Uso de energia e análise energética no setor industrial

ENE 5703 Usos finais e demanda de energia 3ª parte

Estratégias de industrialização

Determinantes do uso da Energia

Panorama Brasileiro e Mundial

Melhorias

Medidas de Gerenciamento

Mudanças Fundamentais e Processos

Mudanças de Produtos: Reciclagem

Novas tecnologias de Conversão Energética

Industrias

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Estratégias Industriais: Países em Desenvolvimento

Processo de Industrialização

Colônia / Elite / Extração de Matérias Primas

Eficiência >>> Protecionismo >>> Tarifas (restrição)

Mercado Restrito >>> Elite rica e populações pobres

Ineficiências Econômica e Energética

Modernização Industrial

Melhor Tecnologia disponível

Novas tecnologias compatíveis:

Geração de Emprego

Auto-sustentação do processo

Riscos de Inovação

Tecnologias Avançadas apropriadas:

Vantagens comparativas

Estratégias Industriais: Países em Desenvolvimento

Tecnologias Avançadas apropriadas:

Vantagens comparativas:

Recursos Hídricos x Recursos Térmicos

Biomassa (comb. Química)

Diferenças Climáticas

Diferenças Culturais

Padrão de Necessidades diferenciadas (oportunidades de Inovação):

Infra-estrutura

Necessidades básicas de serviços

Direções:

Redução de demanda de bens materiais-intensivos

Incremento de Serviços, informações, etc.

Situação não universal

Exemplos:

PROÁLCOOL

CARVÃO VEGETAL

Diagrama de Interações

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Políticas Energéticas Nacional Regional Políticas de Desenvolvimento Nacional Regional Cenário Energético Nacional Cenário Energético Regional Cenário Sócio- Econômico Nacional Cenário Sócio-Econômico Regional Sistema Energético Requerimentos Regionais Abastecimento Nacional Abastecimento Regional Recursos Regionais Recursos Nacionais Meio-ambiente Preços da Energia Necessidade de Financiamento Custo da Energia Setor Externo Comércio Exterior de Energia Impactos

Determinantes de Demanda de Energia na Indústria

Quantidade Produzida Processo e Produção Requisitos de Energia Útil Eficiência das Instalações Demanda de Energia Final ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Módulos Homogêneos Caracterização Energética Base de Dados Cenários Variáveis Físicas Perspectivas Horizonte Descrição Evolução Consumo Energético Transformação Energointensivo Siderurgia Tecnologia Cimento Agroindústria Demais setores industriais Mineração Construção Civil Variável explicativa: para os requisitos de energia Produção Física: Produtos identificados Valor Agregado: “Cesta”de produtos Metodologia Geral para o Setor Industrial

Setor Energo-intensivo: Siderurgia

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Usos Eletricidade Óleo Combustível Diesel Gás Natural Coque Gás de Coque Carvão Vegetal Gás Alto Forno Fontes Caracterização Ferro Fundido Aço Lami_ nação Calor de Processo Redução de Ferro Iluminação Força Motriz Funcionamento Integrado Produção de Gás Alto Forno (carvão Mineral) Alto Forno (carvão Vegetal) Redução Direta (GN) Diversas Tecnologias Tratamento Único

Setor Agroindustrial

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Módulos Usos Fontes Destaque para a geração de resíduos potencialmente energéticos Secagem Subsistência Maior Porte Calor de Processo Força Motriz Iluminação Óleo Combustível Diesel Querozene GLP GN Lenha Carvão Vegetal Gás (lenha) Biogás Resíduos Álcool Eletricidade Eólica Solar

Outros Setores

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Módulos Usos Fontes Tratamento Agregado Coeficientes globais por unidade de valor agregado: Insumos Energéticos Combustíveis Eletricidade Calor de Processo Força Motriz Iluminação Óleo Combustível Gás Natural Carvão Mineral Carvão Residual de Petróleo Eletricidade Outras possibilidades: Eólica Solar Fotovoltáico Geotérmica

