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BIOMASSA                                                                                                               5
5.1. INFORMAÇÕES GERAIS
Do ponto de vista energético, para fim de outorga de empreendimentos do setor elétrico, biomassa é todo recurso renovável oriun-
do de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Assim como a energia hi-
dráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia
química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos.

Embora grande parte do planeta esteja desprovida de florestas, a quantidade de biomassa existente na terra é da ordem de dois tri-
lhões de toneladas; o que significa cerca de 400 toneladas per capita. Em termos energéticos, isso corresponde a mais ou menos 3.000
EJ por ano ou seja, oito vezes o consumo mundial de energia primária (da ordem de 400 EJ por ano) (RAMAGE; SCURLOCK, 1996).

Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente,
por intermédio da combustão em fornos, caldeiras etc. Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos socioambientais,
tem-se desenvolvido e aperfeiçoado tecnologias de conversão mais eficientes, como a gaseificação e a pirólise, também sendo co-
mum a co-geração em sistemas que utilizam a biomassa como fonte energética, conforme comentado no capítulo 2. No referido
capítulo, pode-se observar a participação da biomassa em 30% dos empreendimentos de co-geração em operação no País.

A médio e longo prazo, a exaustão de fontes não-renováveis e as pressões ambientalistas poderão acarretar maior aproveitamen-
to energético da biomassa. Atualmente, a biomassa vem sendo cada vez mais utilizada na geração de eletricidade, principalmente
em sistemas de co-geração e no suprimento de eletricidade para demandas isoladas da rede elétrica.



5.2. DISPONIBILIDADE DE RECURSOS E CONSUMO DE BIOMASSA
Embora grande parte da biomassa seja de difícil contabilização, devido ao uso não-comercial, estima-se que, atualmente, ela pos-
sa representar até cerca de 14% de todo o consumo mundial de energia primária. Em alguns países em desenvolvimento, essa par-
cela pode aumentar para 34%, chegando a 60% na África (Tabela 5.1).

Atualmente, várias tecnologias de aproveitamento estão em fase de desenvolvimento e aplicação. Mesmo assim, estimativas da Agência
Internacional de Energia (AIE) indicam que, futuramente, a biomassa ocupará uma menor proporção na matriz energética mundial – cerca
de 11% em 2020 (AIE, 1998). Outros estudos indicam que, ao contrário da visão geral que se tem, o uso da biomassa deverá se manter
estável ou até mesmo aumentar, por duas razões, a saber: i) crescimento populacional; ii) urbanização e melhoria nos padrões de vida (HALL;
HOUSE; SCRASE, 2000). Um aumento nos padrões de vida faz com que pessoas de áreas rurais e urbanas de países em desenvolvimento
passem a usar mais carvão vegetal e lenha, em lugar de resíduos (pequenos galhos de árvore, restos de materiais de construção etc.).


                                                                                                                                              77
5                         BIOMASSA




          TABELA 5.1             Consumo de biomassa (MtEP)
          País ou Região                                Biomassa [1]                                      Outros                                 Total [2]              [1/2] %
          Mundial                                             930                                         5.713                                   6.643                    14
          China                                               206                                           649                                     855                    24
          Leste Asiático                                      106                                           316                                     422                    25
          Sul da Ásia                                         235                                           188                                     423                    56
          América Latina                                        73                                          342                                     415                    18
          África                                              205                                           136                                     341                    60
          Países em desenvolvimento                           825                                         1.632                                   2.457                    34
          Países da OCDE                                        81                                        3.044                                   3.125                     3
          Fonte: AGÊNCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA – AIE. Nuclear power: sustainability, climate change and competition. Paris: IEA/OECD, 1998.




         A precariedade e a falta de informações oficiais sobre o uso da biomassa para                        200 MW, subindo para 8,4 GW no início dos anos 1990 (WALTER; NOGUEI-
         fins energéticos deve-se principalmente aos seguintes fatores: i) trata-se de                        RA, 1997). A maioria corresponde a plantas de co-geração, com utilização de
         um energético tradicionalmente utilizado em países pobres e setores menos                            resíduos agrícolas e florestais. Embora com eficiência termodinâmica relativa-
         desenvolvidos; ii) trata-se de uma fonte energética dispersa, cujo uso, via de                       mente baixa (18% a 26%), essas plantas têm sido economicamente compe-
         regra, é ineficiente; iii) o uso da biomassa para fins energéticos é indevida-                       titivas. Os custos foram avaliados em cerca de US$ 1.400,00 por kW instalado
         mente associado a problemas de desflorestamento e desertificação.                                    e entre US$ 65,00 e US$ 80,00 por kWh gerado.

         Entretanto, essa imagem da biomassa está mudando, graças aos seguintes                               As metas do Departamento Americano de Energia (DOE) são de 18 GW
         fatores: i) esforços recentes de mensuração mais acurada do seu uso e po-                            de capacidade instalada em 2010 e, para 2030, 100 GW. Espera-se que
         tencial, por meio de novos estudos, demonstrações e plantas-piloto; ii) uso                          o desenvolvimento de novas tecnologias, como o acoplamento de siste-
         crescente da biomassa como um vetor energético moderno (graças ao de-                                mas de gaseificação e a integração da pirólise às turbinas a gás, aumen-
         senvolvimento de tecnologias eficientes de conversão), principalmente em                             te substancialmente a eficiência termodinâmica das plantas e reduza os
         países industrializados; iii) reconhecimento das vantagens ambientais do                             custos de capital e geração. Em termos de eficiência, estima-se que os ín-
         uso racional da biomassa, principalmente no controle das emissões de CO2                             dices serão de 35% a 40%. Quanto aos custos, o kW instalado deverá fi-
         e enxofre (ROSILLO CALLE; BAJAY; ROTHMAN, 2000).                                                     car na faixa de US$ 770,00 a US$ 900,00 e o MWh gerado, entre US$
                                                                                                              40,00 e US$ 50,00.
         No que concerne especificamente ao peso relativo da biomassa na gera-
         ção mundial de eletricidade, embora difícil de avaliar, projeções da Agên-                           No Brasil, a imensa superfície do território nacional, quase toda localiza-
         cia Internacional de Energia (1998) indicam que ela deverá passar de 10                              da em regiões tropicais e chuvosas, oferece excelentes condições para a
         TWh em 1995 para 27 TWh em 2020 (AEI, 1998).                                                         produção e o uso energético da biomassa em larga escala. Além da pro-
                                                                                                              dução de álcool, queima em fornos, caldeiras e outros usos não-comer-
         Estudos indicam que, nos Estados Unidos, a capacidade instalada do parque                            ciais, a biomassa apresenta grande potencial no setor de geração de
         gerador de energia oriunda de biomassa, no final dos anos 70, era de apenas                          energia elétrica.




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BIOMASSA
                                                                                                                                                                                            5


