Os combustíveis fósseis
constituem-se como a principal fonte de emissões de gases chamados de efeito
estufa (sendo os principais gases responsáveis pelo efeito estufa o CO2,
o CH4, o N20, o HFC, o PFC e o SF6 ) e de compostos sulfurados,
responsáveis pela chuva ácida.
A atual intensificação do efeito
estufa natural terrestre, que ocorre devido ao aumento dos gases de efeito
estufa na atmosfera, é considerada por grande parte da comunidade científica o
fenômeno responsável pelas mudanças climáticas globais atualmente em curso, que
aumentam a frequência dos eventos climáticos extremos como secas, inundações,
furacões, nevascas, ondas de calor, etc.
Assim, os estudos aprofundados
sobre o assunto levaram a comunidade internacional à tomada de decisões e à
criação de convenções e protocolos internacionais para negociação de reduções
de emissões, em especial, o Protocolo de Quioto, ferramenta criada para negociações
de permissões de créditos ou permissões de emissões entre os países signatários
do protocolo e promoção do desenvolvimento sustentável dos países em
desenvolvimento por meio da mitigação das mudanças do clima.
Segundo Martins (2004), uma das
formas de controlar as emissões de carbono é a substituição de recursos energéticos
derivados de combustíveis fósseis por outros com menores emissões de carbono
por kWh consumido, como ocorre com as Fontes renováveis (eólica, solar, biomassa,
etc.).
Dessa forma, a utilização de
biocombustíveis em substituição aos combustíveis fósseis possibilita a redução
de emissões líquidas de dióxido de carbono (C02), de monóxido de carbono (CO) e de gás metano (CH4), bem como de gases
sulfurados.
O incremento progressivo do uso de
energia proveniente de Fontes renováveis na matriz energética, em especial
bioenergia proveniente de biomassa, pode ser uma das melhores soluções para a
problemática do consumo de combustíveis fósseis.
Quando produzida de forma eficiente
e sustentável, a energia a partir da biomassa traz inúmeros benefícios
ambientais, econômicos e sociais quando comparados aos combustíveis fósseis.
Esses benefícios incluem o melhor manejo do solo, a criação de empregos, o uso
de áreas agrícolas excedentes, o fornecimento de vetores energéticos modernos a
comunidades rurais, a redução nos níveis de emissões de CO2, o
controle de resíduos e a reciclagem de nutrientes, entre outros.
No que se refere a questão social,
como a maior parte da biomassa é produzida na zona rural, ocorre a fixação do
homem no campo e a geração de empregos nessas regiões, principalmente de
pessoas de baixa escolaridade, que evita
o deslocamento populacional para áreas urbanas. Em países pobres, como os do
continente africano e da América Latina, a produção de biomassa sustentável
pode contribuir para o desenvolvimento social da região com a geração de renda
para as populações locais.
São grandes os benefícios
ambientais e energéticos decorrentes do cultivo, de plantas perenes e
florestas, além de plantações com safras anuais, que são de matérias-primas
alternativas de curto prazo para a produção de combustíveis.
Os sistemas agroflorestais podem desempenhar um papel importante na obtenção
de energia e fornecer outros benefícios para os agricultores e as comunidades
de entorno. Para diminuir os níveis de emissão de CO2, da biomassa
como um substituto dos combustíveis fósseis (substituição total, co-firing etc)
é vantajoso, do ponto de vista socioeconômico.
As vantagens econômicas da biomassa, principalmente para os
países em desenvolvimento, baseiam-se no fato de ser uma fonte de energia produzida
regionalmente e, portanto, colaborando para independência energética em relação
à importação de combustível e geração de receita. Na verdade, está questão econômica
da biomassa é uma questão estratégica, contrapondo as situações de crise mundial,
que se repetem com frequência cada vez maior.
Atualmente, o Brasil possui a
matriz energética mais renovável do mundo industrializado, com 45,3% de sua
produção proveniente de fontes como recursos hídricos, biomassa e etanol, além
das energias eólica e solar.
Este capítulo é o primeiro de uma
serie de três, que pretendem abordar as diferentes fontes de bioenergia no
Brasil. Neste primeiro é apresentado o tema de geração de eletricidade a partir
de resíduos agroindustriais, urbanos e rurais. Nos próximos serão abordadas
outras fontes como os biocombustíveis líquidos e a importância da biomassa no
Brasil e no mundo.
