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BIOMASSA DE OLEAGINOSA COMO FONTE ALTERNATIVA DE ENERGIA
(Ricinus communis L.)
FRANCISCO SÁVIO GOMES PEREIRA
RECIFE, AGOSTO DE 2007
ASSOCIAÇÃO INSTITUTO DE TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO
MESTRADO PROFISSIONAL DE TECNOLOGIA AMBIENTAL
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FRANCISCO SÁVIO GOMES PEREIRA
BIOMASSA DE OLEAGINOSA COMO FONTE ALTERNATIVA DE ENERGIA
(Ricinus communis L.)
RECIFE, AGOSTO DE 2007
Dissertação apresentada ao Programa do
Mestrado Profissional de Tecnologia
Ambiental - ITEP como parte dos requisitos
para obtenção do título de Mestre em
Tecnologia Ambiental.
Orientadora:
Ana Rita Fraga Drummond, Ph.D.
Colaboração:
Katarzyna Michalewicz
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iv
Dedico este trabalho a todas as pessoas que
usam a criatividade, a humildade e a
criticidade em busca de ideais que possam
parecer inatingíveis.
AGRADECIMENTOS
Agradecer é sempre uma tarefa difícil, por muitas vezes, deixar rastros de injustiças
ou esquecimentos.
Tentando evitar estas questões, dividiremos os agradecimentos em blocos:
Bloco profissional
Aos colegas professores e alunos do CEFET-PE pelo incentivo periódico ao longo
da realização do mestrado. Agradecer a Luciano Peres e Katarzyna pelas
informações sobre a indústria gesseira de Pernambuco.
Bloco educacional
Aos professores do mestrado por terem construído mais um colaborador na área de
tecnologia ambiental não esquecendo dos técnicos de laboratório que deram o
suporte para aulas e da coordenação e colaboradores de apoio administrativo.
Bloco da convivência
Aos colegas de mestrado pela oportunidade de conviver, discutir, sugerir, criticar e
crescermos juntos em busca de um objetivo, destacando-se Cidomar e Conceição
pela batalhas enfrentadas juntos. Também a Hélida e Érika pela amizade sincera.
Aos colaboradores do Laboratório de Fluídos do ITEP Maria Helena, Evaldo,
Anacleto, Leydjane, Alexandre e Roberto pela exaustiva dedicação na realização de
análises e apoio na execução desta dissertação.
Bloco do anonimato
A todas as pessoas que, mesmo sem intenção explícita, deram sua contribuição,
principalmente de estímulo, em momentos de dificuldades vivenciadas.
Bloco da espiritualidade
A todas as forças positivas que ajudaram a trilhar essa minha jornada, não
esquecendo do grande líder, Deus.
E um especial agradecimento à orientadora Ana Rita Drummond, por ter acreditado
em mim abrindo portas do seu laboratório criando-se um laço de eterna confiança
profissional e amizade.
Enfim, agradecer a todos que colaboraram direta ou indiretamente para a conclusão
deste trabalho.
v
“O Brasil é um país predestinado a liderar a transição mundial da civilização
do óleo para a moderna civilização da biomassa”
Prof. Ignacy Sachs
Centro de Estudos Contemporâneos,
Brasil-França.
vi
RESUMO
Neste trabalho, Biomassa de Oleaginosa como Fonte Alternativa de Energia
(Ricinus communis L.), é quebrado o paradigma de que resíduo é algo indesejável,
sem utilização e que deve ser desprezado. A sabedoria chinesa que diz: “resíduo é
matéria-prima mal aproveitada”. Foram estudados os resíduos sólidos provenientes
da cadeia produtiva da mamoneira, desde a fase agrícola, até a fase industrial. Da
fase agrícola foram estudados os resíduos gerados pela planta: raiz, folha, pecíolo e
caule. Da fase industrial foram estudados os resíduos provenientes do fruto: casca e
torta. O estudo foi fundamentado nos tópicos: resíduos sólidos, oleaginosas,
biodiesel, mamoneira, biomassa e os parâmetros analíticos de umidade, cinzas e
poder calorífico. Os dados experimentais obtidos de teor de umidade (de 8,4 a
48,4%), teor de cinzas (de 3,4 a 12,8%) e poder calorífico (de 7,2 a 22,0 MJ/kg)
foram surpreendentes e otimistas, conseguindo quebrar o paradigma de resíduo ser
algo sem valor. Esses resíduos podem ser usados como adubos orgânicos e
especialmente como fontes energéticas renováveis. Como parâmetros
comparativos, para o uso energético, foram utilizados os dados do poder calorífico
da lenha (10,8 MJ/kg) e do bagaço de cana (8,4 MJ/kg), por serem fontes já
utilizadas em algumas indústrias. Os resultados mostram que a torta bruta, a torta
beneficiada, a casca e o caule apresentam poder calorífico maior que a lenha e o
bagaço de cana, indicando que é possível agregar valor a esses resíduos atendendo
a uma questão crucial atual, o desenvolvimento sustentável na cadeia produtiva do
biodiesel.
PALAVRAS-CHAVES:
ENERGIA DE BIOMASSA; RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS; SUSTENTABILIDADE
vii
ABSTRACT
In this work, Biomass of Oleiferous as Alternative Source of Energy (Ricinus
communis L.), it is booken the paradigm that residue is something undesirable,
without use and that should be despised. The Chinese wisdom says: “residue is a
raw material that should have better use”. The solid residues of the productive chain
of the castor bean plant, from the agricultural phase, until the industrial phase were
studied. In the agricultural phase, it was studied the residues generated by the plant:
root, leaf, stalk leaf and stem. In the industrial phase it was studied the residues of
the fruit: shell and bagasse, a residue after the oil extraction. This study was based
in the topics: solid residues, oleiferous, biodiesel, castor bean plant, biomass and the
analytic parameters of humidity, ashes and calorific values. The experimental data of
humidity content (from 8,4 to 48,4%)), ashes content (from 3,4 to 12,8%) and the
calorific values (from 7,2 to 22,0 MJ/kg) were surprising and optimistic, so that
paradigm that residue is something without value is then broken. Those residues can
be used as organic fertilizers and especially as alternative source of renewable
energy. As comparative parameters, for the energy use, the data of the calorific
values of the firewood (10,8 MJ/kg) and of sugar-cane bagasse (8,4 MJ/kg) were
used, as they are already used in some industries. The results show that the gross
castor bean bagasse, the lean castor bean bagasse, the shell and the stem present
higher calorific values than the firewood and the sugar-cane bagasse, indicating that
it is possible to aggregate values of residues and to improve a current crucial subject,
the maintainable development in the productive chain of biodiesel.
KEY WORDS:
BIOMASS ENERGY; AGRO-INDUSTRIAL RESIDUES; SUSTAINABILITY
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 01. Matriz Energética Brasileira (MME, 2005)................................................
Figura 02. Caracterização e classificação de resíduos (adaptado de ABNT, 2004)..
Figura 03. Culturas de oleaginosas por região do Brasil (MEIRELLES, 2003)..........
Figura 04. Mercado de óleos vegetais (DRUMMOND, 2006)....................................
