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Cassinha

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  • 1. Seqüestro de carbono em florestas e sua dinâmica nos solos em região de cerrado e desenvolvimento de um sistema de queima de gases na carbonização para geração de energia, como subsídios à elaboração de projetos de M.D.L. no Estado de M.G. Workshop “Integração em C,T&I para o setor florestal com foco no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo – MDL – em Minas Gerais” EQUIPE EXECUTORA Dr. Laércio Antônio Gonçalves Jacovine - Coordenador Dr. Carlo Pedro Boechat Soares (UFV) Dra. Angélica de Cássia Oliveira Carneiro (UFV) M.s. Pedro Gustavo Ulisses Frederico (UFV) Dra. Maria Tereza Candido Pinto (Bolsista) M.S. Sabina Cerruto Ribeiro (Bolsista) M.S. Marcelo Franco (SECTES) M.S. Ana Paula de Souza Silva (SECTES) Belo Horizonte - MG Dr. João Herbert Moreira Viana (Embrapa) Dr. Ivanildo Evodio Marriel (Embrapa) Dra. Claudia Maria Branco de Freitas Maia (Embrapa) Dra. Rosana Clara Victoria Higa(Embrapa) Dr. Etelvino Henrique Novotny (Embrapa) Dr. Fabiano de Carvalho Balieiro (Embrapa) Dr. Renato Dedecek (Embrapa)
  • 2. Trabalhos desenvolvidos e em desenvolvimento no LAPEM
    • Influência das condições de armazenamento nas propriedades físicas das sementes de pinhão manso ( Jatropha curcas L .), na qualidade do óleo e do biodiesel.
    • Produção integrada de biocombustível – Etanol de lignocelulose do processo produtivo de biodiesel.
    • Avaliação da viabilidade técnica e econômica de três culturas para produção do biodiesel e de alternativas de aproveitamento de resíduos gerados na cadeia produtiva, como forma de garantir e agregar renda ao produtor.
    • Seqüestro de carbono em florestas e sua dinâmica nos solos em região de cerrado e desenvolvimento de um sistema de queima de gases na carbonização para geração de energia, como subsídios à elaboração de projetos de M.D.L. no Estado de M.G.
    • Qualidade da madeira e do carvão vegetal de clones de Eucalyptus pellita para fins energéticos.
    • Propriedades de briquetes produzidos a partir de finos de carvão vegetal aglutinados com adesivo de silicato de sódio;
    • Gerenciamento de Resíduos na APL de Ubá: a briquetagem como alternativa na solução de problemas ambientais proporcionando ganhos econômicos”
    • Florestas energéticas – EMBRAPA
    • Sistema de forno container para produção de carvão vegetal.
  • 3.
    • Fornalha celular como fonte de controle de poluição e geração de energia no processo de carbonização utilizando forno container.
    • Daniel Camara Barcellos. Forno Container para Produção de Carvão Vegetal: desempenho, perfil térmico e controle da poluição. 2002. 89 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestal) - Universidade Federal de Viçosa.
    • Rosalvo Maciel Guimarães Neto. Avaliação técnica e econômica de um forno container em escala industrial. 2005. 51 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestal) - Universidade Federal de Viçosa.
    • Tatiana Arruda Marques. Avaliação de duas rotinas de carbonização em fornos retangulares. 2005. 62 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestal) - Universidade Federal de Viçosa.
    • Daniel Camara Barcellos. Caracterização do carvão vegetal através do uso de espectroscopia no infravermelho próximo. 2007. Dissertação (Doutorado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa.
    • Outros...
  • 4. Desenvolvimento de um sistema de queima de gases na carbonização para geração de energia, como subsídios à elaboração de projetos de M.D.L. no Estado de M.G. Workshop “Integração em C,T&I para o setor florestal com foco no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo – MDL – em Minas Gerais” Belo Horizonte - MG
  • 5.
    • Desenvolvimento de um sistema de queima dos gases da carbonização, de um forno de superfície, que possibilite a geração de energia e a redução da emissão de poluentes tornando o processo de carbonização mais limpo e eficiente do ponto de vista ambiental e tecnológico.
    Objetivo
  • 6. Utilização da madeira para fins energéticos Introdução Madeiras Gaseificação Hidrogenação Carbonização Hidrólise sacarificação Biodigestão Combustão Carvão vegetal Óleo combustível Metanol Madeira combustível Gás metano Etanol
  • 7. Produção de Ferro-gusa “verde” Setor siderúrgico e o carbono
  • 8. O ferro-gusa “verde”
  • 9. Mercado consumidor
  • 10. Fonte: AMS - Anuário, 2007
  • 11. Fonte: AMS - Anuário, 2007
  • 12. Fonte: AMS - Anuário, 2007
  • 13.