Distribuição do valor agregado no setor industrial:

22% para agroindústria

5% para energointensivos

73% para demais setores

Caracterização Energética:

Intensidades

Participação por Fontes

Rendimentos

Serviço Energético Agricultura: cereais, frutas, etc. Plantas ornamentais e Flores Açúcar Malte e Fumo Destilaria e Refino de Óleo Metalurgia e Alumínio Ferro e Aço Cimento Processo xxxgypsum Trabalho com vidro Papel e papelão Editoras Montadoras (automóveis) Produtos Eletrônicos Serviços de Banco, Seguros, Gerais Transporte aéreo Úmido Seco % 3 – 5 4 16 5 – 7 55 – 70 20 – 30 25 – 40 40 – 50 30 – 35 40 – 60 10 – 20 12 – 20 25 2 – 3 2 – 3 0.5 – 1 20 - 30 Participação da Energia nos Custos de Produtos, Processos ou Indústrias ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Mineral Cobre Niquel (sulfide ore) Niquel (laterite ore) Zinco Chumbo Aço Alumínio Vidro Soda Cimento * * * Energia utilizada em GJ/ton 84-105 210 630 63 32 28-31 295 18,5 6,3 – 8,4 8 Consumo de Energia para alguns minerais Fonte: AGARWAL, 1990 ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Distribuição estimada dos usos de energia por serviço energético (%) – USA 1978 ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Serviço Energético Linha de Materiais Calor direto Vapor Força motriz Processos Eletrolíticos Veículos (exceto Transporte) Condicionamento do Espaço (ar-condicionado: quente/frio e iluminação) Outros Manufatura 30 30 22 5 5 2 2 5 Todo o setor 27 26 16 13 4 8 2 4

Energia Térmica

Têxtil:

Química e Petroquímica

Alimentos e Bebidas

Papel e Celulose

Fonte: Kamimura, III CBE T(x) ( o C) Distribuição 50 – 100 46% 100 – 150 45% 150 – 210 9% Fontes: 96% óleo combust. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer 5.18 (Estado de SP) 78% Efic. Térmica 50 – 150 57% 50 – 100 35% 120 – 150 47% 150 – 200 44% 1000–1100 9%

Indústria energo-intensivos (70% de energia OECD/1971) foram impactadas decisivamente

Energia = 15%-17% do valor agregado

Outras manufaturas = 3%

Impacto Econômico: motivação para produtividade

Oportunidades para melhoria/inovação técnica:

Medidas de Gerenciamento

Mudanças Fundamentais de Processos

Mudanças de Produto

Novas Tecnologias de Conversão Energética

Medidas de baixo custo, com efeito a curto prazo:

Vazamentos

Isolamento Térmico

Desligamento de sistemas, equipamentos ociosos, etc.

Contabilidade energética com responsabilização

Inspeção e monitoração

Programas de treinamento em conservação e operação eficiente

Nova “Indústria/Serviço” de conservação

Entre 73 – 81 OECD a redução da energia gerada foi:

~20% PIB

6% de energia

Novo MIX de produto e gerenciamento ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Novos meios de produzir bens com menor energia e melhor produtividade global

Casos típicos interessantes

Indústrias:

Química

Aço

Papel e Celulose

Cimento

Processos se impõe em geral quando atendem simultaneamente a dedução de fatores de produção: K , L , E , M

Exemplos: Processos da Indústria de Vidro: “Float-Glass” X Polimento (10% - 20%)

Amônia >>> 5X

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Eficiência Energética Preço da Energia

Processos de P&D importantes:

Metalurgia do pó

Plasma

CAD-CAM

Laser

Química

Bio-tecnologia

Separação por membrana

Microondas para aquecimento localizado

Fatores na escolha:

Eficiência

Econométricos

Sociais

Meio-ambiente: Emissões

Exemplo: Pintura de latas:

