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PERFORMANCE ENERGÉTICA DO CAPIM ELEFANTE: UMA POTENCIAL

ALTERNATIVA PARA SUBSTITUIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCARNA COMBUSTÃO DIRETA

COSTA, GLAUCIA ASCIELLO1; SILVA, ANDERSON ALEX A. DA2 ; BRUDER, EDSON MARCELO3

Área de Conhecimento: BIOENERGIA Subáreas: FONTES RENOVÁVEIS ___________________________________________________________________ RESUMO: O objetivo foi avaliar o capim elefante como matéria prima alternativa para geração de bioenergia. O estudo forneceu o potencial energético do capim elefante, para substituir o bagaço de cana para combustão direta.O capim elefante apresentou o resultado de poder calorífico, superior ao da cana, de 4676 kcal/kg -1, foi determinado o potencial energético superior ao da cana em 7,7% TJ ha -¹. O capim possui potencial de produção elevada de massa seca por hectare e poder calorífico maior, estas características em potencial, proporcionam ao capim elefante ser cultivado e utilizado como matéria primas nas entressafras, substituindo o bagaço da cana e as matérias primas adquiridas de terceiros. PALAVRAS-CHAVES: Biomassa; Capim Elefante;Bioenergia;Poder Calorífico. ABSTRACT: The objective was to evaluate the elephant grass as the energy potential, to replace the demand for alternative raw materials for bioenergy.The study provides the energy potential of elephant grass, to replace the sugarcane bagasse for direct combustion.The elephant grass presented the results of the calorific value of 4676 kcal / kg, was determined the higher energy potential of sugarcane of the 7.7% TJ ha-¹.With the advantages of planting, production potential high dry matter per hectare and higher calorific value,these potential characteristics provide the elephant grass to be grown and used as raw material in the dry season,replacing the sugarcane bagasse and raw materials acquired from third parties. Keywords:Biomass;Grass; Bioenergy; Calorific.

1 Aluna da Faculdade Orígenes Lessa (FACOL), e-mail: glaucia_asciello@hotmail.com 2 Aluno da Faculdade Orígenes Lessa (FACOL), e-mail: anderson.bioenergia@bol.com.br 3 Docente da Faculdade Orígenes Lessa (FACOL), e-mail: embruder@facol.br

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1. INTRODUÇÃO

No Brasil e no mundo, o uso de fontes de energia alternativas aos

combustíveis fósseis vem ganhando importância, notadamente após os choques no

preço do petróleo na década de 1970 e, mais recentemente, em virtude das

preocupações com as mudanças climáticas¹.

A produção de biomassa vegetal destinada à produção de energia

representa hoje um dos grandes desafios para a pesquisa, já que a continuação da

queima desenfreada de petróleo contribui para o efeito estufa que ocasiona

alterações climáticas².

Com a grande demanda energética, o uso do combustível fóssil, vem se

tornando uma preocupação mundial. Muitos países vêm buscando alternativas ao

uso de combustíveis fósseis, reduzindo a dependência do petróleo (principalmente)

e derivados, por serem fontes finitas de energia³.

A utilização da biomassa como fonte de energia, possibilita o ciclo do

dióxido de carbono (CO2) retirado da atmosfera, e assim reduz sua concentração

através da fotossíntese que, em longo prazo, será uma das alternativas energéticas

mais seguras4. A biomassa é a solução para alcançar uma produção significativa de

energia, que podem ser definida como toda produção de matéria oriunda de plantas

com potencial de utilização como fonte energética5.

A biomassa,através da fotossíntese faz processos bioquímicosque fixam

o carbono, que se transformam em matéria prima que posteriormente serão

beneficiadas, como combustíveis sólidos, líquidos e gasosos, que, por sua vez,

serão utilizados para produzir outros tipos de energia, entre elas à energia elétrica6.

