PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL EM
FORNOS CIRCULARES COM BAIXA
EMISSÃO DE POLUENTES
Camila Soares Braga
Comissão Nacional de Silvicultura e
Agrossilvicultura
Equipe Técnica Responsável
Coordenadora
• Profª Drª Angélica de Cássia Oliveira Carneiro, Departamento de
Engenharia Florestal, Universidade Federal de Viçosa – DEF/ UFV.
Executores
• Artur Queiroz Lana, Engenheiro Florestal, Mestrando em Ciência
Florestal, DEF/ UFV;
• Aylson Costa Oliveira, Engenheiro Florestal, M.Sc., Doutorando em
Ciência Florestal, DEF/ UFV;
• Bárbara Luísa Corradi Pereira, Engenheira Florestal, M.Sc., Doutorando
em Ciência Florestal, DEF/ UFV;
• Thiago Taglialegna Salles, Engenheiro Florestal, M.Sc., Doutorando em
Ciência Florestal, DEF/ UFV.
Sistema fornos-fornalha
• Universidade Federal de Viçosa (UFV);
• Secretaria de Estado de Ciência, Tecnologia e Ensino
Superior de Minas Gerais (SECTES);
• Pólo de Excelência em Florestas;
• Associação das Siderúrgicas para Fomento Florestal
(ASIFLOR).
Carbonização
Matéria
prima
Tecnologia
de
conversão
Carvão
vegetal
Siderúrgicas, cerâmicas, padarias, churrascarias,
cimenteiras, residências
Introdução
Gases NãoCondensáveis (33%)
C
O
N
D
E
N
S
A
D
O
R
Madeira
(1000 kg)
Carvão
Vegetal
(34%)
Licor
Pirolenhoso +
Alcatrão (33%)
Objetivos
• Apresentar a viabilidade técnica do sistema fornosfornalha com baixa emissão de gases poluentes e
elevado rendimento gravimétrico em carvão vegetal;
• Analisar a viabilidade econômica da produção de
carvão vegetal em duas tecnologias de conversão:
sistema fornos-fornalha e fornos do tipo “rabo-quente”
sem sistema de queima de gases.
Sistema fornos-fornalha
 Combustão dos gases da carbonização na
fornalha:
o Redução das emissões de gases
para a atmosfera;
oAproveitamento do calor na
propriedade rural;
o Geração de energia elétrica
(gerador).
Sistema fornos-fornalha
Tabela 1 – Faixas teóricas de temperatura para controle da carbonização no sistema
forno-fornalha, mensuradas na cúpula do forno
Fase
Faixa de
Tempo
Temperatura
Manutenção
I
100-150oC
15-16 horas
II
150-275oC
11-12 horas
Fenômeno
Liberação de vapor de água – secagem da
madeira, fase endotérmica
Degradação das hemiceluloses, aumento da
emissão de gases, fase endotérmica
Degradação da celulose, grande produção de
III
275-400oC
23-24 horas
gases, fase exotérmica. Formação do carvão
vegetal
Redução da emissão de gases, fase exotérmica.
IV
400-450oC
17-18 horas
Aumento da concentração de carbono no
carvão vegetal
Sistema fornos-fornalha
Figura 1 – Planta baixa do sistema fornos-fornalha, com medidas em centímetros.
Sistema fornos-fornalha
Figura 2 – Vista frontal do sistema fornos-fornalha, com medidas em centímetros
Sistema fornos-fornalha
Sistema fornos-fornalha
• Carbonização da madeira
o Utilização de madeira de Eucalyptus spp;
o A carbonização tem duração média de 3 dias;
o O refriamento natural ocorre em 2-3 dias.
Tabela 2 – Rendimento gravimétrico do sistema fornos-fornalha
Carvão Vegetal
Atiço
Finos
33%
8%
3%
Sistema fornos-fornalha
600
0.35
500
0.3
CH4 (%)
Temperatura (ºC)
• Redução do passivo ambiental
400
300
200
0.25
0.15
0.1
100
0.05
0
0
Sem combustão
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Com combustão
Sem combustão
Com combustão
7
6
↓ 89%
CO2 (%)
CO (%)
↓ 95%
0.2
5
↑ 53%
4
3
2
1
0
Sem combustão
Com combustão
Sem combustão
Com combustão
CARDOSO (2010)
Análise Econômica
• A análise econômica de um investimento envolve o
uso de técnicas e critérios de análise que comparam
os custos e as receitas inerentes aos projetos;
• Além das questões técnicas e ambientais, a questão
econômica deve ser considerada quando se deseja
realizar o investimento em determinada tecnologia,
devendo estabelecer qual opção disponível apresenta
maior rentabilidade ao produtor;
Análise Econômica
• Indicadores para análise econômica e financeira
o Horizonte
de
planejamento
de
12
anos,
contemplando dois cortes de madeira de Eucalyptus
aos 6 anos
o Taxa de juros: 7,5% (Taxa Selic – Set/2012)
o
o
o
o
Valor Presente Líquido (VPL)
Valor Anual Equivalente (VAE)
Razão Benefício – Custo (B/C)
Lucratividade
Análise Econômica
• Cenários
o 1 e 3: Após a colheita da madeira, novo plantio.
