Seqüestro de carbono em florestas e sua dinâmica nos solos em região de cerrado e desenvolvimento de um sistema de queima de gases na carbonização para geração de energia, como subsídios à

elaboração de projetos de M.D.L. no Estado de M.G.

Workshop “Integração em C,T&I para o setor florestal com foco no Mecanismo de

Desenvolvimento Limpo – MDL – em Minas Gerais”

EQUIPE EXECUTORA

Dr. Laércio Antônio Gonçalves Jacovine - CoordenadorDr. Carlo Pedro Boechat Soares (UFV)Dra. Angélica de Cássia Oliveira Carneiro (UFV)M.s. Pedro Gustavo Ulisses Frederico (UFV)Dra. Maria Tereza Candido Pinto (Bolsista)M.S. Sabina Cerruto Ribeiro (Bolsista)M.S. Marcelo Franco (SECTES)M.S. Ana Paula de Souza Silva (SECTES)

Belo Horizonte - MG

Dr. João Herbert Moreira Viana (Embrapa)Dr. Ivanildo Evodio Marriel (Embrapa)Dra. Claudia Maria Branco de Freitas Maia (Embrapa)Dra. Rosana Clara Victoria Higa(Embrapa)Dr. Etelvino Henrique Novotny (Embrapa)Dr. Fabiano de Carvalho Balieiro (Embrapa)Dr. Renato Dedecek (Embrapa)

Trabalhos desenvolvidos e em desenvolvimento no LAPEM

Influência das condições de armazenamento nas propriedades físicas das sementes de pinhão manso (Jatropha curcas L.), na qualidade do óleo e do biodiesel.

Produção integrada de biocombustível – Etanol de lignocelulose do processo produtivo de biodiesel.

Avaliação da viabilidade técnica e econômica de três culturas para produção do biodiesel e de alternativas de aproveitamento de resíduos gerados na cadeia produtiva, como forma de garantir e agregar renda ao produtor.

Seqüestro de carbono em florestas e sua dinâmica nos solos em região de cerrado e desenvolvimento de um sistema de queima de gases na carbonização para geração de energia, como subsídios à elaboração de projetos de M.D.L. no Estado de M.G.

Qualidade da madeira e do carvão vegetal de clones de Eucalyptus pellita para fins energéticos.

Propriedades de briquetes produzidos a partir de finos de carvão vegetal aglutinados com adesivo de silicato de sódio;

Gerenciamento de Resíduos na APL de Ubá: a briquetagem como alternativa na solução de problemas ambientais proporcionando ganhos econômicos”

Florestas energéticas – EMBRAPA

Sistema de forno container para produção de carvão vegetal.

Fornalha celular como fonte de controle de poluição e geração de energia no processo de carbonização utilizando forno container.

Daniel Camara Barcellos. Forno Container para Produção de Carvão Vegetal: desempenho, perfil térmico e controle da poluição. 2002. 89 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestal) - Universidade Federal de Viçosa.

Rosalvo Maciel Guimarães Neto. Avaliação técnica e econômica de um forno container em escala industrial. 2005. 51 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestal) - Universidade Federal de Viçosa.

Tatiana Arruda Marques. Avaliação de duas rotinas de carbonização em fornos retangulares. 2005. 62 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestal) - Universidade Federal de Viçosa.

Daniel Camara Barcellos. Caracterização do carvão vegetal através do uso de espectroscopia no infravermelho próximo. 2007. Dissertação (Doutorado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa.

Outros...

Desenvolvimento de um sistema de queima de gases na carbonização para geração de energia, como subsídios à elaboração de

projetos de M.D.L. no Estado de M.G.

Workshop “Integração em C,T&I para o setor florestal com foco no Mecanismo de

Desenvolvimento Limpo – MDL – em Minas Gerais”

Belo Horizonte - MG

Desenvolvimento de um sistema de queima dos gases da carbonização, de um forno de superfície, que possibilite a geração de energia e a redução da emissão de poluentes tornando o processo de carbonização mais limpo e eficiente do ponto de vista ambiental e tecnológico.

Objetivo

Utilização da madeira para fins energéticos

Madeiras

GaseificaçãoHidrogenação

Carbonização

Hidrólisesacarificação

Biodigestão

Combustão

Carvãovegetal

Óleocombustível Metanol

Madeiracombustível Gás

metano

Etanol

Introdução

Produção de Ferro-gusa “verde”

Setor siderúrgico e o carbono

O ferro-gusa “verde”

Mercado consumidor

Fonte: AMS - Anuário, 2007

Fonte: AMS - Anuário, 2007

Fonte: AMS - Anuário, 2007

Brasil: Maior produtor e consumidor de carvão vegetal (produção de ferro gusa, aço, ferro ligas e silício metálico).

Na sua maioria a carbonização é feito em fornos de alvenaria que não recuperam os gases gerados no processo.

50% da biomassa lenhosa é convertida em gases (fumaça).

A fumaça contem vários poluentes divididos em duas frações. Os compostos orgânicos voláteis (alcatrão e ácido pirolenhoso), e os gases não condensáveis (CO, CO2, CnHn e H2).

Produção de Carvão vegetal

Fornos de alvenaria “Retangulares e rabo-quente” em operação: Poluição: CO, CO2, H2, CH4, hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão, metanol, ácido acético e licor pirolenhoso.

Somente metano, esses fornos liberam 45 a 50 Kg/t de carvão produzido.

Fonte: Pessoa, 2007.

Vista da quantidade de fumaça emitida por uma

carvoaria

Figura 1 - Rendimentos da Carbonização (% B.S.)

Carvão35%

Alcatrão7%

Ac. Pirol.33%

GNC25%

Fração Condensável ouLicor Pirolenhoso:Ácido Pirolenhoso +

Alcatrão

Principais Emissões Poluentes do Processo de Carbonização da Madeira

Balanço de CO2 e O2 no processo de produção de carvão vegetal e produção de ferro-gusa a partir de florestas plantadas

Fonte: AMS, 2007Fonte: AMS, 2006

Recursos para Redução de Poluição em Carvoarias

Controle do processo

Recuperação de Alcatrão

Reciclagem e Queima dos Gases

Lavadores de gases

Bio filtros

Precipitadores eletrostáticos

A não recuperação dos gases causa significativo impacto no meio ambiente (poluição do ar, das águas e do solo), torna o ambiente de trabalho insalubre e afeta as vizinhanças da planta de carbonização.

Dos gases emitidos CO2 e CH4 são gases do efeito estufa sendo previsto a redução de suas emissões. O CH4 pode ser 21X mais danoso a atmosfera que o CO2. A queima de biomassa ( lenha, carvão vegetal e bagaço de cana) constituem a principal fonte de emissão do CH4 na atmosfera.

Os gases da carbonização são combustíveis ricos em carbono e hidrogênio que podem liberar grandes quantidades de energia através de uma reação de combustão.

A queima eficiente desses gases tornaria o processo de carbonização limpo convertendo todo o carbono orgânico em energia, vapor de H20 e CO2.

A energia produzida poderia ser utilizado na própria planta de carbonização, na secagem da lenha, melhorando o rendimento e a qualidade do carvão vegetal produzido.

Sistema de queima de gases

Temperaturas de 1.000 a 1.100 °C, o suficiente para destruir termicamente todos os alcatrões e pirolenhosos, convertendo-os em CO2 e água.

Resultado

Eliminação completa dos poluentes da carbonização (fumaça) e aumento do RGC

Metodologia

Escolha da espécie – Eucalyptus sp.

Abate e Secagem;

Caracterização da madeira;

Construção do forno de carbonização e fornalha para queima dos gases resultantes da carbonização;

Análise e quantificação dos Gases;

Análise física e química do Carvão vegetal

Balanço de massa e energia

Cálculo de eficiência da fornalha

Análise, tabulação dos dados, tratamento estatístico e Relatório final.

Função das propriedades do combustível e da quantidade de energia liberada durante sua queima.

Caracterização do combustível será feito a partir dos dados de vazão e constituição dos gases da carbonização

(dados coletados na caracterização do forno)

Composição da fornalha:- Célula de queima, grelha e cinzeiro para o

combustível primário, entradas de ar, ventilador, e saída dos gases.

Dimensionamento da fornalha

Temperatura na câmara de combustão superior a temperatura de ignição do combustível;

Mistura adequada de ar – combustível;

Tempo de residência dos gases na câmara de combustão.

Principais parâmetros:

O queimador deve ser projetado para assegurar a queima completa dos

gases de carbonização

Arte: Barcellos, 2007

Cenário 1 - Linha base

Coleta e análise dos

gases

Cenário 2

Coleta e análise dos gases

Coleta e análise dos gases

4 Carbonizações Amostras por forno = 1 chaminé x 4 amostras/dia x 3 dias = 12 amostras Serão feitos 6 incrementos de 10 minutos para compor 1 amostra. Cada

incremento terá de 3 a 5 litros e a amostra 36 a 45 litros. Em função do volume do vasilhame de vidro ou tedlar.

