Reflexões acerca do aproveitamento Energético de Resíduos de Biomassa por Pirólise e Gaseificação

Claude Cohen e Carlos Eduardo Lopes de Oliveira

Introdução

O Brasil possui uma grande variedade de recursos naturais, o que permite que mais de 40% da matriz energética seja proveniente de fontes renováveis. Ademais, a existência de tais recursos evita que o país não dependa tanto de importações de energia. No entanto, a crescente demanda por energia requer um aumento na exploração de novos recursos energéticos. O país também é um grande produtor de produtos agrícolas, atividade que gera emprego e renda para a população, mas produz grande quantidade de resíduos. Dessa forma, a adoção de uma tecnologia que utiliza resíduos agrícolas (ou urbanos) e os transforma em recursos energéticos, contribui para o seu manejo sustentável, assim como para a redução dos impactos sobre o meio ambiente.

Por outro lado, nos últimos anos, atenção considerável tem sido dada ao estudo dos processos de gaseificação de várias substâncias e materiais (combustíveis fósseis de baixa qualidade, biomassa, resíduos sólidos urbanos etc.) e o desenvolvimento de tecnologias industriais apropriadas para a produção de gás de síntese. As tecnologias de cogeração de eletricidade e calor pela combustão do gás de síntese são caracterizadas pelo conteúdo mínimo de gases decorrentes da combustão (CO, CO₂, NO_x, SO_x). Essas emissões são menores que as decorrentes da combustão do gás natural. Portanto, em termos de indicadores ambientais, a eficiência da queima de gás de síntese obtida pela gaseificação da biomassa é superior à eficiência de combustão de combustíveis líquidos compósitos típicos, com a adição de componentes sólidos finamente dispersos da biomassa. No entanto, a aplicação prática das tecnologias de produção de gás de síntese é limitada. Grandes quantidades de contaminantes de alcatrão e carvão no gás produzido o tornam inadequado para a produção de energia a partir da utilização de motores a gás ou turbinas eficientes em termos energéticos. Espera-se que pesquisas científicas complexas (experimentais, teóricas, analíticas) contribuam para resolver os problemas mencionados e difundir o uso de tecnologias sustentáveis como as biomass-to-energy.

Outro fato relevante é que nas últimas três décadas, a análise do ciclo de vida (ACV) emergiu e passou de uma simples análise energética para uma análise ambiental. A ACV de combustíveis de biomassa é muitas vezes limitada às emissões de gases de efeito estufa. Entretanto, a integração do ACV com a análise energética contribui para formulação de políticas energéticas alinhadas com o conceito de desenvolvimentos energético sustentável. Com o esgotamento das fontes de combustíveis fósseis e os problemas de aquecimento do planeta, o uso da biomassa é cada vez mais importante. Dessa forma, a gaseificação/pirólise da biomassa torna-se ainda mais importante, porque produz não apenas gases combustíveis, carvão e produtos químicos, mas também alguns subprodutos como cinzas volantes, NOx, SO₂ e alcatrão. O excesso de alcatrão nos gases do produto reduz a eficiência de utilização da biomassa. Portanto, a redução ou decomposição do alcatrão nos gases combustíveis derivados da biomassa é um dos maiores obstáculos à sua utilização para geração de energia.

Além disso, o fornecimento de combustível para as regiões carentes de recursos ainda é relevante no mundo inteiro. Muitas delas dependem de importação de energia, o que torna a oferta interna ainda mais cara, devido aos custos de transporte (TSALIK e SCHIFFRIN, 2005). Nesse sentido, é necessário desenvolver recursos locais com matérias-primas adequadas à geração de energia, que não exijam grandes investimentos em sua produção. A turfa^[1], por exemplo, é um recurso renovável localizado na superfície da Terra e está presente em quase todos os continentes (exceto na Antártida). Reservas mundiais de turfa totalizam cerca de 500 bilhões de toneladas, mas o volume de sua produção atualmente não excede 25 milhões de toneladas por ano (HÖÖK, 2017). A principal parcela da turfa extraída é direcionada ao uso de combustível (70%), o restante às indústrias agrícola, farmacêutica e química. Por exemplo, em 2011, na Irlanda, a parte da energia gerada a partir da turfa em relação à produção total foi de 5,30%, na Finlândia – 4,54%, na Bielorrússia 1,85% (WIEBE, et alli ,2012). No entanto, em escala global, a parcela de energia produzida a partir de turfa não excede 0,028%. As principais restrições para o uso da turfa como combustível são: seu baixo poder calorífico, a sazonalidade da extração e a complexidade do transporte, mesmo para pequenas distâncias: a turfa tem baixa densidade, comprime, desintegra e congela a baixas temperaturas do ar. Portanto, seu transporte em distâncias superiores a 25 a 30 km é economicamente inviável (TOMAN et al, 2008).

