Produção Moderna de biocombustíveis: Visão Perspectiva IV

A Pirólise Rápida para a Obtenção de Bio-Óleo
Nas três últimas décadas, o uso potencial da biomassa como fonte de combustíveis líquidos, produtos químicos e materiais, deu um novo impulso ao uso conceitual da pirólise. O conceito de pirólise rápida para a produção de líquidos orgânicos desperta cada vez mais o interesse, junto às pesquisa e às aplicações comerciais dos diversos produtos obtidos a partir do bio-óleo, seu principal produto, os quais se desenvolvem rapidamente, principalmente na América do Norte e na Europa. A pirólise rápida é um conceito advindo da necessidade de se produzir insumos líquidos energéticos e não energéticos.
Através do controle dos principais parâmetros do processo tais como: taxa de aquecimento, temperatura de operação do reator, tempo de residência das fases dentro do reator, tempo de aquecimento das partículas de biomassa e da pressão de operação, dentre outras, é possível a condução do processo visando o maior rendimento gravimétrico da fase líquida.
As principais características do processo de pirólise rápida são: curtos tempos de aquecimento das partículas e de residência para os vapores que se formam dentro do reator, elevadas taxas de aquecimento, elevados coeficientes de transferência de calor e massa, e temperaturas moderadas da fonte de aquecimento. Em geral, o tempo de residência dos vapores no reator deve ser inferior a 2-5 segundos. Todas as tecnologias de pirólise em desenvolvimento no mundo aplicam estes princípios básicos visando maximizar o rendimento gravimétrico de bio-óleo. A produção de um derivativo líquido que poderia ser facilmente armazenado e transportado é, com certeza, a principal vantagem potencial da pirólise rápida em comparação aos outros processos de conversão termoquímica da biomassa.
O líquido da pirólise da biomassa produzido desta forma (o bio-óleo) é um “alcatrão” primário. Ele é formado a partir de sucessivas reações de decomposição, craqueamento, condensação e polimerização, e tem um elevado teor de água na sua composição (água procedente do próprio insumo e água de formação). Reações secundárias entre as fases dentro do reator de pirólise são evitadas procurando aumentar o teor de líquido na corrente trifásica. A obtenção do bio-óleo deve ser realizada fazendo-se um rápido resfriamento dos vapores. Porém, os aerossóis formados durante o próprio processo de resfriamento dos vapores da pirólise rápida são de difícil separação, necessitando-se de projetos específicos a partir da combinação de conceitos físicos, tais como, condensação, impacto, coalescência e separação nas fases gás-líquido, além da necessidade de se conhecer as propriedades químicas desta mistura líquida.
Nos últimos 20 anos têm sido realizadas muitas pesquisas e testes em reatores pilotos e demonstrativos, baseados em diversos conceitos tecnológicos de pirólise rápida. Alguns desses reatores ainda estão em operação, produzindo finos de carvão vegetal e bio-óleo. Porém, até hoje, nem o próprio processo nem a composição exata do bio-óleo são muito conhecidos. Isto porque as reações termoquímicas que ocorrem durante o processo são muito complexas Estudam-se os principais aspectos fenomenológicos, tecnológicos, industriais, econômicos e sócio-ambientais, na sua estreita relação com a qualidade requerida do produto para uma dada aplicação comercial.
Um dos principais objetivos na atualidade é o desenvolvimento em escala industrial de plantas para a produção de bio-óleo visando-se sua aplicação como combustível para a produção de entalpia e energia elétrica, através do uso de caldeiras, fornos e sistemas de geração estacionária.

