avaliação sócio ambiental dos obstáculos econômicos, técnicos e

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!"#$%&'#( *+ , -."'&( /012 Avaliação sócio ambiental dos obstáculos econômicos, técnicos e regulatórios para atingimento da meta de redução de emissões na siderurgia brasileira Nota Técnica referente à letra (d) do estudo técnico 1 do Termo de Referência do contrato 49, do ano de 2013, entre CGEE e SDP/MDIC, para subsídios em: “Modernização da produção de carvão vegetal”

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Avaliação sócio ambiental dos obstáculos econômicos, técnicos e regulatórios para atingimento da meta de redução de emissões na siderurgia brasileira

Nota Técnica referente à letra (d) do estudo técnico 1 do Termo de Referência do contrato 49, do ano de 2013, entre CGEE e SDP/MDIC, para subsídios em:

“Modernização da produção de carvão vegetal”

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Centro de Gestão e Estudos Estratégicos Presidente Mariano Francisco Laplane Diretor Executivo Marcio de Miranda Santos Diretores Antonio Carlos Filgueira Galvão Gerson Gomes Centro de Gestão e Estudos Estratégicos - CGEE SCS Qd 9, Lote C, Torre C Ed. Parque Cidade Corporate - salas 401 a 405 70308-200 - Brasília, DF Telefone: (61) 3424.9600 Fax. (61) 3424 9659 http://www.cgee.org.br Este relatório é parte integrante das atividades desenvolvidas no âmbito do Contrato Administrativo CGEE/MDIC 49/2013/Ação: Subsídios para Revisão do Plano Siderurgia (Carvão Vegetal) - 29.1.1. Todos os direitos reservados pelo Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE). Os textos contidos neste relatório NÃO poderão ser reproduzidos, armazenados ou transmitidos.

Nota  Técnica  da  letra  (d)  do  TR:  “Avaliação  sócio  ambiental  dos  obstáculos  econômicos,  técnicos  e  regulatórios  para  atingimento  da  meta  de  redução  de  emissões  na  siderurgia  brasileira”.  Subsídios  2014  ao  Plano  Siderurgia  do  MDIC:  Modernização  da  produção  de  carvão  vegetal.  Contrato  Administrativo  CGEE/MDIC  49/2013.  Brasília:  Centro  de  Gestão  e  Estudos  Estratégicos,  2014.    19  p.      1.  Carbonização  da  madeira.  2.  Fumaças  da  pirólise.  2020.  I.  CGEE.  II.  Título.    

 

   

                 

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"NOQJKC)ON)NM'$$UN$)G#)$'ON"Q"S'#)."#$'&N'"#V) Consultores !"#$%&'()*$+&,((*&&-(+./)0%&1/))/$)(&*/&2/#%& Equipe Técnica do CGEE 3#4(5&1/))/$)(&*/&2/*/$)%5&WB'ON"#GJ#)OC)5$DQOCX&6)$50$(7%&89:%&6::7$7&W-TC'C)3NDCOC&LS'FCX&2()$7(&;)(5$#&W-TC'C)-OM'G'$D"#D'ICX&&

Esta NT aguarda revisão do texto pela equipe técnica do CGEE

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CONTEÚDO    

1  –  Introdução                   7  

 

2  –  Desenvolvimento                 9  

   2.1  -­‐  A  cinética  da  carbonização  da  madeira  e  as  fumaças  produzidas       9  

   2.2  -­‐  Obstáculos  na  mitigação  das  emissões  das  fumaças  da  pirólise       12  

   2.3  -­‐  Soluções  para  a  mitigação  das  emissões  das  fumaças  da  pirólise       15  

 

3  –  Conclusões  e  Recomendações             17  

 

4  –  Referências                   18  

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RESUMO  EXECUTIVO    

Esta   nota   técnica   descreve   o   processo   de   produção   de   carvão   vegetal,   a  cinéticas  das  reações,  o  processo  de  formação  das  fumaças  e  a   influência  dos  parâmetros  da  madeira  como  umidade  e  diâmetro  no  tempo  de  carbonização,  informações   essenciais   para   entender   os   meios   de   redução   dos   impactos  ambientais.    

