agente redutor na produção de metais

145Agente redutor na produção de metais - exemplo ...

Biomassa & Energia, v. 1, n. 2, p. 145-155, 2004

1 Trabalho convidado.2 Engenheiro Metalúrgico, Ph.D. Diretor Executivo da seção brasileira American Iron & Steel Technologies e consultorpela RSConsultants Ltda., Rua Ribeiro Junqueira, 161a, 30315-210 Belo Horizonte-MG, <[email protected]>.

AGENTE REDUTOR NA PRODUÇÃO DE METAIS – EXEMPLO DO EUCALIPTO NA

PRODUÇÃO DE FERRO-GUSA®1

Biomass as the Cleanest Source of Energy and Reducing Agent in MetalProduction – The Use of Eucalypt Trees in Pig Iron Production

Ronaldo Santos Sampaio2

Resumo: Este artigo apresenta o ciclo integrado de unidades de produção primária de ferro-gusa peloprocesso que utiliza energia renovável proveniente da biomassa, para suprir todas as demandasmetalúrgicas. Tal fato demonstra que este é o caminho mais limpo para a produção de metal, bem comotraz inúmeros benefícios, minimizando o aquecimento global pela redução nas emissões de CO2, da chuvaácida e pela recuperação de oxigênio para a atmosfera. Por outro lado, a biomassa constitui-se também emum importante vetor de inserção do homem na economia, principalmente em países como o Brasil.

Palavras-chave: Produção de ferro-gusa, carvão, biomassa e emissão de CO2.

Abstract: This work presents the integrated cycle of primary production units of (pig iron) through theprocess using renewable energy from biomass to supply all its metallurgical needs. Such fact shows thatthis is the cleanest existing industrial process route to produce metal, providing countless benefits,minimizing global warming by reducing CO2 emissions, acid rain and oxygen recovery into the atmosphere.Biomass is also an inportant human insertion vector in economies of countries such as Brazil.

Key words: Pig iron production, charcoal, biomass and CO2 emission.

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, alguns brasileiros têm traba-lhado para levar ao conhecimento dos outrospaíses que o Hemisfério Sul tem muito acontribuir, de forma auto-sustentável, para aredução do aquecimento global. Tal possi-bilidade pode ser viabilizada através da redu-ção dos fortes subsídios para agricultura(biomassa) dos países desenvolvidos (Hemis-fério Norte) em investimentos na produção

auto-sustentável de biomassa no HemisférioSul, através do Mecanismo de DesenvolvimentoLimpo. O retorno econômico e o financeiro des-tes investimentos para o Hemisfério Norte sãomais do que suficientes para gerar empregosque substituam aqueles perdidos com a quedados subsídios agrícolas. Esse ganho econômicotambém significará uma enorme redução deemissões de gases formadores do efeito estufa,juntamente com a maior geração e distribuiçãode riqueza mundial.

SAMPAIO, R.S.146


A solução para o problema das emissõesantropogênicas de CO2 precisa ser holística,tendo como base o planeta Terra, e não a visãoregional e míope de interesses econômicos mo-mentâneos, como têm sido algumas alterna-tivas propostas, como: a coleta de CO2 e suadiluição nas águas do oceano a profundidadessuperiores a 500 m, o uso do H2 como soluçãopara todas as panacéias e outras nessas linhas.

Os estudos mais sérios reconhecem ser oseqüestro biológico de CO2 o método funda-mentalmente imbatível de redução das emis-sões de CO2; mas dentro de sua visão regional(Hemisfério Norte) não consideram atrativo ouso de biomassa para tal fim, em face da supos-ta perda de competitividade para os paísestropicais.

É bom lembrar que o carbono fóssil hojecolocado de volta na atmosfera em bilhões detoneladas ao ano, juntamente com o consumode oxigênio também desta ordem, foi produzidonas eras Cambriana (há 570 a 510 milhões deanos) e Carbonífera (360 a 290 milhões de anos),quando as algas-azuis e as árvores gigantesforam removendo da atmosfera o carbono naforma de CO2 e CH4 e colocando em seu lugaro oxigênio e, no solo, o carbono que hoje denomi-namos de carvão mineral e petróleo. A cadaano desse século estamos colocando na atmos-fera o que demorou dezenas de milhares de anospara ser dela retirado, para chegarmos ao tipode vida atual do nosso planeta.

