terça-feira, 25 de março de 2008

Energia Biomassa



Fonte

Através da fotossíntese, as plantas capturam energia do sol e transformam-na em energia química. Esta energia pode ser convertida em várias formas de energia: electricidade, combustível ou calor. As fontes orgânicas que são usadas para produzir energias usando este processo são chamadas de biomassa.
Incluí-se também nesta classificação os efluentes agro-pecuários, agro-industriais e urbanos. Os recursos renováveis representam actualmente cerca de 20% do fornecimento total de energia no mundo, com cerca de 14% proveniente de biomassa.
Podemos considerar várias fontes energéticas de origem natural neste capítulo:
- biomassa sólida;
- biocombustíveis gasosos;
- biocombustíveis líquidos.

Fonte: Biomassa sólida

Tem como fonte os produtos e resíduos da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), os resíduos da floresta e das indústrias conexas e a fracção biodegradável dos resíduos industriais e urbanos.

Fonte: Biocombustíveis gasosos: biogás

Tem origem nos efluentes agro-pecuários, da agro-indústria e urbanos (lamas das estações de tratamento dos efluentes domésticos) e ainda nos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos).

Fonte: Biocombustíveis líquidos

Existe uma série de biocombustíveis líquidos com potencial de utilização, todos com origem em "culturas energéticas":
- Biodiesel (éter metílico): obtido principalmente a partir de óleos de colza ou girassol, por um processo químico chamado transesterificação.
- Etanol: é o mais comum dos álcoois e caracteriza-se por ser um composto orgânico, incolor, volátil, inflamável, solúvel em água, com cheiro e sabor característicos. Produzido a partir da fermentação de hidratos de carbono (açúcar, amido, celulose), com origem em culturas coma a cana-de-açúcar ou por processos sintéticos.
- Metanol: os processos de produção mais comuns são de síntese a partir do gás natural, ou ainda a partir da madeira através de um processo de gaseificação.

Conversão: Biomassa Sólida

Quanto à biomassa sólida, o processo de conversão ou aproveitamento de energia, passa primeiro pela recolha dos vários resíduos de que é composta, seguido do transporte para os locais de consumo, onde se faz o aproveitamento energético por combustão directa.

Vantagens:

- Baixo custo de aquisição;
- Não emite dióxido de enxofre;
- As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de combustíveis fósseis;
- Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos);
- Menor risco ambiental;
- Recurso renovável;

Desvantagens:


- Menor poder calorífico;
- Maior possibilidade de emissões de partículas para a atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos de redução de emissões de partículas (filtros, etc.)
- Dificuldades no stock e armazenamento.

Conversão: Biocombustíveis gasosos: biogás

Como já referido a sua obtenção faz-se a partir da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica contida nos resíduos como efluentes agro-pecuários, da agro-indústria e urbanos, obtendo-se uma mistura gasosa de metano e dióxido de carbono (biogás), aproveitando o seu potencial energético através da queima para obtenção de energia térmica ou eléctrica.

Conversão: Biocombustíveis líquidos

Os biocombustíveis (biodiesel, etanol, metanol) podem ser utilizados na substituição total ou parcial como combustíveis para veículos motorizados.
No caso do biodiesel a sua utilização, com uma percentagem até 30%, é possível em motores de Diesel convencionais, sem alterações ao motor. Podendo ser utilizados com concentrações até 100% em motores especialmente preparados para o efeito.
O etanol ocupa um lugar de destaque no Brasil, com cerca de 43% dos veículos movidos a etanol. No entanto existem algumas desvantagens ainda não ultrapassadas na produção deste tipo de biocombustível:
- a queima da palha do canavial, que visa o aumento da produtividade, redução de custos de transporte tem consequências para o ambiente, ao libertar gás CO2, ozono, gases de nitrogénio e de enxofre (responsáveis pelas chuvas ácidas);
- a produção de efluentes do processo industrial da cana-de-açúcar, os quais devem ser tratados e se possível reaproveitados na forma de fertilizantes.

Tecnologias: Biomassa Sólida


Na recolha e transporte da biomassa são utilizadas diversas tecnologias mecanizadas dependendo da idade das árvores (2,5 ou 10 anos) ou do tamanho dos resíduos.
O seu armazenamento pode ser feito em pilhas curtas, pilhas longas, paletes, postes, montes de estilhas ou serrilha.
A tecnologia de estilhagem da madeira proporciona redução de custos tanto na recolha como no transporte.
As tecnologias de aproveitamento do potencial da biomassa sólida passam essencialmente pela queima em centrais térmicas com tecnologias como: de grelha fixa, móvel ou inclinada e de leito fluidizado (Liquefacção), ou centrais de cogeração para a produção de energia eléctrica e de água quente, ou ainda a queima directa (Combustão) em lareiras (lenha) para a produção directa de calor.

Combustão ou queima directa: Transformação da energia química do combustível em calor por meio das reacções dos elementos constituintes dos combustíveis com oxigénio (o ar ou o oxigénio são fornecidos além da quantidade estequiométrica).

Liquefacção: Processo de produção de combustíveis líquidos por meio da reacção da biomassa triturada em um meio líquido com monóxido de carbono em presença de um catalisador alcalino.

Tecnologias: Biocombustíveis gasosos: biogás

Para o aproveitamento do biogás, dependendo da sua fonte (suiniculturas, RSU, lamas) são aplicadas diversas tecnologias de aproveitamento deste potencial energético, finalizando quase todos na queima do biogás para obtenção de calor ou para transformação em energia eléctrica.

Digestão Anaeróbia-biogás: Conversão anaeróbia de compostos orgânicos pela acção de microorganismos. Para a produção de biogás (metano e gás carbónico) serve-se de microorganismos acidogénicos e etanogénicos.

Tecnologias: Biocombustíveis líquidos

- Biodiesel
Transesterificação: é um processo químico que consiste na separação da glicerina dos óleos vegetais para a obtenção do biodiesel (éster metílico). O processo inicia-se juntando o óleo vegetal (éster de glicerina) com álcool metílico (ou metanol) e ainda um catalisador (Sódio ou Hidróxido de Potássio) para acelerar o processo. Após a reacção obtém-se a glicerina (sub-produto muito utilizado na industria farmacêutica, cosmética e alimentar) e o éster metílico ou Biodiesel.

- Etanol
Fermentação: Conversão anaeróbia de compostos orgânicos pela acção de microorganismos, em grande parte dos casos, da levedura Saccharonyos cereviscae. No caso da fermentação alcoólica o substrato orgânico é a sacarose e os produtos são fundamentalmente o etanol e o gás carbónico.

- Metanol
Gaseificação: Aquecimento da biomassa em presença de oxidante (ar ou O2) em quantidades menores do que a estequiométrica, obtendo-se um gás combustível composto de CO, H2, CH4 e outros. Deste gás, utilizando-se catalisadores, pode-se obter o metanol.

Nos biocombustíveis líquidos as tecnologias para conversão em energia final são essencialmente as convencionais da indústria automóveis: motores de ciclo de Otto ou diesel onde é queimado directamente o biocombustível.

Estado em Portugal

- Actualidade: Biomassa Sólida

A floresta cobre cerca de 38% do território Português, estando distribuída essencialmente por: pinhal e resinosas - 1136,3 ha; montados - 1196,4 ha; soutos e carvalhais - 174,9 ha; eucalipto - 695,1 ha.
No entanto estes números não revelam o panorama actual do aproveitamento do potencial da biomassa florestal, que se traduz pelo quase "abandono" da floresta, sendo difícil quantificar o verdadeiro potencial energético deste recurso.
Outros entraves como a falta de equipamentos para sistemas de recolha apropriado, falta de uma estrutura do sector, falta de tratamento fiscal adequado (a biomassa, por ex., a lenha está sujeita a uma taxa de I.V.A. de 19%, ao contrário de outras fontes: gás natural 5%), receio dos proprietários e industriais da indústria da madeira, uma grande agressividade de sectores concorrentes como o do gás, têm originado uma estagnação do aproveitamento deste potencial.
Actualmente o potencial quantificável passa sobretudo pela biomassa florestal não havendo números para o sector agrícola, onde os resíduos da vinha, indústria do vinho, podas de olivais e árvores de frutos, do bagaço da azeitona, etc., poderão ter um interesse exploratório considerável.
Os quadros seguintes sintetizam quantidades indicativas de biomassa florestal de acordo com a proveniência, distinguindo a produção de biomassa florestal e a efectiva disponibilidade deste recurso energético, valores estes obtidos com base na informação disponível, cujos valores reais se pensa são algo superiores.

- Actualidade: Biocombustíveis gasosos: biogás

Actualmente existe em Portugal cerca de uma centena de sistemas de produção de biogás, na sua maior parte proveniente do tratamento de efluentes agro-pecuários (cerca de 85%) e destas cerca de 85% são suiniculturas.
Este aproveitamento que, para além de resolver os problemas de poluição dos efluentes, pode tornar uma exploração agro-pecuária auto-suficiente em termos energéticos. Os efluentes sólidos resultantes podem ser ainda aproveitados como adubo. O biogás representa actualmente cerca de 3% do consumo energético nacional.

Existem porém alguns constrangimentos que passam essencialmente por:
- Uma fraca aceitação do processo de digestão anaeróbia, com excepção do tratamento das lamas das ETAR's.
- Pouca relevância dada à valia energética dos projectos ambientais, avaliados essencialmente pela capacidade de tratamento.
- Baixa retribuição da energia eléctrica produzida a partir da digestão anaeróbia, prejudicando assim a amortização dos investimentos.
Alterações recentes aos tarifários poderão levar a uma maior implementação de projectos de aproveitamento de biogás.

