Eucalipto Arco Iris e vinca!

O dia a dia da fazenda Campo Alegre

Teor de Carbono em Combustíveis da Biomassa

Omar Campos Ferreira

Introdução

Este trabalho faz parte do levantamento de dados para a revisão do Balanço de Carbono (objeto do Termo de Parceria 13.0020.00/2005) firmado entre a Organização Social Economia e Energia – e&e – OSCIP e o Ministério da Ciência e Tecnologia – MCT.

O Balanço de Carbono na área de Energia foi elaborado a partir dos dados energéticos do Balanço Energético BEN/MME e de coeficientes de emissão usados para apuração do inventário das emissões que contribuem para o efeito estufa na área energética.

O Brasil é parte da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas comprometendo-se a efetuar periodicamente um levantamento das emissões causadoras do efeito estufa. A Organização e&e e o MCT firmaram um Termo de Parceria (Nº 13.0020.00/2005) onde, através do Balanço de Carbono, pode-se localizar eventuais falhas na apuração dessas emissões que periodicamente são inventariadas, sendo os resultados incluídos na Declaração que o País apresenta à Convenção.

No Brasil a biomassa participa de forma significativa na matriz energética. As emissões de CO₂ provenientes da biomassa não são contabilizadas[1] como formadoras do efeito estufa já que em sua produção este gás é extraído da atmosfera. Contudo, a contabilidade dos gases emitidos pela biomassa é apurada já que outros gases, como o metano, são incluídos no inventário. Por outro lado, a compreensão dos mecanismos de reciclagem do carbono na atmosfera através da biomassa é importante para a compreensão do fenômeno do aquecimento global.

A importância da biomassa na matriz energética brasileira torna necessário um tratamento mais cuidadoso das emissões dela provenientes, já que a abordagem padrão definida pelo IPCC (International Panel on Climate Change) está mais dirigida a perfis energéticos onde a biomassa é menos importante. Apenas para realçar a relevância do assunto, vale lembrar que quase um terço de nossa energia primária provêm da biomassa e os produtos da cana (mesmo não considerando pontas e palha) já representam o segundo energético primário em termos de oferta bruta no País.

O objetivo deste trabalho é apurar os coeficientes mais adequados para exprimir, para os principais combustíveis com origem na biomassa, o teor de carbono por energia contida no combustível (medida pelo poder calorífico inferior) expresso em tonelada de carbono por Tera-Joule (tC/TJ). Devido à diversidade de processos de produção desses combustíveis, as informações disponíveis na literatura técnica nem sempre apresentam o grau de coerência necessário à produção de dados para as Comunicações Nacionais à Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças do Clima. Procuramos partir, em cada caso, de informações de uma única fonte, baseadas em trabalhos de laboratório com a suficiente especificação das amostras e dos métodos utilizados, cotejando os resultados com os fornecidos pelo IPCC e investigando as eventuais discrepâncias, inclusive com a realização de ensaios e de medições.

a) Lenha.

A lenha é composta majoritariamente por celulose, hemicelulose e lignina, em proporções variáveis conforme a espécie vegetal, e substâncias menores, como resinas, nutrientes da planta e outras. É natural, pois, encontrar ampla variação entre os dados de diferentes fontes de informação sobre suas características físico-químicas, em particular os teores de carbono e de hidrogênio e os poderes caloríficos superior e inferior que entram na avaliação do coeficiente de emissão de gases de efeito estufa, conforme a metodologia adotada pelo IPCC.

Pesquisa em artigos publicados na Internet mostrou valores do poder calorífico variando de 4.700 (eucalipto, acácia, gravílea) a 6.870 kcal/kg (mimosa), madeiras estas de uso industrial, sem menção explícita do teor de umidade; para a lenha de uso residencial comum não há informações que permitam a avaliação do teor de carbono e do poder calorífico.

