Formas de Conversão da Biomassa em energia

A Biomassa pode ser convertida em energia através de diversas tecnologias, em que se destacam a conversão térmica (Combustão, Gaseificação, Pirólise ou Liquefacção), a conversão biológica (Fermentação ou Digestão) e a mecânica.

Os processos de conversão térmicos são capazes de converter entre 85 e 95% da matéria orgânica com alta eficácia.

A Combustão é a transformação da energia química do combustível em calor por meio de reacções, dos elementos que constituem os combustíveis, com o oxigénio. É a tecnologia de conversão mais difundida comercialmente, usada essencialmente para

os resíduos florestais e agrícolas (cana-de-açúcar, casca de arroz, palha). As caldeiras fornecem vapor e ar quente permitindo a geração de energia eléctrica, uma vez que o vapor faz girar as turbinas, produzindo electricidade. A eficiência destas depende das condições termodinâmicas (temperatura e pressão) do vapor gerado. Pode também ser feita a produção em simultâneo de calor e electricidade, a cogeração. A maior parte da electricidade é gerada tendo como base o Ciclo de Rankine(ciclo de vapor)56.

A Gaseificação é a conversão da biomassa num gás combustível através da oxidação parcial da biomassa a temperaturas elevadas. Esse gás pode ser usado directamente para a produção de calor e electricidade (pelo uso directo em caldeiras) ou pode ser usado para a geração de combustíveis como o metanol, o biogás e o hidrogénio.

O processo de produção de um gás combustível a partir da biomassa inclui três etapas:

• Secagem - a secagem ou retirada da humidade pode ser feita quando a madeira é introduzida no gaseificador, aproveitando-se a temperatura ali existente, contudo a operação com madeira seca é mais eficiente.

• Pirólise ou carbonização - durante a etapa de pirólise formam-se gases, vapor de água, vapor de alcatrão e carvão

• Gaseificação - é liberada a energia necessária ao processo, pela combustão parcial dos produtos da pirólise.

Esta técnica (Gaseificação) oferece inúmeras vantagens:

9 as cinzas e o carbono residual permanecem no gaseificador, diminuindo assim a emissão de partículas;

9 o combustível resultante é mais limpo e, na maioria dos casos, não há necessidade de controlo da poluição;

9 a geração de electricidade pode ser realizada sem a necessidade de um ciclo de vapor;

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O ciclo Rankine é um ciclo a vapor que usa gases resultantes da evaporação de um líquido. Os componentes da instalação são: uma caldeira (onde o líquido é aquecido para mudar de fase), uma turbina (onde o gás realiza trabalho) um condensador (onde o gás retorna à fase líquida) e uma bomba hidráulica (para pressurizar o líquido ao nível da caldeira).

9 é possível obter o gás em fornos projectados para combustíveis fósseis, sem se proceder a modificações nos equipamentos;

9 a utilização de ciclos combinados com gaseificadores e turbinas a gás – sistemas BIG/GT (Biomass Integrated Gaseifier/Gás Turbine57) – permite a conversão da energia química da biomassa em electricidade com eficiência igual ou superior à que é gerada por sistemas convencionais com combustíveis fósseis;

9 elevada eficiência na conversão da biomassa em gás (eficiência superior a 98% - MANIATIS, 2004;12) e elevada eficiência da utilização do calor proveniente da conversão em gás. Estão incluídos sistemas de produção de energia a grande escala – 100MWe58 com Ciclos Combinados e Integrados de Gaseificação, cuja produção de electricidade tem uma eficiência de 45 a 50% (enquanto que por combustão a eficiência é de 25 a 35%); e sistemas de pequena escala – 5MWe, numa eficiência de 30%. Há duas propriedades importantes que determinam a utilização da biomassa para gaseificação nos equipamentos disponíveis: o grau de humidade e o teor de cinzas.

A humidade da biomassa determina o teor de vapor de água no gás produzido, afectando seu poder calorífico inferior. Quanto maior a percentagem de vapor de água, menor a quantidade de energia útil disponível no gás. Podem ocorrer alguns problemas de condensação nas linhas de gás se o teor de vapor for muito elevado. O grau de humidade da biomassa varia entre 10 e 60%, trabalhando-se, normalmente, com teores entre 20 e 30%. Para uma produção contínua e em larga escala de gás é necessário o fornecimento de biomassa com grau de humidade dentro dos parâmetros fixados a fim de garantir o funcionamento adequado das instalações.

A biomassa com alto teor de cinzas não pode ser processada nos gaseificadores hoje disponíveis. As elevadas temperaturas no interior dos equipamentos podem provocar a fusão das cinzas, que se solidificam rapidamente nas secções inferiores e provocam obstruções e entupimentos.

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Neste ciclo a biomassa é gaseificada e o gás combustível gerado é usado para o accionamento de uma turbina a gás acoplada a um gerador eléctrico, produzindo a electricidade. Este é o ciclo com gaseificação mais simples, de menor eficiência e menor custo de investimento. Este ciclo não faz a recuperação de calor para cogeração.

A Pirólise consiste na degradação de materiais orgânicos na ausência de um agente oxidante a elevadas temperaturas (500 a 1000.ºC). Os produtos resultantes da pirólise são gases, líquidos (alcatrão e ácido piro-lenhoso) e carvão vegetal. Ajustando a quantidade de calor fornecida as proporções de bio-combustível sólido, líquido e gasoso podem ser reguladas. Um aquecimento mais rápido produz maiores quantidades de líquido e gás enquanto que um aquecimento mais lento produz maiores quantidades de máteria sólida (carvão).

Os combustíveis líquidos podem ser transportados e armazenados sendo usados para a produção de electricidade e calor através da combustão em caldeiras e turbinas.

A Liquefacção permite a obtenção de combustíveis líquidos através de baixas temperaturas e pressões elevadas. Podem-se conceber combustíveis de elevada qualidade, (superiores aos obtidos pela pirólise) com poder calorífico na ordem dos 8365-9560 Kcal/Kg, e uma eficiência energética de 60 a 70% (ALTENER, 2004).

Relativamente à Fermentação esta consiste na conversão anaeróbia de compostos orgânicos pela acção de microorganismos. No caso da Fermentação alcoólica o substrato orgânico é a sacarose e os produtos resultantes são o etanol e os gás carbónico.

A Digestão Anaeróbica é um processo biológico em que as bactérias, na ausência do ar, convertem a biomassa sólida ou líquida num gás. Esse gás é sobretudo o metano, o qual pode ser usado para a produção de calor e electricidade, ou pode servir de combustível em motores de combustão, em sistemas de cogeração. Os resíduos sólidos e líquidos que são gerados neste processo (Digestão Anaeróbica) podem ser usados como compostos orgânicos e fertilizantes.

Esta técnica permite o aproveitamento energético dos efluentes urbanos e agro- pecuários como fonte energética. Trata-se de uma enorme vantagem que, para além de ser uma alternativa aos combustíveis fósseis, destrói os agentes patogénicos, elimina os riscos de propagação de doenças e de contaminação que os resíduos podem provocar se não forem tratados.