Quais são as principais desvantagens das usinas termelétricas que queimam combustíveis ou resíduos?

Fala Gás Nobre, hoje falaremos sobre a Biomassa, bem como suas vantagens e desvantagens. Nesse texto falaremos sobre o que é a biomassa, como ela pode ser usada como combustível, como o Brasil já a utiliza e muito mais. Preparado?

Biomassa é toda matéria orgânica de origem vegetal ou animal usada com a finalidade de produzir energia, como carvão, lenha, bagaço de cana-de-açúcar, entre outros. Por se tratar de uma fonte de energia dispersa e de baixa eficiência, utilizada tradicionalmente em países pouco desenvolvidos, existe certa ausência de dados referentes à representatividade dessa fonte de energia para a matriz energética mundial. No entanto, segundo relatório da ANEEL, cerca de 14% da energia consumida no mundo é proveniente desta fonte e, segundo outro estudo do Jornal Brasileiro de Pneumologia, 90% das casas das regiões rurais dos países pobres utiliza energia proveniente da queima da biomassa (madeira, carvão vegetal, esterco de animais ou resíduos agrícolas), sobretudo na África Subsaariana e na Ásia.

A utilização da biomassa em usinas termelétricas vem se tornando cada vez maior e está sendo usada para atingir áreas não contempladas pela rede elétrica de abastecimento, como comunidades rurais isoladas. O uso de sistemas de cogeração, que conciliam a geração de energia elétrica através da biomassa à produção de calor, aumentando a eficiência energética dos sistemas de produção, vem se tornando, também, cada vez mais comum.

Leia mais em: Combustíveis no ENEM 

O que é cogeração?

A biomassa, como carvão ou lenha, é o que move grande partes dos geradores termelétricos. Independente do tipo de combustível e do motor, esses geradores perdem a maior parte da energia contida no combustível na forma de calor. Em média, a energia de biomassa perdida para o ambiente em forma de calor representa de 60% a 70% da energia total do combustível. Desse modo, a eficiência do gerador fica em torno de aproximadamente 30% a 40%.

Como muitos prédios e indústrias necessitam de aquecimento (para o ambiente interno ou para o aquecimento da água), foi desenvolvido um sistema de cogeração, por meio do qual o calor produzido na geração de eletricidade é incorporado ao processo produtivo na forma de vapor. A principal vantagem desse sistema é a economia do combustível para o processo de aquecimento. Dessa forma, a eficiência energética do sistema aumenta, podendo chegar a até 85% da energia de biomassa do combustível.

Biomassa no Brasil

Atualmente, o recurso com maior potencial para ser usado como biomassa na geração de energia elétrica no país é o bagaço de cana-de-açúcar. O setor sucroalcooleiro gera uma grande quantidade de resíduos, que podem ser aproveitados como biomassa, principalmente em sistemas de cogeração. Outras variedades vegetais com grande potencial para a produção de energia elétrica são o azeite de dendê (óleo de palma), que apresenta produtividade média anual por hectare quatro vezes maior do que a da cana-de-açúcar, o buriti, o babaçu e a andiroba. Eles surgem como alternativas para o abastecimento de energia elétrica em comunidades isoladas, sobretudo na região amazônica.

Ao se produzir etanol a partir da cana-de-açúcar, cerca de 28% da cana é transformada em bagaço. Este bagaço é uma biomassa comumente aproveitada nas usinas para a produção de vapor de baixa pressão, que é utilizado em turbinas de contrapressão nos equipamentos de extração (63%) e na geração de eletricidade (37%). A maior parte do vapor de baixa pressão que deixa as usinas é usado para o processo e aquecimento do caldo (24%) e nos aparelhos de destilação. Em média, cada aparelho requer cerca de 12 kWh de energia elétrica, valor que pode ser suprido pelos próprios resíduos de biomassa. Outros resíduos agrícolas com alto potencial para serem usados como biomassa na produção de energia elétrica são a casca do arroz, a casca da castanha de caju e a casca do coco-da-baía.