De acordo com o Balanço Energético Nacional/2004, cerca de 63% da lenha são destinados à transformação em carvão vegetal e ao uso como energético nas indústrias de alimentos e bebidas, papel e celulose e cerâmica; a espécie mais usada para essas finalidades é o eucalipto, extensamente estudado por empresas siderúrgicas de Minas Gerais (Acesita, Belgo-Mineira e Mannesmann, entre outras) e pela Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais – CETEC. A Série de Publicações Técnicas do CETEC contém importantes informações sobre o processo de produção de carvão vegetal, sendo praticamente a única fonte pública de dados sobre as propriedades físico-químicas do eucalipto. Assim, o coeficiente de emissão para o eucalipto pode ser considerado como representativo do uso energético da lenha.

O conhecimento do conteúdo de carbono, hidrogênio e oxigênio de um combustível e de seu poder calorífico superior permite calcular o poder calorífico inferior. Este é base para os valores recomendados pelo IPCC dos coeficientes de teor de carbono por energia e é também utilizado atualmente pelo BEN/MME para expressar a energia em tonelada equivalente de petróleo (1 tep = 10000 Mcal).

O método de medição do poder calorífico baseia-se, no balanço de energia, na combustão completa da amostra, em geral com oxigênio puro, a volume constante, e na transferência de calor para a água do calorímetro. A diferenciação entre o poder calorífico superior (PCS) e o inferior (PCI) resulta da consideração do estado final da mistura de gases de combustão e do vapor d´água que se forma na queima de substâncias hidrogenadas[2]. Se o estado de equilíbrio térmico dos produtos da combustão com a água do calorímetro ocorre sem a condensação do vapor d´água, o poder calorífico medido é o inferior; se o vapor se condensa e a mistura é resfriada à temperatura inicial (geralmente a do ambiente, tomada como 25°C), maior quantidade de calor é cedida ao calorímetro e o resultado é o poder calorífico superior. A equação que relaciona os dois poderes caloríficos é:

PCS = PCI + m(c ΔT + L),                    (1)

sendo m a massa da água de combustão, ΔT a diferença de temperatura entre o ambiente e a temperatura de equilíbrio antes da condensação e L o calor latente de condensação do vapor d´água.

O poder calorífico da lenha de eucalipto foi obtido das seguintes fontes de informação:

-          “Fonte primária de energia – madeira combustível”, Martins, H; SPT 01, CETEC, 1980 – PCS = 4.700 kcal/kg;

-          “State of the Art on Charcoal Production in Brazil”, Almeida, M. R. et al, Florestal Acesita, 1982 – PCS = 4.200 kcal/kg (calculado pelo balanço de massa na carbonização);

-           “Produção de energia do fuste de Eucalyptus grandis”, Vale, A. T et al, UnB, 1997 – PCS = 4.640 kcal/kg;

-          “Principles of World Science”, Côté, N. A et al, Springer Verlag, 1962 – PCS = 4.500 kcal/kg. 

O valor médio desses dados é PCS = 4.510 ± 220 kcal/kg.

O teor de hidrogênio da madeira é mostrado na tabela abaixo:

 Tabela 1 – Características físico-químicas da lenha seca de Eucalyptus Grandis (SPT-008)

Constituinte	Carbono	Oxigênio	Hidrogênio
Teor % em massa	50	44	6

Cada grama de hidrogênio gera 9 g de água; assim, a combustão de 60g contidas em 1 kg da lenha gera 540g de água. O PCI é:

            PCI = PCS – massa de água x (1 kcal/kg.°C * 75°C + 540 kcal/kg), no caso:

            PCI = 4.510 – 0,540 x 615 = 4.178 kcal/kg.[3]   

O coeficiente de emissão da lenha calculado com esses dados é:

      fc = 0,500kgc /(4.178 kcal/kg * 4,186 kJ/kcal) = (0,495 / 18,3 * 106) kgc / MJ          = 28,6 tC /TJ.

Este resultado difere em menos de 5% do coeficiente recomendado pelo IPCC.

b) Carvão vegetal.