Assim, um caminho adequado para o processamento térmico a partir de resíduos agrícolas (biomassa) pode ser considerado interessante para fornecer energia e combustível. A gaseificação de biomassa permite uma comercialização em escala industrial para a produção de diferentes tipos de combustíveis renováveis com diferentes fases: líquidas, sólidas e gasosas, e pode contribuir para a redução do custo da energia. Gaseificadores e reatores de pirólise de pequena escala podem ser projetados e implementados para gerar energia para uso doméstico, por exemplo. Ademais, a iniciativa reduz o volume de CO₂ produzido em relação a um sistema convencional de geração de energia, pela separação do gás resultante e usado como meio de reação (reciclagem do CO₂), e contribui para a criação um ambiente limpo, utilizando os resíduos de biomassa para suprir a escassez de energia. Por fim, para viabilizar a implementação desta alternativa em termos de mercado, a promoção da colaboração de comunidades com empresas de tecnologia e agências governamentais parece ser um caminho promissor.

O processo de pirólise

A pirólise pode ser definida como a degradação térmica de qualquer material orgânico na ausência parcial ou total de um agente oxidante, ou até mesmo, em um ambiente com uma concentração de oxigênio capaz de evitar a gaseificação intensiva do material orgânico, e geralmente ocorre a uma temperatura que varia desde os 400°C até o início do regime de gaseificação intensiva. O principal objetivo no processo de pirólise é a obtenção de produtos com densidade energética mais alta e melhores propriedades do que àquelas da biomassa inicial, e nas três últimas décadas, o uso potencial da biomassa como fonte de combustíveis líquidos, produtos químicos e materiais, deu um novo impulso ao uso conceitual da pirólise. O conceito de pirólise rápida para a produção de líquidos orgânicos desperta cada vez mais o interesse junto às pesquisas e às aplicações comerciais dos diversos produtos obtidos a partir do bio-óleo, seu principal produto. Estas se desenvolvem rapidamente, principalmente na América do Norte e na Europa. A pirólise rápida é um conceito advindo da necessidade de se produzir insumos líquidos energéticos e não energéticos (OLIVARES-GÓMEZ, 2021).

As principais características do processo de pirólise rápida são: curtos tempos de aquecimento das partículas e de residência para os vapores que se formam dentro do reator, elevadas taxas de aquecimento, elevados coeficientes de transferência de calor e massa, e temperaturas moderadas da fonte de aquecimento, e todas as tecnologias de pirólise em desenvolvimento no mundo aplicam estes princípios básicos visando maximizar o rendimento gravimétrico de bio-óleo. A produção de um derivativo líquido que poderia ser facilmente armazenado e transportado é, com certeza, a principal vantagem potencial da pirólise rápida em comparação aos outros processos de conversão termoquímica da biomassa. O líquido da pirólise da biomassa produzido desta forma (o bio-óleo) é um “alcatrão” primário. Ele é formado a partir de sucessivas reações de decomposição, craqueamento, condensação e polimerização, e tem um elevado teor de água na sua composição (água procedente do próprio insumo e água de formação). Porém, até hoje, nem o próprio processo nem a composição exata do bio-óleo são muito conhecidos. Isto porque as reações termoquímicas que ocorrem durante o processo são muito complexas e estudam-se os principais aspectos fenomenológicos, tecnológicos, industriais, econômicos e socioambientais, na sua estreita relação com a qualidade requerida do produto para uma dada aplicação comercial.

Um dos principais objetivos na atualidade é o desenvolvimento em escala industrial de plantas para a produção de bio-óleo visando-se sua aplicação como combustível para a produção de energia elétrica.

