CAPIM ELEFANTE PARAÍSO NA GERAÇÃO DE ENERGIAHerbert Vilela*Dimas Cerize**I - IntroduçãoO híbrido capim elefante híbrido (Pennisetum hybridum) é o resultado do cruzamento do capim elefante comum (Pennisetum purpureum Schum) com o milheto (Pennisetum americanum). (HANNA et al.,1984). Este capim foi obtido na Estação Experimental da Universidade da Geórgia, Município de Tifton, em 1980 e em 1995 foi introduzido no Brasil, pelo Engenheiro Agrônomo Herbert Vilela, em São Sebastião do Paraíso (MG) através da MATSUDA Genética, com o nome de capim elefante Paraíso. Daquela introdução, até a presente data, têm sido feitos muitos trabalhos de pesquisa em parceria com a U. Florida, UFMG, UFU e outras Instituições Oficiais de Pesquisa. Este cruzamento possibilitou a obtenção de uma planta com alto potencial de produção de matéria seca, palatável e com alto teor de proteína bruta. Esta maior apetecibilidade proporciona maior consumo de forragem principalmente pelos bovinos e eqüídeos.O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade técnica de se usar o capim elefante Paraíso em produzir biomassa como fonte geradora de energia e seu uso como seqüestrantrador de carbono.II - LiteraturaII.1 - Produção de Biomassa do Capim Elefante ParaísoCaracterísticas, produção e vantagensQUESADA (2004) comenta que a produção de material energético alternativo através de biomassa vegetal representa hoje um desafio para a ciência, e para os países de um modo geral, principalmente os em desenvolvimento. A utilização de combustíveis fósseis e seus derivados ocasionam graves conseqüências, pois são fontes finitas de energia, e contribuem para o efeito estufa que ameaça o equilíbrio do clima da terra. Como a queima de biomassa no máximo recicla CO2 que foi retirado da atmosfera pela fotossíntese, tudo indica que, em longo prazo, esta será a alternativa energética para contornar a crise ambiental e a dependência ao petróleo que vive o planeta . Soma-se a isso, o fato de que, entrando em vigor o Protocolo de Kyoto, os países que obtiverem energia através de mecanismos de desenvolvimento limpo (MDL), obterão créditos através da “venda” do carbono não emitido.VILELA, et al. (1997, 2001, 2002, 2003 e 2004) e PAULINO, DE LUCENAS, & POSSENTI,(2007), obtiveram inúmeras produções de biomassa em função de vários tratamentos em seus trabalhos de pesquisa. Fazendo um arranjo nos dados obtidos, podem-se sumariar os dados apresentados no Quadro I. Estes dados sugerem que se façam corte das plantas, quando maduras com cerca de 150 dias de idade, para se obter12, 115 t e da rebrota com cerca de 180 dias de idade, para se obter 22, 500 t de “biomassa 85” por hectare por ano. A produção total biomassa com 85% de matéria seca é de 34, 615 t e pode ser armazenada por um período de tempo indefinido.QUADRO I - Variações de Produção de Biomassa e sua Composição em Matéria Seca e Mineral

Ciclo vegetativo Matéria seca (%)

Altura da planta (m)

Produção Matéria Seca (kg/ha)

Produção Biomassa 85*85% MS

Matéria Mineral (%)

(kg/ha)

Inicial - 70 dias 13,85 1,20 (4.800) --------- 11,80

Intermediário – 100 dias 17,40 2,50 (8.100) ---------- 10,24

Maduro ≈ 150 dias 30,73 >3,00 9.535 10.965 6,56

Rebrota > 210 dias 32,75 >3,00 14.565 16.749 6,15

TOTAL 24.100 27.714

Estes dados sugerem que se façam corte das plantas, quando maduras com cerca de 150 dias de idade, para se obter 10.965t e da rebrota com cerca de 180 dias de idade, para se obter 16.749t de “biomassa 85” por hectare por ano. A produção total biomassa com 85% de matéria seca é de 27.714t e pode ser armazenada por um período de tempo indefinido.