A revisão do balanço de carbono para o carvão vegetal visa a proposição de um conjunto coerente de coeficientes de emissão a ser usado em trabalhos futuros. A produção do carvão vegetal deixa, como sub-produtos, o alcatrão insolúvel que pode ser recuperado em condições econômicas para ser usado como combustível, o líquido pirolenhoso, contendo água, alcatrão solúvel, ácido acético, metanol e gases. As proporções das substâncias resultantes da pirólise variam com a qualidade da lenha e com a temperatura de pirólise. O alcatrão é uma substância mal caracterizada, fato que, aliado à variação de sua composição com a temperatura de carbonização, dificulta a avaliação de sua contribuição para o fator de emissão global.

As características das substâncias serão avaliadas a 400°C, temperatura típica da pirólise praticada comercialmente no Brasil. A proporção das várias substâncias pode ser descrita com boa aproximação pela equação de reação[4]:

 2C₄₂ H₆₆ O₂₈          3 C₁₆ H₁₀ O₂ + 28 H₂ O + 5 CO₂ + 3 CO + C₂₈ H₄₆ O_9.

Os teores dos elementos de interesse calculados pela equação acima são satisfatoriamente próximos daqueles citados na SPT-008 do CETEC para a lenha seca, como se mostra:

Tabela 2 – Composição elementar da lenha de E. grandis.

Elemento	Carbono	Oxigênio	Hidrogênio
Equação	0,495	0,440	0,064
SPT 008	0,500	0,433	0,061

Observe-se que a fase de aquecimento da lenha até a temperatura de pirólise não está incluída na equação. Na prática, uma fração da lenha carregada no forno de carbonização, estimada em 5% em massa, é queimada com o forno aberto, em condições atmosféricas, emitindo predominantemente CO₂ calculável com o coeficiente apropriado[5]. O uso da equação acima, juntamente com os poderes caloríficos obtidos das Publicações Técnicas, permite calcular os coeficientes de emissão da lenha, do carvão vegetal e dos efluentes líquidos e gasosos.

Tabela 3 –

Dados para o cálculo de coeficientes de emissão para lenha e carvão vegetal.

	Lenha	Carvão Vegetal	Água	CO2	CO	Alcatrão + pirolenhoso
Massa – g	2036	702	504	220	84	526
M. carbono – g	1008	576	-	60	36	336
Teor C	0,496	0,821	-	0,273	0,429	0,639
PCS – kcal/kg	4510	6940	-	0	2350	6610 (alcatrão)
PCI	4178	6750	-	0	2350	6390(alcatrão)
Coef.Emis. tC/TJ	28,6	29,1	-	0	43,6	23,9

c) Produtos da cana de açúcar:

O coeficiente de emissão para o álcool calculado pela fórmula química (18,8 tC/TJ) difere pouco do apurado no balanço das Emissões (18,5 tC/TJ), sugerindo que a contabilidade do carbono nos insumos e produtos está correta. O coeficiente usado no inventário, no entanto, é bastante inferior a este valor (14,81 tC/TJ) já que levou em conta apenas o teor de CO₂ emitido pelos veículos.

O balanço consolidado para destilarias (tabela 16, p. 36 do Relatório Final) considera como insumos o caldo de cana, o melaço e outras recuperações, e como produtos o álcool anidro e o hidratado. O bagaço, que corresponde à parte fibrosa da cana, não é contabilizado no sistema destilaria. O melaço é subproduto da indústria de açúcar, o que mostra ter havido alguma dificuldade em tratar a indústria sucroalcooleira como sistema. Não sendo nosso propósito, nesta fase, incluir a produção de açúcar, procuramos tratar apenas da produção de álcool, considerando como insumo a cana (açúcares fermentáveis - representados pela sacarose - fibras e água); como produto e co-produto aparecem o álcool (em anidro equivalente) e o bagaço excedente; os rejeitos são os gases de combustão, representados pelo CO₂, o gás de fermentação (CO₂ de fato) e o glicerol, considerado como representante dos compostos de carbono rejeitados como vinhoto. A tabela a seguir mostra o fluxo de compostos de carbono na destilaria, os teores de carbono das substâncias consideradas e o balanço de carbono.

Tabela 4 – Dados para o balanço de carbono de destilaria de álcool.