Produtos gerados

Os resultados desse processo são diversos subprodutos, como gases, combustíveis líquidos e resíduos sólidos. Tendo isso em vista, o coco maduro, por exemplo, é uma biomassa com bastante potencial para ser utilizada em países como o Brasil. A casca do coco é bastante utilizada atualmente como combustível de caldeiras. Já o fruto maduro possui alto teor de umidade, logo, precisa passar pelo processo de secamento para melhor utilização. (SILVA et al, 2003). Os principais resultados do processo de pirólise são:

O biocarvão: definido como um produto gerado a partir da alteração térmica da biomassa em ambiente fechado, com suprimento limitado de oxigênio e em temperaturas relativamente baixas. (TRAZZI et al, 2018). Este produto pode ser utilizado como fertilizante de solos, pois provoca efeitos positivos no crescimento vegetal. A sua composição apresenta grandes quantidades de carbono, o qual é capaz de melhorar a retenção de água no solo e consequentemente aumenta a fixação de nutrientes no solo. (RODRIGUES, 2014). Outro fator relevante sobre o biocarvão é que produtores agrícolas utilizam defensivos agrícolas para auxiliar o processo de cultivo e diminuir o índice de contaminação das plantações por pragas. Quando aplicados inadequadamente, estes produtos entram em contato com o solo e permeiam por sua matriz até contaminar águas subterrâneas. Uma das características do carvão vegetal é o seu poder de permeabilização, e como consequência, esses incidentes também podem ser minimizados. (RIBEIRO, 2016)
Já o biogás pode ser utilizado como fonte de energia elétrica devido ao alto poder calorífico. Este gás é basicamente formado por metano, e possui a característica de ser incolor e altamente inflamável, sendo também um dos responsáveis pelo efeito estufa. (MARCA AMBIENTAL, 2019)
Por fim, o produto líquido gerado é o bio-óleo, também podendo ser denominado alcatrão pirolítico. Este tem potencial para produção de produtos químicos utilizados como fertilizantes, adesivos e saborização de alimentos. (CALDAS, 2019)

Plantas de Gaseificação e pirólise pelo mundo

A pirólise é uma abordagem que permite converter a biomassa em gás de síntese e bio-óleo a uma temperatura mais baixa do que a gaseificação. No Canadá, as tecnologias Ensyn e produtores florestais desenvolveram uma planta que convertia 450 toneladas de biomassa por dia em 90 milhões de litros de óleo de pirólise por ano (BRADLEY, 2006) Esta tecnologia foi aprovada pelos programas do governo canadense e financiada por empresas nacionais para fornecer soluções econômicas e ambientais sólidas no setor de bioenergia do Canadá (AMIGUN et al, 2011). O Japão, que é um país densamente povoado com alta demanda de energia e poucos recursos naturais, também investiu nesta área. Já em 2005, a indústria japonesa Klean, por exemplo, assinou acordo com produtores químicos globais para desenvolver instalações de transformação de plásticos em 8,75 milhões de litros de óleo de alta qualidade (CZARAPATA, 2005). Em 2013 havia em todo o mundo 272 plantas de gaseificação funcionando com sucesso (KALAMARAS e EFSTATHIOU, 2013), e a maior parte delas está na China. A maior usina comercial de gaseificação do mundo, com 140 MW, foi desenvolvida e instalada em Vaasa, na Europa (HEIDENREICH e FOSCOLO, 2015). Da mesma forma, a China desenvolveu muitos sistemas de gaseificadores na faixa de 150 kW a 5,5 MW para a produção de energia a partir de vários resíduos agrícolas e florestais. Nos EUA, um sistema de gaseificação de capacidade de 40 MW foi desenvolvido e comercializado pela Stwalley Engg. Já no Reino Unido, a Shawton Engineering instalou um gaseificador descendente de 300 kW para a produção de eletricidade usando resíduos industriais. E Higman e Tam, por exemplo, descobriram que 25% e 30% da amônia e do metanol do mundo estão atualmente sendo produzidos através da tecnologia de gaseificação (GSTC, 2020). Ademais, com o objetivo de compreender os efeitos do vapor, do ar, do oxigênio e suas combinações no processo, uma extensa pesquisa foi realizada (HANPING et alli, 2008). No entanto, o papel do CO₂ como agente oxidante foi explorado em apenas um número limitado de estudos. Dessa maneira, o gaseificador de leito fluidizado tem sido preferido como agente gaseificador de CO₂(SHEN et al, 2017, e a gaseificação de biomassa em leito fluidizado tem se mostrado uma rota promissora.