o 2 e 4: Após a colheita da madeira, condução da brotação.
o Custo da madeira:
o Ano 1-6: R$ 35,18/st
o Anos 7-12: R$ 21,00/st
o Preço de venda do carvão vegetal: R$ 110,00 mdc (08/2012)
Análise Econômica
• Cenários 1 e 2
Tabela 2 - Informações referentes às carbonizações, consumo de madeira e produção
de carvão vegetal dos cenários 1 e 2
Sistema Fornos-
Fornos “Rabo-
fornalha
quente”
Número de fornos
4
5
Rendimento (%)
32,0
25,0
Vida útil (anos)
6
2
Fator de conversão (ST/MDC)
2,2
2,75
Carbonizações mensais
12
15
Consumo mensal de lenha (st)
144
180
Produção mensal de carvão (mdc)
65,45
65,45
Carbonizações anuais
144
180
Consumo anual de lenha (st)
1728
2160
Produção anual de carvão (mdc)
785,4
785,4
Variáveis
Análise Econômica
• Cenários 1 e 2
o Custo de construção do sistema fornos-fornalha: R$ 4390,00
o Custo de construção dos fornos “rabo-quente”: R$ 3850,00
o Custo de manutenção anual: 5% do custo de construção
Análise Econômica
• Cenários 3 e 4
Tabela 3 - Informações referentes às carbonizações, consumo de madeira e produção
de carvão vegetal dos cenários 3 e 4
Sistema Fornos-
Fornos “Rabo-
fornalha
quente”
Número de fornos
8
10
Rendimento (%)
32,0
25,0
Vida útil (anos)
6
2
Fator de conversão (ST/MDC)
2,2
2,75
Carbonizações mensais
24
30
Consumo mensal de lenha (st)
288
360
Produção mensal de carvão (mdc)
131
131
Carbonizações anuais
288
360
Consumo anual de lenha (st)
3.456
4.320
Produção anual de carvão (mdc)
1.571
1.571
Variáveis
Análise Econômica
• Cenários 3 e 4
o Custo de construção do sistema fornos-fornalha:
R$ 8.295,70
o Custo de construção dos fornos “rabo-quente”: R$ 5.700,00
o Custo manutenção de anual: 5% do custo de construção
Análise Econômica
• Área necessária de plantio de Eucalyptus spp.
Tabela 4 – Área de plantio de eucalipto necessária para produção de carvão vegetal
nos cenários propostos
Cenários
Fornos
Sistema
Cenários 1 e 2
Fornos-fornalha
Fornos
“Rabo-quente”
Sistema
Cenários 3 e 4
Fornos-fornalha
Fornos
“Rabo-quente”
Área mensal de
plantio (ha)
Área anual
de plantio
(ha)
Área total de
plantio (ha)
0,6
7,2
43,2
0,75
9,0
54,0
1,2
14,4
86,4
1,5
18,0
108,0
* Densidade média da madeira de eucalipto igual a 450kg/m³ e incremento
médio anual de 31m³/ha/ano, aos 6 anos
VAE
500.00
60.00
400.00
50.00
Thousands
Thousands
VPL (R$)
300.00
200.00
100.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0.00
1
2
3
Cenários
1
4
2
3
Cenários
4
Lucratividade (%)
B/C
50
2
40
1.5
30
1
20
0.5
10
0
0
1
2
3
Cenários
 Sistema Forno Fornalha
4
1
2
3
Cenários
 Forno Rabo Quente
4
Sistema fornos-fornalha
• Recomendações:
o Novos estudos para o redimensionamento da fornalha
e sincronização de fornos;
o Estudos para o aproveitamento da energia térmica
gerada para a secagem da madeira ou fornecimento
de energia elétrica;
o Estudos para determinação do número mínimo e
posicionamento ideal dos cilindros metálicos;
o Novas pesquisas para modelagem de curvas de
carbonização para diferentes condições da madeira.
Considerações Finais
• O sistema fornos-fornalha apresentou maior viabilidade
econômica que os fornos “rabo-quente”, gerando maior
lucro ao produtor de carvão vegetal em todos os
cenários propostos;
• O sistema fornos-fornalha apresenta maior ganho
técnico, devido ao maior rendimento gravimétrico, menor
consumo de madeira e necessidade de menor número
de fornos para uma mesma produção e controle por
temperatura, sem critérios subjetivos;
• Há ainda, o ganho ambiental, devido ao acoplamento
dos fornos a fornalha, reduzindo a emissão de gases
poluentes durante a carbonização da madeira;
Considerações Finais
• A cadeia produtiva está avançando, porém, é necessário
mais investimentos para evolução e consolidação das
melhores técnicas para a produção sustentável do
carvão vegetal;
• É necessário políticas públicas que estimulem o
emprego de tecnologias voltadas para a redução da
emissão de gases de efeito estufa durante a produção
de carvão vegetal;
• É importante considerar a resistência do setor produtivo
na adoção de novas práticas e a necessidade de melhor
capacitação da mão-de-obra.
Obrigada!!
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