AGRENER GD 2010 A produção de Carvão Vegetal na Região Centro Oeste Aspectos da Inovação

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A produção de Carvão Vegetal na

Região Centro Oeste

Aspectos da Inovação

Prof. D. Sc. Daniel Camara Barcellos

daniel‐barcellos@uol.com.b

daniel@renabio.org.br

.

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Roteiro

1 –A produção de carvão no Brasil 2 – A posição do Brasil em termos

de avanços tecnológicos. 3- Apresentação de inúmeras

opções em tecnologia de opções em tecnologia de

produção de carvão vegetal. Das mais rudimentares as mais

d h j avançadas hoje.

4 – Apresentar novas tecnologias complementares;p ;

5 – Apresentar os novos conceitos e desafios a serem

conquistados conquistados.

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Madeira como energia – carvão vegetal

• O Brasil é o País líder no mundo

na utilização do carvão vegetal

ç

g

como termo-redutor na indústria

siderúrgica

O

• O uso de carvão vegetal como

redutor do minério de ferro no

Brasil data de 1 591 em fundições

Brasil data de 1.591 em fundições

artesanais para produzir

ferramentas de uso agrícola na

lô i

colônia .

• O Brasil é o único país no mundo

onde o carvão vegetal tem uma

aplicação industrial considerável.

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Madeira como energia – carvão vegetal

Raio de consumo de carvão vegetal pelas siderúrgicas pelas siderúrgicas em MG

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10 maiores desafios mundiais (próximos 50 anos)

Á Produção de carvão 1 - Água 2 - Energia Produção de carvão. • Processo ineficiente energeticamente (50% perdas) A bi l l id 3 - Alimentos 4 - Meio ambiente • Ambientalmente poluidor Fase de transição

Fase de

5 – Pobreza

6 - Educação _{Produção de carvão está se tornando}

Inovação

ç

7 - Democracia 8 - População

Produção de carvão está se tornando • Eficiente energeticamente

• Ambientalmente correto

• Cada vez mais cobrada da sociedade 8 População

9 - Doenças

10 Terrorismo e Guerra

• Cada vez mais cobrada da sociedade Î Compram junto com o produto algo mais Î Selo verde, condições sociais di di õ t b lhi t di

10 - Terrorismo e Guerra _{dignas, condições trabalhistas dignas,} etc. A sociedade hoje olha além das necessidades básicas.

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Tecnologias de produção de carvão - Tradicional

Todo o desenvolvimento

partiu das tecnologias t di i i d

tradicionais, sendo os fornos circulares de alvenaria ainda a base da produção de carvão vegetal no Brasil

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Inovação Tecnológica ou Avanço tecnológico

O Setor de carvão nos ultimos 10 anos tem

passado por muitas inovações

CRIATIVIDADE é pensar coisas novas, enquanto que INOVAÇÃO é fazer coisas novas e valiosas

INOVAÇÃO é fazer coisas novas e valiosas.

Idéias = Patrimônio da humanidade = Não tem valor Inovação = Tem valor => Valor materializado a partir d idéi

das idéias

Brasil Î Famoso pela criatividade no entanto não é o mais inovador.

Nem sempre a inovação é o resultado da criação de Nem sempre a inovação é o resultado da criação de algo totalmente novo, mas, com muita freqüência, é o resultado da combinação original de coisas já

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Inovação Tecnológica ou Avanço tecnológico

Quem trabalha com inovação tem que ter:

CABEÇAS NAS NUVENS E PÉS NO CHÃO!

Cabeças nas nuvens = pensar como os

Cabeças nas nuvens pensar como os

grandes.

Pé

hã

ã

d id

d

Pés no chão = porque não somos doidos de

levar tudo que pensamos adiante.

A inovação se inicia quando uma tecnologia

está ascendendo e não quando entra em

d

lí i (CURVA S d i

ã !)!!!