A utilização de biomassa para geração de energia elétrica no
Brasil
O Programa de Incentivo às
Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa) do Ministério de Minas e
Energia (MME) foi instituído em 2004 (Decreto nº 5.025) com o objetivo justamente de aumentar a
participação da energia elétrica produzida por fontes renováveis como biomassa,
eólica, solar e pequenas centrais hidrelétricas (PCHs). Atualmente, apenas
7,18% da energia gerada no Brasil provêm da biomassa.
Esta geração de eletricidade a
partir de biomassa ocorre principalmente nos setores sucroalcooleiro, de papel
e celulose, arrozeiro, nas agroindústrias que utilizam os resíduos
correspondentes (bagaço de cana, resíduos de madeira e licor negro, casca de
arroz). A utilização de biogás de resíduos urbanos e rurais ainda é reduzida,
com algumas plantas de geração em aterros sanitários e em produtores rurais no
Sul do país.
O
aumento da participação da biomassa na geração de energia no Brasil
depende do estudo de seu potencial e disponibilidade, uma vez que o uso de resíduos
como combustível em alguns setores não é algo tradicional. A coleta e a
sistematização de informações sobre disponibilidade desses recursos energéticos
é, portanto, fundamental para a elaboração e execução das políticas relativas
ao setor.
Com o intuito de viabilizar o uso
da biomassa como fonte eficiente de energia, o Centro Nacional de Referência em
Biomassa (Cenbio) realiza, desde 2002, um levantamento minucioso do potencial
de biomassa para geração de energia a partir de resíduos agrícolas, florestais,
urbanos, rurais e de óleos vegetais. O levantamento tem como objetivo
apresentar um panorama do potencial atual nacional na forma do "Atlas de
Bioenergia do Brasil".
Este Atlas é um instrumento para a
proposição de estudos relativos ao uso da biomassa como combustível e também
para o desenvolvimento de métodos e processos de melhoria de eficiência de geração
de energia a partir de resíduos já existentes. Sua importância é de auxiliar na
tomada de decisão, pois neste estudo é possível encontrar dados relativos ao
potencial de geração de energia baseado nos potenciais de biomassa em
diferentes regiões do Brasil.
O Atlas de Bioenergia apresenta,
para cada região do país, o potencial de bioeletricidade em MW, de cada tipo de
biomassa estudada.
Cada região do país tem sua vocação
agrícola particular, gerando diferentes tipos de resíduos a serem aproveitados
para geração de energia. Segundo o último levantamento realizado pelo Cenbio,
os potenciais de cada biomassa são apresentados a seguir.
Resíduos
agroindustriais
• Bagaço
de cana-de-açúcar
Atualmente, considera-se que uma
tonelada de cana colhida resulta em, aproximadamente, 33% de caldo; 33% de bagaço
(50% de umidade); e 33% de palhiço (palha e pontas com 15% de umidade).
O bagaço, subproduto resultante da
moagem e extração do caldo de cana, é largamente utilizado pela indústria sucroalcooleira
na produção de energia mecânica e vapor para uso interno, além da grande produção
de energia elétrica excedente, que é vendida para rede nacional.
Resíduos tais como palha e pontas
somente estão disponíveis quando é realizada a colheita mecanizada, com
posterior recolhimento parcial do palhiço do campo (50% da palha e pontas
colhidas) e transporte para indústria. De outra forma, tais resíduos são
queimados quando se opera a colheita manual com queima do canavial ou são
deixados no campo quando o transporte para a indústria não é viável
economicamente.
No Brasil, o maior produtor de
cana-de-açúcar é o Estado de São Paulo que representa 53,9% da produção
nacional (Conab, 2012). Ainda segundo a Conab, o Brasil moeu 571,4 milhões de
toneladas de cana-de-açúcar na safra 2011/2012. Na safra 2009-2010, o setor
apresentou uma capacidade instalada de 5.900 MW, com uma venda de excedentes à
rede de 2.100 MW (Unica, 2012). O bagaço de cana representa 81,4% da geração de
energia a partir de biomassa no Brasil (Aneel, 2012 b).
