dossier sobre biomassa
fontes alternativas de biomassa para energia Luís Oliveira Amadeu Borges, amadeub@utad.pt
Sumário O consumo de energia está associado a todas as atividades do ser humano. O desenvolvimento económico e o crescimento desordenado das populações associado ao estilo de vida da sociedade moderna, levantam uma grande preocupação com o meio ambiente e as suas fontes de energia. Existe, por isso, a necessidade de tomar ações no controlo do consumo energético decorrente da atividade humana bem como no fornecimento adequado e sustentável de energia. As alterações climáticas estão na ordem do dia. A emissão de gases de efeito de estufa (GEE) representa uma grande contribuição na alteração das caraterísticas físico-químicas da atmosfera, comprometendo o equilíbrio natural da biosfera e da qualidade de vida no Planeta. A busca por fontes de energia renovável e limpas surge como alternativa para reverter, controlar e mitigar os problemas causados pelos GEE. A biomassa é uma das maiores fontes de energia disponíveis nas áreas rurais e agroindustriais [1]. Denomina-se por biomassa, os resíduos naturais e resultantes da atividade humana. São biomassa os subprodutos da agropecuária, da floresta ou da exploração da indústria da madeira. Procurando soluções para a utilização destes resíduos, com menor impacto ambiental do que as soluções convencionais, a produção de energia útil, limpa e renovável, sob a forma de biocombustível sólido para utilização em sistemas de aquecimento é, de facto, a escolha imediata. Biomassa de dejetos de suíno Colatto et al. afirmaram em 2011 que a produção animal é uma das atividades de grande impacto ambiental, considerada pelos órgãos de controlo ambiental como uma das causadoras de degradação, tendo um grande potencial poluidor no que diz respeito aos recursos hídricos [2]. Quando dejetos de origem animal são despejados em rios, lagos ou no meio ambiente, são emitidos GEE para a atmosfera, como o dióxido de carbono. Seja pelos aspetos ligados à transmissão de doenças e, portanto, à saúde pública, seja pela contaminação de cursos de água e lençóis freáticos ou mesmo por questões sociais, esta atividade encontra-se no centro das atenções das discussões ambientais. Por essa razão, é incentivada a procura de soluções que minimizem ou eliminem os fatores negativos decorrentes da atividade agropecuária, ou seja, transformar problemas como dejetos em produtos menos agressivos para o meio ambiente e economicamente viáveis. A suinicultura é uma das atividades responsáveis pela aglomeração de grandes quantidades desta biomassa [3]. Colatto et al., em 2011, concluíram que o uso da biomassa animal, diminui não só a capacidade poluidora das suas fezes, mas também o volume diário de GEE emitido pelos mesmos [2]. 38
A composição química dos dejetos de suíno depende de vários fatores como raça e idade do animal, método e tipo de alimentação [4]. Na Tabela 1 pode ver-se a composição típica dos dejetos de suíno. Matéria Kjeldhal NH4/N a orgânica C (%) N (%) (%)
Cinzas (%)
NDF b (%)
ADF c (%)
ADL d (%)
Chorume Fresco
0,39
0,74
1,00
0,52
1,16
0,60
0,31
0,16
Fração sólida
0,62
0,45
13,50
6,74
2,59
11,29
6,13
3,10
Fração líquida
0,34
0,76
0,60
0,29
0,80
0,17
0,08
0,04
Fração líquida digerida
0,32
0,88
0,50
0,23
0,69
0,06
0,03
0,02
a NH4 to N Kjeldhal ratio. c Acid detergent fibre.
b Neutral detergent fibre. d Acid detergent lignin.
Tabela 1 Composição química típica dos dejetos de suíno [5].
O teor de carbono e matéria orgânica presentes na biomassa fresca concentram-se principalmente na fração sólida, que apresenta o potencial de ser transformada e utilizada como biomassa sólida. Por comparação com a biomassa florestal (Tabela 2), conclui-se que a maior preocupação será em reduzir o teor de cinzas, não apresentando, no entanto, valores elevados de lignina.
Matéria orgânica (%)
C (%)
Cinzas (%)
Lignina (%)
5
49 - 50
0,5
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Tabela 2 Composição química da biomassa florestal [6].
Procedimento de análise Após a recolha da fração sólida de dejetos de suíno é determinada a energia necessária para a secagem desta biomassa, contendo um teor de humidade de aproximadamente 66%. É depois estilhada e triturada antes de determinado o seu poder calorífico. Com a biomassa triturada procede-se à produção de pellets (Figura 1). Tendo em conta o substancial teor de cinzas da utilização de dejetos de
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Resultados Foram obtidos, por calorimetria, os valores de PCI (Poder Calorífico Inferior) na ordem dos 15,87 MJ/kg em pellets, constituídos apenas por dejetos de suíno. No Gráfico 1 verifica-se que a incorporação de outras biomassas na base de dejeto de suíno permitiu aumentos dos valores do PCI entre os 11 e os 26%, chegando mesmo a atingir os 20 MJ/kg quando introduzido biochar e pó de cortiça.
Figura 1 Pellet de dejetos de suíno.
Gráfico 1 PCI dos pellets ensaiados.
