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BRASIL BIOMASSA

TORREFAÇÃO BIOMASSA

TORREFAÇÃO BIOMASSA EENERGÉTICA 

Soluções na área de projetos de torrefação de biomassa florestal, industrial e agroindustrial para produção de energia.As atividades da Brasil Biomassa incluem os serviços especializados em estudos de viabilidade técnica e econômica, do plano estrutural de negócios e do planejamento estratégico para a implantação de uma unidade industrial de torrefação da biomassa com alto poder energético.  Atua também no desenvolvimento dos relatórios técnicos e administrativos necessários para a implantação da unidade com o uso de equipamentos produzidos no Brasil e na Alemanha.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O Brasil possui alto potencial de biomassa florestal, processo industrial da madeira, agrícola e beneficiamento agroindustrial e sucroenergético devido às suas grandes extensões de terra que possibilitam um alto volume de produção. A cadeia produtiva gera uma grande quantidade de resíduos se considerarmos os processos de transformação primário, secundário e terciário que, se não tratados adequadamente, podem gerar diversos problemas ambientais.  O aproveitamento da biomassa, como fonte de energia renovável, pode revelar-se numa oportunidade de valorização do mundo rural, com melhoria da gestão das explorações, na criação de empreendimentos energéticos com o uso dos resíduos tendo em vista o desenvolvimento de um cluster ligado às energias renováveis.   

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A biomassa pode apresentar diferenças consideráveis nas suas características físicas, químicas e morfológicas. Possui uma densidade energética relativamente baixa quando comparada a um combustível fóssil, e por conseguinte para fornecer a mesma energia é inevitável a utilização de uma maior quantidade de biomassa. Existem alguns fatores que dificultam o uso da biomassa como uma fonte de energia e de calor: A biomassa tem um elevado custo de transporte (frete rodoviário e transporte marítimo) e de armazenamento, devido à sua baixa densidade energética e à natureza de absorção da umidade do produto. Tem um poder energético (elevada umidade) baixo (relação aos combustíveis fósseis) são necessários maiores investimentos (compra grande quantidade de matéria-prima) nas instalações industriais.

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A biomassa energética apresenta rotas significativamente diversificadas, com extensa variedade de fontes, que vão desde os resíduos florestais, do processo industrial da madeira, agrícolas, agroindustriais e sucroenergéticos até as culturas dedicadas, com grande quantidade de tecnologias para os processos de conversão, tais como peletização, pirólise, gaseificação, torrefação e combustão. Tais tecnologias têm sido cada vez mais aprimoradas, de modo a explorar ao máximo a eficiência da biomassa como alternativa energética. Diferentes procedimentos têm sido investidos pela Brasil Biomassa Engenharia a fim de melhorar as propriedades físicas da biomassa sólida, dentre os quais os tratamentos mecânicos, tais como a peletização e a briquetagem, que resultam em um produto da biomassa homogêneo e de alta densidade energética.

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Um tratamento aplicado pela Brasil Biomassa Engenharia para o condicionamento da biomassa é a torrefação.  Este utiliza temperaturas mais baixas do que a pirólise e a gaseificação, resultando em um sólido com características energéticas superiores às da biomassa in natura.  

 

Torrefação é um processo industrial que estamos desenvolvendo no Brasil para produzir biocombustíveis sólidos com fluxos de biomassa florestal com de alto grau de eficiência energética. O produto final que estamos produzindo é de alta qualidade energética, com maior valor calórico do que a matéria-prima original, proporcionando benefícios significativos em transporte e logística, movimentação e armazenagem.

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 A torrefação reduz os custos de utilização da biomassa nas usinas de cogeração de energia (evitam despesas de capital adicional de armazenamento e transporte e para o processamento de biomassa residual com alto teor de umidade e baixo poder calorífico).  A torrefação é um tratamento térmico da biomassa que produz um combustível com melhores características energéticas.  A torrefação da biomassa tem um alto poder de energia (calorífico) e uma baixa umidade. Pela torrefação ocorre um aumento energético da biomassa gerando uma economia de transporte e armazenamento bem como uma redução na umidade do produto final para menos de 1,5% com um poder energético próximo ao carvão.  

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Torrefação de biomassa tem três vantagens imediatas sobre a biomassa não tratada: O valor do poder calorífico (energia) aumenta de forma a considerável com o processo industrial de torrefação.

 

A biomassa torrificada é mais fácil para ser triturada em caso de uma industrialização ou compactação na forma de pellets ou briquetes com alta densidade de energia volumétrica (energia por unidade de volume). As propriedades físico-química da biomassa torrificada tais como durabilidade, homogeneidade e comportamento hidrofóbico tem uma melhora considerável enquanto a atividade biológica é fortemente reduzida.  

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As características da biomassa torrificada variam principalmente em função da temperatura e do tempo de processamento.   A padronização das características da biomassa torrificada faz dela um combustível altamente competitivo.  

 

A torrefação é um tratamento térmico a temperaturas relativamente baixas (225 – 300°C) que visa produzir um combustível com maior poder energético pela decomposição das hemiceluloses. A biomassa como um todo começa a sofrer degradação térmica (alteração estrutural além da perda de água) propriamente dita a partir de 180°C com a liberação de dióxido de carbono, ácido acético e alguns compostos fenólicos. 

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A temperatura final e o tempo de reação interferem significativamente nas propriedades mecânicas da madeira.  A diminuição da resistência à compressão está diretamente relacionada ao aumento do tempo e da temperatura do tratamento térmico, sendo que a temperatura é mais influente. Em uma torrefação típica, 70% da massa permanece como produto sólido com 90% da energia inicial e 30% são formados por gases que contêm apenas 10% do conteúdo energético da biomassa. O processo de torrefação apresenta um rendimento gravimétrico médio de 75%, com 55 a 60% de carbono, 5 a 5,5% de hidrogênio, 0,1 a 0,2% de nitrogênio e 35 a 38% de oxigênio na composição elementar. 

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As propriedades do processo industrial que estamos desenvolvendo produzem os seguintes benefícios na utilização em caldeira industrial ou em centrais termoelétricas ou cogeração de energia ou propriamente para as empresas do processamento mecânico da madeira (painel de madeira, compensados, mdf e movelaria) :   Para cada tonelada de biomassa torrificada queimada na caldeira industrial, reduz as emissões de gás carbônico em até 2,4, toneladas gerando um crédito de carbono de US$ 72. A biomassa torrificada pode ser utilizada com o carvão (co-firing) para uma queima industrial. A biomassa torrificada tem uma umidade baixa e não adquire umidade natural podendo ficar num pátio em aberto na unidade industrial. Durante o processo de torrificação os voláteis são removidos eliminando o teor de cinza em caldeira industrial. 

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A biomassa torrificada é neutra em carbono, pois a biomassa é uma energia renovável (sequestro de carbono) durante a fase de crescimento (madeira) e o gás carbono é liberado durante a queima industrial. Diminui as emissões durante a combustão. Apropriado como um combustível ecológico para combustão com a diminuição das emissões de CO2.  O produto final tem uma uniformidade e uma excelente durabilidade. A biomassa torrificada não aumenta a umidade na armazenagem ao contrário da madeira ou do carvão. A biomassa torrificada mantém uma estabilidade energética.  Durante o processo de torrefação é removido os voláteis. Para cada combinação de temperatura e tempo de processamento, pode-se obter produtos de diferentes propriedades que podem ser reproduzidos com alta precisão. A densidade energética e os teores de carbono fixo aumentam quando são incrementados os parâmetros de temperatura e tempo. O rendimento decresce com o aumento da temperatura e o poder calorífico aumenta.   

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A utilização direta de biomassa torrificada em grande escala e em pequena escala de aquecimento industrial, queima em unidade de cogeração e termoelétrica e para o aquecimento doméstico. Utilização no processo de combustão com o carvão para a produção de aço. O alto teor de carbono fixo da madeira torrada apresenta potencialidade para ser aplicada como redutor na indústria metalúrgica.  Num forno para a produção de silício, processo que requer de redutores de alta resistência mecânica, indicaram que a madeira torrada se comportou mais eficiente. Devido ao alto grau de padronização da madeira torrada, o uso gaseificadores facilita a regulação e otimização.  Apesar da madeira torrada possuir menor valor energético específico que o carvão, seu uso é mais conveniente pois a madeira torrada é menos friável o que evita a formação de pó e, portanto, o gás obtido é mais limpo.  

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Pelas características da biomassa torrada esta apresenta-se como um ótimo combustível, tanto em nível industrial como doméstico. O fato de possuir baixas emissões de fumaças durante a combustão, além de poder ser estocada por longos períodos, facilita o uso em churrasqueiras e fornos a lenha. Destacamos algumas aplicações para este produto: como um combustível de uso doméstico por possuir baixas emissões de fumaça durante a combustão, de uso industrial em caldeiras para a produção de vapor, uso como redutor em processos metalúrgicos devido ao seu alto teor de carbono fixo e uso em gaseificadores, pois sua padronização facilita a regulação e a otimização do processo de gaseificação. Em nível industrial a biomassa torrada, pode ser utilizada em grande escala para a produção de eletricidade na queima em caldeiras para a produção de vapor.  Também outra alternativa é o uso na co-combustão com carvão mineral, benefícios ambientais pela redução de emissões de dióxido de enxofre.