É relativamente fácil, para quem conheceas tecnologias atuais de produção de metais etambém a siderurgia a carvão vegetal noBrasil, imaginar vários cenários e combinaçõesque reduzem drasticamente as emissões de CO2

e, ao mesmo tempo, geram riquezas nos doishemisférios, ou seja, soluções auto-sustentáveisem nível global e não apenas regional.

São muitas as possibilidades reais e semmaiores desafios tecnológicos que podemosvisualizar para, pelo menos no setor de produ-ção de ferro e aço, reduzir as emissões em pelomenos 30% em nível mundial. No entanto, os

argumentos nos quais nos baseamos podem serbem exemplificados, como a seguir.

Entre as várias possibilidades de energiarenovável hoje utilizadas pelo homem, abiomassa é sem dúvida a que provoca menordano ambiental. Através da fotossíntese osseres clorofilados (plantas, algas etc.) absorvema energia solar, que pode depois ser usada nociclo biológico como alimento, matéria-primae energia. Na presença dos pigmentos verdes(clorofila), a energia solar é utilizada paraconverter o dióxido de carbono (CO2) e a água(H2O) em glicose, um açúcar rico em energia,conforme exemplifica a reação químicarepresentada pela equação que se segue:

6CO2 + 6H2O + Luz Solar/Clorofila ⇒ C6H12O6 + 6O2

Estamos falando de um coletor solar verde,que serve para regenerar o oxigênio de volta àatmosfera, limpando-a do CO2 expelido emexcesso, servindo também para produzir umcarbono renovável. No processo de carboni-zação, o carbono fixado é transformado emcarvão vegetal e posteriormente usado comoagente redutor para produção de metais a partirde seus óxidos, como exemplificam as duasreações químicas a seguir:

2FeO + C = 2Fe + CO2

SiO2 + C = Si + CO2

Esses são dois exemplos de reaçõesendotérmicas que precisam de energia e tem-peratura para que elas ocorram nas condiçõesdesejadas. O próprio carbono, também oriundoda biomassa, pode ser queimado com o oxigêniodo ar, liberando grande quantidade de energiapara essa finalidade (C + O2 = CO2).

A carbonização nada mais é do que a desti-lação da biomassa, transformando-a em umafração rica em carbono, denominada carvãovegetal, e outra fração constituída de vaporese gases (alcatrão, licor pirolenhoso e gases não-condensáveis). Integrada ao estágio atual doPlaneta, essa rota é praticamente isenta de



enxofre em seus componentes, evitando aindaas emissões de compostos formadores da chuvaácida, como o SO2.

Considerando que toda biomassa produ-zida pela natureza ou pelo homem precisa decerto tempo para atingir a maturidade (mo-mento em que é colhida), esse intervalo de tem-po cria um estoque dinâmico de carbono fixado(retirado da atmosfera) e de oxigênio regeneradopara a atmosfera.

Para melhor entender o significado desseestoque de biomassa em crescimento (ou seja,carbono fixado enquanto a atividade persistir),a Figura 1 mostra parte do total de biomassaem uma plantação de Eucalyptus da espéciecamaldulensis (Sampaio et al., 1999), emrelação à tonelada de lenha colhida no sétimoano.

Neste exemplo real, não estão sendoconsideradas nem a acumulação de carbonono solo nem as raízes com menos de 10 mm dediâmetro, mesmo sendo uma parcelasignificativa do carbono realmente retirada daatmosfera. Essas raízes praticamente dobra-riam o estoque dinâmico mostrado na Figura 1.Mesmo assim, uma parcela equivalente aquase sete vezes a biomassa colhida no sétimoano permanece na forma de troncos, raízes,galhos e folhas, que correspondem aos seis anosde floresta em crescimento. Qualquer espéciede árvore ou fonte de biomassa terá seu própriociclo de produção e, portanto, sua capacidadede fixar carbono e regenerar oxigênio.

A Figura 1 resume a quantidade de bio-massa seca que ainda permanece nos seis anosde floresta em crescimento, para cada toneladade lenha seca colhida no sétimo ano.