	Componente	t/tCana	Teor de C	Massa C	PCI TJ/t	f C
Insumos	Sacarose	0,1401	0,4214	- 0,059
	Fibras	0,1401	0,4432	- 0,062
Produtos	Álcool	0,060	0,522	+ 0,031	0,0278	18,8
	Bagaço exc.	0,0222	0,443	+ 0,014	0,0183*	24,2
Rejeitos	CO2 comb.	0,190	0,273	+ 0,052
	CO2 fermen.	0,073	0,273	+ 0,020
	Glicerol vinh.	0,0053	0,3914	+ 0,002

                     Σ M_C =- 0,001 ( 0,8 %)     * base seca 

^{1 –} “Balanço das emissões de gases do efeito estufa na produção e uso do etanol no Brasil” SMA/SP – 2004

² – “Análise Exergética da Produção de Etanol da Cana-de-Açúcar”, Esteves, O.A. – Diss. Mestrado em Planejamento Energético – CCTN/UFMG-1995.

³ –“Tratamento de Efluentes na Indústria Sucroalcooleira”, CTC Copersucar-1995.

⁴ – Fórmulas: Sacarose C₁₂ H₂₂ O₁₁ – Glicerol C₃ H₈ O₃

Com o tratamento descrito, o balanço de carbono para destilaria de álcool fecha com desvio relativo inferior a 1%.

Conclusão

Tabela 4  - (Resumo) Comparação entre os valores recomendados pelo IPCC e os propostos no presente trabalho em tC/TJ

	Este Trabalho	IPCC	Trabalho de Referência COPPE/MCT
Lenha	28,6	29,9	29,9
Carvão Vegetal	29,1	29,9	29,9
Alcatrão + pirolenhoso	23,9	-	-
Álcool etílico	18,8	-	14,81
Bagaço Excedente	24,2	29,9	29,9

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[1] Naturalmente isto não inclui a eventual destruição do estoque de biomassa acumulada em florestas nativas.

[2] A água geralmente contida na lenha não entra nesse cálculo, devendo ser eliminada pela secagem preliminar da amostra em estufa ou ser excluída da massa da amostra.

[3] O Balanço Energético Nacional/2001 registra PCI = 3.100 kcal/kg para lenha comercial com 25% de umidade.

[4] A SPT-008 menciona como origem da informação o trabalho de Klar, M “Technologie de la distillation du bois”, Librairie Poly Technique, Paris, 1925.

[5] “Emissões de gases de efeito estufa na produção e no uso do carvão vegetal”, Ferreira, O.C -E&E, nº 20, 2000.

Eucalipto – dele tudo se aproveita

.......O eucalipto é uma planta originária da Austrália, onde existem mais de 600 espécies. A partir do início do século 20, o eucalipto teve seu plantio intensificado no Brasil, sendo usado durante algum tempo nas ferrovias, como dormentes e lenha para as marias-fumaças e mais tarde como poste para eletrificação das linhas.

.......No final dos anos 1920, as siderúrgicas mineiras começaram a aproveitar a madeira do eucalipto, tranformando-o em carvão vegetal utilizado no processo de fabricação de ferro-gusa. A partir daí, novas aplicações foram desenvolvidas. Hoje, o plantio encontra-se muito disseminado, desde o nível do mar até os 2.000 metros de altitude, tanto em solos extremamente pobres quanto em solos ricos, secos e alagados.

.......Atualmente, do eucalipto, tudo se aproveita. Das folhas, extraem-se óleos essenciais empregados em produtos de limpeza e alimentícios, em perfumes e até em remédios. A casca oferece tanino, usado no curtimento do couro. O tronco fornece madeira para sarrafos, lambris, ripas, vigas, postes, varas, esteios para minas, mastros para barco, tábuas para embalagens e móveis. Sua fibra é utilizada como matéria-prima para a fabricação de papel e celulose. A partir do pólen extraído de suas flores, produz-se mel de altíssima qualidade, ao qual se atribuem, inclusive, propriedades medicinais.

