seminario “encuentro regional sobre biocombustibles y energias renovables” 23 de abril de 2009,...

Seminario “Encuentro Regional sobre Biocombustibles y Energias Renovables”

23 de Abril de 2009, UDELAR, Montevideo, Uruguay

PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL NO BRASIL

Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro

Dept. Engenharia Mecânica da UFMG

"Resíduo sólido resultante da decomposição térmica da biomassa obtido pelo aquecimento na ausência de ar (pirólise) a uma temperatura superior a 300°C"

Sua produção vêm desde os primórdios da humanidade, sítios arqueológicos datam de 20.000 a 30.000 AC.

Como as temperaturas de combustão são altas, permite a fusão de metais.

Graças ao carvão vegetal o homem saiu da idade da pedra (idade do Bronze 3.000 AC) e o uso do fole de ar em 1.200 AC levou ao inicio a idade do Ferro.

O QUE É O CARVÃO VEGETALO QUE É O CARVÃO VEGETALO QUE É O CARVÃO VEGETALO QUE É O CARVÃO VEGETAL

CARBONIZAÇÃOCARBONIZAÇÃOCARBONIZAÇÃOCARBONIZAÇÃO

Produtos da CarbonizaçãoProdutos da CarbonizaçãoProdutos da CarbonizaçãoProdutos da Carbonização

Fatores que Influenciam na CarbonizaçãoFatores que Influenciam na CarbonizaçãoFatores que Influenciam na CarbonizaçãoFatores que Influenciam na Carbonização

Fatores que Influenciam na Carbonização

-Temperatura da Carbonização

-Velocidade da Carbonização

-Combustão no Forno de Carbonização

- Tipo de Biomassa- Composição da Biomassa- Umidade da Biomassa- Dimensões da Biomassa (diâmetro, comprimento)

- Tipo de forno- Perdas Térmicas- Entrada de Ar- Tiragem- Pressão

Fatores que Influenciam na CarbonizaçãoFatores que Influenciam na CarbonizaçãoFatores que Influenciam na CarbonizaçãoFatores que Influenciam na Carbonização

Produtividade: Velocidade

Quantidade de produto produzida num equipamento num determinado intervalo de tempo. (ton/mês, m3/mês)

Rendimento: Economia

Quantidade de produto produzida com uma quantidade de insumos. (kg carvão/ kg madeira)

ESTATÍSTICAS DE PRODUÇÃO E USOESTATÍSTICAS DE PRODUÇÃO E USOESTATÍSTICAS DE PRODUÇÃO E USOESTATÍSTICAS DE PRODUÇÃO E USO

A produção mundial (2005) foi de 45 milhões de toneladas.

África 50% da produção mundial é voltada para uso doméstico.

Brasil 28% da produção mundial com 90% centrada no uso siderúrgico.

A siderurgia a carvão vegetal é um relevante e tradicional exemplo de uso industrial de biomassa em larga escala.

Consumo de Biomassa no BrasilConsumo de Biomassa no BrasilConsumo de Biomassa no BrasilConsumo de Biomassa no Brasil

O consumo de biomassa é crescente, principalmente no setor industrial e energético.

Lenha para uso doméstico e agropecuário é decrescente.

Participação de biocombustíveis é crescente:

Líquido: Etanol – 7,3 milhões de tep

Sólidos: Carvão Vegetal - 6,2 milhões de tep Lenha Industrial - ~10 milhões de tep

Consumo de Biomassa no BrasilConsumo de Biomassa no BrasilConsumo de Biomassa no BrasilConsumo de Biomassa no Brasil

O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo:

9,420 milhões de toneladas = 38 milhões de m3 = 5,9 Mtep (2006)

US$ 140,00 / ton (Jan 2009) -> US$ 1.318.800.000

Minas Gerais produz 80% do carvão vegetal nacional

Cerca de 50% da Energia Original da Biomassa é perdida na Carbonização

Parte desta energia pode ser recuperada - Carbonização Contínua

Geração de Calor -> Vapor -> Eletricidade

Produção e Consumo de Carvão Vegetal no Brasil (10Produção e Consumo de Carvão Vegetal no Brasil (103 ton ton)

Usos do Carvão VegetalUsos do Carvão VegetalUsos do Carvão VegetalUsos do Carvão Vegetal

Siderurgia mundial vive um grande boom.

A reciclagem de sucata precisa de fontes de ferro virgem, o ferro-gusa de carvão vegetal é um produto prime devido a sua pureza.

O baixo investimento nos mini alto-fornos e alta produtividade das florestas de eucalipto garantem alta competitividade do gusa.

Grandes grupos estão investindo principalmente na região de Carajás.

Fontes e Regiões ConsumidorasFontes e Regiões ConsumidorasFontes e Regiões ConsumidorasFontes e Regiões Consumidoras

Por 20 anos a participação de carvão de floresta nativa ficou em 30%.

A partir de 2003 a demanda mundial por ferro-gusa e os altos preços levaram ao rápido aumento da produção elevando a participação da floresta nativa para 50%.

Ao preço de R$ 400,00/ton de CV é viável o transporte por 2.000 km.

Preço atual R$ 300,00/ton

Fontes e Regiões ConsumidorasFontes e Regiões ConsumidorasFontes e Regiões ConsumidorasFontes e Regiões Consumidoras

Área e Distribuição de Florestas Plantadas no Brasil

Plantios Anuais em Minas Gerais*

*Incluem áreas de reforma e plantio

Custos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e Competitividade

1 Despesas silvicultura 53,68R$

2 Juros Inv. Floresta (15% aa) 55,20R$

3 Exploração 76,72R$

4 Carbonização 32,64R$

5 Expedição e frete (500 km) 73,20R$

6 Impostos 9,16R$

7 Outros 36,64R$

337,24R$ Soma

R$ -

R$ 10,00

R$ 20,00

R$ 30,00

R$ 40,00

R$ 50,00

R$ 60,00

R$ 70,00

R$ 80,00

1 2 3 4 5 6 7

Madeira posta na unidade de carbonização é 55% do custo.

Investimento de R$ 4.300/ha são 70% concentrados nos 18 meses iniciais e colheita aos 7 anos é a razão da alta participação de juros no custo. Dificuldades para empresas de médio porte.

Frete é fator importante de custo e os preços atuais viabilizam transportes por 2000 km.

A carbonização representa 10% do custo e não tem merecido a atenção devida dos gestores deste negócio.

Custos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e Competitividade

EVOLUÇÃO DO PREÇO DOS REDUTORES - US$/ton

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00JA

N

FE

V

MA

R

AB

R

MA

I

JU

N

JU

L

AG

O

SE

T

OU

T

NO

V

DE

Z

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T

NO

V

DE

Z

2004 2005 2006

Preço Mercado Carvão Vegetal posto Usina

Preço Coque Fob Japão

Custos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e CompetitividadeCustos de Produção e Competitividade

Biocombustíveis sólidos são imbatíveis em preço para aquecimento industrial.

Preferidos pelas indústria de pequeno e médio porte.

A falta de valorização do conhecimento leva a baixa eficiência de uso.

Perspectivas de CrescimentoPerspectivas de CrescimentoPerspectivas de CrescimentoPerspectivas de Crescimento

A produção nacional de CV deve dobrar até 2015, devido aos novos empreendimentos siderúrgicos em implantação e ao aumento de capacidade.

Plantios apresentam crescimento com ênfasenos programas de fomento florestal.

