No 20 - Maio - Junho 2000
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Economia & Energia No 20 - Maio - Junho 2000 |
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EMISSÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA NA PRODUÇÃO E NO USO DO CARVÃO VEGETAL NA SIDERURGIA Omar Campos Ferreira Mostrou-se no Relatório Parcial enviado ao MCT que o carvão vegetal é usado preponderantemente na produção de ferro-gua e aço. As usinas integradas tendem, na atualidade, a utilizar o coque de carvão mineral. Tem-se informação de que a usina a carvão vegetal da Belgo-Mineira, em Monlevade-MG, está em vias de desativar os altos fornos a carvão vegetal em favor de um único alto-forno a coque. A se confirmar a tendência, o carvão vegetal ficará confinado ao mercado de produtores independentes de ferro-gusa, à produção de ferro-ligas em algumas regiões onde existem ainda reservas de florestas plantadas ou de matas nativas exploráveis sob o regime de manejo, e à complementação da sucata nos fornos elétricos a arco. O estudo sobre o mercado de ferro primário citado anteriormente mostra, entretanto, que o carvão vegetal poderia sustentar um esforço de exportação de ferro-gusa para uso em fornos elétricos, cuja demanda mundial deverá crescer para atingir a 63 milhões de toneladas em 2.010. Os dados sobre o sistema integrado biomassa-tubos sem costura, a seguir, foram obtidos da referência (1). A madeira para a produção do carvão provém de uma plantação de 58.000 ha, com várias espécies de eucalipto (E. Camaldulensis, Cloesiana, Urophylla e Pellita) selecionadas como bem adaptáveis ao clima e solo da região de Noroeste de Minas Gerais. Modernas práticas de silvicultura foram observadas com os objetivos de preservar parte do cerrado nativo e a fauna, produzindo carvão de boa qualidade e a custos convenientes. A fotografia seguinte mostra uma plantação da Mannesmann Florestal S. A , vendo-se ilhas de mata nativa ligadas por corredores ecológicos que facilitam o trânsito de animais de grande porte e preservam pássaros e insetos que atuam como controladores biológicos de pragas. A produtividade alcançada nas plantações antigas é de 9 t/ha.a de madeira seca e de 14 t/ha.a nas mais recentes que utilizam mudas melhoradas. Espera-se atingir a 18 t/ha.a com o emprego de clones já disponíveis comercialmente (1).
INVENTÁRIO DE CARBONO. Na prática atual, o eucalipto é cortado no 70 , 140 e 210 anos sem a necessidade de replantio (rebrota). Assim, mantém-se um estoque permanente de madeira em pé, enquanto perdura a produção da siderúrgica, correspondente aos 6 anos de crescimento da planta. Realizado o corte, as raízes, galhos menores e folhas são deixados no local, constituindo um estoque adicional de carbono. Os cálculos de inventário de carbono são feitos com base na cinética de desenvolvimento da planta (1) e na análise elementar da madeira (2). Análise elementar da madeira (% de massa seca)
O gráfico mostra que a massa de carbono contida no tronco, na época do corte (entre 72 e 84 meses) é aproximadamente igual à massa contida nas demais partes da árvore. A figura seguinte mostra esquematicamente o balanço de massa no processo (1).
Inventário de carbono (por tonelada de tronco abatido, base seca)
A tabela acima mostra que, para cada tonelada de carbono posto em circulação no processo produtivo, a plantação armazena 6,8 t de carbono nos troncos em desenvolvimento e nas partes não processadas. EMISSÃO DE GASES DE EFEITO ESTUFA NA PRODUÇÃO DO CARVÃO VEGETAL. O cálculo da massa de gases emitidos é feito a partir da análise elementar dos gases não condensáveis, representando 25% da massa de madeira seca carbonizada, reproduzida abaixo (2) Gases não condensáveis ( % de massa )
Os parâmetros de conversão , já apresentados no Relatório Parcial, são os seguintes:
Em unidades métricas, 1 t de ferro-gusa requer 0,725 t de carvão vegetal, produzido a partir de 3,6 t de madeira. Na prática atual, 5% da massa de madeira enfornada é queimada para aquecer a carga do forno. A composição da fumaça liberada nesta fase não é conhecida. Considerando a pequena massa queimada, supõe-se a conversão completa do carbono em CO2 equivalente Com estes dados, a emissão calculada para a produção do carvão vegetal é mostrada a seguir:
EMISSÃO NA REDUÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO EM FERRO-GUSA. Referindo a emissão a 1 t de madeira enfornada e levando em conta a perda de 10% do carvão (4) no manuseio e no transporte, a massa de carvão que entra no alto-forno é 0,17 t. O consumo específico de carvão é de 2,9 m3 / t gusa (5) ou 0,725 t carvão / t gusa, de forma que a massa de gusa produzida por tonelada de madeira enfornada é de 0,23 t. O teor típico de carbono no ferro-gusa é de 4,3% em massa. Com estes dados, o balanço de carbono na redução é o apresentado a seguir: BALANÇO DE CARBONO NA REDUÇÃO
A composição do gás de alto-forno a carvão vegetal e a emissão gasosa por tonelada de madeira enfornada estão apresentadas na tabela a seguir: Emissão gasosa na redução com carvão vegetal por tonelada de madeira enfornada
EMISSÃO TOTAL NA PRODUÇÃO DO CARVÃO E NA REDUÇÃO. Na tabela a seguir estão consolidadas as emissões relevantes na produção do carvão e na redução do minério de ferro por tonelada de madeira enfornada.
