EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E IMPACTOS AMBIENTAIS NOS PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE PAPEL

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1.RESUMO

A produção de papel envolve processos, que utilizam recursos, de forma intensiva, como as fibras celulósicas, água e energia, que representam parte substancial dos custos operacionais em uma planta industrial. Em muitas partes do mundo, as plantas industriais têm-se voltado para exploração de fontes alternativas de fibras celulósicas, adoção de sistemas de tratamento de efluentes que inclui o incremento do índice de reciclagem de água, bem como a ênfase na otimização do uso da energia, tendo em vista os seus custos crescentes. Este trabalho apresenta algumas estratégias enfocando a utilização de fibras secundárias, água e energia, para auxiliar plantas a identificar projetos de energia eficientes em custos e contemplem a minimização de impactos ambientais nos processos de produção de papel.

2.INTRODUÇÃO

A fabricação de papel envolve processos, que utilizam recursos, de forma intensiva. Os recursos necessários, como fibras, água e energia, representam parte substancial dos custos operacionais em uma planta industrial. Neste sentido, para que sejam efetivas em custos e competitivas, as plantas produtoras de papel, devem possuir processos que otimizem a utilização de recursos, como as fibras celulósicas, água e energia.

Nos últimos anos, suprimentos de fibras virgens de alta qualidade têm-se tornado cada vez mais caros. Como resultado, plantas em muitas partes do mundo têm-se voltado para exploração de fontes alternativas de fibras, tais como o bambu, o pseudo-caule de banana, serragem e, principalmente, fibras recicladas, também denominadas de fibras secundárias. Do mesmo modo, o uso da água tem-se tornado um ítem importante de custo com a adoção nas plantas, de sistemas de tratamento de efluentes para cumprimento das regulamentações. Um alternativa a maiores e mais dispendiosos sistemas de tratamento é a redução de água fresca, mediante o incremento do índice de reciclagem de água nos sistemas da planta, incluindo, o fechamento dos circuitos de águas de processo. O custo do uso de energia, por sua vez, tem sido outra questão sob

análise. Entretanto, o foco tem sido, com frequência, o de melhorar a eficiência de um determinado setor da planta, atitude, que na maioria das vezes, tem sido a causadora de um maior consumo de energia em outro setor da planta, devido a falta de um enfoque sistêmico, visando a otimização energética e ambiental da planta.

Este trabalho apresenta algumas estratégias enfocando a utilização de fibras secundárias, água e energia, para auxiliar plantas industriais a identificar projetos de energia eficientes em custos e contemplem a minimização de impactos ambientais nos processos de produção de papel.

3.IMPACTOSAMBIENTAISNOSPROCESSOSDEPRODUÇÃODEPAPEL

Os impactos sobre o meio ambiente na produção de papel depende de muitos fatores, como a matéria prima, o método de obtenção da fibra virgem ou reciclada, o processo de branqueamento ou destintamento, dos sistemas de depuração instalados e das necessidades de transporte. Por exemplo, a produção de fibra virgem, gera resinas ácidas altamente tóxicas, resíduos clorados e efluentes gasosos e líquidos contaminados, difícieis de biodegradar, necessitando de tratamento químico e/ou biológico sofisticado para a sua mitigação no âmbito da planta. Entretanto, os principais impactos ambientais ligados a produção de papel são o consumo de água e energia a geração de resíduos, tanto tóxicos quanto inertes, efluentes líquidos e emissões atmosférica.

3.1CONSUMO DE ÁGUA

A fabricação de papel requer grandes quantidades de água, que variam em função das matérias primas e das tecnologias utilizadas. Uma planta moderna de papel reciclado requer 2 toneladas de água por cada tonelada de papel produzido, enquanto uma planta de papel com fibra virgem requer 15 toneladas de água por cada tonelada de papel. Plantas modernas de papel, estão reduzindo o consumo de água com o fechamento dos circuitos de efluentes(GULLICHSEN, 1999).

3.2CONSUMO DE ENERGIA

A indústria de papel é o quinto setor industrial em consumo de energia, com 4 por cento do uso mundial de energia (SPRINGER, 1999). Todavia, este setor, tem um grande potencial para internamente buscar atender sua demanda de energia, através da queima de subprodutos e de instalações de cogeração.

3.3PAPEL RECICLADO FRENTE AO PAPEL DE FIBRA VIRGEM

As vantagens do papel fabricado a partir de fibras secundárias ou recicladas, não são apenas ambientais e representadas pelo não uso de madeira e impactos relacionados com a gestão florestal. A utilização de fibras recuperadas, permite a otimização no uso de recursos com água e energia, bem como reduz a carga contaminante de efluentes, emissões de gases e a quantidade de resíduos sólidos.

