UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
FLORESTAL - LAPEM
36.570-000 – VIÇOSA – MG - BRASIL
(Texto oferecido ao CGEE em 20/5/2014 pela profa. Angélica de Cássia (UFV),
por ocasião do Seminário “Modernização da Produção de Carvão Vegetal”; postado aos participantes do Seminário por Elyas Medeiros,
emedeiros@cgee.org.br, assessor do CGEE e coordenador da ação em contrato administrativo para a SDP/MDIC.)
Pensamento estratégico – Percepções/Visão
Por: Angélica de Cássia Oliveira Carneiro - UFV
O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal industrial para abastecimento siderúrgico, logo é evidente que a expressividade dos números envolvidos na produção e consumo de carvão refletem-se por sua vez seu problema, apesar dos avanços obtidos nos últimos anos. Os dois grandes problemas envolvidos com o carvão vegetal ligam-se à questão da tecnologia empregada na sua produção, e a matéria-prima que lhe deu origem.
A qualidade da madeira é um fator de extrema importância quando o objetivo é a produção de carvão vegetal com alto rendimento e baixo custo, tendo influência direta no rendimento e nas propriedades do carvão vegetal. Vários materiais genéticos de eucalipto estão sendo desenvolvidos com características voltadas para atendimento ao setor de carvão, além do protocolo/pacto de sustentabilidade proposto por alguns estados/entidades e assinado por algumas empresas, o que provocará uma redução drástica no consumo de madeira nativa para tal finalidade. No entanto, vale salientar que a burocracia e onerosidade do sistema para implantação e comercialização das florestas de produção são entraves para sustentabilidade da cadeia.
Quanto à tecnologia de produção, atualmente, o carvão vegetal produzido no Brasil é proveniente dos seguintes tipos de fornos: “Rabo-quente”; encosta, circulares (3,5 m, 5m e 7 m de diâmetro) e por fim os fornos retangulares, sendo esse último utilizado principalmente pelas empresas. Alguns fornos metálicos, com tecnologia nacional, a exemplo dos fornos container, DPC e micro ondas, surgiram nos últimos anos, com conceitos e concepção bastante interessante sob a ótica da sustentabilidade. Infelizmente, até o momento não se tem plantas industriais
destas tecnologias em pleno funcionamento no Brasil, de modo, a permitir estudos de viabilidade técnica e econômica consistente em comparação com as atuais tecnologias de produção, que comprovem ganhos com adoção das mesmas. Outra tecnologia que se tem para a produção de carvão vegetal é o processo contínuo, sendo que apenas uma empresa no Brasil a está testando. Essa, também, sem resultados divulgados até o momento.
Logo, o que se tem em termos de produção de carvão vegetal no Brasil é um cenário onde a grande maioria dos produtores utiliza baixo grau de tecnologia para conversão da madeira em carvão vegetal, ocasionando baixo rendimento, além de não apresentarem controle das emissões atmosféricas, causando impactos econômicos, sociais e ambientais. Vale salientar que algumas empresas buscando minimizar esses impactos estão investindo na melhoria constante dos fornos retangulares, principalmente, com desenvolvimento de periféricos para aumentar a produtividade, reduzir as emissões atmosféricas, instrumentação para controle de processo, além de materiais construtivos, dentre outros. Quanto à produção em pequena e média escala, os principais avanços foram no incentivo do controle da carbonização por instrumentação (pirômetro), melhoria dos fornos circulares (dimensão e material construtivo) permitindo a semi-mecanização e um repensar por parte dos produtores quanto à instalação de fornos “rabo-quente”.
Neste sentido, motivados por solucionar os problemas da cadeia produtiva, o setor produtor e consumidor de carvão vegetal juntamente com o governo, vem buscando alternativas para minimizar esses impactos e assegurar a competitividade do carvão vegetal perante o carvão mineral, fortalecendo a indústria, contribuindo para o meio ambiente e desenvolvimento econômico e social dos estados.