É útil exprimir a emissão por tonelada de ferro-gusa produzido que se mostra na tabela seguinte:
EMISSÕES COMPARADAS NO CICLO COMPLETO DE PRODUÇÃO DE AÇO COM COQUE DE CARVÃO MINERAL E COM CARVÃO VEGETAL. A produção de aço compreende a redução do minério (alto-forno) e a descarbonetação do ferro primário (forno básico a oxigênio). O diagrama a seguir (R), referente à rota de produção da MANNESMANN S.A., apresenta uma comparação das emissões de CO2 no ciclo com coque e com carvão vegetal. Os dados referem-se a usina utilizando no alto-forno 80% de sinter de finos de minério de ferro e 20% do minério de granulado e 20% de sucata no forno básico a oxigênio. Figura co2 Para comparar os resultados dos cálculos mostrados anteriormente com os do trabalho acima (1), as emissões de gases são expressas em massa de carbono contido, visto que o mesmo não discrimina os compostos de carbono emitidos, e limitar a comparação às etapas de carbonização e de redução.
A diferença relativa entre os dois resultados é da ordem de 10%, o que pode ser explicado pela adoção de índices diferentes, já que a dispersão de valores mencionados nos trabalhos consultados supera a diferença. Os autores do trabalho concluem que a análise comparada das rotas a coque e a carvão vegetal endossa a proposta de estabelecimento de crédito internacional, ou bônus, pelo seqüestro de carbono e pela regeneração de oxigênio. Conforme se vê no diagrama apresentado, a rota coque libera 1,65t de CO2 e fixa 1,536 t de O2 por tonelada de aço produzido, ao passo que a rota a carvão vegetal seqüestra 16,336 t de CO2 e regenera 1,536 t de O2 por tonelada de aço produzido, no ciclo completo desde a plantação do eucalipto até a produção do aço. Em adição, a rota a coque libera 7 kg de óxido de enxofre (SO2), emissão esta praticamente ausente na rota a carvão vegetal. A questão em exame comportaria estudos mais refinados, incluindo, do lado do carvão vegetal, análise dos insumos energéticos diretos (acionamento de máquinas usadas na moderna indústria do carvão vegetal, p. ex.) e indiretos (energia empregada na extração e beneficiamento dos nutrientes aplicados na assistência à floresta plantada, p. ex.). Estudo deste tipo foi aplicado à produção do álcool da cana de açúcar, mostrando que a eficiência exergética da fase industrial é da ordem de grandeza dos melhores processos industriais, enquanto que a eficiência na fase agrícola, considerada a fatalidade da incidência da radiação solar na terra e do ciclo hidrológico, ou seja, não se atribuindo custo exergético à energia solar e à chuva, supera os 400% (6). Observe-se que a redução em forno elétrico, com carga mista de ferro-gusa de carvão vegetal e sucata, reduziria a emissão na proporção da sucata empregada. Todavia, esta vantagem só é real se a eletricidade for de origem renovável (hidroelétrica ou termo elétrica a biomassa), visto que a eficiência dos melhores ciclos termodinâmicos ainda é da ordem de 50%, ou seja, para produzir 1 kWh de eletricidade é necessário empregar, no mínimo, 1.900 kcal que os países industrializados obtêm da conversão de combustíveis fósseis, com emissão de gases de efeito estufa, conforme apresentado em trabalho anterior (e&e). As considerações acima mostram as condições singulares do Brasil para liderar um movimento no sentido do estabelecimento do sistema de bônus pelo seqüestro do carbono e concomitante regeneração do oxigênio, evitando o apelo à energia núcleo-elétrica, de riscos tão ou mais graves que os representados pelo uso de combustíveis fósseis. Um estudo econômico, empregando o conceito de energia equivalente ou, melhor ainda, o conceito de exergia, permitiria quantificar o valor do bônus. Trata-se de trabalho de grande fôlego, muito além das dimensões deste relatório. CONCLUSÕES. As condições de produção e de uso do carvão vegetal na siderurgia examinadas neste trabalho indicam que a indústria de carvão pode atingir a plena maturidade, em função da prevista elevação do preço do petróleo que puxaria os preços dos demais vetores energéticos. Estudos internacionais consultados consideram possível o retorno a economia energética baseada no carvão mineral para produzir combustíveis líquidos sintéticos (7). Da mesma forma que o álcool combustível, o carvão vegetal concorre com um combustível-redutor fóssil, de custo forçosamente inferior e que, por sua vez, concorre com outro combustível fóssil, o gás natural, cujo uso vem ganhando impulso devido às suas múltiplas aplicações. Assim, o carvão vegetal deve ser considerado por suas vantagens ecológicas e sociais, de vez que o setor emprega numerosa mão de obra pouco qualificada, ocupa terras de valor marginal, por serem pouco adequadas à produção agrícola, além de gerar renda em regiões onde as alternativas de emprego não são particularmente favoráveis ao trabalhador. O potencial de seqüestro de carbono e de regeneração do oxigênio, aliado à melhor qualidade do gusa de carvão vegetal como fonte de metal virgem para os fornos elétricos a arco, qualifica este combustível como fator de motivação para as negociações internacionais relacionadas com o clima global. PROGRAMA DO CARVÃO VEGETAL. Em meados da década de 70, a Fundação João Pinheiro, órgão ligados à secretaria do Planejamento do Governo de Minas Gerais, definiu um programa de estudos e de pesquisas visando a caracterização do carvão vegetal, a otimização do processo de carbonização e o melhoramento dos fornos usados no setor. A entidade executora do programa foi a Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - CETEC - que operou em articulação com o Instituto Estadual de Florestas. O CETEC desenvolveu os trabalhos de laboratório (análises da madeira e do carvão, ensaios de friabilidade, determinação do poder calorífico), estudos econômicos sobre a produção da madeira e do carvão e formulou projetos de Normas Técnicas propostos à Associação Brasileira de Normas Técnicas. Várias reuniões técnicas foram promovidas pelo CETEC com a participação de empresas siderúrgicas (ACESITA, MANNESMANN, BELGO-MINERIA, entre outras) e de fabricação de equipamentos. Um programa de formação de pessoal foi estabelecido entre a Universidade Federal de MG (Departamento de Engenharia Metalúrgica) e a ACESITA, resultando em enfoque especial para o carvão vegetal nos trabalhos de dissertação (12 dissertações apresentadas entre 1981 e 1998, com maior concentração na década de 80, relacionadas com modelagem matemática de processos, diagnóstico energético, tratamento térmico, injeção de finos de carvão, produção do sinter, mistura de coque e carvão vegetal, etc.). Uma coletânea de trabalhos apresentados está na série Publicações Técnicas do CETEC ( n0 04 a 08) que se constitui importante fonte de consulta no tema. A ACESITA operou, nesse período, uma bateria de fornos de carbonização experimentais, complementando os recursos do CETEC e da UFMG. Realizou ainda experimentos com motores Otto e Diesel usando gás de carvão (gasogênio), com resultados considerados satisfatórios na ocasião. Pesquisou ainda o uso do carvão vegetal em motores de bombas de irrigação e em grupo motor-gerador. Não foram realizados ensaios de emissão pelos motores, visto não estar estabelecida, na época, a legislação pertinente. Passados os efeitos dos choques do petróleo, as pesquisas foram sendo gradativamente abandonadas e o Programa do Carvão Vegetal seguiu uma trajetória parecida com o do Programa do Álcool. Na atualidade, poucas empresas de siderurgia integrada ainda consideram esta alternativa ao coque, entre elas a MANNESMANN. O consumo de carvão pelos produtores independentes de ferro-gusa, mostrado no gráfico abaixo, também apresenta tendência de queda.
REFERÊNCIAS. 1- CO2, O2 AND
SO2 OVERAL BALANCE FOR THE IRON AND STEEL PRODUCTION THROUGH THE USE OF BIOMASS
OR COAL BASED INTEGRATED PROCESSES. Ronaldo Santos Sampaio e Maria Emília Antunes
Resende 2 - PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL. Publicação Técnica n. 8 - CETEC - 1982 3 - COMPETITIVIDADE E PERSPECTIVAS DA INDÚSTRIA MINEIRA DE FERRO- GUSA. SINDIFER / FIEMG - 1997 4 - STATE OF THE ART REPPORT ON CHARCOAL PRODUCTION IN BRASIL. FLORESTAL ACESITA S. A - 1982 5 - ANUÁRIO ABRACAVE (vários anos) 6 - ANÁLISE EXERGÉTICA DA PRODUÇÃO DE ETANOL DA CANA DE AÇÚCAR. Otávio de Avelar Esteves - Dissertação de Mestrado - CCTN/UFMG - 1995 7 - ENERGY IN A FINITE WORLD. International Institute for Applied Systems Analysis - 1981 8 - BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL. Ministério das Minas e Energia - 1999 |
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