UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA FONTES DE ENERGIA NÃO CONVENCIONAIS: BIOMASSA SÉRGIO VIDAL GARCIA OLIVEIRA DANIEL GUSTAVO CASTELLAIN JEFFERSON CARLOS FISCHER JOINVILLE 2015

2 2 ILUSTRAÇÕES Figura 1 Energia da Biomassa... 7 Figura 2 Matriz de consumo final de energia nos anos de 1973 e Figura 3 Produção de Biodiesel no Brasil (m³)... 9 Figura 4 Produtores de Bioenergia em Figura 5 Produtores de Biodiesel (mil toneladas) Figura 6 Produtores de Etanol (hm³) Figura 7 Perfil esquemático do processo de produção de energia a partir do biogás Figura 8 Consumo de combustíveis a base de madeira em 2005 (PJ) Figura 9 Usinas de licor negro no Brasil Figura 10 Matriz de oferta de energia elétrica no Brasil em

3 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO MOTIVAÇÕES OBJETIVOS ENERGIA DA BIOMASSA DISPONIBILIDADE, PRODUÇÃO E CONSUMO DE BIOMASSA ENERGIA ELÉTRICA DA BIOMASSA ENERGIA ELÉTRICA DA BIOMASSA NO BRASIL 16 2 REFERÊNCIAS... 18

4 1 INTRODUÇÃO 4 Neste capítulo são apresentadas as Fontes Não Convencionais de Energia, em específico a Biomassa. 1.1 MOTIVAÇÕES O controle e a utilização das diversas formas de energia sempre foram as alavancas de todo desenvolvimento humano e social. Até recentemente, durante todo o tempo em que esteve preocupado com a busca do desenvolvimento, o homem utilizou todas as formas possíveis de produção de energia, com os menores custos possíveis, sem deter-se em analisar as consequências [1]. Isto resultou, muitas vezes, no desperdício e no uso irracional da energia, gerando efeitos nocivos na economia, no meio ambiente e na qualidade de vida, principalmente nas grandes cidades [1]. No entanto, hábitos pessoais e medidas administrativas muito simples, como desligar a iluminação, controlar o funcionamento de aparelhos de ar condicionado ou calefação, utilizar luminárias e lâmpadas mais eficientes, incentivar a fabricação de aparelhos e equipamentos mais eficazes, utilizar tecnologias mais limpas, tanto nos meios de transporte como também na geração de energia, etc., podem mudar significativamente este quadro [1]. Para os países desenvolvidos e em desenvolvimento, com produção abundante e barata de combustíveis fósseis, a preocupação com a eficiência energética é, na maioria das vezes, motivada pelo aspecto ambiental, pelo fato dos recursos não serem limitadores na mesma escala que para os demais países, e pela emissão de poluentes ter atingido, pelas próprias condições de desenvolvimento, níveis muito mais preocupantes que nos demais [1]. Já para a maioria dos demais países em desenvolvimento, a questão ambiental ainda é objeto de menor

5 5 preocupação se comparado aos países desenvolvidos. Por outro lado, como os recursos para a expansão dos sistemas energéticos, nesses países, são cada vez mais escassos e o aumento de competitividade de bens e serviços produzidos localmente é de suma importância para sua inserção no mercado globalizado, o estabelecimento de ações voltadas para a eficiência energética é um instrumento barato e eficiente que permite reduzir as demandas de energia, e consequentemente, postergar investimentos, ao mesmo tempo em que contribui de maneira significativa para os esforços de aumento da produtividade e competitividade nacionais [1]. Dessa forma, o combate ao desperdício e a busca do uso eficiente das diversas formas de energia têm como principais motivadores: A economia de recursos, devido à possibilidade de postergação de investimentos em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia; Aumento de competitividade dos bens e serviços produzidos, ou ainda, a proteção e a melhoria do meio ambiente, pois grande parte das fontes utilizadas, especialmente os combustíveis fósseis, provoca poluição atmosférica e contribui para aumentar a emissão dos gases de efeito estufa [1]. 1.2 OBJETIVOS Propiciar ao aluno o conhecimento das diferentes fontes de energia não convencionais disponíveis e a sua importância à sociedade; Conhecer e diferenciar entre si as diferentes fontes de energia não convencionais; A partir das informações contidas no Boletim Nacional de Energia, conhecer as estatísticas de disponibilidade de energia destas fontes no Brasil e no mundo;