    • Brasil: Maior produtor e consumidor de carvão vegetal (produção de ferro gusa, aço, ferro ligas e silício metálico).
    • Na sua maioria a carbonização é feito em fornos de alvenaria que não recuperam os gases gerados no processo.
    • 50% da biomassa lenhosa é convertida em gases (fumaça).
    • A fumaça contem vários poluentes divididos em duas frações. Os compostos orgânicos voláteis (alcatrão e ácido pirolenhoso), e os gases não condensáveis (CO, CO 2 , C n H n e H 2 ).
  • 14. Produção de Carvão vegetal Fornos de alvenaria “Retangulares e rabo-quente” em operação: Poluição: CO, CO 2 , H 2 , CH 4 , hidrocarbonetos gasosos e vapores de alcatrão, metanol, ácido acético e licor pirolenhoso. Somente metano, esses fornos liberam 45 a 50 Kg/t de carvão produzido. Fonte: Pessoa, 2007. Vista da quantidade de fumaça emitida por uma carvoaria
  • 15. Figura 1 - Rendimentos da Carbonização (% B.S.) Fração Condensável ou Licor Pirolenhoso : Ácido Pirolenhoso + Alcatrão
  • 16. Principais Emissões Poluentes do Processo de Carbonização da Madeira
  • 17. Balanço de CO 2 e O 2 no processo de produção de carvão vegetal e produção de ferro-gusa a partir de florestas plantadas Fonte: AMS, 2007 Fonte: AMS, 2006
  • 18. Recursos para Redução de Poluição em Carvoarias
    • Controle do processo
    • Recuperação de Alcatrão
    • Reciclagem e Queima dos Gases
    • Lavadores de gases
    • Bio filtros
    • Precipitadores eletrostáticos
  • 19.
    • A não recuperação dos gases causa significativo impacto no meio ambiente (poluição do ar, das águas e do solo), torna o ambiente de trabalho insalubre e afeta as vizinhanças da planta de carbonização.
    • Dos gases emitidos CO 2 e CH 4 são gases do efeito estufa sendo previsto a redução de suas emissões. O CH 4 pode ser 21X mais danoso a atmosfera que o CO 2 . A queima de biomassa ( lenha, carvão vegetal e bagaço de cana) constituem a principal fonte de emissão do CH 4 na atmosfera.
  • 20.
    • Os gases da carbonização são combustíveis ricos em carbono e hidrogênio que podem liberar grandes quantidades de energia através de uma reação de combustão.
    • A queima eficiente desses gases tornaria o processo de carbonização limpo convertendo todo o carbono orgânico em energia, vapor de H 2 0 e CO 2 .
    • A energia produzida poderia ser utilizado na própria planta de carbonização, na secagem da lenha, melhorando o rendimento e a qualidade do carvão vegetal produzido.
  • 21. Sistema de queima de gases Temperaturas de 1.000 a 1.100 °C, o suficiente para destruir termicamente todos os alcatrões e pirolenhosos, convertendo-os em CO 2 e água. Resultado Eliminação completa dos poluentes da carbonização (fumaça) e aumento do RGC
  • 22. Metodologia
    • Escolha da espécie – Eucalyptus sp .
    • Abate e Secagem;
    • Caracterização da madeira;
    • Construção do forno de carbonização e fornalha para queima dos gases resultantes da carbonização;
    • Análise e quantificação dos Gases;
    • Análise física e química do Carvão vegetal
    • Balanço de massa e energia
    • Cálculo de eficiência da fornalha
    • Análise, tabulação dos dados, tratamento estatístico e Relatório final.
  • 23.
    • Função das propriedades do combustível e da quantidade de energia liberada durante sua queima.
    • Caracterização do combustível será feito a partir dos dados de vazão e constituição dos gases da carbonização
    • (dados coletados na caracterização do forno)
    • Composição da fornalha:
    • - Célula de queima, grelha e cinzeiro para o combustível primário, entradas de ar, ventilador, e saída dos gases.
    Dimensionamento da fornalha
  • 24.
    • Temperatura na câmara de combustão superior a temperatura de ignição do combustível;
    • Mistura adequada de ar – combustível;
    • Tempo de residência dos gases na câmara de combustão.
    Principais parâmetros: O queimador deve ser projetado para assegurar a queima completa dos gases de carbonização Arte: Barcellos, 2007
  • 25. Cenário 1 - Linha base Coleta e análise dos gases
  • 26. Cenário 2 Coleta e análise dos gases Coleta e análise dos gases
  • 27.