Tecnologias   para   redução   dos   impactos   ambientais   na   produção   de   carvão  vegetal   existem,   já   foram   testadas   e   implantadas   em  diversas   empresas   e   os  resultados  comprovam  a  sua  eficácia,  faltando  divulgação  no  meio  empresarial,  uma   vez   que   consideramos   estar   disponíveis   e   acessíveis   diversas   linhas   de  financiamento   oferecidas   pelo   governo   tanto   para   os   pequenos   produtores  quanto  para  as  grandes  empresas.      

O  parque  industrial  brasileiro  produziu  na  última  década  em  média  6,9  milhões  de   toneladas   de   carvão   vegetal   por   ano.   Estima-­‐se   que   a  média   nacional   do  rendimento  da  conversão  de  madeira  em  carvão  girou  em  torno  de  26%.  Assim,  utilizando  a  equação  da  metodologia  MDL  AM0041,  que  prediz  a  emissão  de  78  kg  CH4  /t  CV,  temos  atualmente  uma  emissão  anual  estimada  em  0,54  milhões  de  toneladas  de  metano,  ou  11,3  milhões  de  toneladas  de  CO2  equivalentes.      

Tendo   como   referência   os   casos   de   sucesso   no   mercado,   que   apresentam  rendimentos  da  ordem  de  35%  em  regime  estabilizado  de  produção  e  em  larga  escala,   multiplicar   este   feito   na   produção   nacional   representa   reduzir   as  emissões  anuais  de  metano  para  0,21  milhões  de  toneladas,  ou  4,3  milhões  de  toneladas   de   CO2   equivalente.   Isto   significa   um   significativo   potencial   de  redução  de  7  milhões  de  toneladas  de  CO2  equivalentes  por  ano.    

Quanto   às   tecnologias   de   queima   das   fumaças   mostrou-­‐se   que,   apesar   dos  grandes   esforços   das   últimas   décadas   no   seu   desenvolvimento   e   nos  investimentos   já   aplicados   pelas   grandes   empresas   produtoras   de   carvão  vegetal,  a  solução  em  larga  escala  ainda  demanda  um  tempo  de  maturação  (>5  anos),   e   isto   principalmente   porque   o   parque   industrial   hoje   precisa   de   uma  grande   reformulação   de   layout   e   talvez   até   de   substituição   total   por   novas  tecnologias,   caso   queira   se   viabilizar   neste   novo   modelo   do   ponto   de   vista  técnico  econômico.  

 

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1  -­‐  INTRODUÇÃO  

A   indústria   siderúrgica   brasileira,   com   destaque   para   as   produtoras   de   ferro  gusa,  atua  há  mais  de  um  século  e,  por  várias  décadas,  o  coque  produzido  do  carvão  mineral  foi  unânime  como  fonte  termo  redutora  dos  altos  fornos.  O  carvão  vegetal  só  começou   a   ser   substituído   em   larga   escala   a   partir   de   1970,   devido   a   fatores   como  incentivos   governamentais   para   reflorestamento   sustentável   e   forte   aumento   de  custos  de   importação  do  coque  e  do  carvão  mineral.  Atualmente  este  termo  redutor  de   fonte   renovável   tem   papel   de   destaque   na  matriz   energética   brasileira,   figura   1  (MME,  2012).  

 

 Figura  1  –  Participação  das  fontes  de  energia  no  Brasil  

 Considerando-­‐se   a   produção   total   de   ferro   gusa   no   Brasil   desde   meados   de  

1980   até   os   dias   atuais,   o   carvão   vegetal   vem   sendo  utilizado  numa   flutuação   entre  25%   e   35%,   atendendo   tanto   as   indústrias   integradas   como   as   produtoras  independentes.  Com  uma  produção  média  de  9,5  milhões  de  toneladas  de  ferro  gusa  anuais   na   última   década   e   considerando   um   consumo   específico   médio   dos   altos  fornos   no  mesmo   período   de   730   kg   de   carvão   vegetal   por   tonelada   de   ferro   gusa,  tem-­‐se  uma  necessidade  de  produção  de  6,9  milhões  de  toneladas  por  ano  do  termo  redutor,  figura  2  (AMS,  2013).  

 

 Figura  2  –  Evolução  da  produção  de  ferro  gusa  a  carvão  vegetal  no  Brasil  

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Até  o  início  da  década  passada  a  produção  de  carvão  vegetal  no  Brasil  era  feita  predominantemente   em   fornos   circulares   de   alvenaria   de   pequeno   porte  denominados   fornos   de   superfície,   com   capacidades   de   processamento   de   madeira  que  variam  de  7  m3  (fornos  tipo  Rabo  Quente)  a  70  m3  (fornos  Circulares  de  7  metros  de  diâmetro)  de  volume  sólido,  ou  de  4  a  40  toneladas  de  madeira  (b.s.),  figura  3.    