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Avanço tecnológico no Mundo

A competitividade está intimamente relacionado com a geração de tecnologias Processos, produtos, equipamentos, etc. todas empresas têm!, p , q p , p

O que é o fator de competição hoje no mundo moderno ? Conhecimento. A diferença entre uma empresa e outra hoje é a geração e o usufruto do CONHECIMENTO.

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Cadeia produtiva

Fl d d i d ti d ã t

Fluxo da cadeia produtiva do carvão vegeta

Evolução/inovação se dá á i l d d i nos vários elos da cadeia.

E a cada nova mudança ocorre interferência acima

e/ou abaixo da cadeia

Conhecimento não se Conhecimento não se

compra, conhecimento se aluga! Porque uma empresa

ã t h i t não tem conhecimento, quem tem conhecimento são as pessoas que fazem parte da empresa!

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Cadeia Produtiva - Novos conceitos

(novos conceitos e novas premissas) Resíduos

Co-geração ( p ) Carbonização de alto rendimento beneficiamento

Sair da caixa

Geração de energia térmica Co geração alto rendimento

Briquetes

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Cadeia Produtiva – Escala específica

325 350 P é Gases Hidro b t II Fase exotérmica Fase endotérmica 250 275 300 325 _Pré-secagem Secagem oxigenados _Hidro carbonetos I carbonetos II 175 200 225 250 rat u ra

combustão dos gases

100 125 150 175 Te m p e g 25 50 75 100

Fluxo da cadeia produtiva do carvão vegetal

0 25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

T (h)

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Tecnologias de produção de carvão – Sistema forçado

Primeiro modelo forno container Década de 80 (Brasil)

Conceito adotado do princípio de Conceito adotado do princípio de carbonização em laboratório: resfriamento acontece fora do equipamento de carbonização e equipamento de carbonização, e exaustão de gases forçados

Pai de inúmeras tecnologias que evoluiram e algumas se encontram hoje no mercado

Forno Container UFV Forno Container UFV Forno Bricarbrás

Forno Isomóvel Forno Isomóvel

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Tecnologias de produção de carvão

2001 - UFV 2001 UFV Surgimento do conceito Incineração de “fumaça” •Tese de Mestrado

• Patente Forno Container •Surgimento do queimador de fumaça denominado na ç época de fornalha de

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Tecnologias de produção de carvão

2004/2005 - UFV Surgimento do conceito Surgimento do conceito Isolamento removível Redução no investimento para aplicações industriais para aplicações industriais. Aproveitamento de energia

para secagem.

Novo Conceito: Novo Conceito: Sincronismo de fornos para otimizar controle de

poluição p ç

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Tecnologias de produção de carvão – Sistemas industriais

Surgiram sistemas com conceitos Surgiram sistemas com conceitos semelhantes ao forno container

desenvolvido na década de 80, porém mais evoluídos .

Forno Rima

Forno JG Metálico

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T

l

i

d

ã d

ã

Tecnologias de produção de carvão

Outras tecnologias comerciais

Tecnologia DPC

Tecnologia Ondatec Novos

Carbonização por microondas Tecnologia Ondatec

Novos Conceitos

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Tecnologias de produção de carvão

Retortas verticais

Sistema de d produção contínua Sistema Lambiotte

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Tecnologias de produção de carvão

Outras tecnologias

g

Si t f ê d l id

Sistema francês desenvolvido com apoio do CIRAD

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Tecnologias de produção de carvão

Fornos Retangulares

g

Modelo tecnológico adotada pelos grandes produtores pelos grandes produtores Inúmeros modelos, com

diferentes capacidades diferentes capacidades

Tecnologia de grande escala t t d lh que tem apresentado melhor

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Tecnologias de produção de carvão - FR

Economia

Economia de escala

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Tecnologias Complementares - Queimadores