No caso específico do Estado de São Paulo, é intensa a produção de bio-                               litado pela centralização dos processos de produção(15). A Figura 5.2
massa energética por meio da cana-de-açúcar, sendo comparável à pro-                                  mostra o potencial de aproveitamento desses resíduos para geração
dução de energia hidráulica. O Estado é importador de eletricidade (40%                               excedente de energia elétrica, segundo cada Estado da Federação.
do que consome) e exportador de álcool para o resto do País. Verifica-
se, portanto, que, apesar da produção de biomassa ser mundialmente                                    Na produção de etanol, cerca de 28% da cana é transformada em ba-
considerada uma atividade extremamente demandante de terras, mes-                                     gaço. Em termos energéticos, o bagaço equivale a 49,5%, o etanol a
mo numa região com alta densidade demográfica é possível encontrar                                    43,2% e o vinhoto a 7,3%. Mesmo com esse alto valor energético, o
áreas para essa atividade. A maior parte da energia dessa biomassa é uti-                             bagaço é pobremente utilizado nas usinas, sendo praticamente incine-
lizada na produção do etanol – combustível líquido.                                                   rado na produção de vapor de baixa pressão (20 kgf/cm2). Esse vapor
                                                                                                      é utilizado em turbinas de contrapressão nos equipamentos de extra-
A produção de madeira, em forma de lenha, carvão vegetal ou toras, tam-                               ção (63%) e na geração de eletricidade (37%). A maior parte do vapor
bém gera uma grande quantidade de resíduos, que podem igualmente ser                                  de baixa pressão (2,5 kgf/cm2) que deixa as turbinas é utilizada no
aproveitadas na geração de energia elétrica. Como ilustrado na Figura 5.1,                            aquecimento do caldo (24%) e nos aparelhos de destilação (61%); o
os Estados brasileiros com maior potencial de aproveitamento(14) de resí-                             restante (15%) não é aproveitado.
duos da madeira, oriunda de silvicultura, para a geração de energia elétri-
ca são Paraná e São Paulo. O tipo de produção de madeira, atividade                                   Em média, cada tonelada de cana processada requer cerca de 12 kWh
extrativista ou reflorestamento, influi na distribuição espacial dos resíduos                         de energia elétrica, o que pode ser gerado pelos próprios resíduos da
gerados. Nos casos de extração seletiva e beneficiamento descentralizado,                             cana (palha, bagaço, vinhoto etc.). Os custos de geração já são compe-
o aproveitamento de resíduos pode se tornar economicamente inviável.                                  titivos com os do sistema convencional de suprimento, o que possibilita
                                                                                                      a auto-suficiência do setor em termos de suprimento energético, por
Atualmente, o recurso de maior potencial para geração de energia elétri-                              meio da co-geração.
ca no País é o bagaço de cana-de-açúcar. A alta produtividade alcançada
pela lavoura canavieira, acrescida de ganhos sucessivos nos processos de                              Trabalho elaborado pelo Centro Nacional de Referência em Biomassa,
transformação da biomassa sucroalcooleira, têm disponibilizado enorme                                 com a colaboração de outras instituições e o apoio financeiro da ANEEL,
quantidade de matéria orgânica sob a forma de bagaço nas usinas e des-                                indica um potencial técnico(16) de co-geração de excedentes de energia
tilarias de cana-de-açúcar, interligadas aos principais sistemas elétricos,                           elétrica de 3.851 MW no setor sucroalcooleiro do Brasil(17) (CENBIO, 2002).
que atendem a grandes centros de consumo dos Estados das regiões Sul
e Sudeste. Além disso, o período de colheita da cana-de-açúcar coincide                               Contudo, o referido trabalho também constata que apenas 133 MW es-
com o de estiagem das principais bacias hidrográficas do parque hidrelé-                              tavam sendo comercializados em setembro de 2001, o que corresponde
trico brasileiro, tornando a opção ainda mais vantajosa.                                              a cerca de 11% do potencial técnico dessas usinas e a somente 3,4% do
                                                                                                      referido potencial brasileiro. Não obstante, os dados também revelam que
O setor sucroalcooleiro gera uma grande quantidade de resíduos, que                                   há perspectivas de 1.578 MW em novos projetos (348 MW em curto pra-
pode ser aproveitada na geração de eletricidade, principalmente em                                    zo, 772 MW em médio prazo e 458 MW em longo prazo), o que corres-
sistemas de co-geração. Ao contrário da produção de madeira, o culti-                                 ponde a 28% do potencial técnico indicado pelo levantamento. A Tabela
vo e o beneficiamento da cana são realizados em grandes e contínuas                                   5.2 apresenta uma síntese desses resultados por unidade da federação.
extensões, e o aproveitamento de resíduos (bagaço, palha, etc.) é faci-




(14) A quantidade de energia aproveitável a partir de resíduos de extração vegetal é função do poder calorífico desses resíduos.
(15) Também pesa sobre a decisão econômica de implantação de usinas de aproveitamento o transporte desses resíduos até as usinas.
(16) Considerando-se o uso de tecnologias eficientes, comercialmente disponíveis no Brasil.
(17) Ressalte-se que esses dados se referem a apenas 51% das usinas sucroalcooleiras dos país, uma vez que as demais não responderam ao questionário utilizado no levantamento dos dados.
                                                                                                                                                                                                79
5                          BIOMASSA




           FIGURA 5.1                       Potencial de geração de energia elétrica a partir de resíduos florestais (silvicultura)




         Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado)




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BIOMASSA
                                                                                                                                                                    5


  FIGURA 5.2                       Potencial de geração de excedente de energia elétrica no setor sucroalcooleiro




Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado)




                                                                                                                                                                        81
5                           BIOMASSA




           TABELA 5.2              Potencial e perspectivas de co-geração no setor sucroalcooleiro*

           Unidade da                       Potência                    Excedente                   Potencial técnico                                    Perspectivas de Geração de Excedente
           Federação                       instalada                   comercializado                 de co-geração                                          2003-2004      A partir de 2005
           São Paulo                           851                            110                           2.244                                                  368                     140
           Alagoas                             173                               0                            369                                                   38                      35
           Pernambuco                          102                               0                            203                                                   10                      44
           Paraná                               95                               6                            283                                                  133                     102
           Mato Grosso                          61                               5                            125                                                   11                      28
           Goiás                                50                               5                            109                                                  107                      21
           Minas Gerais                         50                               0                            162                                                   41                        2
           Mato Grosso do Sul                   37                               0                             95                                                   18                      33
           Rio de Janeiro                       30                               0                             60                                                   19                      15
           Paraíba                              26                               0                             52                                                   10                        0
           Rio Grande do Norte                  16                               0                             29                                                     3                       0
           Espírito Santo                       13                               0                             39                                                   10                        0
           Bahia                                13                               0                             33                                                     2                       9
           Sergipe                                7                              0                             21                                                     3                     17
           Piauí                                  6                              7                               3                                                    0                       0
           Maranhão                               5                              0                             12                                                     0                     15
           Pará                                   3                              0                               7                                                    0                       0
           Amazonas                               1                              0                               3                                                    0                       0
           Ceará                                  1                              0                               2                                                    0                       0
           Total                            1.540                            133                           3.851                                                   773                    461
           Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA - CENBIO. Levantamento do Potencial Real de excedentes de cogeração no setor sucro alcooleiro - Relatório técnico. ANEEL: 2002.
         (*) 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.




         Em alguns Estados brasileiros, principalmente na Região Amazônica,                                       te encontrados naquela região (FREITAS; DI LASCIO; ROSA, 1996). A
         verifica-se também a importância de várias plantas para a produção                                       Figura 5.3 apresenta uma estimativa do potencial para geração de
         de óleo vegetal, que pode ser queimado em caldeiras e motores de                                         energia elétrica a partir de óleo de palma (dendê), cujos cálculos ba-
         combustão interna, para a geração de energia elétrica e o atendimen-                                     searam-se em projetos experimentais na Amazônia.
         to de comunidades isoladas do sistema elétrico. Entre essas plantas
         destaca-se o dendê, com produtividade média anual de 4 toneladas                                         Outros resíduos agrícolas também apresentam grande potencial no setor
         de óleo por hectare (dez vezes maior que a da soja, por exemplo!) e                                      de geração de energia elétrica. Os mapas das Figuras 5.4, 5.5 e 5.6 ilus-
         a maior disponibilidade tecnológica para o uso do óleo. Outras cultu-                                    tram os potenciais de aproveitamento da casca de arroz, da casca de cas-
         ras de grande potencial são o buriti, o babaçu e a andiroba, fartamen-                                   tanha de caju e da casca de coco-da-baía, respectivamente.




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BIOMASSA
                                                                                                                                                                    5


  FIGURA 5.3                       Estimativa de potencial para geração de energia elétrica
                                   a partir do óleo de palma (dendê)




Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado)




                                                                                                                                                                        83
5                          BIOMASSA




           FIGURA 5.4                       Potencial de geração de energia elétrica a partir de casca de arroz




         Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado)




84
BIOMASSA
                                                                                                                                                                    5


  FIGURA 5.5                       Potencial de geração de energia elétrica a partir de casca de castanha de caju




Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado)




                                                                                                                                                                        85
5                          BIOMASSA




           FIGURA 5.6                       Potencial de geração de energia elétrica a partir de casca de coco-da-baía




         Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado)




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BIOMASSA
                                                                                                                                                          5


     TECNOLOGIAS DE
5.3. APROVEITAMENTO                                                         lise, liquefação e transesterificação) ou de processos biológicos (digestão
                                                                            anaeróbia e fermentação). A Figura 5.7 apresenta os principais processos
                                                                            de conversão da biomassa em energéticos.
O aproveitamento da biomassa pode ser feito por meio da combustão
direta (com ou sem processos físicos de secagem, classificação, compres-    As principais tecnologias de aproveitamento energético da biomassa são
são, corte/quebra etc.), de processos termoquímicos (gaseificação, piró-    descritas a seguir.




