seminario “encuentro regional sobre biocombustibles y energias renovables” 23 de abril de 2009,...
TRANSCRIPT
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
JA
N
FE
V
MA
R
AB
R
MA
I
JU
N
JU
L
AG
O
SE
T
OU
T
NO
V
DE
Z
JA
N
FE
V
MA
R
AB
R
MA
I
JU
N
JU
L
AG
O
SE
T
OU
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: [email protected], [email protected]
Muito Obrigado pela AtençãoMuito Obrigado pela AtençãoMuito Obrigado pela AtençãoMuito Obrigado pela Atenção