No âmbito das inovações tecnológicas em desenvolvimento, atualmente, destacam-se o uso de queimadores de gases acoplados aos fornos para redução das emissões nocivas ao meio ambiente e ao homem e geração de energia térmica/elétrica, trocadores de calor para recuperação dos gases condensáveis, resfriadores artificiais para aumento da produtividade das unidades produtoras de carvão, uso de secadores artificiais utilizando a energia térmica gerada pelos queimadores, aumentando o rendimento gravimétrico e, consequentemente, reduzindo o consumo de florestas em função do menor consumo de madeira para conversão em carvão vegetal. A energia disponibilizada pelos queimadores também podem ser aproveitada para geração de energia elétrica para ser utilizada na própria unidade produtora de carvão ou até mesmo distribuída na rede elétrica. No entanto, reconhece-se que essas tecnologias, assim como os fornos metálicos, até o momento não conseguiram atingir a cadeia produtiva de forma consistente e abrangente devido a uma grande carência de conhecimento por parte da sociedade e do setor produtivo sobre as viabilidades econômicas, ambientais e técnicas de desenvolvimento e implantação destas tecnologias, necessitando em caráter emergencial de pesquisas que validam e melhoram estes
sistemas ou, até mesmo, desenvolvam outros, bem como a capacitação dos produtores nestas tecnologias. Vale salientar que estas pesquisas têm sua importância e interesse à medida que auxiliam a comunidade na tomada de decisão do investimento e políticas publicas para a sustentabilidade, tornando-se imprescindíveis estudos nesta linha de conhecimento para aumentar e garantir a competitividade da siderurgia nacional. Ressalva-se que essas pesquisas precisam de investimentos e levantamento de informações “in loco”, além dos estudos teóricos dos mesmos.
Sendo assim, a geração de tecnologias que maximizem a eficiência do uso da lenha para processos de conversão energética é de grande importância quando se tem em vista o uso mais racional dos recursos florestais. Todas as estratégias que resultem em aumento na eficiência da produção de carvão vegetal, além de alternativas econômicas, representam benefícios ambientais por incentivar a recuperação da fumaça, eliminando o impacto social e ambiental por ela causado. Logo, entende-se que para analisar comparativamente as diferentes tecnologias de carbonização e recuperação de subprodutos disponíveis no mercado, alguns parâmetros devem ser levantados para dar consistência e confiabilidade ao estudo, para posteriormente nortear ações junto ao governo para crescimento do setor.
Assim, como estratégia de ação para atendimento ao setor, sugere a realização das seguintes atividades contemplando estudos teóricos e práticos: Realizar um levantamento dos sistemas de produção de carvão vegetal
disponível no Brasil e mundo (Alvenaria e Metálico) para atendimento a pequena, média e grande escala;
Realizar um levantamento qualitativo e quantitativo “real” dos diferentes fornos utilizados no Brasil;
Distribuição geográfica da produção de carvão vegetal e a tecnologia empregada (Grau de tecnologia de produção/região);
Comparar tecnicamente os sistemas de produção em função do grau de mecanização, controle de processo, durabilidade/manutenção dos fornos, ciclo de carbonização, e rendimento/qualidade do produto, dentre outros parâmetros; Realizar uma análise econômica e financeira das diferentes tecnologias de produção de carvão para pequena, média e grande escala: Obter o custo final da tonelada de carvão vegetal por tecnologia e cenário;
Realizar uma análise técnica e econômica do uso de queimadores de gases e recuperadores de gases condensáveis para pequenos, médios e grandes produtores de carvão vegetal;
Comparar ambientalmente e socialmente as tecnologias de produção de carvão vegetal no Brasil, bem como gerar um balanço consistente de emissões pelas duas rotas de produção de gusa/aço levando em consideração os queimadores e/ou recuperadores de gases;
Realizar um estudo de economia de escala de produção de carvão vegetal em função da tecnologia a ser empregada: Obter a relação custo/benefício.
Descrever o estado da arte de desenvolvimento dos principais periféricos (tecnologias) utilizados/pesquisados pelos grandes produtores de carvão vegetal no Brasil - Secagem artificial da madeira, resfriadores artificiais de forno, geração de energia elétrica e queimadores.
Outro ponto relevante é a baixa conversão da madeira em carvão vegetal, e acredita-se a capacitação/treinamento seja um ponto crucial para aumentar os atuais índices de rendimento em curto prazo, pois como o processo ainda é muito empírico, falta conhecimento do processo/operação, bem como o manejo da madeira, pois a eficiência de conversão e a qualidade do produto estão fortemente ligadas à matéria-prima e ao processo de produção de carvão vegetal. Além disso, existe uma dificuldade muito grande de se obter os fatores de conversão precisos, principalmente em função das unidades de medida, seja volumétrica ou gravimétrica. Logo, para se obter um diagnóstico de conversão “real” para as soluções existentes no mercado e apontar as necessidades de desenvolvimento tecnológico, faz-se necessário levantar os seguintes parâmetros:
Realizar um levantamento das principais matérias primas utilizadas para produção de carvão vegetal no Brasil e suas propriedades;
Realizar um estudo de conversão: Tipo de Forno x matéria prima; Forno x controle de processo (cor dos gases (empírico), pirômetro, supervisório, pirometria avançada e outros);
Realizar estudo de conversão: tipo de forno; umidade da madeira, e controle de processo. Saliento que a umidade da madeira é um dos principais “vilão” da baixa conversão.