6 Conhecer o perfil de consumo da energia proveniente das fontes de energia não convencionais, dos principais setores da sociedade brasileira. Dentre as fontes não convencionais de energia, podemos destacar: 6 Biomassa; Eólica; Solar fotovoltaica; Solar térmica; Ondas; Marés; Geotérmica; PCH. 1.3 ENERGIA DA BIOMASSA Esta é uma designação genérica que engloba o aproveitamento energético da matéria orgânica, ou seja, dos resíduos provenientes da limpeza das florestas, da agricultura e dos combustíveis resultantes da sua transformação [2]. A biomassa é uma das fontes para produção de energia com maior potencial de crescimento nos próximos anos. Tanto no mercado internacional quanto no interno, ela é considerada uma das principais alternativas para a diversificação da matriz energética e a consequente redução da dependência dos combustíveis fósseis. Dela é possível obter energia elétrica e biocombustíveis, como o biodiesel e o etanol, cujo consumo é crescente em substituição a derivados de petróleo como o óleo diesel e a gasolina [3]. A energia pode ser obtida através da combustão direta dos materiais ou duma transformação química ou biológica, de forma a aumentar o poder energético do biocombustível [2]. A figura 1.1 contempla alguns exemplos de energia da Biomassa.

7 7 Figura 1 Energia da Biomassa Fonte: Figura obtida de [2]. Ao contrário do que ocorre com outras fontes, como carvão, energia hidráulica ou petróleo, não tem sido contabilizada com precisão. As estimativas mais aceitas indicam que representa cerca de 13% do consumo mundial de energia primária, como mostra o gráfico 1.1 a seguir [3]. Figura 2 Matriz de consumo final de energia nos anos de 1973 e 2006 Fonte: Figura obtida de [3].

8 8 Combustão Direta: A queima de resíduos florestais e agrícolas produz vapor de água. Este, por sua vez, é canalizado para uma turbina com o objetivo final de produzir eletricidade (ex. Central térmica de Lages/SC). Biogás: é um gás combustível, constituído em média por 60% de metano e 40% de CO2, que é produzido através de um processo denominado digestão anaeróbia dos resíduos orgânicos, ou seja, pela utilização de bactérias capazes de decompor os resíduos sem ser necessária à presença de oxigénio. Biocombustíveis: Englobam-se aqui os ésteres metílicos (biodiesel) e os alcoóis. Através da transformação de certos óleos vegetais, como o de girassol, milho, entre outros, obtém-se um biodiesel que pode ser misturado com o óleo diesel e alimentar motores deste tipo. Outra fonte de matériaprima é a recuperação dos óleos usados em frituras (restauração, cantinas), mediante uma recolha seletiva. Estes óleos podem ser facilmente transformados em biocombustível, tendo como vantagem acrescida a eliminação de uma fonte de poluição [2]. No Brasil, em 2007, a biomassa, com participação de 31,1% na matriz energética, foi a segunda principal fonte de energia, superada apenas por petróleo e derivados. Ela ocupou a mesma posição entre as fontes de energia elétrica de origem

9 9 interna, ao responder por 3,7% da oferta. Só foi superada pela hidreletricidade, que foi responsável pela produção de 77,4% da oferta total, segundo dados do Balanço Energético Nacional (BEN) de 2008 [3]. A produção de biodiesel também é crescente e, se parte dela é destinada ao suprimento interno, parte é exportada para países desenvolvidos, como os membros da União Européia. Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), em 2007 o país produziu m 3 do combustível puro (B100), diante dos m3 de 2006 conforme mostra a Figura 3. Desde 2004, a atividade é beneficiada pelo estímulo proveniente do Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB), implantado em dezembro de 2003 pelo Governo Federal [3]. Figura 3 Produção de Biodiesel no Brasil (m³) Fonte: Figura obtida de [3]. 1.4 DISPONIBILIDADE, PRODUÇÃO E CONSUMO DE BIOMASSA

10 10 A quantidade estimada de biomassa existente na Terra é da ordem de 1,8 trilhão de toneladas. Este volume, quando confrontado com o grau de eficiência das usinas em operação no mundo no ano de 2005, aponta para uma capacidade de geração de 11 mil TWh por ano no longo prazo ou mais da metade do total de energia elétrica produzida em 2007, que foi de 19,89 mil TWh, segundo o estudo da Estatistical Review of World Energy, publicado em junho de 2008 pela BP Global (Beyhond Petroleum, nova denominação da British Petroleum). Ao contrário do que ocorre com outras fontes, não existe um ranking mundial dos maiores produtores de biomassa, apenas estatísticas sobre os principais derivados. Assim, se os Estados Unidos lideravam a produção de energia elétrica a partir da biomassa, em 2005 Alemanha era a maior produtora de biodiesel e o Brasil, o segundo maior produtor de etanol, como mostram as Figuras 4, 5 e 6 a seguir. Nesse ano, a produção brasileira já era superada pelos Estados Unidos.

11 11 Figura 4 Produtores de Bioenergia em 2005 Fonte: Figura obtida de [3]. Figura 5 Produtores de Biodiesel (mil toneladas) Fonte: Figura obtida de [3].

12 12 Figura 6 Produtores de Etanol (hm³) Fonte: Figura obtida de [3]. 1.5 ENERGIA ELÉTRICA DA BIOMASSA Existem várias rotas tecnológicas para obtenção da energia elétrica a partir da biomassa. Todas prevêem a conversão da matéria-prima em um produto intermediário que será utilizado em uma máquina motriz. Essa máquina produzirá a energia mecânica que acionará o gerador de energia elétrica. De uma maneira geral, todas as rotas tecnológicas, também, são aplicadas em processos de cogeração que é a

13 13 produção de dois ou mais energéticos a partir de um único processo para geração de energia tradicionalmente utilizada por setores industriais. Nos últimos anos, transformou-se também em um dos principais estímulos aos investimentos na produção de energia a partir da cana-de-açúcar por parte das usinas de açúcar e álcool. O projeto piloto da Usina Verde, localizada na Ilha do Fundão, no Rio de Janeiro, e em operação desde 2004, é vendedor de créditos de carbono no mercado internacional. Construída pela iniciativa privada com parte da tecnologia desenvolvida pela Coppe da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), a usina obtém eletricidade a partir da incineração do lixo urbano. É considerada limpa porque destrói termicamente os gases poluentes produzidos no processo, liberando na atmosfera, sem causar danos ambientais, apenas vapor de água e CO 2. Além disso, utiliza como matériaprima a biomassa em substituição aos combustíveis fósseis. A Usina Verde recebe diariamente 30 toneladas de resíduos sólidos pré-tratados provenientes de aterro sanitário. O calor proporcionado pela incineração da matéria orgânica é aproveitado para a geração térmica de eletricidade. A potência é de 0,7 MW. A figura 7 a seguir apresenta um perfil esquemático do processo de produção de energia a partir do biogás.

14 Figura 7 Perfil esquemático do processo de produção de energia a partir do biogás 14 Fonte: Figura obtida de [3]. O estudo do WEC (Word Energy Concil) mostra que, em 2005, a Ásia foi o maior consumidor mundial, ao extrair da biomassa de madeira PJ (petajoules =10^15J), dos quais PJ foram provenientes da lenha, como mostra a Figura 8. A segunda posição foi da África, com PJ, dos quais PJ da lenha.

15 15 Figura 8 Consumo de combustíveis a base de madeira em 2005 (PJ) Fonte: Figura obtida de [3]. Ainda segundo o WEC, na geração de energia elétrica a partir da biomassa, o líder mundial foi os Estados Unidos, que em 2005 produziu 56,3 TWh, respondendo por 30,7% do total mundial. Na sequência estão Alemanha e Brasil, ambos com 13,4 TWh no ano e participação de 7,3% na produção total. Nas regiões menos desenvolvidas, a biomassa mais utilizada é a de origem florestal. Além disso, os processos para a obtenção de energia se caracterizam pela baixa eficiência ou necessidade de grande volume de matéria-prima para produção de pequenas quantidades. Uma exceção a essa regra é a utilização da biomassa florestal em processos de cogeração industrial. Do processamento da madeira no processo de extração da celulose é possível, por exemplo, extrair a lixívia negra (ou licor negro) usado como combustível em usinas de

16 16 cogeração da própria indústria de celulose. A Figura 9 abaixo mostra a relação das usinas de biomassa que utilizavam licor negro no Brasil em novembro de Figura 9 Usinas de licor negro no Brasil Fonte: Figura obtida de [3]. 1.6 ENERGIA ELÉTRICA DA BIOMASSA NO BRASIL A utilização da biomassa como fonte de energia elétrica tem sido crescente no Brasil, principalmente em sistemas de cogeração (pela qual é possível obter energia térmica e elétrica) dos setores industriais e de serviços. Em 2007, ela foi responsável pela oferta de 18 TWh, segundo o Balanço Energético Nacional (BEN) de Este volume foi 21% superior ao de 2006 e, ao corresponder a 3,7% da oferta

17 17 total de energia elétrica, obteve a segunda posição na matriz da eletricidade nacional. Na relação das fontes internas, a biomassa só foi superada pela hidreletricidade, com participação de 85,4% (incluindo importação), como mostra a Figura 10. Figura 10 Matriz de oferta de energia elétrica no Brasil em 2007 Fonte: Figura obtida de [3].

18 2 REFERÊNCIAS 18 [1].SANTOS, A.H.M. et al. Conservação de energia: eficiência energética de equipamentos e instalações. 3. Ed. Itajubá: FUPAI, p. Cap. 3 [2].ALMADA, Agência de Energia de Almada; Disponível em: < 1&newsID=8>. Acessado em: 19/03/2012. [3].ANEEL (Brasil). Atlas de Energia Elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. 3ed. Brasília: Aneel, p.: il. [4].PETROBRAS S/A. Fontes de Energia. Disponível em: < Acessado em: 23/11/2011.