A indústria do cimento consome grande quantidade de energia, sendo que mais da metade de formação de todo o custo direto de produção de uma fábrica refere-se às despesas com combustíveis e energia elétrica (SNIC, 2010). Dessa parcela, entre 20% a 40% corresponde aos combustíveis utilizados (USON et al., 2013).
O consumo energético em uma indústria cimenteira depende do processo utilizado (via úmida ou seca, composição da torre de ciclones, processo de moagem, etc.), a composição química, mineralógica e a umidade das matérias-primas utilizadas, a capacidade de produção, as propriedades dos combustíveis e as condições de operação do forno rotativo.
Conforme EUROPEAN UNION (2013), processos a seco, com pré-aquecedor com multi estágios e pré-calcinador, devem consumir de 2.900 MJ a 3.300 MJ por tonelada de clínquer produzido, configurando uma boa eficiência energética. Já os processos a úmido, bem menos eficientes termicamente, consomem acima de 5.000 MJ/t de clínquer.
Em 2013, a indústria de cimento no Brasil consumiu 5,34 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (tep), correspondente a cerca de 6% do consumo industrial total (EPE, 2015). Entre as fontes de energia utilizadas pelo setor de cimento destacam-se o coque de petróleo, a moinha de carvão vegetal, o carvão mineral, o óleo combustível, a eletricidade e os combustíveis alternativos (coprocessamento de resíduos).
A Figura 2.15 mostra a evolução da representatividade das principais fontes de energia ao longo do tempo no Brasil. Atualmente, o coque de petróleo corresponde a cerca de 70% do consumo, devido principalmente a necessidade de redução de custos a partir da década de 90. O óleo combustível já foi a principal fonte energética, mas a partir da década de 80 começou a sofrer grande queda, até ser muito pouco utilizado nos dias de hoje, assim como o carvão mineral. Os combustíveis alternativos (“outros”) correspondem atualmente a 12% do consumo total. Em alguns países, a matriz energética do setor de cimento pode conter outros combustíveis, como o gás natural.
Figura 2.15: Evolução da representatividade das principais fontes de energia usadas em cimenteiras do Brasil ao longo do tempo.
Fonte: EPE, 2015.
O coque do petróleo, combustível mais utilizado pela indústria do cimento no Brasil, é originado do coqueamento, processamento dos resíduos pesados derivados da destilação do petróleo, que aumenta o rendimento global de uma refinaria em termos de produção de derivados leves e médios. Existem dois tipos de coque: o coque verde e o coque calcinado. Atualmente no Brasil, somente a Petrobrás é responsável pela sua produção (PETROBRAS, 2013, apud SILVA et al., 2014), entretanto um Projeto de Lei que permite a participação de outras empresas no pré-sal, foi aprovado no Senado Federal em fevereiro de 2016 e encaminhado para a Câmara dos Deputados.
Em relação ao óleo combustível, o coque de petróleo apresenta menos riscos de transporte, é transportado à temperatura ambiente, possui menor risco de manuseamento, é menos inflamável, tem menor custo, e possui menor teor de matérias voláteis; e em relação ao carvão mineral, é menos inflamável, possui maior poder calorífico, tem menor custo, possui menor teor de cinzas, e possui menor teor de matérias voláteis (COSTA, 2014). No entanto, o coque de petróleo tem como desvantagens o alto teor de nitrogênio, o que favorece o aumento das emissões de NOx, e o alto teor de enxofre, proporcionando o aumento das emissões de SOx e maior dificuldade de controle do processo.
O carvão vegetal foi muito utilizado pela indústria cimenteira na década de 80 e início da década de 90. Esse combustível, originado do processo de carbonização da lenha, principalmente em fornos de alvenaria, abastece em geral a indústria siderúrgica e praticamente não é utilizado atualmente no setor cimenteiro. Entretanto, o setor consome quantidades significativas do resíduo originado nas etapas de descarga, manuseio e peneiramento do carvão vegetal nas siderúrgicas, denominado moinha de carvão vegetal. Esse resíduo, também chamado de subproduto, tem características semelhantes ao carvão vegetal (MALARD, 2008).
A representatividade do uso de carvão mineral também caiu muito no decorrer dos anos. Esse combustível fóssil é proveniente de depósitos encontrados na superfície ou em grandes profundidades. Ele pode ser dividido em quatro principais classes segundo a quantidade de carbono fixo presente em sua composição: linhito, sub-betuminoso, antracito e betuminoso, sendo este último utilizado na indústria cimenteira, misturado ao coque, tendo em vista que o coque possui maior poder calorífico, é mais fácil de moer e possui baixo conteúdo de cinzas (BELATO, 2013).
No Brasil se consome dois tipos de carvão mineral: o brasileiro e o colombiano. O carvão brasileiro possui baixo teor de enxofre, entretanto apresenta grande formação de cinzas durante a queima, que acaba desvalorizando-o como combustível. O carvão colombiano é considerado de alta qualidade, pois possui um baixo teor de cinzas e de enxofre, sendo este o carvão usado na indústria cimenteira.
O óleo combustível, derivado do petróleo, é principalmente utilizado quando se tem maior exigência para a qualidade do combustível, como em motores de combustão interna. Nos fornos de clínquer do Brasil, é muito pouco usado atualmente. A especificação básica para os óleos combustíveis são a viscosidade, o ponto de fluidez e o teor de enxofre.
A Tabela 2.3 apresenta as principais características dos combustíveis convencionais utilizados na indústria cimenteira.
Tabela 2.3: Principais características dos combustíveis convencionais usados nas cimenteiras. Composição do combustível Coque de petróleo verde1 Coque de petróleo calcinado1 Moinha de carvão vegetal 2 Carvão mineral – Colômbia 1 Óleo Combustível 2 Carbono 91,95 97,46 79,60 78,04 85,9 Hidrogênio 3,63 0,05 4,32 4,85 10,5 Oxigênio 0,89 0,00 7,00 5,05 0,82 Nitrogênio 2,63 1,65 2,03 1,57 0,5 Enxofre 0,79 0,73 0,97 0,93 2,23 Cinzas 0,11 0,11 1,30 8,53 0,05 Umidade 5,1 - 4,80 1,03 - PCI (kJ/kg) 35.946 32.766 19.428 30.936 40.193 1 Fonte: BELATO, 2013
2 Fonte: ASSIS, 2008; MELO et al., 2005.
Em Minas Gerais, o coque de petróleo também é o combustível mais utilizado. A Figura 2.16 mostra a representatividade dos combustíveis utilizados nas dez empresas que realizam coprocessamento, conforme o levantamento realizado por meio do check list e Relatórios de Avaliação de Desempenho Ambiental (RADA).
Figura 2.16: Combustíveis utilizados nos fornos de clínquer no estado de Minas Gerais.
Os combustíveis convencionais, assim como os alternativos, devem ser armazenados observando critérios técnicos. Como exemplo, os combustíveis sólidos com granulometria fina, como a moinha de carvão, devem ser estocados em locais fechados, pois em virtude de seu manuseio e ação dos ventos, têm grande potencial de geração de poeira, situação encontrada em vários empreendimentos do setor. Os combustíveis sólidos granulados devem ser armazenados em área coberta ou em local aberto dotado de sistema de drenagem, e
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os combustíveis líquidos devem ser acondicionados em tanque de aço com sistema de contenção e cobertura.