  FIGURA 5.7                     Diagrama esquemático dos processos de conversão energética da biomassa




Fonte: BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL - BEN. Brasília: MME, 1982. (adaptado)




                                                                                                                                                              87
5                     BIOMASSA




         Combustão direta: combustão é a transformação da energia química               Pirólise: a pirólise ou carbonização é o mais simples e mais antigo pro-
         dos combustíveis em calor, por meio das reações dos elementos consti-          cesso de conversão de um combustível (normalmente lenha) em outro
         tuintes com o oxigênio fornecido. Para fins energéticos, a combustão di-       de melhor qualidade e conteúdo energético (carvão, essencialmente). O
         reta ocorre essencialmente em fogões (cocção de alimentos), fornos             processo consiste em aquecer o material original (normalmente entre
         (metalurgia, por exemplo) e caldeiras (geração de vapor, por exemplo).         300°C e 500°C), na “quase-ausência” de ar, até que o material volátil
         Embora muito prático e, às vezes, conveniente, o processo de combus-           seja retirado. O principal produto final (carvão) tem uma densidade
         tão direta é normalmente muito ineficiente. Outro problema da combus-          energética duas vezes maior que aquela do material de origem e quei-
         tão direta é a alta umidade (20% ou mais no caso da lenha) e a baixa           ma em temperaturas muito mais elevadas. Além de gás combustível, a
         densidade energética do combustível (lenha, palha, resíduos etc.), o que       pirólise produz alcatrão e ácido piro-lenhoso.
         dificulta o seu armazenamento e transporte.
                                                                                        A relação entre a quantidade de lenha (material de origem) e a de car-
         Gaseificação: como o próprio termo indica, gaseificação é um processo          vão (principal combustível gerado) varia muito, de acordo com as carac-
         de conversão de combustíveis sólidos em gasosos, por meio de reações           terísticas do processo e o teor de umidade do material de origem. Em
         termoquímicas, envolvendo vapor quente e ar, ou oxigênio, em quantida-         geral, são necessárias de quatro a dez toneladas de lenha para a produ-
         des inferiores à estequiométrica (mínimo teórico para a combustão). Há         ção de uma tonelada de carvão. Se o material volátil não for coletado,
         vários tipos de gaseificadores, com grandes diferenças de temperatura          o custo relativo do carvão produzido fica em torno de dois terços da-
         e/ou pressão. Os mais comuns são os reatores de leito fixo e de leito flui-    quele do material de origem (considerando o conteúdo energético).
         dizado. O gás resultante é uma mistura de monóxido de carbono, hidro-
         gênio, metano, dióxido de carbono e nitrogênio, cujas proporções variam        Nos processos mais sofisticados, costuma-se controlar a temperatura e
         de acordo com as condições do processo, particularmente se é ar ou oxi-        coletar o material volátil, visando melhorar a qualidade do combustível
         gênio que está sendo usado na oxidação.                                        gerado e o aproveitamento dos resíduos. Nesse caso, a proporção de car-
                                                                                        vão pode chegar a 30% do material de origem. Embora necessite de tra-
         A gaseificação de biomassa, no entanto, não é um processo recente. Atual-      tamento prévio (redução da acidez), o líquido produzido pode ser usado
         mente, esse renovado interesse deve-se principalmente à limpeza e versatili-   como óleo combustível.
         dade do combustível gerado, quando comparado aos combustíveis sólidos. A
         limpeza se refere à remoção de componentes químicos nefastos ao meio am-       Nos processos de pirólise rápida, sob temperaturas entre 800°C e 900°C,
         biente e à saúde humana, entre os quais o enxofre. A versatilidade se refere   cerca de 60% do material se transforma num gás rico em hidrogênio e
         à possibilidade de usos alternativos, como em motores de combustão inter-      monóxido de carbono (apenas 10% de carvão sólido), o que a torna uma
         na e turbinas a gás. Um exemplo é a geração de eletricidade em comunida-       tecnologia competitiva com a gaseificação. Todavia, a pirólise convencio-
         des isoladas das redes de energia elétrica, por intermédio da queima direta    nal (300°C a 500°C) ainda é a tecnologia mais atrativa, devido ao proble-
         do gás em motores de combustão interna (SANCHEZ; LORA; GÓMEZ, 1997).           ma do tratamento dos resíduos, que são maiores nos processos com
         Outra vantagem da gaseificação é que, sob condições adequadas, produz          temperatura mais elevada (RAMAGE; SCURLOCK, 1996).
         gás sintético, que pode ser usado na síntese de qualquer hidrocarboneto.




88
BIOMASSA
                                                                                                                                                            5


A pirólise pode ser empregada também no aproveitamento de resíduos         Transesterificação: transesterificação é um processo químico que con-
vegetais, como subprodutos de processos agroindustriais. Nesse caso, é     siste na reação de óleos vegetais com um produto intermediário ativo
necessário que se faça a compactação dos resíduos, cuja matéria-prima      (metóxido ou etóxido), oriundo da reação entre álcoois (metanol ou eta-
é transformada em briquetes. Com a pirólise, os briquetes adquirem         nol) e uma base (hidróxido de sódio ou de potássio) (RIBEIRO et al., 2001).
maiores teores de carbono e poder calorífico, podendo ser usados com       Os produtos dessa reação química são a glicerina e uma mistura de éste-
maior eficiência na geração de calor e potência. Ensaios de laboratório    res etílicos ou metílicos (biodiesel). O biodiesel tem características físico-
têm sido realizados no Laboratório de Combustíveis Alternativos da Uni-    químicas muito semelhantes às do óleo diesel e, portanto, pode ser usado
versidade Estadual de Campinas (LUENGO; BEZZON, 1997).                     em motores de combustão interna, de uso veicular ou estacionário.

Digestão anaeróbia: a digestão anaeróbia, assim como a pirólise, ocor-
re na ausência de ar, mas, nesse caso, o processo consiste na decompo-                   CENTRAIS TERMELÉTRICAS
                                                                                         A BIOMASSA EM OPERAÇÃO
sição do material pela ação de bactérias (microrganismos acidogênicos e
metanogênicos). Trata-se de um processo simples, que ocorre natural-
mente com quase todos os compostos orgânicos.
                                                                           5.4.          NO BRASIL
                                                                           Em setembro de 2003, havia registro de 217 termelétricas a biomassa
O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos (es-       em operação no Brasil, perfazendo uma capacidade instalada de 2.696
terco animal, resíduos industriais etc.) podem ser feitos pela digestão    MW. Como ilustra a Figura 5.8, a grande maioria dessas usinas está locali-
anaeróbia em biodigestores, onde o processo é favorecido pela umida-       zada no Estado de São Paulo, onde se concentra grande parte do setor su-
de e aquecimento. O aquecimento é provocado pela própria ação das          croalcooleiro do país. O Anexo 5 apresenta uma lista completa das centrais
bactérias, mas, em regiões ou épocas de frio, pode ser necessário calor    termelétricas a biomassa em operação no Brasil, destacando-se o nome do
adicional, visto que a temperatura deve ser de pelo menos 35°C.            empreendimento, o proprietário, o município e a unidade da Federação,
                                                                           assim como a potência instalada e o tipo de combustível utilizado.
Em termos energéticos, o produto final é o biogás, composto essencial-
mente por metano (50% a 75%) e dióxido de carbono. Seu conteúdo
                                                                                         FUTURAS CENTRAIS TERMELÉTRICAS
energético gira em torno de 5.500 kcal por metro cúbico. O efluente ge-
rado pelo processo pode ser usado como fertilizante.                       5.5.          A BIOMASSA NO BRASIL
Fermentação: fermentação é um processo biológico anaeróbio em que          Em setembro de 2003, existiam 27 empreendimentos apenas outorga-
os açúcares de plantas como a batata, o milho, a beterraba e, principal-   dos e dois em construção, conforme Tabela 5.3. Em conjunto, poderão
mente, a cana de açúcar são convertidos em álcool, por meio da ação        adicionar ao sistema elétrico nacional cerca de 180 MW de capacidade
de microrganismos (usualmente leveduras). Em termos energéticos, o         de geração. Entre as centrais apenas outorgadas, destaca-se uma maior
produto final, o álcool, é composto por etanol e, em menor proporção,      diversidade dos combustíveis a serem utilizados: doze usarão resíduos de
metanol, e pode ser usado como combustível (puro ou adicionado à           madeira, nove irão queimar bagaço de cana e cinco usinas terão o bio-
gasolina – cerca de 20%) em motores de combustão interna.                  gás como combustível.