Amostragem e coleta dos Gases

Cenário 1 - Linha base

Cenário 2

4 carbonizações Amostras por forno nas primeiras 8 horas da carbonização = 2 amostrasApós 8 horas a chaminé será interligada ao duto que levará ao queimador

A partir daí teremos amostras na chaminé do queimador:

1 chaminé queimador x 4 amostras/dia = 4 amostras Serão feitos 6 incrementos de 10 minutos para compor 1 amostra. Cada incremento terá de 3 a 5 litros e a amostra 36 a 45 litros. Em função do volume do vasilhame de vidro ou tedlar.

Desenvolver um sistema eficiente e de baixo custo para queima dos gases da carbonização.

Demonstrar a viabilidade econômica da instalação do queimador em pequenas e medias carvoarias com vista a produção de energia que possa ser utilizada na planta de carbonização.

Humanização do trabalho nas carvoarias com a redução da carga de poluentes.

Contabilizar a carga de poluentes que deixaram de ser lançados na atmosfera entre eles o CH4 que pode gerar créditos de carbono.

Aproveitamento dos constituintes gasosos combustíveis (condensáveis e não-condensáveis) emitidos durante o processo; Possibilidade de secagem da lenha;

Redução da emissão de gases prejudiciais ao meio ambiente.

Os custos atuais superiores ao da energia fóssil (carvão mineral) podem ser reduzidos com o aumento do rendimento gravimétrico em carvão.

Resultados esperados

Umidade (%) Energia disponível PCI

(Kj/Kg)

Energia para secar (Kj)

PCI (Kj/Kg)(aproximado)

0 20.500 - 20.500

20 16.000 490 15.510

50 10.000 1220 8.780

80 4.000 1950 2.050

Influencia da umidade no poder calorífico da madeira

Umidade da lenha < 30%

Tempo de secagem: 60 dias

Dimensão, espécie, época do ano e outros

Exemplo:

Atividades Meses

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Dimensionamento e Construção da fornalha X X x

Preparo da madeira para a carbonização – umidade, densidade e pesagem

x

Carbonização – linha base (sem fornalha) x x

Coleta dos gases – Linha base x x

Análise dos gases x x

Preparo da madeira para a carbonização com fornalha – umidade, densidade e pesagem.

x

Carbonização – (com fornalha) x x

Coleta dos gases – Carbonização com fornalha x x

Cálculo de eficiência da fornalha x x

Análise dos carvões produzidos – DSC, poder calorífico, umidade, densidade e análise química imediata.

x x

Análise da madeira – DSC, TGA, poder calorífico e composição química

x

Composição elementar da madeira e carvão x

Processamento dos dados. x x

- Relatório final x

Cronograma de atividades

SECTES

UFV

LAPEM

Agradecimento

Fonte: Ferreira, 2007

1746CO2990O2SALDO FINAL

1586CO2684O2PRODUÇÃO DE GUSA NO ALTO FORNO

160CO2306O2PRODUÇÃO DE COQUE

kg/ton gusaKg/ton gusa

VALOREMISSÃOVALORCAPTAÇÃO2- COM CARVÃO MINERAL

203O2889CO2SALDO FINAL

1790CO2830O2PRODUÇÃO DE GUSA NO ALTO FORNO

963CO2729O2CARBONIZAÇÃO DA BIOMASSA

1762O23642CO2PRODUÇÃO DE BIOMASSA (EUCALIPTO)

kg/ton gusaKg/ton gusa

VALOREMISSÃOVALORCAPTAÇÃO 1- COM CARVÃO REFLORESTADO

Fonte:Sindfer

Balanço de O2 e CO2 na produção de gusa

Fonte : Estudo desenvolvido pelos professores Álvaro Lúcio e Ronaldo Sampaio – sidney dpc.

Emissões de CO2 e Consumo de O2 nos cenários simulados

2.00

6

1.81

0

1.66

5

1901

1797

1.33

0

1.20

8

137

-125

1.04

8

871

858

1.00

7

965

727

678

298

117

-400

-200

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

2.200

AF 100%

coque

AF coque +

PCI 160 kg

de CM

AF coque +

GN

AF coque +

5% CV

AF coque +

10% CV

AF coque +

PCI 160 kg

de CV

AF coque +

PCI 210 kg

de CV

AF CV + GN

AF 100% CV

Kg

/ t

de

gu

sa

Emissão de CO2

Consumo de O2