No Brasil, o aproveitamento de fibras secundárias, ainda está muito aquém do seu real potencial e de suas reais possibilidades de ganhos econômicos (CORREIA, 1994). A reciclagem de papel no país, restringe-se, quase que exclusivamente ao reaproveitamento de aparas para a produção de papéis de

qualidade inferior, mesmo existindo a nível mundial, uma indústria de reciclagem com tecnologia que possibilita a obtenção de fibra reciclada de qualidade comparável à fibra virgem.

Em termos energéticos, a reciclagem de aparas reduz o consumo de energia em torno de 50%, podendo chegar a 78% quando comparado com o de uma produção equivalente de papel jornal a partir de pasta mecânica de refinador. A cada 12,5 toneladas de aparas recicladas estima-se uma economia de sete barris de petróleo (CORREIA, 1994). Em termos ambientais, a obtenção das fibras a partir de aparas causa um impacto ambiental substancialmente menor, do que aquele onde a fibra celulósica é obtida diretamente da madeira. Este aspecto, pode ficar evidente através do uso da metodologia da Análise de Ciclo de Vida (IIED, 2002) (CETEA, 2002). Apesar dos ganhos líquidos da conversão de aparas em papeis novos, existem algumas dificuldades que necessitam ser superadas, de forma a incrementar está prática no país. De uma forma geral, existe primeiramente desinformação das vantagens desta prática e a ausência de maior poder coercitivo para o incremento da penetração da alternativa de se recuperar materiais via reciclagem e a intensificação do consumo de papéis reciclados. Além disso, é incipiente no país uma estrutura formal que atue fortemente no sentido de se ampliar a oferta de aparas, tanto em face das flutuações da demanda quanto pela falta de maior conscientização dos aparistas e interesse por parte das empresas produtoras de papel e celulose. Não menos grave são as relações entre quem vende e quem compra aparas.

4. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NOS PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE PAPEL

A integração do processo para aquecimento de água com calor secundário recuperado do sistema tem sido utilizada na maioria das plantas de produção de papel. A recuperação de calor secundário permite reduzir o uso de energia témica primária, de custo elevado.

Se uma planta pode melhorar significativamente, tanto a quantidade de calor secundário recuperado como a eficiência com a qual é recuperado mediante a elevação dos níveis de integração do processo, existem oportunidades expressivas de ao mesmo tempo também ganhar benefícios sinérgicos pela redução do uso de água de processo. Se medidas de conservação de água reduzirem o fluxo para a planta de tratamento de água, sem uma redução simultânea no uso de energia térmica primária, a temperatura do efluente aumentará.

Em alguns processos de produção de papel, a recuperação de calor secundário de baixo valor representa uma barreira à redução no uso de água, sendo necessário a utilização de torres de resfriamento, ou outro sistema de resfriamento para eliminar o calor do sistema. Entretanto, deve-se salientar, que equipamentos mais antigos usam mais água ou mais químicos, assim como mais energia que o necessário. Assim, estes equipamentos também podem se constituir em gargalos para aumentos de produção ou limitar melhorias de qualidade ou a possibilidade de fabricar-se produtos com maior valor agregado.

Eficiência energética apenas, não é suficiente para justificar importantes processos de melhorias, mas os objetivos de eficiência deve estar integrados no todo do investimento em projetos de melhoramentos, onde tipicamente adicionam

pouco ao total dos custos do projeto, mas onde podem contribuir significativamente para a redução dos custos de operação.

Outro aspecto interessante é que, em muitas plantas existem inúmeros projetos de baixo dispêndio para melhoria da eficiência energética que podem resultar em substanciais economias de custos, como é caso por exemplo, de especificar bombas, motores e outros equipamentos eficientes por ocasião de reformas. Além disso, é fundamental assegurar-se de que os principais elementos do processo sejam operados da maneira mais eficiente possível, visto que tal procedimento conduz a eficiência energética e a minimização de impactos ambientais.

Pelo exposto, verifica-se que o processo produtivo de papel eficiente energeticamente e ambientalmente, deve ter um enfoque sistêmico, pois melhorias implementadas isoladamente em unidades operacionais podem levar a perdas equivalentes ou maiores em outras áreas da planta.

O ponto de partida para um programa eficaz de eficiência energética tem por premissa fazer um balanço completo de calor e massa da planta industrial. Isto permitirá que seja avaliado, ainda na fase de projeto, o pleno efeito de mudanças futuras ao longo de todo o processo produtivo. As interações entre as unidades de produção são por demais complexas para que sejam negligenciadas, especialmente, em plantas mais antigas, onde novos processos tenham sido incorporados a intervalos regulares. A partir do balanço, tem-se a possibilidade de análise conjunta, modulação e análises localizadas, prevenindo o risco de projetos de eficiência energética duvidosa, simplesmente deslocando o consumo de energia de uma área para outra, sem benefício para a planta como um todo. Com os balanços é possível, atuar-se com o propósito de minimizar simultâneamente tanto o uso de energiqa como o de água.

