Revista Biomassa BR Ed 30

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Vol. 06 - Nº 30 - Mar/Abr 2017

www.revistabiomassabr.com

CIBIO 2017 e 2ª EXPOBIOMASSA marcam boa fase do setor de BIOMASSA E ENERGIA NO BRASIL

ISSN: 2525-7129



Índice

Expediente

w w w.revistabiomassabr.com EDIÇÃO

Grupo FRG Mídias & Eventos

JORNALISTA RESPONSÁVEL

Thayssen Ackler Bahls MTB 9276/PR

GERÊNCIA

Bianca Ramos

DIREÇÃO COMERCIAL Tiago Fraga

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Produção de Briquetes e Cavacos

COMERCIAL

Cláudio F. Oliveira, Douglas Garcia

CHEFE DE EDIÇÃO

Dra. Suani Teixeira Coelho

CONSELHO EDITORIAL

Javier Escobar – USP, Cássia Carneiro – UFV, Fernando Santos – UERS, José Dilcio – Embrapa, Dimas Agostinho – UFPR, Luziene Dantas – UFRN, Alessandro Sanches – USP, Cláudio Homero CEMIG, Thúlio Cicero – COPEL, Horta Nogueira – UNIFEI, Luis A B Cortez – Unicamp, Manoel Nogueira – UFPA, Vanessa Pécora – USP

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SUPERVISÃO / REVISÃO

Eliane T. Souza, Cristina Cardoso

DISTRIBUIÇÃO

Carlos Alberto Castilhos

REDES SOCIAIS Nicole Fraga

Eficiência da Combustão com Biomassa

PUBLICAÇÕES / EVENTOS André Santos

EDIÇÃO DE ARTE E PRODUÇÃO

Gastão Neto - www.vorusdesign.com.br

COLUNISTAS/COLABORADORES

José Dilcio Rocha, Luiz Carlos Couto, Laércio Couto, Fernando Paiva Scárdua, Javier Farago Escobar, José Goldemberg

DISTRIBUIÇÃO DIRIGIDA

Empresas, associações, câmaras e federações de indústrias, universidades, assinantes, feiras e eventos dos setores de biomassa, agronegócio, cana-de-açúcar, florestal, biocombustíveis, setor sucroenergético e meio ambiente

VERSÕES

Impressa e eletrônica

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Entrevista com Josana de Oliveira Lima Esser, Coordenadora de Mudança do Clima na Secretaria de Mudança do Clima e Florestas do Ministério do Meio Ambiente

Para reprodução parcial ou completa das informações da Revista BiomassaBR é obrigatória a citação da fonte. TIRAGEM

PUBLICAÇÃO

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CIBIO 2017 & EXPOBIOMASSA

E-MAIL

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A Revista Brasileira de Biomassa e Energia é uma publicação da Os artigos e matérias assinados por colunistas e ou colaboradores, não correspondem a opinião da Revista Biomassa BR, sendo de inteira responsabilidade do autor.

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BIOMASSA FLORESTAL para

Produção de Briquetes e Cavacos*

José Dilcio Rocha Pesquisador, Área de Transferência de Tecnologia, Embrapa Gestão Territorial.

A

importância da biomassa florestal para o Brasil é grande e crescente nas suas várias aplicações, tanto energéticas como não energéticas. O aproveitamento dos resíduos florestais das florestas plantadas como fonte renovável de energia avança rápido impulsionado pelas novas diretrizes da Geração Distribuída (GD). Isso também poderá acontecer para os resíduos de produzidos pela desdobro de espécies nativas em florestas de concessão.

* Texto síntese da apresentação no 2º BIOMASSA FLORESTAL E ENERGIA RS em Gramado-RS, 04/04/17.

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O gerenciamento dos plantios florestais assim como das florestas naturais é uma demanda atual. Nesse aspecto a Embrapa Gestão Territorial, unidade localizada em Campinas-SP tem capacidade de aplicar metodologias baseadas em imagens de satélites, mapas e dados estatísticos para mensurar áreas, prever canais de escoamento da produção e unidades de produção. Temas como previsão de pragas quarentenárias, aumento da produção de leite e de trigo, susceptibilidade de contaminação de águas subterrâneas tem recebido tratamento como base

nesse conjunto de dados com grande êxito. Isso pode ser constatado no vídeo no seguinte link: https://youtu.be/ FvA8Y5i0mFg. A Bioenergia no Brasil De acordo com os dados da Matriz Energética Brasileira, publicação anual da EPE – Empresa de Pesquisas Energéticas, 40% de todo o consumo de energia primária no País é renovável. Essa é uma característica muito particular do Brasil quando comparado com outras economias de porte similares. As fontes de bioenergia são principalmente a biomassa florestal e a


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"Tudo que se faz com o petróleo pode ser feito com uma árvore." biomassa canavieira com 15,7 e 8,1% respectivamente segundo os dados de 2014 da EPE [1]. No tocante a geração de energia elétrica, a biomassa contribui com cerca de 9%, sendo que mais de 60% é gerado em hidrelétricas. Espera-se que a participação da bioeletricidade cresça dos atuais 77 TWh de energia gerada em 2015 para 178 TWh em 2050. A maior participação deverá ser da biomassa florestal ultrapassando a geração com a queima de bagaço de cana-de-açúcar conforme é realizado hoje nas usinas [2]. As termelétricas que queimam biomassa florestal sejam os resíduos florestais ou resíduos das indústrias de base florestal uniformizam essa matéria-prima na forma de cavaco. O processo de produção de cavaco tem sido aplicado largamente em todas as regiões brasileiras. Algumas florestas são completamente transformadas em cavacos para queima em caldeiras e geração de vapor, eletricidade ou ambas em regime de cogeração. Outras aplicações para biocombustíveis e bioenergia como produção de briquetes e pellets também serão discutidas a seguir. Rotas Tecnológicas A biomassa florestal composta de troncos, galhos finos e que também pode conter folhas e até mesmo raízes deve ser triturada ou moída antes do uso. Essas etapas chamadas pr-e-tratamento garante que o tamanho das partículas seja o mais uniforme possível após passar por peneiras vibratórias ou rotativas. Assim, os cavacos são a forma mais granulada da lenha. Na secagem de grãos, setor tradicionalmente usu-

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ário de lenha, os cavacos de madeira têm grande êxito, segundo matéria na Revista Biomais [3] as seguintes vantagens são marcantes: ▪▪ Redução de 60% do custo de mão de obra ▪▪ Redução em 15% no tempo de secagem ▪▪ Redução de 40% do consumo de biomassa ▪▪ Secagem mais uniforme do que com o uso de lenha ▪▪ Redução dos afastamentos e acidentes de trabalho ▪▪ Menos riscos de incêndios Além de cavacos, a biomassa florestal pode ainda ser transformada em outras formas de biocombustível sólido como é o caso dos briquetes e dos pellets. Tanto cavacos como briquetes e pellets são produzidos pela transformação de lenha, resíduos florestais ou da indústria de base florestal. Eles têm usos semelhantes à lenha na cogeração. Cavaco é sinônimo de automação dos processos de quei-

ma e controle de temperatura, porém tem alta umidade (30-35%). Briquetes e pellets podem ser produzidos a partir do aproveitamento de resíduos como serragem, maravalha, etc., tem baixa umidade e são bons para automação, principalmente pellet e “bolachas” de briquetes. O Empreendedorismo brasileiro no setor florestal Tudo que se faz com o petróleo pode ser feito com uma árvore. Essa afirmativa é verdadeira quando o espírito empreendedor lança mão da tecnologia por meio da inovação. Quando o assunto é fontes renováveis de energia e de matérias-primas, o Brasil tem muitas experiência para mostrar. Usos e Aplicações da biomassa florestal incluem entre outras: a geração de energia mecânica, térmica e elétrica; a produção de biocombustíveis, sólidos, líquidos e gasosos, solução logística ao compactar a biomassa nas diversas formas; a produção de materiais renováveis, insumos e intermediários para a indústria, volumoso em ração, etc.


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cisamos de muito mais inovação e tecnologias inovadoras nesse segmento e a definição de uma consistente Politica Industrial. Considerações finais

A regulamentação da Geração Distribuída (GD) pela ANEEL através da Resolução Normativa Nº 687 (REN 687/15) será uma força impulsionadora de novos empreendimentos... Os principais critérios para o aproveitamento dos resíduos florestais e da indústria de base florestal são: quantidade, disponibilidade e adensamento (unidades agroindustriais). A regulamentação da Geração Distribuída (GD) pela ANEEL através da Resolução Normativa Nº 687 (REN 687/15) será uma força impulsionadora de novos empreendimentos não somente na área florestal, mas também na eólica, solar e hidráulica. O sistema de produção que integra as atividades agrícola, pecuária e florestal, realizadas na mesma área, em cultivo consorciado, em sucessão ou rotação conhecido pela sigla iLPF é adotado por número crescente de produtores. Nele a biomassa florestal poderá expandir em área até agora não usadas com essa finalidade com grandes efei-

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tos sinérgicos entre os componentes do agroecossistema, contemplando a adequação ambiental, a valorização do homem e a redução de riscos econômicos. A Embrapa tem parcerias com várias empresas para impulsionar a prática do iLPF no Brasil. Oportunidades da floresta energética O uso da floresta para fins energéticos tem conseguido crescer apesar das incertezas econômicas do País. Os preços pagos pelos brasileiros para os serviços de fornecimento de energia elétrica ainda são muito altos. Por outro lado a demanda é também alta e, portanto existem mercados. Existe no País grande disponibilidade de matérias primas e tecnologias de conversão, além da disponibilidade de investidores. Além disso, ainda pre-

Temos no Brasil a necessidade de manter uma busca constantes de sustentabilidade e renovabilidade nas atividades florestais, eficiência energética e eficiência nos processos de produção, uso racional dos recursos naturais, esforço para sanar a falta de estatísticas confiáveis para o mercado de briquetes e de cavaco, além de muita criatividade e empreendedorismo, usar matéria primas alternativas como bambu, raízes, podas de árvores urbanas, poda de cajueiros, reforma de laranjais, etc. Questões diretamente ligadas ao ordenamento territorial é uma área que ainda precisa de muito investimento para poder ajudar na solução dos principais problemas de escoamento da produção. Referências [1]. Balanço Energético Nacional 2015, EPE, https://ben.epe.gov.br/. [2]. http://www.gazetadopovo.com. br/economia/energia-e-sustentabilidade/demanda-por-madeira-para-producao-de-energia-vai-dobrar-ate-2020-no-brasil-3bwoxueignjhk9yquktzk2q7s (consultado em 17/04/17). [3]. Revista Biomais, www.biomais. com.br.


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PERDAS DE ENERGIA,

calor recuperável e eficiência de combustão da biomassa lenhosa

Luiz Carlos Couto1 Laércio Couto2 Fernando Paiva Scárdua3

1. GENERALIDADES A combustão é uma reação química de oxidação de um combustível por um agente oxidante tal que, o oxigênio, por exemplo. Os produtos resultantes dessa reação são denominados de gases (queimados) ou fumaça. Ela fornece energias calorífica e em geral emite a luz. Ressalta-se que o desenvolvimento da sociedade industrial e a salvaguarda do meio ambiente se fundamentam no domínio da reação de combustão. No os corpos presentes no fenômeno da combustão são: o combustível; o oxidante e os produtos da respectiva reação. Por sua vez, os combustíveis são corpos susceptíveis de se combinar com o oxigênio mediante uma reação exotérmica. A característica fundamental da reação de oxidação (combustão). é que ela deverá ser o suficientemen1

Luiz Carlos Couto – UFVJM – coutoluizc@yahoo. com.br 2 Laércio Couto – Tecflora – lcouto@tecflora.com.br 3 Fernando P. Scárdua – UnB – fscardua@unb.br

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te ativa para se manter constante tão logo a mesma seja iniciada. São três as categorias de combustíveis que podem participar de uma reação de combustão: os combustíveis sólidos (ex. biomassa lenhosa) combustíveis líquidos (ex. gasolina) e os combustíveis gasosos (ex. GLP). Entretanto, não importa qual seja a natureza de um combustível, a reação de combustão propriamente dita só ocorre assim que os reagentes se encontram sob a forma gasosa. Caso ele não se encontra nessa forma, ele se vaporiza ou se sublima previamente (em geral após decomposição química). Ressalta-se que todos os combustíveis sólidos são de origem vegetal com exceção dos combustíveis para foguetes espaciais. Dentro dessa categoria de combustíveis, tem-se a madeira a qual é ainda largamente utilizada em escala mundial sob a forma bruta. Quanto ao Carbono, ele se refere aos combustíveis sólidos resultantes da decompo-

sição e da fossilização da vegetação. Segundo o seu grau de evolução e teor de carbono e de água, se distingue a turfa, os óleos, a lignita e o antracito. A propósito, a turfa é uma matéria ainda muito úmida e com poder calorífico pouco elevado, resultante de uma decomposição sumária. Quanto aos combustíveis líquidos e até mesmo gasosos, eles provém geralmente do petróleo que é uma mistura de hidrocarbonetos, ou seja, compostos à base de Carbono (C) e Hidrogênio (H), aos quais poderá estar combinado, principalmente, o enxofre (S), o oxigênio (O) e o nitrogênio (N). Quanto aos oxidantes, os mais frequentemente utilizados são o ar atmosférico (21% de O2, 78% de N e 0.03% de CO2) o oxigênio puro (O). Quanto ao primeiro, ele compreende principalmente o oxigênio, o nitrogênio (N), o vapor d´ água e CO2. Quanto ao oxigênio (puro) ele poderá ser incorporado ao combustível seja sob a forma


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de uma ligação química, ou sob a forma de ar ou de oxigênio líquido, por exemplo, em explosivos e nos combustíveis para foguetes espaciais. No caso da madeira, a sua combustão tem início pela evaporação da água contida nela contida. Em seguida, os componentes ditos combustíveis e não combustíveis são liberados à temperaturas compreendidas entre 100 a 6000C. Com base nos valores apresentados na Tabela 1. Estima-se que no caso dos vegetais lenhosos (coníferas e folhosas) cerca de 75% a 85% de seus componentes fundamentais podem ser volatilizados pela reação de combustão. Ressalta-se que na fase final da combustão o carbono (C) é oxidado. A combustão de madeira envolve duas reações. A primeira delas decorre da reação do carbono contido na madeira com o oxigênio formando o dióxido de carbono (CO2) e a segunda, se dá pela reação do hidrogênio também presente na madeira, com o oxigênio, formando água. Concernente aos valores apresentados na Tabela 1 é preciso ressaltar que esses valores não variam muito entre as espécies quer sejam elas coníferas e/ou folhosas. Supõe-se que isso seja devido ao fato de que os produtos oriundos da fotossíntese para todos os vegetais têm a mesma origem. As equações químicas de base da combustão do carbono (C) e do hidrogênio (H) são as seguintes:

Vale notar que parte do oxigênio imprescindível para a reação da combustão provém da própria madeira que está sendo submetida à combustão e o restante, do ar atmosférico. Na prática, essas duas quantidades de oxigênio necessárias à combustão podem ser teoricamente calculadas. Todavia, na prática, a quantidade mínima de oxigênio admitida no processo deverá ser maior do que a quantidade teórica, de forma assim, assegurar que a combustão seja completa. Essa quantidade adicional de ar é cuidadosamente controlada nos sistemas atuais de combustão.

1.2. Poder Calorífico Superior (High Calorific Power) O Poder Calorífico Superior (PCS) corresponde ao conteúdo energético de um combustível obtido em laboratório, o qual poderá ser expresso em unidades térmicas britânicas por libra (Btu / lb), joules por quilograma (J / kg), ou megajoules por quilograma (MJ/kg) e até mesmo, em quilocaloria por quilograma (kcal/kg), essa última, considerada uma unidade antiga para expressar o conteúdo energético de um dado combustível. Ressalta-se que o PCS é determinado para a madeira na condição absolutmente seca (a.s.) (0%) obtida em estufa de circulação forçada de ar, na temperatura de 1030C±20C. Diferenças entre espécies, entre madeira e casca, e variações dentro de uma mesma espécie, são reflexos das diferenças nas suas respectivas composições químicas, notadamentem nos extrativos. Para fins de cálculos é usual se utilizar um valor de PCS de 9000 BTU/lb ou 18 MJ/kg para a madeira de folhosas e de 8500 BTU/lb ou 19 MJ/kg para a madeira de coníferas. 1.3. Poder Calorífico Inferior (PCI) É de conhecimento e por questões óbvias, que na prática, a madeira não é submetida à combustão na condição absolutamente seca e, em consequência, o seu conteúdo energético não é o real. Tomando-se como base 1 kg de madeira com um teor de umidade na base úmida de 40%, significa que essa quantidade de madeira referida conterá 40% de água e 60% de madeira absolutamente seca (Massa total = Massa de água (Mu) + massa absolutamente seca de madeira (Mo) 1 kg = 0.4 kg de água + 0,6 kg de madeira a.s.) Na literatura, a utilização da madeira para fins de combustão, o seu contéudo de umidade será expresso preferencialmente na base úmida (X%), uma vez que na prática, a madeira jamais será disponibilizada na base absolutamente seca. No entanto, conhecendo-se o teor de umidade na base úmida ou na base seca, pode-se calcular um em função do outro pelas seguintes expressões:

Tabela 1 Composição química fundamental e elementar da biomassa florestal

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Onde: U = teor de umidade expresso na base seca (%) X = teor de umidade expresso na base úmida (%) Portanto, o PCI de 1 kg de madeira úmida (qualquer valor de teor de umidade) é obtido ajustando-o para para o valor de PCS (conífera ou folhosa) à esse teor de umidade na base úmida, conhecido tal como segue: Onde: PCI = Poder Calorífico Inferior (BTU/lb ou MJ/kg etc.) PCS = Poder Calorífico Superior (BTU/lb ou MJ/kg etc.) X = Teor de umidade expresso na base úmida (%) Assim, o PCI representa o potencial de calor disponível a um determinado valor de teor de umidade. Ele somente será igual o PCS se a madeira estiver absolutamente seca. Considerando então o valor acima considerado de 1lb de madeira com teor de umidade 40% (base úmida) os valores respectivos de PCI para uma espécie folhosa e outra de conífera serão:

