Tipos de fontes de bioenergia provenientes da biomassa
A biomassa é a massa total de substâncias orgânicas que ocorrem num habitat. Existem diversos tipos de biomassa no planeta, que podem ser usadas de diferentes formas. Exemplos de utilizações da biomassa são a indústria alimentícia, no processo de fabricação de diversos produtos ou na construção civil.
Quando seu uso original termina, a biomassa pode ser usada de forma secundária para geração de energia. Por exemplo, os resíduos orgânicos, que são uma mistura de material desperdiçado, podem ser usados como fonte de energia renovável.
A energia contida nos resíduos orgânicos é geralmente usada através da geração de biogás. Nos aterros sanitários, acontece a conversão de parte dos resíduos orgânicos em metano que normalmente é desperdiçado. Em alguns casos, contudo, pode ser vantajosa a fermentação direta destes resíduos em sistemas de tratamento anaeróbio. Os resíduos com alto teor de madeira também podem ser secos e queimados como combustível sólido.
Uma área de estudo de aplicações da biomassa passa pela criação de colheitas para fins energéticos, plantadas para serem usadas diretamente como combustível. Esta questão será discutida nas seções seguintes, analisando os diversos tipos de fontes de biomassa.
Fontes de biomassa
A biomassa pode ser classificada em quatro categorias, de acordo com a sua origem:
Culturas para fins de geração de energia: são cultivadas 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 e o milho.
Resíduos agrícolas e florestais: São os resíduos que são gerados naturalmente na colheita de cereais e no corte de árvores, tal como a palha e os resíduos de madeira. Este grupo de “sub-produtos” é especialmente adequado para a reciclagem com fins de geração de energia, 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 agropecuária e os resíduos do processamento industrial da madeira e de fibras vegetais. Nestes casos, a reciclagem para geração de energia pode conduzir a um aumento da utilidade e assegurar que partes do processo de produção sejam permanente e ambientalmente sustentáveis.
Resíduos orgânicos: Exemplos são os resíduos domésticos, as lamas dos efluentes domésticos e industriais, os resíduos da produção alimentar. Estes resíduos estão geralmente sujeitos à legislação respectiva. Consequentemente, devem ser cumpridos os requisitos legais, desde a origem até ao controle epidêmico dos resíduos.
A biomassa vegetal encontra-se geralmente em estado sólido. Apresenta forma geométrica e um teor de água que, na maior parte dos casos e por razões técnicas, interfere diretamente no seu uso para geração de energia.
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 geração de energia necessária. Os permutadores de calor ou os sistemas de combustão que combinam calor e energia são capazes de usar combustíveis sólidos, enquanto os motores de combustão são incapazes.
A forma e o estado de agregação dos produtos de biomassa processados são determinados pelas tecnologias e sistemas de conversão disponíveis.
No processo de transformação da biomassa em energia, existem métodos de operação otimizados para cada tipo de utilização, 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
Existem três formas de energia fundamentais: energia calorífica, energia mecânica e energia elétrica, e todas elas podem ser obtidas através das fontes de biomassa.
Existem muitas 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 grande escala, o calor gerado numa central e por meio de redes de distribuição pode aquecer as casas de vários 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 os motores a combustão. Nestes, o combustível líquido ou gasoso é inflamado nos cilindros, e 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, como por exemplo, uma mistura de etanol na França e o uso de etanol puro no Brasil, são exemplos de uso de fontes de biomassa com sucesso, no sector dos transportes.
Com os óleos vegetais extraídos das sementes de girassol e outras oleaginosas e o álcool produzido da biomassa, é possível cobrir as necessidades de combustível para locomoção. Os combustíveis de biomassa são uma alternativa viável, equivalente às fontes de energia fóssil.
Energia Elétrica
Os sistemas que produzem energia mecânica como motores de combustão ou turbinas de combustão direta e indireta, são acoplados a geradores elétricos, que convertem a energia mecânica em energia elétrica.
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 econômica 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.
Fontes de biomassa sólida
A maior fonte de resíduos de biomassa sólida provém do processamento da madeira. Os resíduos são obtidos quando a madeira é retirada das florestas e no processamento industrial de produtos de madeira. Em muitos locais outras fontes de biomassa como a palha também são usados para produzir energia.
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. Em cada hectare de floresta, a partir destes resíduos podem ser obtidas 0,4 - 0,8 toneladas de lenha seca. Além disso, outras ações de manutenção na floresta geram resíduos de madeira anualmente 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 acoplada. Adicionalmente, estas máquinas podem remover automaticamente os galhos do tronco, retirar a casca e cortar o tronco em partes. Este método proporciona que parte do processamento da madeira seja efetuado 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 fins. Cavacos de madeira sem casca, por exemplo, são matéria prima para a fabricação de carvão de elevada qualidade.
Contudo, outra parte destes resíduos continua a ter impurezas e é, portanto, inadequada para a utilização como matéria prima. Estes pedaços de casca são ideais para reciclagem para geração de energia. Devido ao elevado teor de cinzas, estes resíduos são principalmente utilizados em grandes centrais de fornecimento de calor e em centrais de cogeração, como substrato de co-aquecimento.
Outros resíduos significativos, provenientes da agricultura, incluem a palha e o feno. Os resíduos de pós-colheita estão usualmente disponíveis a nível local e em grandes quantidades.