Seminario “Encuentro Regional sobre
Biocombustibles y Energias Renovables”
23 de Abril de 2009, UDELAR, Montevideo, Uruguay
PRODUÇÃO DE CARVÃO
VEGETAL NO BRASIL
Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro
Dept. Engenharia Mecânica da UFMG
O QUE É O CARVÃO VEGETAL
"Resíduo sólido resultante da decomposição térmica da biomassa obtido pelo
aquecimento na ausência de ar (pirólise) a uma temperatura superior a 300°C"
Sua produção vêm desde os primórdios da humanidade, sítios arqueológicos
datam de 20.000 a 30.000 AC.
Como as temperaturas de combustão são altas, permite a fusão de metais.
Graças ao carvão vegetal o homem saiu da idade da pedra (idade do Bronze
3.000 AC) e o uso do fole de ar em 1.200 AC levou ao inicio a idade do Ferro.
CARBONIZAÇÃO
Produtos da Carbonização
Fatores que Influenciam na Carbonização
Fatores que Influenciam na Carbonização
-Temperatura da Carbonização
-Velocidade da Carbonização
-Combustão no Forno de Carbonização
- Tipo de Biomassa
- Composição da Biomassa
- Umidade da Biomassa
- Dimensões da Biomassa (diâmetro, comprimento)
- Tipo de forno
- Perdas Térmicas
- Entrada de Ar
- Tiragem
- Pressão
Fatores que Influenciam na Carbonização
Produtividade:
Velocidade
Quantidade de produto produzida num equipamento
num determinado intervalo de tempo. (ton/mês, m3/mês)
Rendimento:
Economia
Quantidade de produto produzida com uma quantidade
de insumos. (kg carvão/ kg madeira)
ESTATÍSTICAS DE PRODUÇÃO E USO
A produção mundial (2005) foi de 45 milhões de toneladas.
África 50% da produção mundial é voltada para uso doméstico.
Brasil 28% da produção mundial com 90% centrada no uso siderúrgico.
A siderurgia a carvão vegetal é um relevante e tradicional exemplo de
uso industrial de biomassa em larga escala.
Consumo de Biomassa no Brasil
O consumo de biomassa
é crescente,
principalmente no setor
industrial e energético.
Lenha para uso
doméstico e agropecuário
é decrescente.
Participação de
biocombustíveis é
crescente:
Líquido: Etanol – 7,3 milhões de tep
Sólidos: Carvão Vegetal - 6,2 milhões de tep
Lenha Industrial - ~10 milhões de tep
Consumo de Biomassa no Brasil
Produção e Consumo de Carvão Vegetal no Brasil (103 ton)
O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo:
9,420 milhões de toneladas = 38 milhões de m3 = 5,9 Mtep (2006)
US$ 140,00 / ton (Jan 2009) -> US$ 1.318.800.000
Minas Gerais produz 80% do carvão vegetal nacional
Cerca de 50% da Energia Original da Biomassa é perdida na Carbonização
Parte desta energia pode ser recuperada - Carbonização Contínua
Geração de Calor -> Vapor -> Eletricidade
Usos do Carvão Vegetal
Siderurgia mundial vive um grande boom.
A reciclagem de sucata precisa de fontes de ferro virgem, o ferro-gusa
de carvão vegetal é um produto prime devido a sua pureza.
O baixo investimento nos mini alto-fornos e alta produtividade das
florestas de eucalipto garantem alta competitividade do gusa.
Grandes grupos estão investindo principalmente na região de Carajás.
Fontes e Regiões Consumidoras
Por 20 anos a participação de carvão de floresta nativa ficou em 30%.
A partir de 2003 a demanda mundial por ferro-gusa e os altos preços
levaram ao rápido aumento da produção elevando a participação da
floresta nativa para 50%.
Ao preço de R$ 400,00/ton de CV é viável o transporte por 2.000 km.
Preço atual R$ 300,00/ton
Fontes e Regiões Consumidoras
Área e Distribuição de Florestas Plantadas no Brasil
Plantios Anuais em Minas Gerais*
*Incluem áreas de reforma e plantio
Custos de Produção e Competitividade
1
Despesas silvicultura
R$
53,68
R$ 80,00
2
Juros Inv. Floresta (15% aa)
R$
55,20
R$ 70,00
3
Exploração
R$
76,72
R$ 60,00
4
Carbonização
R$
32,64
5
Expedição e frete (500 km)
R$
73,20
6
Impostos
R$
9,16
R$ 50,00
R$ 40,00
R$ 30,00
R$ 20,00
R$ 10,00
7
Outros
R$
36,64
R$ 1
Soma
R$
2
3
4
5
6
7
337,24
Madeira posta na unidade de carbonização é 55% do custo.
Investimento de R$ 4.300/ha são 70% concentrados nos 18 meses iniciais e
colheita aos 7 anos é a razão da alta participação de juros no custo.
Dificuldades para empresas de médio porte.
Frete é fator importante de custo e os preços atuais viabilizam transportes por
2000 km.
A carbonização representa 10% do custo e não tem merecido a atenção
devida dos gestores deste negócio.
