Descrição dos processos da rota da palha do arroz

A coleta da palha ainda é o maior desafio para utilizá-la como matéria-prima. A palha precisa ser coletada do campo e compactada em fardos para facilitar seu transporte. A rota da palha de arroz é composta basicamente pelas etapas de coleta da lavoura e transporte da palha até a planta de metanol, sendo subdividida nos estágios denominados: (1) segamento, (2) enleiramento, (3) adensamento, (4) translado dos fardos da lavoura até o centro de carregamento, (5) carregamento e transporte dos fardos até a planta de metanol, (6) armazenamento da biomassa e (7) processamento da biomassa. Na Figura 18 são apresentadas as principais etapas da rota da palha que serão explicadas nas próximas seções.

Figura 18 – Etapas da rota da palha de arroz

4.2.1.1 Caracterização físico-química

As características físico-químicas da palha de arroz dependem de diferentes eventos como o manejo de cultivo da planta, fertilizantes utilizados, condições climáticas, período de colheita e local (SHEN et al.,1998). Nas Tabelas 17, 18 e 19 são apresentados os valores da análise imediata, análise elementar e composição química das cinzas da palha de arroz em base seca cultivada no sul do estado de Santa Catarina11 _{(BAZZO et al., 2011).}

Tabela 17 – Caracterização físico-química da palha de arroz

Análise imediata1 Valor Unidade

Umidade total 7,60 %

Cinza 12,90 %

Matéria volátil 65,70 %

Poder calorífico Inferior 13,57 MJ/kg

Poder calorífico Superior 14,84 MJ/kg

Fonte: Bazzo et al. (2011)

Tabela 18 – Análise elementar da palha de arroz

Análise elementar Valor Unidade

Carbono 39,00 % Hidrogênio 5,33 % Nitrogênio 0,71 % Enxofre total 0,20 % Oxigênio 34,30 % Cloro 0,10 % Flúor 2,00 %

Fonte: Bazzo et al. (2011)

11 _{Não foi encontrada a caracterização físico-química da palha de arroz cultivada no estado do Rio Grande do Sul,}

por conseguinte, foram utilizados os valores da biomassa oriunda do sul do estado catarinense, uma vez que ambos estados possuem manejos de cultivo e condições climáticas semelhantes.

Tabela 19 – Composição química da cinza da palha de arroz

Composição química Valor Unidade

Na2O 0,20 % K2O 10,70 % MgO 1,10 % CaO 5,10 % Fe2O3 0,40 % Al2O3 0,10 % SiO2 79,20 % TiO2 0 % P2O5 1,50 %

Fonte: Bazzo et al. (2011)

A palha de arroz é um material fibroso lignocelulósico típico da maioria dos resíduos agrícolas, no entanto, difere da maioria dos outros resíduos por seu elevado teor de dióxido de silício (SiO2), segundo estudo realizado por Fock et al. (2012).

4.2.1.2 Segamento

No sistema atual da colheita do arroz, a colheitadeira corta a parte superior da planta, remove o cereal e a palha é descarta pela parte traseira da colheitadeira na forma de leiras ou dispersa na lavoura, dependendo da tecnologia utilizada. A fim de aumentar o aproveitamento da biomassa disponível na lavoura, uma operação de corte adicional, denominada segamento é executada na parte inferior da planta, numa altura próxima ao solo. Esta operação é realizada pela segadeira, máquina agrícola composta por uma série de discos rotativos de corte alinhados lado a lado, acoplada a barra de tração de um trator agrícola para tomada de força.

A palha ceifada possui elevado teor de umidade (60% a 70%). Assim, torna-se necessário deixá-la na lavoura por pelo menos 7 dias após o segamento para que a umidade possa ser evaporada, o que certamente depende da incidência de precipitação e umidade do solo (KADAM et al., 2000). O excesso de umidade corresponde a uma massa não aproveitável para o processamento na usina e ainda prejudica o mecanismo do enfardamento, além de aumentar a carga transportada e promover a aceleração da biodegradação por meio de micro-organismos durante seu armazenamento (KADAM et al., 2000; BAZZO et al., 2011).

4.2.1.3 Enleiramento

A biomassa cortada e rejeitada pela colheitadeira é totalmente dispersa na lavoura; para aumentar o rendimento da coleta por área, a operação de enleiramento é realizada por um implemento agrícola tracionado por um trator, chamado de enleiradeira. Este equipamento possui carretéis giratórios que direcionam a palha no mesmo sentido para formação de leiras.