Secagem e cura térmica com recuperação de calor

UV na superfície a ser curada

Indústria – BRASIL

Distribuição das indústrias por região

Fonte: PROCEL, 2008. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Distribuição do consumo industrial por sistemas elétricos Participação dos setores produtivos no Brasil Distribuição do total do consumo industrial por subsistemas elétricos interligados Consumo industrial de energia elétrica (GWh) Fonte: PROCEL, 2008. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Consumo final de energia por fonte. (Total: 195.909x10³ tep) Participação dos setores no consumo de energia elétrica e combustíveis Utilidades existentes nas indústrias Distribuição do consumo de energia elétrica na força motriz Fonte: PROCEL, 2008. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Distribuição do consumo de energia elétrica por uso final na indústria Distribuição do consumo de energia elétrica no setor de “ Alimentos e Bebidas” Distribuição do consumo de energia elétrica no setor “Têxtil” Distribuição do consumo de energia elétrica no setor “Minerais Não-Metálicos (Vidros)” Fonte: PROCEL, 2008. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Produçào

Indústria do Alumínio

Fonte: Energy and Environmental Profile of the U.S. Aluminum Industry, July 1997 - U.S. DOE - OIT

Consumo de Energia em Não Ferrosos

Indústria do Alumínio no Brasil

Distribuição do consumo de energia elétrica no setor “Metalurgia Básica” Fonte: PROCEL, 2008.

Consumo de Energia nos Processos Primários

Emissões nos Processos Primários e Secundários

Emissões nos Processos Primários e Secundários

Indústria do Alumínio: Produção da Alumina

Fonte: Energy and Environmental Profile of the U.S. Aluminum Industry, July 1997 - U.S. DOE - OIT ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Indústria do Alumínio: Refino da Alumina

Fonte: Energy and Environmental Profile of the U.S. Aluminum Industry, July 1997 - U.S. DOE - OIT ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Indústria do Alumínio: Processos

Indústria do Alumínio: Célula de Redução da Alumina

Indústria do Alumínio: Célula de Redução da Alumina

Indústria do Alumínio: Processos

O exemplo do alumínio na Suécia

ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer Consumo elétrico específico na prod. Alumínio primário 50 40 30 20 10 0 1880 1920 1960 2000 2040 2080 Limite teórico de Gyftopoulos Valores observados FIT Limite teórico TiB2 AICI3 AI2S3 Taxa de redução anual em torno de 1.5% a 2% 12.5 kWh/kg 6.5 kWh/kg

Consumo no mundo e nos EUA

Fonte: U.S. DOE - OIT ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

O processo de fabricação do alumínio - etapas

O processo de fabricação do alumínio - etapas ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Indústria do Alumínio: Principais Temas

Indústria QUÍMICA - EUA

Source: MECS 1994

Industria Química no Brasil

Distribuição do consumo de energia elétrica no setor “Químico” Fonte: PROCEL, 2008. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Industria Química

Indústria QUÍMICA

Consumos:

25% na OECD

4,2% no Brasil

Importante: Programas de P&D: USA (1980) >>> 4,5 GUS$

Melhorias na eficiência >>>> Gerenciamento Eficiente:

Vapor – Geração/Distribuição

Reatores

Recuperação de Calor Exotérmico

Destilação e alocação eficiente

Grandes Possibilidades:

Química de reações

Catalizadores

Laser

Biotecnologia

Processos de Separação/Concentração

Separação por Membrana

Flúidos críticos

Cristalização por congelamento

Indústria CIMENTO

Mundo: 1978: 852 X 10 6 ton

USA: 7 GJ/ton >>> idade: 23a

Japão/Suécia: 4 GJ/ton

Seco x Úmido: E ~ 1,2 GJ/ton

Indústria CIMENTO

Fonte: Portland Cement Association (PCA) http://www.cement.org/basics/howmade.asp Clique aqui para conhecer mais sobre o processo ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer

Papel e celoluse – consumo de energia (%) Fonte: MME, 2006. ENE 5703. Prof. Ildo Luís Sauer