PUB.
suíno procura-se, com a incorporação de outras biomassas, reduzir este teor para valores comparáveis aos resultantes da combustão de biomassa florestal. Neste sentido foram considerados diversas fontes de biomassa, entre as quais serrim proveniente do corte de madeira de pinho, pó de cortiça resultante do fabrico de rolhas e biochar obtido a partir da pirólise dos dejetos. Após a incorporação de diferentes biomassas foram analisados os resultados em termos de poder calorífico.
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Potencial energético Em Portugal, a produção de suínos ultrapassa os 2 milhões de cabeças por ano conforme ilustrado no Gráfico 2. Assim, considerando a produção diária de dejetos por animal ilustrada na Tabela 3, e caso fosse possível converter a totalidade dos dejetos de suíno em energia, não tendo em conta a limitação inerente à separação física entre as diversas instalações agropecuárias espalhadas pelo território nacional, poderá avaliar-se o potencial energético desta biomassa.
A Tabela 6 ilustra o potencial de utilização dos dejetos suínos para a produção de calor, recorrendo a um processo de combustão direta com eficiência de 85% ou convertida em eletricidade, considerando um ciclo de Rankine com 35% de eficiência. Energia disponível Produção de calor (MWh)
3.184.763,29
Produção de eletricidade (MWh)
1.311.373,12
Tabela 6 Energia disponível nos subprodutos da exploração suína.
Desta forma, considerando o custo de 0,0633€/kWh seria evitada a compra de gás natural na ordem dos 201,6 milhões de euros. Da mesma forma, considerando o preço de 0,1620€/kWh, a utilização desta biomassa num ciclo de Rankine poderia resultar na venda de cerca de 212,4 milhões de euros em eletricidade de origem renovável. Consultando a Figura 2, facilmente se pode concluir que o potencial poderá aumentar se forem consideradas misturas de dejeto com biochar. Gráfico 2 Produção de suínos em Portugal nos últimos 5 anos [7].
Tipo de animal
Média de produção de dejetos (em kg por dia)
Bovinos
10,00
Suínos
2,25
Aviários
0,18
Equinos
10,00
Tabela 3 Produção diária de dejetos por animal [2].
Considerando a média de produção de cabeças de gado suíno dos últimos 5 anos, a Tabela 4 mostra a quantidade média de biomassa disponível para a conversão em energia, após secagem, até uma redução em 50% da massa inicial, continuando a existir cerca de 15% de teor de água no produto resultante.
Matéria Fresca (Ton/dia)
4753,35
Matéria Seca (Ton/dia)
2329,14
Tabela 4 Quantidades de biomassa de origem suína em Portugal.
Assim, o potencial energético dos subprodutos da produção suína são avaliados nas quantidades ilustradas na Tabela 5, resultando num total de 321 152 Tep.
Potencial diário (GJ/dia)
Total anual (GJ)
Total anual (MWh)
Total anual (Tep)
36 954,55
13 488 409,24
3746 780,34
321 152,60
Tabela 5 Potencial energético da biomassa suína em Portugal.
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Conclusões A valorização energética de biomassas como os desperdícios da atividade agrícola, considerados como resíduos incómodos e pouco amigos do ambiente, conduz necessariamente a uma valorização económica, muito à custa da conversão desses desperdícios em energia térmica e em eletricidade. A valorização energética surge como solução para o problema, resultando ainda em ganhos para as empresas. Tendo por base os resultados obtidos, conclui-se que o potencial energético da biomassa, resultante da produção de suínos, tem um valor elevado, sendo este aproximado aos verificados nos pellets existentes no mercado, quando comparados com os custos inerentes à produção dos mesmos. Com a incorporação de outras biomassas numa base de dejeto de suíno, será possível obter valores de PCI iguais ou até mesmo superiores aos verificados em produtos comerciais. De referir que, apesar da incorporação de biochar obtido pela pirólise dos dejetos aumentar o poder colorífico resultante, a quantidade de matéria seca disponível será menor devido à eliminação de compostos voláteis durante o processo de pirólise. Bibliografia [1] E. L. Batista dos Santos e G. Nardi Junior, “Produção de biogás a partir de dejetos de origem animal,” Tekhne e Logos, vol. 4 n.º2, agosto 2013. [2] L. Colatto e M. Langer,“Biodigestor – Resíduo sólido pecuário para produção de energia,” Unoesc & Ciência – ACET, vol. 2 n.º2, pp. 119-128, jul./dez. 2011. [3] G. Pereira, “Viabilidade econômica da instalação de um biodigestor em propriedades rurais,” RACI – Revista de Administração e Ciências Contábeis do IDEAU, vol. 6 n.º12, jan./jun. 2011. [4] Z. K. A. Makara, “Pig manure treatment and purification by filtration,” Journal of Environmental Management, vol. 161, pp. 317-324, julho 2015. [5] F. A. L. Z. J. W. v. G. G.V. C. G. Chiara Bertora, “Pig slurry treatment modifies slurry composition, N2O, and CO2 emissions after soil incorporation.,” Soil Biology & Biochemistry, vol. 40, n.º 8, pp. 1999-2001, 2008. [6] U. Klock, G. I. B. d. Muñiz, J. A. Hernandez e A. S. d. Andrade, Química da Madeira, 3.ª ed., Curitiba: Universidade Federal Do Paraná Setor De Ciências Agrárias Departamento De Engenharia E Tecnologia Florestal, 2005. [7] “FAOSTAT – Food And Agriculture Organization Of The United Nations Statistics,” [Online]. Available: http://faostat.fao.org/. [Acedido em 8 fevereiro 2018].