Em todo o mundo, a produção de energia a partir da biomassa é restrita. Ao longo dos anos, os sistemas elétricos os sistemas elétricos tornaram-se cada vez mais centralizados, especialmente no que se diz respeito à geração. Grandes centrais de produção de produção de eletricidade justificavam por:
a) O caráter determinante, sobre os custos de geração, do fator de escala.
b) A inexistência de restrições maiores com relação aos impactos ambientais
c) Em função, também do próprio modelo de organização empresarial que imperou no setor durante anos.
Entretanto, a partir do final da segunda metade dos anos 70, o setor elétrico entrou em uma nova fase em vários países. A elevação dos custos de geração segundo tecnologias convencionais e o processo recessivo nos países industrializados, causados pelo segundo choque na crise do petróleo, aceleraram as reformas institucionais do setor.
Essas reformas, eminentemente de caráter descentralizador, levaram à definição de um maior espaço para a cogeração, à produção elétrica em pequena escala, ao uso mais intensivo de fontes energéticas renováveis e à produção independente.
As principais características desse novo padrão de expansão do setor elétrico estão nas pressões sociais para com a minimização dos impactos ambientais, na necessidade de uso mais racional dos insumos energéticos e no crescente questionamento do papel exercido pelos Estados no aprovisionamento da infra estrutura.
Dentro do contexto de reformas, a iniciativa mais marcante foi a criação do Public Utility Regulatory Policy Act - PURPA, em 1978, nos EUA. O PURPA que vigorou até 1983 na forma como foi realmente concebido, criou o espaço institucional para a expansão da cogeração e para o crescimento de geração elétrica a partir de fontes energéticas renováveis. Com o mesmo espírito e, inclusive, usando a experiência norte-americana como principal referência, vários outros programas do gênero foram definidos em países europeus e no Japão em anos subsequentes .
Mais recentemente a produção de energia elétrica a partir da biomassa tem sido defendida como uma importante opção para os países em desenvolvimento e mesmo para os países europeus. A questão ambiental, com a necessidade de minimização das emissões globais de CO2 , é o ponto comum de ambas propostas. No caso dos países em desenvolvimento, a crise econômico-financeira do setor elétrico e a necessidade de empréstimos internacionais par viabilizar a construção de novas obras, sào colocadas como razões particulares. Para o caso europeu, a particularidade é destacada pela dependência de alguns países quanto ao abastecimento de fontes energéticas fósseis.
Dentre as opcões que exostem para aumentar a oferta de energia elétrica a curto prazo, encontram-se duas que certamente podem causar impacto ambiental maior ou menor dependendo dos cuidados que forem tomados. Porém, sempre haverá algum risco pra a ecologia. A termoelétrica movida a combustível fóssil ( carvão, gás natural ou derivados de petróleo ) e a energia nuclear.
A crescente preocupação da sociedade com questões ambientais deve influir as decisões dos dirigentes quanto as possibilidades de utilização das fontes energéticas. Dentro deste aspecto, os combustíveis fósseis são os mais criticados, devido à produção de uma quantidade de CO2 que o planeta não tem condições de assimilar a longo prazo, causando o chamado efeito estufa, e também pela possibilidade de emissão de oxidos de enxofre. A energia nuclear também tem se mostrado insegura nos níveis de tecnologia existente nas usinas, pois os acidentes com vazamentos de material radioativo vêm acontecendo periodicamente, além de outros problemas com a operação e a disposição do chamado lixo atômico.
Nesse contexto, as fontes de energias não poluentes e renováveis são as que melhor atendem as necessidades sociais. Ao se utilizar a queima de um combustível fóssil, inevitavelmente produzem-se gases com grande concentração de CO2 e com presenças de SOx . Esses podem ser removidos dos gases, mas tal processo requer certo custo e eficiência.
A utilização da biomassa para geração de energia também irá gerar CO2. Mas, esta biomassa é oriunda de plantas que consumiram, durante seu crescimento, exatamente a mesma quantidade desse gás que será devolvida à atmosfera após seu uso final. Como esta opção só se faz sentido se considerar uma área cultivada onde estão crescendo continuamente plantas que virão a produzir a energia de que a sociedade necessita, o balanço de CO2 é continuamente nulo, não afetando o efeito estufa.
Por outro lado, deve-se considerar que todo petróleo e o carvão disponível será certamente um dia utilizado. Suas aplicações podem produzir energia ou produzir materiais plásticos. Estes podem ser reciclados, o que não acarretaria grande impacto ambiental. Mas a queima para a transformação de energia inevitavelmente transforma o carbono em CO2 . Este carbono proveniente dos combustíveis fósseis também já foi biomassa soterrada há milhões de anos atrás. Se em poucas décadas for devolvido todo carbono à atmosfera, provavelmente acarretará um desequilíbrio causador de males citados.
Como alternativa limpa e renovável de energia aparece a gaseificação da biomassa, com grande possibilidade de aplicação em países com grandes áreas cultiváveis, em climas tropicais, onde a taixas de crescimento dos vegetais é alta. Há sem dúvida outras fontes energéticas limpas e renováveis que igualmente devem ser desenvolvidas, como a eólica e a solar.
Futuramente, todas essas formas alternativas de energia deverão conviver em parceria, pois a sociedade não deverá desprezar qualquer forma de geração de energia que seja renovável e não poluente.
A capacidade de produção elétrica a partir da biomassa que estava instalada nos EUA no início dos anos 90 foi avaliada por Williams & Larso (1992) em 8,4 GW. Grande parte desse paeque foi viabilizado em poucos anos em função das medidas de incentivo definidas pelo PURPA. A título de comparação deve-se notar, por exemplo, que a potência instalada em 1979 era de apenas 200 Mwe, Da potência total, quase 6 GW corespondiam a 367mplantas de cogeração e pouco menos que 2,5 GW a 149 produtores independentes.
Esses sistemas eram fundamentalmente instalações a vapor, com porte entre 5 a 50 Mwe. As eficiências termodinâmicas eram relativamente baixas - entre 18 e 26 %. Os custos de investimentos foram avaliados entre 1300 e 1500 U$$/KW e o custo da eletricidade gerada foi calculado entre 65 e 80 U$$/MWh. Quase 90% da capacidade era suprida com queima de madeira, restando 8% para sistemas que operavam com gás de aterro, 3% para rejeitos agrícolas diversos e apenas 1% para gás de biodigestão.
A Finlândia é um outro caso digno de destaque quanto ao emprego da biomassa na produção de eletricidade. É importante notar que, em termos relativos, o caso finlandês é mais relevante do que o norte americano, dendo o mais importante em todo mundo. Dois fatores devem ser considerados: a importância da biomassa na matriz energética e na própria economia; e a tradição existente em produção descentralizada, especialmente em cogeração.
Cerca de 30% de toda eletricidade gerada na Finlândia é produzida em sistemas de cogeração. A importância dos sistemas de produção é tão grande que a eficiência do uso de energia em Helsinki, por exemplo, é avaliada em 70%, mesmo considerado o consumo em sistemas de transportes. A biomassa, por sua vez, atende pouco menos de 20% do consumo global de energia no país, com participação especial no setor industrial e principalmente no segmento de papel e celulose.
A Finlândia desenvolveu tecnologia própria para a conversão eficiente da madeira, dos resíduos da produção de celulose e da turfa. Os sistemas industriais são, em geral, sistemas de cogeração a vapor com geradores adequados à queima de vários combustíveis, com a capacidade na faixa de 20 a 150 Mwe.
Na Suécia e Dinamarca, o papel da biomassa na matriz energética destaca-se como combustíveis industriais. No caso sueco sabe-se que os resíduos florestais e os resíduos industriais de biomassa já contribuem de forma significativa para com a produção de eletricidade, basicamente em unidades de cogeração em fábricas de celulose e papel. A longo prazo, a biomassa pode contribuir com 25 a 40% da produção elétrica.
O governo das Filipinas optou, nos anos 80, por um programa de pequenas usinas termoelétricas - UTEs - à lenha, de forma a minimizar os problemas de abastecimento e reduzir os custos da eletrificação rural. O programa definiu como meta a construção de 3 Mwe integradas a módulos de 3300 ha de área plantada com florestas energéticas homogêneas. No in;icio dos anos 90, aproximadamente um terço do programa já estava viabilizado.
Em função do sucesso da experiência filipina, o governo da Tailândia propôs há poucos anos um programa similar para a construção de 2 Gwe de capacidade de produção elétrica a partir da lenha. De acordo com o programa, deverão ser construídas 86 plantas a vapor, com 3,2 , 10 ou 100 Mwe de capacidade, integradas a módulos de florestas homogêneas. É interessante notar que a TailÂndia tem uma certa tradição no uso da biomassa para a produção de eletricidade já que as fábricas de extração de óleos vegetais, de beneficiamento de arroz e as usinas de açúcar geram 15% da potência elétrica, ou 1 GW, consumida no país.
Cabe notar que nas indústrias de celulose em todo mundo, principalmente nas que fazem extração da matéria pelo processo sulfato, existe já uma tradição na produção de eletricidade em sistemas de cogeração. O combustível utilizado é a lixívia negra, efluente do processo de digestão da madeira, que precisa ser necessariamente queimado para permitir a recuperação das soluções inorgânicas que viabilizam a obtenção da celulose.
