalidade da produção brasileira no Brasil é realizada através de florestas plantadas e manejadas especificamente para este fim. Os avanços da tecnologia de manejo florestal fazem com que o Brasil atinja as maiores produtivas nas suas florestas, o que torno a fabricação de celulose altamente competitiva. A produtividade das nossas florestas saltou de 24 para 44 m³/ha/ano para espécie do Eucalipto e de 19 para 38 m³/ha/ano para o Pinus. Este aumento de produtividade foi possível em razão dos avanços tecnológicos que estão voltados aos seguintes fatores: Genética Biotecnologia; Matéria prima de alta qualidade; Planejamento sócio ambiental; Manejo florestal; Rotação de áreas plantadas. Além destes avanços tecnológicos o Brasil tem uma condição climática favorável para cultivo de eucalipto.

2 O Brasil é o quarto maior produtor de celulose mundial e o nono maior produtor de papel. Grandes projetos de expansão da capacidade estão em curso e outros futuros já anunciadas que elevarão ainda mais esta produção. A FIBRIA Celulose S/A á a maior produtora de celulose de fibra curta de eucalipto do mundo com uma capacidade produtiva de Kt/ano.

3 MATRIZ ENERGÉTICA As fábricas de celulose por questões de cunho ambiental e econômico instalam em seus parques indústrias equipamentos e processos que aproveitam toda a energia (biomassa) disponibilizada durante o processo de extração da celulose da madeira. Com isto as fábricas modernas conquistam a auto-suficiência em energia térmica e elétrica através do aproveitamento de 100% da biomassa, seja na forma de resíduos de madeira (cascas e rejeitos) ou licor preto. O licor preto é gerado no processo e polpação da celulose. Os equipamentos utilizados nesta etapa do processo são denominados digestores. Nos digestores através da reação de deslignificação da madeira ocorre a separação da lignina (licor preto) das fibras de celulose que constituem a madeira.

4 A madeira é composta basicamente de celulose, hemicelulose e lignina. O processo de polpação procura separar com o melhor rendimento possível a celulose e hemicelulose da lignina. A lignina após solubilizada seja o processo de recuperação química para compor a matriz energética das fábricas de celulose, e é utilizado como fonte de energia nas caldeiras de recuperação. Além da lignina os resíduos de madeira gerados durante o processo de preparação de cavacos também é utilizado nas caldeiras de biomassa. As caldeiras de recuperação e biomassa geram vapor de alta pressão e temperatura que antes de serem utilizados nos processos como energia térmica acionam turbinas a vapor que estão acopladas a geradores de energia. As unidades de produção de celulose modernas obtêm um Balanço de energia que além de garantir a auto-suficiência de energia elétrica e térmica, geram excedentes de energia elétrica que cada vez mais esta se tornando uma boa fonte de receita para estas industriais.

5 PROCESSO DE COGERAÇÃO A cogeração de energia se traduz na produção simultânea de duas ou mais utilidades calor de processo e energia eletromecânica, a partir de uma mesma fonte energética. Isto pode resultar no benefício econômico da redução de custos de combustíveis, quando comparada à produção das utilidades em separado, e também em benefícios ambientais como a redução de emissões de poluentes decorrentes da queima de combustíveis [Gabriel de Jesus Azevedo Barja]. Nas industriais de extração de celulose a cogeração é realizada através do ciclo Rankine.

6 Neste processo geralmente empregam-se caldeiras aquatubulares para geração de vapor de alta pressão e temperatura, turbogeradores a vapor, central de distribuição de vapor e energia elétrica. A geração de energia elétrica através do ciclo combinado, onde observamos o ciclo Rankine e Brayton também já é uma realidade na indústria de celulose. A vantagem desta combinação é uma elevação no rendimento global da central de cogeração.