                                                                                                                                                                89
5                        BIOMASSA




         TABELA 5.3            Futuras UTEs – Situação em setembro de 2003

         Nome da Usina            Potência (kW)              Município                     Combustível                  Destino             Proprietário                      Situação
                                                                                                                       da Energia
         Coinbra - Frutesp              5.000,00            Bebedouro - SP          Resíduos da cana-de-açúcar             PIE              Frutesp Industrial Ltda           Construção
         Lages                         28.000,00            Lages - SC                  Resíduos madeireiros               PIE              Lages Bioenergética Ltda          Construção
         Araguaia I                     9.000,00            -                       Resíduos da cana-de-açúcar               -              -                              Apenas Outorgado
         Bandeirante                   20.000,00            -                                  Biogás                        -              -                              Apenas Outorgado
         CAAL                           3.825,00            Alegrete - RS                  Casca de arroz               APE-COM             Cooperativa                    Apenas Outorgado
                                                                                                                                            Agroindustrial Alegrete Ltda
         Capricho                       2.400,00            -                       Resíduos da cana-de-açúcar               -              -                              Apenas Outorgado
         Cargill Bebedouro              5.000,00            -                       Resíduos da cana-de-açúcar               -              -                              Apenas Outorgado
         Chapecó                        4.000,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Dois Vizinhos                  3.000,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Ecoluz                        10.000,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Fazenda Cancela                7.200,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Fazenda Santa Marta            3.600,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Florevale                      2.520,00            Grão Mogol - MG             Resíduos madeireiros            APE-COM             Florestal do Vale              Apenas Outorgado
                                                                                                                                            do Jequitinhonha Ltda
         Galvani                        4.000,00            Paulínia - SP           Resíduos da cana-de-açúcar             APE              Galvani S/A.                   Apenas Outorgado
         Gaseifamaz II                      27,00           -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Itacoatiara                    5.000,00            Itacoatiara - AM            Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Jatiboca                       3.800,00            Urucânia - MG           Resíduos da cana-de-açúcar             APE              Cia Agrícola                   Apenas Outorgado
                                                                                                                                            Pontenovense
         Marca                          1.000,00            -                                  Biogás                        -              -                              Apenas Outorgado
         Novagerar                      4.000,00            -                                  Biogás                        -              -                              Apenas Outorgado
         Paísa                          2.400,00            -                       Resíduos da cana-de-açúcar               -              -                              Apenas Outorgado
         PCT Barueri Biogás             2.601,00            Carapicuíba - SP                   Biogás                      APE              Companhia de                   Apenas Outorgado
                                                                                                                                            Saneamento Básico do
                                                                                                                                            Estado de São Paulo
         Rickli                         5.000,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         São João Biogás               20.000,00            -                                  Biogás                        -              -                              Apenas Outorgado
         Sguário Itapeva                1.485,00            Nova Campina - SP           Resíduos madeireiros               APE              Sguário Indústria              Apenas Outorgado
                                                                                                                                            de Madeiras Ltda
         Solonorte                        800,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Sumaúma                        4.000,00            -                       Resíduos da cana-de-açúcar               -              -                              Apenas Outorgado
         Termocana                      8.200,00            -                       Resíduos da cana-de-açúcar               -              -                              Apenas Outorgado
         Toledo                         3.000,00            -                           Resíduos madeireiros                 -              -                              Apenas Outorgado
         Triálcool                     11.500,00            Canápolis - MG          Resíduos da cana-de-açúcar          APE-COM             Laginha Agro                   Apenas Outorgado
                                                                                                                                            Industrial S/A
         Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Banco de Informações de Geração – BIG. 2003. Disponível em: www.aneel.gov.br/15.htm.




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BIOMASSA
                                                                                                                                                                           5


  FIGURA 5.8                      Usinas termelétricas a biomassa em operação e potência instalada por estado
                                  – situação em setembro de 2003




Fonte: Elaborado com base em dados da AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Banco de Informações de Geração – BIG. 2003. Disponível em: www.aneel.gov.br/15.htm.




                                                                                                                                                                               91
5                    BIOMASSA




         5.6. ASPECTOS SOCIOAMBIENTAIS                                               QUADRO 5.1           Exemplo de uso de óleos vegetais
                                                                                                          na geração de energia elétrica

         Embora ainda muito restrito, o uso de biomassa para a geração de eletri-      Óleo de andiroba pode substituir diesel
         cidade tem sido objeto de vários estudos e aplicações, tanto em países
                                                                                       Carauari, 16/05/2000 - A comunidade de São Roque, localizada no mu-
         desenvolvidos como em países em desenvolvimento. Entre outras razões,         nicípio de Carauari, a cerca de 800 km a sudoeste de Manaus, no Ama-
         estão a busca de fontes mais competitivas de geração e a necessidade de       zonas, realiza este ano uma experiência piloto, substituindo o diesel por
         redução das emissões de dióxido de carbono.                                   óleo de andiroba, em um gerador de energia de 144 kVA, especialmen-
                                                                                       te adaptado. A andiroba é uma árvore relativamente abundante nas vár-
                                                                                       zeas do rio Juruá, de cujas sementes tradicionalmente se extrai óleo para
         Do ponto de vista técnico-econômico, os principais entraves ao maior          produção de sabão e sabonete caseiro. O uso em motores, no lugar do
         uso da biomassa na geração de energia elétrica são a baixa eficiência         diesel, tornou-se possível graças a uma nova tecnologia de extração do
         termodinâmica das plantas e os custos relativamente altos de produção         óleo, 50% mais produtiva, e de processos de depuração, ainda em fase
                                                                                       de testes. A adaptação do motor é simples, apenas no sistema de pré-
         e transporte. De um modo mais genérico, incluindo aspectos socioam-
                                                                                       aquecimento, e foi feita na Alemanha. O motor foi doado pela organi-
         bientais, verifica-se a necessidade de maior gerenciamento do uso e           zação não-governamental Biomass Users Network. Na ponta do lápis, o
         ocupação do solo, devido à falta de regularidade no suprimento (sazo-         óleo de andiroba é mais caro do que o diesel, mas a alternativa pode ser
         nalidades da produção), criação de monoculturas, perda de biodiversi-         uma solução para comunidades muito isoladas, que hoje dependem de
         dade, uso intensivo de defensivos agrícolas etc. Esses entraves tendem        longas viagens de barco para obter o diesel dos geradores de energia e
                                                                                       motores de popa das canoas e voadeiras (como são chamados os barcos
         a ser contornados, a médio e longo prazos, pelo desenvolvimento, apli-        de alumínio). “O custo de produção do óleo de andiroba está entre 1 e
         cação e aprimoramento de novas e eficientes tecnologias de conversão          1,5 real o litro, enquanto o diesel aqui é comprado a R$0,85”, diz o en-
         energética da biomassa (CORTEZ; BAJAY; BRAUNBECK, 1999) e por                 genheiro eletricista José de Castro Côrrea, da Universidade do Amazo-
         meio dos incentivos instituídos pelas políticas do setor elétrico, alguns     nas, coordenador do projeto. “A diferença fica menor se tirarmos o sub-
                                                                                       sídio do diesel e considerarmos que a queima do óleo de andiroba não
         dos quais foram citados no Capítulo 2.
                                                                                       produz óxidos de enxofre (causadores da chuva ácida) e não há emissão
                                                                                       de carbono (porque o crescimento da árvore seqüestra o carbono emiti-
         Além de ambientalmente favorável, o aproveitamento energético e racio-        do na queima do óleo)”. O projeto de pesquisa já tem 3 anos e vem
         nal da biomassa tende a promover o desenvolvimento de regiões menos           atraindo a atenção dos órgãos financiadores de pesquisas, como o Con-
                                                                                       selho Nacional de Pesquisas Científicas e Tecnológicas, CNPq, e mesmo
         favorecidas economicamente, por meio da criação de empregos e da ge-
                                                                                       da Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL. Este ano, a comunida-
         ração de receita, reduzindo o problema do êxodo rural e a dependência         de de São Roque aumentou a capacidade de produção de 60 para 450
         externa de energia, em função da sua disponibilidade local, conforme          kg de andiroba por hora, o que rende aproximadamente 150 litros de
         exemplo ilustrado no Quadro 5.1.                                              óleo por hora e equivale ao processamento de 60 toneladas de semen-
                                                                                       tes por safra. Para os ribeirinhos de toda a várzea do Juruá, a venda das
                                                                                       sementes de andiroba para uma futura usina de processamento de óleo
                                                                                       é tida como uma das poucas saídas para a atual estagnação econômica
                                                                                       da região. Castro ainda trabalha com o aproveitamento da torta de an-
                                                                                       diroba (casca e polpa após a retirada do óleo) para a fabricação de velas
                                                                                       e sprays repelentes de mosquitos. Além de utilizar um resíduo, esses re-
                                                                                       pelentes não são tóxicos para o homem, como os de origem sintética. A
                                                                                       pesquisa sobre as propriedades repelentes da andiroba é da Fundação
                                                                                       Osvaldo Cruz e já existem indústrias colocando estas velas no mercado.