 

   

Figura  3  –  Fornos  de  alvenaria  de  pequeno  porte  para  produção  de  carvão  vegetal  (Ibama,  1999)  

 O  grande  problema  destes   fornos  é  a  alta  dependência  de  mão  de  obra  para  

operações   manuais   de   carga   de   madeira   e   descarga   do   carvão.   Com   ciclo   total   de  carbonização   variando   entre   7   dias   (Rabo   Quente)   e   12   dias   (Circular)   e   baixos  rendimentos   de   conversão   de   madeira   em   carvão   (de   24%   a   29%   de   rendimento  gravimétrico),  estes   fornos  tem  capacidade   individual  de  produção  que  variam  de  50  toneladas  (Rabo  Quente)  a  350  toneladas  (Circular)  de  carvão  vegetal  por  ano.       A   partir   de   1980   grandes   empresas   integradas   de   produção   de   ferro   gusa,  Vallourec  (antes  Mannesmann  Florestal),  ArcelorMittal  (antes  Acesita),  Aperam  (antes  Belgo   Mineira)   e   Gerdau   iniciaram   um   processo   de   construção   de   grandes   fornos  retangulares   de   alvenaria   com   o   objetivo   de   mecanizar   ao   máximo   suas   operações  florestais,   desde   a   colheita   (Sistema   Feller   Buncher,   Skider   e   Garra   Traçadora),   o  enchimento   dos   fornos   (feitos   com   grua)   até   a   descarga   do   carvão   (feito   com   pá  carregadeira).  Um  dos  grandes  benefícios   foi  o  de  aumentar  de   forma   significativa  a  produtividade   destes   equipamentos   e   melhorar   as   condições   de   trabalho   dos  operadores,  figura  4.    

 

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Figura  4  –  Fornos  de  alvenaria  de  grande  porte  para  produção  de  carvão  vegetal  (RAAD,  2004)  

 Na  última  década  diversas  empresas  integradas  de  várias  regiões  do  Brasil,  com  

destaque  para  os  estados  de  Minas  Gerais,  Mato  Grosso  do  Sul  e  Maranhão,   fizeram  uma  substituição  em   larga  escala  dos   fornos  circulares  pequenos  por  grandes   fornos  retangulares.  Com  capacidades  de  processamento  de  madeira  que  variam  de  150  m3  (FR190  -­‐   fornos  retangulares  de  13  metros  de  comprimento  e  4  metros  de   largura)  a  450  m3   (RAC700   -­‐   fornos   retangulares  de  26  metros  de   comprimento  e  8  metros  de  largura)  de  volume  sólido,  ou  de  80  a  250  toneladas  de  madeira  (base  seca).    

 Com  ciclo  total  de  produção  variando  entre  13  dias  (FR190)  e  18  dias  (RAC700),  

quando   estão   equipados   com   sistemas   modernos   de   instrumentação   e   controle   de  temperatura   e   programas   de   gerenciamento   do   processo   de   carbonização,  apresentam  significativos  ganhos  de  rendimento  na  conversão  de  madeira  em  carvão  (de   32%   a   35%   de   rendimento   gravimétrico).   Com   isto,   estes   fornos   podem   atingir  capacidades   individuais   de   produção   que   variam   de   750   (FR190)   até   1800   (RAC700)  toneladas  de  carvão  vegetal  por  ano.    

 Importante  ressaltar  que  a  operação  destes  grandes  fornos  sem  um  controle  de  

temperatura   adequado   reduzem  de   forma   significativa  esta   capacidade  de  produção  devido  aos  baixos   rendimentos  gravimétricos  obtidos,  em   torno  de  26%,  passando  a  produzir  de  580  (FR190)  até  1300  (RAC700)  toneladas  ano,  uma  redução  de  quase  30%  na   produtividade,   aumentando   proporcionalmente   as   emissões   de   fumaças  condensáveis  e  não  condensáveis  da  pirólise  da  madeira.    

