PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL EM FORNOS CIRCULARES COM BAIXA EMISSÃO DE POLUENTES

PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL EM FORNOS CIRCULARES COM BAIXA

EMISSÃO DE POLUENTES

Camila Soares BragaComissão 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

CONDENSADOR

Madeira(1000 kg)

Carvão Vegetal (34%)

Gases Não-Condensáveis (33%)

Licor Pirolenhoso + Alcatrão (33%)

Objetivos

• Apresentar a viabilidade técnica do sistema fornos-fornalha 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).


FaseFaixa de

TemperaturaTempo

ManutençãoFenômeno

I 100-150oC 15-16 horasLiberação de vapor de água – secagem da

madeira, fase endotérmica

II 150-275oC 11-12 horasDegradação das hemiceluloses, aumento da

emissão de gases, fase endotérmica

III 275-400oC 23-24 horasDegradação da celulose, grande produção de gases, fase exotérmica. Formação do carvão

vegetal

IV 400-450oC 17-18 horasRedução da emissão de gases, fase exotérmica.

Aumento da concentração de carbono no carvão vegetal

Tabela 1 – Faixas teóricas de temperatura para controle da carbonização no sistema forno-fornalha, mensuradas na cúpula do forno


Figura 1 – Planta baixa do sistema fornos-fornalha, com medidas em centímetros.


Figura 2 – Vista frontal do sistema fornos-fornalha, com medidas em centímetros



• Carbonização da madeira

oUtilização de madeira de Eucalyptus spp;oA carbonização tem duração média de 3 dias;oO refriamento natural ocorre em 2-3 dias.

Carvão Vegetal Atiço Finos33% 8% 3%

Tabela 2 – Rendimento gravimétrico do sistema fornos-fornalha


• Redução do passivo ambiental

Sem combustão Com combustão0

100

200

300

400

500

600

Tem

pera

tura

(ºC)


0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

CH4

(%)


0.20.4

0.60.8

11.21.41.6

CO (%

)


1

2

3

4

5

6

7CO

2 (%

)

CARDOSO (2010)

↓ 95%

↓ 89%↑ 53%

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 Valor Presente Líquido (VPL)o Valor Anual Equivalente (VAE)o Razão Benefício – Custo (B/C)o 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

VariáveisSistema Fornos-

fornalhaFornos “Rabo-

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

Tabela 2 - Informações referentes às carbonizações, consumo de madeira e produção de carvão vegetal dos 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


VariáveisSistema Fornos-

fornalhaFornos “Rabo-

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

Tabela 3 - Informações referentes às carbonizações, consumo de madeira e produção de carvão vegetal dos 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.

Cenários FornosÁrea mensal de

plantio (ha)

Área anual de plantio

(ha)

Área total de plantio (ha)

Cenários 1 e 2

Sistema

Fornos-fornalha0,6 7,2 43,2

Fornos

“Rabo-quente”0,75 9,0 54,0

Cenários 3 e 4

Sistema

Fornos-fornalha1,2 14,4 86,4

Fornos

“Rabo-quente”1,5 18,0 108,0

Tabela 4 – Área de plantio de eucalipto necessária para produção de carvão vegetal nos cenários propostos

* Densidade média da madeira de eucalipto igual a 450kg/m³ e incremento médio anual de 31m³/ha/ano, aos 6 anos

1 2 3 40.00

50,000.00100,000.00150,000.00200,000.00250,000.00300,000.00350,000.00400,000.00450,000.00

VPL (R$)

Cenários

1 2 3 40

0.20.40.60.8

11.21.41.61.8

B/C

Cenários

1 2 3 405

1015202530354045

Lucratividade (%)

Cenários

Sistema Forno Fornalha Forno Rabo Quente

1 2 3 40.00

10,000.0020,000.00

30,000.0040,000.0050,000.00

60,000.00

VAE

Cenários


• Recomendações:

oNovos estudos para o redimensionamento da fornalha e sincronização de fornos;

oEstudos para o aproveitamento da energia térmica gerada para a secagem da madeira ou fornecimento de energia elétrica;

oEstudos para determinação do número mínimo e posicionamento ideal dos cilindros metálicos;

oNovas 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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