1 / 42

Geração de Energia a partir da biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais)

Geração de Energia a partir da biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais). Energia e Meio Ambiente. Tecnologias de geração. Tecnologias de produção de eletricidade a partir da biomassa (Walter et al. , 2000 apud Coelho e Goldemberg, 2000):

Download Presentation

Geração de Energia a partir da biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Geração de Energia a partir da biomassa(exceto resíduos do lixo e óleos vegetais) Energia e Meio Ambiente

  2. Tecnologias de geração • Tecnologias de produção de eletricidade a partir da biomassa (Walter et al., 2000 apud Coelho e Goldemberg, 2000): • Necessidade ou não de conversão de biomassa antes de sua combustão • Combustão direta da biomassa – baseiam-se no ciclo a vapor (exclusivamente biomassa ou queima conjunta com um combustível fóssil, co-firing) • Queima de combustíveis derivados da biomassa – beseiam-se na gaseificação, na biodigestão e na pirólise de biomassa)

  3. Tecnologias de geração - Brasil • Brasil: larga experiência na produção de geradores de vapor a biomassa, principalmente bagaço de cana de açúcar (Coelho e Goldemberg, 2000): • Bagaço de cana: em 2000, 100 ton/hora, gerando vapor a 4,2 MPA e 300-320oC (possível até temperaturas na faixa 380-400oC) • Madeira: 200 ton/hora, mesmas condições vapor gerado • Queima de resíduos e chips de madeira: resslata-se o gerador de vapor à biomassa de leito fluidizado • Cogeração nas fábricas em que a celulose é extraída pelo processo kraft, é função da necessidade de recuperação de substâncias existentes no licor negro* com tecnologia similar aos sistemas de cogeração com turbinas a vapor de extração-condensação *subproduto do processo de digestão da madeira, mistura de lignina e inorgânicos. Além do licor negro, esses sistemas empregam resíduos de madeira para complementar a geração de calor.

  4. Interferência primária da biomassa • Processos físico-químicos: moagem, secagem, prensagem, extração, etc. • Processos microbiológicos: fermentação para obtenção de álcool etílico, digestão anaeróbias, etc. • Processos termoquímicos: podem ser precedidos* dos processos anteriores e incluírem combustão direta, gaseificação, pirólise, etc. • Fonte: Coelho e Goldemberg, 2000. *por não estarem em condições adequadas ao transporte, manipulação ou em granulometria adequada, a obter uma boa eficiência de reação associada ao processo selecionado com melhor alternativa tecnológica.

  5. Bioenergia e biocombustíveis Fonte: NOGUEIRA (2008)

  6. Fundamentos da bioenergiaFonte: NOGUEIRA (2008) • Energia química: bioenergia→ toda e qualquer forma de energia associada a formas de energia química acumulada mediante processos fotossintéticos recentes • Biomassa: recursos naturais que dispõem de bioenergia e que podem ser processados para fornecer formas bioenergéticas mais adequadas e elaboradas para o uso final • Resíduos de serraria e lenha, biogás da digestão anaeróbia de RS e outros resíduos sgropecuários, biocombustíveis líquidos (bioetanol e biodiesel) etc.

  7. Fundamentos da bioenergiaFonte: NOGUEIRA (2008) • Ciclos fotossintéticos de maior interesse: Ciclo de Calvin (C3) e o Ciclo de Hatch-Lack (C4) • Relevantes para o desenvolvimento de sistemas bioenergéticos, pela grande diferença de produtividade entre os ciclos em favor do Ciclo C4 • Ciclo C3: maioria das plantas conhecidas usa o ciclo C3 • Ciclo C4: algumas gramíneas tropicais (ex. cana-de-açúcar, cevada e sorgo) • Elevada taxa fotossintética de saturação (absorve mais energia solar), ausência de perdas por fotorrespiração, alta eficiência na utilização da água, maior tolerância salina e baixo ponto de compensação para o CO2 (responde melhor sob menores concentrações desse gás)

  8. Fundamentos da bioenergiaFonte: NOGUEIRA (2008)

  9. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • Produção de bioetanol usando celulose ainda está em nível de laboratório e plantas-piloto, ainda sem significado real no contexto energético, com obstáculos tecnológicos e econômicos por superar

  10. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • Tecnologias industriais impílícitas no gráfico, para conversão de açúcares e amido em bioetanol, podem ser consideradas maduras e disponíveis, exceto as referentes à hidrólise de materiais lignocelulósicos (em desenvolvimento) adotadas para obtenção de bioetanol da parte celulósica da cana

  11. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • No conjunto de rolos da moenda, o caldo, que contém a sacarose, é separado da fibra (bagaço), que segue para a planta de energia da usina, na qual é usada como combustível • Açúcar: caldo é peneirado e tratado quimicamente para coagulação, floculação e precipitação das impurezas • Mel final pode ser usado como matéria-prima para produção de bioetanol (fermentação) • Bioetanol: fermentação tanto do caldo da cana quanto de misturas de caldo e melaço

  12. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • No caso da agroindústria de bioetanol com base na cana, a totalidade da energia consumida no processo pode ser provida por um sistema de produção combinada de calor e potãncia (sistema de co-geração) instalado na própria usina, utilizando apenas o bagaço como fonte de eenergia • Brasil: usinas auto-suficientes e ainda conseguem exportar excedentes cada vez mais relevantes para a rede pública

  13. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • Com uma tonelada de cana, é possível obter 86 litros de bioetanol hidratado • Objetivo de produção de açúcar: além de 100 kg de açúcar, é possível produzir 23 litros de bioetanol hidrato por tonelada de cana por meio de melaço

  14. Tabela: Oferta interna de energia 2007/2008. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  15. Figura: Oferta interna de energia 2007/2008. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  16. Tabela: Oferta interna de energia - participação. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  17. Figura: Oferta interna de energia - participação. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  18. Figura: Consumo interno de energia. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  19. Figura: Consumo final energético por setor. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  20. Figura: Consumo final energético no setor de transportes. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  21. Figura: Consumo final energético no setor industrial. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  22. Tabela: Cadeias energéticas – cana-de-açúcar. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  23. Tabela: Emissões de CO2. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009). Figura: Emissões de CO2. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  24. Figura: Evolução das emissões de CO2 no Brasil. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

  25. Geração de Energia a partir da biomassa(exceto resíduos do lixo e óleos vegetais)

  26. Setor sucro-alcooleiro • Na produção de açúcar e álcool a partir da cana-de-açúcar, para cada litro de álcool obtido no processo de destilação, são gerados cerca de 14 litros de vinhoto ou vinhaça (efluente) • DQO: ~29.000 mg/l, além de nuttrientes como N, P e K, etc. • Coeficiente de geração de energia elétrica a partir do vinhoto é estimado em 20 kWh/ton de cana processada (BioDieselBr apud Bley Jr. et al., 2009) • Potencial de gerção em 2008 de 6,32 TWh devido a safra de 310 a 312 milhões de ton de cana (Conab apud Bley Jr. et al., 2009)

  27. Setor sucro-alcooleiro • Ex (Bancor apud Bley Jr. et al., 2009): • Em São Martinho o vinhoto é processado por biodigestão contínua, capturando-se o biogás que funciona como combustível auxiliar queimado diretamente nas caldeiras, e em spray-driers, usados na secagem de leveduras do processo de fermentação das dornas. • Obtém-se sobras de bagaço de cana, transformado em briquetes (substituem lenha ou carvão) e leveduras que são comercializadas • Características do vinhoto tratado: DQO 9000 mg/l; Ntotal: 600 mg/l; Ptotal: 32 mg/l; K: 1.400 mg/l; e Sulfato: 32 mg/l; pH entre 6,0 e 6,9, além de deixar de ter o forte odor e atrair insetos.

  28. Setor sucro-alcooleiro • Ex (Bancor apud Bley Jr. et al., 2009): • Avaliação econômico-financeira do investimento de uma usina de álcool, em dimensões entre 192.000 e 480.000 litros de álccol por dia: • Taxa Interna de Retorno (TIR): 18 %; • Indicadores por 1.000 litros de álcool produzido: • Gera 125 m3 de biogás; • Entre 386 e 462 kg de briquetes de bagaço; • 6 kg de leveduuras secas; • Créditos de carbono (RCEs) de 556 kg/ano.

  29. Setor sucro-alcooleiroFonte: Bley Jr. et al., 2009 Sistema de cogeração com turbinas de contrapressão: nestra configuração, geração de vapor a 300oC e demanda de vapor equivalente a 500 kg/tc, o sistema gera 14,2 kWh/ton de cana-de-açúcar processada

  30. Setor arrozeiro • Características físico-químicas favoráveis, com poder calorífico alto (quando comparado à outras formas de biomassa) e um teor de umidade baixo • As cascas de arroz possuem propriedades que as tornam de difícil queima • Prejudicial a uma combustão completa e eficiente; alto teor de cinzas, características extremamente abrasivas, baixa massa específica e formato das partículas; • Cinética da reação de combustão das cascas de arroz é extremamente delicada e complexa, com controle rigoroso de diversos parâmetros: temperatura, tempo de resid~encia, regime de fluxo de gases e a dosagem de ar.