 Como  pode  ser  observado  na  tabela  1,  a  quantidade  de  emissões  de   fumaças  

no  processo  de  carbonização  da  madeira  é  diretamente  associado  ao  rendimento  em  carvão   vegetal   produzido,   quanto   menor   o   rendimento   maior   serão   as   emissões.  Vejam  que,  considerando-­‐se  como  referência  base  o  processamento  de  uma  tonelada  de  madeira   seca   e   obtendo-­‐se   um   rendimento   de   26%   ao   invés   de   35%,   ocorre   um  aumento  de  100%  da  quantidade  do  gás  metano  emitido  para  o  meio  ambiente.    

 Tabela  1  –  Distribuição  mássica  dos  produtos  da  carbonização  de  1  tonelada  de  madeira  base  seca  

RG  –  Rendimento  Gravimétrico   26%   35%  (*)  

Carvão  Vegetal  (kg)   260   350  

Líquido  Pirolenhoso   340   300  

Alcatrão  Vegetal   150   130  

Gases  –  CO2,  CO,  H2  e  CnHn     230   210  

CH4  Metano  (**)   20   10  (*)  Revista  Opiniões,  Jun-­‐Ago  2008     (**)  Metodologia  MDL  AM0041  –  Equação  1  

             

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                    (1)    

2  -­‐  DESENVOLVIMENTO  

2.1  -­‐  A  cinética  da  carbonização  da  madeira  e  as  fumaças  produzidas      Para  entender  o   impacto  do   rendimento  da  conversão  da  madeira  em  carvão  

vegetal   nas   emissões   das   fumaças,   bem   como   na   composição   formada   pelos   gases  condensáveis   e   não   condensáveis   (com   destaque   para   o   gás   metano),   é   preciso  compreender   a   relação   de   decomposição   térmica   que   ocorre   durante   a   pirólise   no  interior   da   madeira   e   os   distintos   comportamentos   cinéticos   de   seus   principais  componentes:  hemicelulose,  celulose  e  lignina,  figura  5.  

 Figura  5  –  Decomposição  térmica  dos  componentes  da  madeira  (Raad,  2004)  

    No  gráfico  da  figura  5  temos  na  ordenada  a  fração  mássica  normalizada  de  cada  componente   da   madeira   (kg   de   massa   residual   da   pirólise   /   kg   de   massa   inicial   do  componente)  e  na  abscissa  a  temperatura  de  carbonização  do  processo.  As  principais  considerações  a  serem  destacadas  são:    

a) Quanto  maior  a  temperatura  de  carbonização  menor  o  resíduo  sólido  (carvão  vegetal)  do  respectivo  componente,  (Raad,  2004):  

  A   hemicelulose,   com   baixo   teor   de   carbono   elementar   (≈37%)   apresenta   a  

menor   resistência   a   decomposição   térmica,   gerando   resíduos   sólidos  desprezíveis   a   altas   temperaturas   (acima   de   500º   C),   praticamente   se  transformando  totalmente  em  fumaças;  

A   celulose   com   médio   teor   de   carbono   elementar   (≈44%)   apresenta   maior  resistência  a  decomposição   térmica  do  que  a  hemicelulose,   gerando   resíduos  sólidos  em  torno  de  15  a  20%  de  sua  massa  inicial  a  altas  temperaturas;  

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A  lignina,  com  alto  teor  de  carbono  elementar  (≈67%)  apresenta  alta  resistência  a  decomposição  térmica  e  gera  resíduos  sólidos  em  torno  de  60  a  70%  de  sua  massa  inicial  

b) A  fração  mássica  das  fumaças  condensáveis  e  não  condensáveis  são  distintas  para  cada  componente  da  madeira      

A  hemicelulose,  com  teor  de  hidrogênio  similar  aos  da  celulose  e  lignina  (≈6%),  mas   com   baixo   teor   de   carbono   elementar   (≈37%)   e   alto   teor   de   oxigênio  (≈57%),  decompõem-­‐se  termicamente  com  maior  predominância  na  formação  de   fumaças  condensáveis  principalmente  o   líquido  pirolenhoso,  apresentando  normalmente  80%  de  água  na  sua  composição  (Bridgwater,  1991);    

A   celulose   com   médio   teor   tanto   de   carbono   elementar   (≈44%)   como   de  oxigênio   (≈49%)   apresenta   na   sua   decomposição   térmica   relações   mássicas  entre   fumaças   condensáveis   e   não   condensáveis   muito   dependentes   da  temperatura   máxima   de   carbonização,   associada   a   sua   da   taxa   de  aquecimento,  onde  ocorre  maior  predominância  para  as  fumaças  condensáveis  para   taxas   elevadas   (pirólise   rápida   em   retortas   metálicas)   e   o   inverso   para  temperaturas   e   taxas   de   aquecimento   moderadas   (Bridgwater,   1991,   Rocha,  2002);    