Por meio de entrevistas em empresas particulares do setorsucroalcooleiro

é comum encontrar problemas de gestão da produção da biomassa da cana durante

as entressafras, com a falta de matéria prima para a geração de energia. Com a falta

da cana é utilizada outra matéria prima alternativa, para que não ocorra a parada do

processo. Devido a este problema, usa-se para como alternativa de biomassa o pó

de serra, cavaco de madeira, palha da cana, maravalha e em algumas vezes galhos

de pé de café. Tentando minimizar o problema, as empresas armazenam a

254 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 biomassa para garantir o suprimento, em quantidade suficiente para atender a

demanda da caldeira, em uma previsível parada de moenda.

O capim elefante é uma gramínea de alta produtividade (de 30 a 82 t de

massa seca por ha/a-1) e ciclo curto. A primeira colheita pode ser feita cerca de seis

meses após o plantio, possibilitando assim dois cortes anuais7. Por ser uma planta

com metabolismo fotossintético C4, assimila mais eficientemente o carbono e assim

torna-se uma alternativa atrativa para os projetos de mecanismos de

desenvolvimento sustentável (MDL). Pela característica de alta produtividade requer

áreas menores, baixando o investimento em terras, e possibilitando que plantios

possam ficar mais próximos da utilização final11.

Com grande potencial energético o Capim-elefante (Pennisetum

purpureum Schum.) mostra-se uma espécie bastante promissora, pois se adapta a

solos pobres, e produzmesmo em períodos de estiagem, não necessitando de

adubo, com maior robustez que outros tipos de capim. Atualmente o Capim elefante

é conhecido em todo o Brasil, onde cada hectare plantado com a gramínea produz,

em média, 40 toneladas de biomassa com potencial energético11.

De acordo com uma pesquisa realizada em uma empresa particular do

setor sucroalcooleiro detectaram que com a falta de biomassa da cana para a

queima, os custos aumentam. O bagaço que em época de moagem custa R$96/ton,

o preço aumenta na entressafra, assim como os das outras biomassas. O custo do

pó de serra ou serragem custa cerca de R$75/ton, o do cavaco de madeira

R$103/ton, pé de café R$21/ton, a palha da cana R$103/ton e a maravalha

R$135/ton.

A cultura de capim elefante (Pennisetumpurpureum) é altamente eficiente

na fixação de CO2 (gás carbônico) atmosférico durante o processo de fotossíntese

para a produção de biomassa vegetal. Esta característica é típica de gramíneas

tropicais que crescem rapidamente e aperfeiçoam o uso da água do solo e da

energia solar para a produção de biomassa vegetal11.

As aplicações do capim elefante são bastante extensas. Podem ser

utilizados em combustão direta na produção de cerâmicas, cozimentos de alimentos

e também, queimado em forma de pellets e/ou briquetes para aquecimento

domiciliar, distrital e para outros usos industriais e agrícolas que requeiram calor,

como secagem, entre inúmeros outros11.

255 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645

Analisando a problemática em que as empresas enfrentam com o déficit

de matéria prima para a produção de energia e o custo durante a entressafra, o

objetivo foi avaliar o Capim elefante quanto ao potencial energético para a produção

de bioenergia, para atender a demanda de matérias primas alternativas exigidas.

A contribuição deste experimento para o setor bioenergético está na

oportunidade de produção e comercialização de energia para indústrias que

procuram biomassas mais baratas com o mesmo potencial energético que o usado

nas usinas.

2. MATERIAL E MÉTODOS

A coleta do capim elefantee da cana para as análisesforam realizadas na

Fazenda Palmeiras pertencente ao município de Agudos - SP. O local possui o solo

de tipo latossolo vermelho escuro fase arenosa, altitude local de 500 m, longitude de

48° 52' W e latitude 22/ 22' S. Segundo classificação de Koppen, o clima da região é

do tipo Cfa, quente de inverso seco18.

Foram coletados dois tipos de capim, sendo elas dez amostras de capim

branco, dez amostras de capim roxo, e 10 amostras de bagaço de cana-de-açúcar.