7 EQUIPAMENTOS CALDEIRAS DE RECUPERAÇÃO QUÍMICA As caldeiras de recuperação têm basicamente duas funções no processo, recuperar os químicos utilizados no processo de cozimento e reaproveitar a energia térmica disponível no licor preto, através da geração de vapor. Combustível principal: Licor Preto Combustível auxiliar: Óleo Combustível e ou Gás Natural; Pressão de operação típica: 65 à 120 bar; Temperatura do vapor típica: 450 à 485 ºC. CALDEIRAS DE BIOMASSA As caldeiras de biomassa utilizam o resíduo de madeira gerado durante o processo de classificação dos cavacos a serem utilizados no processo de cozimento. A queima deste resíduo permite gerar vapor que se soma ao vapor gerado nas caldeiras de recuperação. Combustível principal: Biomassa e lenha energética; Combustível auxiliar: óleo combustível; Pressão de operação típica: 65 à 120 bar; Temperatura do vapor típica: 450 à 485ºC. Alem do licor preto e biomassa outros resíduos de processo gerados pelas indústrias de celulose são incinerados nas caldeiras, como os gases não condensáveis (GNC) que são basicamente compostos reduzidos de enxofre, como o gás sulfídrico, metil mercaptanas, etc. Atualmente já esta se tornando comum a incineração do lodo biológico gerado durante o processo de biodegração da matéria orgânica presente nos efluentes das indústrias de celulose. TENDÊNCIAS DO FUTURO Já existem inovações que permitem elevar o reaproveitamento e eficiência energética das indústrias de celulose conforme destacado a seguir. GASEIFICADOR DE BIOMASSA. Estes equipamentos estão sendo amplamente estudos para substituir a parcela de combustível fóssil utilizado nos fornos de cal das indústrias de celulose. Já existem experiências de aplicação industrial fora do Brasil com esta tecnologia.

8 Etapas da gaseificação da biomassa: Em primeiro, ocorre a secagem, durante o aquecimento do combustível. Esta etapa é mais significativa e lenta para combustíveis mais úmidos, como madeira e biomassa em geral; A pirólise (ou desvolatilização) se inicia a pelo menos 300ºC, quando ocorre vaporização das partes voláteis e se inicia a fragmentação das partículas sólidas; A combustão é necessária ao processo, já que necessita-se de uma fonte de calor para os demais processos; A gaseificação consiste na decomposição térmica da biomassa, resultando na produção de um biogás (Syngas) composto basicamente de CO, H2, CH4 e H2O e cinzas. O syngas pode ser usado diretamente como combustível ou como precursor de biocombustíveis superiores (rota termoquímica); Esta etapa ocorre em temperaturas entre 400ºC a 900ºC; Este processo já é utilizado e está consolidado para a substituição de combustível em fornos de cal e também para a produção de diesel sintético (Fischer-Tropsch); Tecnologia relativamente simples comparada com alternativas de biorrefinaria; GASEIFICADOR DE LICOR NEGRO O gaseificar de licor negro, tem por objetivo substituir a caldeira de recuperação, que é o ativo mais oneroso do capital necessário para implantação de uma fábrica de celulose. A gaseificação de licor negro assim como a gaseificação de biomassa tem como objetivo a produção de Syngás; O Syngás após purificado pode ser utilizado como combustível em uma turbina à gás ou pode ser utilizado como base para produção de combustíveis renováveis; EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA FIBRIA CELULOSE S/A A Fibria é a maior fabricante de celulose de fibra curta de mercado do mundo. Um das estratégias da Fibria é exatamente elevar o seu desempenho no que tange ao aspecto de sustentabilidade.

9 Dentre as ações para elevar seu desempenho ambiental destaca-se a eficiência energética. Todas as unidades da Fibria são monitoradas através de balanços energéticos com metas de elevação da eficiência energética a cada ano. A matriz energética da Fibria em 2010 registrou uma participação dos combustíveis renováveis a partir da biomassa de 90% do total de energia demanda para o processo fabricação de celulose além de nas unidades de Aracruz e Três Lagoas além de atenderem em 100% a demanda de energia elétrica, o balanço permite uma geração de excedente que é injetado na rede. Com relação à geração de energia elétrica em 2010 a Fibria Celulose S/A gerou o equivalente a GWh/ano.

10 A matriz energética da unidade Aracruz obteve um resultado ainda melhor onde 92% de energia consumida tem origem na biomassa. Com relação à unidade de Três Lagoas os combustíveis renováveis representaram 90% do total de energia consumida.

11 Por último a unidade Jacareí obteve uma participação de 87% base biomassa na sua matriz energética. Conforme podemos concluir a biomassa é o maior contribuinte da matriz energética da Fibria e temos estratégia para elevar ainda mais este índice sempre com o objetivo de minimizar o uso de combustíveis não renováveis, seja através do uso eficiente dos combustíveis ou através de mudança de tecnologia.

12 Elaboração: Engº. Wanderlei David Pereira Gerente de Recuperação e Utilidades Fibria Unidade Aracruz. Participação: João Lages Neto Especialista de Meio Ambiente Fibria Unidade Aracruz. Thaís Spinassé Scarpati Estagiaria Meio Ambiente Industrial Fibria Unidade Aracruz Revisão Ortográfica: Maria de Lourdes Suela Assistente Executiva Fibria Unidade Aracruz.