Fabrício Amaral Poloni

Gerente Técnico da ArcelorMittal BioFlorestas

Op-CP-38

Cogeração a partir da carbonização

O Brasil tem vivido um momento delicado no que tange à energia elétrica, especialmente porque nosso sistema de geração está alicerçado em uma matriz de base hídrica. Como nos últimos anos o regime hidrológico tem se mostrado desregulado, a redução dos volumes de água nos reservatórios tem trazido uma preocupação em torno da sustentabilidade, tanto em torno do abastecimento das populações quanto para o custo de produção da energia complementar.

A partir desse contexto, surgem oportunidades para abertura de “novas frentes” de produção de energia elétrica. Uma delas é  a biomassa, que tem como característica a estocagem da energia por meio de florestas até o momento da demanda. A madeira já é utilizada com contribuição significativa na matriz energética brasileira, considerando o consumo de indústrias siderúrgicas e outras de segmentos que necessitam de energia térmica em seus processos. Para aplicação no processo siderúrgico, a madeira é transformada em carvão vegetal, no qual somente 33% da biomassa empregada é convertida em redutor.

A outra parte, dispensada na forma de fumaça, guarda um potencial energético ainda pouco aproveitado. Essa fumaça gerada a partir da pirólise da madeira é essencialmente composta por vapor de água e compostos orgânicos com poder calorífico significativo, a ponto de constituir uma oportunidade de cogeração de energia elétrica.

O potencial desse processo fica em torno de 1 Megawatt-hora (MWh) a cada 10 mil toneladas de carvão vegetal produzidos anualmente, que pode variar em função da eficiência do sistema utilizado e do percentual de aproveitamento dos resíduos da matéria-prima incorporados no processo (folhas, casca, galhos, finos de carvão, etc.). O setor siderúrgico brasileiro consome, anualmente, cerca de 6 milhões de toneladas de carvão vegetal, o que  representa um potencial de produção de energia elétrica pelas produtoras na ordem de 600 MWh.

Com o objetivo de estudar esse aproveitamento energético, surgiu, em 2010, um projeto de cooperação técnica entre ArcelorMittal BioFlorestas e Companhia Energética de Minas Gerais - CEMIG. Essa parceria contou com a participação das Universidades Federais de Itajubá e de Viçosa no desenvolvimento científico, e empresas de projetos que simularam o funcionamento do sistema a partir de protótipo montado em escala reduzida.

Foram investidos R$ 8,5 milhões durante os 48 meses de projeto. O projeto foi concebido com propósito de produzir energia elétrica utilizando trocador de calor acoplado a uma turbina de queima externa – EFGT (Externally Fired Gas Turbine), que não utiliza água em seu funcionamento. Outros gargalos tecnológicos foram trabalhados nesse projeto: o uso de tubulação metálico-aérea para transporte dos gases da carbonização e integração de sistema de aproveitamento de biomassa residual.

As tecnologias integradas para produção de energia a partir dos gases da carbonização consideraram:

1. Sistema de transporte de gases: utilizando a modelagem matemática, foi dimensionada uma rede dupla de dutos com 416 metros de comprimento. O grande desafio desse tipo de transporte é a condensação dos gases. Essa barreira foi rompida com uma solução aplicada para manter a tubulação dos gases de carbonização em temperatura elevada, através de uma luva térmica em contrafluxo.
2. Sistema de aproveitamento de biomassa residual: para esse aproveitamento, foi desenvolvido um sistema de cavaqueamento, transporte (correias transportadoras), armazenagem (silos) e queimador auxiliar acoplado ao queimador principal. No inventário realizado, chegou-se ao valor de 19 ton/ha, que poderiam ser aproveitadas nesse processo.
3. Sistema queimador/trocador/turbina: o sistema acoplado à rede de dutos conta com exaustor que lança os gases no interior do queimador que opera em temperatura entre 900°C e 1.000°C, que utiliza o calor no trocador de calor para expandir a massa de ar comprimida injetada e acionar a turbina EFGT, que funciona interligada a um gerador. Embora a turbina instalada possua baixa capacidade (100 Kwh), o sistema de queima possui potência térmica em torno de 50 MW.

A usina de cogeração foi implantada em Unidade de Produção de Energia - UPE Buritis, interligando 12 dos 38 fornos de alvenaria existentes. Essa UPE está localizada no município de Martinho Campos-MG e opera fornos de alvenaria com capacidade unitária para 240 m³ de madeira, o que resulta em 200 m³ de carvão vegetal por corrida. O aproveitamento pleno dos gases gerados na carbonização dessa unidade tem potencial para geração de 4 MW por hora, o que é suficiente para a demanda de 20.000 habitantes.

O projeto está sendo concluído com sucesso, considerando a complexidade envolvida nesse tipo de tecnologia e a demonstração da possibilidade de aproveitamento da fumaça gerada no processo de carbonização. Foram levantados alguns pontos que carecem de ajuste que precisarão ser trabalhados. Além disso, a viabilidade econômica desse processo dependerá da ampliação da escala operacional, maximizando a eficiência de conversão de potencial térmico em potencial energético.