O corte dos dois tipos de capim elefante,foram feitos pelo proprietário da fazenda

como de costume, logo em seguida ensacados para que a água de coposição não

evapora-se. O corte da cana-de-açúcar também foi cortado pelo proprietário

conforme de costume, mas coletamos apenas o bagaço.A característica do capim

elefante na Fazenda Palmeiras era estritamente para a alimentação de animais.

As determinações experimentais foram realizadas no Laboratório de

Física Aplicada do Departamento de Física e Biofísica da UNESP de Botucatu – SP.

O poder calorífico superior (PCS) foi determinado pelo método da bomba

calorimétrica, segundo normaNBR 869321e pelo manual de operações do

calorímetro PARR 1201.

As equações abaixo foram utilizadas para obter a energia (Eutil) e o

Poder Calorífico Superiores (PCS) da biomassa.

𝑃𝐶𝑆 =𝐾+𝑀𝐴

𝑀𝑠. 𝛥𝑡 (1)

256 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645

𝑃𝐶𝐼 = 𝑃𝐶𝑆 − 324 (2)

PCLu = PCI . ((100−𝑢

100))– 6∙u (3)

Eutil = (𝑃𝐶𝐼·100

𝑃𝐶𝑆) (4)

Sendo: PCS: poder calorífico superior (kcal/g); K: Constante determinada para o calorímetro (489) MA: massa de água; MS: massa a 0% de umidade; t: variação de temperatura; PCI: poder calorífico inferior da amostra (kcal/g); PCLu: é o poder calorífico líquido da amostra com teor de umidade u (kcal/kg); Eutil: energia útil em potencial fornecida pela matéria prima (%); u: o teor de umidade da amostra de casca ou resíduo com base em massa úmida (%);

As análises foram realizadas após acoleta dos materiais e foram

separados em colmo e palha formados pelas folhas e ponteiros. Asrespectivas

pesagens para a determinação das produtividadesde biomassa total (Prodtol), colmo

(prodcol) e palha (prodpal) produzidos19, foram utilizadas asEquações. 5,6 e 7 para

determinar a bioenergia total (Btol) em terajoule por hectare (TJ ha-1).

𝐵𝑐𝑜𝑙 =𝑃𝐶𝑐𝑜𝑙∙𝑃𝑟𝑜𝑑𝑐𝑜𝑙

1000 (5)

𝐵𝑝𝑎𝑙 =𝑃𝐶𝑝𝑎𝑙 ∙𝑃𝑟𝑜𝑑𝑝𝑎𝑙

1000 (6)

𝐵𝑡𝑜𝑙 =𝑃𝐶𝑡𝑜𝑡∙𝑃𝑟𝑜𝑑𝑡𝑜𝑙

1000 (7)

Sendo: Bcol :bioenergia do colmo, TJ ha-1; PCcol:poder calorífico do colmo, MJ ha-1; Prodcol:produtividade agrícola de colmo, t ha-1; Bpal:bioenergia da palha, TJ ha-1; PCpal:poder calorífico da palha, MJ ha-1; Prodpal:produtividade agrícola da palha, t ha-1; Btol:bioenergia total do sistema, TJ ha-1; Pctol:poder calorífico da biomassa, MJ ha-1; Prodtol:produtividade agrícola da biomassa, t ha-1.

257 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela 1 apresenta os resultados de produtividade da cana-de-açúcar e

do capimelefante, onde apresentamvalores de podercalorífico superior (PCS) para

comparação dos resultados dediferentes autores.

A Tabela 1 apresenta a produtividade de matéria verde (MV) do capim-

elefante de72 t/ha.a14a 200 t/ha.a11. A variação da produtividade do capim elefante

pode ter ocorridodevido aos tipos de manejo,solo, plantio e número de cortes. A

cana apresentou a produtividade média de 78 t/ha.a16, resultado próximo ao

encontrado para o capim elefante, com este resultado a produtividade de capim

elefante com alguns incentivos, apresenta potencial para superar a produtividade da

cana para fins energéticos.