Figura 05. Reação de transesterificação (REGITANO-D’ARCE, 2006)....................
Figura 06. Processo de produção de biodiesel (adaptado de PARENTE, 2003)......
Figura 07. Distribuição espacial de oleaginosas no Brasil e previsão de consumo
de biodiesel B2 em 2008 (NAPO, 2006)....................................................................
Figura 08. Mamoneira de cultivar Paraguaçu, zona rural de Pesqueira - PE
(2007).........................................................................................................................
Figura 09. Maiores produtores de mamona em 2005 (FAO, 2006 apud RAMOS et
al., 2006)....................................................................................................................
Figura 10. Possibilidades de utilização da mamona (SAVY FILHO, 2005 apud
RAMOS et al., 2006)..................................................................................................
Figura 11 – Transformação de CO
2
e H
2
O em biomassa e vice-versa (BUSSI et
al., 2004)....................................................................................................................
Figura 12. Processos tecnológicos de conversão da biomassa (adaptado de
VIANNA et al., 2000; BUSSI et al., 2004; NOGUEIRA & LORA, 2003).....................
Figura 13 – Poder calorífico superior e inferior (NOGUEIRA & LORA, 2003)...........
Figura 14 – Laboratório de Fluidos – ITEP (2007).....................................................
Figura 15 - Cidade de Pesqueira – PE (2007)...........................................................
Figura 16 - Indústria de Biodiesel de Pesqueira – PE (2007)....................................
Figura 17 – Produção do óleo de mamona – Pesqueira (2007)................................
Figura 18 – Produção de Biodiesel – Pesqueira (2007)............................................
Figura 19 – Cultivar Paraguaçu com 145 a 150 dias de cultivo na zona rural de
Pesqueira - PE (2007)................................................................................................
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Figura 20 – Torta bruta da semente da mamona (2007)..........................................
Figura 21 – Prensagem da mamona cozida para produzir torta bruta e óleo
(2007).........................................................................................................................
Figura 22 – Beneficiamento da torta bruta da mamona (2007).................................
Figura 23 – Torta beneficiada da semente da mamona (2007).................................
Figura 24 – Sementes e cascas da mamona (2007)................................................
Figura 25 – Resíduos agrícolas da mamoneira - pecíolos e folhas (2007)................
Figura 26 – Resíduo agrícola da mamoneira - raízes (2007)....................................
Figura 27 – Resíduo agrícola da mamoneira - caule (2007)......................................
Figura 28 – Fruto da mamoneira composto por casca e semente (2007).................
Figura 29 – Mamoneira de cultivar Paraguaçu com 55-60 dias de cultivo, zona
rural de Pesqueira - PE (2007).................................................................................
Figura 30 – Algumas amostras usadas nos ensaios analíticos (2007)......................
Figura 31 – Calorímetro MS 10A da empresa R&P(2007).......................................
Figura 32 – Cadinho para amostra, suspenso nos eletrodos (2007).........................
Figura 33 – Detalhe do fechamento da bomba calorimétrica (2007).........................
Figura 34 – Bomba calorimétrica pressurizada (2007)..............................................
Figura 35 – Porcentagem de umidade das amostras estudadas (2007)...................
Figura 36 – Porcentagem de cinzas das amostras estudadas (2007).......................
Figura 37 – Poder calorífico das amostras estudadas (2007)...................................
Figura 38 – Estoque de lenha para queima em indústria de Pernambuco (2007).....
Figura 39 – Caldeira queimando lenha em indústria de Pernambuco (2007)............
Figura 40 - Etapas do processo industrial do biodiesel da mamona (ALMEIDA et
al., 2006)....................................................................................................................
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LISTA DE TABELAS
Tabela 01 - Características de alguns vegetais oleaginosos de potencial uso
energético (NOGUEIRA & LORA, 2003).............................................................
Tabela 02 - Plantas oleaginosas disponíveis no território nacional para a
produção de biodiesel (PARENTE, 2003)...........................................................
Tabela 03 - Motivações para a produção de biodiesel e fontes de matérias-
primas por região brasileira (PARENTE, 2003)...................................................
Tabela 04 - Classificação dos biocombustíveis (NOGUEIRA & LORA, 2003)....
Tabela 05 - Características técnicas de diferentes tipos de biomassa em base
seca (JENKINS, 1990 apud NOGUEIRA & LORA, 2006)...................................
Tabela 06 - Discriminação das amostras estudadas (2007)...............................
Tabela 07 - Resultados das análises das amostras estudadas (2007)...............
Tabela 08 - Características técnicas de diferentes biomassas em base seca
ou úmida (ONU, 1987 apud NOGUEIRA & LORA, 2003)...................................
Tabela 09 – Parâmetros comparativos de biomassa para uso energético em
combustão (2007)................................................................................................
Tabela 10 – Síntese das discussões e possíveis uso para as amostras
estudadas, biomassa da mamoneira (2007).......................................................
Tabela 11 - Potencial energético dos co-produtos da cadeia da mamona
(adaptado de ALMEIDA et al., 2006)...................................................................
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
CF Carbono Fixo
CZ Cinzas
FAO Food and Agriculture Organization (Organização de Alimentos e Agricultura)
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Renováveis
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IDER Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Energias Renováveis
ITEP Associação Instituto de Tecnologia de Pernambuco
MCT Ministério da Ciência e Tecnologia
MEB Matriz Energética Brasileira
MMA Ministério do Meio Ambiente
MME Ministério de Minas e Energia
MV Materiais Voláteis
ONU Organização das Nações Unidas
PCI Poder Calorífico Inferior
PCS Poder Calorífico Superior
PROÁLCOOL Programa Brasileiro do Álcool
UM Umidade
xii
SUMÁRIO
Pág.