Estudos recentes também mostraram que o foco na pirólise em escala laboratorial está mudando lentamente para a industrialização e o processamento a granel. Além do mais, a co-pirólise de diferentes matérias-primas e seu sinergismo também desencadeou interesse entre os pesquisadores. Métodos para a produção simultânea de bio-óleo, biogás e biocarvão, que evitam características indesejáveis, como o uso de reação catalítica in-situ ou ex-situ também estão sendo estudados, o que reduzirá o custo operacional da pirólise (MONG et alli, 2022). Por outro lado, LI et alli (2014) relataram que um rendimento energético adicional de 6,1 MJ/kg é alcançado quando a pirólise é realizada usando uma matéria-prima digerida anaerobicamente com uma mistura de esterco de galinha e palha de milho.

No Brasil a tecnologia de pirólise rápida é uma novidade em termos de implementação, sendo verificada a existência de poucas unidades piloto para testes e demonstração da tecnologia na COPPE/UFRJ, na UNICAMP e ainda de forma incipiente na UFF. As unidades são em geral operadas na forma de testes para pesquisa e desenvolvimento da tecnologia por grupos de pesquisadores das próprias Universidades, e parceiros de empresas privadas, como a Wartsila na UFRJ e a Bioware Tecnologia, pequena empresa de base tecnológica incubada na Incubadora de Empresas de Base Tecnológica-INCAMP também da UNICAMP.

No que se refere ao mercado internacional de produtos provenientes de pirólise de resíduos, a Figura 1 demonstra a evolução da demanda por bio carvão (ou carvão vegetal, ou biochar) nos últimos anos e as perspectivas de crescimento até 2025 nos Estados Unidos. Estes resultados demonstram a atratividade do carvão vegetal, um produto com demanda em expansão no principal mercado internacional, os Estados Unidos, e que representa uma possibilidade de novos negócios atrelados.

Figura 1 – Demanda de biochar nos últimos anos e perspectivas de crescimento até 2025 nos Estados Unidos

Fonte: Grand View Research (2019)

Por fim, do ponto de vista ambiental, a utilização da biomassa representa o fechamento do ciclo da cadeia, já que o dióxido de carbono é absorvido no crescimento da planta e liberado no uso do biodiesel, e é um exemplo típico de economia circular.

Como realizar uma análise econômica do aproveitamento energético de resíduos por pirólise e gaseificação

Pirólise e gaseificação têm muitas semelhanças, e os produtos resultantes podem ser os mesmos, embora obtidos de forma diferente. O processo integrado de pirólise e gaseificação de biomassa parece ser uma nova oferta de projeto para conversão de biomassa de baixo consumo de energia que pode simultaneamente produzir gás de síntese e bio-óleo. Para analisar econômica e ambientalmente as opções apresentadas, são necessários dados quantitativos e qualitativos dos resíduos de biomassa e uma análise da aplicação de cada tecnologia citada, apresentado suas vantagens e desvantagens, custos e impactos ambientais. Através dos resultados obtidos neste tipo de análise, é possível concluir se as tecnologias e a biomassa selecionadas são viáveis como solução para aproveitamento energético de resíduos em países como o Brasil, para que possam ser comparadas aos resultados obtidos em outros países. Após determinar o resíduo de biomassa mais adequado ao contexto local, deve ser analisada a viabilidade econômica da produção de biocombustíveis a partir das biomassas identificadas, e de seus impactos ambientais a partir de uma Análise do Ciclo de Vida (ACV).

A viabilidade econômica da produção do bio-óleo é altamente dependente de fatores como:

Custos de implementação e operação, que dependem:

Da aplicação que se tenha para o bio-óleo o qual define, a princípio, o seu preço de venda (consideram-se o mercado de energéticos e o mercado de insumos químicos);
Do preço de venda do insumo (a biomassa) na região onde se instalariam as plantas de bio-óleo.
Do tamanho da planta, que determina se haverá economias de escala
Do desempenho da planta em relação à eficiência de separação e recuperação do bio-óleo

Parâmetros financeiros: taxas de juro consideradas, impostos etc.

Assim, para se obter um balanço econômico satisfatório na produção e comercialização dos produtos de pirólise, é preciso a observância de questões tais como:

Disponibilidade de insumo de biomassa (resíduos) e de métodos de coleta e condicionamento a custos competitivos e com a qualidade requerida;
Eficiências de recuperação de bio-óleo acima de 60 % ;
Plantas com capacidade acima de 200 kgh-1
Mercado atraente financeiramente para os produtos do processo.