Custos de Produção e Competitividade
EVOLUÇÃO DO PREÇO DOS REDUTORES - US$/ton
450,00
400,00
350,00
Preço Coque Fob Japão
300,00
250,00
200,00
15 0 , 0 0
Preço Mercado Carvão Vegetal
posto Usina
10 0 , 0 0
50,00
2004
2005
2006
DEZ
NOV
OUT
SET
AGO
JUL
JUN
MAI
ABR
FEV
MAR
JAN
DEZ
OUT
NOV
SET
AGO
JUL
JUN
MAI
ABR
FEV
MAR
JAN
DEZ
OUT
NOV
SET
AGO
JUL
JUN
MAI
ABR
MAR
FEV
JAN
0,00
Custos de Produção e Competitividade
Biocombustíveis sólidos são imbatíveis em preço para aquecimento industrial.
Preferidos pelas indústria de pequeno e médio porte.
A falta de valorização do conhecimento leva a baixa eficiência de uso.
Perspectivas de Crescimento
A produção nacional de CV
deve dobrar até 2015,
devido aos novos
empreendimentos siderúrgicos
em implantação e ao aumento
de capacidade.
Plantios apresentam
crescimento com ênfase
nos programas de
fomento florestal.
BALANÇO DE CO2 E O2 NA PRODUÇÃO DE AÇO
Fornos de Carbonização
Fornos de Carbonização
Fornos de Carbonização
Forno Mineirinho
FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico 30 ~35%
Fornos de Carbonização
Forno Rabo-Quente
Forma semi-esférica (dificuldade enchimento)
Tiragem direta
Grande numero de tatus e baianas
Forno Mineirinho
Forma cilíndrica -> fácil enchimento
Tiragem inversa -> autocontrole
1 único tatu -> Facilidade controle
1 chaminé -> Recuperação alcatrão
Fornos de Carbonização
CONTROLE DA CARBONIZAÇÃO
CONTROLE TRADICIONAL 200.000 anos de conhecimento
- Cor e cheiro da fumaça
- Volume da fumaça
- Temperatura do forno
Objetivo: Grande produtividade volumétrica: MDC/mês
CONTROLE TECNOLÓGICO
- Medição da massa e umidade (balanço de massa)
- Medição da temperatura
- Garantir condições ótimas de carbonização
- Evitar queima
Objetivo: Grande rendimento em massa: kg carvão / kg madeira seca
Fornos de Carbonização
FAIXA DE RENDIMENTO BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico 30 ~34%
Fornos de Carbonização
FAIXA
DE DPC
RENDIMENTO BASE SECA:
Forno
• Máximo 40%
Carbonização realizada em atmosfera
• Típico 30 ~34%
controlada,
e na ausência de ar.
Não existe a diluição dos produtos
gasosos da carbonização com o
nitrogênio do ar, Os produtos da
carbonização possuem alto poder
calorífico, e são de fácil combustão.
O excedente térmico no processo que
pode ser utilizado em um outro processo.
Sistema roll-on de carga e descarga
Fornos de Carbonização
Retorta
Contínua Acesita
FAIXA
DE RENDIMENTO
BASE SECA:
• Máximo 40%
• Típico
30 ~34%
Retorta
de carbonização
contínua, com
capacidade de 15 t/dia.
Operou de 1987 a 1994.
Local: Turmalina, MG
O tempo total de carbonização 6 horas
e o tempo de resfriamento 3-4 horas.
Fornos de Carbonização
V&MBASE
2009SECA:
FAIXA DE Carboval
RENDIMENTO
• Máximo 40%
• Retorta
Típico 30de
~34%
carbonização
contínua, sistema Lambiotte
Premery.
Local: Paraopeba, MG
Capacidade 7.500 t/ano
Inicio Operação: Abril 2008
Custo: US$ 5.000.000
Sistema de co-geração
Custo: US$ 1.500.000
Fornos de Carbonização
Conclusões
O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo
28% da produção mundial com 90% centrada no uso siderúrgico.
O consumo de carvão vegetal no Brasil é da mesma ordem de grandeza do
consumo de etanol
A siderurgia a carvão vegetal é um relevante e tradicional exemplo de uso
industrial de biomassa em larga escala.
É possível uma maior eficiência na produção de carvão vegetal de qualidade
siderúrgica e recuperação e beneficiamento de subprodutos e com baixo
investimento.
Existe a necessidade de uma forte aceleração de desenvolvimento tecnológico,
devido ao aumento significativo do consumo de biomassa lignosa (lenha e
derivados)
Conclusões
CUSTO DO DESPERDÍCIO
Para uma produção brasileira de 40 milhões de MDC/ano (10 milhões de
toneladas) de carvão vegetal.
 Estimando que 50% desta produção é feita em fornos de alvenaria com
baixo rendimento (25% em peso).
 Uma elevação do rendimento para 34%, significaria uma disponibilidade
adicional de 1,35 milhões ton/ano de carvão vegetal utilizando a mesma
quantidade de madeira.
A falta de conhecimento na cadeia produtiva leva ao desperdício de:
1,35 milhões ton/ano X US$140,00 = US$ 190 milhões/ano
Com tecnologias modernas é possível aproveitar subprodutos:
Alcatrão combustível (2,5 milhões t/ano = 10 milhões de BEP)
10 milhões x US$30/barril = US$ 300 milhões/ano
Muito Obrigado pela Atenção
Paulo Cesar C. Pinheiro
Dept. Engenharia Mecânica da UFMG
LC2 Laboratório de Combustão e Carbonização
Av. Antônio Carlos 6627
31270-901 Belo Horizonte, MG, Brasil
Email: [email protected], [email protected]