CO 2

O 2

3 COLHEITA DA MADEIRA

1 TONELADA DE TRONCOS, Base Seca

3 TON. DE TRONCOS , B.S. 2.99 TON. DE RAÍZES, B.S. 0.48 TON. DE GALHOS, B.S. 0.33 TON. DE FOLHAS, B.S

5 6 7 4 2 1 Ano

BIOMASSA EM CRESCIMENTO

0.41 TON DE FOLHAS E GALHOS DO 7 O . ANO + ? TON. DE FOLHAS E GALHOS DOS 6 ANOS

BIOMASSA PARA DECOMPOSIÇÃO NATURAL E INCORPORAÇÃO AO SOLO

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Vegetação nativa de preservação permanente

Reator de fusão nuclear

CO 2

O 2




5 6 7 4 2 1 Ano


0.41 TON DE FOLHAS E GALHOS DO 7 + ? TON. DE FOLHAS E GALHOS DOS 6 ANOS


6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2


CO 2

O 2




5 6 7 4 2 1 Ano


0.41 TON DE FOLHAS E GALHOS DO 7 + ? TON. DE FOLHAS E GALHOS DOS 6 ANOS


6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2


Reator de fusão nuclear

Fonte: Sampaio et al. (1999).

Figura 1 – Representação esquemática de uma plantação de Eucalyptus camaldulensis Dehnh.para produção de 1 t de madeira seca no sétimo ano

Figure 1 – Schematic representation of Eucalyptus camaldulensis Dehnh. plantation to produceone metric ton of dry wood in the seventh year.

SAMPAIO, R.S.148


A entrada do carvão mineral no cenárioda produção de metais deslocou a madeiracomo fonte térmica e redutora (carvão vegetal).O carvão mineral é também energia de bio-massa concentrada, produzida há mais de300 milhões de anos, além de ser barato edisponível em grandes quantidades, principal-mente nos países que deram início à RevoluçãoIndustrial.

O uso do carvão vegetal para produção demetais prevaleceu apenas no Brasil, onde abiomassa cresce com extrema rapidez e hágrande disponibilidade de minérios ricos emferro. Essas condições naturais têm viabilizadoa manutenção da siderurgia à base de biomassaaté os dias de hoje. Com o desenvolvimentoindustrial experimentado ao longo das últimasdécadas, a produção de metais integrada ànatureza dá indícios de ser um novo métodode inclusão social e de redução de impacto am-biental, sobretudo em função do incrementoda produtividade de florestas no País e dodesenvolvimento de tecnologias de redução deminérios.

2 FERRO METÁLICO COM O MENOR IMPACTO AO

MEIO AMBIENTE E COM MAIOR INCLUSÃO

SOCIAL

A produção de ferro metálico a partir douso de biomassa plantada é um processo queremove da atmosfera o carbono necessário pararedução dos minérios de ferro, liberando o oxigê-nio de volta para a atmosfera. Esse processose realiza com a energia solar através da reaçãoda fotossíntese no “reator biomassa”. A energiasolar é gratuita, mas o coletor solar exige, comoprincipal custo de sua utilização, horas/inteli-gência e horas/trabalho de seres humanos ede outros organismos vivos da micro e macro-fauna.

A chuva ácida, a redução da camada deozônio na estratosfera e, mais recentemente, oaquecimento global, causado pelo acúmulo degases de efeito estufa na atmosfera (CH4, CFC,NOx, SOx, CO2), são problemas que já estão

sendo gerenciados no sentido de reduzir osimpactos negativos causados pelo uso indis-criminado e predatório dos combustíveisfósseis. Nos países desenvolvidos, foram impos-tas taxas pesadas para emissões dos compostossulfurosos e nitrosos formadores da chuvaácida, e o Protocolo de Quioto propõe alterna-tivas globais de redução de emissões e mecanis-mos para sua implementação.

Atualmente, o mundo produz 660 milhõesde toneladas de ferro-gusa com a utilização darota integrada a carvão mineral / coque. Apenasessa produção é responsável pela emissãoanual de mais de 1,3 bilhão de toneladas deCO2 e cerca de 8 milhões de toneladas de SO2,retirando da atmosfera algo em torno de900 milhões de toneladas de oxigênio. Juntocom os clorofluocarbonos e outros gases, o con-sumo de O2 contribui para reduzir a camadade ozônio na estratosfera, pois dilui o total deoxigênio presente na atmosfera (2O3 ⇒ 3O2.⇒CO2). Este trabalho faz questão de ressaltarque mais danoso que emitir CO2 pelo uso deenergia fóssil é a remoção do oxigênio daatmosfera em níveis superiores à capacidadede o Planeta regenerar esse precioso gás devolta para a atmosfera.