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Quem produz biomassa torrificada tem um melhor retorno ao seu investimento pois tem um produto energético com uma densidade menor e uma unidade baixa facilitando o transporte e o armazenamento.

 

Quem consome a biomassa torrificada tem um produto com elevado poder calorífico para geração de energia e um custo baixo em termos de eficiência energética na caldeira industrial e no armazenamento final. Biomassa (pellets) torrificada tem elevado poder energético e um preço mais promissor no mercado (venda como um combustível energético). Esta importante tecnologia está sendo implantada na Alemanha e França e agora no Brasil.

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Temos uma solução de aproveitamento da biomassa do coco verde. Para a biomassa de coco seca, o PCS encontrado foi de 19,30MJ.kg-1, com um aumento de 22,71 MJ.kg-1 para  os resíduos torrificados a 230°C, 22,57 MJ.kg-1 para os  torrificados a 240°C e 22,59 MJ.kg-1 para os torrificados a  250°C. Para a biomassa de coco, foi possível verificar que, de  acordo com o aumento da temperatura de torrefação,  houve a diminuição dos teores de umidade, partindo de  10,22% na biomassa seca para 4,98% na biomassa torrificada a 230°C, 3,29% na torrificada a 240°C e 3,20% na  torrificada a 250°C; e de voláteis, 78,88% na biomassa  seca caindo para 58,83% na torrificada a 230°C, 46,85%  na torrificada a 240°C e 46,17% na torrificada a 250°C.  Observou-se também o aumento dos teores de carbono fixo, indo de 19,84 para 38,4, 48,92 e 49,28% nas biomassas secas e torrificadas a 230, 240 e 250°C, respectivamente; e também do teor de cinzas aumentando de 1,28 para 2,82, 4,23 e 4,56% nas biomassas secas e torrificadas a 230, 240 e 250 °C.

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Temos uma solução de aproveitamento da biomassa do cacau. Para os resíduos de cacau in natura, o PCS estimado foi de 19,12 MJ.kg-1, aumentando para 22,54 MJ.kg-1 para os resíduos torrificados a 230°C, 23,79 MJ.kg-1 para os torrificados a 240°C e 23,24 MJ.kg-1 para os torrificados a 250°C. O comportamento observado na análise imediata da biomassa do cacau foi bastante semelhante ao observado para as fibras de coco. Os teores de voláteis e de umidade diminuíram, o que contribuiu para o aumento do PCS; para voláteis, os valores variaram de 71,14% nos resíduos in natura para 47,59, 41,04 e 40,32% nas biomassas torrificadas a 230, 240 e 250 °C. Os teores de umidade diminuíram consideravelmente, variando de 9,36% nos resíduos secos para 1,46, 1,41 e 1,16% nas biomassas torrificadas a 230, 240 e 250°C, O teor de carbono fixo aumentou de 22,84% na biomassa seca para 42,96, 49,38 e 48,20% nos resíduos torrificados a 230, 240 e 250°C. E o teor de cinzas variou de 6,02% na biomassa in natura para 9,44, 9,58 e 11,48% nos resíduos torrificados a 230, 240 e 250°C.

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Temos uma solução de aproveitamento da biomassa do milho. A palha do milho o PCS foi de 17,05 MJ.kg-1, subindo para 22,70 MJ.kg-1 para os resíduos torrificados a 230°C, 22,89 MJ.kg-1 para os torrificados a 240°C e 23,54 MJ.kg-1 para os torrificados a 250°C. Para os resíduos do milho foi observada a diminuição do teor de umidade, variando este de 9,42% na biomassa seca para 5,28, 3,91 e 3,63% nos resíduos torrificados a 230, 240 e 250 °C. O teor de voláteis também diminuiu, indo de 77,53% na biomassa in natura para 53,89, 53,17 e 50,18% na biomassa torrificada a 230, 240 e 250°C, O teor de carbono fixo aumentou de 14,22% nos resíduos secos para 40,57, 41,43 e 44,55% nos resíduos torrificados a 230, 240 e 250°C. A diminuição dos teores de voláteis e de umidade e o maior teor de carbono fixo de acordo com o aumento da temperatura de torrefação.

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Envolvendo outros tipos de resíduos agrícolas e agroindustriais temos um PCS de 17,54 MJ.kg-1, 16,78 MJ.kg-1, 17,18 MJ.kg-1 e 16,63 MJ.kg-1 para as biomassas in natura de bagaço de cana-de-açúcar, palha da soja, capim elefante e casca de arroz. A utilização de resíduos de trigo e de arroz como biomassa para geração de energia as reações que ocorrem numa temperatura entre 200 e 300 °C são essencialmente: desvolatilização e carbonização da hemicelulose; despolimerização e desvolatilização de uma pequena parte da lignina (amolecimento); despolimerização e desvolatilização de parte da celulose. Como resultado, tem-se um rendimento de 70% de massa, rendimento energético de 90%, poder calorífico 17-19 MJ kg-1 (poder calorífico inferior) para 18-23 MJ kg-1 e com absorção de umidade entre 1 e 6%.