•Diversos modelos

•Diferentes potenciais térmicos •Exaustão natural •Exaustão forçada •Materiais especiais Queimadores permitem/permitirão h ganhos: Ambientais Energéticos Econômicos

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Tecnologias Complementares - Recuperadores

C it it l d

Conceito muito explorado na década de 80, porém tem sido pouco explorado atualmente. No entanto tem ainda espaço e mercado com o desenvolvimento de produtos específicos

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Tecnologias Complementares - Resfriamento

Diferencial em PRODUTIVIDADE PRODUTIVIDADE •Sistemas forçados •Sistemas naturais •Conceito gás-ar •Conceito gás-água •Diferentes tomadasDiferentes tomadas

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Tecnologias Complementares - Secagem

Diferencial em RENDIMENTO E PRODUTIVIDADE PRODUTIVIDADE •Artificial • Dentro do forno • Externamente ao forno Secar lenha ≠ Secar madeira • Externamente ao forno •Natural • Sistema de colheita • Procedimentos de extração Secar madeira (serrada)

Secar máximo com

• Procedimentos de extração • Período de estocagem

• Matéria prima (genética) • Matéria prima (processo)

Secar máximo com mínimo de energia

e com mínimo de investimento

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Combinação de tecnologias

Si t d i ã d i t

Sistema de supervisão de equipamentos •Adequação para as condições reais (calor, poeira, pessoal);

Si t d tã d d

Sistemas de gestão adequados:

Rastreabilidade de processo/matéria-prima/produto

Pró imos passos Próximos passos:

• Automação de equipamentos = Fornos, queimadores, resfriadores, secadores, etc. •Integração WEB

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Tecnologias Complementares – Co-geração

S

Seguindo o exemplo das usinas de álcool que produzem:

(álcool e açucar) + energia elétrica

( ç ) g

as UPCs produzirão:

carvão + energia elétrica + outros produtos

Este será um dos FUTUROS

produtos

Este será um dos FUTUROS

das unidades produtoras de

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Tecnologias Complementares – Co-geração

FUTURO FUTURO

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Logística

A logística é uma fator

chave no

desenvolvimento e

(30)

Combinação de tecnologias

(31)

Combinação de tecnologias

1 - A curva de evolução é rápida!

2 A d

t bilid d

fl ibilid d é ESTRATÉGIA

i

2 - A adaptabilidade e flexibilidade é a ESTRATÉGIA mais

segura

3 A inovação tem que fazer sentido!

3 - A inovação tem que fazer sentido!

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C

bi

ã d t

l

i

Combinação de tecnologias

5 – Pule para a próxima curva

p

6 – O projeto tem que ser PROFUNDO, INTELIGENTE,

COMPLETO E ELEGANTE.

(

)

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Outros Desenvolvimentos

Espectroscopia de carvão vegetal

250o_C 300o_C 350o_C

450o_C

400o_C

2007 UFV

2007 - UFV

1ª tese sobre tema

Vários trabalhos em

andamento em outras

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Outros Desenvolvimentos – Identificação de carvão vegetal

por técnicas ópticas

FUTURO: Ferramentas

adequadas ao controle da

ilegalidade e da

corrupção na cadeia

produtiva.

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Outros Desenvolvimentos – Carbonização

sobre pressão

_{Salto em RENDIMENTO}

33%

Î 50%

33% Î 50%

Ganho relativo de mais de 50%

1 MDC

Î 1 5 MDC

1 MDC Î 1,5 MDC

Precisamos :

1 Fonte externa de calor ÎQueimadores 1 - Fonte externa de calor ÎQueimadores 2 - Projetos mecânicos Î Escala maior

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Futuro Promissor - Unidades de produção de carvão vegetal

híbridas

33% de rendimento Carbonização tradicional Secagem Gases C ã Gerados Cogeração 50% d di t Combustão dos gases Energia Térmica Carbonização pressão 50% de rendimento

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Outros Desenvolvimentos – Lignina

60 80 100 m assa (%) _{= α-Celulose} 80 100 m assa (%) 20 40 60 V ariação de m = = = α-Cel.+(NH4)2SO4 1% α-Cel.+(NH4)2SO4 5% α-Cel.+(NH4)2SO4 15% 20 40 60 V ariação de m = Lignina = Lig. = Lig. = Lig + (NH4)2S O4 1% + (NH4)2S O4 5% + (NH4)2S O4 15% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Temperatura (oC) V 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 T emp eratura (oC ) V _{Lig. + (NH}4)2S O4 15%

Fração Produtos Rendim.