A  lignina,  com  alto  teor  de  carbono  elementar  (≈67%)  e  baixo  teor  de  oxigênio  (≈32%)  quando  comparado  com  as  holoceluloses,  é  o  componente  da  madeira  que   mais   contribui   para   a   formação   do   gás   metano   e   o   que   menos   produz  fumaças  condensáveis  (Costa  2012).  

 Outro  fator  importante  que  deve  ser  levado  em  consideração  nos  processos  de  

carbonização  além  da  composição  química  da  madeira  é  a  sua  composição  física,  mais  especificamente  o  seu  diâmetro.  Este  parâmetro  tem  significativa  influência  no  tempo  de  residência  da  pirólise  quando  se  busca  um  carvão  vegetal  com  composição  química  homogênea.   Sob   uma   mesma   condição   térmica   de   pirólise   o   tempo   de   processo  aumenta  de  forma  exponencial  quanto  maior  for  o  diâmetro  enfornado,  figura  6.      

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Figura  6  –  Influência  do  Diâmetro  da  Madeira  na  Carbonização  (Raad,  2004)  

 

  O  grande  problema  é  que,  na  maioria  das  empresas  que  produzem  carvão  em  fornos  de  alvenaria,  o  ciclo  é  normalmente  mantido  o  mesmo  independente  do  diâmetro,  o  que  implica  em  aumentar  a  temperatura  de  carbonização  para  acelerar  o  processo  e  compensar  a  

influência  dos  diâmetros  maiores,  com  consequente  redução  de  rendimento  gravimétrico  e  maior  emissão  de  fumaças.  

 2.2  -­‐  Obstáculos  na  mitigação  das  emissões  das  fumaças  da  pirólise      Parâmetros  Técnicos  e  Econômicos    

Do   ponto   de   vista   técnico   a   busca   para   reduzir   os   impactos   das   fumaças   da  carbonização   na   indústria   brasileira   já   vem   de   longa   data.   Entre   1980   e   1990   a  ArcelorMittal   (antes   Acesita)   implantou   e   operou   uma   retorta   de   carbonização  contínua  (já  desativada  e  sucateada),  onde  todos  os  fumos  da  pirólise  eram  queimados  (inclusive   todo  metano),   parte   da   energia   de   combustão   era   utilizada   na   secagem   e  carbonização   da   madeira   e   parte   para   geração   de   energia   elétrica   em   sistemas   de  caldeira   e   turbina   a   vapor.   Da   mesma   forma   a   Vallourec   (antes   V&M   Florestal)  implantou  a  partir  de  2008  em  uma  de  suas  unidades  de  produção  uma  retorta  com  conceito  similar,  até  hoje  em  operação  industrial.    

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 Figura  7  –  Retortas  contínuas  de  carbonização  da  madeira  (Pinheiro,  2009)  

    Se  do  ponto  de  vista   técnico  o  problema  das  emissões   são  equacionados  nas  retortas   contínuas,   o   problema   econômico   fica   ainda   muito   longe   da   realidade  brasileira.  Custos  de  CAPEF  e  OPEX  desta  tecnologia  ainda  precisam  ser  otimizados  e,  ainda,   só   apresentam   uma   possível   viabilidade   econômica   em   produções   muito  elevadas   por   unidade   de   produção   (maiores   que   25.000   t/ano).   Mesmo   as   grandes  empresas  como  Vallourec,  ArcelorMittal  e  Gerdau,  entre  outras,  ainda  operam  várias  de   suas   unidades   com   produção   máxima   inferior   a   esta,   devido   às   limitações   da  extensão  de  terra  disponível  para  plantio  nas  fazendas.       Uma  solução  desenvolvida  pela  Vallourec  para   redução  das  emissões   foi   a  da  recuperação   das   fumaças   condensáveis   através   de   equipamentos   periféricos  acoplados   aos   fornos   de   alvenaria   e   posterior   queima   do   alcatrão:   ou   em  termoelétricas  (Parceira  Vallourec-­‐CEMIG)  ou  em  queimadores  próprios  utilizados  para  suprir  energia  de  secagem  da  madeira  (Parceria  Vallourec-­‐IPT),  figuras  8,  9  e  10.      

