Sistemas de Cogeração da Biomassa

Os sistemas de cogeração, que permitem produzir simultaneamente energia elétrica e calor útil, configuram a tecnologia mais racional para a utilização de combustíveis. Este é o caso das indústrias sucro-alcooleira e de papel e celulose, que além de demandar potência elétrica e térmica, dispõem de combustíveis residuais que se integram de modo favorável ao processo de cogeração. A cogeração é usada em grande escala no mundo, inclusive com incentivos de governos e distribuidoras de energia.
Usinas de Açúcar a Álcool
A produção elétrica nas usinas de açúcar e álcool, em sistemas de cogeração que usam o bagaço de cana como combustível, é uma prática tradicional deste segmento, em todo o Mundo. O que diferencia seu uso é a eficiência com que o potencial do bagaço é aproveitado.
No Brasil, maior produtor mundial de cana-de-açúcar, a cogeração nas usinas de açúcar e álcool também é uma prática tradicional, produzindo-se entre 20 a 30 kWh por tonelada de cana moída, como energia elétrica e mecânica, esta última usada no acionamento direto das moendas.
A cogeração com bagaço irá certamente melhorar a economicidade da produção sucroalcooleira, aumentando a competitividade do álcool carburante. O bagaço volumoso é de difícil transporte, implicando em gasto adicional, tornando a geração de eletricidade na própria região da usina mais barata. Mais econômica é gerar eletricidade associada à geração de calor de processo para uso na usina, conservando-se energia.
A disponibilidade de combustíveis derivados do petróleo é superior a de bagaço de cana, pois existe uma rede de distribuição de combustíveis em todo o país. Trata-se de substituir o óleo combustível pelo bagaço da cana apenas em regiões onde há viabilidade. O conteúdo de energia do álcool produzido chega a 6,23 unidades para cada unidade de energia utilizada em sua fabricação.
A forma mais eficiente e limpa de gerar energia elétrica com bagaço é através de tecnologias modernas, como a Integrated Gasification Combined Cicle (IGCC). O processo gaseifica o bagaço e o gás produzido alimenta a câmara de combustão de uma turbina a gás. Esta tecnologia possibilita o aproveitamento integral da cana-de-açúcar.
Indústria de Papel e Celulose
Do mesmo modo que na indústria sucro-alcooleira, a produção de papel e celulose apresenta interessantes perspectivas para a produção combinada de energia elétrica e calor útil, tendo em vista suas relações de demanda de eletricidade e vapor de baixo-média pressão e a disponibilidade de combustíveis residuais de processo, como o licor negro e as cascas e resíduos de biomassa.
A tecnologia de produção de celulose mais difundida no Brasil é o processo Kraft, que emprega uma solução de hidróxido de sódio/sulfito de sódio, o licor branco, para separar a celulose da matéria prima lenhosa, na etapa denominada digestão.
Outras Indústrias
Ainda podem ser citadas as agroindústrias que empregam este combustível em sistemas de cogeração, como é o caso de diversas unidades de processamento de suco de laranja no Estado de São Paulo, que adotam tecnologias bastante similares as usinas de açúcar e álcool, utilizando turbinas a vapor de contrapressão com tipicamente 21 bar e 280 °C como condições para o vapor vivo.
Pode-se ainda citar neste contexto o aproveitamento de resíduos sólidos urbanos gerados à taxa média diária de 1 kg per capita, cada vez mais problemáticos quanto à sua disposição final. Estes resíduos contêm:
• material reciclável (vidro, metais, papel limpo, alguns plásticos, etc.)
• compostos biodegradáveis passíveis de serem convertidos em adubo orgânico
• outros materiais, em sua maior parte celulósicos, de difícil reciclagem e de razoável poder calorífico
Gaseificação Industrial
A energia química da biomassa pode ser convertida em calor e daí em outras formas de energia:
• Direta - através da combustão na fase sólida, sempre foi a mais utilizada
• Indireta - quando através da pirólise, são produzidos gases e/ou líquidos combustíveis.
O processo de produção de um gás combustível a partir da biomassa é composto por três etapas:
• Secagem - a secagem ou retirada da umidade pode ser feita quando a madeira é introduzida no gaseificador, aproveitando-se a temperatura ali existente, contudo a operação com madeira seca é mais eficiente.
• Pirólise ou carbonização - durante a etapa de pirólise formam-se gases, vapor d'água, vapor de alcatrão e carvão
• Gaseificação - é liberada a energia necessária ao processo, pela combustão parcial dos produtos da pirólise.
Assim, o processo de gaseificação da biomassa, como da madeira, consiste na sua transformação em um gás combustível, contendo proporções variáveis de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, vapor d'água e alcatrões. Esta composição do gás combustível depende de diversos fatores, tais como, tipo de gaseificador, introdução ou não de vapor d'água, e principalmente do conteúdo de umidade da madeira a ser gaseificada.
Vantagens da gaseificação da biomassa:
• As cinzas e o carbono residual permanecem no gaseificador, diminuindo assim a emissão de particulados
• O combustível resultante é mais limpo e, na maioria dos casos não há necessidade de controle de poluição.
• Associada a catalisadores, como alumínio e zinco, a gaseificação aumenta a produção de hidrogênio e de monóxido de carbono e diminui a produção de dióxido de carbono.