.......O Eucalipto é, hoje, uma alternativa de preservação da natureza. No Brasil, dos 350 milhões de metros cúbicos de madeira consumidos por ano, 100 milhões já provêm de plantios florestais, a maior parte de eucaliptos.
Esse consumo é distribuído entre geração de energia - na forma de lenha e carvão vegetal; produtos sólidos - como madeira serrada e aglomerados; e celulose - usada na produção de papel.

.......O plantio de Eucalipto é uma atividade produtiva que ainda tem muito espaço para crescer em nosso país. No Brasil, o eucalipto é dez vezes mais produtivo do que outras árvores utilizadas em países de clima frio para produzir celulose.

.......Os plantios florestais no Espírito Santo são relativamente recentes e, ao contrário do que muitas pessoas pensam, utilizam apenas 3,8% do solo no estado.

Curiosidades

• O setor de reflorestamento brasileiro emprega quase 700 mil pessoas diretamente, com mais 3,5 milhões empregos indiretos. Em 2006, o setor exportou o equivalente a US$ 5 bilhões.
  
  
• Uma árvore de eucalipto de 7 anos de idade tem aproximadamente 25 metros de altura e 18 centímetros de diâmetro. Ela é capaz de produz 3 fardos de papel.
  
  
• Aos 7 anos de idade, uma árvore de eucalipto já devolveu cerca de 70% dos nutrientes que retirou do solo, sob a forma de folhas e galhos;
  
  
• As raízes, folhas, galhos e cascas de eucalipto que são depositados no solo ao longo do seu desenvolvimento contribuem para a sua saúde e conservação.
  
  
• É uma excelente madeira, que deriva produtos de ótima qualidade;
  
  
• Por não ser nativo do Brasil, o eucalipto é imune a uma série de insetos e fungos.
  
  
• O Eucalipto é a árvore que cresce em menos tempo. Há exemplares que, em três meses, atingiram mais de 7 metros, enquanto o carvalho cresce, no espaço de 3 anos, somente 85 cm; No mesmo tempo, o álamo cresce 2 metros.

.......Tomando como base uma pessoa de 68 anos de idade e que uma árvore de eucalipto em idade de corte produza cerca de 0,38 m³ de madeira (ano 1998), essa pessoa terá consumido ao longo de sua vida:

Consumo per capita de papel = 38,8 kg/ano	24 Árvores/Pessoa
Casa de madeira com 45 m² = 5 m³ de madeira	0,5 Árvores/Pessoa
Carro de 500 kg de aço = 1,25 m³ de carvão vegetal	4,5 Árvores/Pessoa
Consumo anual de energia = 200 milhões m³ de madeira	272 Árvores/Pessoa
Armários/Mesas/Cadeiras/Camas/Utensílios	6,5 Árvores/Pessoa
Total de 307,5 Árvores/Pessoa

Fonte – UFV (Universidade Federal de Viçosa – MG)

.......Portanto, das mais de 300 árvores consumidas por uma pessoa ao longo de sua vida, cerca de 97% desse consumo pode (e deve) ser de madeira de áreas reflorestadas.

As dez florestas mais ameaçadas do mundo

A ONU anunciou nesta segunda-feira (24) 2011 como o Ano Internacional das Florestas. O objetivo das Nações Unidas é, claro, chamar a atenção para a preservação ambiental, mas também incentivar a reflexão sobre o uso das florestas e a relação que o homem estabelece com as matas. Mas quais são as florestas do mundo que merecem mais vigilância, que correm maior risco de desaparecer dos mapas captados por satélites?

São elas as florestas em risco crítico: Bacia do Mediterrâneo, Sul da Europa, Norte da África, Oeste da Ásia (a mais ameaçada, com 5% da sua cobertura original preservada); Indo-Birmânia (nos países asiáticos Mianmar, Cambodia, Laos, Tailândia e Vietnã, com 5% da vegetação natural); Nova Zelândia (também 5%); Sunda (Indonésia, Malásia, e Brunei, com 7%); Filipinas (7%); Mata Atlântica (no Brasil, com 8%); Montanhas do Centro-Sul da China (8%); Província Florística da Califórnia, nos Estados Unidos (10%); Florestas de Afromontane (em Moçambique, Tanzânia, Quênia e Somália, com 10%); Madagascar e Ilhas do Oceano Índico (Madagastar, Seichelles, Ilhas Maurício, União das Comores e Reunião, 10%).

