Fontes de biomassa
- Vegetais não lenhosos
- Vegetais lenhosos
- Resíduos orgânicos
As fontes de biomassa se diferenciam de acordo com suas características ou origens. Esta diferenciação deve ser considerada quando se pretende utilizá-la como fonte eficiente para geração de energia.
O aproveitamento da biomassa pode ser feito por meio de diversas formas, desde combustão direta (com ou sem processos físicos de secagem, classificação, compressão, (corte/quebra etc.), processos termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação) ou de processos biológicos (digestão anaeróbia e fermentação), estas estão melhor detalhadas no tópico Tecnologias de aproveitamento.
Algumas biomassas são de difícil classificação, como o caso de resíduos vegetais na etapa inicial de transformação em carvão vegetal, ou mesmo os óleos vegetais produzidos a partir de produtos derivados de árvores, como é o caso do dendê. Outras formas de classificação da energia da biomassa consideram as rotas tecnológicas a serem adotadas para sua utilização ou seu nível de desenvolvimento tecnológico, como o caso das fontes de biomassas tradicionais e modernas (NOGUEIRA e LORA, 2003).
De maneira geral, os energéticos podem ser considerados como primário, quando correspondem a materiais ou produtos obtidos diretamente da natureza, por exemplo, a lenha e a cana-de-açúcar, ou secundários, como são os combustíveis resultantes de processos de conversão dos combustíveis energéticos primários. Nesta classe está o carvão vegetal produzido a partir da madeira e o álcool produzido a partir de substancias fermentáveis (NOGUEIRA e LORA, 2003).
Diante disso, diversas classificações foram realizadas, e apesar dessas não conseguirem considerar e classificar todos os aspectos, o mais importante é que sejam analisadas a origem e utilização de determinada bioenergia, para o reconhecimento de seus impactos e potenciais.
Nesta abordagem utilizada pelo CENBIO, e que possui diferenças conceituais quando analisadas com trabalho de outros autores, as fontes de biomassa serão separadas em três principais grupos: Vegetais não lenhosos; Vegetais lenhosos; e Resíduos Orgânicos, conforme mostra a Figura 4.1, que além de apresentar as principais fontes, apresenta também os principais processos de conversão da biomassa em energéticos.
Figura 4.1. Fluxograma das fontes de biomassa, processos de conversão e energéticos produzidos
Fonte: Balanço Energético Nacional - BEN. Brasília: MME, 1982 (adaptado por CENBIO)
Em geral, os vegetais não lenhosos são tipicamente produzidos a partir de cultivos anuais e são usualmente classificados de acordo com sua principal substância de armazenamento de energia, podendo ser: sacarídeos, celulósicos, amiláceos e aquáticos.
Esta categoria apresenta maior umidade, quando comparado com os vegetais lenhosos, e seu uso em geral exige primeiramente uma conversão em outro produto energético mais adequado. Como exemplo tem-se a cana-de-açúcar, cujo valor energético está associado ao conteúdo de celulose, amido, açúcares e lipídeos, que por sua vez determinam o tipo de produto energético que se pode obter. Entretanto, estão em estudos outros vegetais pouco conhecidos, que podem apresentar vantagens importantes como resistência a secas, produtividade razoável em terras pobres e facilidade de cultivo (NOGUEIRA e LORA, 2003).
Dentro do grupo de vegetais não lenhosos, há cinco principais grupos que se diferenciam com relação ao tecido de armazenamento: Sacarídeos; Celulósicos; Amiláceas; Oleaginosas; e Aquáticas. Os produtos de reserva mais importantes são os glucídeos, como amido e a sacarose, ambos de grande valor industrial; os lipídeos, como a maioria das substâncias graxas vegetais; e os protídeos, representado pelas proteínas e outras moléculas nitrogenadas. A maneira mediante a qual a energia solar armazena-se na planta é muito importante para determinar o processo tecnológico a ser empregado para obter e transformar a energia da biomassa (NOGUEIRA e LORA, 2003).