Esse, é altamente significativo na comparação de custos de combustíveis e sistemas de combustão dentro de propósitos industriais. A literatura concernente à determinação dessas perdas, pode trazer um pouco de confusão, visto que muitos autores, diferem entre si quer seja, na escolha de quais perdas deverão ser consideradas, bem como, em suas respectivas metodologias de cálculos. As perdas de calor dadas ao teor de umidade da madeira são frequentemente referidas, como sendo a perda de calor decorrente do empilhamento da madeira que se destina à produção de calor. Isso pelo fato de que como a madeira é altamente higroscópica, ao longo de um determinado período de tempo, o seu teor de umidade poderá variar sensivelmente e, nesse contexto é bom que se tenha em mente, que 1 kg de madeira úmida, sempre conterá uma fração de madeira absolutamente seca e outra de água. Esse raciocínio poderá ser estendido para qualquer quantidade de madeira. Com o objetivo de discutir cada uma dessas perdas de energia num processo de combustão, serão a seguir, abordadas e discutidas, oito fórmulas de cálculos, para quantificá-las convenientemente, as quais serão identificadas na sequência H1 a H8 (BETHEL 1977 : Ince 1979) : 1) H1: Expressa a quantidade de calor demandada para elevar a temperatura da água presente no interior da madeira, até à temperatura de ebulição: no interior da madeira até atingir o seu ponto de ebulição. Em Btu tem-se:

Onde: T1 = Temperatura ambiente (0F). X = Teor de umidade expresso em porcentagem e calculado na base úmida. 2) H2: Corresponde à quantidade de calor requerida do sistema de combustão, para vaporizar a água na madeira. Em Btu tem-se:

2. PERDAS DE ENERGIA O valor de PCI acima calculado não representa ainda a quantidade de calor disponível para uso, pois inclui todo o calor que pode ser extraído a partir dos produtos da combustão, e há várias fontes de perda que devem ser contabilizadas na determinação do calor recuperável (CR).

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3) H3: Equivale à quantidade de calor necessária a ser retirada do sistema de combustão para promover a quebra das ligações eletroquímicas existentes entre as moléculas de água e os componentes químicos das paredes celulares lenhosas abaixo do ponto de saturação das fibras (PSF).


Em Btu tem-se:

O teor de umidade a ser adotado no PSF finalidades de cálculos, será igual à 30% se o teor de umidade médio da biomassa a ser utilizada na combustão for expresso na base seca (U%), Ele será igual à 23% se o teor de umidade médio da biomassa for expresso na base úmida (X). Assim, a fórmula acima para o cálculo de H3 terá as seguintes notações:

4) H4: Quantidade de calor requerida do sistema de combustão, necessária para elevar a temperatura de evaporação da água já em ebulição até à temperatura que promova a sua exaustão ou escape, junto com os outros gases da combustão, via chaminé da fornalha. Em Btu tem-se:

Onde: T2 = Temperatura onde ocorre o escapamento dos gases de vaporização da água. Observa-se que o calor específico da água entre o ponto de ebulição e o ponto de exaustão é da ordem de 0.46. As

perdas de energia H1, H2 e H4, são frequentemente combinadas e simplificadas em uma única equação (INCE, 1979)

Onde: T1 = Temperatura ambiente (0F) T2 = Temperatura (0F) onde ocorre o escapamento dos gases da vaporização da água, na chaminé da fornalha. Lembrar que:

5) H5: Equivale à quntidade de calor requerida do sistema de combustão no processopara evaporar a água que se forma no processo de combustão, quando o componente hidrogênio (H) da madeira é oxidado. Em Btus tem-se que:

Onde: X = Teor de umidade na base úmida (%); T1 = Temperatura ambiente (0F); T2 = Temperatura de exaustão nos gases na chaminé da fornalha; 0,54 = Libras de água formada na reação da combustão de hidrogênio

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0,46 = Calor específico aproximado da água Com o objetivo de tornar essa equação (H5) mais didática, é imprescindível notar que conforme os valores médios da composição química elementar para as espécies lenhosas apresentados na Tabela 1, consta que o conteúdo médio de hidrogênio é cerca de 6%. Assim, tomando-se como base uma libra de madeira absolumente seca (essas fórmulas foram desenvolvidas tomando-se como base o Sistema Internacional de Unidades – SI), conterá 0,06 libra hidrogênio. Assim, durante a combustão do hidrogênio contido presente na madeira, a sua reação é dada por: Em peso, a molécula de água (H2O) contém 8 partes de oxigênio e uma parte de hidrogênio, ou seja, O/H2 =16/2 = 8:1. Portanto, 0,06 libra de hidrogênio se combina com 0,48 lb de oxigênio (0,06 x 8) formando por meio dessa reação 0,54 lb de água, a qual se escapa junto com os gases de exaustão na chaminé, conforme é demonstrado no equilíbrio da respectiva reação como segue:

Esta água inclue perdas envolvidas com a elevação da temperatura para atingir aquela da ebulição, que por consequente, irá provocar a sua evaporação e em seguida, ocorrerá ainda mais elevação de temperatura no sistema, de forma que ela atinja a temperatura de escape na forma de gases. Portanto a equação H5 tomando-se como base 1 lb de madeira com 6% de hidrogênio será expressa como segue: em Btu tem-se:

6) H6: Quantidade de calor necessária para suprir as reações de combustão diferente, daquela originada do vapor de água e dos gases secos. Ressalta-se que além do aporte mínimo de ar necessário para atender às demandas de oxigênio para as reações de combustão da madeira, em geral, deverá ser disponibilizado um “excesso de ar” que deverá ser admitido na fornalha, onde se dá a combustão. Esse ar excedente é aquecido e sai juntamente com os outros gases no fluxo (exaustão da chaminé). A Tabela 1 que apresenta valores médios da

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composição química elementar para as madeiras de folhosas de coníferas, na condição absolutamente seca, mostra, por exemplo, que o percentual de carbono é da ordem de 52,9% e para fins de cálculos subsequentes nessa rubrica, será utilizado o valor igual à 52%. A reação de combustão do carbono conforme mostrada anteriormente é expressa da seguinte forma:

As massas atômicas do carbono e do oxigênio são respectivamente 12 e 16 e, para que ocorra a combustão de 12 libras de carbono serão necessárias 32 libras de O2, que por sua vez, produzirá 44 libras de CO2 tal que:

Essas 44 libras de CO2 serão eliminadas no fluxo de gases de exaustão da chaminé. Portanto, para que ocorra esse processo de combustão na reação acima serão necessárias 32/12 ou 2,7 libras de O2 por libra de carbono. Desde que 1 lb da madeira acima exemplificada contém 0,52 libra de carbono, a demanda de O2 será de 0.52 vezes 2.7 (relação O2/C) na combustão, ou seja, 1.4 lb por libra de madeira absolutamente seca. Foi previamente calculado que se requer 0.48 libra de O2 para queimar 0.06 lb de hidrogênio contido em 1 libra de madeira absolutamente seca. Consequentemente a demanda total de O2 será de 1.88 libras por libra de madeira absolutamente seca.Uma vez que 1 lb contém 0.40 lb de O2 (vide Tabela 1), a real quantidade de O2 requerida será igual 1.88 lb-0.40 lb, ou seja, 1.48 lb Como o teor de oxigênio no ar atmosférico é da ordem de 23.2% serão necessárias 4.3 lb de ar para fornecer uma libra de oxigênio. Portanto, o ar mínimo necessário para queimar 1 libra de madeira absolutamente seca será 1.48 x 4.3 ou 6.4 libras de ar atmosférico/lb de madeira absolutamente seca. Em adição à essa quantidade teórica de oxigênio necessária para sustentar a combustão, um excesso de ar é sempre admitido no sistema de combustão e esse valor é em geral expresso como sendo um percentual do valor mínimo teórico de ar que foi calculado. Em geral esse valor é da ordem de 20%. Portanto, a quantidade total de ar necessária será igual à 6.4 x 1.20 ou 7.7 libras/lb de madeira absolutamente seca. 7) H7: Quantidade de calor requerida para a elevar aCalor (H7) requerido para elevar a temperatura da madeira até à temperatura de combustão. Em BTU tem-se:


