Nos três sistemas de recolhimento da palha que foram avaliados, a rota que apresentou o menor consumo de energia foi a colheita integral, no valor de 3,4 litros de óleo diesel por tonelada de palha recolhida e transportada a uma distância média de 30 km da usina, com recolhimento de
50% da palha disponível, podendo chegar a 5,49 L t-1 palha no caso de estar a 50 km da usina. Este consumo representa um consumo 43% inferior ao consumo estimado para a rota de enfardamento e 113% inferior ao consumo da rota por forrageira. Analisando os casos onde é recolhida 50% e 75% da palha do campo, houve uma redução de 40% no consumo específico de energia quando do aumento do recolhimento da palha para 75%.
Considerando o conteúdo energético contido na palha de cana, o consumo de combustível nas operações de recolhimento e transporte representa apenas de 1% a 2% da energia aproveitada, se recolhida a uma distância de até 30 km da usina.
As operações de campo apresentaram maior participação no consumo total, tanto na rota por enfardamento como na rota por forrageira, no entanto a operação de transporte da palha representa a maior parcela no consumo de combustível no caso da rota por colheita integral.
O recolhimento integral da cana e palha não necessita de equipamentos adicionais em campo, ao contrário das outras rotas analisadas, sendo necessária apenas uma maior quantidade de caminhões de transporte devido ao volume adicional ocupado pela palha. Isto significa um aumento de 55% no número de viagens quando é recolhida 50% da palha e um aumento de 90% quando é recolhida 75% da palha disponível.
No entanto, há necessidade de uma estação de limpeza da cana e separação da palha, cuja tecnologia ainda está em desenvolvimento e que consome energia elétrica, estimada da ordem de 69 MJ t-1 de palha para as operações de separação e trituração. Por outro lado, o sistema de recolhimento integral apresenta a vantagem de agregar uma menor quantidade de contaminantes minerais pois a palha recolhida não entra em contacto direto com o solo, ao contrário dos sistemas de enfardamento e forrageira nos quais a palha é primeiramente deixada no solo, para depois sofrer as operações de enleiramento e recolhimento.
Considerando o consumo de energia obtido no recolhimento da palha pela rota de colheita integral, de 1,89 litros de óleo diesel por tonelada de palha, com PCI de 39,0 MJ L-1, temos um consumo de 71,3 MJ, para uma distância típica de 30 km, segundo a Tabela 3.6. Essa energia representa cerca de 1 a 2% da energia aproveitada quando a distância de recolhimento até a usina é até 50 km da usina.
A Tabela 3.9 apresenta uma estimativa da disponibilidade de energia por hectare de área plantada de cana considerando índice de produção de etanol de 80 L t-1 de cana e consumo de 85% do bagaço produzido para a auto-geração de energia térmica e elétrica de uma usina típica no Brasil
(Bizzo et al, 2014). Considerando o poder calorífico inferior e umidades típicas (bagaço 50%, palha
20%), a disponibilidade de energia contida no bagaço de cana por hectare de cana plantada corresponde à 174 GJ ha-1 ano-1 , e a energia disponível em 75% da palha de cana recolhida
corresponde a 182 GJ ha-1 ano-1 , enquanto a energia disponível correspondente ao etanol que pode ser produzido é 151 MJ ha-1 ano-1 a partir da sacarose contida na cana.
Tabela 3.9. Disponibilidade de energia por hectare de área plantada com cana-de-açúcar.
Produto Produtividad e (t. ha-1ano-1) Teor de umidade típica (% b.u) PCI (MJ/kg) Energia térmica disponível (GJ ha-1a-1) Eletricidade excedente (MWh ha-1 a-1) Cana 100 (b.u) - - - - Bagaço consumido na caldeira 10,6 (b,s) 50 6,99 148,1 - Bagaço excedente 1,9 (b,s) 50 6,99 26,6 1,85 50% da palha recolhida 8,0 (b,s) 20 12,15 121,5 8,44 75% da palha recolhida 12,0 (b,s) 20 12,15 182,2 12,65
Etanol Anidro (1a geração) 6,32 1 23,69 151,2 -
Com estas estimativas, fica evidente o grande potencial energético da palha de cana, que suplanta o potencial energético do bagaço e é da mesma ordem de grandeza do etanol que pode ser produzido a partir da cana.
4 CARACTERIZAÇÃO DO BAGAÇO DE CANA E DO SORGO
BIOMASSA COMO COMBUSTÍVEL
Amostras típicas de biomassa foram obtidas em visitas às usinas do Estado de São Paulo, em áreas plantadas e através de fornecedores e institutos de pesquisa. As amostras de bagaço de cana foram obtidas em visita à usina e coletadas diretamente na esteira de alimentação da caldeira em plantação de cana na região de Cosmópolis – S.P. As amostras de folhas verdes e secas de cana foram colhidas diretamente da planta no município de Piracicaba – S.P. Foram recolhidas amostras de palha de cana deixada no solo logo após a colheita mecanizada, tais amostras incluem folhas verdes, folhas secas e pontas em diferentes pontos e camadas na área. As amostras de sorgo biomassa foram obtidas a partir de uma plantação experimental cultivada na região de Piracicaba – S.P. em área de plantio de usina de cana-de-açúcar.
Análise imediata e poder calorífico superior
As amostras das biomassas foram submetidas a secagem e trituração para reduzir sua granulometria e tornar compatível com condições ideais de análise. A análise imediata foi realizada segundo as normas ASTM E-1617-94 e E-1755-01, para determinar os teores de umidade, carbono fixo, voláteis e cinzas do combustível sólido. O procedimento para determinar o poder calorífico superior do resíduo foi realizado segundo a norma ASTM D-2015. Os métodos de cálculo são prontamente disponíveis na literatura básica de combustão.
Análise elementar
A análise elementar foi realizada um analisador 2400 CHN Elemental Analyser, o teor de Enxofre (S) foi realizado por espectrometria de plasma ótico e o teor de Cloro (Cl) foi feito por titulação. A análise elementar da palha de cana e do sorgo biomassa foi realizada no Laboratório de Recursos Analíticos e de Calibração (LRAC) da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, em um analisador Elementar de Carbono, Nitrogênio, Hidrogênio e Enxofre da marca Elementar, modelo: Vario MACRO Cube.
Análise Termogravimétrica
equipamento Netzsch modelo STA-409C, no Laboratório de Análises Térmicas da FEM/Unicamp. As análises de palha de cana e sorgo biomassa foram realizadas no Laboratório de Recursos Analíticos e de Calibração (LRAC) da Faculdade de Engenharia Química – Unicamp, em um Analisador Termogravimétrico (TGA) Marca METTLER TGA/DSC1. Todas as análises foram realizadas em condições de atmosfera oxidante e atmosfera inerte, com taxa de aquecimento de 10 K min-1 e vazão de gás de 60 ml min-1 .
Análise elementar das cinzas
As amostras de biomassas foram submetidas ao procedimento padrão e produzidas segundo a norma ASTM D-1102. As cinzas foram analisadas segundo a norma ASTM D-3682 através de técnica MEV/EDS (Sistema de espectroscopia por dispersão de energia em raio X) em microscópio eletrônico FEI Inspect F50 – High Resolution SEM.