Segundo MAZZARELLA (2007), as vantagens comparativa do capim elefante como produtor de biomassa em relação às demais fontes são:

Maior produtividade (45 t MS/ha/ano); Menor extensão de áreas para uma dada produção; Menor ciclo produtivo (dois cortes por ano); Melhor fluxo de caixa; Possibilidade de mecanização total; Energia renovável; Maior assimilação de Carbono.

II.2 - Mercado de CarbonoO conceito de seqüestro de carbono foi consagrado pela Conferência de Kyoto, em 1997, com a finalidade de conter e reverter o acúmulo de CO2 na atmosfera, visando a diminuição do efeito estufa. A conservação de estoques de carbono nos solos, florestas e outros tipos de vegetação, a preservação de florestas nativas, a implantação de florestas e sistemas agroflorestais e a recuperação de áreas degradadas são algumas ações que contribuem para a redução da concentração do CO2 na atmosfera. Os resultados do efeito seqüestro de carbono podem ser quantificados através da estimativa da biomassa da planta acima e abaixo do solo, do cálculo de carbono estocado nos produtos madeireiros e pela quantidade de CO2 absorvido no processo de fotossíntese. Para se proceder à avaliação dos teores de carbono dos diferentes componentes da vegetação (parte aérea, raízes, camadas decompostas sobre o solo, entre outros) e, por conseqüência, contribuir para estudos de balanço energético e do ciclo de carbono na atmosfera,

é necessário, inicialmente, quantificar a biomassa vegetal de cada componente da vegetação (Revista Eco Spy, Ano 2, n. 07. novembro/2006).A tributação foi a primeira idéia para a formalização do controle econômico sobre a poluição, mas isto afetaria a relação do custo/benefício no setor de produção ou elevaria o custo final ao consumidor. Assim, para que fossem alcançados os parâmetros globais de poluição, surgiu outro conceito, ou seja, os países poderiam negociar direitos de poluição entre si. Um país com altos níveis de emissão de gases na atmosfera poderia pagar a outro país que estivesse com os níveis de poluição abaixo do limite comprometido. A partir de então, além da idéia global da comercialização dos limites de poluição, muitas empresas começaram a sondar tal mercancia. Nos EUA, já se encontra legislação específica sobre a emissão de poluentes. O órgão ambiental americano - Environment Protection Agency - emite direitos para a emissão de volumes de poluição, títulos que simbolizam os limites de poluição que determinada empresa deve cumprir no ano. A cada ano tais limites sofrem reduções. Caso esta empresa obtenha sucesso na redução anual, poluindo menos do que o limite estabelecido, ela terá um saldo que poderá ser comercializado no mercado com outras empresas que não conseguiram cumprir o limite ''materializado'' pelos títulos adquiridos. Com a valorização econômica, a fiscalização e todos os demais custos operacionais para a redução da poluição acabam sendo arcados pelo mercado de commoditties, não repassando o impacto financeiro para a relação custo/benefício ou para o custo final. Esta é a maneira mais econômica e eficaz para a fiscalização e a diminuição da poluição. EI KHALILI (2003) comenta que dentro deste contexto econômico, o Brasil se encontra em uma posição extremamente valorizada, já que possui um amplo espaço ambiental. Desta forma, as empresas e os países altamente industrializados, seriam obrigados a frearem o aquecimento do planeta, reduzindo a emissão de gases e que poderiam participar de projetos de reflorestamento, adoção de tecnologias limpas, etc. A preservação ambiental pode ser a origem da entrada de divisas no País. O Brasil receberia pela sua baixa emissão de gases, pela enorme capacidade ambiental de absorção e regeneração atmosférica.Os créditos de carbono já estão sendo comercializados com antecedência no mercado mesmo que ainda não haja uma regulamentação de preços. Cada tonelada de carbono vale US$3.00 – US$5.00 segundo o oficial do PNUD (Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento), (www. imoveisvirtuais.com.br). Em geral, o teor de carbono nos tecidos vegetais apresenta mínima variação. Na biomassa vegetal do capim elefante o teor de carbono é aproximadamente 42%, na base de matéria seca. Assim, uma produção média de biomassa seca de capim elefante de 40 t/ha/ano, como conseguida na UFMG, acumularia um total de 16,8 toneladas de carbono/ha/ano. Neste contexto, o mercado de comodity ambiental de empresas Européias considera um preço de US$ 2,50 dólares por tonelada de CO2 seqüestrado. Assim, baseado nos dados disponíveis, pode-se estimar que uma empresa com 100 ha de capim elefante seqüestraria o equivalente a 1.680 toneladas de CO2/ano e poderia captar cerca de US$ 4.200,00 a cada ano somente por este mecanismo.III - Material e métodosIII.1 - Características energéticas e químicas da biomassa do Capim ElefantePelas suas próprias características físicas, o capim elefante "solto" é um material de baixa densidade energética, quando comparado com a lenha, sendo muito baixa a sua densidade a granel aproximadamente 50-60 kg/m3. A pressão que a massa é submetida por uma enfardadeira deve ser de mais 150 kg/m3. Esta pressão que se aplica faz com que a sua densidade passe de 50-60 kg/m3 para 212,70 kg/m3.

