Bioenergia da biomassa

Tipos de fontes de bioenergia provenientes da biomassa

Tipos de biomassa

A biomassa é a massa total de substâncias orgânicas que ocorrem num habitat. As formas de biomassa no planeta são diversas. Para além disso existem diferenças nas utilizações primárias de biomassa. Além da indústria alimentar, a biomassa pode ser usada noutras indústrias, tais como, de manufacturação ou construção.

Quando o uso original termina, pode ser efectuado um uso energético secundário da biomassa. Por exemplo, os resíduos orgânicos que são uma mistura de material desperdiçado, pode ser usado como fonte de produção de energia regenerativa.

A energia contida nos resíduos orgânicos é geralmente usada através da geração de biogás. Nos aterros, existe uma conversão dos resíduos orgânicos em metano. Nalguns casos, contudo, pode ser vantajosa a fermentação directa destes resíduos em sistemas de tratamento anaeróbio. Para resíduos com alto teor de madeira, existe a possibilidade de serem sujeitos a secagem e à queima.

Uma área de estudo de aplicações da biomassa passa pela criação de colheitas para fins energéticos, que crescem para uso directo como combustível. Esta questão será discutida nas secções seguintes, analisando os diversos tipos de fontes de biomassa.

Fontes de biomassa

A biomassa pode ser dividida em quatro categorias, de acordo com a sua origem:

• Culturas para fins energéticos: As colheitas para fins energéticos são cultivadas principalmente para a produção de energia. A sua função é capturar a radiação solar para armazená-la na biomassa. Exemplos de colheitas de energia são a colza, o girassol, o miscanthus sinensis e o milho.
• Resíduos agrícolas e florestais:Os resíduos que são gerados na colheita de cereais e no corte de árvores, tal como a palha e os resíduos de madeira, são desperdícios naturais. Este grupo de “sub-produtos” é especialmente adequado para a reciclagem energética, porque reduz os custos de produção dos produtos principais, ou aumenta o rendimento da cadeia de cultivo.
• Sub-produtos orgânicos: O processamento da biomassa para criação de produtos, forma um grupo adicional de sub-produtos. Estes sub-produtos incluem os resíduos orgânicos, os efluentes da agro-pecuária e os resíduos do processamento industrial da madeira e de fibras vegetais. Nestes casos, a reciclagem energética pode conduzir a um aumento da utilidade e assegurar que partes do processo de produção sejam permanente e ambientalmente sustentáveis.
• Resíduos orgânicos: Os resíduos orgânicos incluem os resíduos domésticos e as lamas dos efluentes domésticos e industriais, como por exemplo, os resíduos da produção alimentar. Estes resíduos estão geralmente sujeitos à legislação respectiva. Consequentemente, deve ser cumprida uma gama completa de requisitos legais, desde a origem até ao controlo epidémico.

A biomassa vegetal encontra-se, geralmente num estado sólido agregado. Tem ainda uma forma geométrica e um teor de água que, na maior parte dos casos e por razões técnicas, define o uso energético directo.

As fontes de biomassa utilizadas como combustíveis, são classificadas de acordo com o estado de agregação em que se encontram: sólido, líquido ou gasoso.

O estado de agregação existente determina as possibilidades de utilização das fontes de biomassa e o tipo de infraestrutura de conversão energética necessária. Os permutadores de calor ou os sistemas de combustão combinados de calor e energia são capazes de usar combustíveis sólidos, enquanto que os motores de combustão e as pilhas de combustível, são incapazes.

A forma e o estado de agregação, dos produtos de biomassa processados, são determinados pelas tecnologias e sistemas de conversão disponíveis. Para cada tipo de utilização existe um método de operação optimizado para as características da biomassa e níveis de desempenho específicos. Para se obter uma operação eficiente, estes níveis e características devem manter-se dentro de limites rígidos.

Utilização das fontes de biomassa

Em termos de formas de energia existem três fundamentais: energia calorífica, energia mecânica e energia eléctrica.

O uso das fontes de biomassa pode cobrir estes três tipos de energia. Existe um grande número de possibilidades de geração das formas de energia desejadas, a partir das fontes de biomassa, em diferentes estados de agregação.