Com essa produção nacional, os
potenciais para geração de energia a partir dos resíduos da cana-de-açúcar são
de: 3.082 MW/safra para um cenário de 30 kWh/tonelada de cana moída, 4.109
MW/safra para um cenário de 40 kWh/tonelada de cana moída e, finalmente, 8.240
MW/safra para um cenário de 120 kWh/tonelada de cana moída, dependendo da
tecnologia empregada (pressão das caldeiras e tipo de turbina a vapor).
Esses três cenários são propostos
pois as usinas sucroalcooleiras estão em diferentes estágios de desenvoIvi-
mento em relação a eficiência das caldeiras utilizadas para geração de vapor. O
cenário de 30 kWh/tonelada de cana moída corresponde a substituição das
caldeiras de 21 bar por 60 bar e a introdução de turbinas multiestágio para as
moendas. O índice de 40 kWh por tonelada de cana moída se aplica para caldeiras
de 60 bar com as moendas eletrificadas.
Finalmente, o cenário mais
eficiente de 120 kWh/tonelada de cana moída considera o uso das palhas de
pontas (40% em peso) obtidas na colheita da cana crua e uso da energia gerada
durante o ano todo, ou seja, 8.322 horas por ano, em sistemas de 80 bar e
turbinas de condensação e extração.
• Resíduos
de madeira (silvicultura)
A partir da conscientização
de esgotabilidade das florestas nativas diante de uma exploração intensa, foram
desenvolvidas técnicas de plantio e manejo de espécies florestais com objetivo
de aumentar a produtividade. Em sua origem, as florestas plantadas, cuja
atividade exploratória chama-se silvicultura, atenderam às necessidades do país
em termos de madeira para fins industriais, especificamente para produção de
papel e celulose. Entretanto, desde o começo dos anos 1980 tem-se difundido
novos padrões e conceitos na formação de florestas homogêneas, visando a produção
de energia à partir de biomassa (Nogueira & Lora, 2003).
O termo floresta energética está
sendo usado para definir maciços florestais, a partir dos quais o objetivo é
obter maior quantidade de energia por hectare no menor espaço de tempo. As
diferenças básicas entre as florestas tradicionais e as florestas energéticas
estão no menor ciclo de corte, entre dois e quatro anos, e em maior densidade,
com espaço entre as árvores geralmente inferior a 2 x 2 metros, ou seja, mais
de 2.500 árvores por hectare. Tipicamente as espécies mais adaptadas as
florestas energéticas são o eucalipto e o pinheiro, no caso do Brasil, de clima
tropical.
Os resíduos florestais incluem os
subprodutos das atividades silviculturais, como pontas e caules deixados no
campo e que, em função da finalidade da madeira produzida, industrial ou energética,
apresentam distintas produções específicas.
Observa-se que a geração total de
resíduos na exploração florestal, incluindo resíduos de serragem, pode ser
muito superior a produção de madeira trabalhada.
O Brasil produziu 115.741.531 milhões de m3
de madeira em tora provenientes da silvicultura em 2010 (lBGE/SIDRA, 2012a). A
produção de madeira concentra-se nas regiões Sudeste e Sul do Brasil. No
Sudeste, há predomínio do Eucalyptus (93,8%) em relação ao Pinus (6,2%). No Sul
o Pinus predomina em 71,9% da área plantada, enquanto o Eucalyptus representa
apenas 28,1 % (ABRAF, 2011).
Em 2011 a capacidade instalada para
geração de eletricidade com resíduos de madeira era de 370 MW (Aneel 2012 b).
Com esta produção anual estima-se um potencial de geração de 1.650 MW por ano,
se utilizada tecnologia com eficiência de 15%. Esta tecnologia é indicada para
potenciais entre 200 kW/ano e 10 MW/ano. Para potenciais acima de 10 MW/ano, são
considerados equipamentos com eficiência de 30%,o que resulta numa potencia de
3.299 MW/ano, apenas para resíduos do processo industrial da madeira.
• Papel e celulose
O setor de papel e celulose possui
grande quantidade de resíduos principalmente nas indústrias produtoras de
celulose (indústrias de celulose e integradas, que produzem celulose e papel).
Estes resíduos são cascas e restos de madeira, além do licor negro, subproduto
da produção de celulose.
A geração de eletricidade excedente
para venda à rede só é possível (em alguns casos) nas indústrias de celulose,
em vista do balanço energético de cada tipo de indústria do setor. Algumas indústrias
como a Cenibra, em Minas Gerais, vendem excedente a rede.
Em 2011 o setor apresentava uma potência
instalada de 1.245 MW utilizando licor negro como combustível (Aneel, 2012 b).
• Casca
de arroz
O Brasil produziu,
em 2010, 11.235.986 toneladas de arroz em casca (IBGE/SIDRA, 2012b) sendo o Estado
do Rio Grande do Sul o maior produtor nacional, contribuindo com 61,2% da produção
em 2010.
A casca de arroz representa
aproximadamente 30% do total produzido. Este é o resíduo resultante do
beneficiamento do arroz que acontece nas instalações de grandes empresas
beneficiadoras ou de cooperativas de produtores.
O uso mais interessante desse resíduo
se dá em usinas termelétricas de energia (UTE). No Brasil já existem oitos UTEs
movidas à casca de arroz em operação e uma em construção.
Com o montante de arroz produzido
em 2010 no Brasil, o potencial de geração de energia é de 239 MW, mas em 2011 a
potência instalada era de 32 MW, representando apenas 0,35% do potencial total gerado
a partir de biomassa no país (Aneel, 2012 b).
Resíduos rurais
•
Biogás do tratamento de dejetos de suínos
O aproveitamento dos
dejetos animais, altamente poluentes, como fonte de energia elétrica ou térmica
pode ser bastante atraente. Além dos benefícios ambientais, por meio do
aproveitamento de dejetos que hoje são lançados no ambiente, o uso do biogás
como combustível reduz os custos com energia elétrica e, em alguns casos, gera
receita com a venda de energia excedente e de créditos de carbono.
Dentre os diversos tipos de rebanho
e na suinocultura que se verifica a maior emissão percentual de concentração de
metano no biogás, chegando a 66% (MOTTA, 1986). Contudo, produzir energia elétrica
a partir de dejetos de animais ainda não é uma prática disseminada, ainda que o
uso do biogás apresente-se como uma alternativa vantajosa para os produtores
rurais em termos de geração de energia elétrica e resolução do problema de
disposição final desses resíduos.
A produção de energia a partir dos
dejetos é realizada em biodigestores em que os dejetos são misturados com água
e mantidos por um período predefinido, variando de acordo com o tipo de
biodigestor e da temperatura local. Durante este período, as bactérias anaeróbicas
atuam sobre o dejeto liberando o biogás. O material residual deste processo é chamado
de biofertilizante. O biogás gerado pode ser aproveitado para geração de
energia elétrica ou térmica.
O rebanho suíno no ano de 2010 era
de quase 39 milhões de cabeças, o que representou um potencial para geração de
72.093.649 m3 de metano por mês no Brasil.
Resíduos urbanos
•
Biogás de aterro
Uma das formas mais comuns
e corretas de disposição final dos resíduos sólidos urbanos, ou lixo, é em
aterros sanitários. A disposição em aterros consiste no confinamento dos resíduos
em uma área com solo impermeabilizado, por meio de camadas de argila e
geomembrana de polietileno de alta densidade (PEAD) e coberto com camadas de
terra, isolando-o assim do meio ambiente.
Os resíduos sólidos urbanos, quando
acumulados de maneira continua nos aterros, sofrem ação de agentes naturais,
como água de chuva e microorganismos, que influenciam em sua decomposição.
Durante a decomposição ocorre o processo de digestão anaeróbia da matéria orgânica
presente no lixo, formando dois vetores poluidores do meio ambiente: a chorume,
líquido poluente, de cor escura e odor nauseante e o biogás.
O chorume é captado por meio de
tubulações horizontais, implementadas durante o aterramento do lixo e escoado
para tanques de tratamento ou de retenção, onde é armazenado e, posteriormente,
transportado para uma estação de tratamento.
Já o biogás é captado por tubos de
sucção horizontais e verticais que drenam o gás. Em cada tubo vertical é
conectada tubulação de transporte do biogás, que vai encaminhá-lo ao sistema de queima direta, em flare. Outra
possibilidade é a utilização do biogás em sistema de geração de energia.
A captação do biogás produzido em
aterro sanitário possibilita a geração de energia elétrica e térmica. No
entanto, o processo de recuperação é incompleto, pois permite o aproveitamento
de 40% a 60% do total de biogás produzido, devido a sua eficiência de coleta.
A produção de energia elétrica a
partir do biogás pode aumentar a eficiência energética do aterro, podendo torná-lo
autossuficiente em seu consumo. Além disso, há possibilidade de o aterro comercializar
a energia elétrica excedente e os creditos de carbono obtidos pela queima do
metano e sua transformação em dióxido de carbono.
O primeiro leilão de crédito de
carbono foi realizado em 2007, em que foram negociadas 808.450 toneladas de dióxido
de carbono pertencentes ao aterro Bandeirantes, por € 16,20 a tonelada. Em
setembro de 2008, ocorreu o segundo leilão, em que foram negociadas 454.657
toneladas de dióxido de carbono pertencentes ao Aterro Sanitário Bandeirantes e
outras 258.657 toneladas, originárias do Aterro Sanitário São João, por € 19,20
a tonelada. Atualmente, os valores encontram-se ao redor de € 11 a tonelada
(Point Carbon, 2011). A capacidade instalada em cada um destes dois aterros é
de 20 MW.
• Biogás de tratamento de esgoto
Dentre as diversas
alternativas disponíveis para o tratamento de efluentes líquidos, ou esgoto,
destaca-se a digestão anaeróbia. Os digestores anaeróbios, ou biodigestores, são
equipamentos utilizados para digestão da matéria orgânica presente nos
efluentes líquidos, permitindo a redução de seu potencial poluidor além da
recuperação da energia na forma de biogás.
Os biodigestores são câmaras
fechadas, nos quais é adicionado o efluente rico em material orgânico e, por
meio da decomposição anaeróbia, ocorre a diminuição da quantidade de sólidos e
de microorganismos patogênicos. Os modelos de biodigestores mais utilizados
para o tratamento de efluentes líquidos são: Chinês, Indiano e Rafa (Reator
Anaeróbio de Fluxo Ascendente).
O processo de digestão anaeróbia possui quatro
fases: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Somente nesta ultima
fase ocorre a formação do biogás, composto, principalmente, por metano e dióxido
de carbono, que pode ser utilizado como Fonte de energia.
O lodo resultante do processo de
digestão anaeróbia possui alto valor nutricional para plantios e o efluente
biodigerido pode, ainda, passar por um sistema de pós-tratamento antes de ser
lançado nos corpos d'água. É importante ressaltar que essa prática deve atender
às normas ambientais, como as Resoluções Conama nº 357, de 17 de março de 2005,
e nº 397, de 03 de abril de 2008.
A coleta de biogás proveniente do
tratamento anaeróbio do esgoto é realizada por meio de tubulação conectada a
parte superior do biodigestor. Essa tubulação direciona o biogás ao sistema de
purificação para, em seguida, ser encaminhado ao sistema de geração de energia
ou ao sistema de queima direta em flare, assim como ocorre com o biogás de
aterro sanitário.
A geração de energia pode ser elétrica para
consumo na estação de tratamento ou também de energia térmica, produzindo para
aquecimento dos próprios biodigestores.
Ambos os sistemas proporcionam
ganho na economia da estação de tratamento de efluente, tornando-o mais
atraente economicamente .
De maneira geral as Fontes de
biomassa ainda são pouco exploradas no Brasil, exceto pelas grandes indústrias,
como as sucroalcooleiras e de papel e celulose. o potencial do Brasil é enorme
e o uso da biomassa como Fonte eficiente de energia no país deverá se tornar
cada vez mais importante. Várias ações nesta direção já estão sendo realizadas
seja nas esferas governamental, seja entre as empresas privadas.
Artigo da
revista O Setor Elétrico edição 78 julho de 2012 por Maria Beatriz Monteiro,
Beatriz Acquaro Lora e Suani Teixeira Coelho.