Algumas características do capim elefante estão listadas no Quadro II.QUADRO II - Características do Capim Elefante e do bagaço de cana*

CARACTERÍSTICAS DO CAPIM ELEFANTE E DO BAGAÇO DE CANA

ELEMENTOS CAPIM ELEFANTE BAGAÇO DE CANA

CARBONO (%) 41,2 46,7

HIDROGENIO (%) 5,6 5,9

NITROGENIO (%) 1,8 0,9

OXIGENIO (%) 51,4 46,7

UMIDADE (%) 75,8 55,4

CARBONO FIXO (%) 8,4 15,0

MATÉRIA VOLÁTIL (%) 82,6 73,8

CINZAS (%) 10,9 11,3

*SEYE et al.2000.III.2 - Formas de uso da energia do Capim Elefante (MAZZARELLA, 2007)

Combustão direta Gaseificação Carvoejamento Hidrólise do bagaço → Álcool

III.3 - Manejo da biomassa do Capim Elefante Paraíso na geração de energia em combustão direta (VILELA, 2007)Na prática, valendo do emurchecimento da biomassa do capim elefante ceifada e condicionada (exposta ao sol pleno) faz-se a sua pré-secagem. Quando a planta se encontra com cerca de 3,00m de altura, faz-se o corte e condicionamento da biomassa (condicionador acoplado a ceifadeira), predispondo-a ao sol, para se apresentar mais solta nas linhas, o que favorece o seu emurcheci mento, suas posteriores movimentações (viragens) com ancinho e sua coleta pela enfardadeira.Em meses sem chuvas (tem-se planta com maior teor de matéria seca (35%), solo com menor teor de umidade e umidade relativa do ar baixa (≈ 40%), mediante estas circunstancias obtem-se com cerca de quatro dias de exposição ao sol pleno, após corte com condicionador e viragens com ancinho, uma biomassa com 85% de matéria seca.Contudo em meses com chuvas (planta com menor teor de matéria seca (20%), solo com maior teor de umidade e umidade relativa do ar maior (≈ 60%) esses fatores condicionantes podem levar a um período de exposição ao sol pleno maior (5 - 6dias) e com maior número de viragens com ancinho, para se obter uma biomassa com 85% de matéria seca.

A coleta da biomassa deverá ser feita por uma enfardadeira adequada, para posteriormente conduzir estes fardos à queima em fornalha ou armazenar a biomassa em galpões apropriados.IV - ResultadosIV.1 - Custos e fotos da ceifadeira, enfardadeira e ancinhoQuanto aos preços destes equipamentos eles são relativamente elevados (Quadro III), mas apresentam um retorno rápido do capital investido.QUADRO III - Preços da ceifadeira e da enfardadeira (Porto de Paranaguá) em 09/2007