                                                                                       Fonte: JOHN, Liana. Óleo de andiroba pode substituir diesel. Agência Estado, 2000.
                                                                                       Disponível em: www.estadao.com.br/ciencia/noticias/2000/mai/16/40.htm.




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05 biomassa

  • 1. BIOMASSA 5 5.1. INFORMAÇÕES GERAIS Do ponto de vista energético, para fim de outorga de empreendimentos do setor elétrico, biomassa é todo recurso renovável oriun- do de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Assim como a energia hi- dráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos. Embora grande parte do planeta esteja desprovida de florestas, a quantidade de biomassa existente na terra é da ordem de dois tri- lhões de toneladas; o que significa cerca de 400 toneladas per capita. Em termos energéticos, isso corresponde a mais ou menos 3.000 EJ por ano ou seja, oito vezes o consumo mundial de energia primária (da ordem de 400 EJ por ano) (RAMAGE; SCURLOCK, 1996). Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, por intermédio da combustão em fornos, caldeiras etc. Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos socioambientais, tem-se desenvolvido e aperfeiçoado tecnologias de conversão mais eficientes, como a gaseificação e a pirólise, também sendo co- mum a co-geração em sistemas que utilizam a biomassa como fonte energética, conforme comentado no capítulo 2. No referido capítulo, pode-se observar a participação da biomassa em 30% dos empreendimentos de co-geração em operação no País. A médio e longo prazo, a exaustão de fontes não-renováveis e as pressões ambientalistas poderão acarretar maior aproveitamen- to energético da biomassa. Atualmente, a biomassa vem sendo cada vez mais utilizada na geração de eletricidade, principalmente em sistemas de co-geração e no suprimento de eletricidade para demandas isoladas da rede elétrica. 5.2. DISPONIBILIDADE DE RECURSOS E CONSUMO DE BIOMASSA Embora grande parte da biomassa seja de difícil contabilização, devido ao uso não-comercial, estima-se que, atualmente, ela pos- sa representar até cerca de 14% de todo o consumo mundial de energia primária. Em alguns países em desenvolvimento, essa par- cela pode aumentar para 34%, chegando a 60% na África (Tabela 5.1). Atualmente, várias tecnologias de aproveitamento estão em fase de desenvolvimento e aplicação. Mesmo assim, estimativas da Agência Internacional de Energia (AIE) indicam que, futuramente, a biomassa ocupará uma menor proporção na matriz energética mundial – cerca de 11% em 2020 (AIE, 1998). Outros estudos indicam que, ao contrário da visão geral que se tem, o uso da biomassa deverá se manter estável ou até mesmo aumentar, por duas razões, a saber: i) crescimento populacional; ii) urbanização e melhoria nos padrões de vida (HALL; HOUSE; SCRASE, 2000). Um aumento nos padrões de vida faz com que pessoas de áreas rurais e urbanas de países em desenvolvimento passem a usar mais carvão vegetal e lenha, em lugar de resíduos (pequenos galhos de árvore, restos de materiais de construção etc.). 77
  • 2. 5 BIOMASSA TABELA 5.1 Consumo de biomassa (MtEP) País ou Região Biomassa [1] Outros Total [2] [1/2] % Mundial 930 5.713 6.643 14 China 206 649 855 24 Leste Asiático 106 316 422 25 Sul da Ásia 235 188 423 56 América Latina 73 342 415 18 África 205 136 341 60 Países em desenvolvimento 825 1.632 2.457 34 Países da OCDE 81 3.044 3.125 3 Fonte: AGÊNCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA – AIE. Nuclear power: sustainability, climate change and competition. Paris: IEA/OECD, 1998. A precariedade e a falta de informações oficiais sobre o uso da biomassa para 200 MW, subindo para 8,4 GW no início dos anos 1990 (WALTER; NOGUEI- fins energéticos deve-se principalmente aos seguintes fatores: i) trata-se de RA, 1997). A maioria corresponde a plantas de co-geração, com utilização de um energético tradicionalmente utilizado em países pobres e setores menos resíduos agrícolas e florestais. Embora com eficiência termodinâmica relativa- desenvolvidos; ii) trata-se de uma fonte energética dispersa, cujo uso, via de mente baixa (18% a 26%), essas plantas têm sido economicamente compe- regra, é ineficiente; iii) o uso da biomassa para fins energéticos é indevida- titivas. Os custos foram avaliados em cerca de US$ 1.400,00 por kW instalado mente associado a problemas de desflorestamento e desertificação. e entre US$ 65,00 e US$ 80,00 por kWh gerado. Entretanto, essa imagem da biomassa está mudando, graças aos seguintes As metas do Departamento Americano de Energia (DOE) são de 18 GW fatores: i) esforços recentes de mensuração mais acurada do seu uso e po- de capacidade instalada em 2010 e, para 2030, 100 GW. Espera-se que tencial, por meio de novos estudos, demonstrações e plantas-piloto; ii) uso o desenvolvimento de novas tecnologias, como o acoplamento de siste- crescente da biomassa como um vetor energético moderno (graças ao de- mas de gaseificação e a integração da pirólise às turbinas a gás, aumen- senvolvimento de tecnologias eficientes de conversão), principalmente em te substancialmente a eficiência termodinâmica das plantas e reduza os países industrializados; iii) reconhecimento das vantagens ambientais do custos de capital e geração. Em termos de eficiência, estima-se que os ín- uso racional da biomassa, principalmente no controle das emissões de CO2 dices serão de 35% a 40%. Quanto aos custos, o kW instalado deverá fi- e enxofre (ROSILLO CALLE; BAJAY; ROTHMAN, 2000). car na faixa de US$ 770,00 a US$ 900,00 e o MWh gerado, entre US$ 40,00 e US$ 50,00. No que concerne especificamente ao peso relativo da biomassa na gera- ção mundial de eletricidade, embora difícil de avaliar, projeções da Agên- No Brasil, a imensa superfície do território nacional, quase toda localiza- cia Internacional de Energia (1998) indicam que ela deverá passar de 10 da em regiões tropicais e chuvosas, oferece excelentes condições para a TWh em 1995 para 27 TWh em 2020 (AEI, 1998). produção e o uso energético da biomassa em larga escala. Além da pro- dução de álcool, queima em fornos, caldeiras e outros usos não-comer- Estudos indicam que, nos Estados Unidos, a capacidade instalada do parque ciais, a biomassa apresenta grande potencial no setor de geração de gerador de energia oriunda de biomassa, no final dos anos 70, era de apenas energia elétrica. 78
  • 3. BIOMASSA 5 No caso específico do Estado de São Paulo, é intensa a produção de bio- litado pela centralização dos processos de produção(15). A Figura 5.2 massa energética por meio da cana-de-açúcar, sendo comparável à pro- mostra o potencial de aproveitamento desses resíduos para geração dução de energia hidráulica. O Estado é importador de eletricidade (40% excedente de energia elétrica, segundo cada Estado da Federação. do que consome) e exportador de álcool para o resto do País. Verifica- se, portanto, que, apesar da produção de biomassa ser mundialmente Na produção de etanol, cerca de 28% da cana é transformada em ba- considerada uma atividade extremamente demandante de terras, mes- gaço. Em termos energéticos, o bagaço equivale a 49,5%, o etanol a mo numa região com alta densidade demográfica é possível encontrar 43,2% e o vinhoto a 7,3%. Mesmo com esse alto valor energético, o áreas para essa atividade. A maior parte da energia dessa biomassa é uti- bagaço é pobremente utilizado nas usinas, sendo praticamente incine- lizada na produção do etanol – combustível líquido. rado na produção de vapor de baixa pressão (20 kgf/cm2). Esse vapor é utilizado em turbinas de contrapressão nos equipamentos