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A Brasil Biomassa desenvolveu um processo industrial de torrefação dos resíduos da indústria de painéis de madeira. A torrefação é uma das técnicas usadas para aumentar a densidade energética de biomassas devido à perda de voláteis de baixo valor energético. O processo de torrefação promove a obtenção de um produto de maior poder calorífico devido a remoção de água e compostos voláteis. A torrefação aumenta o poder de energia, resistência à água e capacidade de retificação de biomassa e torna-o seguro contra a degradação biológica tornando mais fácil e econômica o transporte e armazenagem dos produtos torrado.  A torrefação de biomassa desenvolve-se entre 250/280 °C. A lignina e a celulose também sofrem uma ligeira despolimerização. Biomassa torrificada é considerada como a versão melhorada dos produtos de aglomerados de madeira e uma alternativa ambientalmente amigável para o carvão mineral.  Tradicionalmente o processo de torrefação conserva até 70% da massa original e 90% da energia da biomassa original.  

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No que tange a madeira temos um valor em teste industrial de  21,8 MJ.kg-1 para o PCS da biomassa de eucalipto  torrificada a 240°C. Bem como o valor de 20,3 MJ.kg-1 para o PCS de uma espécie de madeira não tratada e valores entre 20,6 e 27,8 MJ.kg-1 para a mesma madeira torrificada a temperaturas acima de 300°C. Ainda em processo de torrefação do eucalipto temos um PCS entre 17,6 e 22,6 MJ.kg-1 para  a casca de eucalipto das espécies Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna, torrificadas a temperaturas entre 220 e 280°C  e valores entre 20,8 e 23,0 MJ kg-1 para a madeira torrificada em temperatura de 300°C. Avaliamos o efeito do processo de torrefação a temperaturas de  225 a 300 °C em resíduos de pinus onde a biomassa é torrificada a 250 °C,  grande parte do bio-óleo produzido conduz a um menor  teor de ácidos orgânicos, bem como a uma diminuição  do teor de cinzas, demonstrando a importância do processo de torrefação antes de a biomassa ser pirolisada. 

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 Quando a torrefação é associada à peletização temos um biocombustível com alto potencial energético e pode ser usado na própria indústria em caldeiras e geradores de energia. A densidade energética dos pellets de biomassa torrefeita atinge 18 GJ/m3. Embora esta densidade energética seja menor que a do carvão (20,4 GJ/m3), é 20 % mais elevada que a dos pellets comerciais. Assim, a combinação da torrefação com a peletização oferece vantagens significativas quando é considerada a logística da biomassa, como por exemplo uma diminuição da pressão necessária para a densificação e do consumo de energia do processo. O processo de torrefação não apresenta custos adicionais ao processo produtivo de pellets (visto requerer apenas uma adaptação ao sistema de secagem) e apresenta aspectos positivos como o aumento do teor de carbono fixo e aumento do poder calorífico superior. 

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Tecnologia de reator de leito que estamos trabalhando para a torrefação da biomassa. Este sistema inclui um silo de recepção da matéria-prima em estado bruto e com alta umidade que passa por um ciclone para separação do produto e um condensador ao filtro para separar o vapor de água (combustão). 

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Primeira fábrica de 120.000 toneladas de pellets torrados em Portugal. A startup de bioenergia revelou que iniciou a construção de sua primeira planta de produção de pellets torrificados em escala comercial em Valongo, Portugal.  A planta terá capacidade de produção anual de 120.000 toneladas de pellets torrificados e 55.000 toneladas de pellets de madeira industrial. A torrefação terá um papel fundamental no futuro da biomassa para geração de energia. Os pellets torrados queimam de forma mais limpa do que os pellets regulares e podem ser feitos de uma variedade muito maior de matérias-primas de biomassa, como gramíneas e resíduos agrícolas.  Com a torrefação, podemos criar uma nova geração de combustível de biomassa que pode ser produzida de forma sustentável e, ao mesmo tempo, competir em uma base economicamente viável. A torrefação é uma tecnologia promissora que pode afetar significativamente os custos de transporte para as cadeias de fornecimento de pellets de madeira.  O maior poder calorífico dos pellets é peletizado: 21 GJ / ton ou mais. Esta nova tecnologia é um precursor da implantação de novas instalações de produção, inicialmente na Europa e na América.

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BRASIL BIOMASSA E ENERGIA RENOVÁVEL