A produção do ferro via biomassa cultivadaé a de menor impacto negativo ao meio am-biente, pois, além de reciclar na floresta todo oCO2 emitido em seu ciclo industrial, regenerao oxigênio. Durante o longo ciclo de produçãoda biomassa necessária, são formados estoquespermanentes de CO2 fixado e de O2 liberadopara a atmosfera.

Este estudo apresenta os principais núme-ros ligados à produtividade operacional do ciclointegrado de produção de ferro via biomassacultivada, da floresta até o processo via mi-nialto-forno. Chama também a atenção para oenorme potencial de ganhos a serem atingidospela média do setor e apresenta o balanço com-parativo de emissões de CO2, SO2 e O2 entre asrotas integradas de produção de ferro-gusa viacarvão mineral e via biomassa.



Outro aspecto importante do uso de bio-massa cultivada na produção de metais é seupotencial para reduzir a “poluição social”, repre-sentada pela exclusão de milhões de brasileirosda vida econômica, que vivem hoje em condiçõesintoleráveis de miséria nas periferias dos gran-des centros urbanos. A tecnologia da biomassausa de forma intensiva a mão-de-obra rural,estendendo-se ainda à utilização de capital paramáquinas e equipamentos sofisticados.

3 POTENCIAL EXTRAORDINÁRIO DE GANHOS

O processo de produção de ferro metálicoatravés da biomassa (também usado para me-tais como o silício, o cromo e o manganês) é oúnico que consegue reciclar todos os efluentessólidos, líquidos e gasosos dentro de seu ciclo

integrado de produção, conforme ilustra aFigura 2.

A rota tecnológica ilustrada na Figura 2compreende três etapas distintas: o cultivo dabiomassa, a carbonização e a metalurgia.

Cultivo de Biomassa - Florestas plan-tadas de forma ambiental e socialmente corretaprotegem e mantêm áreas de preservaçãonatural, reciclando micronutrientes importa-dos dos componentes industriais do ciclo (licorpirolenhoso da carbonização e escória do MAF)e recuperando novamente o carbono emitidonas etapas de carbonização e siderurgia. A flo-resta também produz oxigênio para alimentaros reatores das etapas industriais e, nesteaspecto, é única entre todos os processos e astecnologias existentes no Planeta.

Figura 2 – Ciclo integrado de produção de ferro via biomassa plantada.Figure 2 – Pig iron production integrated cycle using planted biomass.

Mini Alto - Forno

REGENERAÇÃO DE O 2

Plantio de biomassa

C. VEGETAL

ALCATRÃO &

Licor Pirolenhoso

CO 2

Fonte de micro nutrientes e corretivo de solo (Ca, Si)

Ativador de microorganismos

FIXAÇÃO DE CO 2

RECICLAGEM DE CO 2

PRODUZ O OXIGÊNIO QUE NECESSITA

F erro Gusa

Pó- Reciclado

Finos – Fe e C V

C C

Química Fina

Aglomeração a frio de finos

Carbonização

ES CÓ

Co-geração

Bioeletricidade

RS CONSULTANTS

Ltda ®

Escória

Aciaria e, ou, Mercado

de

SAMPAIO, R.S.150


A real capacidade de elevar a produ-tividade das florestas plantadas de eucaliptoem regiões não muito atrativas para a agri-cultura em Minas Gerais, como os municípiosde Curvelo, João Pinheiro, Turmalina e Jequi-tinhonha, situa-se bem abaixo dos melhoresnúmeros já praticados pelo próprio setor nasmesmas regiões, como exemplifica a Figura 3.

menos de área plantada e todos os ganhos deredução de custos fixos e operacionais daí resul-tantes, para produzir a mesma quantidade deferro-gusa atual.