4.1CALDEIRAS

A eficiência de caldeiras depende do excesso de ar insuflado. Um sistema bem ajustado de controle da combustão da caldeira, com sensores de monóxido de carbono e de óxigênio corretamente calibrados, deveria possibilitar operação com níveis de excesso próximos do ótimo, contribuindo assim para queimas mais eficientes. Outro aspecto a considerar é o conteúdo de água na lenha, causa de redução da eficiência das caldeiras. Com teor de 60 por cento de umidade, 25 por cento da energia disponível no combustível é consumida para evaporar a água. Combustível mais seco também gera menor volume de gases, uma consideração importante para caldeiras que tenham limitações nos exaustores.

A eficiência da caldeira é geralmente melhorada se as superfícies dos trocadores de calor forem mantidas limpas, independentemente do tipo de combustível. Um tratamento adequado da água de caldeira, deverá minimizar a formação de incrustações. A limpeza das superfícies da caldeira pode ser acompanhada mediante o monitoramento da temperatura na saída dos gases de exaustão. Pré-aquecimento de ar de combustão ou água de alimentação, utilizando fluxos de gáses, pode melhorar a eficiência da caldeira, desde que as temperaturas dos gases de exaustão sejam suficientemente altas.

Purgadores de vapor podem ser fonte de perdas energéticas importantes. Um purgador de vapor frio não retornando condensado, enquanto que um purgador aberto pode permitir a passagem de vapor em excesso. Um programa de manutenções rotineiras por render economias apreciáveis. Em planta de utilidades, aumento na taxa de recuperação de condensado significa menor uso de água fria de alimentação na caldeira, o que representa menos químicos para o tratamento de água e menos combustível queimado. Muitos fluxos de condensado são lançados ao esgoto por conterem impurezas e acabam impactando o meio ambiente. Condensado também é perdido quando circuitos de processo são aquecidos com injeção direta de vapor vivo.

4.3BOMBAS E MOTORES

Bombas e motores podem contribuir com economias substanciais desde que otimizados. Bombas e motores de alta eficiência equipados com acionamentos de velocidade variável podem economizar energia perdida em válvulas de regulagem ou de controle, ou em malhas de recirculação.

4.4 COMPRESSORES

Vazamentos de ar comprimido são frequentemente ignorados, embora o tempo de manutenção gasto na sua localização e reparo seja amplamente compensado. São amplas as posssibilidades de se aumentar as oportunidades de economias no aspecto da eficiência em energia, em compressores.

5.CONSIDERAÇÕES FINAIS

Identificação cuidadosa, priorização e seleção de projetos são etapas essenciais para a avaliação bem sucedida da eficiência energética em uma planta de produção de papel. Cada projeto deve considerar também outras prioridades da empresa, tais como o plano de desenvolvimento futuros, objetivos de produção ou qualidade, o impacto nos sistemas de tratamento de efluentes, bem como indicadores padrão de rentabilidade como o Valor Líquido Atual ou a Taxa Interna de Retorno. Melhores índices de produção ou de qualidade dos produtos e uma carga menor do sistema de tratamento de efluentes, podem fazer mais atraente um projeto de eficiência em energia, mesmo que este benefícios não estejam incluídos nos investimento totais. Finalmente, deve-se salientar que economias em custos de energia devidas a projetos de eficiência energética parecem desaparecer depois de meses ou anos, conforme determinado equipamento seja modificado para maior produção ou melhorias da qualidade, daí, a necessidade de um sistema contínuo de monitoramento dos projetos, visando mostrar que as economias continuam existindo e que aumentos aparentes de custos são devido a outros fatores. A identificação de projetos de eficiência energética e ambiental, inclui benchmarking das operações da planta em estudo, vis-a-vis aos padrões observados em plantas similares.

6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CETEA – Centro de Tecnologia de Embalagem, Avaliação de Ciclo de Vida: Princípios e Aplicações, CETEA/CEMPRE, Campinas, 92 pp, 2002.

Correia, P.B., Berni, M.D. e Athayde, M., “Otimização energética e ambiental aplicando processos de reciclagem”, In : Revista O Papel, Ano LV, n.8, Agosto, ABTCP, S.P., Brazil, pp34-39, 1994.

Gullichsen, Johan et Hannu Paulapuro, “Recicled Fiber and Deinking”, In Papermaking Science and Techmology, book 7, Helsinki University of Tecnology, Fapet Oy, Helsinki, Finland, 1999.

IIED, International Institute for Environment and Development, The Sustainable Paper Cycle Second Draft, Londom, UK, pp.20, 2002.

Springer, A .M., Control Ambiental para la Industria de la Pulpa y el Papel, segunda edición, Tappi Press, Atlanta, USA, 1999.