Produção Moderna de biocombustíveis: Visão Perspectiva III

A Pirólise de Elevado Rendimento Gravimétrico da Fase Sólida
Um rendimento de carvão vegetal entre 38 e 48% foi obtido no Hawaii Natural Energy Institute-HNEI, da Universidade do Havaí. O processo baseia-se na pirólise sob pressão elevada, com taxas de aquecimento e temperatura final controladas, em um reator de leito fixo. A mistura de biomassa age como um catalisador na reação de pirólise, aumentando o rendimento de carvão vegetal. Devido à alta pressão, as fases de vapor da pirólise (H2O e líquidos da pirólise) estão em contato efetivo com as fases sólidas, maximizando a formação de carvão vegetal. O poder calorífico, teor de carbono fixo e de voláteis no carvão foram semelhantes a outros carvões comercializados.
O Processo Contínuo de Produção de Carvão Vegetal e de Melhoramento Energético da Biomassa
A empresa ACESITA desenvolveu um processo contínuo de pirólise para a produção de carvão vegetal com recuperação de líquidos que esteve em operação no final da década de 80 e início dos anos 90. O conceito deste tipo de forno concebia a recirculação dos gases da pirólise para queima e aproveitamento da sua entalpia sensível. A tecnologia previa também a separação e recuperação dos líquidos da pirólise. Os rendimentos médios alcançados em carvão vegetal e alcatrão foram de 33 e 11% respectivamente. A planta, com capacidade de processamento de 0,5 tonh-1 de madeira, produzia em torno de 0,2 tonh-1 de carvão vegetal. Esta unidade se encontra atualmente desativada.
Nos últimos anos tem-se verificado também uma evolução em relação ao conceito de processo de torrefação. A torrefação é considerada um processo de pré-pirólise durante a qual são liberadas desde a partícula de biomassa durante seu aquecimento a taxas controladas, somente água e algumas das substâncias voláteis mais leves (menor peso molecular). Este procedimento tecnológico apresenta um potencial muito promissor quando se trata do desenvolvimento de novos materiais que possam competir no mercado dos energéticos densos de biomassa, como é o caso da lenha e o carvão vegetal de lenha.
A principal vantagem deste conceito é que a biomassa, previamente densificada, pode alcançar melhores propriedades energéticas através do tratamento termoquímico da sua estrutura morfológica, melhorando-se as suas propriedades físico-químicas. Trate-se, por outro lado, de uma alternativa tecnológica que tende a reduzir os negativos impactos ambientais produzidos pelas particulares atividades predatórias relacionadas com a produção de carvão vegetal de lenha.
Embora tem-se demonstrado que a tecnologia de torrefação de resíduos densificados é economicamente viável devido, principalmente, ao baixo custo dos resíduos de biomassa em estado polidisperso (de 9 a 20 R$/ton em função da distância de transporte), as expectativas para a tecnologia, num horizonte de curto prazo (próximos 10 anos), estão sustentadas na possibilidade de redução dos custos envolvidos nos processos intermediários, tratando-se só da utilização destes resíduos. Estes processos consideram a preparação da matéria-prima e a sua densificação. Para se ter uma idéia da importância dos processos de preparo da matéria-prima e sua densificação, são relevantes dizer que uma unidade de fabricação de briquetes de alta densidade (BAD) de 500 kgh-1 de capacidade de processamento de resíduos requer uma potência nominal instalada da ordem de 105 kW.
No mundo hoje, existem poucas opções tecnológicas conhecidas de equipamentos para a densificação de biomassa polidispersa. Por outro lado, estes equipamentos de densificação, pelo seu elevado preço no mercado, podem tornar inviável o projeto de uma unidade de torrefação de briquetes de biomassa.
Estimativas realizadas a partir de estudos técnico-econômicos e de viabilidade desta tecnologia mostram custos unitários de produção na fabricação de BAD em torno de US$38/ton. de madeira torrefada ou R$120/ton. de madeira torrefada (câmbio de US$1=R$3,14). O material torrificado tem em torno de 40% de carbono fixo e PCS-Poder Calorífico Superior variando entre 21e 24 MJkg-1. O processo demonstrou ter uma eficiência global de conversão de cerca de 90% [3].
Dadas as atuais restrições ambientais impostas aos recursos dendroenergéticos e as necessidades de melhoramentos efetivos dos processos de pirólise, principalmente na atual indústria mundial de fabricação de carvão vegetal a partir de lenha, a tendência para os próximos 10 a 15 anos é a modernização do parque tecnológico carvoeiro mediante a utilização de tecnologias modernas, mais eficientes e avançadas de produção de carvão vegetal, com sistemas integrados de recuperação de alcatrão e de produção de insumos energéticos e químicos.

