Biomassa como Fonte de Energia

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Planejamento Integrado de Recursos Energéticos
Fernanda Machado
Aula 9
Biomassa
Definição
Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica.
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Assim como a energia hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos.
A médio e longo prazo, a exaustão de fontes não-renováveis e as pressões ambientalistas poderão acarretar maior aproveitamento
energético da biomassa. Atualmente, a biomassa vem sendo cada vez mais utilizada na geração de eletricidade, principalmente
em sistemas de co-geração e no suprimento de eletricidade para demandas isoladas da rede elétrica.
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Origem
	Florestal (madeira).
	Agrícola (soja, arroz, cana-de-açúcar, milho).
	Rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo). 
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Nas regiões menos desenvolvidas, a biomassa mais utilizada é a
de origem florestal. Além disso, os processos para a obtenção de
energia se caracterizam pela baixa eficiência – ou necessidade de
grande volume de matéria-prima para produção de pequenas
quantidades.
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Informações Gerais
	Biomassa: maior potencial de crescimento.
	Nacional e Internacional.
	Diversificação da matriz energética.
	Redução da dependência combustíveis fósseis.
	Energia elétrica.
	Biocombustíveis – biodiesel e etanol.
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A biomassa é uma das fontes para produção de energia com
maior potencial de crescimento nos próximos anos. Tanto
no mercado internacional quanto no interno, ela é considerada
uma das principais alternativas para a diversificação da
matriz energética e a conseqüente redução da dependência
dos combustíveis fósseis. Dela é possível obter energia elétrica
e biocombustíveis, como o biodiesel e o etanol, cujo
consumo é crescente em substituição a derivados de petróleo
como o óleo diesel e a gasolina.
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Tipos de Biomassa
Lenha
	8,3% da energia primária.
	Lareiras, fornos, caldeiras industriais.
	Baixo custo.
	Países em desenvolvimento.
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A lenha possui representatividade na matriz energética brasileira, participando com 8,3% da produção de energia primária.
É uma matéria-prima utilizada por aproximadamente metade da população em lareiras, fornalhas, caldeiras industriais. É uma fonte energética de baixo custo e, por isso, bastante empregada na matriz energética de países em desenvolvimento.
No Brasil os setores industriais que empregam lenha são as indústrias alimentícias e de bebida, bem como na produção de cerâmica, papel e celulose. Na produção da lenha para comercialização, algumas partes são rejeitadas, como troncos e galhos finos, constituindo os resíduos florestais. As serrarias e indústrias de móveis também produzem resíduos como pontas de toras e serragens que podem ter aproveitamento energético.
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Carvão Vegetal
	Queima da madeira.
	Brasil - maior produtor mundial.
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Tipos de Biomassa
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O carvão vegetal é obtido pela queima da madeira como já visto anteriormente. Ao contrário do cenário dos países industrializados o Brasil continua empregando largamente esse insumo energético, sendo inclusive o maior produtor mundial. Isso porque 30% desse carvão é obtido a partir de reflorestamento e o restante provem do desmatamento de grandes áreas florestais
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Óleos Vegetais
	Mamona, soja, coco, milho.
	Uso em motores e produção de biodiesel.
	Desenvolvimento sustentável.
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Tipos de Biomassa
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O Brasil possui uma grande diversidade de espécies oleaginosas das quais é possível extrair óleos para fins energéticos. Como é o exemplo da mamona, soja, coco, milho, etc. O óleo pode ser obtido após passar as plantas e sementes por processos mecânicos e aplicando pressão. Após esse processo o óleo pode ser extraído com solventes químicos e então é refinado, clarificado e desodorizado para perder o cheiro.
Atualmente, muitos estudos estão sendo desenvolvidos no sentido de empregar quantidades de óleos vegetais no lugar do óleo diesel para uso em motores e ainda para a produção de biodiesel. Tal medida poderá viabilizar o desenvolvimento sustentável uma vez que substitui combustíveis fósseis por renováveis contribuindo sobremaneira para a redução da poluição.
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Cana-de-Açúcar
	Insumo agrícola importante no Brasil.
	2º maior produtor.
	Geração de resíduos.
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Tipos de Biomassa
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A cana é um dos insumos agrícolas historicamente mais importantes do Brasil, sendo cultivada desde a época da colonização. O Brasil é o segundo maior produto ficando atrás apenas da Índia. 
A cana-de-açúcar é uma das principais matérias-primas da biomassa brasileira devido ao grande desenvolvimento do setor sucroalcooleiro no Brasil, representado por mais de 350 indústrias de açúcar e álcool no país. 