- Actualidade: Biocombustíveis líquidos

No que respeita a utilização dos biocombustíveis líquidos em Portugal, apenas existem alguns projectos de utilização do Biodiesel em marcha, como o de alguns autocarros públicos em Lisboa, no entanto a percentagem de Biodiesel utilizada não vai além dos conservadores 10%.
Esta fraca produção e utilização deve-se a uma série de constrangimentos de caris não tecnológico:
- Escassez de terra disponível para a produção das culturas fonte, criando uma falta de matéria-prima, apesar de por vezes as culturas estarem condenadas a ficar na terra ou a irem para o lixo por falta de qualidade, quando o potencial energético poderia significar um lucro considerável.
- A baixa produtividade agrícola Portuguesa.
- Custo elevado da matéria-prima e do processamento industrial devido a baixa produtividade.
- Custo elevado na recolha e transporte da matéria-prima nos casos do aproveitamento dos resíduos florestais para a produção de etanol.
- Instabilidade dos preços.
- Acordos internacionais e europeus que limitam a produção e utilização dos subprodutos da cadeia de produção dos biocombustíveis.
- Custos elevados dos biocombustíveis, devido aos factores já enumerados, face aos combustíveis convencionais.
No entanto estão a ser tomadas medidas legislativas com vista ao cumprimento das Directivas Comunitárias sobre o Biodiesel.

- Futuro: Biomassa Sólida

Apesar das dificuldades em estimar com precisão o recurso biomassa, este poderá representar mais de 230 MWe de potência eléctrica até 2010, o que representaria cerca de 1,4 TWh/ano de energia eléctrica injectada na rede.
A meta do Governo situa-se actualmente na atribuição de 150 MW até 2010, tendo no início de 2005 aumentado o tarifário tarifa para a biomassa florestal em quase 39 por cento, ao passar de 72 Euros para 100 a 105 Euros por MWh, com objectivo de contribuir para alcançar os 39% de produção eléctrica com fontes renováveis e contribuir para a limpeza das florestas e reduzir o risco e incêndios.

- Futuro: Biocombustíveis gasosos: biogás

A aplicação de uma série de medidas específicas para as várias fontes de biogás (Agro-pecuário, ETAR's, e RSU), como tarifa verde, incentivos para o tratamento e utilização dos resíduos sólidos como fertilizantes, poderá fazer com que esta tecnologia represente um contributo importante na área do ambiente e na área energética, sendo possível atingir uma potência de 100 MWe em termos de potência eléctrica injectável na rede.
A potência atribuída pelo Governo é de 50 MW e a tarifa aumentou no início de 2005 em cerca de 28 por cento de 72 Euros por MWh para 100 Euros por MWh. Estas medidas, aliadas à construção de novos sistemas de ETAR’s e tratamentos de RSU, integrados em estratégias ambientais e conservação dos recursos hidrólogos, poderá potenciar novos empreendimentos de aproveitamento energético do Biogás.

- Futuro: Biocombustíveis líquidos

Dos vários biocombustíveis o biodiesel e o etanol poderão constituir uma alternativa aos combustíveis tradicionais. Para isto será necessária a aplicação de uma série de medidas de regulamentação da utilização, incentivos fiscais e financeiros, promoção da utilização destes biocombustíveis com misturas de combustíveis convencionais (etanol+gasolina, biodiesel+diesel), estratégia de produção da matéria-prima e de futuros nichos consumidores.
No início do ano de 2005 o Governo aprovou em Conselho de Ministros a isenção de imposto sobre os produtos petrolíferos (ISP) para os biocombustíveis, como medida de desenvolver este combustível verde e reduzir a dependência de Portugal face ao petróleo.
Esta medida foi impulsionada pela directiva comunitária sobre os biocombustíveis 2003/30/CE, estabelece que cada Estado membro da União Europeia deve assegurar que, até 31 de Dezembro de 2005, toda a gasolina e gasóleo utilizados nos transportes públicos incorpore 2% de biocombustível, devendo essa percentagem atingir os 5,75% em 2010.
A isenção de ISP foi um dos principais incentivos aguardados pelos agentes económicos interessados em desenvolver a fileira dos biocombustíveis em Portugal, uma vez que têm um custo adicional de produção mais elevado do que os combustíveis fósseis que os torna menos competitivos.
Está prevista para 2005 a entrada em laboração da primeira fábrica de biodiesel do país, num investimento de 25 milhões de euros, vai ser construída pela Iberol, Grupo Nutasa. A fábrica deverá ter uma capacidade de produção anual de cem mil toneladas de combustível e oito mil toneladas de glicerina para exportação.
No entanto actualmente a produção portuguesa de oleaginosas é insuficiente para a demanda prevista, devendo ser necessário recorrer, nesta primeira fase, à importação da matéria-prima, o que leva a uma nova dependência exterior. Para colmatar isto deverão ser tomadas medidas estratégias para o aumento da produção deste tipo de cultivos.

Projectos em Portugal

- Central Termoeléctrica de Mortágua (em funcionamento)
- Sistema Híbrido da Piscina do Torrão (Biomassa/Solar) (em funcionamento)
- Aquecimento através de Biomassa das escolas Concelho Vila Real (em funcionamento)
- Valorização energética de Biogás na ETAR da Ribeira de Colares (em estudo)
- Produção de electricidade e calor através do biogás do aterro de Sermonde (em estudo)
- Valorização do Biogás em Cogeração da ETAR de Abrantes (em funcionamento)

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