Produção Moderna de biocombustíveis: Visão Perspectiva II

A Pirólise e o Processo Convencional: Conceituação
A pirólise pode ser definida como a degradação térmica de qualquer material orgânico na ausência parcial ou total de um agente oxidante, ou até mesmo, em um ambiente com uma concentração de oxigênio capaz de evitar a gaseificação intensiva do material orgânico. A pirólise geralmente ocorre a uma temperatura que varia desde os 400°C até o início do regime de gaseificação intensiva.
Os gases, líquidos e sólidos são gerados em proporções diferentes, dependendo dos parâmetros considerados como, por exemplo, a temperatura final do processo, pressão de operação do reator, o tempo de residência das fases sólidas, líquidas e gasosas dentro do reator, o tempo de aquecimento e a taxa de aquecimento das partículas de biomassa, o ambiente gasoso e as propriedades iniciais da biomassa. O principal objetivo no processo de pirólise é a obtenção de produtos com densidade energética mais alta e melhores propriedades do que àquelas da biomassa inicial. O processo de pirólise mais usado é a carbonização para a produção de carvão vegetal de madeira para a produção de energia.
No Brasil, maior produtor mundial de carvão vegetal do mundo, esse produto é usado, principalmente, na indústria como agente redutor e fonte de energia na fabricação de ferro-gusa e aço. Quantidades bem menores de carvão vegetal são usadas no setor residencial para a cocção de alimentos, principalmente em regiões rurais, além de aquelas comercializadas como carvão vegetal para churrasco.
No Brasil, a Vallourec & Mannesmann Tubes do Brasil (V&MT) desenvolveu um forno retangular de alta capacidade para a fabricação de carvão vegetal a partir de madeira e recuperação do alcatrão. Esse forno opera para o fornecimento de carvão vegetal para as empresas produtoras de ferro-gusa, substituindo os fornos redondos tradicionais usados nas suas antigas instalações. O forno aumenta o rendimento da carbonização, a utilização de produtos derivados, a produtividade, a qualidade do carvão vegetal, além de melhorar as condições ambientais e ocupacionais. A reciclagem de produtos (gases) é usada como fonte de energia durante a carbonização e para iniciar novos ciclos de carbonização.
O alcatrão é recuperado e armazenado para uso posterior para a produção de energia ou para a obtenção de produtos mais valiosos por meio da sua destilação. A empresa BIOCARBO INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA. agrega valor a este subproduto da pirólise por meio da sua destilação fracionada, embora com rendimentos muito baixos de aproximadamente 50% (em massa), obtendo-se produtos químicos que já têm mercado na Europa e os Estados Unidos.
A partir da década de 90 começaram a ser desenvolvidas tecnologias e equipamentos de pirólise mais eficientes visando a sua utilização na produção de carvão vegetal. O principal objetivo destes empreendimentos tecnológicos foi o de aumentar o rendimento gravimétrico da fase sólida, diminuir o tempo de fabricação do carvão aumentando a eficiência energética do processo, melhorar tecnicamente alguns processos intermediários, além de recuperar os líquidos e gases como fontes de energia ou para outras finalidades. A seguir, são descritos alguns equipamentos e tecnologias desenvolvidas para melhorar a produção de carvão vegetal.

Produção Moderna de biocombustíveis: Visão Perspectiva I

Este material aborda o estado atual e as perspectivas de desenvolvimento para a tecnologia de pirólise no contexto mais abrangente das fontes renováveis de energia. Apresentam-se a tecnologia convencional para a obtenção de carvão vegetal, suas principais características técnicas e operacionais. A pirólise não convencional é considerada sobre a base do atual desenvolvimento tecnológico e suas perspectivas futuras.
No Brasil a tecnologia de pirólise rápida é uma novidade em termos de implementação, sendo verificada a existência de só uma unidade piloto para testes e demonstração da tecnologia. A planta tem uma capacidade nominal de 100 kgh-1 (base seca), e pertence à Universidade Estadual de Campinas-UNICAMP. Tal unidade é operada na forma de testes para pesquisa e desenvolvimento da tecnologia pelo grupo de biocombustíveis da própria Universidade, o qual agrupa pesquisadores e professores do Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético-NIPE e da Faculdade de Engenharia Agrícola-FEAGRI da UNICAMP, e os sócios da Bioware Tecnologia, pequena empresa de base tecnológica incubada na Incubadora de Empresas de Base Tecnológica-INCAMP também da UNICAMP.
São abordados alguns dos aspectos mais relevantes na atual situação de desenvolvimento da tecnologia de pirólise rápida e que se constituem em barreiras, tais como, scale-up da tecnologia, redução de custos, aprendizado, disseminação de informações acerca do bio-óleo e da tecnologia, entre outros. Finalmente, são discutidas as possíveis tendências e os desafios para a tecnologia em um horizonte de curto e médio prazo.