Nas moendas o caldo é extraído podendo ser empregado para a produção da garapa, cachaça, rapadura e etanol. Mais recentemente a palha e o bagaço são utilizados como combustível para a geração de energia elétrica em turbinas a vapor.
A cana-de-açúcar é um recurso promissor dentre as diversas fontes de biomassa para a geração de eletricidade não apenas para a diversificação da matriz elétrica, mas também porque a safra coincide com o período de estiagem das regiões Sudeste e Centro-Oeste, onde estão instaladas as maiores potências de hidrelétricas no país. Desta forma, a eletricidade fornecida nesse período auxiliaria no suprimento de energia e ainda na preservação dos níveis dos reservatórios das hidrelétricas (BRASIL, 2008).
 
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Resíduos Rurais
	Oriundos das atividades produtivas no setor rural.
	Resultantes da colheita, resíduos florestais e pecuários.
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Fonte: www.abolsamia.pt 
Tipos de Biomassa
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Resíduos da agroindústria: casca de arroz, palha de milho, etc.
Subprodutos animais: esterco de aves, bovinos, suínos, caprinos, que são transformados em biogás.
Os resíduos rurais são os gerados pelas atividades produtivas nas atividades produtivas do setor rural. Os resíduos rurais incluem resíduos agrícolas que dejetos produzidos no campo, resultantes da colheita bem como os resíduos florestais e pecuários. 
Estima-se que no Brasil exista um grande potencial de aproveitamento energético dos resíduos florestais devido ao grande desempenho de atividades associadas a extração da madeira e, com isso, cerca 20% da massa de uma árvore podem ser deixadas na floresta
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Resíduos Urbanos
	Resíduos domiciliares.
	Resíduos de limpeza urbana.
	Aterros sanitários.
	Alto teor de matéria orgânica.
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Tipos de Biomassa
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Vivemos em uma sociedade consumista que prevalece a cultura do descartável e do excesso de embalagem. Tal modo de vida estimula a produção de lixo que tende a crescer tornando problemática a situação do lixo, legitimando assim a necessidade de alternativas eficazes. 
A pré-condição para a sua produção
é a existência de uma agroindústria forte e com grandes
plantações, sejam elas de soja, arroz, milho ou cana-de-açúcar.
A biomassa é obtida pelo processamento dos resíduos dessas
culturas. Assim, do milho é possível utilizar, como matéria-prima
para energéticos, sabugo, colmo, folha e palha. Da soja e
arroz, os resíduos que permanecem no campo, tratados como
palha. Na cana-de-açúcar, o bagaço, a palha e o vinhoto.
http://www.youtube.com/watch?v=YUqf-d4HWs8
 
define Resíduos Sólidos Urbanos como: os originários de atividades domésticas em residências urbanas (resíduos domiciliares) e os originários da varrição, limpeza de logradouros e vias públicas e outros serviços de limpeza urbana (resíduos de limpeza urbana).
O teor de matéria orgânica do lixo brasileiro é de 60% conferindo ao mesmo grande aplicação como potencial energético. 
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Matriz mundial de consumofinal de energia
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Fonte: IEA, 2008.
Mas, se atualmente a biomassa é uma alternativa energética
de vanguarda, historicamente tem sido pouco expressiva na
matriz energética mundial. Ao contrário do que ocorre com
outras fontes, como carvão, energia hidráulica ou petróleo,
não tem sido contabilizada com precisão. As estimativas mais
aceitas indicam que representa cerca de 13% do consumo
mundial de energia primária, como mostra o Gráfico 4.1 abaixo.
Um dos mais recentes e detalhados estudos publicados a
este respeito no mundo, o Survey of Energy Resources 2007,
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Tecnologias de Geração
Combustão direta para obtenção de calor e vapor:
	Fogões (cocção de alimentos).
	Fornos (metalurgia).
	Caldeiras.
	Geração de vapor - energia elétrica.
Pirólise ou carbonização
	Aquecimento do material (300 a 500°C).
	Formação do carvão vegetal.
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Quanto às técnicas utilizadas para transformar matéria-prima
em energético, existem várias. Cada uma dá origem a determinado
derivado e está em um nível diferente do ponto de
vista tecnológico.
Se utilizada para produção de energia pelos meios tradicionais,
como cocção e combustão, a biomassa se apresenta como fonte
energética de baixa eficiência e alto potencial de emissão de gases.
Assim, sua aplicação moderna e sustentável está diretamente
relacionada ao desenvolvimento de tecnologias de produção da
energia (ver tópico 4.1) e às técnicas de manejo da matéria-prima
Carbonizacao
o mais antigo e
simples dos processos de conversão de um combustível sólido
(normalmente lenha) em outro de melhor qualidade e conteúdo
energético (carvão).
A pirólise pode ser empregada também no aproveitamento de resíduos
vegetais, como subprodutos de processos agroindustriais. Nesse caso, é
necessário que se faça a compactação dos resíduos, cuja matéria-prima
é transformada em briquetes. Com a pirólise, os briquetes adquirem
maiores teores de carbono e poder calorífico, podendo ser usados com
maior eficiência na geração de calor e potência.
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Gaseificação
	Reações termoquímicas que envolvem vapor quente e oxigênio.
	Combustível sólido transformado em gás.
	Motores de combustão interna e turbinas para geração de eletricidade.
Digestão anaeróbica
	Decomposição por bactérias na ausência de O2.
	Tratamento de dejetos orgânicos.
	Biogás – CH4 e CO2.
	
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Tecnologias de Geração
(mistura de monóxido de carbono,
hidrogênio, metano, dióxido de carbono e nitrogênio). Este
gás pode ser utilizado em motores de combustão interna e
em turbinas para geração de eletricidade. Além disso, é possível
dele remover os componentes químicos que prejudicam
o meio ambiente e a saúde humana – o que transforma a gaseificação
em um processo limpo.
Um processo bastante utilizado no tratamento de dejetos orgânicos
é a digestão anaeróbica que consiste na decomposição
do material pela ação de bactérias e ocorre na ausência do
ar. O produto final é o biogás, composto basicamente de metano
(CH4) e dióxido de carbono (CO2).
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Biogás
Consequências:
	Combate a poluição do solo e lençóis freáticos.
	Dejetos urbanos, industriais e agropecuários.
	Minimiza problema de espaço em aterros sanitários.
	Contribui para o aquecimento global.
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Das fontes para produção de energia, o biogás é uma das
mais favoráveis ao meio ambiente. Sua aplicação permite a
redução dos gases causadores do efeito estufa e contribui
com o combate à poluição do solo e dos lençóis freáticos.
Isto porque o biogás é obtido da biomassa contida em dejetos
(urbanos, industriais e agropecuários) e em esgotos.
Essa biomassa passa naturalmente do estado sólido para o
gasoso por meio da ação de microorganismos que decompõem
a matéria orgânica em um ambiente anaeróbico (sem
ar). Neste caso, o biogás também é lançado à atmosfera e
passa a contribuir para o aquecimento global, uma vez que
é composto por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio
(N2 ), hidrogênio (H2), oxigênio (O2) e gás sulfídrico
(H2S). A utilização do lixo para produção de energia permite
o direcionamento e utilização deste gás e a redução do volume
dos dejetos em estado sólido.
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Usina Termelétrica a Biogás no Brasil
3 usinas
	Aterro sanitário Bandeirantes (SP) – 20 MW.
	Aterro sanitário São João (SP) – 24,6 MW.
	Energ Biog – (Barueri,SP) – 30 kW.
	
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No Brasil, além de um projeto piloto (ver Box 5) segundo o Banco
de Informações de Geração (BIG), da Aneel, em novembro
de 2008 existiam três usinas termelétricas de pequeno porte
movidas a biogás em operação. A primeira delas, inaugurada
em 2003, dentro do aterro sanitário Bandeirantes, na cidade de
São Paulo, com capacidade instalada de 20 MW, foi anunciada,
à época, como a maior usina a biogás do mundo. As demais
são: São João, também em aterro sanitário da cidade de São
Paulo, com potência instalada de 24,6 MW, e Energ Biog, com
30 kW de potência, na cidade de Barueri, região da Grande São
Paulo. Além dessas, havia mais sete empreendimentos outorgados,
totalizando 109 MW de potência nos Estados de São
Paulo, Bahia, Rio de Janeiro, Pernambuco e Santa Catarina.
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Tecnologias de Geração
Fermentação
	Agroindústria.
	Transformação de açúcar em álcool.
	Ação de micro-organismos.
	Etanol.
Transesterificação
	Reação para formar biodiesel.
	Óleos vegetais (babaçu, amendoim, soja e mamona.
	Óleo animal (sebo bovino).
	
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Já na agroindústria, o
mais comum é a fermentação, pela qual os açúcares de plantas
como batata, milho, beterraba e cana-de-açúcar são convertidos
em álcool pela ação de microorganismos (geralmente leveduras).
O produto final é o etanol na forma de álcool hidratado
e, em menor escala o álcool anidro (isto é, com menos de
1% de água). Se o primeiro é usado como combustível puro
em motores de combustão interna, o segundo é misturado à
gasolina (no Brasil, na proporção de 20% a 22%). O resíduo
sólido do processo de fermentação pode ser utilizado em usinas
termelétricas para a produção de eletricidade.
