Como funciona: Biomassa

29/04/2017 - 07:29
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Antes de descobrirmos TUDO sobre a biomassa, vamos ver um pequeno vídeo explicativo sobre o tema:

O que é a Biomassa?

Do panorama da geração de energia, o termo biomassa abrange os derivados recentes de organismos vivos empregados como combustíveis ou para a sua produção. Do ponto de vista da ecologia, biomassa é a quantia total de matéria viva presente num ecossistema ou numa população animal ou vegetal. Os dois conceitos estão, portanto, interligados, embora sejam desiguais.

Na definição de biomassa para a geração de energia não se contabiliza os tradicionais combustíveis fósseis, apesar destes também serem derivados da vida vegetal (carvão mineral) ou animal (petróleo e gás natural), mas são resultado de várias transformações que requerem milhões de anos para acontecerem. A biomassa conta com recursos naturais renováveis, contrariamente aos combustíveis fósseis.

A biomassa é utilizada na produção de energia a partir de processos como a combustão de material orgânico que se encontra presente num ecossistema, porém nem toda a produção primária passa a incrementar a biomassa vegetal do ecossistema. Parte dessa energia acumulada é empregada pelo ecossistema para sua própria manutenção.

Quando utilizados como biomassa, estes dejetos transformam-se em combustível para produzir eletricidade de forma acessível. É, além disso, uma maneira bastante limpa de produção energética, considerando que todo este material teria algum tipo de impacto ao apodrecer.

História

Apenas há pouco mais de 100 anos a biomassa acabou perdendo sua liderança para a energia do carvão e, posteriormente, com o crescimento contínuo do petróleo (atualmente a principal substância empregada) e do gás natural, sua utilização foi reduzida praticamente às residências em regiões agrícolas, porém a biomassa é uma fonte utilizada bem antes da descoberta do “ouro negro”. Um dos primeiros empregos dela pelo ser humano para adquirir energia teve início com a utilização do fogo como fonte de calor e luz. O domínio desse recurso natural trouxe à humanidade a possibilidade de exploração dos minerais, marcando novo período antropológico. A madeira do mesmo modo foi, por um longo período de tempo, a principal fonte energética, já os óleos de fontes diversas eram utilizados em menor escala. O grande salto da biomassa deu-se com o advento da lenha na siderurgia, no período da Revolução Industrial.

Nos anos que compreenderam o século XIX, com a revelação da tecnologia a vapor, a biomassa passou a ter papel primordial também para obtenção de energia mecânica com aplicações em setores na indústria e nos transportes. A USGA, éter etílico, óleo de mamona e alguns compostos de álcool como a azulina e a motorina, foram produzidos em substituição à gasolina ou ao Diesel com sucesso, da década de 1920 até os primeiros dias da dezena seguinte; período do colapso decorrente da Primeira Guerra Mundial. A respeito do início da exploração dos combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o petróleo, a lenha continuou desempenhando importante papel energético, principalmente nos países tropicais. No Brasil, foi aproveitada em larga escala, atingindo a marca de 40% da produção energética primária.

Durante os colapsos de fornecimento de petróleo que ocorreram durante a década de 1970, essa importância se tornou evidente pela ampla utilização de artigos procedentes da biomassa como álcool, gás de madeira, biogás e óleos vegetais nos motores de combustão interna. Não obstante, os motores de combustão interna foram primeiramente testados com derivados de biomassa, sendo praticamente unânime a declaração de que os combustíveis fósseis só obtiveram primazia por fatores econômicos, como oferta e procura, nunca por questões técnicas de adequação.

Quanto aos impactos ambientais, o uso da biomassa em larga escala também exige certos cuidados que devem ser lembrados, durante as décadas de 1980 e 1990 o desenvolvimento impetuoso da indústria do álcool no Brasil tornou isto evidente. O resultado pode ser destruição da fauna e da flora com extinção de certas espécies, contaminação do solo e mananciais de água por uso de adubos e outros meios de defesa manejados inadequadamente.