de extra- A produção de madeira, em forma de lenha, carvão vegetal ou toras, tam- ção (63%) e na geração de eletricidade (37%). A maior parte do vapor bém gera uma grande quantidade de resíduos, que podem igualmente ser de baixa pressão (2,5 kgf/cm2) que deixa as turbinas é utilizada no aproveitadas na geração de energia elétrica. Como ilustrado na Figura 5.1, aquecimento do caldo (24%) e nos aparelhos de destilação (61%); o os Estados brasileiros com maior potencial de aproveitamento(14) de resí- restante (15%) não é aproveitado. duos da madeira, oriunda de silvicultura, para a geração de energia elétri- ca são Paraná e São Paulo. O tipo de produção de madeira, atividade Em média, cada tonelada de cana processada requer cerca de 12 kWh extrativista ou reflorestamento, influi na distribuição espacial dos resíduos de energia elétrica, o que pode ser gerado pelos próprios resíduos da gerados. Nos casos de extração seletiva e beneficiamento descentralizado, cana (palha, bagaço, vinhoto etc.). Os custos de geração já são compe- o aproveitamento de resíduos pode se tornar economicamente inviável. titivos com os do sistema convencional de suprimento, o que possibilita a auto-suficiência do setor em termos de suprimento energético, por Atualmente, o recurso de maior potencial para geração de energia elétri- meio da co-geração. ca no País é o bagaço de cana-de-açúcar. A alta produtividade alcançada pela lavoura canavieira, acrescida de ganhos sucessivos nos processos de Trabalho elaborado pelo Centro Nacional de Referência em Biomassa, transformação da biomassa sucroalcooleira, têm disponibilizado enorme com a colaboração de outras instituições e o apoio financeiro da ANEEL, quantidade de matéria orgânica sob a forma de bagaço nas usinas e des- indica um potencial técnico(16) de co-geração de excedentes de energia tilarias de cana-de-açúcar, interligadas aos principais sistemas elétricos, elétrica de 3.851 MW no setor sucroalcooleiro do Brasil(17) (CENBIO, 2002). que atendem a grandes centros de consumo dos Estados das regiões Sul e Sudeste. Além disso, o período de colheita da cana-de-açúcar coincide Contudo, o referido trabalho também constata que apenas 133 MW es- com o de estiagem das principais bacias hidrográficas do parque hidrelé- tavam sendo comercializados em setembro de 2001, o que corresponde trico brasileiro, tornando a opção ainda mais vantajosa. a cerca de 11% do potencial técnico dessas usinas e a somente 3,4% do referido potencial brasileiro. Não obstante, os dados também revelam que O setor sucroalcooleiro gera uma grande quantidade de resíduos, que há perspectivas de 1.578 MW em novos projetos (348 MW em curto pra- pode ser aproveitada na geração de eletricidade, principalmente em zo, 772 MW em médio prazo e 458 MW em longo prazo), o que corres- sistemas de co-geração. Ao contrário da produção de madeira, o culti- ponde a 28% do potencial técnico indicado pelo levantamento. A Tabela vo e o beneficiamento da cana são realizados em grandes e contínuas 5.2 apresenta uma síntese desses resultados por unidade da federação. extensões, e o aproveitamento de resíduos (bagaço, palha, etc.) é faci- (14) A quantidade de energia aproveitável a partir de resíduos de extração vegetal é função do poder calorífico desses resíduos. (15) Também pesa sobre a decisão econômica de implantação de usinas de aproveitamento o transporte desses resíduos até as usinas. (16) Considerando-se o uso de tecnologias eficientes, comercialmente disponíveis no Brasil. (17) Ressalte-se que esses dados se referem a apenas 51% das usinas sucroalcooleiras dos país, uma vez que as demais não responderam ao questionário utilizado no levantamento dos dados. 79
  • 4. 5 BIOMASSA FIGURA 5.1 Potencial de geração de energia elétrica a partir de resíduos florestais (silvicultura) Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado) 80
  • 5. BIOMASSA 5 FIGURA 5.2 Potencial de geração de excedente de energia elétrica no setor sucroalcooleiro Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado) 81
  • 6. 5 BIOMASSA TABELA 5.2 Potencial e perspectivas de co-geração no setor sucroalcooleiro* Unidade da Potência Excedente Potencial técnico Perspectivas de Geração de Excedente Federação instalada comercializado de co-geração 2003-2004 A partir de 2005 São Paulo 851 110 2.244 368 140 Alagoas 173 0 369 38 35 Pernambuco 102 0 203 10 44 Paraná 95 6 283 133 102 Mato Grosso 61 5 125 11 28 Goiás 50 5 109 107 21 Minas Gerais 50 0 162 41 2 Mato Grosso do Sul 37 0 95 18 33 Rio de Janeiro 30 0 60 19 15 Paraíba 26 0 52 10 0 Rio Grande do Norte 16 0 29 3 0 Espírito Santo 13 0 39 10 0 Bahia 13 0 33 2 9 Sergipe 7 0 21 3 17 Piauí 6 7 3 0 0 Maranhão 5 0 12 0 15 Pará 3 0 7 0 0 Amazonas 1 0 3 0 0 Ceará 1 0 2 0 0 Total 1.540 133 3.851 773 461 Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA - CENBIO. Levantamento do Potencial Real de excedentes de cogeração no setor sucro alcooleiro - Relatório técnico. ANEEL: 2002. (*) 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. Em alguns Estados brasileiros, principalmente na Região Amazônica, te encontrados naquela região (FREITAS; DI LASCIO; ROSA, 1996). A verifica-se também a importância de várias plantas para a produção Figura 5.3 apresenta uma estimativa do potencial para geração de de óleo vegetal, que pode ser queimado em caldeiras e motores de energia elétrica a partir de óleo de palma (dendê), cujos cálculos ba- combustão interna, para a geração de energia elétrica e o atendimen- searam-se em projetos experimentais na Amazônia. to de comunidades isoladas do sistema elétrico. Entre essas plantas destaca-se o dendê, com produtividade média anual de 4 toneladas Outros resíduos agrícolas também apresentam grande potencial no setor de óleo por hectare (dez vezes maior que a da soja, por exemplo!) e de geração de energia elétrica. Os mapas das Figuras 5.4, 5.5 e 5.6 ilus- a maior disponibilidade tecnológica para o uso do óleo. Outras cultu- tram os potenciais de aproveitamento da casca de arroz, da casca de cas- ras de grande potencial são o buriti, o babaçu e a andiroba, fartamen- tanha de caju e da casca de coco-da-baía, respectivamente. 82
  • 7. BIOMASSA 5 FIGURA 5.3 Estimativa de potencial para geração de energia elétrica a partir do óleo de palma (dendê) Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado) 83
  • 8. 5 BIOMASSA FIGURA 5.4 Potencial de geração de energia elétrica a partir de casca de arroz Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado) 84
  • 9. BIOMASSA 5 FIGURA 5.5 Potencial de geração de energia elétrica a partir de casca de castanha de caju Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado) 85
  • 10. 5 BIOMASSA FIGURA 5.6 Potencial de geração de energia elétrica a partir de casca de coco-da-baía Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA – CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, 2003. 80 p. (adaptado) 86
  • 11. BIOMASSA 5 TECNOLOGIAS DE 5.3. APROVEITAMENTO lise, liquefação e transesterificação) ou de processos biológicos (digestão anaeróbia e fermentação). A Figura 5.7 apresenta os principais processos de conversão da biomassa em energéticos. O aproveitamento da biomassa pode ser feito por meio da combustão direta (com ou sem processos físicos de secagem, classificação, compres- As principais tecnologias de aproveitamento energético da biomassa são são, corte/quebra etc.), de processos termoquímicos (gaseificação, piró- descritas a seguir. FIGURA 5.7 Diagrama esquemático dos processos de conversão energética da biomassa Fonte: BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL - BEN. Brasília: MME, 1982. (adaptado) 87