   

Figura  8  –Recuperação  dos  gases  condensáveis  de  pirólise  (Raad,  2004)  

 

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Figura  9  –  Queima  de  alcatrão  vegetal  para  secagem  de  madeira  (Raad,  2004)  

 

   

Figura  10  –  Usina  termoelétrica  a  gás  de  alto  forno  e  alcatrão  vegetal  -­‐  12,9  MW  (Winter,  2007)  

 A   partir   de   2010   por  motivos   de   inviabilidade   econômica   a   Vallourec   decidiu  

por   desativar   os   equipamentos   (V&M,   2010).   Hoje   a   usina   termoelétrica   em  funcionamento   na   usina   Barreiro,   Belo  Horizonte-­‐MG,   opera   somente   com   gases   do  alto  forno,  o  que  não  deixa  de  ser  uma  excelente  e  validada  solução  para  redução  das  emissões  da   siderúrgica  visto  que  os   voláteis  do   carvão  que  não   saíram  no  processo  original  sairão  agora  no  topo  do  alto  forno.    

 Vale   destacar   que   este   processo   foi   um   dos   sete   primeiros   projetos   de  MDL  

aprovados  no  Brasil,  com  capacidade  de  redução  em  torno  de  50.000  toneladas  de  CO2  equivalente  por  ano,  metodologia  MDL  CDM0033  -­‐  AMS.I.F  (2004).  

    Grandes   siderúrgicas   integradas   e   também   empresas   de   produção  independente   de   carvão   vegetal   tem   intensificado   na   última   década   esforços   para  viabilizar   a   redução   das   emissões   da   carbonização   pela   queima   das   fumaças   via  fornalhas   de   alvenaria   conectadas   por   canais   de   fumaça   provenientes   de   fornos  convencionais   sejam   circulares   de   pequeno   porte   ou   retangulares   de   grande   porte,  figura  11.    

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Figura  11  –  Produção  de  carvão  em  fornos  de  alvenaria  com  queimadores  de  fumaça  (Viena,  2008)  

 Este   tipo   de   tecnologia   ainda   encontra   barreiras   tanto   técnicas   como  

econômicas.   O   processo   de   secagem   e   carbonização   da   madeira   em   fornos   de  alvenaria  são  denominados  do  tipo  batelada  por  varredura  de  distribuição  de  energia  térmica,  ou  seja  geralmente  inicia-­‐se  o  processo  de  combustão  de  madeira  na  base  e  extremidades  do   forno   (porta  e   fundo)  para   suprimento  de  energia,   com  a  exaustão  sendo   feita  através  de  chaminé  central   localizada  em  uma  das  paredes   laterais.  Com  isto  a  carbonização  ocorre  no  sentido  das  extremidades  para  o  centro  do  forno,  figura  12.  

 

   

Figura  12  –Perfil  térmico  da  carbonização  da  madeira  em  fornos  de  alvenaria  –  simulação  do  autor  

  Nas  primeiras  48  horas  de  processo  ocorre  predominantemente  a  secagem  da  

madeira  com  baixa   taxa  de  decomposição  da  madeira,  produzindo  um  gás  de  baixo  poder  calorífico  e  de  difícil  queima;  

Com   o   decorrer   do   processo   ocorre   um   aumento   da   taxa   de   emissão   de  fumaças   da   pirólise,   com   elevação   gradativa   do   seu   poder   calorífico   em   um  período  que  dura  em   torno  de  48  a  60  horas,   viabilizando-­‐se   sua  queima  em  fornalhas  de  alvenaria  apenas  nesta  parcela  do  ciclo  do  processo;  

Assim,  como  não  há  viabilidade  técnica  de  queima  em  fornos  individualmente,  um  conjunto  de  fornos  deverá  ser  usado  para  abastecer  os  sistemas  de  queima  existentes.  

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2.3  -­‐  Soluções  para  a  mitigação  das  emissões  das  fumaças  da  pirólise    

 

Para  se  ter  uma  fornalha  que  elimine  as  fumaças  de  forma  eficiente,  a  queima  deverá  ser  mais  contínua  possível  para  evitar  que  paradas  prolongadas  possam  esfriar  as  câmaras  de  combustão  e  como  consequência  interromper  o  processo  de  queima.    