A cana-de-açúcar é um recurso com grande potencial, dentre
as fontes de biomassa, para geração de eletricidade existente
no país, por meio da utilização do bagaço e da palha. A participação
é importante não só para a diversificação da matriz
elétrica, mas também porque a safra coincide com o período
de estiagem na região Sudeste/Centro-Oeste, onde está concentrada
a maior potência instalada em hidrelétricas do país.
A eletricidade fornecida neste período auxilia, portanto, a preservação
dos níveis dos reservatórios das UHEs
Transesterificação: transesterificação é 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 de potássio) (RIBEIRO et al., 2001).
Os produtos dessa reação química são a glicerina e uma mistura de ésteres
etílicos ou metílicos (biodiesel). O biodiesel tem características físicoquímicas
muito semelhantes às do óleo diesel e, portanto, pode ser usado
em motores de combustão interna, de uso veicular ou estacionário
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Vantagens
	Fonte renovável.
	Reaproveitamento de resíduos.
	Menos poluente que combustíveis fósseis.
	Aumento da produção de energia sem aumentar a área de plantio.
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Cerâmicas e Olaria: utilizam lenha ( eucalipto, e outros ) para a secagem e cozimento dos produtos;
Fundições e siderúrgicas: utilizam-se de coque de carvão vegetal produzido pela pirólise da lenha;
Fábricas de papel e celulose: complementam os seus requerimentos energéticos com resíduos de processo;
Fábricas de suco concentrado de laranja: compram bagaço de cana-de-açúcar para a produção de vapor;
Fábricas que geram vapor de processo ( têxtil, indústrias de alimentos ) e Instituições de Serviços (hospitais): poderiam utilizar biomassa para a produção de vapor;
Padarias, restaurantes ( pizzarias ): utilizam-se de lenhas para cocção;
No uso doméstico: a biomassa constitui-se principalmente de lenha, coletada ou comercial e utilizada fundamentalmentepara cocção, com uma pequena fração utilizada para aquecimento;
Transporte: alguma biomassa na forma de lenha pode ser utilizada em veículos a vapor tais como locomotivas e barcaças para navegação fluvial ou em gasogênios para motores de combustão interna.
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Desvantagens
	Baixa eficiência termodinâmica das plantas.
	Alto custo de produção e transporte.
	Desmatamento – uso da biomassa como combustível –.
	Emissão de CO2.
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Cerâmicas e Olaria: utilizam lenha ( eucalipto, e outros ) para a secagem e cozimento dos produtos;
Fundições e siderúrgicas: utilizam-se de coque de carvão vegetal produzido pela pirólise da lenha;
Fábricas de papel e celulose: complementam os seus requerimentos energéticos com resíduos de processo;
Fábricas de suco concentrado de laranja: compram bagaço de cana-de-açúcar para a produção de vapor;
Fábricas que geram vapor de processo ( têxtil, indústrias de alimentos ) e Instituições de Serviços (hospitais): poderiam utilizar biomassa para a produção de vapor;
Padarias, restaurantes ( pizzarias ): utilizam-se de lenhas para cocção;
No uso doméstico: a biomassa constitui-se principalmente de lenha, coletada ou comercial e utilizada fundamentalmente para cocção, com uma pequena fração utilizada para aquecimento;
Transporte: alguma biomassa na forma de lenha pode ser utilizada em veículos a vapor tais como locomotivas e barcaças para navegação fluvial ou em gasogênios para motores de combustão interna.
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Planejamento Integrado de Recursos Energéticos
Fernanda Machado
Atividade 9
A respeito dos combustíveis oriundos da biomassa julgue os itens a seguir:
O aumento da produção de etanol tem reduzido a concentração de terra e incentivado a diversificação agrícola.
No setor de transportes, o uso de biocombustíveis tem sido considerado uma solução para a redução dos gases do efeito estufa.
A produção de biodiesel tem decrescido devido a escassez de óleo de mamona. 
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O aumento da produção de etanol tem reduzido a concentração de terra e incentivado a diversificação agrícola.
R: FALSO – aumento da concentração de terra e não diversificação agrícola.
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No setor de transportes, o uso de biocombustíveis tem sido considerado uma solução para a redução dos gases do efeito estufa.
R: VERDADEIRO – biocombustíveis emitem menos gases do efeito estufa.
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A produção de biodiesel tem decrescido devido a escassez de óleo de mamona.
R: FALSO – em 2013 houve aumento de 7,4% do biodiesel disponibilizado no mercado interno. Principal matéria-prima foi óleo de soja (68,6%).