  • 12. 5 BIOMASSA Combustão direta: combustão é a transformação da energia química Pirólise: a pirólise ou carbonização é o mais simples e mais antigo pro- dos combustíveis em calor, por meio das reações dos elementos consti- cesso de conversão de um combustível (normalmente lenha) em outro tuintes com o oxigênio fornecido. Para fins energéticos, a combustão di- de melhor qualidade e conteúdo energético (carvão, essencialmente). O reta ocorre essencialmente em fogões (cocção de alimentos), fornos processo consiste em aquecer o material original (normalmente entre (metalurgia, por exemplo) e caldeiras (geração de vapor, por exemplo). 300°C e 500°C), na “quase-ausência” de ar, até que o material volátil Embora muito prático e, às vezes, conveniente, o processo de combus- seja retirado. O principal produto final (carvão) tem uma densidade tão direta é normalmente muito ineficiente. Outro problema da combus- energética duas vezes maior que aquela do material de origem e quei- tão direta é a alta umidade (20% ou mais no caso da lenha) e a baixa ma em temperaturas muito mais elevadas. Além de gás combustível, a densidade energética do combustível (lenha, palha, resíduos etc.), o que pirólise produz alcatrão e ácido piro-lenhoso. dificulta o seu armazenamento e transporte. A relação entre a quantidade de lenha (material de origem) e a de car- Gaseificação: como o próprio termo indica, gaseificação é um processo vão (principal combustível gerado) varia muito, de acordo com as carac- de conversão de combustíveis sólidos em gasosos, por meio de reações terísticas do processo e o teor de umidade do material de origem. Em termoquímicas, envolvendo vapor quente e ar, ou oxigênio, em quantida- geral, são necessárias de quatro a dez toneladas de lenha para a produ- des inferiores à estequiométrica (mínimo teórico para a combustão). Há ção de uma tonelada de carvão. Se o material volátil não for coletado, vários tipos de gaseificadores, com grandes diferenças de temperatura o custo relativo do carvão produzido fica em torno de dois terços da- e/ou pressão. Os mais comuns são os reatores de leito fixo e de leito flui- quele do material de origem (considerando o conteúdo energético). dizado. O gás resultante é uma mistura de monóxido de carbono, hidro- gênio, metano, dióxido de carbono e nitrogênio, cujas proporções variam Nos processos mais sofisticados, costuma-se controlar a temperatura e de acordo com as condições do processo, particularmente se é ar ou oxi- coletar o material volátil, visando melhorar a qualidade do combustível gênio que está sendo usado na oxidação. gerado e o aproveitamento dos resíduos. Nesse caso, a proporção de car- vão pode chegar a 30% do material de origem. Embora necessite de tra- A gaseificação de biomassa, no entanto, não é um processo recente. Atual- tamento prévio (redução da acidez), o líquido produzido pode ser usado mente, esse renovado interesse deve-se principalmente à limpeza e versatili- como óleo combustível. dade do combustível gerado, quando comparado aos combustíveis sólidos. A limpeza se refere à remoção de componentes químicos nefastos ao meio am- Nos processos de pirólise rápida, sob temperaturas entre 800°C e 900°C, biente e à saúde humana, entre os quais o enxofre. A versatilidade se refere cerca de 60% do material se transforma num gás rico em hidrogênio e à possibilidade de usos alternativos, como em motores de combustão inter- monóxido de carbono (apenas 10% de carvão sólido), o que a torna uma na e turbinas a gás. Um exemplo é a geração de eletricidade em comunida- tecnologia competitiva com a gaseificação. Todavia, a pirólise convencio- des isoladas das redes de energia elétrica, por intermédio da queima direta nal (300°C a 500°C) ainda é a tecnologia mais atrativa, devido ao proble- do gás em motores de combustão interna (SANCHEZ; LORA; GÓMEZ, 1997). ma do tratamento dos resíduos, que são maiores nos processos com Outra vantagem da gaseificação é que, sob condições adequadas, produz temperatura mais elevada (RAMAGE; SCURLOCK, 1996). gás sintético, que pode ser usado na síntese de qualquer hidrocarboneto. 88
  • 13. BIOMASSA 5 A pirólise pode ser empregada também no aproveitamento de resíduos Transesterificação: transesterificação é um processo químico que con- vegetais, como subprodutos de processos agroindustriais. Nesse caso, é siste na reação de óleos vegetais com um produto intermediário ativo necessário que se faça a compactação dos resíduos, cuja matéria-prima (metóxido ou etóxido), oriundo da reação entre álcoois (metanol ou eta- é transformada em briquetes. Com a pirólise, os briquetes adquirem nol) e uma base (hidróxido de sódio ou de potássio) (RIBEIRO et al., 2001). maiores teores de carbono e poder calorífico, podendo ser usados com Os produtos dessa reação química são a glicerina e uma mistura de éste- maior eficiência na geração de calor e potência. Ensaios de laboratório res etílicos ou metílicos (biodiesel). O biodiesel tem características físico- têm sido realizados no Laboratório de Combustíveis Alternativos da Uni- químicas muito semelhantes às do óleo diesel e, portanto, pode ser usado versidade Estadual de Campinas (LUENGO; BEZZON, 1997). em motores de combustão interna, de uso veicular ou estacionário. Digestão anaeróbia: a digestão anaeróbia, assim como a pirólise, ocor- re na ausência de ar, mas, nesse caso, o processo consiste na decompo- CENTRAIS TERMELÉTRICAS A BIOMASSA EM OPERAÇÃO sição do material pela ação de bactérias (microrganismos acidogênicos e metanogênicos). Trata-se de um processo simples, que ocorre natural- mente com quase todos os compostos orgânicos. 5.4. NO BRASIL Em setembro de 2003, havia registro de 217 termelétricas a biomassa O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos (es- em operação no Brasil, perfazendo uma capacidade instalada de 2.696 terco animal, resíduos industriais etc.) podem ser feitos pela digestão MW. Como ilustra a Figura 5.8, a grande maioria dessas usinas está locali- anaeróbia em biodigestores, onde o processo é favorecido pela umida- zada no Estado de São Paulo, onde se concentra grande parte do setor su- de e aquecimento. O aquecimento é provocado pela própria ação das croalcooleiro do país. O Anexo 5 apresenta uma lista completa das centrais bactérias, mas, em regiões ou épocas de frio, pode ser necessário calor termelétricas a biomassa em operação no Brasil, destacando-se o nome do adicional, visto que a temperatura deve ser de pelo menos 35°C. empreendimento, o proprietário, o município e a unidade da Federação, assim como a potência instalada e o tipo de combustível utilizado. Em termos energéticos, o produto final é o biogás, composto essencial- mente por metano (50% a 75%) e dióxido de carbono. Seu conteúdo FUTURAS CENTRAIS TERMELÉTRICAS energético gira em torno de 5.500 kcal por metro cúbico. O efluente ge- rado pelo processo pode ser usado como fertilizante. 5.5. A BIOMASSA NO BRASIL Fermentação: fermentação é um processo biológico anaeróbio em que Em setembro de 2003, existiam 27 empreendimentos apenas outorga- os açúcares de plantas como a batata, o milho, a beterraba e, principal- dos e dois em construção, conforme Tabela 5.3. Em conjunto, poderão mente, a cana de açúcar são convertidos em álcool, por meio da ação adicionar ao sistema elétrico nacional cerca de 180 MW de capacidade de microrganismos (usualmente leveduras). Em termos energéticos, o de geração. Entre as centrais apenas outorgadas, destaca-se uma maior produto final, o álcool, é composto por etanol e, em menor proporção, diversidade dos combustíveis a serem utilizados: doze usarão resíduos de metanol, e pode ser usado como combustível (puro ou adicionado à madeira, nove irão queimar bagaço de cana e cinco usinas terão o bio- gasolina – cerca de 20%) em motores de combustão interna. gás como combustível. 89