 Assim,   torna-­‐se   indispensável   que   a   fornalha   receba   simultaneamente   e   de  

forma  sincronizada  os  gases  de  um  grupo  de  fornos,  ou  seja,  a  mistura  final  deverá  ter  gases   de   baixo   (início   do   processo),   médio   (avanço   da   carbonização)   e   alto   poder  calorífico   (topo   de   emissão   de   fumaças   de   pirólise).   Com   isto   passar   a   oferecer   um  poder   calorífico   estável   e   que   viabilize   a   queima   com   o   mínimo   impacto   da  necessidade  de  uso  de  biomassa  adicional  como  combustível  auxiliar.  

 Outro  ponto  de  atenção  para  este  modelo  tecnológico  é  o  fato  de  a  maioria  dos  

parques   industriais   já   em   operação   contarem   com   os   fornos   dispostos   de   forma  paralela  e  longitudinal  (ver  figura  4)  sejam  eles  retangulares  ou  circulares.    Este  tipo  de  configuração   faz   com   que   os   canais   que   levam   ao   sistema   de   queima   tenham  comprimentos   bem   distintos,   dificultando   o   controle   do   sincronismo   e   com   isto  diminuindo  a  eficiência  do  queimador.  

A  partir  de  2011  algumas  empresas  do  setor  iniciaram  uma  inovação  no  layout  de  suas  unidades  de  produção:  é  o  caso  da  Vetorial  Energética  no  Mato  Grosso  do  Sul  e  da  Saint  Gobain  em  Minas  Gerais,  que  construíram  novas  plantas  de  carbonização  no  formato   radial,   eliminando   com   isto   o   problema   da   distância   de   abastecimento   das  fumaças  no  queimador,  figura  13.  

 

   

Figura  13  –Fornos  Retangulares  em  layout  radial  para  viabilizar  queima  de  fumaças  (Vetorial,  2013)  

 A  Saint  Gobain  já  iniciou  há  mais  de  um  ano  os  testes  de  queima  contínua  em  

seu   sistema   de   fornalha   de   alvenaria,   porém   não   utiliza   ainda   a   energia   dos   gases  

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queimados.  A  Vetorial  Energética  está  estudando  opções  de  sistemas  de  queima  que  possam   utilizar   a   energia   de   combustão   para   a   secagem   da   madeira   antes   de   ser  abastecida  no  forno  e  com  isto  aumentar  o  rendimento  gravimétrico.    

 Uma  das  opções  em  análise  é  o  chamado  processo  DPC,  que  utiliza  um  sistema  

de  queimadores  das  fumaças  da  pirólise  em  câmaras  de  combustão  metálicas  e  seca  a  madeira  em  containers  adaptados  exatamente  para  este  processo,  figura  14.  

   

   

Figura  14  –  Sistema  de  queima  de  fumos  da  pirólises  e  secagem  de  madeira  (DPC)  

 

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3  –  CONCLUSÕES  E  RECOMENDAÇÕES    

O  parque   industrial   brasileiro   produz   em  média   6,9  milhões   de   toneladas   de  carvão  vegetal  por  ano.  Se  considerarmos  um  rendimento  médio  da  conversão  de  madeira  em  carvão  de  26%  e  utilizando  a  equação  1  da  metodologia  MDL  AM0041,   que   prediz   a   emissão   de   78   kg   CH4   /t   CV,   teremos   uma   emissão  estimada   em   0,54   milhões   de   toneladas   de   metano,   o   que   representa   11,3  milhões  de  toneladas  de  CO2  equivalentes.      

A  primeira  solução  imediata  e  que  já  vem  sido  aplicada  por  diversas  empresas  produtoras   de   carvão   no   Estado   de  Minas   Gerais   e  Mato   Grosso   do   Sul   é   a  implantação   de   sistemas   de   instrumentação,   controle   e   gerenciamento   do  processo  de  carbonização,  visando  reduzir  as  perdas  e  aumentar  o  rendimento  da   conversão   de   madeira   em   carvão.   Já   existem   vários   casos   de   sucesso   no  mercado   que   apresentam   rendimentos   desde   32%   a   35%   em   regime  estabilizado  de  produção  em  larga  escala.   Isto  representa  reduzir  as  emissões  anuais   de   metano   de   0,54   milhões   para   0,21   milhões   de   toneladas,   ou   4,3  milhões  de  toneladas  de  CO2  equivalente.  