Uma floresta plantada dentro dos con-ceitos de auto-sustentabilidade, como ilustraa Figura 4, garante a proteção de florestas nati-vas e a preservação de áreas legalmente intocá-veis e de certas espécies vegetais e animais.Além disto, traz benefícios econômicos resul-tantes da proteção realizada pelos agentesbiológicos, insetos e pássaros presentes na biotanatural da região (Câmara Americana deComércio – agosto 97).

Carbonização - Transformação da madeiraem carvão vegetal e em fumos da carbonização(gases + alcatrão). O carvão vegetal atua comoagente redutor e térmico na fabricação do ferrono reator minialto-forno (MAF). O alcatrãovegetal, um tipo de bioóleo recuperado dasfumaças da carbonização, é transformado emuma vasta gama de produtos para uso naquímica fina, energia e materiais: preserva-tivos naturais de madeira, resina fenólica,fibra de carbono, licor pirolenhoso para agri-cultura natural e orgânica, aromas de fumaça,cicloteno, entre outros (Biocarbo, 1998). Já

Figura 3 – Área necessária para produção de1.000 t ano-1 de ferro-gusa versus produ-tividade florestal em toneladas de madeiraseca por hectare/ano (C. fixo = 75% -consumo = 440 kg tg-1).

Figure 3 – Planted forest area necessary toproduce 1,000 metric tons of pig iron versuseucalyptus forest productivity in tones of drywood per hectare/year (fixed carbon = 75%- consumption= 440 kg tg-1).

As áreas destacadas na Figura 3 mostramque se o setor saltar de sua média atual(7 toneladas de madeira seca por hectare/ano)para os melhores números praticados poralgumas empresas reflorestadoras do própriosegmento siderúrgico (17,5 t ha-1 ano-1) obteráum ganho 2,5 vezes superior. Se a siderurgiaperseguir a média praticada pelo setor decelulose (da ordem de 22 t ha-1 ano-1), esseganho supera em três vezes a marca, o que éextraordinário em qualquer área agrícolado mundo, atualmente. Significa um terço a

Figura 4 – Vista aérea de uma florestacertificada FSC (Forest Stewardship Council– Conselho de Manejo Florestal) da Vallourec& Mannesmann Florestal, mostrando as áreasde preservação e de conservação.

Figure 4 – Aerial photo of one certif iedeucalyptus forest (FSC – certified) from V&Mdo Brazil showing the preservation andconservation areas.



se encontram em aplicação experimental obiopiche de alcatrão para massa de tampona-mento de altos-fornos, o bioprimer para asfaltoe o bioaglo, um aglomerante de finos metálicos(Parceria Biocarbo V&M Florestal - 2000).

O processo de carbonização é a etapa quemais necessita de desenvolvimento tecnológico.Felizmente novas tecnologias de carbonizaçãocomeçam a aparecer, em escala de demonstra-ção, dentro de algumas empresas ligadas aosetor. A Figura 5 mostra o valor médio atualde conversão da madeira seca em carvãovegetal e os valores praticados pelas empresas,com os melhores resultados em suas carboni-zações. O exemplo também mostra claramentea possibilidade de ganho na conversão madeiraseca/carvão vegetal, que equivale a 1,3 vez (28%para 38%) o valor médio atual.

Siderurgia - Transformação do minério(óxidos de ferro, por exemplo) em metal (ferro)ou em ligas de ferro com carbono (ferro-gusa)e com silício (ferro-silício), usando o carbono eos voláteis presentes no carvão vegetal. Ocarvão vegetal é o mais puro e com menor teor

Figura 5 – Área total plantada necessária pa-ra produção de 1.000 t por ano de ferro-gusaversus a taxa de conversão na carbonizaçãode madeira seca em carvão vegetal (carbonofixo = 75% - consumo = 440 kg tg-1).

Figure 5 – Planted forest area necessary toproduce 1,000 t per year of iron pig oreversus dry wood to charcoal conversion (fixedcarbon = 75% - consumption= 440 kg tg-1).

de cinzas entre todos os energéticos sólidosusados para essa finalidade. Os efluentesgasosos (CO2) e sólidos (escórias) dos reatoresde redução – minialto-forno (MAF) ou fornoelétrico de redução (FER) – são reciclados nafloresta. O carbono é retirado do CO2 pela fotos-síntese e incorporado à biomassa, enquanto ooxigênio é liberado de volta para a atmosfera.As escórias são fontes de Ca e Si, que podemser úteis no cultivo de eucalipto e auxiliar nacalagem do solo. O Si retém água no solo e naplanta e evita pragas e doenças, reduzindo ouso de agrotóxicos. Como o minialto-fornotrabalha na produção de ferro líquido em umlimite de temperatura inferior ao similar acarvão mineral, forma-se menor quantidadede compostos nitrosos.