RESUMO…………………………………………………………………….. vii
ABSTRACT............................................................................................. viii
LISTA DE FIGURAS............................................................................... ix
LISTA DE TABELAS............................................................................... xi
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.................................................. xii
1 INTRODUÇÃO…………………………………………..................………. 16
2 OBJETIVOS ……………………………………………………………….. 22
2.1 Objetivo geral………………………………………………………..………. 22
2.2 Objetivos específicos……………………………………………..…………. 22
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA……………………………………………… 23
3.1 Resíduos sólidos………………………..………..………………………... 24
3.1.1 Classificação dos resíduos sólidos………………..…………………….... 24
3.1.2 Definições e procedências dos resíduos sólidos.................................... 25
3.2 Oleaginosas………………………………………………………………… 27
3.2.1 Cenário brasileiro de oleaginosas………………………………………… 27
3.2.2 Definição e características de algumas oleaginosas brasileiras……….. 27
3.2.3 Potencialidades regionais de oleaginosas………………………………. 28
3.2.4 Mercados para óleos e gorduras…………………………………..………. 31
3.3 Biodiesel…………………………………..…………………………………. 32
3.3.1 Definição e reação de formação do biodiesel......................................... 32
3.3.2 Processo produtivo do biodiesel…………………………………………... 33
3.3.3 Considerações sobre o biodiesel…………………………………………. 34
3.4 Mamoneira………………………………………………………………….. 36
3.4.1 Descrição e características da mamoneira………………………………. 36
3.4.2 Cultivares sugeridas para o nordeste semi-árido.................................... 37
3.4.3 Agronegócio da mamona…………………………………………………... 37
3.4.4 Versatilidade da mamona………………………………………………….. 39
xiii
3.5 Biomassa…………………………………………………………………….. 41
3.5.1 Descrição e formação da biomassa………………………………………. 41
3.5.2 Classificação da biomassa...................................................................... 42
3.5.3 Tipos de energia gerada pela biomassa…………………………….....…. 44
3.5.4 Rotas tecnológicas de conversão da biomassa em bioenergia.............. 44
3.5.5 Processos de conversão termoquímica da biomassa............................. 46
3.5.5.1 Combustão.............................................................................................. 46
3.5.5.2 Pirólise..................................................................................................... 47
3.5.5.3 Gaseificação............................................................................................ 48
3.6 Parâmetros analíticos.............................................................................. 50
3.6.1 Composição química elementar.............................................................. 50
3.6.2 Composição química imediata................................................................ 51
3.6.3 Umidade.................................................................................................. 51
3.6.4 Poder calorífico....................................................................................... 52
4 METODOLOGIA...................................................................................... 55
4.1 MATERIAL E MÉTODOS........................................................................ 55
4.1.1 Coleta das amostras..............................…………………………………... 55
4.1.2 Descrição da amostras coletadas………………………………...………. 59
4.1.2.1 Torta bruta............................................................................................... 59
4.1.2.2 Torta beneficiada..................................................................................... 60
4.1.2.3 Cascas.................................................................................................... 61
4.1.2.4 Pecíolos e folhas..................................................................................... 62
4.1.2.5 Raiz......................................................................................................... 62
4.1.2.6 Caule....................................................................................................... 63
4.1.2.7 Amostra composta.................................................................................. 64
4.1.3 Preparação das amostras em laboratório............................................... 65
4.1.4 Análises realizadas………………………………………………………….. 67
4.1.5 Metodologia das análises…………………………………………………. 67
4.1.5.1 Umidade…………………………………………………………………….. 67
4.1.5.2 Cinzas……………………………………………………………………….. 68
4.1.5.3 Poder calorífico superior......................................................................... 69
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES............................................................ 74
5.1 Resultados analíticos obtidos.................................................................. 74
5.1.1 Resultados analíticos: teor (%) de umidade das amostras estudadas... 75
5.1.2 Resultados analíticos: teor (%) de cinzas das amostras estudadas....... 76
xiv
5.1.3 Resultados analíticos: poderes caloríficos (MJ/kg) superiores e
inferiores das amostras estudadas........................................................ 77
5.2 Discussões dos resultados obtidos......................................................... 78
5.2.1 Tortas bruta e beneficiada...................................................................... 81
5.2.2 Cascas.................................................................................................... 82
5.2.3 Folhas...................................................................................................... 83
5.2.4 Raiz......................................................................................................... 83
5.2.5 Caule....................................................................................................... 83
5.2.6 Pecíolo.................................................................................................... 84
5.2.7 Composta................................................................................................ 85
5.2.8 Síntese das discussões dos resultados obtidos...................................... 85
5.3 Recomendações de usos da biomassa como fonte energética.............. 87
6 CONCLUSÃO.......................................................................................... 92
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...................................... 94
8 REFERÊNCIAS....................................................................................... 96
xv
1. INTRODUÇÃO
O uso global de energia tem aumentado de forma contínua desde a revolução
industrial. A demanda de energia varia de um país para outro, dependendo do seu
estado de desenvolvimento e existe uma íntima correlação entre o consumo de
energia e a melhoria das condições de vida, medida em termos de expectativa de
vida e mortalidade infantil. O petróleo, o gás e o carvão são as principais fontes de
energia, sendo suplementadas pela biomassa e energias hidroelétrica e nuclear
(SCRAGG, 1999).
Comparando-se a outros países, o Brasil ocupa destacada posição geográfica, uma
vez que a totalidade do território nacional encontra-se dentro da Região Equatorial
Tropical. Somam-se a esta localização privilegiada, as riquezas naturais renováveis
que conferem ao Brasil posição estratégica e vantagens competitivas no que
concerne ao estabelecimento de uma Matriz Energética multivariada (SOUZA,
2006).
A atual matriz energética mundial compõe-se, principalmente, de fontes não
renováveis de carbono fóssil como petróleo (35%), carvão (23%) e gás natural
(21%). Vários estudos vislumbram o esgotamento dessas fontes e uma possível
escassez, ainda nesse século. Reforçando esta problemática, sabe-se que as
principais fontes de petróleo e gás natural encontram-se no Oriente Médio,
potencializando disputas entre países com vista ao domínio das últimas grandes
reservas de importância econômica (PERES, 2005)
Segundo SCRAGG (1999), as razões para a contínua utilização dos combustíveis
fósseis é que eles são destinados praticamente aos países desenvolvidos, requerem
uma tecnologia já conhecida para sua extração e podem ser transportados com
facilidade. Os produtos petrolíferos de maior interesse são fluidos (líquido ou gás), o
que facilita o seu transporte sendo esta propriedade requerida para uso como
combustível de automotores. Por outro lado, existem alguns problemas associados
aos combustíveis fósseis: disponibilidade finita; produção de gases de efeito estufa,
responsáveis pelo aquecimento global; produção de outros contaminantes como
particulados e gases geradores de chuva ácida, dentre outros.
16
Há estimativas que as reservas mundiais de carvão durarão até 2180
(FULKERSON, 1990, apud SCRAGG, 1999), de petróleo até 2030 e de gás natural
até 2047 (SCRAGG, 1999). A demanda por petróleo continua aumentando e como
conseqüência sua extração deve ser realizada em condições cada vez mais hostis
em locais geográficos inóspitos e precisando de tecnologias mais sofisticadas e
caras. Dessa forma, muitas das alternativas dos combustíveis derivados do petróleo
não serão competitivas nos custos e esta mudança necessitará de fontes de
energias alternativas.
No Brasil, o renascimento do interesse pela bioenergia e a valorização da biomassa
como fonte energética moderna aconteceu em duas fases bem distintas:
Inicialmente, nos anos setenta, com a forte elevação dos preços do
petróleo, em 1973 e 1979, a biomassa foi considerada como alternativa
economicamente interessante para a satisfação das demandas de energia
térmica nas indústrias e centrais elétricas de pequena e média capacidade
e, em alguns casos, como fonte de combustível para motores alternativos
veiculares. Neste período, a principal justificativa era o menor preço das
bioenergias frente ao da energia convencional (NOGUEIRA & LORA, 2003).
O Brasil, na qualidade de paraíso da biomassa, implementou o Programa
Nacional do Álcool – PROÁLCOOL, criado durante a primeira crise do
petróleo na década de 1970, com o objetivo de reduzir a importação de
petróleo. O PROÁLCOOL deu ao Brasil a oportunidade pioneira de mostrar
ao mundo um combustível alternativo produzido a partir de energia do solo e
não do subsolo, sendo assim um combustível renovável, com grandes
vantagens ambientais e socioeconômicas em relação aos combustíveis
fósseis tradicionais (FREITAS & PENTEADO, 2006).