EQUIPAMENTO PREÇOS R$

Ceifadeira 60.000,00

Enfardadeira 318.000,00

Ancinho 40.000,00

Total 418.000,00

FIGURA I - Fotos da ceifadeira e da enfardadeira (São Sebastião Paraíso-09/20007).IV.2 – Composição química do Capim ElefanteUm parâmetro importante a ser analisado para saber a viabilidade de se produzir energia a partir de capim elefante é o seu teor de fibra, e dentro desta, mensurar os teores dos componentes ricos em carbono e com elevado poder calorífico, como lignina e celulose. Outra característica do capim elefante é a que nos colmos, o teor de fibra é frequentemente maior que nas folhas, assim como lignina e celulose, tal como mostrado no QUADRO IV.QUADRO IV - Percentual de fibra em detergente ácido (FDA), lignina, celulose e cinzas, nas folhas e colmos de dois genótipos avaliados em condições de campo, em colheita realizada aos 6 meses de cultivo (1ª colheita)***.

GenótipoFOLHAS COLMOS

FDA Lignina Celulose Cinzas FDA Lignina Celulose Cinza

Paraíso 45,9 8,7 29,4 5,8 53,2 10,9 40,7 1,6

Cameroon 45,3 8,6 30,2 3,2 52,9 10,7 40,0 0,8

*VILELA, 2003. **QUESADA, 2004.

IV.3 - Energia produzida em kcalA energia produzida em uma bomba calorimétrica é expressa em kcal e pode ser convertida em kW, que é a usada para avaliar o valor energético de uma determinada fonte de energia (QUADRO V).QUADRO V - Energia produzida (kcal) em algumas biomasas usadas para cogeração de energia.

Fontes de EnergiaEnergia Produzida

Energia Produzida por ha/ano kcalkcal kW

Capim elefante Paraíso 4.200 4,88 189.000.000

Capim Brachiaria brizantha 3.900 4,54 97.500.000

Eucalyptus grandis 4.641 5,37 92.820.000

Bagaço de cana 3.700 4,30 29.600.000

Lenha comercial 3.300 3,84 ----------

Carvão vegetal 7.250 8,43 ----------

Álcool hidratado 6.700 7,92 ----------

Óleo Diesel 10.400 12,09 ----------

Carvão mineral 11.000 12,79 ----------

Papel 4.000 4,65 ----------

A caldeira utilizada no trabalho é Fabricada pela ATA - Combustão Técnica SA, ano de Fabricação 1975, com capacidade de produção 6.500 kcal/hora e com as características da superfície de aquecimento caldeira fogo Tubular Horizontal, modelo H3N, tamanho ATA 26 com tubos retos lisos, diâmetro 3’, constituindo a segunda e terceira passagem de gás. As biomassas utilizadas foram da lenha de Eucalipto e a biomassa foi do capim elefante Paraíso, com plantas com idade de 280 dias, em forma de fardos, produzidos para o trabalho. As características dos fardos produzidos são: PESO DO FARDO = 245 kg; LARGURA DO FARDO = 0,80 m; ALTURA DO FARDO = 1,20 m; COMPRIMENTO DO FARDO = 1,60m. Portanto, o volume dos fardos utilizado, para efeito de controle, é de 1,54m3. O custo da lenha atualmente é de R$43,00/st, sendo este valor incluso frete e impostos. O custo do m3 da biomassa do capim elefante Paraíso com 80% de MS, incluindo custo operacional variável e fixo é: R$ 42,50; Custo/t operacional da enfardadora = R$ 5,30 (não incluso depreciação); Custo/t transportada = R$ 9,00 (distância de 20 km); Custo Final/t da matéria pré seca é: R$ 56,80.Se a densidade do fardo é 245 kg/1,54m3, significa dizer que a densidade em m3 é de 159 kg/m3 e que para cada tonelada de matéria de biomassa ter-se-ia 6,3m3 (1.000/159), sendo o Custo do m3=R$ 9,02(56,80/6,30). Portanto, com os dados obtidos e com os custos levantados obteve-se a Quadro VI.

QUADRO VI - Resultados das avaliações financeiras da lenha de Eucalipto e da biomassa de capim elefante Paraíso.