4.2.1.4 Adensamento

O objetivo do adensamento é coletar e enfardar a palha para facilitar o seu manuseio e transporte. A definição da tecnologia de adensamento depende basicamente da distância entre a produção e o consumo da biomassa, o uso de técnicas como briquetagem e peletizacão viabilizam cenários com distâncias elevadas, enquanto o enfardamento favorece cenários com distâncias mais curtas (MICHELAZZO e BRAUNBECK, 2008), em razão disso, essa técnica foi utilizada no modelo deste estudo. Além do mais, segundo Kargbo et al. (2009) e Chou et al. (2009), o método de enfardamento é o de menor custo.

Com as leiras formadas no processo de enleiramento, a palha já pode ser enfardada. Neste processo, a biomassa é recolhida das leiras passando por uma prensa que produz fardos cilíndricos ou retangular de diferentes tamanhos, dependendo do modelo de equipamento utilizado. Neste sistema foi utilizado enfardadoras de grande capacidade, capazes de produzir fardos retangulares de até 400 kg.

4.2.1.5 Translado dos fardos

Os fardos são produzidos e simultaneamente dispersos na lavoura, sendo necessário o seu translado até um local de fácil acesso (centro de carregamento) para os caminhões que realizarão o transporte até a usina de produção de metanol. Essa remoção ocorre por meio de plataformas de carregamento acopladas a tratores agrícolas.

4.2.1.6 Carregamento e transporte dos fardos

O carregamento dos fardos ocorre por meio de tratores acoplados a plataformas de carregamento e o seu transporte até a unidade de armazenamento da usina é realizado através de caminhões.

4.2.1.7 Armazenamento da palha de arroz

O armazenamento dos fardos é necessário para garantir a autonomia da operação da usina de gaseificação durante todo o ano, visto que o período de coleta da palha é limitado ao período da colheita do cereal, compreendida nos meses de fevereiro a maio no Rio Grande do Sul, podendo oscilar em razão das condições climáticas.

Vale ressaltar que o local armazenamento deve possuir boa aeração e baixa umidade para evitar a sua absorção pela matéria prima e condições anaeróbicas que podem favorecer a geração de metano.

4.2.1.8 Processamento da palha de arroz

Os fardos de palha necessitam ser processados antes de alimentar o gaseificador. Segundo Basu (2006), a alimentação de gaseificadores de leito fluidizado deve ser realizada com partículas com granulometria na ordem de 10 mm para alcançar maior eficiência de operação, visto que um dos parâmetros limitante do tempo de gaseificação é a troca de calor da biomassa e o ambiente interno do reator; partículas menores trocam calor mais rapidamente e aceleram a volatilização e a combustão.

Os fardos são descarregados e armazenados numa unidade anexa à usina, onde há boa ventilação e baixa umidade para garantir a inexistência de condições anaeróbicas. O processamento inicia-se pela movimentação dos fardos por meio de uma empilhadeira até as esteiras transportadoras, que os encaminhará ao desenfardador, equipamento que possui a finalidade de soltar e picar a palha para alimentar uma mesa vibratória responsável por eliminar impurezas, como pedras e metais misturados no interior dos fardos, que possam interferir ou deteriorar equipamentos utilizados nas operações seguintes. Na terceira etapa o material é transportado e seco por um sistema pneumático alimentado com ar quente até alcançar a umidade de aproximadamente 12 % (base úmida), teor recomendado para gaseificação da biomassa.

A palha seca é enviada para moinhos capazes de alcançar granulometrias de até 1 mm. A palha moída é conduzida por meio de uma rosca transportadora e elevador de canecas para o silo de armazenamento que possui uma moega com 4 saídas para alimentar a planta (BAZZO et al., 2013). Mais detalhes dos equipamentos utilizados na rota da palha podem ser consultados no Apêndice C.

4.2.2 Escopo do estudo

O escopo do ciclo de vida da palha é constituído pelas etapas de coleta, transporte e processamento da palha, além das etapas de produção e transporte dos principais insumos. No que se refere ao escopo espacial, o estudo foi realizado para aproveitamento da palha proveniente do cultivo de arroz nas proximidades da mina de Candiota, na região da campanha, no sul do estado do Rio Grande do Sul. Em relação ao escopo temporal, os dados são relativos ao sistema de coleta e processamento da palha do ano de 2012, com uma produção média de 4,13 t de biomassa por hora (Restrepo, 2012). Os insumos e emissões referentes a construção de infraestrutura e fabricação de materiais não foram consideradas no escopo do estudo. A unidade funcional definida foi 1 kg de palha de arroz.

Na Figura 19 são apresentados os processos considerados no escopo do ciclo de vida da palha classificados nas fronteiras do sistema direto e indireto, sendo que os processos de geração de eletricidade, produção e transporte do óleo diesel são responsáveis pelas emissões indiretas. Por outro lado, o consumo de óleo diesel nas etapas de coleta e transporte da palha na etapa do processamento são responsáveis pelas emissões diretas.

Figura 19 – Fronteiras do ciclo de vida da palha de arroz