O segmento sucro-alcooleiro também tem larga tradição na produção elétrica em sistemas de cogeração a partir do bagaço de cana. Embora tal tecnologia seja usual em todos os países produtores, as principais referências, dada a importância relativa desses sistemas em relação ao sistema elétrico do país, são Havaí e as Ilhas Maurício e Reunião. Em alguns outros países a cogeração a partir do bagaço também contribui de forma significativa para com o abastecimento global ou regional, como, por exemplo, Cuba.
Outra forma de produção de eletricidade a partir da biomassa está associada à incineração do lixo urbano com aproveitamento do calor na alimentação de um ciclo de potência a vapor. Existem instalações com tal princípio em alguns países europeus, tais como Holanda, Alemanha e França, no Japão e, em menor escala, na América do Norte. Estritamente do ponto de vista econômico a produção de eletricidade não é justificada em função do baixo poder calorífico do lixo e do alto teor de umidade. A lógica desta opção está na eliminação dos resíduos urbanos dado que as demais alternativas de controle são inviáveis do ponto de vista ambiental e / ou demográfico. Assim, a eletricidade torna-se um sub-produto do sistema de depuração do lixo.
A partir da crise do petróleo de 1973, passou-se a prestar maior atenção a importância da biomassa como fonte energética e no mundo todo, programas nacionais começaram a ser desenvolvidos visando o incremento da eficiência de sistemas para a combustão, gaseificação e pirólise da biomassa. Segundo dados levantados pelo pesquisador D. O. Hall, atualmente a biomassa representa cerca de 14% da energia consumida no mundo, constituindo para os países em desenvolvimento a maior fonte energética, equivalente a cerca de 35 %. Segundo o mesmo autor, os programas nacionais considerados mais bem sucedidos são:
O PROÁLCOOL no Brasil;
Aproveitamento do Biogás na China Continental;
Coque vegetal no Brasil;
Aproveitamento de madeira para fins energéticos na Suécia;
Aproveitamento de resíduos agrícolas na Grã - Bretanha;
Plantações de eucaliptos na Etiópia; e
Aproveitamento do bagaço de cana nas Ilhas Maurício.
Segundo o Boletim do Balanço Energético Nacional ( 1993 ), no Brasil a biomassa representa 15,6% do consumo de energia no país, o que equivale a 27 milhões de toneladas de petróleo. Desta fração, a lenha, que já representou 26% do consumo total de energia do país em 1977, representa 13,8%, enquanto que os produtos da cana-de-açúcar, que representavam apenas 5,5 % em 1977, hoje representam 10% do consumo total de energia.
Combustíveis gerados a partir da biomassa podem ser classificados, como qualquer outro combustível, em combustíveis sólidos, líquidos e gasosos. Como os combustíveis sólidos são produzidos por atividades primárias, eles são classificados por origem. Os combustíveis líquidos e gasosos, sendo resultado de processos de transformação da biomassa, são classificados pelos processos que lhes deram origem.
- Produtos primários - madeira e outros
- Combustíveis Sólidos - materiais ligno-celulósicos
- Sub-Produtos - Agricultura
- Silvicultura
- Atividades Urbanas
- Fermentação ( etanol, metanol,etc.)
- Liquefação
- Processo Biológico (digestão anaeróbia-biogás)
Serão abordados nesse texto fundamentalmente os processos relacionados com a conversão termoquímica da biomassa, ou seja, queima direta e gaseificação. Nestes processos, utiliazam-se combustíveis sólidos gerando calor e/ou combustíveis gasosos.
Como mostra a figura abaixo, combustíveis da biomassa podem ser processados através de diferentes processos; Combustão ( ou queima direta ), Gaseificação, Pirólise, Liquefação, Fermentação e Digestão Anaeróbia.
Resumidamente, esses processos são:
Combustão ou queima direta: Transformação da energia química do combustível em calor por meio das reações dos elementos constituintes dos combustíveis com oxigênio ( o ar ou o oxigênio são fornecidos além da quantidade estequiométrica ).
Gaseificação: Aquecimento da biomassa em presença de oxidante ( ar ou O2 ) em quantidades menores do que a estequiométrica, obtendo-se um gás combustível composto de CO, H2 ,CH4 e outros. Deste gás, utilizando-se catalizadores, pode-se obter adicionalmente metano, metanol, hidrogênio e amônia.
Pirólise: Aquecimento da biomassa em ausência de oxidante ( oxigênio ). Obtém-se como resultado um gás combustível, produtos líquidos ( alcatrão e ácido piro-lenhoso ) e uma substância carbonosa que pode ser convertido em carvão ativado. É o processo usado na fabricação do carvão vegetal.
Liquefação: Processo de produção de combustíveis líquidos por meio da reação da biomassa triturada em um meio líquido com monóxido de carbono em presença de um catalizador alcalino. (P=150-250 atm, T=300-350 oC , t=10-30 min ; obtém-se um líquido viscoso que pode ser utilizado como combustível em fornos).
Fermentação: Conversão anaeróbia de compostos orgânicos pela ação de microorganismos, em grande parte dos casos, da levedura Saccharonyos cereviscae. No caso da fermentação alcoólica o substrato orgânico é a sacarose e os produtos são fundamentalmente o etanol e o gás carbônico.
Digestão Anaeróbia-biogás : Conversão anaeróbia de compostos orgânicos pela ação de microorganismos. Para a produção de biogás ( metano e gás carbônico ) serve-se de microorganismos acidogênicos e etanogênicos.
O Brasil é um grande produtor de produtos agrícolas, os quais geram uma grande quantidade de resíduos. Estes resíduos podem, e muitas vezes são, utilizados como fonte energética. Deve-se levar em conta que em virtude de não existirem tecnologias desenvolvidas para o aproveitamento de certas culturas, grandes potenciais são deixados de lado. Por outro lado, alguns resíduos encontram outras aplicações como por exemplo ração animal , este é o caso dos resíduos da mandioca e do milho.
Outra maneira de demonstrar o potencial do uso de resíduos de biomassa para fins energéticos é estimar-se a quantidade de terra necessária para ser cultivada para prover toda necessidade energética de um país. No Brasil, algumas indústrias importantes utilizam biomassa para fins energéticos, estas são:
Usinas de açúcar e destilarias de álcool: que queimam o bagaço gerado no processamento da cana para a produção de vapor e eletricidade, inclusive gerando excedentes que algumas vezes são vendidos;
Cerâmicas e Olaria: utilizam lenha ( eucalipto, e outros ) para a secagem e cozimento dos produtos;
Fundições e siderúrgicas: utilizam-se de coque de carvão vegetal produzido pela pirólise da lenha;
Fábricas de papel e celulose: complementam os seus requerimentos energéticos com resíduos de processo;
Fábricas de suco concentrado de laranja: compram bagaço de cana-de-açúcar para a produção de vapor;
Fábricas que geram vapor de processo ( têxtil, indústrias de alimentos ) e Instituições de Serviços (hospitais): poderiam utilizar biomassa para a produção de vapor;
Padarias, restaurantes ( pizzarias ): utilizam-se de lenhas para cocção;
No uso doméstico: a biomassa constitui-se principalmente de lenha, coletada ou comercial e utilizada fundamentalmente para cocção, com uma pequena fração utilizada para aquecimento;
Transporte: alguma biomassa na forma de lenha pode ser utilizada em veículos a vapor tais como locomotivas e barcaças para navegação fluvial ou em gasogênios para motores de combustão interna.
Pode-se classificar os resíduos da biomassa segundo a sua origem :
Resíduos Sólidos Urbanos; Resíduos Animais; Resíduos Vegetais; Resíduos Industriais; Resíduos Florestais;
Os resíduos sólidos urbanos podem ser utilizados como combustível por queima direta após a separação dos componentes metálicos e trituração da matéria orgânica. Esta aplicação já é comumente utilizada em países desenvolvidos.
Considera-se também o aproveitamento dos resíduos urbanos através da pirólise e do tratamento biológico. A composição do resíduo urbano varia de acordo com o poder aquisitivo, a cultura e o tamanho de cada comunidade. Considera-se como tamanho mínimo para viabilizar economicamente o aproveitamento energético do resíduo, uma população de 300 mil habitantes. Pode-se observar que entre matéria orgânica, papel e papelão, trapo, couro e borracha, plásticos e madeira, o lixo constitui-se em mais de 705 de materiais com potencial uso energético, após devidamente tratados.
O método mais efetivo para a utilização dos resíduos animais, bem como dos resíduos humanos, é a digestão anaeróbia. Isto se deve principalmente ao alto teor de umidade que varia em média de 60 a 85 %.
Como regra geral pode-se considerar que o rendimento da digestão anaeróbia varia de 0,26 a 0,30 m3 de metano por Kg de substância orgânica.
Os resíduos vegetais, ou agrícolas, são compostos fundamentalmente de celulose e podem ser preparados de forma relativamente fácil para a obtenção de energia devido a pouca umidade e a facilidade de serem pré-processados. Devido a essa facilidade em serem preparados, os resíduos vegetais prestam-se a outros usos, os quais competem com o uso energético. Alguns desses usos são: matéria-prima para obtenção de papel; fertilizante (melhora características físicas do solo e a capacidade de retenção de umidade); aglomerados para compensados; complemento para a ração de animais;
Para aplicações energéticas, onde se requer a disponibilidade contínua da biomassa é preciso levar-se em conta que os resíduos vegetais se caracterizam por sua disponibilidade sazonal e precisariam de armazenamento por longos períodos. Isso pode torná-los onerosos e alterar suas características devido a processos de fermentação que normalmente ocorrem devido a estocagem.
Fonte: www.fem.unicamp.br