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8) H8: Outras perdas de calor Essas perdas de calor correspondem às perdas decorrentes daquelas por radiação, condução e convecção, bem como, pela combustão incompleta e assim por diante. Elas tem sido por muitos autores estimadas como sendo da ordem de 3 a 4%. A expressão abaixo permite estimá-las como sendo: H8 = 0,04 (valor calorífico real (PCI) do combustível ex. biomassa lenhosa) Ressalta-se que essa porcentagem de perdas podem ser apropriadas para um sistema de combustão bem balanceado e operado para um determinado tipo de combustível para o qual ele foi concebido. Assim ela poderá ser significativamente, mais elevada, no caso de um sistema de combustão mal dimensionado e operado para um determinado tipo de de combustível inadequado, ou então, que o sistema contenha partículas com dimensões impróprias para a exaustão (liberação dos gases) ou combustíveis com excessivo teor de umidade. De posse do que foi exposto a partir de cada uma des oito equações de perdas de energia (Σ H1...H8), pode-se em seguida calcular a quantidade de calor que efetivamente poderá ser contabilizada num determinado processo de combustão e esse, será então a quantidade efetiva de calor capaz de ser utilizada num determinado processo industrial como, por exemplo, produção de valor e cogeração de energia (produção de energia elétrica). Em função do conhecimento dessa quantidade de calor que aqui é denominada de “Calor Recuperável” (CR) pode-se igualmente calcular a “Eficiência de Combustão” (EC) para esse sistema ou para qualquer outro principalmente para o tipo e condições do combustível utilizado. devidamente diferenciadas segundo o processo de combustão em curso. Dentro deste contexto, o calor recuperável (CR) é obtido pela diferença entre o Poder Calorífico Inferior de um determinado combustível (ex. biomassa lenhosa) e somatório de todas as perdas de energia (Σ H1+H2.... + H8) (EC)

1.5. Calor recuperável (CR) e eficiência de combustão

O calor recuperável (CR) é obtido pela diferença entre o Poder Calorífico Inferior de uma determinada espécie (madeira ou casca) e o somatório de todas as perdas de energia que ocorre no processo de combustão. Ressalta-se que o PCI quando expresso em BTU/lb equivale 9000 Btu/lb absolutamente seca para as madeiras de coníferas resinosas e 8300 Btu/lb absolutamente seca para as madeiras folhosas. Quando expresso em MJ/kg esse valor é 18 MJ/kg de madeira absolutamente seca de folhosas e 19 MJ/kg de madeira absolutamente seca de coníferas resinosas. Alguns autores consideram valores de 18,5 a 21,0 MJ/kg para as madeiras de folhosas e coníferas respectivamente. Assim, a expressão

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que permitirá calcular o calor recuperável (CR) no processo de combustão é dada por:

Concernente à Eficiência de Combustão (EC) ela corresponde à relação entre o calor recuperável (CR) e calor potencialmente disponível para a combustãoque no caso, corresponde ao Poder Calorífico Inferior (PCI), conforme mostra a expressão a seguir:

Onde: EC = Eficiência de combustão expressa em porcentagem CR = Calor recuperavel em Btu PCI = Poder Calorífico Inferior (Btu/lb). Com a tecnologia atual concernente aos processos de combustão bem como a dos novos equipamentos envolvidos nesse processo os quais associados ao crescente processo de controle e otimização da qualidade da matéria-prima, pode se considerar que a eficiência de combustão (EC) da madeira, por exemplo, varia de 60% para os combustíveis úmidos e 80% para os combustíveis secos (ex: lenha empilhada). Em geral, a madeira (lenha) é recebida ainda com um teor de umidade relativamente elevado. Uma das razões tem sido associado ao fato de que períodos relativamente prolongados de secagem para a madeira em algumas de suas utilizações industriais podem não ser econômicamente viáveis quando se considera os custos finais, por exemplo, dos kWh produzidos em uma termelétrica à biomassa florestal. A seguir visando consolidar a aplicação de tais conhecimentos será apresentado a seguir todas as informações necessárias para que se possa calcular cada uma das variáveis acima apresentadas incluindo o calor recuperável (CR) e a a eficiência de combustão (EC).


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Parâmetros iniciais: Poder Calorífico Superior: 9000 Btu/lb; Umidade do combustível (biomassa lenhosa) expresso na base úmida= 40%; Teor de carbono (C) na biomassa (base absolutamente seca) = 52%; Teor de hidrogênio (H) na biomassa (base absolutamente seca) = 6%; Temperatura de combustão (T3): 450ºF;Temperatura ambiente (T1) = 70°F; Ponto de Saturação das Fibras – PSF (base úmida): 23 (%); Temperatura de exaustão dos gases na chaminé (T2): 470°F; Taxa de excesso de ar admitido na combustão: 20% e, Outras perdas: 4% Para simples conferência de cálculos, para aqueles que desejarem fazer esses cálculos: H1= 57 H2= 388 H3= 31 H4= 47 H5= 399 H6= 444 H7= 85 H8= 216 Perdas total= 1667 Btu/lb Calor recuperável (CR) = 3733 Btu/lb de madeira absolutamente seca Eficiência da combustão (EC) = 69%. Observação: Uma vez tendo sido calculado o calor recuperável (CR), será esse valor que deverá utilizado para calcular a densidade energética ou o valor calorífico de um determinado dendrocombustível e não mais o Poder Calorífico Inferior (PCI), como de praxe.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AROLA, R.A. Wood fuels – how do they stack up? Paper presented at Energy and the Wood Products Industry: sponsored by the forestry Research Society. Atlanta, Georgia. November, 15-17 1976. CHANG, Y.-P., AND R. A. MITCHELL. 1955. Chemical composition of common North American pulpwood barks. Tappi 38(5):315-320. CORDER, S. E. 1973. Wood and bark as fuel. Sch. Forestry Res. Bull. 14, Oregon. State Univ. 28 p. CORDER, S. E. Properties and uses of bark as an energy source. Research Paper 31. April 1976. DOBIE, J., AND D. M. WRIGHT. 1972. Conversion factors for the forest products industry in Western Canada. Can. For. Serv., West. For. Prod. Lab. Inf. Rep. VP-X-97. 60 p. HARDER, M. L., and D. W. EINSPAHR. 1976. Bark fuel value of important pulpwood species. Tappi 59(12):132-133. HARDER, M. L., and D. W. EINSPAHR. 1978. An update of bark fuel values of important pulpwood species. Tappi 61(12):87-88. HOWARD E.T. Heat of combustion of various Southern Pines. Materials Wood science 5(3). 194-197. 1973. Fonte: adaptado de: www.areva.com Fonte: wood fuels handbook www.biomasstradecenter.eu


Entrevista

O Biomassa BR traz uma entrevista exclusiva com a Coordenação do Projeto Siderurgia Sustentável JOSANA DE OLIVEIRA LIMA ESSER, Coordenadora de Mudança do Clima na Secretaria de Mudança do Clima e Florestas do Ministério do Meio Ambiente. Biomassa BR: Nos fale um pouco sobre o projeto siderurgia sustentável? O Projeto Siderurgia Sustentável busca o desenvolvimento de uma cadeia de produção siderúrgica sustentável e de baixa emissão de gases de efeito estufa (GEE). Para isso, o Projeto incentiva o aumento da eficiência dos processos de conversão de biomassa renovável em carvão e trata de construir um ambiente institucional e normativo favorável ao uso de carvão vegetal sustentável pelas indústrias de ferro-gusa, aço e ferroligas. O Projeto Siderurgia Sustentável foi elaborado a partir da demanda do setor siderúrgico a carvão vegetal e contou com subsídios de diversas instituições dos setores público e privado. O Projeto é coordenado pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA) e implementado pelo Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD). A execução do Projeto conta, ainda, com a participação do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC), do Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços (MDIC), do Governo de Minas Gerais.

Aprovado pelo Fundo Global para o Meio Ambiente (GEF) em janeiro de 2014, foi assinado pelo PNUD, MMA e Agência de Cooperação Brasileira (ABC) em junho de 2015, tendo sido formalmente iniciado no primeiro trimestre de 2016.

de ferro gusa, aço e ferroligas; (ii) o fortalecimento da base tecnológica e da capacidade humana por meio da assistência técnica e treinamento em produção sustentável e em gestão de empreendimentos; e (iii) a criação de um mecanismo de apoio a novos investimentos na produção de carvão vegetal, baseado no monitoramento de desempenho (pagamento por resultados).

BBR: Qual o principal objetivo do projeto? Por meio da construção de capacidades humanas e institucionais, o Projeto Siderurgia Sustentável busca não apenas reduzir as emissões de gases de efeito estufa na produção de ferro-gusa, aço e ferroligas, mas também tornar o setor mais competitivo no contexto da economia de baixo carbono. Assim, entre os resultados esperados para o Projeto, destacam-se: (i) a criação e implementação de um arcabouço institucional e normativo favorável à produção de carvão vegetal sustentável e de melhor qualidade para as indústrias

BBR: Quais os números do consumo de energia na siderurgia em MG, e qual a participação do carvão vegetal para atender esta demanda? Segundo levantamento realizado recentemente pelo Projeto Siderurgia Sustentável, a partir de dados do Sindicato da Indústria do Ferro no Estado de Minas Gerais (Sindifer) e da Associação Mineira de Silvicultura (AMS), entre 2005 e 2016, a indústria siderúrgica brasileira produziu, em média, 32,2 milhões de toneladas anuais de ferro-gusa. Desse total, 8,6 milhões foram obtidos a partir do carvão vegetal, o que representa um consumo médio anual de 6,4 milhões de toneladas do insumo. Quanto ao consumo específico em toneladas de carvão vegetal por tonelada de gusa produzido, a média nacional situa-se em torno de 0,750 toneladas Revista Biomassa BR