BALANÇO DE COBALANÇO DE CO22 E O E O22 NA PRODUÇÃO DE AÇO NA PRODUÇÃO DE AÇOBALANÇO DE COBALANÇO DE CO22 E O E O22 NA PRODUÇÃO DE AÇO NA PRODUÇÃO DE AÇO

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~35%

Forno Mineirinho

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

Forno Rabo-Quente Forma semi-esférica (dificuldade enchimento)Tiragem diretaGrande numero de tatus e baianas

Forno MineirinhoForma cilíndrica -> fácil enchimentoTiragem inversa -> autocontrole1 único tatu -> Facilidade controle1 chaminé -> Recuperação alcatrão

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

CONTROLE TRADICIONAL 200.000 anos de conhecimento- Cor e cheiro da fumaça- Volume da fumaça- Temperatura do forno

Objetivo: Grande produtividade volumétrica: MDC/mês

CONTROLE TECNOLÓGICO- Medição da massa e umidade (balanço de massa)- Medição da temperatura

- Garantir condições ótimas de carbonização- Evitar queima

Objetivo: Grande rendimento em massa: kg carvão / kg madeira seca

CONTROLE DA CARBONIZAÇÃO

FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~34%

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~34%

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

Forno DPC

Carbonização realizada em atmosfera controlada, e na ausência de ar.

Não existe a diluição dos produtos gasosos da carbonização com o nitrogênio do ar, Os produtos da carbonização possuem alto poder calorífico, e são de fácil combustão.

O excedente térmico no processo que pode ser utilizado em um outro processo.

Sistema roll-on de carga e descarga

FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~34%

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

Retorta Contínua Acesita

Retorta de carbonização contínua, com capacidade de 15 t/dia.

Operou de 1987 a 1994.

Local: Turmalina, MG

O tempo total de carbonização 6 horas e o tempo de resfriamento 3-4 horas.

FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:

• Máximo 40%

• Típico 30 ~34%

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

Carboval V&M 2009

Retorta de carbonização contínua, sistema Lambiotte Premery.

Local: Paraopeba, MG

Capacidade 7.500 t/ano

Inicio Operação: Abril 2008

Custo: US$ 5.000.000

Sistema de co-geração

Custo: US$ 1.500.000

Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização

ConclusõesConclusõesConclusõesConclusões

O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo28% da produção mundial com 90% centrada no uso siderúrgico.

O consumo de carvão vegetal no Brasil é da mesma ordem de grandeza do consumo de etanol

A siderurgia a carvão vegetal é um relevante e tradicional exemplo de uso industrial de biomassa em larga escala.

É possível uma maior eficiência na produção de carvão vegetal de qualidade siderúrgica e recuperação e beneficiamento de subprodutos e com baixo investimento.

Existe a necessidade de uma forte aceleração de desenvolvimento tecnológico, devido ao aumento significativo do consumo de biomassa lignosa (lenha e derivados)

ConclusõesConclusõesConclusõesConclusões

CUSTO DO DESPERDÍCIOCUSTO DO DESPERDÍCIO

Para uma produção brasileira de 40 milhões de MDC/ano (10 milhões de toneladas) de carvão vegetal. Estimando que 50% desta produção é feita em fornos de alvenaria com

baixo rendimento (25% em peso). Uma elevação do rendimento para 34%, significaria uma disponibilidade

adicional de 1,35 milhões ton/ano de carvão vegetal utilizando a mesma quantidade de madeira.

A falta de conhecimento na cadeia produtiva leva ao desperdício de:

1,35 milhões ton/ano X US$140,00 = US$ 190 milhões/ano

Com tecnologias modernas é possível aproveitar subprodutos: Alcatrão combustível (2,5 milhões t/ano = 10 milhões de BEP)

10 milhões x US$30/barril = US$ 300 milhões/ano

Paulo Cesar C. PinheiroDept. Engenharia Mecânica da UFMGLC2 Laboratório de Combustão e CarbonizaçãoAv. Antônio Carlos 662731270-901 Belo Horizonte, MG, BrasilEmail: pinheiro@netuno.Lcc.ufmg.br, pinheiro@demec.ufmg.br

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