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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
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"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
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CARBONIZAÇÃOCARBONIZAÇÃOCARBONIZAÇÃOCARBONIZAÇÃO
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Produtos da CarbonizaçãoProdutos da CarbonizaçãoProdutos da CarbonizaçãoProdutos da Carbonização
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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
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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)
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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.
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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
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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)
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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.
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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
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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
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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.
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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
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2004 2005 2006
Preço Mercado Carvão Vegetal posto Usina
Preço Coque Fob Japão
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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.
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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.
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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
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Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização
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Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização
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Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização
FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico 30 ~35%
Forno Mineirinho
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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
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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
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FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico 30 ~34%
Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização
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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
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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.
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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
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Fornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de CarbonizaçãoFornos de Carbonização
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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)
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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
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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]
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