A segunda fase de expansão e interesse pela biomassa energética surgiu
nos anos noventa com o desenvolvimento de tecnologias avançadas de
transformação e com a incorporação definitiva da temática ambiental nas
discussões sobre energia. Em 1985 os preços do petróleo voltaram aos
seus níveis iniciais, reduzindo então de forma significativa o interesse
nestas novas ou redescobertas fontes de fornecimento energético. Mesmo
17
com a redução dos preços do petróleo, a biomassa passou a ser
considerada uma forma oportuna de satisfazer a demanda energética,
devido a um amplo conjunto de motivos que, além dos fatores estritamente
econômicos, incluem também o menor impacto ambiental e sua
renovabilidade, a possibilidade de geração de empregos e a dinamização de
economias regionais (NOGUEIRA & LORA, 2003).
Para o crescimento econômico e social de uma nação, são essenciais a definição e
o estabelecimento de uma matriz energética; mais importante ainda é o
planejamento da demanda e consumo de energia, a médio e longo prazos. A partir
da constituição de uma matriz energética nacional básica é possível caracterizar
matrizes energéticas específicas como, por exemplo, uma matriz para o consumo de
energia voltada para o crescimento de agronegócios no meio rural ou, para o
crescimento industrial e comercial no meio urbano (SOUZA, 2006).
Ainda, segundo SOUZA (2006), o crescimento e desenvolvimento econômico e o
social de um país como o Brasil, que cada vez mais se insere em uma sociedade
mundial globalizada, são funções diretas de inúmeros fatores, envolvendo capital,
insumos e serviços relativos aos setores primário (agricultura, pecuária e
extrativismo racional e sustentado), secundário (indústria e comércio) e terciário
(prestação de serviços).
De acordo com o Ministério de Minas e Energia (MME, 2005), atualmente a Matriz
Energética Brasileira (Figura 01) é constituída pelos seguintes componentes, em
ordem decrescente de participação percentual:
a) petróleo e seus derivados e gás natural (48,0%);
b) recursos renováveis (43,8%) constituídos essencialmente de biomassa
(29,4%) e hidroeletricidade (14,4%). A biomassa é representada por lenha,
carvão vegetal, cana e outras fontes;
c) carvão mineral (6,7%) e
d) urânio (1,5%).
18
Figura 01 - Matriz energética brasileira (MME, 2005).
Com o fortalecimento do Programa Nacional do Biodiesel, estima-se que mais de
50% de nossa energia deverá ser proveniente de fontes renováveis. Uma dessas
procedências energéticas é representada pelas oleaginosas.
O cultivo de oleaginosas usadas na obtenção de óleos que servem como matérias-
primas na produção do biodiesel têm se intensificado e várias indústrias de extração
de óleo estão em fase de adaptação ou de construção. A mamoneira é uma das
mais promissoras para o Semi-árido e o Agreste de Pernambuco devido à fácil
adaptação ao clima dessa região (DRUMMOND et al., 2006).
Segundo FREIRE (2001), a mamoneira é uma oleaginosa de alto valor industrial,
haja vista ser o óleo extraído de suas sementes de elevada importância, devido à
versatilidade na química do produto. O óleo retirado da mamona é matéria-prima
para a fabricação de plásticos, fibras sintéticas, esmaltes, resinas e lubrificantes. Por
meio da ricinoquímica, mais especificamente na química do óleo da mamona,
podem ser obtidos produtos bem mais elaborados nas indústrias farmacêutica, de
cosméticos e na aeronáutica.
Além dessas aplicações do óleo, pode-se destacar a mais recente possibilidade de
uso em escala industrial: produção do biodiesel. Para atender a legislação (Lei
Federal 11.097/2004), até o ano de 2008 devem ser adicionados 2% de biodiesel ao
diesel de petróleo (chamado de mistura B2). Para cumprir a exigência da Lei Federal
serão necessários 16.578 m
3
de biodiesel para o Estado de Pernambuco. Levando-
se em consideração que cerca de 50% de biomassa (torta) dessa oleaginosa é
19
gerada na cadeia produtiva do biodiesel, pode ser facilmente vista a problemática
com relação à grande produção desse resíduo agro-industrial, que, para o Estado de
Pernambuco é de 13.201 m
3
/ano (DRUMMOND et al., 2006).
A extração do óleo determina a qualidade final do biodiesel. As sementes devem ser
cozidas para que o óleo seja extraído com mais facilidade. Ainda aquecidas, passam
por uma prensa que separa a parte sólida (torta) da líquida (óleo bruto). O óleo
extraído é decantado, filtrado e degomado para retirar as últimas partículas sólidas
em suspensão. O óleo assim obtido é classificado como óleo de mamona tipo 1 e
tem alto valor comercial para aplicações químicas, podendo ser utilizado como
combustível ou passar ainda pela etapa de transesterificação, que é a efetiva
transformação em biodiesel. Na transesterificação o óleo purificado sofre reação
química com álcool de cadeia curta (metanol ou etanol) para formar biodiesel e
glicerina (IDER, 2007).
Na extração do óleo é gerada grande quantidade de resíduos ou torta, cerca de 50%
da semente prensada. Além dessa torta tem-se a biomassa proveniente das folhas,
raízes, cascas e caules, resíduos agrícolas, que devem ter aplicações valorativas,
na cadeia produtiva. Uma dessas possibilidades é como fonte energética, agregando
valor a esse resíduo, evitando o desmatamento da caatinga e contribuindo com sua
preservação.
Inúmeras pesquisas sugerem a utilização de biomassa para fins energéticos,
principalmente como combustíveis. Estudos já apontam que, a utilização da
biomassa para fins energéticos vem tendo uma participação crescente perante a
matriz energética mundial, levando a estimativas de que, até o ano de 2050 deverá
dobrar o uso mundial de biomassa disponível (FISCHER, 2001, apud RATHMANN,
2005).
A biomassa ou materiais vegetais vastamente utilizados no Estado de Pernambuco
como fontes alternativas de energia, são: bagaço de cana de açúcar, casca de coco,
lenha, serragem ou cavaco de madeira e eucalipto. O potencial energético da
biomassa de oleaginosas consegue igualar ou superar, em valores de poder
calorífico, essas fontes alternativas. Esse potencial energético da biomassa de
20
oleaginosas requer maiores estudos para viabilizar sua utilização como
complemento ou substituição de materiais, que são utilizados em fornos e caldeiras
industriais, provenientes de biomas importantes (especialmente da caatinga),
evitando dessa forma desmatamentos, promovendo melhor sustentabilidade e
contribuindo com a matriz energética de Pernambuco.
Este trabalho visa mudar a classificação da biomassa da mamoneira (Ricinus
communis L.) de resíduo com pouco valor comercial, tornando-a numa fonte
alternativa de energia renovável. Esta mudança é constatada através da análise dos
resultados do poder calorífico desses resíduos gerados e inseridos numa cadeia
produtiva sustentável.
21
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo geral
• Demonstrar que os resíduos da agroindústria da mamoneira têm alto valor
agregado quando utilizados na geração de energia térmica em micros e
pequenas indústrias.