Energia Calorífica

Normalmente o calor é produzido em sistemas de combustão. Numa pequena escala, estes sistemas podem aquecer uma habitação, enquanto que em larga escala, numa central, o calor disponível por meio de redes de calor pode fornecer quarteirões de uma cidade.

Para sistemas de combustão estacionários, cuja única função seja a produção de calor, predominam os combustíveis sólidos, no que diz respeito à biomassa. A madeira, como resíduo ou matéria-prima, pode ser usada para geração de calor, com baixos custos de processamento, de trituração ou secagem.

Energia mecânica

A energia mecânica é produzida por meio de geradores de calor e energia, como as máquinas a vapor. Nestas, o combustível líquido ou gasoso é inflamado nos cilindros de um motor de combustão. A expansão da mistura combustível/ar, causada pela combustão é então convertida em energia. O calor produzido por este processo tem de ser dissipado para o ambiente, através de um sistema de arrefecimento.

A utilização de biodiesel na Europa, por exemplo, como uma mistura de etanol em França, e o uso de etanol puro no Brasil, são exemplos de uso de fontes de biomassa com sucesso, no sector dos transportes.

Os óleos vegetais do sarmento ou sementes de girassol e o álcool produzido da biomassa, é possível cobrir as necessidades de mobilidade da sociedade. Os combustíveis de biomassa são uma alternativa técnica, equivalente às fontes de energia fóssil.

Energia Elétrica

Os sistemas que produzem energia mecânica, em motores de combustão ou em turbinas de combustão directa e indirecta, são acoplados a geradores elétricos. Estes convertem a energia mecânica em energia eléctrica.

A utilização de energia mecânica para produção de energia elétrica gera aproximadamente dois terços de calor, para um terço de eletricidade, o que demostra o aumento da eficiência económica da cogeração (produção simultânea de calor e electricidade) em aplicações estacionárias.

O biogás, proveniente dos aterros, da reciclagem de resíduos agrícolas ou de outros resíduos orgânicos pode ser utilizado, em centrais estacionárias para produção de energia.

Tipos de fontes de bioenergia

A bioenergia está disponível no mercado, em todos os tipos de formas. Este manual apresenta os produtos mais importantes, para os três estados de agregação (sólido, líquido, gasoso), nas suas formas comerciais usuais.

Fontes de biomassa sólida

A maior fonte de biomassa sólida provém de produtos a partir da madeira. Estes são obtidos quando é retirada a lenha das florestas e quando os desperdícios são utilizados no processamento industrial de produtos de madeira. Em muitos locais, outros sub-produtos, nomeadamente a palha são usados para produzir energia, a partir da biomassa.

No desbaste das florestas, além dos troncos das árvores, que são usados para as indústrias de mobiliário e construção, são também recolhidos resíduos de madeira de qualidade inferior. Por cada hectare de floresta, podem ser obtidas, a partir destes resíduos 0,4 - 0,8 toneladas de lenha seca. Para além disso, outras quantidades de resíduos de madeira, recolhidas durante acções de manutenção da floresta, permitem um rendimento combustível anual de cerca de 1,5 toneladas por hectare, para uma área florestal de uso permanente.

Nas explorações florestais, as árvores são derrubadas com o auxílio de máquinas, que utilizam um braço com uma serra eléctrica montada. Adicionalmente, estas máquinas podem remover automaticamente os ramos do tronco, retirar a casca escura da madeira e cortar o tronco em partes. Este método significa que, parte do valor acrescentado do processamento da madeira é efectuado antes da madeira sair da floresta.

Quando os troncos redondos são transformados em pranchas e vigas, são produzidas grandes quantidades de resíduos. Contudo, a maior parte destes é utilizada na indústria da madeira para outros materiais. Estilhas de madeira que não têm casca, por exemplo, é uma matéria prima para o processamento de cartão de elevada qualidade.

Contudo, outra parte destes resíduos continua a ter fragmentos de impurezas e é, portanto, inadequada para a utilização como matéria prima. Estes pedaços de casca são ideais para reciclagem energética. Devido ao elevado teor de cinzas, estes resíduos são principalmente utilizados em centrais de fornecimento de calor de grandes dimensões e em centrais de cogeração, como substrato de co-aquecimento.

Outros resíduos significantes, provenientes da agricultura, incluem a palha e o feno. Os resíduos de pós-colheita estão usualmente disponíveis a nível local e em grandes quantidades.