Carvão Resíduo Sólido 55

Alcatrão Compostos Fenólicos 15 Salto em

Alcatrão Compostos Fenólicos 15

Liq. Condensado H2O, metanol,

acetona, ac. acético

20 GNC CO, CO2, CH4 10 Total 100 Salto em RENDIMENTO 33-38% Î 55% Total 100

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Outros Desenvolvimentos – Briquetes

Combustíveis sólidos de alta densidade energética Aproveitando de resíduos (Mix): lodo de ETE/ETA. (Mix): lodo de ETE/ETA. Resíduos agrícolas, etc.

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Desafios

1. Desenvolvimento de queimadores mais eficientes

2. Melhoria no potencial de resfriamento dos p “resfriadores”de fornos e uso de técnicas diferenciadas como uso de “agentes

inertizantes” para acelerar o resfriamento inertizantes para acelerar o resfriamento do forno;

3. Desenvolvimento de sistemas de secagem artificial de lenha economicamente viáveis; artificial de lenha economicamente viáveis; 4. Desenvolvimento de técnicas para

melhoria da secagem natural de lenha; 5 I t ã t i ã d i l Î 5. Integração e parametrização de ciclos Î Reduzir interdependência Î Favorecer flexibilização;

6. Aperfeiçoamento dos sistemas de supervisão e gestão (adequação da informatica);

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Desafios

7 Introdução de sistemas de automação em 7. Introdução de sistemas de automação em

fornos, queimadores, secadores, etc. Î

Industrialização real da produção de carvão. 8 Desenvolvimento de um forno industrial

8. Desenvolvimento de um forno industrial pressurizado Î Possibilidade de ganhos expressivos. SISTEMA HÍBRIDO

9 E i d l Î i d

9. Economia de escala Î equipamentos cada vez maiores e com maiores interligações;

10. Aproveitamento total dos resíduos como fonte p de energia: Moinha, casca e resíduos

florestais, fumaça, RSU, etc.

11. Surgimento de plantios (madeira, graminéas, 11. Surgimento de plantios (madeira, graminéas,

etc.) como fonte complementar para co-geração e bicombustíveis sólidos;

12 Intensificação de classificação de madeira: 12. Intensificação de classificação de madeira:

Seja por bitola, por diâmetro, por

ausência/presença de casca, por classe de id d t

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Desafios

13. Intensificação da classificação de carvão para atender as evoluções nos alto fornos; 14 Evolução /otimização da logística de

14. Evolução /otimização da logística de matéria-prima/produto.

15. Desenvolvimento de novas técnicas

espectrométricas na avaliação da qualidade espectrométricas na avaliação da qualidade do carvão e madeira voltados para o setor de produção de carvão;

16. Consolidação de técnicas eficientes para identificação da origem do carvão vegetal; 17. Surgimento de novas metodologias de g g

sequestro de carbono;

18. Produção de eletricidade a partir da fumaça de carbonização

de carbonização.

19. Novos processos e produtos

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Agradecimentos

UNICAMP através ilustríssimo Reitor Fernando Ferreira Costa

Coordenador do AGRENER GD 2010 o ilustríssimo Sr. Luis Augusto

Barbosa Cortez

Toda a comissão organizadora que se empenhou pelo evento

A todos os componentes formados nesta mesa

A todo o público presente

Contato: