Biomassa Carbono Zero para o Setor das Cimenteiras e Siderúrgicas

Biomassa Carbono Zero para o Setor das Cimenteiras e Siderúrgicas

O uso de biomassa residual na fabricação de cimento/siderúrgica é um exemplo fantástico da economia circular em ação.  A biomassa que não pode ser reciclada economicamente em outras operações, mas pode ser reciclada usando o cimento/siderúrgica numa única operação de “coprocessamento” da indústria. 

No Brasil trabalhamos com biomassa de origem florestal e do processo industrial da madeira, resíduos da agricultura e do beneficiamento agroindustrial e do setor sucroenergético.

Os combustíveis de origem da biomassa apresentam concentrações de nitrogênio, enxofre e óxidos (produzidos durante o processo de combustão) significativamente menores do que as emissões produzidas pelos combustíveis fósseis. 

Relata-se que o nível de dióxido de carbono produzido a partir da combustão de biomassa não contribui para o aquecimento global. A alternativa proposta para reduzir a emissão de CO2 e diminuir a procura por combustíveis fósseis seria a utilização de biomassa na forma de biocarvão que contêm energia e podem ser utilizadas pelas indústrias de cimento para geração da energia térmica. 

Estes (biocarvão) podem ser produzidos com produtos de origem da agricultura e do beneficiamento agroindustrial. O condicionamento do material residual antes da combustão também tem um grande impacto no desempenho do combustível, uma vez que materiais com um alto teor de umidade liberam menos energia líquida do que materiais com um baixo teor de umidade. Por este motivo, é indicado que seja removida a umidade antes da combustão. A saída de energia após a combustão  é  um parâmetro  para determinar a viabilidade de um combustível.

Geralmente os produtores de cimento escolhem as biomassas que irão ser utilizadas no processo com base no preço, disponibilidade, qualidade química do combustível, capacidade calorífica do combustível, o estado físico (líquido, sólido, semissólido ou em pó), umidade e conteúdo volátil.

Combustíveis provenientes de biomassas que possuem teor de umidade inferior a 10% como os pellets, briquetes e biocarvão são mais adequados para a conversão de energia térmica.

Há vantagens em utilizar os combustíveis alternativos de origem da biomassa como a biomassa, uma vez que são geralmente mais baratos do que os combustíveis fósseis disponíveis no mercado, pois em sua maioria são gerados a partir de resíduos que requerem apenas algum custo de processamento ou logística. 

A substituição por combustíveis alternativos de origem da biomassa tem como benefício a preservação de fontes de energia não renováveis, redução de resíduos e menor impacto ao meio ambiente.

Todavia, mudar para combustíveis alternativos apresenta vários desafios, uma vez que os mesmos têm características diferentes em comparação com os combustíveis convencionais, entre eles a má distribuição de calor, bloqueios nos ciclones pré-aquecedores, acúmulos nos dutos do forno e fornos empoeirados. 

A utilização de biomassa residual, que já foi utilizada pelo menos uma vez para outra finalidade (resíduos de processo industrial da madeira ou do processo de celulose) e atingiu o ponto mais baixo em sua cadeia de valor (biomassa sem incidência comercial residual como os resíduos florestais), garante que seu conteúdo energético/mineral seja reciclado como um produto na cadeia de valor para a indústria de cimento.

A biomassa residual continuará a ser uma parte valiosa como um combustível energético para uso no forno de cimento. A Brasil Biomassa trabalha com projetos para descarbonização do setor das cimenteiras com o uso energético da biomassa para atender a demanda de calor de combustão no forno:

• Em primeiro lugar, trabalhamos com um mapeamento de potencialidade e de disponibilidade da biomassa de origem florestal e do processo industrial da madeira, resíduos da agricultura e do beneficiamento agroindustrial e do setor sucroenergético para uso térmico para as indústrias cimenteiras. 

Com o nosso trabalho conseguimos suplantar as incertezas em termos de disponibilidade de biomassa para usos térmicos. Quando não é desenvolvido um mapeamento de fornecimento de biomassa geram incertezas para o uso energético pelas indústrias devido à falta de avaliação da disponibilidade de biomassa numa determinada região ou da origem da biomassa (se tem manejo florestal, reflorestamento ou certificação) ou se existe uma utilização como fonte energética e questões de qualidade (por exemplo, colas e conservantes em madeira estrutural). Assim, a biomassa (mapeamento de fornecimento) fornece uma solução sustentável para uso nos fornos de cimento.