Mamona, Biocombustível e a Política para a Agricultura Familiar no Semi-Árido - II

Uma pesquisa complementar sobre o comportamento dos preços da mamona foi realizado junto a um importante comprador ou atravessador na região e, segundo ele, no período de existência do Real desde 1994, a variação dos preços de compra por ele oferecidos por um quilo de mamona foi desde um mínimo de R$ 0,16 até um máximo de R$ 1,50. Essa variação de 937% ou de quase 10 vezes o valor de um quilo, mostra com evidência as dificuldades e o desestímulo que podem experimentar os agricultores familiares. Em dezembro de 2007, o quilo de mamona estava sendo pago na região a R$ 1.00, nos meses anteriores estava a R$ 1,30. A perspectiva é que os agricultores continuem plantando e a tendência do preço continue a baixa. Nesta recorrente situação de preços instáveis, que traz como consequência dificuldades periódicas para os agricultores e uma oferta incerta da matéria prima, parece razoável refletir sobre uma política de estabilização mediante a garantia de um preço socialmente justo. Talvez se pudesse pensar num novo programa de “Bolsa Trabalho” ou de “Bolsa Produção” para incentivar a agricultura familiar, nos moldes do programa da “Bolsa Família” e, por meio do qual, os agricultores mais pobres pudessem receber um subsídio para garantir um preço estável de compra e a produção permanente da mamona. Programa desse tipo não teria o caráter de um subsídio assistencialista, na medida em que se estaria estimulando o trabalho e a produção.
É amplamente conhecida a antiga e árdua luta que o Brasil e os países em desenvolvimento tem livrado contra os enormes subsídios que os países capitalistas desenvolvidos fornecem a seus ricos agricultores, já de por si favorecidos pelos avançados recursos tecnológicos a sua disposição. Além disso, sabe-se que esses processos produtivos são grandes consumidores de combustíveis fósseis e em essa medida pouco contribuem ao clima global do planeta. Então, caberia perguntar-se se não é socialmente justo e ambientalmente correto subsidiar as famílias dos agricultores mais pobres do Brasil para a produção de uma matéria prima que pode contribuir a combater o aquecimento global mesmo sendo ainda baixo o balanço energético do processo da produção do biocombustível. O denominado balanço energético “estabelece a relação entre o total de energia contida no biocombustível e o total de energia fóssil investida em todo o processo de produção desse biocombustível, incluindo-se o processo agrícola e industrial. Somente culturas de alta produção de biomassa e com baixa adubação nitrogenada, como a cana de açúcar e dendê, tem apresentado balanços energéticos altamente positivos (media de 8,7). No caso do biodiesel de mamona, o balanço energético é baixo (<2), o que poderia ser melhorado mediante a seleção de variedades para alto rendimento e substituição e ou redução da adubação nitrogenada com o uso de leguminosas-adubos verdes em rotação ou consórcio ” .
As sugestões anteriores para alcançar um balanço energético mais favorável na cultura da mamona, já estão sendo aplicadas nas unidades de produção dos monitores e agricultores participantes do projeto da policultura na Bahia. Além da inexistência de processos mecanizados para preparar a terra, a adubação e a cobertura vegetal do solo se faz com leguminosas plantadas por eles mesmos, incluindo a palha da própria mamona e o material orgânico dos restos das outras culturas.
Segundo a opinião de alguns dos entrevistados na pesquisa e as visitas de campo realizadas, a mamona não se cultiva muito em consórcio porque é uma planta “egoísta” que se desenvolve melhor cultivada “solteira” ou sozinha. O fato de se realizar o cultivo da mamona de maneira individual e não em consórcio eleva os custos de manejo do cultivo e do produto final, além do impacto sobre o desgaste do solo. Esses aspectos de caráter técnico também podem ser considerados para justificar uma política de apoio aos agricultores familiares para a produção da mamona.
Adicionalmente deve ser considerado que nas condições atuais de produção dessa cultura, no âmbito da agricultura familiar no nordeste, o valor da força de trabalho representa 80% do custo de produção. Esse fato significa na realidade uma sobre-explotação da força de trabalho familiar, pois boa parte da energia investida no processo produtivo é a força de trabalho dos membros da família, incluídos mulheres e crianças como de fato acontece na cultura da mamona e nas outras culturas. Esse é um motivo a mais para se formular e implantar uma política pública que incorpore a “Bolsa Trabalho” e se subsidie os custos de produção da mamona dos agricultores mais pobres.