Aspectos econômicos da pirólise de resíduos

Segundo avaliação econômica realizada no início dos anos 90, uma planta de pirólise ablativa com capacidade de 907 toneladas de biomassa/dia poderia produzir 680 toneladas de bio-óleo bruto por dia, a um custo de 100 dólares a tonelada. Essa estimativa corresponde a uma taxa de juros de 20% ao ano, e a biomassa a um preço de 44 dólares a tonelada. O custo total seria de 58,7 dólares por tonelada de biomassa seca (53% do custo total). A estimativa de custo do equipamento é de 11 milhões de dólares e o investimento total a ser feito de 44,5 milhões de dólares. Para uma planta menor, com capacidade de 227 toneladas de biomassa por dia, o custo do bio-óleo seria de 158 dólares por tonelada, indicando um importante efeito de escala.

Um estudo sobre a avaliação dos custos de produção do bio-óleo obtido por pirólise rápida de biomassa realizado em janeiro de 2002 (NH DEPARTMENT OF RESOURCES AND ECONOMIC DEVELOPMENT, 2002), estimou a variação do custo unitário de produção do bio-óleo (em US$/litro) como função da umidade inicial do insumo (aparas de madeira ou woodchips) para uma planta com capacidade de 8,3 tonh-1. Observa-se um pronunciado incremento do custo unitário de produção do bio-óleo para umidades da biomassa acima de 35% (base úmida). Foi verificado também, neste estudo, que o custo unitário de produção do bio-óleo não é mais praticamente influenciado pela capacidade das plantas para valores deste parâmetro acima de aproximadamente 4 tonh-1. Este comportamento foi similar para as três umidades da biomassa testadas, de 25, 35 e 55% (base úmida).

A produção de eletricidade a partir da pirólise de biomassa é uma das alternativas tecnológicas cuidadosamente consideradas em projetos de P&D. Uma das vantagens potenciais dessa tecnologia é a desvinculação da produção de eletricidade com a produção de biomassa, isto é, o óleo resultante da pirólise poderia ser transportado até as centrais elétricas e as limitações relativas ao tamanho da planta e aos impactos ambientais poderiam ser superadas.

As análises de viabilidade apresentadas na literatura (SANTOS et all, 2011) exploram mais a vantagem da desvinculação da produção de bio-óleo e da sua utilização na produção de eletricidade, permitindo uma melhor exploração do conceito de economia de escala para regiões com potencial disponibilidade de insumos de biomassa.

Exercício para análise de viabilidade econômica de pirólise de resíduos de coco verde no Rio de Janeiro

Para ilustrar a análise de viabilidade econômica mencionada, são abordados os seguintes pontos:

Circunstâncias atuais do resíduo de coco verde no Rio de Janeiro e da tecnologia de pirólise para reaproveitamento de resíduos e produção de biocombustível.
Identificação dos locais geradores de resíduos de coco verde no Rio de Janeiro.
Descrição dos aspectos ambientais da pirólise de biomassa
Análise de políticas e marcos regulatórios para o mercado dos produtos de pirólise

1. Circunstâncias atuais do resíduo de coco verde no Rio de Janeiro e a tecnologia de pirólise para reaproveitamento de resíduos e produção de biocombustível

Para estimar a quantidade de coco consumida no Rio de Janeiro, uma vez que não existem dados disponíveis sobre o consumo do mesmo, foi utilizada a premissa de que a quantidade de coco consumida é função da quantidade de coco produzida. Supõe-se que tudo o que é produzido, é consumido localmente. Admitindo-se que cada fruto de coco pesa 2 quilos e a quantidade de casca equivale a 75% do peso do coco, multiplicou-se a quantidade produzida anualmente por 0,75 para se obter números relativos da quantidade de casca de coco produzida. (PASSOS, P. 2005. Pág. 72). A fonte da série histórica que forneceu os dados da produção de coco foram os dados da Produção Agrícola Municipal (PAM-IBGE (2021)). A partir da Figura 2 observam-se estimativas de quantidade de cascas de coco geradas com base na produção de 2002 até 2021.

Figura 2 – Estimativa da quantidade de casca de coco geradas, em toneladas, no estado e município do Rio de Janeiro entre os anos de 2002 e 2021.

