Biomassa

Introdução - Biomassa

Hoje em dia, o emprego do termo biomassa nada mais é do que a matéria orgânica, de origem animal ou vegetal, que pode ser utilizada na produção de energia. Toda matéria possui uma quantidade de energia, que pode ser aproveitada de forma eficiente e sustentável. Esse tipo de energia representa uma forma indireta de energia solar armazenada nos organismos vivos após a fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos, uma vez que os vegetais formam a base da cadeia alimentar e servem de alimento para os demais habitantes da biosfera terrestre. A matéria-prima para produção de energia da biomassa é abundante, podendo abranger desde grãos (milho, trigo, soja), árvores, plantas aquáticas, resíduos agrícolas e florestais e resíduos municipais (dejetos e restos de alimentos). Pode ser utilizada como combustível de três formas: (i) combustível sólido como a lasca de madeira, (ii) combustível líquido produzido a partir da ação química ou biológica sobre a biomassa sólida e/ou da conversão de açúcares vegetais em etanol ou metanol e (iii) combustível gasoso produzido por meio do processamento com alta temperatura e pressão (HINRICHS; KLEINBACH, 2008).

Funcionamento

Existem vários modos de se obter energia elétrica através da biomassa. De acordo com a ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica, o aproveitamento da biomassa pode ser feito por meio da combustão direta, por processos termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação) ou por processos biológicos (digestão anaeróbia e fermentação). Na sequência serão discutidos os processos mais comuns empregados na transformação dessa energia em outras formas mais convencionais. No diagrama da Figura 4.1 são mostradas as principais tecnologias para a extração de energia da biomassa a partir de uma dada matéria-prima. Combustão Direta É a transformação da energia química dos combustíveis em calor (energia térmica), por meio das reações dos elementos constituintes com oxigênio. Para fins energéticos, a combustão direta ocorre essencialmente em fogões, fornos e caldeiras. O calor gerado serve para alimentar turbinas a vapor na geração de energia elétrica. Embora muito prático, o processo de combustão direta é normalmente muito ineficiente por causa das perdas associadas ao calor, como é observado nas usinas termoelétricas. Outro problema da combustão direta é a alta umidade e a baixa densidade energética do combustível, o que dificulta o seu armazenamento e transporte, já que se faz necessário um grande volume de material para gerar pouca energia (ANEEL, 2005). Gaseificação A gaseificação é um processo de conversão de combustíveis sólidos em gasosos, por meio de reações termoquímicas, envolvendo vapor quente e ar, ou oxigênio em quantidades inferiores à estequiométrica (mínimo teórico para a combustão). De modo geral, o gás produzido a partir da gaseificação da biomassa tem muitas aplicações práticas, desde a queima em motores de combustão interna até a queima por turbinas a gás para a geração de energia elétrica ou na geração direta de calor. (CENBIO, 2010). Pirólise Também é conhecida como carbonização e é o mais simples e mais antigo processo de conversão de um combustível (lenha) em outro de melhor qualidade e conteúdo energético (carvão vegetal). O processo consiste em aquecer o material original, normalmente entre 300°C e 500°C, na ausência de ar, até que o material volátil seja retirado. O principal produto final (carvão) tem uma densidade energética duas vezes maior que a lenha e queima em temperaturas muito mais elevadas. É usado também para abastecer turbinas a vapor na geração de eletricidade (CENBIO, 2010). Digestão anaeróbia Ocorre na ausência de ar, mas, nesse caso, o processo consiste na decomposição do material pela ação de bactérias (microrganismos acidogênicos e metanogênicos). Trata-se de um processo simples, que ocorre naturalmente com quase todos os compostos orgânicos. O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos (esterco animal, resíduos industriais etc.) podem ser feitos pela digestão anaeróbia em biodigestores, onde o processo é favorecido pela umidade e aquecimento (CENBIO, 2010). O produto final é o biogás que é composto essencialmente por cerca de 50% a 75% de metano ( 4 CH ) e dióxido de carbono. O gás metano pode ser usado para abastecer turbinas de geração de energia e seu conteúdo energético gira em torno de 5.500 kcal por metro cúbico. O efluente gerado pelo processo pode ser usado como fertilizante (ANEEL, 2005). Fermentação Também é um processo biológico anaeróbio em que os açúcares de plantas como batata, milho, beterraba e cana de açúcar são convertidos em álcool, por meio da ação de microrganismos. Em termos energéticos, o produto final é composto por etanol e, em menor proporção, metanol, e pode ser usado como combustível (puro ou adicionado à gasolina) em motores de combustão interna ou até em turbinas elétricas de pequena escala (ANEEL, 2005). Transesterificação Trata-se de um processo químico que consiste na reação de óleos vegetais com um produto intermediário ativo (metóxido ou etóxido), oriundo da reação entre álcoois (metanol ou etanol) e uma base (hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio) (RIBEIRO et al., 2001). Essa reação química tem como produtos a glicerina (resíduo) e uma mistura de ésteres etílicos ou metílicos que formam o biodiesel. Este último tem características físico-químicas muito semelhantes às do óleo diesel e, portanto, pode ser usado em motores de combustão interna de uso veicular ou estacionário para a geração de energia elétrica de pequena escala (ANEEL, 2005).

Aspectos Econômicos

Mais de um quarto da energia usada no Brasil tem origem vegetal, estando grande parte da biomassa energética disponível comercialmente. Pode-se citar a lenha, que transformada em carvão vegetal é usada na siderurgia e a cana de açúcar, usada na produção de açúcar, álcool combustível e energia elétrica (INEE, 2008). As transformações de energia da biomassa em energia útil, no entanto, são feitas, técnica e economicamente, com eficiência muito abaixo do recomendado. O INEE estima que pelo menos 25 Mtep (um megatep equivale a 106 toneladas de petróleo) hoje desperdiçados poderiam ser transformados em energia útil a partir de um trabalho sistemático que envolve mais mudanças culturais do que avanços tecnológicos. Os recursos renováveis representam cerca de 20% do suprimento total de energia no mundo, sendo 14% proveniente de biomassa. A proporção da energia total consumida no Brasil é de cerca de 25% de origem em biomassa. Em condições favoráveis a biomassa pode contribuir de maneira significante para a produção de energia elétrica (FCMC, 2010). No Brasil cerca de 30% das necessidades energéticas são supridas pela biomassa sob a forma de: (i) Lenha para queima direta nas padarias e cerâmicas, (ii) Carvão vegetal para redução de ferro gusa em fornos siderúrgicos e combustível alternativo nas fábricas de cimento do norte e do nordeste, (iii) No sul do país queimam carvão mineral, álcool etílico ou álcool metílico para fornecer calor e para indústria química, (iv) O bagaço de cana e outros resíduos combustíveis são utilizados para geração de vapor para produzir eletricidade, como nas usinas de açúcar e álcool, que não necessitam de outro combustível.

Impactos Ambientais

Os impactos ambientais são muito reduzidos na obtenção da energia de biomassa por conta da necessidade do cultivo da matéria-prima. Um bom exemplo é o álcool produzido através da cana-de-açúcar. Para se obter o etanol é preciso cultivar uma determinada quantidade de matéria-prima (cana-de-açúcar) que consome gás carbônico ( 2 CO ) até sua colheita. Este gás carbônico consumido anula o produzido posteriormente na combustão do etanol, tornando assim, reduzidos os impactos ambientais. Por outro lado, interfere negativamente na biodiversidade por conta do cultivo de monoculturas em grandes faixas de terra, no esgotamento de terras cultiváveis, na exposição do solo aos agrotóxicos e na emissão de poluente resultantes de queimadas clandestinas que facilitam o corte da cana. No caso do biogás, observa-se apenas a emissão de gás carbônico na atmosfera devido a sua queima. Por outro lado, destaca-se o aproveitamento da matéria orgânica, que seria muito poluente ao meio ambiente, de forma sustentável pelas indústrias. Em contra partida, possibilita o incentivo da reciclagem de efluentes sólidos, possibilitando a preservação dos recursos não renováveis.