• Em segundo lugar, os combustíveis de origem da biomassa, por exemplo. da produção e uso industrial da madeira, têm suas vantagens e desvantagens. As madeiras naturais (cavaco de madeira e serragem da extração florestal) tendem a ter um alto teor de umidade e, portanto, fornecem menor aporte calórico do que os combustíveis tradicionais.  

Para resolvermos o problema da umidade da biomassa, trabalhamos com projetos de torrefação da biomassa para fins de energia, biocarvão, briquetes e pellets com elevado poder calorífico e baixa umidade.

Também existem questões sobre as credenciais de sustentabilidade dos combustíveis de madeira produzidos exclusivamente para geração de energia. 

Trabalhamos com projetos de desenvolvimento de floresta para fins energético e o uso de biomassa florestal e da madeira com processo de manejo florestal e certificação da origem o que coaduna como uma fonte zero carbono e de sustentabilidade para uso energético da biomassa.

O Brasil detém grandes vantagens comparativas e competitivas para a produção florestal, o que auxilia na promoção da expansão e do uso de florestas plantadas para a geração de energia no país. Por outro lado, ao que tange a demanda (mercado consumidor) por energia oriunda de madeira de reflorestamento, tem-se que analisar fatores tais como a proximidade das florestas aos centros consumidores, bem como a competição com outras fontes energéticas.

Estes materiais genéticos superiores estão concentrados principalmente nas regiões Sul (PR e SC), Sudeste (MG e SP), Nordeste (BA), e Centro-Oeste (MS). Nestas regiões o IMA atinge valores superiores à média nacional, Os Estados com maiores áreas de florestas plantadas são Minas Gerais, São Paulo, Paraná, Santa Catarina, Bahia e Espírito Santo.

Em nosso mapeamento destacamos o grande potencial de disponibilidade de biomassa florestal e do processo da madeira de pinus e eucalipto nos Estados de Minas Gerais, Espírito Santos, Bahia, São Paulo, Mato Grosso do Sul, Goiás, Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina continuam sendo os maiores detentores de florestas plantadas de pinus e eucalipto no País.

• Em terceiro lugar temos os resíduos de madeira (compensados, mdf, construção civil e de movelaria) fibra de madeira (MDP, MDF, OSB e chapas duras), fibras de madeira reconstituída que podem ser ambientalmente problemáticos quando tratados com tintas, vernizes, colas e conservantes. Há uma tendência crescente de madeiras (comfenol-formaldeído, resinas fenólicas, designação genérica de polímeros resultantes de fenóis e aldeídos, resorcinol-fenol-formaldeído, melamina-formaldeído, ureia-formaldeído) na cadeia de abastecimento de construção civil. Trabalhamos com uma solução energética de utilização do sistema de pirólise com alta temperatura na produção de biocarvão (secagem para redução dos litigantes como o fenol e a cola na madeira).

Assim podemos concluir que o uso de biomassa de origem florestal (colheita e extração) e do processo industrial da madeira, resíduos da agricultura e do beneficiamento agroindustrial e do setor sucroenergético residual é uma solução energética para o setor cimenteiro. 

Melhor ainda se a biomassa for convertida em produto altamente energético com o uso da tecnologia de torrefação da biomassa, do processo de produção de biocarvão ou na forma de briquete ou pellets. 

Além disso, também é importante reconhecer que essas fontes de energia, quando combinadas com tecnologias de captura de carbono no forno de cimento, poderiam potencialmente fornecer uma pegada de carbono “negativa líquida”.

A Brasil Biomassa trabalha com alternativas sustentáveis para o setor cimenteiro que é o uso de pneus usados como um exemplo de um tipo de resíduo que pode ser reciclado. Deve-se notar que os pneus contêm uma quantidade significativa de carbono (cerca de 27% devido ao teor de borracha natural), levando assim a uma redução direta de emissões de CO2 relacionadas com o combustível. 

O processo de produção de cimento oferece a possibilidade de recuperação de energia e reciclagem de materiais dos componentes individuais do pneu. Os pneus usados têm alto poder calorífico, o que os torna um combustível ideal para a indústria de cimento. Ao mesmo tempo, eles possuem alto teor de ferro e sílica o que os torna perfeitos para a reciclagem de materiais, permitindo a cimenteira a reduzir o consumo de matérias-primas primárias.