Rotas de conversão da biomassa

As fontes de biomassa podem ser classificadas como: vegetais lenhosos (madeiras), vegetais não lenhosos (sacarídeos, celulósicos, amiláceos e aquáticos), resíduos orgânicos (agrícolas, industriais, urbanos) e biofluidos (óleos vegetais). As rotas de conversão da biomassa são várias, e é graças a essas tecnologias de conversão que é possível obter diversas variedades de biocombustíveis como o etanol, o metanol, o biodiesel e o biogás. Os principais processos de conversão da biomassa são:

Combustão direta

Materiais como a madeira e todas as variedades de resíduos orgânicos (agrícolas, industriais e urbanos) podem ser submetidos à combustão com a finalidade de gerar energia. O processo de combustão consiste na transformação da energia química existente nessas fontes de biomassa em calor. Para fins energéticos, a combustão direta da biomassa é feita em fornos e fogões. Apesar da praticidade, o processo de combustão direta tende a ser bastante ineficiente. Além disso, os combustíveis que podem ser usados no processo geralmente apresentam alta umidade (20% ou mais no caso da lenha) e baixa densidade energética, dificultando seu armazenamento e transporte.

Gaseificação

É uma tecnologia aplicada em resíduos orgânicos urbanos e industriais e em madeiras. A gaseificação consiste na conversão de fontes de biomassa sólidas em gasosas através de reações termoquímicas, envolvendo vapor quente e ar ou oxigênio em quantidades inferiores ao mínimo para que haja a combustão. A composição do gás resultante é uma mistura de monóxido de carbono, hidrogênio, metano, dióxido de carbono e nitrogênio, de forma que essas proporções variam de acordo com as condições do processo, especialmente em relação ao ar ou oxigênio que está sendo usado na oxidação. O combustível gerado a partir da combustão dessa biomassa é mais versátil (pode ser usado em motores de combustão interna e também em turbina a gás) e limpo (compostos como o enxofre podem ser removidos durante o processo) do que as versões de combustível sólidos. Além disso, é possível produzir gás sintético a partir da gaseificação, o qual pode ser aplicado na síntese de qualquer hidrocarboneto.

Pirólise

A pirólise, também conhecida como carbonização, é o processo mais antigo de conversão de uma fonte de biomassa (tipicamente a lenha) em outro combustível (carvão vegetal) com densidade energética duas vezes maior do que o material de origem. Resíduos orgânicos de origem agrícola também são frequentemente submetidos à pirólise – neste caso, é preciso que os resíduos sejam previamente compactados. O método consiste no aquecimento do material em um ambiente no qual exista a “quase ausência” de ar. A pirólise também produz gás combustível, alcatrão e piro-lenhoso, materiais bastante usados no setor industrial. O resultado do processo varia muito da condição do material original (quantidade e umidade). Para a produção de uma tonelada de carvão vegetal, pode-se precisar de quatro a dez toneladas de lenha.

Transesterificação

É um processo químico que transforma a biomassa de óleos vegetais em um produto intermediário, a partir da reação entre dois álcoois (metanol e etanol) e uma base (hidróxido de sódio ou potássio). Os produtos da transesterificação desse tipo de biomassa são a glicerina e o biodiesel, combustível que apresenta condições semelhantes ao diesel e pode ser aplicado em motores de combustão interna, de uso veicular ou estacionário.

Leia mais em: Biodiesel: Vantagens e Desvantagens 

Digestão anaeróbia

Da mesma forma que a pirólise, a digestão anaeróbia deve ocorrer em um ambiente com a “quase ausência” de oxigênio. A biomassa original sofre decomposição pela ação de bactérias, da mesma forma que ocorre naturalmente com quase todos os compostos orgânicos. Resíduos orgânicos, como o esterco de animais e os resíduos industriais, podem ser tratados através da digestão anaeróbia (aquela que ocorre na ausência de oxigênio) em biodigestores. A ação das bactérias provoca o aquecimento necessário para que ocorra a decomposição, entretanto, em regiões ou épocas de frio, pode-se fazer necessária a aplicação de calor adicional. O produto final da digestão anaeróbia é o biogás, que é composto essencialmente por metano (50% a 75%) e dióxido de carbono. O efluente gerado pode ser usado como fertilizante.

Fermentação

É um processo biológico executado pela ação de micro-organismos (normalmente leveduras) que convertem os açúcares presentes em fontes de biomassa, como a cana-de-açúcar, o milho, a beterraba e outras espécies vegetais, em álcool. O resultado final da fermentação da biomassa é a produção de etanol e metanol.

Aplicabilidade da biomassa

A biomassa é considerada uma fonte renovável de energia e vem sendo usada em substituição aos combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão mineral, para gerar eletricidade em usinas termelétricas e por emitir uma quantidade inferior de gases poluentes em comparação às não renováveis. No entanto, apesar de não ser um combustível fóssil, de acordo com estudo, a queima da biomassa é uma das maiores fontes mundiais de gases tóxicos, material particulado e gases do efeito estufa.

Leia mais em: 

Efeito Estufa e Chuva Ácida

Chuva Ácida: Uma explicação Química 

No caso das queimadas de grandes áreas, sejam florestas, savanas ou outros tipos de vegetação, a emissão de enxofre leva a mudanças no pH da água da chuva, colaborando para a ocorrência da chuva ácida. As emissões de metano e dióxido de carbono contribuem para a intensificação do efeito estufa, e a de mercúrio leva à contaminação de corpos aquáticos e possibilita a formação de metilmercúrio, substância nociva à saúde humana.

A exposição recorrente e prolongada ao material gerado a partir do processo de combustão da biomassa em ambientes internos (fogões a lenha, lareiras, etc.) vem sendo associada ao aumento das infecções respiratórias agudas em crianças, que é considerada uma das maiores causas de mortalidade infantil em países em desenvolvimento. Além disso, também é associada ao aumento de doenças pulmonares obstrutivas crônicas, de pneumoconiose (doença provocada pela inalação de poeiras), tuberculose pulmonar, catarata e cegueira. No caso da queima da palha de cana, a população residente da área do entorno da lavoura de cana-de-açúcar fica exposta à poeira da biomassa queimada por aproximadamente seis meses ao longo do ano.

Por tal motivo, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) estabelece os limites de emissão para poluentes atmosféricos provenientes de processos de geração de calor a partir da combustão externa de biomassa de cana-de-açúcar, o que torna possível regular as emissões e mitigar os impactos socioambientais associados à queima da biomassa.

A biomassa também oferece a possibilidade de ser produzida a partir de uma grande variedade de materiais, proporcionando flexibilidade e segurança ao mercado, diferente dos próprios combustíveis fósseis, principalmente do petróleo. Outro ponto é que, ao utilizar resíduos orgânicos agrícolas, industriais e urbanos para produzir eletricidade, estes estão recebendo um destino mais “sustentável” do que o simples descarte. Segundo estudo, a maior parte dos resíduos agrícolas do Brasil são de milho, soja, arroz e trigo, sendo os dois primeiros as matérias-primas frequentemente utilizadas para a produção de biodiesel.

O Brasil possui condições favoráveis para a produção de energia a partir da biomassa, como a existência de grandes áreas agricultáveis, que podem ser usadas para a produção de biomassa, e recebe radiação solar intensa ao longo do ano. No entanto, existe a preocupação referente à produção dos biocombustíveis de primeira geração, os quais utilizam a matéria-prima vegetal diretamente. Neste caso, os biocombustíveis poderiam travar situações de concorrência por terras agricultáveis com o setor agrícola, colocando a segurança alimentar da população em risco. Outra questão relativa às grandes extensões de terra é a questão da conservação ambiental. Além de competir com a agricultura, os biocombustíveis poderiam acabar pressionando áreas destinadas à conservação ambiental.

Leia mais em: Química Ambiental no ENEM 

Beleza Gás Nobre? Espero que tenho gostado de aprender mais sobre este combustível e suas potencialidades, tanto na substituição de combustíveis fósseis quanto na minimização dos impactos ambientais gerados pelos mesmos. 

Gás Nobre! Você tem dificuldades para entender conteúdos de Ciência da Natureza? Não fique triste! Eu, professor Paulo Valim, quero te contar um segredinho que os melhores estudantes do Brasil já conhecem, com a minha plataforma Ciência em Ação, você vai conseguir aprender Química, Física e Biologia de forma rápida e efetiva e garantir a sua aprovação ainda em 2020.

Não importa se você tem dificuldades com as matérias ou se essa é a primeira vez que você vai estudar Química, Física ou Biologia. No Ciência em Ação, nossos cursos são completos e aprofundados. Eu e a minha equipe ensinamos todo o conteúdo do começo ao fim de forma didática.

Que foi? Você tem dúvidas de que o que eu estou falando é verdade? Então, saca só, Gás Nobre! Liberei o primeiro módulo completo da minha plataforma Ciência em Ação totalmente grátis pra você experimentar! Curtiu? Clique aqui e aproveite para conhecer a melhor plataforma de Ciência da Natureza da web!

Bora reagir e realizar os seus sonhos? 

Me acompanhe nas redes sociais: curta a minha  página no Facebook, siga o meu Instagram, se inscreva no canal do Youtube e entre no meu canal do Telegram.

Leia mais: