Universidade Federal do ABC Departamento de Energia
Biomassa
ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA DO CAPIM
ELEFANTE NA PRODUÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL.
Aluno: Sérgio Eduardo Palmiere
Professores: Dr. Adriano Ensinas Dr. Marcelo Modesto Dra. Juliana Toneli Dra. Sílvia Nebra Dra. Ana Neto
São Paulo, 23 de Outubro de 2011
SUMÁRIO
1. RESUMO...3
2. OBJETIVO GERAL...3
3. OBJETIVO ESPECÍFICO...3
4. JUSTIFICATIVA...4
5. METODOLOGIA...4
6. INTRODUÇÃO...5
6.1 Características do Capim-Elefante...6
6.2 Variedades Comuns...8
6.3 Desenvolvimento usando o Capim-Elefante...9
6.4 Termoelétrica Movida a Capim-Elefante...14
6.5 A Eficiência do Capim-Elefante...15
6.6 O Protocolo de Kyoto...16
6.7 Meio ambiente e o Capim-Elefante...17
7. CONCLUSÕES...19
8. ANEXO1...21
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...23
1. RESUMO
O campim-elefante ou Pennisetum Purpureum é uma gramínia natural da África introduzida no Brasil por volta de 1920 como alimento para o gado. Este capim apresenta cerca de 200 variedades genéticas, com características distintas entre sí como rendimento, qualidade, perfilhamento e etc. Estima-se que o teor de carbono apresentado pelo capim-elefante seja na faixa de 42% de matéria seca. As variedades mais comuns encontradas do capim-elefante são o Cameroon, Anão,Mercker, Napier e Híbridos. O capim-elefante apresenta alta taxa de crescimento, com produção entre 45 a 60 toneladas/hectares/ano produzindo algo em torno de 25 unidades de energia para cada uma de origem fóssil consumida em sua produção.
Este trabalho visa apresentar uma análise da viabilidade econômica da aplicação do capim-elefante como fonte de energia de biomassa. Ele apresenta as
características produtivas e técnicas no plantio desta biomassa assim como as vantagens e desvantagens em comparação a outras biomassas mais comuns e difundidas no Brasil a exemplo da cana de açúcar, e a lenha.
Devido a falta de maiores informações técnicas visto que os estudos e tecnologia sobre o capim-elefante estarem apenas começando em nosso país em comparação a outros países que já utilizam esta biomassa há mais tempo, as literaturas
consultadas tem maior teor estrangeiro com consulta a sites nacionais sobre as atuais aplicações desta biomassa.
2. OBJETIVO GERAL
Apresentar o capim-elefante como uma nova fonte de energia de biomassa, somando-se as atuais fontes de biomassa difundidas no Brasil.
3. OBJETIVO ESPECÍFICO
- Apresentar as características técnicas da biomassa do capim- elefante.
- Realizar uma comparação das vantagens e desvantagens do uso do capim-elefante em relação a outras biomassas já utilizadas no Brasil. - Determinar os setores potenciais para a utilização da biomassa do capim-elefante como fonte de energia.
4. JUSTIFICATIVA
De acordo com dados do Balanço Energético Nacional (BEN), a demanda energética no Brasil vem crescendo ao longo do tempo,
acompanhando o PIB e o número de habitantes. O gradual aumento da população e do PIB consequentemente tenderá a requerer uma maior demanda energética. Desde 1997 com a ratificação do protocolo de Kyoto por 170 países foram estipuladas metas de redução da emissão de gases de CO2 na atmosfera visando diminuir o efeito estufa. Isto forçou aos países a buscarem novas fontes energéticas não poluidoras de modo a assegurar seu crescimento econômico sem prejudicar o meio ambiente, numa forma de substituir os derivados do petr óleo e carvão.
Ainda de acordo com o BEN, o Brasil é um país privilegiado em relação ao resto do mundo uma vez que aproximadamente metade da energia consumida no Brasil pro vem de fontes renováveis. Segundo dados do BEN 2009 47,3% da energia gerada no Bras il é renovável, sendo que a cana de açúcar e a lenha respondem por mais da metade deste valor.
Novas fontes energéticas, não poluidoras e economicamente viáveis estão sendo pesquisada de modo a atender as necessidades
produtivas, a biomassa do capim -elefante é uma destas novas
tecnologias ainda em desenvolvimento no Brasil, aparentando ser uma solução viável tanto econômica como ambientalmente. O capim -
elefante não vem substituir as biomassas já usadas, mas sim somar esforços visando o desenvolvimento do Br asil.
5. METODOLOGIA
A metodologia usada neste trabalho consistiu na análise dos dados técnicos existentes a respeito da biomassa do capim -elefante que ainda é rara e sua comparação com outras biomassas já
comprovadas como eficazes. Usou-se como referência neste trabalho os dados do Balanço Energético Nacional, assim como literaturas técnicas estrangeiras onde o uso do capim -elefante já acontece há mais tempo. Foram feitas consultas a diversos sites nacionais de modo a entender-se as atuais utilizações do capim- elefante seja como bicombustível ou servindo como material de queima para geradores térmicos.
6. INTRODUÇÃO
O capim-elefante assim como outras biomassas capta
parcialmente a radiação solar incidente, com 50% do total disponível no comprimento de onda de 400 a 700 nm, numa região chamada de fotossinteticamente ativa. Dependendo do tipo de biomassa a
porcentagem de energia assimilada varia de 1 a 4%.
6CO2 + 6H2O + energia solar => C6H1 2O6 + 6O2
Haverá uma maior ou menor assimilação de energia dependendo da planta ser um vegetal C3 ou C4. Segundo Alcantara e Bufarah
” o capim
elefante é um a gram ínea perene, de hábito de crescim ento cespitoso, atingindo de 3 a 5 metros de altura com colm os eretos dispostos em touceira aberta ou não, os quais são preenchidos por um parênquim a suculento, chegando a 2cm de diâm etro, com e ntrenós de até 20cm, m uito sem elhante à cana-de-açúcar, sendo rico em fibras e indicado na alim entação anim al.Possui rizom as curtos, folhas com inserções alternas, de coloração verde escura ou clara, que podem ser pubescentes ou não, chegando a alcançar 10 cm de largura e 110 cm de com prim ento. As folhas apresentam nervura central larga e brancacenta, bainha lanosa, invaginante, fina e estriada, lígula curta, brancacenta e ciliada. Sua inflorescência é um a panícula prim ária e term inal, sedosa e contraída, ou seja com ram os em form a de espiga, podendo ser solitária ou aparecendo em conjunto no m esm o colm o. A panícula tem em m édia, 15cm de com prim ento, form ada por espiguetas envolvidas por um tufo de cerdas de tam anhos desiguais e de coloração am arelada ou púrp ura. Apresenta abundante lançam ento de perfilhos aéreos e basilares, podendo form ar densas touceiras, apesar de não cobrirem totalmente o solo.”
As gramíneas são altamente adaptáveis ocupando as maiores distribuições geográficas contribuindo como fonte de alimento para os animais herbívoros. A idéia da introdução do capim -elefante no Brasil foi de criar um alimento alternativo em tempo de seca para os animais domésticos. O capim-elefante se adaptou muito bem ao clima
brasileiro, de suas 200 variedades for am escolhidas algumas com
melhor adaptação a cada região brasileira. Devido a baixa necessidade de irrigação do capim-elefante ele se tornou uma biomassa promissora na aplicação em terras degradadas, o que não prejudicaria o uso das
terras agricultáveis para a produção de alimentos. Outra s grandes vantagens do capim-elefante esta é não necessitar de defensivos agrícolas, não existindo registros de pragas que o ataquem e o uso reduzido de fertilizantes.
Figura 1: Plantação de Capim -Elefante
Fonte: Flickr
6.1 Características do Capim-Elefante
Devido a grande quantidade de variedades demorou -se para se identificar qual a mais propícia para cada tipo de região e clima. Após dez anos de estudos a Embrapa Agrobiologia identificou três
variedades do capim elefante (Gramafante, Cameroon Piracicaba e BAG 02) com alta capacidade de produção de biomassa sem o uso de adubo nitrogenado para a produção de biomassa voltada a fins
energéticos, outra vantagem em relação às florestas de eucalipto que necessitam deste tipo de adubo. O capim elefante está entre as
espécies de alta eficiência fotossintética, ou seja, entre aquelas com maior eficiência no aproveitamento de luz. E tratando -se de gramínea tropical, as folhas individuais não saturam mesmo com a radiação máxima de 2000 uE.m-2.s-1 [Jaques, 1990].
O capim elefante apresenta um sistema radicular altamente desenvolvido, contribuindo para o sequestro de carbono C no solo, aumentando o conteúdo de matéria orgânica do solo e auxiliando na diminuição do efeito estufa, pode ndo assim seu plantio gerar
rendimentos por créditos de carbono.
Alcântara e Bufarah resumiram as principais características agronômicas do capim elefante como:
“- Altitude – desde o nível do mar até 2.200 metros, sendo m ais adaptada à altitudes de até 1.500
m etros.
- Temperatura – de 18 a 30 ºC, sendo 24 ºC uma boa tem peratura. Porém é im portante a am plitude dessa tem peratura. Dependendo da variedade, pode suportar o frio e até geadas.
- Precipitação – De 800 a 4.000 mm. Vegeta em regiões quentes e úm idas com precipitação anual de m ais de 1.000 m m , porém o m ais im portante é sua distribuição ao longo do ano, por ser uma forrageira m uito estacionária, onde 70 -80 % de sua produção ocorre na época das chuvas. Possui baixa tolerância à seca, podendo atrave ssar a estação seca com baixa produção se possuir raízes prof undas (bem estabelecida).
- Radiação – Difícil de saturar, mesmo em am bientes com elevada radiação. Possui alta eficiência fotossintética.
- Solo – adapta-se a diferentes tipos de solo, com exceção dos solos m al drenados, com possíveis inundações. É encontrado em barrancas de rios, regiões úm idas e orlas de f loresta. Não f oram observados registros de tolerância à salinidade. - Topografia – pode ser cultivada em terrenos com declives de até 25 % devido ao seu baixo controle da erosão do solo.
- Produção – relatos de produções de 300 toneladas de m atéria verde por hectare são encontrados, m as a m édia nacional encontra -se bem baixo desta.
- Fertilidade – exigente em relação aos nutrientes; e não tolera baixo pH e alum ínio no solo.
- Propagação – por via vegetativa, utilizando-se colm os; poucas sem entes são viáveis, tendo um valor cultural próxim o a 30 %.
- Consórcio – devido à sua agressividade é difícil consorciar-se a legum inosas, porém , quando m antida próxim o aos 60 cm , pode facilitar o estabelecim ento de legum inosas, com o soja, siratro, kudzu, dentre outras.”
A tabela 1 a seguir apresenta uma comparação entre as características técnicas do capim-elefante em relação a outras biomassas (Jenkins 1990).
TABELA 1: Características do Capim-Elefante x Bagaço de Cana
MATERIAL (%)
CAPIM ELEFANTE
BAGAÇO DE CANA
EUCALIPTO CASCA_DE ARROZ
SABUGO DE MILHO
PINHEIRO
CARBONO 41,16 44,8 49 40,96 46,58 49,29
HIDROGÊNIO 5,55 5,35 5,87 4,3 5,87 5,99
OXIGÊNIO 45,91 39,55 43,97 35,86 45,46 44,36
NITROGÊNIO 1,78 0,38 0,3 0,4 0,47 0,06
ENXOFRE - 0,01 0,01 0,02 0,01 0,03
VOLÁTEIS 76,69 73,78 81,42 65,47 80,1 82,54
CINZAS 5,6 9,79 0,72 18,34 1,4 0,3
CARBONO FIXO
17,7 14,95 17,82 16,67 18,54 17,7
PCI (MJ/Kg) 15,12 17,3 19,4 16,1 18,8 20
Fonte: Fontoura 2011
6.2 VARIEDADES COMUNS
Segundo Bogdan (1977), o capim-elefante pode ser dividido em grupos de acordo com a época de seu florescimento, pilosidade, diâmetro do colmo, formato da touceira, largura da folha, número e tipo de perfilhos. Os grupos básicos do capim- elefante de acordo com Carvalho ET all são:
- Grupo Anão: as variedades deste grupo são m ais adaptadas para lâm ina: colm o. Um exem plo é a variedade Mott.
- Grupo Cameroon: apresentam plantas de porte ereto, colm os grossos,
predom inância de perfilhos basilares, folhas largas, florescim ento tardio (m aio a julho) ou ausente, e touceiras densas. Têm -se com o exem plo as variedades Cam eroon, Piracicaba, Vruckwona e Guaçú.