Funcionamento da Biomassa

A biomassa é utilizada na produção de energia a partir de processos como a combustão de material orgânico produzida e acumulada em um ecossistema

Transformar a Biomassa em Energia

Existem quatro formas de transformar a biomassa em energia:

  1. Pirólise: através dessa técnica, a biomassa é exposta a supremas temperaturas sem a presença de oxigênio, mirando o acelerar da decomposição da mesma. O que sobra da decomposição é uma mistura de gases, líquidos (óleos vegetais) e sólidos (carvão vegetal);
  2. Gasificação: assim como na pirólise, aqui a biomassa também é acalorada na ausência do oxigênio, originando como produto final um gás inflamável. Esse gás ainda pode ser filtrado, visando à remoção de alguns componentes químicos residuais. A diferença básica em relação à pirólise é o fato de a gaseificação exigir menor temperatura e resultar apenas em gás;
  3. Combustão: aqui a queima da biomassa é realizada a altas temperaturas na presença abundante de oxigênio, produzindo vapor a alta pressão. Esse vapor geralmente é usado em caldeiras ou para mover turbinas. É uma das formas mais comuns hoje em dia e sua eficiência energética situa-se na faixa de 20 a 25%;
  4. Co-combustão: essa prática propõe a substituição de parte do carvão mineral utilizado em urnas termoelétricas por biomassa. Dessa forma, reduz-se significativamente a emissão de poluentes. A faixa de desempenho da biomassa encontra-se entre 30 e 37%, sendo por isso uma escolha bem atrativa e econômica atualmente.

 

Materiais que são usados para gerar energia

  • A lenha é muito utilizada para produção de energia por biomassa – no Brasil, já representou 40% da produção energética primária. A grande desvantagem é o desmatamento das florestas, porém, vale destacar que existe a possibilidade de utilizarmos a floresta plantada evitando assim a utilização de florestas nativas.
  • Cana-de-açúcar – no Brasil, diversas usinas de açúcar e destilarias estão produzindo metano a partir da vinhaça. O gás resultante está sendo utilizado como combustível para o funcionamento de motores estacionários das usinas e de seus caminhões. O equipamento onde se processa a queima ou a digestão da biomassa é chamado de biodigestor. Numa destilaria com produção diária de 100.000 litros de álcool e 1.500 m³ de vinhaça, possibilita a obtenção de 24.000 m³ de biogás, equivalente a 247,5 bilhões de calorias. O biogás obtido poderia ser utilizado diretamente nas caldeiras, liberando maior quantidade de bagaço para geração de energia elétrica através de termoelétricas, ou gerar 2.916 kW de potência, suficiente para suprir o consumo doméstico de 25.000 famílias;
  • Serragem (ou serrim, ou ainda serradura);
  • Papel já utilizado;
  • Galhos e folhas decorrentes da poda de árvores em cidades ou casas;
  • Embalagens de papelão descartadas após a aquisição de diversos eletrodomésticos ou outros produtos;
  • Casca de arroz;
  • Capim-elefante;
  • Lodo de ETE: Especialmente os provenientes do processo de lodos ativados amplamente utilizados na indústria têxtil;


Produtos derivados da biomassa

Alguns exemplos de produtos derivados da biomassa são:

  • Bio-óleo: líquido negro obtido por meio do processo de pirólise cujas destinações principais são aquecimento e geração de energia elétrica.
  • Biogás: metano obtido juntamente com dióxido de carbono por meio da decomposição de materiais como resíduos, alimentos, esgoto e esterco em digestores de biomassa.
  • Biomass to Liquids: líquido obtido em duas etapas. Primeiro é realizado um processo de gasificação, cujo produto é submetido ao processo de Fischer-Tropsch. Pode ser empregado na composição de lubrificantes e combustíveis líquidos para utilização em motores do ciclo diesel.
  • Etanol celulósico: etanol obtido alternativamente por dois processos. Em um deles a biomassa, formada basicamente por moléculas de celulose, é submetida ao processo de hidrólise enzimática, utilizando várias enzimas, como a celulase, celobiase e β-glicosidase. O outro processo é composto pela execução sucessiva das três seguintes fases: gasificação, fermentação e destilação.
  • Bioetanol “comum”: feito no Brasil à base do sumo extraído da cana de açúcar (caldo de cana). Há países que empregam milho (caso dos Estados Unidos) e beterraba (da França) para a sua produção. O sistema à base de cana-de-açúcar empregado no Brasil é mais viável do que o utilizado pelo americano e francês.
  • Biogasolina: substituta da gasolina, produzida de matéria-prima vegetal (açúcar, celulose, etc.).
  • Biodiesel: éster produzido com óleos vegetais como do dendê, da mamona, do sorgo e da soja, etc.
  • Óleo vegetal: Pode ser usado em Motores diesel usando a tecnologia Elsbett
  • Lenha: Forma mais antiga de utilização da Biomassa.
  • Carvão vegetal: Sólido negro obtido pela carbonização pirogenal da lenha ou carbonização hidrotermal.
  • Turfa: Material orgânico, semi decomposto encontrado em regiões pantanosas.
  • Gás pobre (gás de síntese): produzido por gasogênios que realizam a combustão controlada e parcial de biomassa.