 

Já   estão   disponíveis   diversas   e   acessíveis   linhas   de   financiamento   oferecidas  pelo  Governo  (destaque  para  Fundo  Clima  e  seus  diversos  sub  programas),  mas  parece  que  este  não  é  o  ponto  de  gargalo.  É  preciso  fazer  uma  ampla  mudança  de   entendimento   empresarial   de   reconhecimento   tanto   dos   impactos  negativos   ambientais   quanto   econômicos   que   a   ausência   da   busca   pelo  benchmark   de   mercado,   no   caso   o   melhor   rendimento   possível   da  carbonização,   vem   causando   ao   país   e   às   próprias   empresas   no   quesito  competitividade  do  ferro  gusa.  

 

Quanto  às  tecnologias  de  queima  das  fumaças  vimos  que,  apesar  dos  grandes  esforços  das  últimas  décadas  no   seu  desenvolvimento  e  nos   investimentos   já  aplicados  pelas  grandes  empresas  produtoras  de  carvão  vegetal,  a  solução  em  larga   escala   ainda   demanda   um   tempo   de   maturação   (>5   anos),   e   isto  principalmente   porque   o   parque   industrial   hoje   precisa   de   uma   grande  reformulação  de  layout  e  talvez  até  de  substituição  total  por  novas  tecnologias,  para  se  viabilizar  do  ponto  de  vista  técnico  econômico.    

O  uso  dos  gases  queimados  como  forma  de  energia  térmica  para  a  secagem  da  madeira   já   é   uma   realidade   do   ponto   de   vista   tecnológico   e   já   vem   sendo  testado  em  escala  piloto  (sistema  DPC  –  Empresa  Ecogril)  e  em  breve  também  entrarão  em  operação  grandes  secadores  em  desenvolvimento  conjunto  entre  grandes  siderúrgicas  e  o  meio  acadêmico.  

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4  –  REFERÊNCIAS      AMS,  2013.  Anuário  Estatístico.  Junho  de  2013.    BRIDGWATER,   A.V.,1991.   Review   of   Thermochemical   Biomass   Conversion   Energy  Research  Group,  Aston  Univeristy,  Birmingham,  Crown  Copyright,  january,  1991,  76  p.    DPC,  2014.  Site  Empresa  DPC  Thermal  Processing.  http://www.dpcbiomassa.com.br.    MME,  2012  –  Balanço  Energético  Brasileiro,  Ministério  das  Minas  e  Energia,  2012.    RAAD,  T.   J.,  2004.   Simulação  do  Processo  de  Secagem  e  Carbonização  do  Eucalyptus  spp.   Tese   de   Doutorado.   Curso   de   Pós-­‐Graduação   em   Engenharia   Mecânica   da  Universidade  Federal  de  Minas  Gerais,  Dezembro,  2004.    RAAD,  T.J,  2008.  Produtos  derivados  da  produção  de  carvão  –  uma  nova  visão.  Revista  Opiniões,  Junho-­‐Agosto,  2008.    ROCHA,   J.D.,   et   all,   2002.   The   demonstration   fast   pyrolysis   plant   to   biomass  conversion  in  Brazil.  Proceedings  of  the  VII  World  Renewable  Energy  Congress.  Colônia,  Alemanha,  junho,  2002,  5pg.    UNFCCC,  2006.  United  Nations  Framework  Convention  on  Climate  Change.  Approved  baseline   and  monitoring  methodology  AM0041   “Mitigation   of  methane   emissions   in  the   wood   carbonization   activity   for   charcoal   production”,   version   01.206.   63   p.  Disponível  em:  http://www.mct.gov.br/upd_blod/0014/14282.pdf.    VALLOUREC,  2010  –  Relatório  de  Sustentabilidade,  2010.      VETORIAL,   2013.   Perspectivas   da   Siderurgia   a   Carvão   Vegetal   no   Brasil.   Tocantins  Florestal,  Palmas,  19  de  novembro,  2013.    VIENA,  2008.  Fornos  retangulares  com  queimador  central-­‐  Experiência  Viena  Siderúrgica.  http://www.ciflorestas.com.br/arquivos/doc_experiencias_central_15139.pdf.    WINTER,  M.E.L.  2007.  Florestas  Energéticas  –  Situação  Atual  e  Perspectivas  no  Brasil,  caso  V&M  Florestal,  MAS,  2007.  http://www.inee.org.br/down_loads/eventos.