  31. Variáveis ambientais das alternativas tecnológicas • Emissão de gás carbônico: apresenta balanço praticamente nulo (absorção de carbono pela fotossíntese) • Demais emissões: quando comparada aos combustíveis fósseis, emissões desprezíveis de SOx • Centrais termelétricas* devem possuir projetos acompanhados de um rigoroso planejamento de recursos hídricos locais • Resoluções CONAMA e legislação estadual para condições gerais e demandas *Principalmente as que empregam ciclos em condensação são grandes consumidoras de água

  32. Análise da viabilidade econômica de projetos termelétricos para o sistema interligado de geração e distribuição de energia no Brasil Fonte: Coelho e Goldemberg, 2000

  33. Critério principal • Alternativas (Coelho e Goldemberg, 2000): • Gerar exclusivamente o montante de energia que é consumido pela empresa; • Queimar todo o seu combustível através das tecnologias convencionais comercializando eventuais excedentes de carga; • Gerar o máximo de energia possível com o combustível existente, apesar dos custos associados; e • Desenvolver uum projeto compatível com um montante de recursos disponíveis definidos.

  34. Viabilidade econômica • Análise de projetos segundo critérios como fluxo de caixa, o valor presente líquido e outros indicadores que condensem as informações quantitativas em um valor final, que pode ser comparado a um padrão pré-estabelecido (Coelho e Goldemberg, 2000): • Taxa Interna de Retorno (TIR); Valor Atual (ou presente) Líquido (VLP); Custo anula (ou mensal) equivalente; e o tempo de recuperação ou payback (exceção no que tange a um padrão prévio) • Podem ser calculados com base em um desconto a uma dada taxa de juros ou não Avaliação geral dos investimentos necessários

  35. Equipamentos e custos associados • Dezenas de pequenos itens e componentes: sobretudo associados a tubulações (juntas de expansão, válvulas de segurança, etc.) (Coelho e Goldemberg, 2000): • Descrição dos equipamentos: preços de todos os equipamentos e utilidades necessários ao seu funcionamento, conforme especificações dos fabricantes e com os impostos incidentes na data de especificação dos equipamentos (Coelho e Goldemberg, 2000): • Variações nos custos dos equipamentos, devido por exemplo às características dos distintos combustíveis, relação calor/trabalho mecânico, layout da instalação etc.

  36. Análise operacionalCustos variáveis e receitas(Hoofmann, 1999 apud Coelho e Goldemberg, 2000; Pretz, 1997 apud Coelho e Goldemberg, 2000) • Custo do combustível • Depreciação (taxa depende do item sobre o qual incide) • Custo de pessoal (especial ou parcialmente remanejado de outra atividade da empresa) • Custo de manutenção (cerca de 1% do valor total do investimento) • Tarifa de venda ou comercialização (receita direta e lucros não operacionais da energia consumida diretamente sem taxas)

  37. Análise operacionalCustos variáveis e receitas(Hoofmann, 1999 apud Coelho e Goldemberg, 2000; Pretz, 1997 apud Coelho e Goldemberg, 2000) • Energia produzida (energia consumida, demanda de potência e produção de excedente) • Aspectos tributários (extremamente variáveis) • Composição do capital de giro (disponível, realizável. Exigível, taxa de inflação etc.) • Projeção de vendas e resultados (fator de utilização) • Custos evitados computados como resultados não operacionais (ligados ao descarte e tratamento da matéria-prima que será o combustível local) • Fluxo de caixa líquido (contém as principais informações na forma de planilha)

  38. Definição das condições de financiamento adotadas • FINAME Especial: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), com condições de (Coelho e Goldemberg, 2000): • Período total de 8 anos e 2 de carência; • Encargos básicos à Taxa de Juros de Longo Prazo (TJLP); • E encargos adicionais 3,5%, mais um spread (ou del credere) do agente financeiro de 3,0% • Adotado o Sistema de Amortização Constante (SAC) • Spread básico: nível padrão: 2,5% a.a.; e • Spread de risco: entre 0,5% e 4,625%, para as operações diretas com o BNDES relativas às fontes alternativas de energia

  39. Referências Bibliográficas • BLEY Jr. et al.Agroenergia da biomassa residual: perspectivas energéticas, socioeconômicas e ambientais. Foz do Iguaçu/Brasília: Itaipu Binacional, Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação, 2009. • BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA / MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME. Balanço Energético Nacional 2009 – Ano base 2008: Resultados Preliminares. Rio de Janeiro: EPE, 2009. 48 p. • COELHO, S. T.; GOLDEMBERG, J. (coord.) Geração de Energia a Partir da Biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais. p.1-92.In:TOLMASQUIM, M. T. (org.). Fontes renováveis de energia nop Brasil. Rio de Janeiro: Interciência: CENERGIA, 2003. • NOGUEIRA, L. A. H. Bioetanol da cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. Rio de Janeiro: BNDES, 2008. 316 p.

More Related