Tratamentos

Lenha de Eucalipto Biomassa

Custo total (r$)

Custo produção (t)

Custo/t(r$)Consum

o (st) Custo (r$)

Consumo (m)

Custo (r$)

50% biomassa x 50% Lenha 9,21 396,03 10,80 97,42 493,45 33 14,95

66% biomassa x 33% Lenha 4,50 193,50 16,90 152,44 345,94 30,66 11,28

100% biomassa - o - - o - 24,57 221,62 221,62 28 7,92

100% Lenha 10,20 438,60 - o - - o - 438,60 24 18,28

Pode-se afirmar que quando se usou a biomassa do capim elefante Paraíso,como fonte exclusiva de energia foi mais de 100% a redução no custo de produção, para se obter a extrusão dos componentes da ração em processo de fabricação de ração. Contudo questiona-se se “A compactação da enfardadeira está satisfatória?”. Sugere-se que sejam pesquisados mais processos de melhor compactação e uma nova avaliação, se for o caso, qual a pressão ideal no enfardamento para aumentar a compactação e com isso fazer novos trabalhos para confirmação desta hipótese. A geração de cinzas da matéria biomassa foi pouco menor, aproximadamente 20% (dado a ser confirmado com outros trabalhos com a biomassa do capim).V - Conclusões

É importante salientar que ao desfazer os fardos para introduzi-los na caldeira, ocorre uma grande perda na compactação, ponto altamente negativo ao processo, pois a queima do fardo se torna muito mais rápida, ressaltando que uma queima mais lenta há uma redução no consumo de matéria biomassa seca e um melhor aproveitamento da energia, fato constatado neste trabalho.

Para o manejo da biomassa com as dimensões acima citadas, sem desfazer a compactação, é necessária a utilização de empilhadeiras para tornar o processo mais viável, com ganho considerável de energia calorífica, pois mantém o bloco de biomassa mais compactado.

Observou-se durante o trabalho, quando a caldeira era abastecida com a biomassa do Capim Elefante Paraíso a fumaça escurecia imediatamente, um fator que com certeza pode ser explicado pela queima de um volume excessivo de capim descompactado, ocorrendo assim à falta de oxigênio para uma perfeita combustão.

Pode-se também concluir que entre os três tratamentos, o tratamento com utilização da biomassa do capim elefante Paraíso, o custo por tonelada de ração produzida reduziu, em até mais de 100%, fato que pode ser comprovado pelo Quadro VI. Portanto a utilização de 100% de biomassa de capim elefante Paraíso trará uma redução de custo significativa para a EMPRESA quando em substituição da lenha de eucalipto.

VI - Aspecto da cultura do Capim Elefante Paraíso

FIGURA II – CAPIM ELEFANTE PARAÍSO COM 96 DIAS APÓS PLANTIOVII - Referências bibliográficasEI KHALILI, AMYRA. 2003. O que são Créditos de Carbono? Publicado na Revista Eco 21, ano XII, No 74.FERNANDES, MARCELO CÔRTES, SÁNCHEZ, CAIO GLAUCO E ANGULO, MARIO BARRIGA. Custos da gaseificação de gramínea para eletrificação rural. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 3., 2000, Campinas.GUEDES, LUCIANO; DE CARLI, JOÃO CARLOS FILHO. 2002. Commodities ambientais podem gerar divisas para agropecuária. Revista Gleba – ed. janeiro/fevereiro.HANNA, W.W., GAINES, T.P., GONZALES, B. & MONSON, W.G. 1984. Effects of ploid on yield and quality of pearl millet x Napier grass hybrids. Agron. J. 76.669-971.QUESADA, D. M., BODDEY, R.M., MASSENA REIS, V., URQUIAGA, S. 2004. Parâmetros Qualitativos de Genótipos de Capim Elefante (Pennisetum purpureum Schum.) estudados para a produção de energia através da Biomassa. CIRCULAR TÈCNICA 8. Seropédica, RJ, Novembro.SANQUETTA C.R. et al. 2002. As florestas e o carbono. Curitiba.SCHANK, S.C., STAPLES, C.R., THOMPSON, K.E. & BATES, D. 1995. Forage and Silage Production from seeded pearl millet-dwarf elephant grass hybrids. Dairy Sci. And Animal Sci. University of Florida, Gainesville. p. 1-5.

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