Fonte: Elaboração própria a partir de PAM (IBGE, 2021)

Já os dados utilizados para fazer a estimativa da quantidade de Resíduos Sólidos Domiciliares (RSD) e Resíduos Sólidos Públicos (RPU) coletados foram retirados do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS, 2021), órgão vinculado ao Ministério do Desenvolvimento Regional, como se pode observar através da Figura 3.

Figura 3 – Estimativa da quantidade de RSD e RPU coletados no Estado e Município do Rio de Janeiro entre os anos de 2002 e 2021.

Fonte: Elaboração própria a partir de SNIS (2021)

As estimativas da produção de coco e quantidade de RSD e RPU foram realizadas através de um modelo de desconto hiperbólico, tanto para a quantidade de resíduos coletados quanto para a produção de casca de coco. Os valores foram obtidos através de um algoritmo de suavização exponencial empregado pelo Excel, o qual consiste em uma metodologia de ponderação de informações passadas de maneira proporcional ao tempo, isto é, quanto mais perto do fim, maior o peso atribuído.

Como demonstrado anteriormente na figura 1, o coco tem previsão de produção na ordem de 17 mil toneladas no estado do Rio de Janeiro e 3 mil toneladas no município, para o ano de 2021. O preço médio observado da tonelada da casca coco foi de R$ 170,00. (MARKETIN RURAL, 2021). Assim, foi possível concluir que o insumo utilizado é encontrado em quantidades elevadas e com preço acessível.

Já para a planta que realiza o processo de pirólise, a empresa chinesa Beston Machinery, vende plantas completas para o processamento contínuo de biomassa e é capaz de processar entre 0,3 e 0,5 toneladas de biomassa por hora. O valor atual da planta é de R$ 289 329,69[2] (BESTON,2021)

Portanto, conclui-se que os principais custos decorrentes desta produção são, primeiramente, o valor do equipamento e os custos associados para mantê-lo funcionando, o que inclui combustível e serviços básicos como eletricidade, água, aluguel e mão de obra. Incluídos os custos de instalação, reparo e manutenção, observa-se que a vida útil de uma máquina de pirólise é estimada entre cinco e oito anos. O equipamento consome 45 kw por hora, possui 28x10x6 de dimensão (em metros) e pesa cerca de 28 toneladas. Tendo isso em vista, o retorno de uma fábrica de pirólise pode ser elevado. Fábricas de pirólise de pneus geram, por exemplo, óleo combustível para pneus, negro de fumo e fios de aço como produtos finais. Outros destinos podem incluir a geração de energia elétrica, visto que o biogás assim como o bio-óleo, apresenta um poder calorífico considerável, agindo, consequentemente, como substitutos do gás natural para aquecimento e geração de energia elétrica.

2. Identificação dos locais geradores de resíduos de coco verde no Rio de Janeiro.

No ano de 2018, a cultura de produção de coco verde no Rio de Janeiro ocupou uma área de aproximadamente 2000 hectares, sendo cultivada por 663 produtores. Os municípios de Quissamã, Saquarema, Rio de Janeiro, Itaguaí, Araruama e São João da Barra respondem por 73% da produção estadual. A Figura 4 demonstra a proporção da participação dos municípios na produção estadual de coco verde. (EMATER, 2018)

Figura 4 – Participação dos Municípios na Produção Estadual de Coco Verde.

Fonte: Elaboração própria a partir da EMATER (2018)

3. Descrição dos aspectos ambientais da pirólise de biomassa

O principal objetivo no processo de pirólise é a obtenção de produtos com densidade energética mais elevada do que as características iniciais da biomassa utilizada. Portanto, destinar produtos de biomassa para lixões e aterros sanitários representa custos de oportunidade em relação aos ganhos que deixam de ser incorporados ao reutilizar estes materiais, além de gerar diversos impactos negativos ao meio ambiente. Depositando estes resíduos em aterros, com processos de decomposição diferentes, há o aterramento para minimizar o fluxo de ar. Contudo, a água presente, principalmente em produtos orgânicos, acelera o processo de degradação destes produtos, o que provoca efeitos negativos ao meio ambiente (CUNHA, 2009). Os principais gases encontrados em aterros sanitários são o dióxido e o monóxido de carbono, o nitrato de amônia, o dióxido de amônia, entre outros.

4. Análise de políticas e marcos regulatórios para o mercado dos produtos de pirólise

A previsão de retomada de crescimento do Produto Interno Bruto (PIB) a partir do ano de 2022 possui impactos na demanda por energia elétrica em toda cadeia produtiva do país. (IPEA, 2021). Ao analisar esta demanda, a Figura 5 demonstra a projeção de consumo de energia elétrica para os anos de 2020 a 2024.