Trabalhamos também com os resíduos do processo de celulose que poderiam ser aproveitados no processo de coprocessamento nas indústrias de cimentos como o licor negro, cinzas, lama de cal, dregs e grits. As cinzas, consideradas como resíduo inerte resultam da queima da biomassa em caldeiras, principalmente da queima de cascas da madeira utilizada para produção de celulose. São gerados cerca de 20 kg de cinzas por tonelada de celulose produzida.

A lama de cal se forma após a reação completa da cal com o licor, quando praticamente todo o sódio foi recuperado, tendo novamente adquirido a forma de hidróxido, e a cal, oxido de cal hidratado, se transformou em carbonato de cálcio. Esse carbonato de cálcio (lama de cal) é eliminado do sistema por filtragem a vácuo. 

A lama de cal (CaCO3) tem a maior relação de produção por tonelada de celulose produzida, na ordem de 240 kg/ tonelada. 

Na descarga da caldeira de recuperação temos um fundido (smelt) que constitui o “dregs”. O dregs é gerado na ordem de 10 kg/t celulose e o grits na ordem de 3 kg/t.

E ainda já desenvolvemos estudos de aproveitamento dos resíduos da cana-de-açúcar que poderiam ser aproveitados no processo de coprocessamento nas indústrias de cimentos como o vinhoto que é um resíduo da produção de álcool, sendo gerado somente nas destilarias. 

O lodo de esgoto também é um bom exemplo de combustível de biomassa que pode ser usado tanto como alternativa energética e matéria-prima no processo de fabricação do clínquer. O lodo de esgoto tem um alto poder calorífico, bem como menor fator de emissão de dióxido de carbono em relação ao carvão quando tratado em forno de cimento. 

O uso de lodo em fornos de cimento também pode resolver o problema de segurança e descarte de lodo de esgoto. Devido à alta temperatura no forno, o conteúdo orgânico do esgoto a lama será completamente destruído, enquanto os minerais da lama serão ligados no clínquer após a processo de queima.

Tipos de Biomassa para Uso do Setor Cimenteiro: Utilizamos os seguintes tipos de biomassa como alternativa energética para as indústrias cimenteiras e sua composição físico-químicas:

TIPO DE BIOMASSA PODER CALORÍFICO INFERIOR (PCI MJ/kg)

Bambu 18,0

Sorgo 16,4

Capim elefante (baixo teor de cinzas) 17,6

Capim elefante (alto teor de cinzas 16,4

Algodão 17,5

Bagaço de uva 18,7

Bagaço de cana (cinzas até 5% massa) 17,6

Bagaço de cana (cinzas de 5% massa a 9% massa) 16,9

Bagaço de cana (cinzas de 9% massa a 17% massa) 16,0

Casca de Café 17,71

Coco Babaçú 17,16

Palha da cana-de-açúcar 17,86

Fibra de dendê 19,0

Sabugo de milho 17,6

Caroço de açaí 17,4

Casca de soja 16,1

Casca de arroz 16,9

Casca de amendoim 18,8

Palha de coco verde 18,9

Fibra do coco verde 18,37

Casca de coco (teor de cinzas ~1,8% massa) 19,8

Casca de coco (teor de cinzas ~13% massa) 16,4

Casca de coco (teor de cinzas ~27% massa 13,8

Casca de Cacau 16,32

Castanha de Cajú 19,66

Cama aviária 11,8

Casca de eucalipto 17,75

Casca de Pinus 19,0

Madeira (cavaco e lenha) 18,2

Serragem 18,4

Poda de árvore 19,4

Poda da Macieira 18,21

Poda de Oliveira 18,11

Poda da Amendoeira 18,00

Palha de milho 17,3

Sabugo do Milho 18,72

Folha do Milho 18,26

Palha de arroz 14,4

Palha da Soja 13,81

Palha do Feijão 15,48

Palha do Trigo 15,69

Mandioca 13,83

Biocarvão Agrícola 29,39

Carvão Mineral 14,64

Fonte ABIB Brasil. Laboratório  de  Combustíveis  e Lubrificantes (LCL) do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo– IPT.

Biomassa como Substituto Carvão Mineral. O poder calorífico do carvão mineral é de 14644 KJ/kg (3.500 kcal/kg). 

Portanto, toda biomassa que apresentar um valor maior de poder calorífico seria uma boa sugestão, considerando apenas termos energéticos, para a substituição do carvão mineral nos fornos. 

Trabalhamos com projeto do uso do biocarvão no sistema de aquecimento dos fornos de produção do clínquer de cimento Portland e, comparando o poder calorífico inferior (PCI) do biocarvão (29,39) é semelhante ao poder do carvão vegetal. 

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