Como o minialto-forno a carvão vegetalé um reator eficiente, a média de consumode carbono fixo do setor não-integrado acarvão vegetal de Minas Gerais é da ordem de430 kg tg

-1. Quando se considera apenas esseparâmetro, constata-se que não é muito dis-tante da média mundial de consumo de carbonofixo dos grandes altos-fornos a coque. A melhormédia anual praticada para o gusa de aciaria(Max 0,5% Si) é de 400 kg tg

-1.

Quando se considera a produção do silíciometálico em forno elétrico de redução, avantagem do carvão vegetal se intensifica tantona parte elétrica envolvida no processo (ocarvão vegetal é mais resistivo do que o coque)quanto na parte química, pois o carvão vegetalapresenta teores de cinzas inferiores a 1%,enquanto o mineral e o coque, na melhor dashipóteses, têm teores de cinzas superiores a6%. Este fato força um maior consumo deeletricidade na produção do silício metálico eincorpora mais impurezas nesse metal, provo-cando maior consumo de energia e perda demetal em seu processo de refino.

O excedente de energia em uma usina não-integrada a carvão vegetal, assim como na pro-dução do ferroliga em forno elétrico de redução,é ainda grande. Entretanto, muitas oportuni-dades tecnológicas podem ser inseridas para

SAMPAIO, R.S.152


minimizar esse desperdício e reduzir o custode produção. Atualmente, os principais pontosde desperdício são:

• Energia química excedente do gás de minial-to-forno: queima-se em tochas o equivalentea 1 Gcal t-1 de ferro-gusa (1.163 kWh tg

-1).No Brasil, apenas quatro usinas transfor-mam essa parcela em eletricidade para usono próprio sistema, tornando-se pratica-mente independentes da eletricidade deterceiros e podendo até mesmo vender oexcedente de energia.

• Calor sensível (600/700 oC) dos gases com-bustos (gás de alto-forno queimado) dos pré-aquecedores metálicos de ar: representam0,2 Gcal tg

-1 (232 kWh tg tg-1). Alguns utili-

zam parte desse gás para secar minérios,mas ele também pode ser utilizado para aco-geração. Esses valores são bem maioresquando se referem aos fornos elétricos deprodução de ferroligas.

• Alcatrão recuperado na carbonização: hojeapenas uma empresa recupera alcatrãodos fumos da carbonização. O alcatrão quese pode recuperar com a tecnologia atualequivale a 0,4 Gcal tg

-1 (465 kWh tg-1) e pode

atingir valores da ordem de 1,3 Gcal tg-1 com

eficiência de 90% na recuperação do alcatrãoemanado durante o processo de carbonizaçãoda madeira.

• Os finos de minérios e de carvão vegetalsão também outras perdas de valor, mas jáexistem tecnologias disponíveis para quesejam recuperados e reciclados dentro dopróprio ciclo de produção (Paixão, 2000;Fleischanderl et al., 2000).

4 BALANÇO COMPARATIVO DAS EMISSÕES DE

GASES POLUENTES

A Figura 6 mostra os dados do inventáriode carbono de uma floresta de Eucalyptuscamaldulensis obtidos em medições rea-lizadas em João Pinheiro-MG, pela WinrockInternational Institute for Agricultural

Development (Winrock, 1995). Eles resumemesquematicamente o volume mínimo debiomassa seca fixado nas várias partes dafloresta em crescimento, em seus galhos, folhase raízes.

Os balanços de massas das emissões deCO2 e SO2 e o consumo de O2 para o ciclo inte-grado de produção de ferro-gusa via carvãomineral/coque e via biomassa/carvão vege-tal constam em Sampaio et al. (1999, 1998).As Figuras 6 e 7 resumem esses resultados deforma ilustrada. Os detalhes desses cálculos esuas considerações também podem ser encon-trados nas referências citadas.