- Sacarídeos: esse grupo contemplará os vegetais que possuem como tecido de armazenamento os açúcares, como sacarose. A sacarose é produzida a partir de uma molécula de glicose e uma de frutose. Esses açúcares geralmente são utilizados para fermentação e produção de etanol. Ex: cana-de-açúcar; beterraba, etc.
- Celulósicos: apesar da celulose ser um dos constituintes principais da parede celular de todos os vegetais, esse grupo contemplará os vegetais que não possuem como tecido de reserva a sacarose, amido ou óleo, sendo de utilidade energética somente sua estrutura morfológica. Em alguns processos, é necessária a hidrólise do material para que se possa utilizar os carboidratos em sua forma mais simples. Ex: capim-elefante; gramíneas forrageiras, etc.
- Amiláceos: esse grupo contempla os vegetais que possuem como tecido de armazenamento o amido. Os amidos são carboidratos complexos, que devem ser transformados para obtenção de açúcares mais simples para fermentação. Ex: milho, mandioca, batata-doce, etc.
- Oleaginosas: esse grupo contempla os vegetais que possuem óleos e gorduras que podem ser extraídos através de processos adequados. Os óleos extraídos são substâncias insolúveis em água (hidrofóbicas), que na temperatura de 20° C exibem aspecto líquido. As gorduras distinguem-se dos óleos por apresentar um aspecto sólido à temperatura de 20° C. São formados predominantemente por triglicerídeos, compostos resultantes da condensação entre um glicerol e ácidos graxos. Ex: óleo de girassol; óleo de soja; óleo de mamona, etc.
- Aquáticos: esse grupo considera as plantas aquáticas que possuem potencial para geração de energia. Entre elas estão o aguapé ou lírio aquático; algas e microalgas.
Maiores informações sobre a caracterização dos vegetais não lenhosos podem ser encontradas no BANCO DE BIOMASSA do CENBIO.
Para os vegetais lenhosos, foram considerados aqueles capazes de produzir madeira como tecido de suporte. Do ponto de vista energético, essa produção de madeira faz com que, por meio de processos e tecnologias específicos, haja a disponibilidade de conversão de energia.
A obtenção da madeira pode se dar por meio de florestas nativas ou florestas plantadas.
As florestas nativas têm servido de reserva energética por séculos, porém os métodos de extração dessa biomassa, por muitas vezes, dão-se de maneira não sustentável. As árvores necessitam de tempo para crescer e não podem ser consideradas como uma fonte inesgotável de energia, portanto consituem recursos que necessitam ser adequadamente manejados para que continuem disponíveis. Uma atitude puramente extrativa tem outras sérias consequencias além do esgotamento de madeira, como o empobrecimento do solo e o aumento da erosão.
Estes problemas têm se generalizado em muitos países, com danos sobre o meio ambiente e a população, sendo as camadas de baixa renda as que mais sofrem seus efeitos. Entretanto, alguns estudos silviculturais, inclusive desenvolvidos em ecossistemas complexos como a selva amazônica, têm mostrado que é possível uma exploração racional com vistas no abastecimento energético, uma vez que se considerem também como objetivos a sustentabilidade agrícola e ecológica, ainda que a maiores custos de curto prazo (NOGUEIRA e LORA, 2003).
Já com relação às florestas plantadas, estas podem ser com dois objetivos: reflorestamento e fins energéticos. Para fins energéticos são as plantações planejadas, com grande número de árvores por hectare e, consequentemente, com ciclo curto, o qual tem por finalidade a produção do maior volume de biomassa por área em menor espaço de tempo.
Maiores informações sobre a caracterização dos vegetais lenhosos podem ser encontradas no BANCO DE BIOMASSA do CENBIO.
Os diversos subprodutos das atividades agrícolas, agropecuárias, agroindustriais e urbanas, tais como cascas e outros resíduos lignocelulósicos, podem ser utilizados como combustíveis. O potencial disponível nestes resíduos nem sempre é bem conhecido, porém corresponde a volumes significativos de energia subaproveitada. Um aspecto essencial relacionado à utilização energética dos resíduos, sobretudo dos restos de lavoura e esterco de animais criados extensivamente, é sua dispersão, que acarreta dificuldades de coleta e transporte. Por outro lado, muitas vezes os resíduos constituem um problema de caráter ambiental e sua disposição final é de difícil solução, sendo o uso energético uma saída oportuna e viável, já que reduz seu volume e seu potencial contaminante (NOGUEIRA e LORA, 2003).
- Resíduos agropecuários
Os resíduos agropecuários são os materiais que resultam da produção agrícola e pecuária, os quais não têm utilidade, agora ou no futuro, e dos quais o agricultor quer se desfazer.
Existem inúmeros tipos de resíduos agrícolas, e sua exploração deve ser feita de maneira racional, pois podem ser interessantes para proteger o solo da erosão e repor os nutrientes extraídos pelas plantas. Estes resíduos são basicamente constituídos de palha (folhas e caules), e têm um poder calorífico médio de 15,7 MJ/kg de matéria seca. A energia armazenada nos resíduos agrícolas pode ser considerável, representando em geral mais que o dobro do produto colhido, e contem cerca de quatro vezes a energia necessária para a obtenção dos principais cereais ou sementes oleaginosas (NOGUEIRA e LORA, 2003).
Com relação aos resíduos pecuários, a principal forma de obtenção de energia é por meio da produção de biogás, a partir de dejetos animais proveniente de diferentes práticas culturais e tipos de rebanhos. Nas criações em confinamento, o custo e a viabilidade de coleta são significativamente melhorado. A tabela abaixo apresenta a quantidade de excremento produzido, por tipo de rebanho.
AnimalMassa animal (kg)Volume excrementoMassa úmida excrementoMatéria seca (%)**Gado de corte*
500
0,028-0,03727,7-36,610Gado de leite*500
0,031-0,03530,2-35,010Suínos*100
0,0056-0,00785,4-7,610Equinos*5000,02528,020Aves*2,50,00014-0,000170,14-0,1720Ovinos*--2,020Fonte: *FAO, ** DIAZ E GOLUENE, 1985 apud CORTEZ; LORA; GOMEZ, 2008
A localização do resíduo pode ser na própria área de cultivo - denominada comumente como os resíduos deixados no campo, ou seja, aqueles que se localizam exatamente na área em que foi feita a colheita. Esse é o caso, por exemplo, do palhiço da cana-de-açúcar colhida crua, ou das folhas da soja, que secam e permanecem no campo.
Maiores informações sobre a caracterização dos resíduos agropecuários podem ser encontradas no BANCO DE BIOMASSA do CENBIO.
- Resíduos urbanos
Os resíduos urbanos são aqueles resíduos sólidos gerados nos ambientes doméstico e comercial. Sendo assim, englobam domicílios, escritórios, escolas, hotéis, restaurantes, varredura e podas urbanas, entre outros. Pode-se definir como resíduo urbano ou lixo: os restos das atividades humanas, considerados pelos geradores como inúteis, indesejáveis ou descartáveis.
Normalmente, apresentam-se sob estado sólido, semi-sólido ou semilíquido (com conteúdo líquido insuficiente para que este líquido possa fluir livremente). Os resíduos hospitalares e outros resíduos especiais também são classificados como urbanos, mas não serão levados em conta neste texto por sua impossibilidade de reutilização.
Esse tipo de resíduo é constituído por matéria orgânica, como restos de alimentos, galhos e folhas de árvores; bem como material inorgânico – embalagens, vasilhames e entulhos, todos eliminados no cotidiano. Segundo a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – CETESB, para estimar a quantidade de resíduos sólidos dispostos, adotaram-se índices de produção por habitante no Estado de São Paulo, que é mostrado a seguir:
População (hab.)Produção (kg lixo/hab./dia)Até 100.000
0,4
100.001 a 200.0000,5
200.001 a 500.0000,6
Maior que 500.0010,7Fonte: CETESB, 2004
As destinações desses resíduos podem ser os aterros sanitários, as usinas de reciclagem ou a incineração. No entanto, devido à falta de saneamento básico em muitas regiões do país os resíduos urbanos também são depositados atualmente em aterros controlados, lixões e cursos d’água, sem o devido tratamento.
De acordo com a norma NBR-10 004 da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABTN, os resíduos urbanos são classificados como:
Classe I - Perigosos: são os que apresentam riscos ao meio ambiente e exigem tratamento e disposição especiais, ou que apresentam riscos à saúde pública.
Classe II - Não-Inertes: são basicamente os resíduos com as características do lixo doméstico.
Classe III - Inertes: são os resíduos que não se degradam ou não se decompõem quando dispostos no solo, são resíduos como restos de construção, os entulhos de demolição, pedras e areias retirados de escavações.
Os resíduos compreendidos nas Classes II e III podem ser incinerados ou dispostos em aterros sanitários, desde que preparados para tal fim e que estejam submetidos aos controles e monitoramento ambientais. Os resíduos Classe I - Perigosos, somente podem ser dispostos em aterros construídos especialmente para tais resíduos, ou devem ser queimados em incineradores especiais e não são, portanto, passíveis de qualquer tipo de reutilização.
Além dos resíduos sólidos, são considerados também os efluentes líquidos, ou esgoto, domésticos e comerciais. Os efluentes devem ser captados nos imóveis e direcionados para estações de tratamento de esgoto – ETE’s.
O tratamento de alguns tipos de lixo permite a recuperação de materiais que podem ser reciclados, e a produção de compostos fertilizantes. Em geral, o método de conversão energética são: a queima, a gaseificação e a biodigestão em aterros sanitários (NOGUEIRA e LORA, 2003).
- Resíduos Agroindustriais
Em geral, os resíduos agroindustriais gerados possuem valor energético, reduzindo a dependência da energia comprada e são utilizados para a geração de vapor ou eletricidade. Os setores com possibilidade de aproveitamento de seus resíduos:
• Indústrias de açúcar e álcool;
• Matadouros e frigoríficos; curtumes; indústrias da pesca;
• Fábrica de doces e conservas;
• Indústria da madeira;
• Indústria de papel e celuloseOs procedimentos tecnológicos para o uso energético dos resíduos agroindustriais são basicamente dois: a queima em fornos e caldeiras e a biodigestão anaeróbia. O primeiro procedimento já é tradicional e o outro pode ser considerado inovador. Um fato decisivo para a seleção do método de conversão energética é a quantidade de umidade do material, já que é possível queimar, em termos práticos, resíduos com até 50-60% de umidade. Assim, por exemplo, o bagaço da cana, os resíduos de serragem, a lixívia celulósica e a borra da fabricação do café solúvel são adequados para a queima direta (NOGUEIRA e LORA, 2003).
Os resíduos das áreas de beneficiamento, como cascas de produtos vegetais (ex. arroz; amendoim; etc.) também são resíduos com potencial energético. Sua aplicação em queimadores é oportuna, ajudando a resolver o problema da disposição final destes resíduos.
Na fabricação de papel e celulose, como resultado da dissolução da lignina da madeira com soda cáustica, a fim de se obter polpa de celulose, é produzida uma lixívia denominada “licor negro”, geralmente com concentração de sólidos de 60% e poder calorífico de 12,5 MJ/kg. A queima do licor negro em caldeiras de recuperação química melhora o balanço de energia, reduz a contaminação e permite gerar até 80%do vapor necessário na planta industrial (NOGUEIRA e LORA, 2003).
Maiores informações sobre a caracterização dos resíduos agroindustriais podem ser encontradas no BANCO DE BIOMASSA do CENBIO.