Entretanto essa política pública para apoiar a produção da mamona não pode considerar unicamente os aspectos relativos à estabilidade dos preços. Deve levar em consideração outros aspectos levantados como críticos pelos próprios agricultores e também por pesquisadores da cultura da mamona. Alguns defendem com razão a necessidade de evitar a monocultura desse cultivo, promover novas alternativas de produção e a expansão da policultura para garantir a produção de alimentos, promover um melhor manejo dos solos e contribuir para uma tendência a sustentabilidade no semi-árido.
Com relação ao conteúdo de uma política de apóio a mamona, além da majoritária opinião sobre o problema de instabilidade dos preços, uma parte considerável dos consultados opina que é indispensável fornecer aos produtores mais conhecimentos e assistência técnica, bem como cursos de treinamento e capacitação sobre os diversos aspectos do processo de produção. É indispensável considerar que os agricultores devem ser treinados, capacitados e assistidos para que o balanço energético da produção do biocombustível da mamona melhore e seja ainda mais favorável. Esse é um aspecto formativo e educativo fundamental que deve se tornar um propósito em todos os processos de produção de biocombustíveis para contribuir realmente ao clima global do planeta.
Ainda no âmbito da pesquisa dos monitores e agricultores, outros entrevistados mencionam a necessidade de organizar a produção coletiva ou associada, dada a perda de recursos para o agricultor com a presença do comerciante intermediário ou atravessador no processo de comercialização. Outras opiniões referem-se à necessidade de melhorar as sementes da mamona e a conveniência de construir postos de compra ou depósitos para tirar o atravessador no caminho da comercialização.
Desta forma, a política pública de apoio à produção da mamona deverá incorporar a mobilização e organização dos produtores em associações, de maneira que essas entidades coletivas funcionem como centros de referência e pontos de apoio para os próprios processos de treinamento e formação técnica, bem como lugares de intercambio de conhecimentos e de experiências nas práticas agro-ecológicas e na vida social.
Outras sugestões mencionam à necessidade de contar com financiamento para o plantio, o qual seria a própria “Bolsa Trabalho” ou “Bolsa Produção” e que de fato deve constituir o eixo da política. Sugere-se a necessidade de agregar valor localmente a mamona mediante a sua industrialização. Essa idéia refere-se á construção nas regiões de mini-usinas para esmagamento e obtenção do óleo, o qual seria uma fonte nova de emprego com maior especialização e perspectiva de trabalho para os jovens, que em geral continuam emigrando da região.
Convém ressaltar que o fato de existirem tão diversas sugestões demonstra que uma política pública de apoio à produção da mamona, implica vários aspectos como os já comentados e que incluem, entre outros, um mecanismo financeiro para a estabilização dos preços; a capacitação e assistência dos produtores para melhorar o processo produtivo e o balanço energético; a organização coletiva ou associada para a produção e comercialização buscando evitar os atravessadores; a melhoria das sementes da mamona e a sua efetiva distribuição entre os agricultores; a construção de postos de compra e depósitos que podem estar localizados nas sedes das entidades associativas e a construção de usinas regionais para o esmagamento da mamona e a agregação de valor para a geração de emprego. Todas essas idéias foram sugeridas pelos próprios produtores de mamona, as quais demonstram tanto as diversas necessidades e a complexidade de uma política pública para apoiar o seu cultivo, bem como o conhecimento que os produtores têm da sua própria realidade e problemática sócio-ambiental e da esperança de uma vida melhor a partir do trabalho e da produção.
Finalmente cabe mencionar, que além de todos esses aspectos indispensáveis para que a mamona se constitua numa verdadeira alternativa de renda para melhorar as condições de vida dos agricultores familiares, é necessário contar com a disponibilidade de água, na medida em que o rendimento do cultivo depende da intensidade das chuvas, as quais são a cada ano mais escassas.
Infelizmente as chuvas não dependem dos homens, nem de uma política pública. Esse impedimento de ordem maior somente será resolvido assumindo e trabalhando para o futuro numa idéia já lançada há algumas décadas por um visionário considerado loquaz: “irrigar as terras potenciais do nordeste com água da bacia amazônica”. Na realidade essa idéia tem sido retomada recentemente pelo Gabinete de Assuntos Estratégicos do Governo Lula e embora tenha sido criticada mesmo como uma ação para o futuro, é verdade que as demandas das próximas décadas de alimentos e de biocombustíveis no planeta justificarão um dia os estudos para essa obra de manejo e condução de águas. O propósito dos estudos deverá ser a viabilidade sócio-ambiental das obras, de forma que a condução das águas seja ambientalmente racional e socialmente beneficie as populações pobres do semi-árido.