A Figura 6 (Sampaio et al., 1998) mostraesquematicamente o balanço de emissões deCO2 e o consumo/produção de O2 na rota deprodução de ferro-gusa via biomassa cultivada.A Figura 7 mostra os resultados dos cálculosde emissões de CO2 e SO2 e o consumo de O2

na rota à base de carvão mineral/coque. Osvalores das emissões mudam à medida que sealtera a produtividade na carbonização, inclu-sive com coleta e transformação dos gases delicores pirolenhosos em produtos fixados, alémdos números de eficiência na redução dosminérios.

Para colher a lenha no sétimo ano, é neces-sário que a floresta tenha seis anos de francocrescimento e permanente plantio. Os seis anosconstituem um estoque dinâmico de CO2 fixado(19,4 t tg-1) e de O2 (16,1 t tg-1), no qual a lenhado sétimo ano (2,74 t CO2 e 1,94 t O2) alimentaas necessidades de carbono e oxigênio do cicloindustrial de produção. Assim, para cadatonelada de ferro-gusa produzido, são fixados160 kg no ciclo de produção e praticamente nãose retira O2 da atmosfera. A biomassa é quaseisenta de enxofre e quase nada é emitido emtermos de SOx. Mesmo assim, o enxofre tam-bém foi removido da atmosfera. Enquantopersistir essa atividade integrada, um estoquepermanente de 19,4 t de CO2 se mantém fixadoe seu correspondente O2 retorna para a atmos-fera.



CO2 DA ATM OSFERA

CARBO NIZ AÇÃODA M ADEIRA

COM BUST ÃO DOS V OLÁT EIS

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Raízes

FLORESTAPL ANTADA

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7O

. A

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CO2 PROV EN. DACARBO NIZ AÇÃO

FIXAÇÃO DE CO2

NO CICLO DE P RO DUÇÃO

(160) kg/t Gus a

NO EST OQ UE DE FLORESTA

(19415) kg/t Gus a

(19415 ) (2742) 1695887

O2 CONSUM IDONO

CICLO DE P RO DUÇÃO

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COQUEM INA DE CARVÃO COQUERIACOQUERIA

C OMB U STÃO D OSVOLÁTEIS

Figura 7 – Balanço das emissões atmosféricas de CO2, SO2 e consumo de O2 na rota integrada deprodução de ferro-gusa via carvão mineral.

Figure 7 – CO2, SO2 and O2 balance to produce one metric ton of pig iron via mineral coal route.

Figura 6 – Balanço das emissões atmosféricas de CO2, produção/consumo de O2 na rota integradade produção de ferro-gusa via biomassa/carvão vegetal.

Figure 6 – CO2 and O2 balance to produce one metric ton of pig iron via planted biomass/charcoalroute.

SAMPAIO, R.S.154


Do total de unidades de ferro metálicoproduzidas pelo homem, 60% (540 milhões detoneladas/ano) usam energia fóssil na formade carvão mineral transformado em coque(resíduo sólido da destilação de carvão mineral).Os 40% restantes são provenientes de recicla-gem de sucata de aços em misturas com 10%de unidades de ferro virgem (limpo de impu-rezas das sucatas e produzido diretamente apartir de minérios de ferro), conforme ilustrao ciclo integrado de produção via carvão mine-ral da Figura 7.

No ciclo da energia fóssil (carvão mineral/coque), a produção do ferro-gusa provoca aemissão permanente de 1,96 tonelada de CO2,9,5 kg de SO2, retirando da atmosfera quase1,4 tonelada de O2 para cada tonelada de ferro-gusa produzido. A energia fóssil provenientedo carvão mineral contribui de forma expres-siva para o aquecimento global e a chuva ácida,cujas conseqüências são comprovadamentemaléficas ao ecossistema do Planeta.

Pode-se dizer que ao optar pela energiarenovável da biomassa estamos evitando asemissões CO2 e o consumo de O2 mostrados naFigura 7 e promovendo a limpeza da atmosferaà medida que produzimos o ferro-gusa (tambémchamado de ferro primário). Além das vanta-gens ambientais, a utilização de biomassa plan-tada significa mais empregos no campo e maiordistribuição de renda no ciclo de produção doaço, reduzindo também a poluição social (fome,miséria e desemprego).