 

 

Vantagens e Desvantagens

Vantagens da utilização da Energia a Biomassa

  • É uma energia renovável;
  • É pouco poluente, não emitindo dióxido de carbono (de acordo com o ciclo natural de carbono neutro);
  • É altamente fiável e a resposta às variações de procura é elevada;
  • A biomassa sólida é extremamente barata, sendo as suas cinzas menos agressivas para o ambiente;
  • Verifica-se uma menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos, etc.);
  • A não emissão de dióxido de enxofre, tão poluente ao meio ambiente;
  • Menor risco ambiental;
  • As emissões não contribuem para o efeito estufa.

Desvantagens da utilização da Energia a Biomassa

  • Desflorestação de florestas, além da destruição de habitats;
  • Possui um menor poder calorífico quando comparado com outros combustíveis;
  • Os biocombustíveis líquidos contribuem para a formação de chuvas ácidas;
  • Dificuldades no transporte e no armazenamento de biomassa sólida;
  • Custo elevado na aquisição de equipamentos industriais;
  • Maior possibilidade de geração de material, particulado na atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para caldeira e equipamentos de remoção de material particulado lançado no meio ambiente;
  • Dificuldade na estocagem e no armazenamento dos resíduos.

 

Atualidade

Entre as fontes para produção de energia, a biomassa apresenta um grande potencial de crescimento nos próximos anos, de acordo com os estudos de planejamento do Ministério de Minas e Energia (MME). Ela é considerada como uma alternativa viável para a diversificação da matriz energética dos países, em substituição aos combustíveis fósseis, como petróleo e carvão, por exemplo.

Biomassa é toda matéria orgânica não fóssil, de origem animal ou vegetal, que pode ser utilizada na produção de calor, seja para uso térmico industrial, seja para geração de eletricidade e/ou que pode ser transformada em outras formas de energias sólidas (carvão vegetal, briquetes), líquidas (etanol, biodiesel) e gasosas (biogás de lixo).

Até 2021, os estudos do MME mostram a manutenção da participação das fontes renováveis na matriz de OIE, acima de 44%, ficando a biomassa com percentuais superiores a 30%. Em 2021, especificamente, a biomassa chegará a 32,4% de participação.

Biogás

O biogás é mais uma forma de energia favorável ao meio ambiente, na medida em que contribui para a redução dos gases causadores do efeito estufa e reduz a contaminação do solo e dos lençóis freáticos. A produção de biogás a partir de dejetos urbanos, industriais e agropecuários permite o seu uso para produção de calor, que pode ser diretamente utilizado em residências e em atividades industriais e agropecuárias, bem como utilizado na geração de energia elétrica.

A UTE (Usina Termelétrica) Salvador é a primeira termelétrica a biogás de aterro sanitário do Nordeste. Localiza-se na capital baiana, no aterro municipal da cidade de São Cristóvão, com mais de 30 hectares, nos quais são depositadas 2,5 mil toneladas de lixo, diariamente. A geração é administrada pela Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia (COELBA).

O avanço nas pesquisas sobre a utilização do biogás como fonte de energia motivou a criação do Centro de Estudos do Biogás, no Parque Tecnológico Itaipu (PTI), no Paraná. Um dos objetivos do centro é o de ser fonte de informação e referencial de dados técnico-científicos sobre toda a cadeia de suprimento do biogás. O centro conta com o Laboratório de Biogás, onde se realizam análises de quantificação e aprimoramento do produto biogás, entre outros serviços. Também promove cursos de atualização em energias renováveis, em ensino a distância, para capacitar profissionais sobre a utilização do biogás como produto da economia rural e agroindustrial.