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O Brasil se comprometeu a promover a redução das suas emissões de gases de efeito estufa para o ano de 2025 em 37%, em relação aos níveis de 2005 de carvão vegetal por tonelada de ferro-gusa. Em Minas Gerais essa média de consumo é maior, de cerda de 0,771 tCV/t gusa, isso em função do setor de ferroligas, que consome em média 1,3 tCV/t produto (mix de ferroligas). BBR: Fale um pouco sobre os principais resultados e impactos do uso de carvão vegetal na Siderurgia ? São diversas as vantagens do uso do carvão vegetal, produzido de forma ambiental, social e economicamente sustentável, na siderurgia. Em primeiro lugar, o uso do carvão vegetal de origem renovável como termorredutor (fonte de energia térmica e agente redutor do minério de ferro), em substituição ao carvão mineral fóssil, é uma alternativa para diminuir as emissões de gases de efeito estufa. Além disso, como o Brasil é o único país que ainda mantém uma significativa produção siderúrgica que utiliza o carvão vegetal, o setor pode explorar o nicho de mercado que busca produtos verdes – que causam menos impacto ao meio ambiente. Outra vantagem da siderurgia a carvão vegetal é seu potencial para gerar empregos no interior dos estados brasileiros, onde estão as florestas plantadas e as unidades de produção de carvão vegetal. Aliás, a produção de carvão vegetal a partir de florestas plantadas deve reduzir a pressão sobre florestas nativas ao promover o uso de matérias-primas cultivada legalmente, com espécies selecionadas pela produtividade e uso eficiente da água, e também com a aplicação de técnicas de planejamento ambiental e de manejo adequado para a silvicultura.

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A legalização e a profissionalização da atividade de produção de carvão vegetal, que tem sido apoiada por políticas públicas tanto no nível nacional como no estado de Minas Gerais, gera melhores condições de trabalho no campo, inclusive com a inserção da mulher na atividade produtiva e a diminuição do impacto ambiental. Por fim, o incentivo a florestas energéticas sustentáveis não apenas pode diminuir o uso de combustíveis fósseis pelo setor siderúrgico, como também tem o potencial de agregar à matriz produtiva brasileira áreas degradadas que não são aptas à produção de alimentos. BBR: Com a retomada do crescimento no Brasil, você acredita que setores importantes como o da Siderurgia podem ter problemas de fornecimento de energia? Essa é uma questão que precisa ser melhor estudada. Por um lado, é claro que o principal insumo para produção do carvão vegetal – a madeira – tem um tempo de maturidade considerável: para crescimento do eucalipto, por exemplo, são necessários sete anos. No entanto, a crise no setor siderúrgico mundial gerou uma queda na produção de ferro-gusa, o principal consumidor de carvão vegetal no Brasil, o que significa que há um certo “estoque” de madeira em campo. De qualquer forma, o Projeto Siderurgia Sustentável está analisando a questão

e trabalhando em conjunto com órgãos públicos e privados para apoiar o desenvolvimento do setor no médio e no longo prazo. BBR: Como os compromissos assumidos pelo Brasil na COP21 podem ajudar no processo de inclusão de fontes renováveis na matriz energética no Brasil? O Brasil se comprometeu a promover a redução das suas emissões de gases de efeito estufa para o ano de 2025 em 37%, em relação aos níveis de 2005. Além disso, indicou para 2030 a redução de 43% em relação ao total de emissões de 2005. A implementação deste Compromisso (chamado Contribuição Nacionalmente Determinada – NDC, na sigla do original em inglês) abre uma nova agenda de oportunidades em negócios sustentáveis no país, que pode ser utilizada como catalizador para a retomada do desenvolvimento econômico nacional de forma competitiva e sustentável. Esse novo compromisso reforça amplamente a consolidação de uma matriz energética limpa e eficiente, e algumas ações foram indicadas como o caminho para o alcance da NDC brasileira. Por exemplo, para alcançar uma participação de 45% de energias renováveis na matriz energética do País até 2030, devemos aumentar a participação de biocombustíveis na matriz energética brasileira para aproxi-


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A Secretaria de Mudança do Clima e Florestas, do Ministério do Meio Ambiente (MMA), é responsável pela formulação e proposição de políticas e normas e a definição de estratégias relacionadas aos rebatimentos ambientais associados à matriz energética brasileira. madamente 18% até 2030; precisaremos restaurar e reflorestar 12 milhões de hectares de florestas até 2030, para múltiplos usos (inclusive produção de energia); expandir o uso de fontes renováveis, além da energia hídrica, na matriz de energia para uma participação de 28% a 33% até 2030; e, por fim, temos que alcançar 10% de ganhos de eficiência no setor elétrico até 2030. Vale mencionar que o está aberto, até 15 de março de 2017, o prazo para comentários de todo e qualquer interessado ao “Documento-base para elaboração de uma estratégia nacional de implementação e financiamento da Contribuição Nacionalmente Determinada (NDC) brasileira”. Informações sobre como contribuir para a discussão estão disponíveis no site do MMA: http://www.mma.gov.br/clima/ ndc-do-brasil . E o processo de construção da Estratégia de Implementação da NDC se dará ao longo de todo o primeiro semestre de 2017, com reuniões presenciais promovidas pelo Fórum Brasileiro de Mudanças Climáticas. BBR: Nos fale um pouco sobre os programas do UNDP para o Brasil na área de geração de energia? A Secretaria de Mudança do Clima e Florestas, do Ministério do Meio Ambiente (MMA), é responsável pela formulação e proposição de políticas e normas e a definição de estratégias relacionadas aos rebatimentos ambientais associados à matriz energética brasileira. Além do Projeto Siderurgia Sustentável, a Secretaria executa com o PNUD o Projeto 3E - Eficiência Energética em Edificações, que tem como objetivo influenciar e desenvolver o

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mercado de eficiência energética em edificações comerciais e públicas, visando contribuir com a economia de até 106,7 TWh de eletricidade nos próximos 20 anos e com a redução de emissões de gases de efeito estufa em até 3 milhões de toneladas de dióxido de carbono (tCO2).

adotar tecnologias sustentáveis de produção de carvão vegetal no estado de Minas Gerais. Como resultado, foram habilitadas 27 (vinte e sete) propostas de 38 (trinta e oito) instituições, entre empresas, centros de pesquisa, organizações da sociedade civil e associações do setor siderúrgico a carvão vegetal.

BBR: Quanto ao mecanismo que apoiará novos investimentos na produção de carvão vegetal, como funciona e quando será iniciado?

Atualmente, o Projeto Siderurgia Sustentável prepara o edital de seleção de projetos, que deve ser lançado pelo Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) até o início de abril deste ano.

Entre os resultados práticos do Projeto Siderurgia Sustentável está o lançamento de um mecanismo de apoio ao desenvolvimento, melhoria e demonstração de arranjos tecnológicos e processos inovadores de produção de carvão vegetal. Com um orçamento inicial de R$ 10 milhões, provenientes do Fundo Global para o Meio Ambiente (GEF), o mecanismo apoiará iniciativas de produção sustentável de carvão vegetal, e de uso desse insumo na indústria siderúrgica, que efetivamente diminuam as emissões de gases de efeito estufa (GEE). Para cada projeto selecionado, o mecanismo de apoio oferecerá um pagamento de 50% da subvenção concedida a título de apoio operacional para compra e instalação de equipamentos. A outra metade dos recursos somente será desembolsada mediante comprovação do atendimento aos resultados esperados de redução de emissão de gases de efeito estufa. A primeira etapa de seleção de propostas foi lançada em setembro do ano passado com o objetivo de habilitar interessados em desenvolver, melhorar e

Sobre o PNDU: Nosso Trabalho O Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento executa diversos projetos em diferentes áreas. Neles, o PNUD oferece aos parceiros apoio técnico, operacional e gerencial, por meio de acesso a metodologias, conhecimentos, consultoria especializada e ampla rede de cooperação técnica internacional. Com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento humano, o combate à pobreza e o crescimento do país nas áreas prioritárias, o PNUD Brasil tem a constante missão de buscar alinhar seus serviços às necessidades de um país dinâmico, multifacetado e diversificado. Os projetos são realizados em parceria com o Governo Brasileiro, instituições financeiras internacionais, setor privado e sociedade civil.