A lista, que considera a maior perda proporcional do habitat natural de cada floresta, é da organização não-governamental Conservação Internacional (CI). Dessas áreas, já foram devastadas 90% ou mais da vegetação original. Por isso, elas são consideradas "hotspots" - os locais mais ricos em biodiversidade e, ao mesmo tempo, mais ameaçados do mundo.

Atualmente, a CI considera que existem 35 "hotspots" em todo o planeta. As dez áreas citadas encabeçam o ranking da degradação mundial. Cada floresta da lista abriga ao menos 1.500 espécies de plantas endêmicas. Com a perda das florestas, essas espécies desaparecerão. Segundo a CI, a Mata Atlântica, por exemplo, possui 8 mil plantas, 323 anfíbios e 48 mamíferos endêmicos.

Origem do desmatamento
Segundo Matt Foster, diretor da Divisão de Ciência e Conhecimento da CI, a maior ameaça das florestas é o uso da terra para a agricultura, industrialização e urbanização. Estevão Braga, engenheiro florestal da ONG WWF-Brasil, explica que, no Brasil, o processo de desmatamento é lento. "Desmatar é muito caro. Então, a retirada de madeira - além de financiar o desmatamento do local - é uma maneira de começar a transformar a área em pastagem que depois servirá à agricultura", conta o engenheiro.

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Um problema que escapa aos satélites é que o desmatamento no Brasil é feito em pequena escala, em áreas próximas, até elas se unirem. "Muitas vezes, o gado é colocado embaixo de árvores altas para despistar os satélites que acabam, assim, registrando um certo nível de cobertura vegetal", revela Braga. Segundo o engenheiro, hoje no Acre (onde está localizada a Amazônia), há três vezes mais gados do que pessoas.

Salvar para todos viverem
Foster conta que é importante proteger as florestas porque elas proporcionam inúmeros benefícios, inclusive, econômicos. "Muitas delas ajudam a evitar a erosão e aumentam a absorção de água da chuva, o que é fundamental na manutenção das águas subterrâneas de uso doméstico", afirma. "O desmatamento também tende a aumentar o depósito de sedimentos em água doce de córregos e de rios, fazendo com que as populações de peixes diminuam. Além disso, a maioria dos benefícios econômicos resultantes do desmatamento é ganho de curto prazo (como, por exemplo, a venda de madeira). A longo prazo, essas terras podem ser tornar improdutivas", explica o ambientalista.

Além disso, a preservação dessas áreas ajudam a atenuar os efeitos das mudanças climáticas. "Elas absorvem o dióxido de carbono da atmosfera, sendo grandes depósitos de carbono", explica. Desse modo, quando desmatadas, liberam quantidades enormes de dióxido de carbono na atmosfera aumentando o efeito do aquecimento global.

Os entrevistados acreditam que é possível preservar as florestas como, por exemplo, compensando financeiramento os "guardiões das florestas" como os índios e populações que dependem diretamente dela e incentivando o pequeno produtor a recuperar sua área. "Além disso, as pessoas devem saber o que estão consumindo. A carne que está embalada é proveniente de algum lugar - no Acre, região da Amazônia, por exemplo, há três vezes mais gado do que pessoas. Qualquer consumo impacta o meio ambiente", alerta Braga.

Há o lado positivo na história. O engenheiro disse que basta parar de desmatar e degradar para que a floresta, como a Mata Atlântica, sozinha possa aumentar aos poucos. "A tendência das florestas é de se recuperar, mas, para isso, é necessário uma política de combate ao desmatamento", afirma Braga.

Ano Internacional das Florestas
O lançamento do Ano Internacional das Florestas acontece em em Nova York, nos Estados Unidos, com eventos como palestras até o dia 4 de fevereiro। O Brasil prevê organizar um congresso internacional sobre as cidades e as florestas em Manaus, mas não há uma data definida.

Por Isis Nóbile Diniz, da Redação Yahoo! Brasil