Convém salientar, que a cana e o eucalipto há décadas são sujeitos a

melhoramentos genéticos, e apresentam ganhos apreciáveis de produtividade,

enquanto para o capim nada relevante foi realizado11.

A produtividade de massa seca (MS) da cana obteve 21 t/ha.a16, em

contrapartida o capim apresentou a variação entre 20 t/ha.a14 e 56 t /ha.a12, mas foi

descrito resultados superiores de MS de 86 t/ha.a11, a diferença pode ter ocorrido por

diversos fatores citados e também o melhoramento genético.

Com as porcentagens de matéria seca (MS%)foi determinadaa variação de

24%14e 27%16, para alguns resultados apresentados foram obtidos valores acima da

média, identificada em literatura de 43%11. Nos resultados experimentais foram

obtidos os valores de 23%,este valor foi inferior à média, devido ao manejo, plantio,

solo e outras variáveis, pois o capim no local de coletavisava apenas à alimentação

pecuária.

258 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 TABELA 1 – Resultado de produtividade massa verde (MV), massa seca (MS), porcentagem de massa seca (MS%) e poder calorífico da cana e do capim elefante (PCS).

Produtividade

MV t/ha

Produtividade MS t/ha

MS% PCS AUTOR

CAPIM 78 - - - 13(PALIN, 2004)

200 86 43 - 11(MAZARELLA, 2015)

86 56 - - 12(MENEZES, 1997)

72 20 24 - 14(TEGAMI NETO, A. MELLO, S.P. 2007).

56 13 23 4676 *(2015)

CANA 78 21 27 - 16(IBGE, 2013)

- - - 4294 15(PAULA, 2011)

- - - 4360 20(SILVA, 2008)

- - - 4071 *(2015)

*Fonte resultado determinado pelo autor.

Comparando o PCS da cana e do capim elefante, o capim apresentou

resultado superior de acordo com a Tabela 1.

Os resultados superiores da palha em relação aocolmo são confirmados

na literatura15. Os resultados de PCS obtidos experimentalmente para o capim

elefante branco respectivamente do colmo e das folhas foram 4669 e 4862 Kg.m-3. O

PCS determinado docapim elefante roxo do colmo e das folhas respectivamente

foide 4403 e 4911 Kg.m-3.A média do PCS para o capim elefante branco e roxo foi

respectivamente de 4795e 4657Kg.m-3.

O potencial energético do capim éelevado, e centros de pesquisas

nospaíses europeus estudam o capim elefante há muitos anos, o aproveitamento do

potencial térmico e termoelétrico do capim elefante, enquanto os americanos

focalizam mais a obtenção de etanol de segunda geração11.

A Figura 1 apresenta a comparação da energia potencial do capim

elefante (Btol) e do bagaço de cana (Bbag). O PCS da cana foi muito próximo ao

determinado na literatura de 4170±92 Kcal/kg. Os resultados foram comparados

pelas médias fornecidas de PCS pela literatura, utilizando a produtividade média de

80 t/ha-1Ms. A energia determinada Btol e a Bbag foi respectivamente de 1,56 e 1,44

259 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 TJ ha-1, e o potencial energético Btol foi superior ao Bbag em 7,7%. Com a variação

estabelecida e o capim com maior produtividade de energia por hectare é uma

possível alternativa em potencial energético para as empresas utilizarem para

diversos fins.

Na Figura 1 foi utilizado o PCS calorífico médio da cana e para o capim

elefante, o determinado na Tabela 1, a variação em porcentagem foi maior em 7,5%,

próxima à determinada pela comparação de energia em TJ ha-1.A Figura 1

apresenta quantidade de energia fornecida pela biomassa (TJ ha-1), e produtividade

(t ha-1), uma relação direta com o PCS com a produtividade por hectare, as

equações na figura representam esta relação.