  • 14. 5 BIOMASSA TABELA 5.3 Futuras UTEs – Situação em setembro de 2003 Nome da Usina Potência (kW) Município Combustível Destino Proprietário Situação da Energia Coinbra - Frutesp 5.000,00 Bebedouro - SP Resíduos da cana-de-açúcar PIE Frutesp Industrial Ltda Construção Lages 28.000,00 Lages - SC Resíduos madeireiros PIE Lages Bioenergética Ltda Construção Araguaia I 9.000,00 - Resíduos da cana-de-açúcar - - Apenas Outorgado Bandeirante 20.000,00 - Biogás - - Apenas Outorgado CAAL 3.825,00 Alegrete - RS Casca de arroz APE-COM Cooperativa Apenas Outorgado Agroindustrial Alegrete Ltda Capricho 2.400,00 - Resíduos da cana-de-açúcar - - Apenas Outorgado Cargill Bebedouro 5.000,00 - Resíduos da cana-de-açúcar - - Apenas Outorgado Chapecó 4.000,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Dois Vizinhos 3.000,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Ecoluz 10.000,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Fazenda Cancela 7.200,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Fazenda Santa Marta 3.600,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Florevale 2.520,00 Grão Mogol - MG Resíduos madeireiros APE-COM Florestal do Vale Apenas Outorgado do Jequitinhonha Ltda Galvani 4.000,00 Paulínia - SP Resíduos da cana-de-açúcar APE Galvani S/A. Apenas Outorgado Gaseifamaz II 27,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Itacoatiara 5.000,00 Itacoatiara - AM Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Jatiboca 3.800,00 Urucânia - MG Resíduos da cana-de-açúcar APE Cia Agrícola Apenas Outorgado Pontenovense Marca 1.000,00 - Biogás - - Apenas Outorgado Novagerar 4.000,00 - Biogás - - Apenas Outorgado Paísa 2.400,00 - Resíduos da cana-de-açúcar - - Apenas Outorgado PCT Barueri Biogás 2.601,00 Carapicuíba - SP Biogás APE Companhia de Apenas Outorgado Saneamento Básico do Estado de São Paulo Rickli 5.000,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado São João Biogás 20.000,00 - Biogás - - Apenas Outorgado Sguário Itapeva 1.485,00 Nova Campina - SP Resíduos madeireiros APE Sguário Indústria Apenas Outorgado de Madeiras Ltda Solonorte 800,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Sumaúma 4.000,00 - Resíduos da cana-de-açúcar - - Apenas Outorgado Termocana 8.200,00 - Resíduos da cana-de-açúcar - - Apenas Outorgado Toledo 3.000,00 - Resíduos madeireiros - - Apenas Outorgado Triálcool 11.500,00 Canápolis - MG Resíduos da cana-de-açúcar APE-COM Laginha Agro Apenas Outorgado Industrial S/A Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Banco de Informações de Geração – BIG. 2003. Disponível em: www.aneel.gov.br/15.htm. 90
  • 15. BIOMASSA 5 FIGURA 5.8 Usinas termelétricas a biomassa em operação e potência instalada por estado – situação em setembro de 2003 Fonte: Elaborado com base em dados da AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Banco de Informações de Geração – BIG. 2003. Disponível em: www.aneel.gov.br/15.htm. 91
  • 16. 5 BIOMASSA 5.6. ASPECTOS SOCIOAMBIENTAIS QUADRO 5.1 Exemplo de uso de óleos vegetais na geração de energia elétrica Embora ainda muito restrito, o uso de biomassa para a geração de eletri- Óleo de andiroba pode substituir diesel cidade tem sido objeto de vários estudos e aplicações, tanto em países Carauari, 16/05/2000 - A comunidade de São Roque, localizada no mu- desenvolvidos como em países em desenvolvimento. Entre outras razões, nicípio de Carauari, a cerca de 800 km a sudoeste de Manaus, no Ama- estão a busca de fontes mais competitivas de geração e a necessidade de zonas, realiza este ano uma experiência piloto, substituindo o diesel por redução das emissões de dióxido de carbono. óleo de andiroba, em um gerador de energia de 144 kVA, especialmen- te adaptado. A andiroba é uma árvore relativamente abundante nas vár- zeas do rio Juruá, de cujas sementes tradicionalmente se extrai óleo para Do ponto de vista técnico-econômico, os principais entraves ao maior produção de sabão e sabonete caseiro. O uso em motores, no lugar do uso da biomassa na geração de energia elétrica são a baixa eficiência diesel, tornou-se possível graças a uma nova tecnologia de extração do termodinâmica das plantas e os custos relativamente altos de produção óleo, 50% mais produtiva, e de processos de depuração, ainda em fase de testes. A adaptação do motor é simples, apenas no sistema de pré- e transporte. De um modo mais genérico, incluindo aspectos socioam- aquecimento, e foi feita na Alemanha. O motor foi doado pela organi- bientais, verifica-se a necessidade de maior gerenciamento do uso e zação não-governamental Biomass Users Network. Na ponta do lápis, o ocupação do solo, devido à falta de regularidade no suprimento (sazo- óleo de andiroba é mais caro do que o diesel, mas a alternativa pode ser nalidades da produção), criação de monoculturas, perda de biodiversi- uma solução para comunidades muito isoladas, que hoje dependem de dade, uso intensivo de defensivos agrícolas etc. Esses entraves tendem longas viagens de barco para obter o diesel dos geradores de energia e motores de popa das canoas e voadeiras (como são chamados os barcos a ser contornados, a médio e longo prazos, pelo desenvolvimento, apli- de alumínio). “O custo de produção do óleo de andiroba está entre 1 e cação e aprimoramento de novas e eficientes tecnologias de conversão 1,5 real o litro, enquanto o diesel aqui é comprado a R$0,85”, diz o en- energética da biomassa (CORTEZ; BAJAY; BRAUNBECK, 1999) e por genheiro eletricista José de Castro Côrrea, da Universidade do Amazo- meio dos incentivos instituídos pelas políticas do setor elétrico, alguns nas, coordenador do projeto. “A diferença fica menor se tirarmos o sub- sídio do diesel e considerarmos que a queima do óleo de andiroba não dos quais foram citados no Capítulo 2. produz óxidos de enxofre (causadores da chuva ácida) e não há emissão de carbono (porque o crescimento da árvore seqüestra o carbono emiti- Além de ambientalmente favorável, o aproveitamento energético e racio- do na queima do óleo)”. O projeto de pesquisa já tem 3 anos e vem nal da biomassa tende a promover o desenvolvimento de regiões menos atraindo a atenção dos órgãos financiadores de pesquisas, como o Con- selho Nacional de Pesquisas Científicas e Tecnológicas, CNPq, e mesmo favorecidas economicamente, por meio da criação de empregos e da ge- da Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL. Este ano, a comunida- ração de receita, reduzindo o problema do êxodo rural e a dependência de de São Roque aumentou a capacidade de produção de 60 para 450 externa de energia, em função da sua disponibilidade local, conforme kg de andiroba por hora, o que rende aproximadamente 150 litros de exemplo ilustrado no Quadro 5.1. óleo por hora e equivale ao processamento de 60 toneladas de semen- tes por safra. Para os ribeirinhos de toda a várzea do Juruá, a venda das sementes de andiroba para uma futura usina de processamento de óleo é tida como uma das poucas saídas para a atual estagnação econômica da região. Castro ainda trabalha com o aproveitamento da torta de an- diroba (casca e polpa após a retirada do óleo) para a fabricação de velas e sprays repelentes de mosquitos. Além de utilizar um resíduo, esses re- pelentes não são tóxicos para o homem, como os de origem sintética. A pesquisa sobre as propriedades repelentes da andiroba é da Fundação Osvaldo Cruz e já existem indústrias colocando estas velas no mercado. Fonte: JOHN, Liana. Óleo de andiroba pode substituir diesel. Agência Estado, 2000. Disponível em: www.estadao.com.br/ciencia/noticias/2000/mai/16/40.htm. 92