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PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL SÓLIDO VEGETAL

dentro dos padrões internacionais, livre de dioxinas e compostos corrosivos resultante da combustão Javier Farago Escobar – Doutor em Energia (Gbio/IEE/USP) José Goldemberg – Prof. Dr. (IEE/USP)

Remoção de cloreto e compostos inorgânicos na madeira. O termo "dioxina" refere-se a um grupo de contaminantes organoclorados formados principalmente no processo de combustão de compostos com base de cloro, considerada pela Organização Mundial da Saúde - OMS, como a substância química mais tóxica conhecida pela ciência. O contato com pequenos traços dessa substância pode apresentar a incidência de câncer em diferentes locais do organismo, as taxas de toxicidade podem ser letais com cerca de 1 μg/kg do peso corporal (WHO, 2014). Segundo os termos da Convenção de Estocolmo sobre Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs, 2017), a dioxina não é produzida intencionalmente e não pode ser banida, de forma que o único método de controle é o uso de melhores práticas ambientais e melhor tecnologia disponível. Assim foi desenvolvido e testado, em escala de laboratório, um método para a remoção de substâncias inorgânicas constituintes, principalmente cloro, sódio, potássio, cálcio e magnésio, a partir de biomassa do gênero Eucalyptus ssp. para produção de biocombustível sólido na forma de pellets ou outra com baixo teor de cinzas e cloro, de forma a poder cumprir as exigências da norma ”ENplus”, e semelhantes, permitindo assim o acesso ao mercado internacional de pellets de madeira. Este método é capaz de eliminar/minimizar as taxas de cloro e metais alcalinos que se encontram negativamente correlacionados com o teor de altas taxas de cinzas resultantes da queima de combustíveis de biomassa, responsáveis pela falha de equipamentos e dificuldades operacionais em instalações de conversão de energia termoquímica e, também, pela emissão de gases tóxicos, tais como o cloro e seus compostos, que durante a combustão formam dioxinas, substâncias organocloradas que podem prejudicar a saúde humana, fator limitante para o uso da biomassa na produção de bioenergia. Este método é objeto de pedido de patente depositado no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual – INPI, sob numeração BR1020160238625, com garantia de data de depósito no Brasil e em 188 países.

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Cabe ressaltar que qualquer semelhança ou reprodução prévia do método aqui descrito é passível de ação judicial de indenização por perdas e danos, que poderão ser contabilizados de forma retroativa a partir da data de publicação da patente. Estado da arte de patentes de processo de extração de inorgânicos e/ou cloro para biomassa sólida vegetal. Para determinar o ineditismo do processo de patente de invenção, foram avaliadas todas as bases de dados nacionais do INPI - Instituto Nacional de Propriedade Intelectual, e as internacionais como, a americana, US Patent and Trademark Office (PTO) e o Portal mantido pela Organização Mundial da Propriedade Intelectual, WIPO - Search International and National Patent Collections. Atualmente não estão disponíveis para utilização, técnicas para extração de inorgânicos da madeira de eucalipto, fato que implica na dificuldade para a produção econômica de biomassa de eucalipto para fins energéticos no mundo. As poucas técnicas patenteadas (número (WO 2009/003920A1);(US2012/0151835Al);(US2013/02 32865Al);(US2014/014592A1);(US2014109469A1); (US2014/0223811Al);(WO2015/095471A1)), para extração de inorgânicos são destinadas à biomassa de forma geral, sem considerar as especificidades do gênero Eucalyptus ssp., e apresentam limitações exigindo tratamento da biomassa com processos térmicos, muitas vezes acrescidos da utilização de insumos para remoção de inorgânicos, resultando em custos superiores aos possibilitados por esta invenção proposta. Metodologia aplicada para a eliminação do cloro e dos compostos inorgânicos da biomassa sólida. Material de estudo O material avaliado neste estudo é proveniente de plantações de clone híbrido de (Eucalyptus urophylla x Eucalyp-


tus grandis) e de (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus saligna). O plantio foi realizado na cidade de Água Clara - Fazenda do Grupo Mutum, localizado no Estado do Mato Grosso do Sul, Brasil, (20° 26’ 53” S – 52° 52’ 41” O) com precipitação média de 1250 mm por ano, altitude média de 303 metros e uma temperatura média de 20 °C.

gânicos da madeira de Eucalyptus ssp.” para produção de biocombustível sólido livres de dioxinas e compostos corrosivos resultante da combustão, não são aqui detalhados por processo de patente em andamento.

Foi utilizado espaçamento adensado de 3,0m x 1,5m (2222 árvores por hectare) com ciclo de corte de 1,0 e 1,5 anos. Com fertilização padrão utilizada para plantios tradicionais de eucalipto. (Adubação inicial de 130 g por planta com NPK (6-30-10)), (adubação aos 90 dias de 100 g por planta com NPK (20-00-20) + B 1% + Zn 3%) e finalmente (adubação aos 360 dias de 100 g por planta com NPK (20-0020)). Segue vista da caracterização da biomassa na Figura 1.

Figura 1. Caracterização da biomassa de eucalipto de curta rotação para uso energético (a) Representação da árvore abatida de curta rotação; (b) e (C) Caracterização da madeira sem casca, com diâmetro entre 3,0cm a 6,0 cm. Fonte: Elaborado pelo autor, foto original.

Condicionamento do material A primeira etapa do condicionamento da madeira (Figura 2) para análise na forma de cavaco foi desenvolvida na Horta do Instituto de Energia e Ambiente, utilizando picador de campo Echo BearCat SC2170, para reduzir a biomassa na forma de cavaco. Em seguida, na segunda etapa, foi fracionada, com moinho de bolas, e peneirada a um intervalo de tamanho granulométrico variável, realizado no Laboratório da Engenharia Química da Faculdade Oswaldo Cruz; finalmente os ensaios de determinação e extração do cloreto e demais inorgânicos da biomassa foram realizados no Laboratório do Departamento de Química Fundamental do Instituto de Química (IQ) e nos laboratórios do Instituto de Energia e Ambiente ambos da Universidade de São Paulo. A tecnologia consta basicamente na remoção dessas substâncias, inicialmente diminuindo a fibra da biomassa de 10 a 20 vezes, aumentando a superfície da área de contato, para posterior imersão em água, este processo além de auxiliar a remoção de até 90% das impurezas do material, se adequa as condições ideais para produção de pellets combustível de alta qualidade. Após o processo de remoção a agua pode ser retro lavada e reutilizada. Cabe ressaltar que os “Método de Remoção de Cloro e de Componentes Inor-

Figura 2. Representação do condicionamento da biomassa e da aplicação do método. (a) picador tradicional de campo; (b) e (d) madeira condicionada para ensaio; (c) moinho de bola; (e) processo de calibração de fluidos. Fonte: Foto do autor a partir dos testes realizados.

Para confirmação da presença do elemento cloreto na biomassa, antes e após a primeira aplicação do processo, a amostra foi submetida ao teste de detecção de íons de cloreto a partir do teste qualitativo com Ag+ em meio HNO3 dil. Posteriormente para obter o volume específico de cloro, executou-se o teste de cloreto em cromatografia seletiva de íons, modelo Metrohn 930 Compact. A Figura 3 ilustra o liquido resultante do tratamento após o teste qualitativo com Ag+ em meio de HNO3 dil. A equação seguinte representa a reação de precipitação que ocorre.

Figura 3. Representação da eliminação do cloro da biomassa, por teste qualitativo com Ag+. (a) após primeira aplicação do processo; (b) após segunda aplicação do processo. Fonte: Foto do autor a partir dos testes realizados. Revista Biomassa BR

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Ag+ + Cl- = AgCl O sólido de coloração branca (AgCl) formado, apresenta um produto de solubilidade em H2O de 1,56 x 10-10 e HNO3 dil., fato pelo qual o teste deve ser executado na presença deste reagente. Foi possível identificar íons de cloreto a partir do teste qualitativo como Ag+ em meio HNO3 dil. Esse resultado comprova que um dos compostos removido é o NaCl. Na segunda aplicação do processo do mesmo material submetido a teste - (a), após procedimento, observasse uma reação negativa no teste qualitativo (b), o qual acusa a extração total do cloreto após o primeiro tratamento. Posteriormente foi aplicado o teste de cloreto em cromatógrafo seletivo de íons. Para ajuste do equipamento e calibração para teste que exige uma curva de calibração de 200 ppm - partes por milhão, foram determinados cinco pontos de área pico, o que garante a precisão da análise com (r² =0.99). Na Figura 4, observa-se a curva de calibração do equipamento e o resultado médio obtido. Os resultados mostraram que a taxa de cloreto encontrada e extraída do material é de 0,11%, abaixo das taxas de cloreto exigidas pela norma Enplus e semelhantes para uso residencial e industrial. Termogravimetria (TG) e Termogravimetria Derivada (DTG) O teste TG e DTG é utilizado para determinar a decomposição térmica dos materiais, este método foi realizado para quantificar o teor de cinzas da madeira da biomassa e ainda observar o perfil de decomposição térmica. Para isto foi avaliada a “biomassa tratada” e a “biomassa original” sem tratamento.

As curvas TG/DTG foram obtidas, na faixa de temperatura de 25 a 1000oC, a partir da termobalança modelo TGA-51 (Shimadzu) com razão de aquecimento de 10°C min-1, sob atmosfera dinâmica de ar (50 mL.min-1) e empregando cadinho de Pt contendo massa de amostra de cerca de 15 mg. Antes dos ensaios foi obtida uma curva em branco (cadinho vazio), nas mesmas condições experimentais, para subtração de linha base. As condições de medidas do equipamento foram verificadas a partir da obtenção das curvas TG/DTG de uma amostra padrão de oxalato de cálcio monohidratado, que quando é decomposta termicamente libera H2O, CO e CO2 e apresenta como produto sólido final CaO. Essas curvas evidenciaram as três etapas de perdas de massa, correspondentes à desidratação (entre 100 – 2500C e m = 12,26%), decomposição térmica do sal anidro (entre 400 – 590oC e m = 19,15%) e decomposição do CaCO3 (entre 600 – 9000C e m = 29,87%). Os valores obtidos foram muito próximos aos calculados estequiometricamente, indicando que a instrumentação está adequada para as medidas. As curvas TG/DTG da amostra de biomassa original ilustradas na Figura 5, evidenciaram quatro etapas de perda de massa. A primeira ocorreu entre 25 e 120°C, (Tpico DTG = 580C e ∆m = 11,1%) e é devida a eliminação de H2O de umidade ou superficial e/ou outras espécies voláteis presentes. A segunda e terceira etapas corresponderam, respectivamente, às perdas de massa de 63,0% (Tpico DTG = 311°C); 22,7 % (TpiDTG = 427°C) e são devidas à decomposição térmica da co matéria orgânica (celulose, hemicelulose, lignina e material carbonáceo formado da decomposição térmica dessas espécies presentes na madeira). Na temperatura de 600oC o resíduo é composto de matéria inorgânica e corresponde a 3,2% da massa inicial. A quarta etapa que ocorreu entre 600 e 1000oC e a perda de massa que foi de apenas 0,5% pode ser atribuída à eliminação de material carbonáceo não eliminado na etapa anterior e/ou devido a decomposição de térmica de algum material inorgânico ainda termicamente decomponível nessa faixa de temperatura. O resíduo pode ser constituído alguns óxidos metálicos como K2O, Na2O, CaO, MgO, Fe2O3, e também, P2O5 gerado da decomposição térmica de algum fosfato.

Figura 5. Curvas TG/DTG obtidas a 10oC min-1 e sob atmosfe Figura 4. Cálculo de calibração para determinação do cloreto ra dinâmica de ar da amostra de biomassa original.Fonte: Elaborado pelo autor. presente na madeira. Fonte: Elaborado pelo autor.

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As curvas TG/DTG da amostra de biomassa tratada, após o método de tratamento, ilustradas na Figura 6, evidenciaram três etapas de perda de massa. A primeira ocorreu entre 25 e 120°C, (Tpico DTG = 55oC e ∆m = 10,9%) e é devida a eliminação de H2O de umidade ou superficial e/ ou outras espécies voláteis presentes. Na segunda perda de massa de 70,1%, a curva DTG evidenciou claramente a ocor rência de dois eventos sobrepostos (Tombro DTG = 316oC e Tpico DTG = 353°C). A terceira etapa correspondeu à perda de massa de 18,6 C (Tpico DTG = 475°C). Na temperatura de 600oC o resíduo é composto de matéria inorgânica e corresponde a 0,4% da massa inicial que permanece, praticamente, estável termicamente até a temperatura de 1000oC. Comparando este resultado com o encontrado para a amostra antes do tratamento, pode-se concluir que a material submetido ao método de tratamento obteve remoção de cerca de 2,2% de material inorgânico, o qual representa a extração de 82% do total de inorgânicos presente na biomassa.

Figura 7. Sobreposição das curvas TG/DTG obtidas a 10oC min-1 e sob atmosfera dinâmica de ar das amostras de biomassa original e tratada. Fonte: Elaborado pelo autor.

A sobreposição das curvas TG/DTG das amostras da biomassa antes e após o tratamento, ilustradas na Figura 7, permitiu observar uma modificação significativa no perfil de decomposição térmica da matéria orgânica presente na madeira. Dessa forma pode-se concluir que além da remoção de material inorgânico pela biomassa tratada, houve alguma modificação estrutural no material que além de deslocar o início de decomposição térmica de 220oC para 233oC, também, deslocou os processos térmicos para temperaturas maiores.

Os procedimentos, descritos, foram aplicados como prova de conceito, em nível laboratorial, simulando condições reais em grande escala. Os resultados obtidos no laboratório, submetido a teste de cloreto em cromatógrafo seletivo de íons mostraram que as taxas do elemento cloro do material pré-tratado foram eliminados. A análise de determinação da concentração de metais alcalinos presentes nas cinzas, obtidos por um analisador termogravimétrico até 600°C verificou a redução de 90% das taxas de cinzas, em comparação com o material não tratado.

Estes resultados evidenciaram que a aplicação do tratamento na amostra de madeira de eucalipto gerou uma biomassa com teor de cloreto praticamente nulo e redução do teor de metais alcalinos próximo a 10% do material inicial propiciando o atendimento do limite definido pelas normas Enplus ou semelhantes, enquadrando a biomassa de eucalipto no mercado internacional de biomassa sólida para bioenergia.

O processo deste método resulta na eliminação e/ou redução a níveis aceitáveis pelas normas pertinentes das emissões de cloro, evitando assim a formação de dioxinas, gases tóxicos mutagênicos danosos para a saúde humana, e propiciando substancial eliminação de metais alcalinos reduzindo assim a formação de cinzas, e diminuindo a corrosão dos equipamentos de combustão para produção de energia através de biocombustíveis sólidos.

Resultados

O material resultante encontra-se com reduzidas taxas (< 0,02%) de cloro, contendo metais alcalinos com baixo teor de formação de cinzas (< 0,3%), apresentando características físicas ideais para o processo de peletização, propiciando dessa forma a produção de biocombustível sólido na forma de pellets ou outra, utilizando como insumo madeira de lenho juvenil combinado ou não com lenho tardio de Eucalyptus ssp., com o atendimento dos limites de teor de cloro e outros inorgânicos definidos pela norma Enplus e semelhantes para comercialização de pellets combustível.

Maiores informações: Figura 6. Curvas TG/DTG obtidas a 10oC min-1 e sob atmosfera dinâmica de ar da amostra de biomassa tratada. Fonte: Elaborado pelo autor.

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http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/106/106131/ tde-23032017-171758/


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Propostas enviadas durante consulta pública do programa RenovaBio busca aumentar produção renovável

O programa do Governo Federal, RenovaBio, que foi lançado pelo Ministério de Minas e Energia (MME) em dezembro de 2016 e tem como objetivo expandir a produção de biocombustível no Brasil encerrou a fase de consulta pública na última semana. “O RenovaBio é uma iniciativa da maior importância para que ocorra a expansão sustentável da oferta de biocombustíveis em 2030. Agora o programa aguarda a aprovação do Congresso Nacional no segundo semestre de 2017. Com o objetivo de tornar a matriz energética brasileira mais renovável e assim cumprir as metas estabelecidas no Acordo de Paris até 2030, o programa pretende aumentar a participação dos biocombustíveis em 18%, assim como favorecer também a produção de energia renovável através da biomassa, da energia solar e da eólica chegando até 23% da matriz brasileira. De acordo com a União da Indústria de Cana de Açúcar (UNICA) a entidade contribuiu com

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algumas propostas durante o período de consulta pública do programa. Dentre as contribuições estão à diferenciação tributária entre o etanol e a gasolina, linhas de financiamento mais adequadas à realidade econômica das usinas e a expansão da bioeletricidade. Na visão do diretor Executivo da UNICA, Eduardo Leão de Sousa, as propostas encaminhadas pela entidade visam o crescimento da energia renovável no país. “O RenovaBio é uma iniciativa da maior importância para que ocorra a expansão sustentável da oferta de biocombustíveis em 2030. Somente em relação ao etanol, por exemplo, será preciso um salto dos atuais 28 bilhões de litros para aproximadamente 50 bilhões. Entendemos que as metas são ousadas, porém plenamente exequíveis, desde que existam políticas públicas que deem a previsibilidade necessária para os investimentos que virão do setor produtivo” ressaltou ele.


Relatório aponta crescimento das renováveis Uso de fontes renováveis para produção de energia pode contribuir com economia mundial

Uso de recursos naturais para produção de energia pode contribuir com economia mundial. Um relatório desenvolvido pela Organização das Nações Unidas (ONU) em 2015 mostra que o uso correto de fontes renováveis para produção de energia e também para produtos sustentáveis pode favorecer a economia mundial.

Segundo a Agência Brasil a expectativa do estudo é que com toda a descoberta a produção de energia limpa aumente nos próximos anos.

Intitulado como Eficiência de Recursos: Potencial e Implicações Econômicas, o estudo mostra que a produção de energia limpa através do sol, do vento e também dos resíduos florestais como a biomassa, pode contribuir com a redução da temperatura global, além de adicionar dois trilhões de dólares na economia mundial até 2050. De acordo com os especialistas de gestão de recursos naturais, o uso correto dos recursos naturais pode criar mais empregos e assim também criar fundos mais específicos para financiar empreendimentos voltados à área sustentável. Além disso, os especialistas também concluem que os países terão um fortalecimento nas questões politicas, o que facilitaria a transição para práticas mais eficientes, deixando o uso de combustível fóssil em segundo plano. Segundo a Agência Brasil a expectativa do estudo é que com toda a descoberta a produção de energia limpa aumente nos próximos anos. A estimativa feita pelo relatório conclui que o uso de metais, biomassa, minerais entre outros produtos subam suas produções de 85 bilhões para 186 bilhões de toneladas. Revista Biomassa BR

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Feira da Floresta tem balanço positivo Diversas empresas e entidades da base florestal estiveram representadas na 6a Feira da Floresta, que aconteceu no início do mês em Gramado (RS).

te associações dos estados da Bahia, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Rio Grande do Sul, Paraná, São Paulo, Tocantins e Mato Grosso.

A tradicional Feira da Floresta, que acontece no estado do Rio Grande do Sul, teve a participação das principais entidades e empresas que atuam no setor de base florestal do país. Em três dias de fóruns, congressos e exposições foram apresentadas as novidades e tendências dos diversos segmentos que fazem parte da cadeia da floresta e da madeira.

De acordo com o diretor executivo da ACR a sociedade está começando a entender o setor florestal como ele realmente é. “Gera empregos e movimenta a economia. Existe uma busca incrível por avanços tecnológicos e científicos, que consequentemente são benéficos para diversos outros setores.

E está cada vez mais claro para a sociedade que a indústria florestal é dependente do meio ambiente e por isso tem o maior interesse em preservá-lo. A madeira está no dia-a-dia da população. Estamos sempre buscando formas de disponibilizar essa matéria-prima fundamental ao ser humano e ao mesmo tempo preservar recursos hídricos, flora e fauna nativa”.

O diretor executivo da Associação Catarinense de Empresas Florestais (ACR), Eng. Florestal Mauro Murara Jr., representou a entidade e classificou como importante o encontro entre profissionais de diversas partes do Brasil, com interesses em comum. “Tivemos reuniões do Fundo Nacional de Controle da Vespa da Madeira, da Câmara Setorial de Florestas Plantadas, das Associadas à Ibá e outros encontros que são fundamentais para fomentarmos o setor florestal em Santa Catarina e no Brasil”, afirma Murara Jr. A Ibá (Indústria Brasileira de Árvores) congrega grandes empresas e as principais associações estaduais de base florestal. Além da ACR, fazem par-

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Foto: Reunião do FUNCEMA durante a 6a Feira da Floresta Crédito: Divulgação/ACR


2º Biomassa Florestal e Energia RS ocorreu simultaneamente a Feira da Floresta Durante todo o dia 04, simultâneo a 6ª edição da Feira da Floresta, ocorreu o 2º BIOMASSA FLORESTAL e ENERGIA RS, evento bastante prestigiado pelo público presente. O foco principal das palestras e debates foi o uso da Biomassa Florestal na geração de energia. O objetivo do evento era apresentar aos mercados produtores de Biomassa Florestal, indústria e consumidores de insumos energéticos, o momento atual no Brasil e no Mundo, do potencial desta para a produção de pellet, briquetes e outros de base florestal. O 2º BIOMASSA abriu pela manhã os eventos simultâneos a Feira, onde profissionais dos setores de consultoria, agronomia, universidades e entidades ligadas ao setor florestal, apresentaram suas palestras.

Sr. Markus Lehmann, da Canoa Consultoria, em palestra sobre "Visão Global do Mercado de Biomassa".

Professor Dr. Javier Farago Escobar, da Universidade São Paulo (USP) - "Pellets de Biomassa - O caso brasileiro no contexto mundial".

Professor Dr. Glêison Santos, da Universidade Federal de Viçosa (UFV), apresentando sobre "Florestas Energéticas".

Engenheiro Agrônomo Pedro Francio Filho, da Francio Soluções Florestais, com tema "Florestas de Alta Produtividade".

"Briquetes e Cavacos de Madeira" - Dr. José Dilcio Rocha da Embrapa Gestão Territorial.

O evento foi realizado em parceria da Futura Feiras e do Grupo FRG Mídias & Eventos.

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SISTEMA para aproveitar até o bagaço Resíduos de cana viram energia com a ajuda de tecnologia e equipamentos modernos

Da cana vem o açúcar, energia para os seres humanos; e o etanol, combustível para as máquinas. O que sobra do processo, o bagaço, e a palha que fica no campo, também podem ser transformados em energia. O material processado, a biomassa, gera energia térmica, que por sua vez produz energia elétrica. Atualmente o Brasil ainda não aproveita todo o potencial energético da palha da cana como poderia. Estudos indicam que aproximadamente 50% da palha gerada pode ser aproveitada, com ganhos para a área agrícola e meio ambiente. Para cada 10 mil toneladas de palha de cana é possível gerar até 153 Megawatts (MW). APROVEITAMENTO MÁXIMO Empresa brasileira do segmento sucroenergético, a Jalles Machado desenvolve produtos de alta qualidade em paralelo com ações socioambientais, com foco no desenvolvimento sustentável. Eles já exportam açúcar orgânico para a Áustria e a Holanda. O investimento em mão de obra especializada e em novas tecnologias está trazendo resultados significativos. São cerca de 4,5 milhões de toneladas de cana processadas em média a cada ano. Tudo isso gera aproximadamente 250 milhões de litros de etanol e 205 mil toneladas de açúcar. Além dos dois principais produtos (açúcar e etanol) a Jalles Machado também produz látex e energia a partir da cana de açúcar. A utilização de biomassa para gerar energia é um dos diferenciais da empresa. Com o bagaço e a palha da cana a empresa desenvolve o processo de cogeração. O início desse processo

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foi em 2000, com a instalação de uma central termelétrica. A empresa se tornou pioneira em Goiás na cogeração de energia a partir do bagaço de cana. Além de suprir o consumo de energia elétrica da própria usina, o excedente da produção é comercializado, gerando uma receita adicional. Atualmente, a capacidade de cogeração é de 40 MW e 48 MW em duas unidades, energia suficiente para abastecer uma cidade com cerca de 300 mil habitantes. Para transformar todo esse resíduo a Jalles Machado investiu em um triturador modelo HG6000E, da fabricante Vermeer. O equipamento foi comprado em 2015 depois de uma criteriosa avaliação de mercado. “Tivemos contato com consultores e empresas que estavam realizando a trituração de palha de cana para alimentação de caldeira”, explica Eduardo Oliveira Pimenta, gerente de manutenção industrial da Jalles Machado. Depois de recolhida e enfardada a palha da cana alimenta o triturador, que transforma e prepara tudo para alimentar as caldeiras. De acordo com o gerente industrial o triturador HG6000, que é elétrico, processa aproximadamente 25 toneladas por hora. “Avaliando as opções do mercado e decidimos que o equipamento era o que mais se enquadrava na nossa necessidade, com custo compatível às nossas possibilidades”, afirma ele. No início algumas dificuldades técnicas limitavam as operações. “Após a instalação de uma mesa de alimentação de fardos e um sistema de exaustão de poeira melhoramos significativamente as operações. O suporte técnico da Vermeer sempre atuou e apoiou na busca de soluções para os problemas

enfrentados”, lembra Eduardo. Processo de cogeração de energia a partir do bagaço de cana: • O bagaço, proveniente da moagem da cana, é enviado à caldeira. • O bagaço é queimado na caldeira para geração de vapor. • O vapor de alta pressão é enviado às turbinas dos geradores de energia elétrica. • A energia gerada é consumida na própria usina e o excedente é comercializado e abastece a comunidade. Processo de cogeração de energia com a incorporação de palha ao bagaço: • É realizado o enleiramento da palha, quatro dias após a colheita da cana. • As enfardadoras recolhem a palha em forma de fardos de aproximadamente 400 kg. • Os fardos são enviados à indústria, onde serão desfeitos e triturados. • A palha é incorporada ao bagaço que irá abastecer a caldeira para geração de vapor. • O vapor de alta pressão movimenta as turbinas dos geradores.

Maiores informações: www.vermeer.com


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Boa fase do setor de Biomassa e Energia, deve ser ampliada em 2017 A biomassa voltou a ser a segunda fonte de geração mais importante do Brasil.

O bom desempenho da bioeletricidade e de outras fontes como hidráulica e eólica continuam impulsionando o crescimento da participação de renováveis no País

Relatórios apontaram que a geração com Biomassa, ficou em segundo lugar entre as fontes renováveis em 2016. Este contexto positivo esta sendo refletindo nos grandes eventos do setor no Brasil, CIBIO 2017 – Congresso Internacional de Biomassa & 2ª EXPOBIOMASSA – Feira Internacional de Biomassa e Energia. A biomassa voltou a ser a segunda fonte de geração mais importante do Brasil na Oferta Interna de Energia Elétrica (OIEE) com o registro de 8,8%, em 2016, superando os 8,1% de participação do gás natural. As informações são do Boletim Mensal de Energia (referência – dezembro/2016), elaborado pelo Ministério de Minas e Energia (MME). De um total de geração de 54 TWh por biomassa em 2016, o bagaço e a palha da cana contribuíram com 36 TWh, ou 67%.

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Compõem a biomassa o bagaço e a palha da cana, os resíduos de madeira da produção de celulose, o biogás, a casca de arroz, dentre outros pouco significativos. O bom desempenho da bioeletricidade e de outras fontes como hidráulica e eólica continuam impulsionando o crescimento da participação de renováveis no País. Segundo o boletim, o Brasil fechou o ano de 2016 com o total de 82,7% de fontes renováveis na Oferta Interna de Energia Elétrica, contra o indicador de 75,5% verificado em 2015.


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