Figura 01 - Potencial energético (TJ ha-1) do Capim Elefante (Btol) e o bagaço da cana (Bbag) por produtividade matéria seca (MS t ha-1).

A Figura 2 apresenta a variação PCLu (kcal/kg) e a Energia Útil (Eutil)

fornecida pelo capim e a cana, com a umidade entre 10 e 80%. A energia disponível

á 50% de umidade foi determinada muito próxima o PCS médio da cana (Tabela

1).Na comparação do PCLu50%do capim elefante e a cana foram determinados os

260 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 respectivos resultados de 4052 e 3703 kcal/kg, o capim elefante forneceu um

potencial energético superior de 319 kcal/kg. O PCLu50% apresentou a energia útil de

aproximadamente 92%.

Figura 02 - Variação do potencial energético (PCLu - kcal/kg) e da Energia Útil (Eutil %) em função da umidade do capim elefante.

A Figura 3 apresenta a produtividade (t. ha-1) e a produção do colmo

(Prodcol) e da palha (Prodpal) em suas devidas proporções de produtividade. A

energia determinada foi maior para a Prodpal, e Ms representa cerca de 65% da

massa total e corresponde a 67% energia gerada.

261 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 Figura 03 -Potencial energético (TJ ha-1) por produtividade de matéria seca do colmo(ProdtolMS)e da palha (PropalMS) do capim elefante (T ha-1).

A Figura 04 apresenta o resultado do potencial energético do colmo

(Prodcol) e da palha (Prodpal). O potencial energético foi determinado com a

produtividade de 65% massa seca da palha e 35% do colmo, totalizando 100% do

potencial energético (Prodtol).

262 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 Figura 04- Potencial energético (TJ ha-1) por produtividade do colmo (Prodcol) e da palha (Prodpal) do capim elefante (t ha-1).

A vantagem em utilizar o capim como fonte de energia esta na robustez e

cuidados simplificados. A cana necessita de cuidados, para obter boa produtividade

e o bagaço por sua vez apresenta grande potencial paraprodução decombustível de

segunda geração. Com a queima do bagaço a empresa perderá lucratividade, e

dependerá da viabilidade econômica de cada empresa.

A produção de massa seca do capim elefante (Ms) na Europa apresenta-

se entre 12 e 20 t/ms/ha, e em países subtropicais, no caso o Brasil, a produtividade

atingi em média cerca de 40 t/ms/ha. Os Europeushá anos estudam o capim

elefante, pois acreditam no potencial térmico ou termoelétrico. No Brasil os

resultados são incertos quanto ao seu potencial de produtividade, pois, há estudos

apenas pontuais.

Conseguimos alcançar desenvolvimentos importantes, um exemplo é a

produtividade da cana e da madeira, o desafio quanto ao capim elefante serão

alcançados em produtividade, variedades resistentes à seca e outras com épocas de

colheita estendida sejam precoces ou tardias. Evidentemente, como toda cultura, a

263 ∫ntegrada Revista Científica FACOL/ISEOL (Int. Rev. Cie. FACOL/ISEOL) ISSN 2359-0645 exploração da gramínea torna-se viável em longo prazo eem condição

edafoclimáticas ideais11.

Os resultados do capim elefante apresentou grande potencial na

substituição da cana como matéria prima para queima em caldeira. As empresas

eventualmente passam por problemas, como o tempo e clima, que não favorece a

colheita da cana, a colheita do capim elefante, em períodos chuvosos, tende a

apresentar maior produtividade em cerca de 60%11.

4. CONCLUSÃO

O capim elefante apresentou o poder calorífico superior de 4676 kcal/kg,

e resultado foi maior que o bagaço da cana utilizado para combustão direta.

O capim possui potencial de produção elevada de massa seca por

hectare e poder calorífico maior que a da cana, estas características em potencial,

proporcionam ao capim elefante ser cultivado e utilizado como matériaprimas nas

entressafras, substituindo o bagaço da cana e as matérias primas adquiridas de

terceiros.

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