Balanço Energético-Ambiental para o Processo Industrial Proposto

O processo industrial proposto tem por objetivo, além do sequestro de carbono promovido pelo crescimento da biomassa, a produção dos biocombustíveis biodiesel (a partir do óleo extraído da biomassa) e biogás (composto principalmente de metano). Para ter uma base de comparação consistente entre os métodos de geração de combustíveis, pode-se trabalhar com todas as vazões de produtos em função de seu conteúdo energético (quantidade de energia que é liberada quando se utiliza o combustível em questão). Encarando o processo industrial proposto como um processo de geração de energia, espera-se que a energia equivalente liberada pelos produtos seja superior à energia gasta para gerar os produtos. Assim, tem-se o conceito de razão de consumo de energia, R, (Tsukahara & Sawayama, 2005):

obtida gasta E E R= , (1)

onde Egasta é a energia total gasta para produzir o combustível e Eobtida é a energia contida no combustível formado. Logo, um processo de obtenção de combustíveis é eficiente, e viável, apenas quando sua razão de consumo de energia é menor que 1.

Para o cálculo da razão de consumo de energia do processo industrial proposto foram quantificados todos os gastos energéticos necessários para sua operação (bombas, agitadores, aquecimento, etc.) e o conteúdo energético dos biocombustíveis produzidos. A potência requerida na centrifugação da biomassa, por exemplo, foi calculada a partir dos dados fornecidos por Molina Grima et al., 2003 (0,9 kWh/m³ para centrífuga Westfalia® tipo nozzle discharge operada para concentrar a biomassa da microalga Scenedesmus). Ainda como exemplificação dos cálculos realizados, a potência requerida no bombeamento foi calculada pela multiplicação entre a vazão requerida e a altura manométrica, considerando eficiência de 80%. A alturamanométrica, por sua vez foi obtida pela estimativa da altura dos tanques e da perda de carga aproximada para as tubulações. As vazões necessárias para os cálculos de consumo energético foram obtidas através do balanço de massa demonstrado na seção 5.3.3.

Os valores obtidos para gastos energéticos e obtenção de energia no sistema estão detalhados nas Tabelas 5.3 e 5.4 a seguir.

93 Tabela 5.3: Consumo de energia no processo industrial proposto

Equipamento/Componente Potência requerida (kJ/s)

Bomba de água para o tq de meio de cultura 7,815 Bomba de meio + biomassa para o filtro prensa 14,279 Bomba de biomassa para o tq. de moagem 0,060 Bomba de biomassa moída para a extração 0,157 Bomba de óleo + hexano o evaporador 0,395 Bomba de hexano para o extrator 0,209 Bomba de hexano para o tq. de estocagem 0,183 Bomba de óleo para o tq de estocagem 0,003 Bomba de biom. desengordurda para a digestão 0,192 Bomba de efluente para o tanque de armazenamento 0,024 Agitador do tanque de meio de cultura 3,400 Agitador do tanque de moagem 3,400 Agitador do tanque de digestão anaeróbia 3,400 Consumo de nitrogênio 397,4 Consumo de fósforo 2,251

Centrífuga 377,3

Compressor de Biogás 7,895 Evaporador de Hexano 245,632 Aquecimento do tanque de digestão 146,909

Total 1210,857

Tabela 5.4: Energia total obtida nos produtos

Produto Vazão Conteúdo energético*** Energia Total obtida (kJ/s)

Óleo *0,0129 kg/s 37900 kJ/kg 489,6 Biogás **0,0474 m³/s 25000 kJ/m³ 1184,3

Total 1673,9

*Considerando 12% de óleo na biomassa seca;

** Considerando que a câmara de digestão da biomassa desengordurada é capaz de gerar 0,5 m³ de biogás

(metano principalmente) para cada 1 kg de biomassa desengordurada (base seca) (Chisti, 2008a);

***Valores obtidos em Chisti (2008a).

Ao contrário do cultivo em escala laboratorial, não foi considerada a necessidade de aquecimento adicional do meio de cultivo na escala industrial. Efluentes gasosos industriais ricos em CO2 usualmente apresentam temperaturas altas (Maeda et al., 1995). Dessa forma a temperatura de cultivo será mantida pelo aquecimento promovido pela própria dispersão do efluente gasoso no meio líquido. Não foi considerada a eventual necessidade de resfriamento da corrente gasosa.

94 Observa-se, pelos valores reportados nas Tabelas 5.3 e 5.4, que a energia contida nos produtos gerados supera em 463 kJ/s a energia gasta para operar o processo, o que resulta em uma razão de consumo de energia igual a 0,73. O processo proposto, portanto, é viável do ponto de vista energético e pode ser utilizado como fonte de biocombustíveis. No balanço energético realizado acima não foram considerados os gastos energéticos para a construção da unidade industrial.

Os processos de produção de biocombustíveis que apresentam razão de consumo de energia menor que 1 podem ser considerados ambientalmente neutros em relação às emissões de CO2, pois apesar de seu processo de queima (liberação da energia acumulada nas moléculas de biocombustível) liberar CO2 para a atmosfera, houve inicialmente um processo de sequestro de CO2 da atmosfera durante o cultivo fotossintético, fechando o ciclo e zerando a emissão líquida de CO2.

A utilização de biocombustíveis é, de maneira indireta, a utilização da energia solar acumulada nas moléculas do organismo fotossintético através da fotossíntese. A queima libera esta energia acumulada e devolve para a atmosfera CO2 que havia sido sequestrado.

5.4 Conclusões

O estudo da análise de viabilidade energético-ambiental da planta de fixação de carbono, com subsequente produção de biocombustíveis, através do cultivo da microalga Aphanothece microscopica Nägeli em fotoperíodo de 12 horas em fotobiorreatores de coluna de bolhas demonstrou que o sistema é capaz de produzir mais energia do que consome durante o processo produtivo. Pode, portanto, ser utilizado como fonte de energia limpa, na qual o ciclo de carbono se completa e não há emissão líquida de CO2 para a atmosfera.

5.5 Agradecimentos

95 5.6 Referências

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