Figura 5 – Consumo projetado de energia elétrica, em GWh, entre 2020 e 2024.

Fonte: Elaboração própria a partir do Operador Nacional do Sistema Elétrico (2019)

Embora ao realizar uma análise da literatura não tenha sido vislumbrada nenhuma política pública nacional atual em favor especificamente do aproveitamento energético a partir do processo de pirólise, através da legislação acerca da Geração Distribuída de Energia Elétrica, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) vem estabelecendo desde 2016 regras para que consumidores residenciais gerem sua energia elétrica a partir de fontes renováveis, podendo também fornecer o excedente desta energia produzida para a distribuidora local, e receber créditos em função disso. Isto pode favorecer a expansão do processo de pirólise, já que esta política de micro e minigeração contribui fortemente para a adoção de inovações tecnológicas com vistas à economia financeira, a consciência ambiental e a sustentabilidade, completamente alinhadas com o processo de aproveitamento energético de resíduos.

No que se refere ao biodiesel, a criação do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB), com objetivos de implementação de um programa sustentável de geração de renda para agricultura familiar, produção de biodiesel e garantia de preços competitivos para estes produtos, certamente representa um incentivo importante para este tipo de fonte alternativa.

Considerações finais

Na verdade, quando se abordam tecnologias relativas à pirólise para aproveitamento energético de resíduos, uma análise multivariável deve ser feita em cada caso, mas o Scale-up da tecnologia é fundamental, e deve levar em conta os efeitos da mudança de escala no rendimento gravimétrico e energético e a qualidade do bio-óleo.

O bio-óleo resultante do processo de pirólise pode ser utilizado como motor de turbinas a gás para geração de energia elétrica. O funcionamento ocorreria com a queima deste biogás tendo o ar como comburente, o que produziria outro gás com altas temperaturas e pressão, que faz girar a turbina acoplada a um gerador, resultando em energia elétrica. Outra utilização já conhecida pelos consumidores é a adição deste bio-óleo bio-refinado ao óleo diesel para ser utilizado como combustível. (CALDAS, 2019). Cabe ressaltar que este bio-óleo de pirólise ainda precisa superar alguns desafios quando utilizado como combustível. Há a necessidade de pesquisas e investimentos para separação e transformação deste produto em ésteres para avaliar a estabilidade quando houver estocagem e estabilidade durante o desempenho. Contudo, a tendência do setor de transporte é a utilização de combustíveis líquidos que são de fontes renováveis, pois esta é a principal vantagem sobre os derivados de petróleo. (Guedes et al., 2010)

A disseminação de informações sobre o uso do bio-óleo e dos benefícios econômicos e ambientais decorrentes da tecnologia e dos produtos também é crucial e justifica estudos de análises de ciclo de vida integradas a análises energéticas, demonstrando a pertinência destas análises combinadas a estudos de viabilidade econômica. Para se alcançar uma maturidade tecnológica que permita a aplicação desta tecnologia e seus produtos em escala comercial são necessárias ainda pesquisas básicas e aplicadas.

Mesmo assim, alinhado às propostas de geração de energia através de biomassa presentes no Plano Nacional de Energia 2030, há um mercado que pode ser viabilizado. O Brasil possui vantagens comparativas pela abundância de terras e diversas fontes de matéria-prima orgânica, resultantes da agroindústria, apresenta uma geração de resíduos agrícolas e urbanos bastante elevada e regiões desfavorecidas onde o tratamento dos resíduos e o saneamento básico são extremamente deficientes. Em um país de dimensões continentais, extremamente desigual socialmente e com problemas prementes de desenvolvimento urbano a serem solucionados, propostas que apresentem soluções para diversos problemas simultaneamente representam respostas eficientes e atraentes para o poder público e o mercado. (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2007)

Nesse sentido, a atuação da Universidade, fomentada por políticas públicas e em parceria com empresas que buscam caminhos sustentáveis para o desenvolvimento de soluções de aproveitamento energético de resíduos pode contribuir enormemente para resolver problemas não só de fornecimento de energia e destinação destes resíduos, reduzindo consideravelmente gastos públicos, como também contribuir para a implementação de medidas de economia circular que geram eficiência econômica, geram empregos e provocam uma forma de desenvolvimento com características mais sustentáveis. E de fato, este modelo de negócios, conhecido na literatura inicialmente como Hélice Tripla[3], evoluiu para o que hoje se denomina Hélice Quíntupla, enfatizando a necessária transição socioecológica da sociedade e da economia no século XXI, através da qual os ambientes naturais da sociedade e da economia também devem ser vistos como motores da produção de conhecimento e inovação (CARAYANNIS et al, 2012), definindo assim oportunidades win-win entre ecologia, conhecimento e inovação, criando sinergias entre economia, sociedade e democracia para um futuro mais pródigo.