Realizar levantamento de ciclo de produção: tonelada de carvão/mês.
Realizar estudo de unidades de medidas de conversão: Estéreo, Metro Cúbico, Metro de Carvão, Tonelada de Madeira, Tonelada de Carvão vegetal. Relacionar as vantagens e desvantagens, bem como a precisão de medida e custo. Lembrete: O método gravimétrico é mais preciso, porém, principalmente, pequenos e médios produtores não têm balança, e a unidade continua sendo a volumétrica.
Finos de carvão vegetal: Redução nas fontes geradoras é o primeiro passo; Oportunidades com os volumes gerados;
Necessidade de estudos imediatos: Capacitação e treinamento de produtores: formação de multiplicadores, linha de créditos para pequenos produtores, proposta de fornos melhores, baixo custo e melhor relação de conversão madeira em carvão.
Abaixo seguem de forma sumarizada as perspectivas de P&D e ações estratégicas para buscar a sustentabilidade, competitividade e modernização do setor de carvão vegetal no Brasil, buscando, principalmente, produtividade dos fornos, aumento de rendimento gravimétrico, maximização do uso da madeira, redução do custo final do carvão vegetal, redução do ciclo de carbonização, redução das emissões atmosféricas e melhores condições de trabalho.
1) Queimadores de gases
- Material construtivo, dimensionamento, arquitetura; - Transporte dos gases e Sincronismo dos fornos;
- Manutenção da temperatura de chama no interior do queimador. 2) Curvas de carbonização e aprimoramento dos sistemas supervisórios 3) Sistema de resfriamento
- Trocadores de calor: Dimensionamento, distribuição do fluxo, E.Elétrica, Foco de fogo.
- Resfriamento pelo piso: Validação do sistema e dimensionamento 4) Secagem artificial: secadores x secagem dentro do forno
- Aspectos técnicos e econômicos;
- Distribuição dos gases e heterogeneidade da secagem 5) Secagem em campo
- Disposição e arranjo das pilhas de madeira para secagem
- Consolidação dos estudos de secagem e carbonização por classe de diâmetro
- Viabilidade do uso de diâmetros ideais: secagem x RG x qualidade cv x transporte x manuseio x custos.
- Maquinários para novos sistemas de disposição da madeira no campo. 6) Fornos
- Consolidar as pesquisas em materiais construtivos e de revestimento - Consolidar formas de admissão de ar e tiragem dos gases
- Mecanismos para redução de foco de fogo 7) Automação
- Estudo do controle de admissão de ar por computador com base nas curvas de carbonização/temperatura (termometria).
8) Cogeração
- Grandes desafios. Transporte dos gases a longa distância, Qualidade dos gases, Combustíveis auxiliares, etc..
9) Coprodutos
- Produção de briquetes de finos de carvão e minério de ferro para uso em alto forno.
- Injeção de finos
- Qualificação e quantificação dos condensáveis – Valorização, escala, custo e mercado.
10) Estudos técnicos e econômicos dos fornos metálicos para produção de carvão vegetal.
- Incentivos a plantas pilotos (demonstração) para obtenção de dados - Durabilidade e Manutenção
- Operação
- Consumo de energia
- Custos por tonelada de carvão, dentre outros. 12) Treinamento e capacitação
- Falta de mão de obra especializada: gargalo
- Capacitação de carbonizadores - formação de multiplicadores
- Inserção de algumas tecnologias de baixo custo aos pequenos e médios produtores.
- Promover uma política extensionista dentro dos estados/municípios para promover as boas práticas da produção de carvão vegetal.
13) Política de incentivos
- Buscar junto ao governo políticas de incentivos para as empresas siderúrgicas que produzem e/ou consumem carvão vegetal produzido a partir de boas práticas, principalmente no que tange à redução das emissões atmosféricas.
- Aumento nos investimentos de P&D, além de estimular as atividades em redes para redução dos custos e obtenção rápida e conjunto das respostas necessárias para sanar os gargalos do setor.
- Linhas de financiamento para implantação de novas tecnologias e melhoria dos atuais sistemas de produção.