    • 4 Carbonizações
    • Amostras por forno = 1 chaminé x 4 amostras/dia x 3 dias = 12 amostras
    • Serão feitos 6 incrementos de 10 minutos para compor 1 amostra. Cada incremento terá de 3 a 5 litros e a amostra 36 a 45 litros. Em função do volume do vasilhame de vidro ou tedlar.
    Amostragem e coleta dos Gases Cenário 1 - Linha base Cenário 2
    • 4 carbonizações
    • Amostras por forno nas primeiras 8 horas da carbonização = 2 amostras
    • Após 8 horas a chaminé será interligada ao duto que levará ao queimador
    • A partir daí teremos amostras na chaminé do queimador :
    • 1 chaminé queimador x 4 amostras/dia = 4 amostras
    • Serão feitos 6 incrementos de 10 minutos para compor 1 amostra. Cada incremento terá de 3 a 5 litros e a amostra 36 a 45 litros. Em função do volume do vasilhame de vidro ou tedlar.
  • 28.
    • Desenvolver um sistema eficiente e de baixo custo para queima dos gases da carbonização.
    • Demonstrar a viabilidade econômica da instalação do queimador em pequenas e medias carvoarias com vista a produção de energia que possa ser utilizada na planta de carbonização.
    • Humanização do trabalho nas carvoarias com a redução da carga de poluentes.
    • Contabilizar a carga de poluentes que deixaram de ser lançados na atmosfera entre eles o CH 4 que pode gerar créditos de carbono.
    • Aproveitamento dos constituintes gasosos combustíveis (condensáveis e não-condensáveis) emitidos durante o processo; Possibilidade de secagem da lenha;
    • Redução da emissão de gases prejudiciais ao meio ambiente.
    • Os custos atuais superiores ao da energia fóssil (carvão mineral) podem ser reduzidos com o aumento do rendimento gravimétrico em carvão.
    Resultados esperados
  • 29. Influencia da umidade no poder calorífico da madeira Umidade da lenha < 30% Tempo de secagem: 60 dias Dimensão, espécie, época do ano e outros Exemplo: 2.050 1950 4.000 80 8.780 1220 10.000 50 15.510 490 16.000 20 20.500 - 20.500 0 PCI (Kj/Kg) (aproximado) Energia para secar (Kj) Energia disponível PCI (Kj/Kg) Umidade (%)
  • 30. Cronograma de atividades x Composição elementar da madeira e carvão x x Processamento dos dados. x x Carbonização – linha base (sem fornalha) x x Análise dos gases x Preparo da madeira para a carbonização com fornalha – umidade, densidade e pesagem. x x Coleta dos gases – Linha base x X X Dimensionamento e Construção da fornalha 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 x - Relatório final x Análise da madeira – DSC, TGA, poder calorífico e composição química x x Análise dos carvões produzidos – DSC, poder calorífico, umidade, densidade e análise química imediata. x x Cálculo de eficiência da fornalha x x Coleta dos gases – Carbonização com fornalha x x Carbonização – (com fornalha) x Preparo da madeira para a carbonização – umidade, densidade e pesagem Meses Atividades
  • 31. SECTES UFV LAPEM Agradecimento Obrigado pela atenção!
  • 32. Fonte: Ferreira, 2007
  • 33. 1746 CO2 990 O2 SALDO FINAL 1586 CO2 684 O2 PRODUÇÃO DE GUSA NO ALTO FORNO 160 CO2 306 O2 PRODUÇÃO DE COQUE kg/ton gusa Kg/ton gusa VALOR EMISSÃO VALOR CAPTAÇÃO 2- COM CARVÃO MINERAL 203 O2 889 CO2 SALDO FINAL 1790 CO2 830 O2 PRODUÇÃO DE GUSA NO ALTO FORNO 963 CO2 729 O2 CARBONIZAÇÃO DA BIOMASSA 1762 O2 3642 CO2 PRODUÇÃO DE BIOMASSA (EUCALIPTO) kg/ton gusa Kg/ton gusa VALOR EMISSÃO VALOR CAPTAÇÃO 1- COM CARVÃO REFLORESTADO Fonte: Sindfer Balanço de O 2 e CO 2 na produção de gusa
  • 34. Fonte : Estudo desenvolvido pelos professores Álvaro Lúcio e Ronaldo Sampaio – sidney dpc. Emissões de CO 2 e Consumo de O 2 nos cenários simulados 2.006 1.810 1.665 1901 1797 1.330 1.208 137 -125 1.048 871 858 1.007 965 727 678 298 117 -400 -200 0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 AF 100% coque AF coque + PCI 160 kg de CM AF coque + GN AF coque + 5% CV AF coque + 10% CV AF coque + PCI 160 kg de CV AF coque + PCI 210 kg de CV AF CV + GN AF 100% CV Kg / t de gusa Emissão de CO2 Consumo de O2

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