Do universo de UTEs em operação no Brasil, 27% (493 usinas) usam como combustível alguma forma de biomassa. Juntas, essas usinas possuem uma potência instalada de 12,8 milhões de kW (ou seja, 33% da potência de todas as UTEs em funcionamento no Brasil). A potência instalada média das termelétricas a biomassa em funcionamento no Brasil é da ordem de 26,1 mil kW. O crescimento da potência instalada desse tipo de UTE no Brasil foi de incríveis 100% entre 2009 e 2015. A distribuição geográfica das UTEs em operação, baseadas em biomassa, pode ser vista na figura.

Futuro

Biomassa tem futuro promissor no Brasil – Setor representa cerca de 10% da potência outorgada pela (ANEEL)

A produção de energia a partir de biomassa vem crescendo ao longo dos anos em todo o mundo. No Brasil, o setor Sucroenergético vem investindo cada vez mais para que a produção se torne competitiva e abasteça a matriz energética brasileira nos próximos anos, dando assim um folego para outras fontes que estão mais escassas, como o setor hidrelétrico por exemplo.

A biomassa mais comum entre os meios está o bagaço e a palha da cana de açúcar, os quais são retirados para a produção de etanol e açúcar no país. De acordo com a Empresa de Pesquisas Energéticas – EPE, o país produziu cerca de 177 milhões de toneladas de bagaço de cana e 101 milhões de toneladas de palha em 2015. De acordo com pesquisadores, a bioeletricidade gerada a partir da cana de açúcar pode ser medida através do seu chamado “Poder Calorífico”, que nada mais é que a quantidade de energia liberada na combustão completa de um combustível em diversas condições de temperatura e pressão. Segundo o professor e gerente de bioeletrecidade da União da Indústria de Cana-de-Açúcar, Zilmar José de Souza, o setor de biomassa já representa 10% da potência outorgada pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e a tendência é só crescer devido ao número de usinas de biomassa que ainda entrarão em funcionamento no país.

Dentre as expectativas do setor está a participação das usinas nos leilões gerenciados pelo governo federal. A cada novo leilão, o setor tem cadastrado um número maior de projetos, o que o torna bastante promissor. Para Souza, o Brasil possui espaço suficiente para todas as fontes de energias renováveis, basta o governo saber ousar e criar políticas para incentivar o setor.

Curiosidades

O balanço das emissões de CO2 resultante da queima de biomassa é nulo.

  • Casca de coco verde:
    De acordo com tese de mestrado de Mayara Raysa Lima Esteves, da Universidade Federal de Alagoas, feito em  2014, o Brasil possui mais de 273 mil hectares cultivados com coqueiros. As cascas, comumente jogadas no lixo,  podem passar por trituradores e se transformar em bríquetes para substituir a lenha no processo de combustão. No Nordeste são encontrados os maiores produtores da fruta e a casca do coco possuem muitas vantagens, entre elas o alto poder calorífico na geração de energia. Além disso, o pó da casca de coco pode se tornar substrato agrícola e a fibra pode virar vasos e estofados para carros.
  • Energia a partir da casca de cupuaçu:
    Um projeto pioneiro na produção de energia a partir de biomassa está sendo desenvolvido no município amazonense de Manacapuru. O Centro Nacional de Referência em Biomassa, em parceira com o Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA) e com o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), está testando a casca de cupuaçu como combustível para produção de eletricidade. Para o projeto, foram escolhidas 187 famílias de agricultores do assentamento de Aquidaban. Após a definição de como será feita a distribuição da eletricidade gerada.
  • Plantas brasileiras produzem valiosas fontes de energia:
    Energia da Biomassa – A carnaúba, por exemplo, mas ela não está sozinha. Várias plantas que crescem no Brasil produzem óleo de valor comercial, bom combustível para indústrias e transporte. É a energia da biomassa, extraída da massa biológica das plantas, renovável e não poluente.
  • De acordo com o Banco Mundial, 50% a 60% da energia nos países em desenvolvimento vêm da biomassa, e metade da população mundial cozinha com madeira. A geração de energia por queima da madeira cresceu de 200 megawatts em 1980 para 7.800 megawatts atualmente. No Brasil, o principal uso é a fermentação e a destilação da cana-de-açúcar para a produção de etanol – um biocombustível .
  • A produção total de eletricidade através de biomassa e de aproximadamente 50GW e atende em torno de 14% da necessidade energética global.

 

Fontes:

 

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