Agradecimentos

Os autores agradecem à UFF e à AGIR – Agência de Inovação da UFF pela bolsa PIBITI concedida em 2021-22 a Carlos Eduardo Lopes de Oliveira para realização do projeto de Iniciação Tecnológica intitulado Avaliação Econômica e de Impacto Ambiental do Aproveitamento Energético de Resíduos de Côco Verde por Pirólise para Implementação no Município do Rio de Janeiro e as valiosas contribuições dos pesquisadores do NIMAS/UFF Vinícius Dias e Mateus Costa à elaboração deste artigo.

Referências Bibliográficas

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BESTON GROUP. Biomass Pyrolysis Plant. Disponível em: <https://www.bestongroup.com/biomass-pyrolysis-plant/>. Acesso em: 26 ago. 2021.

BRADLEY D, Solutions CC. Canada biomass-bioenergy report. Climate Change Solutions—IEA Bioenergy Task. 2006 May 31.

CALDAS, Fernando de Almeida. Análise da utilização de usinas de pirólise para geração de energia elétrica com resíduos sólidos urbanos. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2019.

CARAYANNIS, E. G; BARTH, T. D; CAMPBELL, D. F. J. The Quintuple Helix innovation model: global warming as a challenge and driver for innovation. Journal of Innovation and Entrepreneurship, v. 1, n. 2, p. 1-12, 2012.

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Notas

[1] A turfa é um material de origem vegetal, parcialmente decomposto, encontrado em camadas, geralmente em regiões pantanosas e também sob montanhas.

[2] U$ 58 000,00 à Taxa de câmbio de US$ 1,00 = R$ 4,99 para conversão (Banco Central, 2022)

[3] O modelo de inovação Hélice Tríplice tem foco nas relações universidade-indústria-governo. A Hélice Quádrupla incorpora a Hélice Tríplice, acrescentando como quarta hélice o “público baseado na mídia e na cultura” e a “sociedade civil”. O modelo de inovação da Hélice Quíntupla é ainda mais amplo e abrangente, contextualizando a Hélice Quádrupla e adicionando a hélice (e perspectiva) dos “ambientes naturais da sociedade”. A Hélice Tríplice reconhece explicitamente a importância do ensino superior para a inovação. No entanto, em uma linha de interpretação, pode-se argumentar que a Hélice Tríplice coloca a ênfase na produção de conhecimento e inovação na economia para que seja compatível com a economia do conhecimento. No entendimento da Hélice Quádrupla, o desenvolvimento sustentável de uma economia do conhecimento requer uma coevolução com a sociedade do conhecimento, e a Hélice Quíntupla apresenta o papel da ecologia nos ecossistemas de inovação.

Sugestão de citação: Cohen, C.; Oliveira,C. E. L. (2022). Reflexões acerca do aproveitamento Energético de Resíduos de Biomassa por Pirólise e Gaseificação. Ensaio Energético, 13 de junho, 2022.

Claude Cohen

DSc. em Planejamento Energético / Planejamento Ambiental pelo PPE/COPPE/UFRJ, mestre em Economia do Desenvolvimento pela Université de Paris X Nanterre. Professora associada e coordenadora da Área de Microeconomia da Faculdade de Economia da UFF, professora permanente do NUPEJ/PPGA/UFF, pesquisadora do PPE/COPPE/UFRJ, coordenadora do Núcleo de Inovação Meio Ambiente e Sociedade da UFF - NIMAS/UFF.

Carlos Eduardo Lopes de Oliveira

Graduando em Ciências Econômicas na UFF, assistente de pesquisa no NIMAS/UFF desde 2019, elaborando conteúdos acadêmicos na área de Economia do Meio Ambiente, Energia e Recursos Naturais e possui experiência em empresas do ramo energético, como EPE e Light.