5 A OPÇÃO PELA BIOMASSA PLANTADA

O processo que utiliza biomassa possui avantagem de autodepuração, por estar dentroda era geológica atual do planeta Terra. À exce-ção do minério de ferro e do calcário, os insumosda produção estão, como nós, vivos e ativos nopresente momento, intimamente envolvidos emenos tóxicos à biota. Todos os efluentes (gases,alcatrão) e resíduos (escórias, poeiras) geradosno processo da biomassa plantada são menosprejudiciais aos seres vivos e ao meio ambientedo que os equivalentes da energia fóssil.

Para atingir os melhores números já pra-ticados por algumas empresas, a média dosetor não-integrado a carvão integral tem aindaum potencial de ganho de produtividade globalde [3(floresta)x1,3(carbonização)x1,1(MAF)] =4,29 vezes.

A enorme capacidade de fixação de CO2

(19 t tg-1 de estoque + 1,96 t tg

-1 de evitação +0,16 t fixada no ferro-gusa + uma massa signi-ficativa presente nas áreas de proteção de legalde vegetação nativa e preservação legal) e deregeneração de O2 (16,1 t tg

-1 liberada no esto-que + 0,8 t tg

-1 de evitação de consumo) da pro-dução do ferro-gusa via biomassa plantada,aliada à sua capacidade de também fixar ohomem no campo, representa uma opção viávelpara as necessidades atuais da sociedadebrasileira e para os projetos de Mecanismos deDesenvolvimento Limpo.

Tudo isso confirma que não há processode produção de ferro menos impactante ao meioambiente do que os realizados à base de fontesrenováveis, e entre estes aqueles com base nautilização de biomassa plantada são os menosprejudiciais ao homem e ao meio ambiente.Essa é a rota tecnológica com maior potencialde geração e distribuição de riqueza em seusistema integrado de produção.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BIOCARBO INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA.Empresa de desenvolvimento de produtos e aplicaçõesde derivados do alcatrão vegetal. Belo Horioznte:1998. 55 p. (Relatório interno de desenvolvimento –Biopiches para Aglomerantes).

FLEISCHANDERL, A. M.; PESL, J. SAPPHIRE -Waste free plant concept. Catálogo – Voest AlpineIdustrieanlagenbau GmbH. TurmstraBe 44, P.O. Box4, A-4031 Lins: 2000.

MAFLA’S. Plantios de eucalipto integrados às faixasecológicas, tecnologia ambiental para uso sustentáveldo cerrado. Curvelo: Winrock International, 1997.42 p. (Report presented at the Brazilian AmericanChamber of Commerce at August, 15).



PAIXÃO, J. M. M. Reciclagem de resíduos daindústria metalúrgica. Belo Horizonte: 2000. 13 p.(Relatório interno de Desenvolvimento da JMPEmpreendimentos Ltda.)

PARCERIA BIOCARBO VALLOUREC &MANNESMANN FLORESTAL. Desenvolvimentode aplicações dos biopiches para a pavimentaçãoasfáltica e em siderurgia. Belo Horizonte: 2000. 33 p. (Relatório Interno).

SAMPAIO, R. S. et al. Integrating cultivatedbiomass with charcoal and steel making for CO2fixation and O2 regeneration. In: BIOMASSCONFERENCE OF THE AMERICAS, 4., 1999,Oakland. Proceedings... Oakland: 1999. 11 p.

SAMPAIO, R. S.; ANTUNES, M. E. R. CO2 –Inventory and fixation capacity in the biomassbased foundry pig iron production by Plantar S.A.Belo Horizonte: Plantar, 1998. (Relatório de Serviçosda RS Consultants Ltda para Plantar ).

WINROCK INTERNATIONAL INSTITUTE FORAGRICULTURAL DEVELOPMENT. Forest CarbonMonitoring Program. Field tests of carbon monitoringmethods in forestry projects. In: ALTHOFF, P. et al.Inventory for carbon sequestering. Curvelo:MANNESMANN Florestal Ltda, 1993.(E. camaldulensis, João Pinheiro plantation, InternalResearch Report)

agente redutor na produção de metais

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