- Grupo M ercker: Caracterizado por apresentar m enor porte, colm os finos, f olhas f inas, m enores e m ais num erosas, e época de florescim ento precoce (m arço a abril). As variedades Mercker, Mercker com um , Mercker Pinda fazem parte deste grupo.
- Grupo Napier: As variedades deste grupo apresentam plantas com colm os grossos, folhas largas, época de florescim ento interm ediaria (abril a m aio) e touceiras abertas. Têm exem plares com o as variedades Napier, Mineiro e Taiwan A -146.
- Grupo dos Híbridos: Resultantes do cruza m ento entre espécies de
Pennisetum , principalm ente P. purpureum e P. am ericanum .
pastejo em função do m enor com prim ento dos entrenós. As plantas desse grupo apresentam porte baixo (1,5 m ) e elevada relação
6.3 Desenvolvimento usando o Capim-Elefante
Cada tipo de biomassa apresenta uma ou mais possibilidades aplicáveis na a produção de energia, de acordo com processos de conversão. Os fatores que influenciam a escolha do tipo de conversão são: o tipo, a qualidade da biomassa, a forma de energia requerida, o uso final, padrões ambientais, aspectos econômicos e as
especificações de projeto.
Os processos de conversão energética da biomassa podem ser classificados em três grupos: processos físicos, termoquímicos e biológicos. Os processos físicos são a densificação e secagem, redução granulométrica e prensagem mecânica. A conversão
termoquímica pode ser dividida em combustão; gaseificação; pirólise e liquefação, enquanto que a conversão biológica divide -se em digestão (produção de biogás) e fermentação (produção de etanol).
Atualmente as biomassas mais utilizadas no país para a produção de energia são o bagaço de cana, o eucalipto e restos de podas de árvores, contudo com os estudos feitos nas aplicações do capim - elefante mostram que este poderá ser aplicado numa grande gama de geração de energia, desde etanol, biodiesel até como carvão vegetal para uso em termoelétricas.
Figura 2: Produtos da Conversão Termoquímica da Biomassa
Fonte: Sales 2007
As aplicações energéticas atuais do capim elefante são:
Combustão Direta
Gaseificação
Carvoejamento
Hidrólise do bagaço (Álcool)
Combustão Direta:
Em termos energéticos o capim elefante é utilizado como carvão vegetal substituto do carvão mineral para a produção de ferro gusa ou como combustível para as caldeiras que movime ntam termoelétricas. Neste caso substituindo o bagaço da cana de açúcar por apresentar melhor eficiência energética.
Para a produção de energia interessa -nos apenas a matéria seca da biomassa. Um dos grandes problemas a respeito disto é que a cada extração o solo se torna mais pobre em termos de fertilização
diminuindo a taxa de produção caso não seja feito uma adubação adequada. Nos casos em que o capim elefante é utilizado como forragem animal, o próprio esterco dos animais serve como uma alternativa à adubação. Já no caso de aplicações energéticas quanto menor for a adubação melhor será a qualidade da matéria seca pois isto reduz a quantidade de sais minerais que geram cinzas
prejudicando as caldeiras. Existem algumas maneiras de se minimizar esta situação, como a utilização do nitrogênio.
O nitrogênio presente no ar melhora a fixação biológica da gramínea, contudo limita -se este fertilizante por exigir grande
quantidade de energia fóssil em sua produção. Isto faz com que seu nível de produtividade seja também reduzido. Outro grande problema quanto ao capim elefante é que ele absorve muita água, 80% de sua constituição ainda verde é de água. Ainda está em estudo a tolerância desta gramínea as longas estiagens do cerrado de modo a se
determinar sua produtividade com menores umidades. Uma das formas de adubação natural está em se usar o sumo extraído do próprio capim - elefante que corresponde a 80% de seu peso numa maneira de
prolongar a fertilidade do solo.
O capim elefante não seca no meio ambiente c omo o eucalipto, porque quando amontoado tende a apodrecer. Para secá -lo deve-se cortá-lo em pequenos pedaços e compactá -lo de modo a também poder armazená-lo e transportá-lo. Queima-se o capim elefante na forma de fardos ou pellets para alimentar caldeira s, sendo altamente
recomendável por possuir menor índice de umidade se comparado ao bagaço da cana de açúcar. A pelletização do capim elefante pode ser feita com a mistura de qualquer serragem de madeira ou vegetais