2. 2. Objetivos específicos
• Determinar o poder calorífico e a umidade de cada fração residual da
agroindústria da mamoneira.
• Determinar o percentual de resíduo inorgânico (cinzas) de cada fração
residual da agroindústria da mamoneira.
• Indicar a aplicabilidade de resíduos da agroindústria da mamoneira como
fonte de geração de energia térmica na produção de biodiesel e na
indústria gesseira.
22
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Atualmente os problemas ambientais e energéticos são difundidos regularmente nos
meios acadêmicos e de comunicação. Associado a eles, tem-se assuntos de
natureza social, econômica e tecnológica, dificilmente tratados com eficiência pelos
responsáveis, seja no campo governamental ou no setor privado. O setor energético
é muito significativo em qualquer análise prévia de cenários nacional ou
internacional.
Com a finalidade de fundamentar este trabalho serão abordados os seguintes
tópicos:
• Resíduos sólidos.
• Oleaginosas.
• Biodiesel.
• Mamoneira.
• Biomassa.
• Parâmetros analíticos.
Os tópicos serão relatados de forma objetiva e clara, suplementados por figuras e
fotos, de forma que o leitor perceba a interligação entre eles e o seu encadeamento
para a conclusão deste trabalho científico: Biomassa de oleaginosa como fonte
alternativa de energia (Ricinus communis L.).
23
3.1.Resíduos sólidos
3.1.1Classificação dos resíduos sólidos
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), em sua Norma NBR
10.004/2004, classifica os resíduos sólidos quanto aos seus riscos potenciais ao
meio ambiente e à saúde pública (Figura 02), para que possam ser gerenciados
adequadamente. Os resíduos radioativos não são objetos desta Norma.
Figura 02 - Caracterização e classificação de resíduos (adaptado de ABNT, 2004)
RESÍDUO
PERIGOSO
CLASSE I
RESÍDUO
O resíduo tem
origem
conhecida?
SIM
NÃO
RESÍDUO
NÃO
PERIGOSO
CLASSE II
Consta nos
anexos A ou B?
Tem características
de: inflamabilidade,
corrosividade,
reatividade,
toxicidade ou
patogenicidade?
NÃO
SIM
SIM
NÃO
Possui constituintes
que são
solubilizados em
concentrações
superiores ao
anexo G?
RESÍDUO NÃO INERTE
CLASSE II A
RESÍDUO INERTE
CLASSE II B
SIM
NÃO
24
O fluxograma apresentado sistematiza a classificação e caracterização dos
resíduos. Observa-se nesta figura, que a análise classificatória de um resíduo
baseia-se em perguntas que geram duas respostas fechadas: sim ou não. Em
função dessa resposta o analista percorre os passos necessários até conseguir
enquadrar o resíduo que estiver analisando. As perguntas-chaves estão nas caixas
amarelas e fazem alusão a certos anexos constituintes da Norma NBR 10004/04. Os
anexos A e B citados consistem de listas de resíduos perigosos de fontes
específicas e não específicas e o anexo G de uma lista com os padrões para o
ensaio de solubilização de resíduos. Apenas com o fluxograma apresentado é
impossível classificar qualquer que seja o resíduo, pois é fundamental possuir a
Norma referenciada para consultar as listas completas de todos os resíduos, bem
como as concentrações permitidas em cada ensaio analítico de solubilização (anexo
G). Além desta norma o analista ou interessado deve ter um pouco de conhecimento
sobre substâncias perigosas e seu enquadramento na sistematização da ONU.
A classificação de resíduos da ABNT (NBR 10.004/04) envolve a identificação do
processo ou atividade que lhes deu origem e de seus constituintes e características
e a comparação destes constituintes com listagens de resíduos e substâncias cujo
impacto à saúde e ao meio ambiente é conhecido. A identificação dos constituintes a
serem avaliados na caracterização do resíduo deve ser criteriosa e estabelecida de
acordo com as matérias-primas, os insumos e o processo que lhe deu origem. Para
efeito desta Norma, os resíduos são classificados em:
a) resíduos classe I - Perigosos;
b) resíduos classe II – Não perigosos (resíduos classe II A – não inertes e
resíduos classe II B – inertes).
3.1.2. Definições e procedências dos resíduos sólidos
Ainda nesta Norma da ABNT, os resíduos sólidos são mencionados como:
“Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de origem
industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição.
Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de
água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem
como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento
25
na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnica
e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível”.
Observa-se nesta definição da ABNT que, apesar de citar resíduos sólidos, ela inclui
resíduos em estado semi-sólido e também líquidos, tornando-a contraditória na
definição ou requerendo a supressão da palavra sólido, mantendo-se apenas o
termo resíduos.
FORMOSINHO (2000), em Portugal, ratifica alguns critérios da ABNT e define os
resíduos como substâncias, produtos, ou objetos, que ficaram incapazes de
utilização para os fins para os quais foram produzidos, ou são restos de um
processo de produção, transformação ou utilização e, em ambos os casos,
pressupõem que o detentor se tenha de desfazer deles. A proveniência desses
resíduos é muito variada, pois está associada a toda atividade humana, podendo se
considerar resíduos domésticos, comerciais, industriais, hospitalares, agrícolas e
outros.
Ainda segundo FORMOSINHO (2000), os resíduos podem ser classificados, não em
termos da sua proveniência, mas da sua natureza físico-química, em: metais, vidros,
papel, têxteis, vegetais, pilhas, plásticos, lamas de depuração, dentre outros.
Qualquer que seja o tipo de classificação que se considere, há resíduos banais e
outros que podem ser nocivos ou perigosos para o homem e outros seres vivos.
Estes últimos designam-se genericamente por resíduos perigosos em função do seu
caráter tóxico, corrosivo, explosivo, radioativo ou outra característica, e do modo
como são manipulados no meio ambiente durante o seu ciclo de vida como produto
útil ou como resíduo.
Os resíduos sólidos da cultura da mamoneira, desde a geração na sua colheita
(folhas, raízes e caules) até o processamento industrial (torta e borras) podem ser
avaliados baseando-se na classificação proposta pela ABNT, em sua Norma NBR
10004/04. Fazendo-se uma avaliação prévia baseando-se nesta Norma, os resíduos
desta cadeia produtiva podem se enquadrar como classe I (perigosos) ou classe II
(não perigosos), dependendo do uso e intervenções realizadas nos mesmos.
26
3. 2. Oleaginosas
3.2.1. Cenário brasileiro de oleaginosas
O Brasil, país de extensas terras tropicais, agricultáveis e com possíveis alternativas
de produção de energia não consolidou ainda sua posição no cenário mundial.
Como fontes possíveis dessa mudança, pode-se ter o desenvolvimento eficaz de
culturas de oleaginosas, particularizando regiões e cultivos familiar e tecnológicos ao
longo de todo o país. A Figura 03 pode ilustrar a potencialidade do Brasil nessas
alternativas.
Figura 03 - Culturas de oleaginosas por região do Brasil (MEIRELLES, 2003)
3.2.2. Definição e características de algumas oleaginosas brasileiras
O termo oleaginosas envolve um grande número de plantas produtoras de óleos e
gorduras vegetais, com composição química muito variada. Tipicamente, um óleo é
líquido à temperatura ambiente, ao passo que uma gordura é sólida. Considerando o
possível emprego energético, importa conhecer em uma oleaginosa a qualidade e
adequação ao uso de seu óleo, assim como os aspectos de sua produção e
extração (NOGUEIRA & LORA, 2003).
27
A Tabela 01 mostra as principais oleaginosas e suas características de maior
interesse.
Tabela 01 - Características de alguns vegetais oleaginosos de potencial
uso energético (NOGUEIRA & LORA, 2003).
Espécie
de
oleaginosa
Origem
do
óleo
Conteúdo
de óleo
(%)
Ciclo para
máxima
eficiência
Rendimento
em óleo
(t/ha)
Dendê
(Elacis guineensis)
amêndoa 20 8 anos 3,0-6,0
Abacate
(Persia americana)
fruto 7-35 7 anos 1,3-5,0
Coco
(Cocus numifera)
fruto 55-60 7 anos 1,3-1,9
Babaçu
(Orbignya martiana)
amêndoa 66 7 anos 0,1-0,3
Girassol
(Helianthus annus)
grão 38-48 anual 0,5-1,9
Colza
(Brassica campestris)
grão 40-48 anual 0,5-0,9
Mamona
(Ricinus comunis)
grão 43-45 anual 0,5-0,9
Amendoim
(Orachis hypogeae)
grão 40-43 anual 0,6-0,8
Soja
(Glycine max)
grão 17 anual 0,2-0,4
Algodão
(Gossypium hirsut)
grão 15 anual 0,1-0,2
3.2.3. Potencialidades regionais de oleaginosas
Segundo MEIRELLES (2003) e PARENTE (2003), no país são cultivadas diversas
espécies oleaginosas que possuem potencial para serem utilizadas como matéria-
prima na produção de biodiesel, tais como: a soja, a mamona, o girassol e o dendê,
como pode ser visto na Tabela 02.
28
Em termos de rendimento de óleo, merecem destaque o dendê, o coco e o girassol.
Também merece ser comentada a cultura da mamona, pela resistência à seca e por
ter ciclo curto de colheita. Atualmente, o óleo de soja representa 90% da produção
brasileira de óleos vegetais. Em função disso, a soja desponta como principal cultura
oleaginosa para suprir a demanda por biodiesel, em curto prazo. Embora o óleo de
soja seja a matéria-prima com maior potencial para atender a demanda por
biodiesel, na matriz de produção desse combustível renovável deve-se considerar a
aptidão física e as necessidades de desenvolvimento de cada região brasileira
(MEIRELLES, 2003).
Tabela 02 - Plantas oleaginosas disponíveis no território nacional
para a produção de biodiesel (PARENTE, 2003)
Região Óleos vegetais disponíveis
Norte dendê, babaçu e soja
Nordeste babaçu, soja, mamona, dendê, algodão e coco
Centro-oeste soja, mamona, algodão, girassol e dendê
Sudeste soja, mamona, algodão e girassol
Sul soja, milho, colza (canola), girassol e algodão
O óleo de soja é utilizado primariamente para o consumo humano; para a produção
de combustível, é mais indicada a matéria-prima que não entre em competição com
as necessidades de alimentação para o Homo sapiens. Portanto, um programa
brasileiro de biodiesel deve respeitar as especificidades de cada região, as quais se
encontram resumidas na Tabela 03 (MEIRELLES, 2003).
29
A mamona é uma das oleaginosas fornecedoras de matéria-prima para a fabricação
de biodiesel no Brasil. Essa escolha foi feita porque ela praticamente é a única
oleaginosa bem adaptada e para a qual se dispunha de tecnologia para o cultivo na
região semi-árida, possibilitando a inclusão social de milhares de pequenos
produtores que estavam sem opções agrícolas rentáveis. Embora este aspecto
social tenha propiciado a escolha da mamona, essa cultura também pode ser
plantada em várias regiões do país, desde o Sul até o Norte, desde que se
obedeçam às exigências climáticas e que receba manejo adequado (SEVERINO &
GONDIM, 2006).
Tabela 03 - Motivações para a produção de biodiesel e fontes de matéria-prima
por região brasileira (PARENTE, 2003)
Regiões Principais motivações Matérias-primas
Amazônia
(Amazonas, Pará, Mato
Grosso e Tocantins)
Pequenas produções localizadas nas
chamadas ilhas energéticas.
Grandes produções nos dendezais.
Óleos de palmeiras de dendê
em áreas de reflorestamento
Pré-Amazônia ou
Nordeste semi-úmido
(Maranhão, Tocantins, Piauí
e Pará)
Exploração de babaçuais, através do
aproveitamento integral do coco para fins
químicos e energéticos.
Geração de renda através de lavouras
associadas aos babaçuais (exemplo:
amendoim, girassol).
Óleos de babaçu, de
amendoim e outros
provenientes de culturas
associadas.
Semi-árido
Nordestino
Geração de ocupação e renda.
Erradicação da miséria.
Lavouras familiares de plantas
oleaginosas. Ricinicultura
(mamona).
Centro-Sul e Centro-
Oeste
Melhoria nas emissões veiculares nos
grandes centros urbanos.
Regulação nos preços de óleos de soja.
Soja e outras culturas
possíveis.
Todas as Regiões Melhor aproveitamento de materiais
Óleos residuais de frituras e
de resíduos industriais,
matérias graxas extraídas de
esgotos industriais e
municipais.
30
3.2.4. Mercado para óleos e gorduras
Os mercados de óleos e gorduras vegetais e animais podem ser segmentados nos
seguintes níveis hierárquicos:
• Mercado Farmacêutico
• Mercado Químico
• Mercado Alimentício
• Mercado Energético
Nestes mercados, a saturação se dá de cima para baixo, ou seja, do mercado
farmacêutico em direção ao mercado energético, justificando a classificação em
forma hierárquica. O óleo de mamona, por exemplo, satura o mercado farmacêutico,
como fármacos, em algumas dezenas de toneladas, e como matéria-prima para a
indústria química, incluindo a área cosmética, com menos de 800.000 ton/anuais
(FREITAS & PENTEADO, 2006). Em termos econômicos equivale a dizer que o óleo
no mercado farmacêutico possui um preço elevado e pouco volume enquanto no
mercado energético precisa ter um preço baixo com grandes volumes (Figura 04).
Figura 04 - Mercado de óleos vegetais (DRUMMOND, 2006)
31
3.3. Biodiesel
3.3.1. Definição e reação de formação do biodiesel
A definição adotada no âmbito do Programa Brasileiro de Biocombustíveis conceitua
biodiesel como: “Combustível obtido a partir de misturas, em diferentes proporções,
de diesel e ésteres de óleos vegetais”.
Tecnicamente, o biodiesel é definido como um éster alquílico de ácidos graxos,
obtido da reação de transesterificação de qualquer triglicerídeo (óleos e gorduras
vegetais ou animais) com álcool de cadeia curta (metanol ou etanol). A
transesterificação consiste na reação química de um óleo vegetal com um álcool,
que pode ser etanol ou metanol (Figura 05), na presença de um catalisador ácido
(HCl - ácido clorídrico) ou básico (NaOH - hidróxido de sódio). Como resultado,
obtém-se o éster metílico ou etílico (biodiesel), conforme o álcool utilizado, e a
glicerina ou glicerol (MEIRELLES, 2003).
Figura 05 - Reação de alcóolise (metanólise) ou transesterificação de um triglicerídeo, resultando na
formação de ésteres metílicos ou biodiesel (B100) (REGITANO-D’ARCE, 2006).
Neste caso, mais comum no Brasil, tem-se a reação de um óleo vegetal ou gordura
animal (triglicerídeo) com álcool de cadeia carbonada curta, resultando na formação
de ésteres de álcool (ou ésteres alquílicos), glicerina e o excedente de álcool para
aumento da velocidade de reação de transesterificação. O biodiesel obtido
correspondente ao éster alquílico, podendo ser metílico ou etílico, caso o álcool
CH
2
OOCR
1
|
CHOOCR
2
+
|
CH
2
OOCR
3
Triglicerídeo
(Óleos ou gorduras)
3 CH
3
OH
Metanol ou
Álcool Metílico
CH
3
OOCR
1
+
CH
3
OOCR
2
+
+
CH
3
OOCR
3
Ésteres Metílicos
(Biodiesel B100)
CH
2
OH
|
CHOH
|
CH
2
OH
Glicerina ou
Glicerol
32
utilizado tenha sido o metanol ou etanol, respectivamente. Na reação de
transesterificação as ligações covalentes do triglicerídeo são rompidas pelo álcool,
havendo transferência de hidrogênios deste para o triglicerídeo com a conseqüente
formação de glicerina ou glicerol (REGITANO-D’ARCE 2006).
3.3.2. Processo produtivo do biodiesel
O processo de produção do biodiesel, partindo-se de uma matéria-prima triglicérica,
envolve as etapas operacionais mostradas no fluxograma da Figura 06.
Figura 06 - Processo de produção do biodiesel (adaptado de PARENTE, 2003).
PREPARAÇÃO DA
MATÉRIA-PRIMA
REAÇÃO DE
TRANSESTERIFICAÇÃO
METANOL OU
ETANOL
CATALISADOR
(NaOH ou KOH)
SEPARAÇÃO DE
FASES
FASE LEVE
FASE PESADA
ÓLEO OU GORDURA
MATÉRIA-PRIMA
DESIDRATAÇÃO DO
ÁLCOOL
RECUPERAÇÃO DO
ÁLCOOL DOS
ÉSTERES
ÁLCOOL
DESIDRATADO
RECUPERAÇÃO
DO ÁLCOOL DA
GLICERINA
GLICERINA
BRUTA
PURIFICAÇÃO DOS
ÉSTERES
BIODIESEL
ÁLCOOL
RECUPERADO
DESTILAÇÃO DA
GLICERINA
RESÍDUO
GLICÉRICO
GLICERINA
DESTILADA
ÁLCOOL
RECUPERADO
33
Durante o processo em que ocorre a transformação do óleo vegetal em ésteres
alquílicos (chamado simplesmente de biodiesel), a glicerina, que compõe cerca de
20% da molécula de óleo vegetal, é removida, deixando o óleo mais fino e reduzindo
sua viscosidade, sendo substituída pela molécula do álcool proveniente do etanol ou
metanol. A glicerina, co-produto da produção de biodiesel, pode ser utilizada como
matéria-prima na produção de tintas, adesivos, produtos farmacêuticos, têxteis,
entre outras, aumentando a competitividade do produto no mercado (MEIRELLES,
2003).
3.3.3. Considerações sobre o biodiesel
MEIRELLES (2003) afirma que para identificar a concentração de biodiesel na
mistura com óleo diesel é comum a utilização de uma nomenclatura específica,
definida como BX, onde X refere-se à percentagem em volume do biodiesel. Assim,
B2, B5, B20 e B100 referem-se, respectivamente, a combustíveis com
concentrações de 2%, 5%, 20% e 100% de biodiesel (puro). As alternativas para o
fornecimento de óleo vegetal são diversas (Figura 07) e podem ser obtidas conforme
as espécies cultivadas em cada região.
Figura 07 - Distribuição espacial de oleaginosas no Brasil e previsão
de consumo de biodiesel B2 em 2008 (NAPPO, 2006).
34
NAPPO (2006) mostra a relação entre as possíveis culturas de oleaginosas no
Brasil, dividindo-o em três regiões, bem como a possível demanda de biodiesel,
considerando-se a obrigatoriedade de 2% de biodiesel incorporado ao diesel de
petróleo até 2008. Estima-se um volume necessário de biodiesel B2 de 1 bilhão de
litros por ano. Deste total tem-se 90 milhões de litros por ano para a região Norte
(9% do consumo), 140 milhões de litros por ano para a região Nordeste (14% do
consumo) e 770 milhões de litros por ano para a região Centro-Sul (77% do
consumo).
Como fonte de álcool para a produção do biodiesel, a opção preferencial tem sido o
etanol, produzido nacionalmente em larga escala, a partir da cana-de-açúcar e a
custos altamente competitivos, enquanto o metanol, além de ser tóxico, necessita
ser importado. O biodiesel pode ser utilizado como combustível puro, na forma de
mistura, como complemento ao diesel extraído de petróleo, ou em baixas
proporções como aditivo (de 1% a 4%). Uma das grandes vantagens do biodiesel é
sua adaptabilidade aos motores do ciclo diesel. Enquanto o uso de outros
combustíveis limpos, como o gás natural ou biogás, requer adaptação dos motores,
a combustão de biodiesel pode dispensá-la, configurando-se em uma alternativa
técnica capaz de atender a frota movida a diesel (MEIRELLES, 2003).
Segundo AMARAL (2006), a cadeia produtiva do biodiesel gera uma série de
resíduos e co-produtos industriais, os quais podem, quando adequadamente
geridos, contribuir para a viabilidade econômica da produção de biodiesel. Esses
resíduos de natureza líquida e sólida possuem potencial para uso na indústria de
alimentos e para a nutrição animal, bem como na indústria químico-farmacêutica.
Entretanto, há uma grande carência de estudos de análises de viabilidade técnica e
financeira, que possam apontar as melhores alternativas de custo-benefício para o
processamento e tratamento desses resíduos, os quais podem agregar valor e
reduzir os custos de produção de biodiesel, com o aproveitamento e venda destes
produtos e seus derivados.
35
3.4. Mamoneira (Ricinus communis L.)
3.4.1. Descrição e características da mamoneira
A mamoneira pertence à família das Euforbiáceas, sendo uma planta rústica e
resistente à seca. Em termos mundiais, a espécie é cultivada comercialmente entre
os paralelos 40º N e 40º S. No Brasil, seu cultivo comercial ocorre, praticamente, em
todos os estados nordestinos, à exceção de Sergipe e Maranhão, que embora
possuam áreas com aptidão potencial ao cultivo, não registraram plantios comerciais
(AMORIM NETO et al., 2001, apud CARAMORI et at., 2006).
Figura 08 - Mamoneira de cultivar Paraguaçu, zona rural de Pesqueira – PE (2007).
A mamoneira é uma planta de clima tropical, prefere locais onde a temperatura do ar
varie entre 20 e 30 ºC, precipitações pluviais (chuvas) de pelo menos 500 mm (5.000
m
3
/ha), elevada insolação, e umidade relativa do ar baixa durante a maior parte do
seu ciclo, menor do que 60%. Essa planta prefere solos de textura média, não muito
argilosos, planos ou de relevo suave ondulado, sem perigo de encharcamento ou
inundação e não suporta solos muito salinos e com baixa sodicidade, sendo que a
altitude do local deve ser de no mínimo 300 metros, podendo chegar a 1.100 metros
(BELTRÃO et al, 2003).
36
3.4.2. Cultivares sugeridas para o nordeste semi-árido
As cultivares sugeridas para plantio no nordeste semi-árido são a BRS-149
Nordestina e a BRS-188 Paraguaçu. Ambas são semi-indeiscentes que permitem
que a colheita seja realizada tanto escalonada quanto de uma vez, pois na
maturação, ao contrário das cultivares de frutos deiscentes, as sementes não caem
no solo.
A cultivar BRS149 - Nordestina é originária de seleção individual com testes de
progênie na cultivar Baianita. As plantas, em condições de sequeiro no Nordeste têm
altura média de 1,90 m, caule de coloração verde e ceroso, racemo (cacho) de
forma cônica e sementes de coloração preta, com peso médio de 0,68 g/unidade. A
floração ocorre em torno de 50 dias da emergência das plântulas e o teor de óleo
nas sementes é em torno de 49%, sendo o ciclo anual, em média, de 250 dias.
Produz, em média, 1.500 kg/ha de sementes (bagas), tendo em média de 5 a 7
cachos por planta, com tamanho médio de 32 cm com média de 37 frutos/cacho
(BELTRÃO et al, 2003).
A cultivar BRS 188-Paraguaçu, foi obtida pela seleção massal na cultivar local
Sangue-de-Boi, sendo em condições ecofisiológicas, de sequeiro, no Nordeste
brasileiro, de porte baixo, com média de 1,60 m de altura. Apresenta caule de
coloração roxa e ceroso, com racemo de forma oval, sementes pretas com algumas
manchas vermelhas, com peso médio de 0,71 g/unidade, tendo em média 48% de
óleo. Os frutos e a folha têm coloração arroxeada. Produz em média 1.500 kg/ha em
condições de sequeiro no Nordeste brasileiro, com componentes de produção
semelhantes à BRS 149-Nordestina. Ambas cultivares, em condições de irrigação,
podem chegar a produtividades acima de 5.000 kg/ha de bagas (BELTRÃO et al,
2003).
3.4.3. Agronegócio da mamona
A cadeia produtiva da mamona já foi mais valorizada e melhor estruturada no
passado, com movimentação de elevado volume de produtos, tanto no comércio
interno quanto no externo. A produção brasileira passou de cerca de 300 mil
37
toneladas/ano, com produtividades variando entre 800 a 1200 kg/ha de bagas, e
representava mais de 60% do total mundial (HELMAN, 1984, apud BELTRÃO et al,
2003), nas décadas de 80 e 90, para cerca de 70 mil toneladas/ano no período entre
1996 e 2000. Esta queda na produção fez com que o Brasil passasse de primeiro
produtor mundial e principal exportador para a terceira posição entre os países
produtores desta cultura, suplantado por Índia e China (Figura 09), ocupando hoje, a
posição de pequeno exportador de óleo e seus derivados (RAMOS et al., 2006). A
diminuição da produção brasileira ocorreu devido a uma série de fatores estruturais
e conjunturais, internos e externos, que levaram à redução significativa na área
plantada e no volume da produção (AZEVEDO e LIMA, 2001, apud BELTRÃO et al,
2003).
Figura 09 - Maiores produtores de mamona em 2005 (FAO, 2006, apud RAMOS et al., 2006)
A região Nordeste é responsável por 94% da área plantada (155.995 ha) com a
cultura de mamona no país e por 87% da produção nacional de bagas - 72.376 t. O
Estado da Bahia é o maior produtor, com uma média de 79% da produção regional
-57.462 t. (IBGE, 2004, apud CARAMORI et at., 2006).
38
3.4.4. Versatilidade da mamona
O mercado para a ricinoquímica no Brasil é pequeno e com poucos compradores, de
forma que qualquer pequeno excesso de oferta causa grande queda no preço.
(AZEVEDO e LIMA, 2001, apud BELTRÃO et al, 2003). Com a possibilidade do óleo
da mamona ser matéria-prima para a produção de biodiesel, há grande possibilidade
do amplo retorno ao plantio e exploração desta oleaginosa no Brasil, em especial na
Região Nordeste. O óleo da mamona é especial para produção de biodiesel em
função das suas características singulares, entre elas: maior densidade, solubilidade
em álcool, cerca de 5% de oxigênio a mais na molécula, bem como seus novos usos
na química fina, com mais de 700 produtos manufaturados, e a cada dia surgem
novos produtos (BELTRÃO et al, 2003).
RAMOS et al. (2006) reforçam a idéia de BELTRÃO et al. (2003) afirmando que a
cadeia produtiva da mamona inicia-se com a matéria-prima e termina com a
disponibilização de vários produtos industrializados, passando por intermediários de
comercialização e distribuição, assim como pelas indústrias extratoras de óleo,
química e de derivados. O mercado de mamona se concentra, principalmente, na
compra em baga e em caroço, sendo o óleo o ponto chave da cadeia, com cotações
controladas pelo mercado internacional (Rotterdam). Os altos valores resultam da
possibilidade de fabricação de múltiplos produtos, como: lubrificantes para motores
de alta rotação, anilinas, corantes, colas, aderentes, defensivos, vernizes, nylon,
próteses, plásticos, entre outros. Também a baixa disponibilidade no mercado
internacional favorece o aumento na cotação.
A Figura 10 mostra algumas possibilidades e versatilidade da mamona. Numa
cadeia cheia de oportunidades e opções de rotas comerciais, industriais e
tecnológicas, facilmente se observa, no fluxograma, duas etapas bem definidas: a
agrícola e a industrial. A etapa agrícola começa desde o desenvolvimento da cultura
até a disponibilização das sementes para a indústria. A etapa industrial é
caracterizada pela produção do óleo e seus derivados, destacando-se o biodiesel e
de produtos mais sofisticados como isolados protéicos. É importante observar a
integração entre essas etapas, não esquecendo o grande valor da parte comercial,
representada principalmente pelo processo de exportação.
39
Figura 10 - Possibilidades de utilização da mamona (SAVY FILHO, 2005; RAMOS et al., 2006)
No fluxograma (Figura 10) percebem-se dois tipos de resíduos sólidos: os
procedentes da cultura ou campo (caules, raízes e folhas) e os industrializados (torta
e farelo), sendo mostrado suas aplicações usuais. Este trabalho foca o uso
energético potencial desses resíduos.
Exportação
Matéria orgânica
Nutrientes minerais
Celulose
Derivados
Resíduos vegetais
Cultura da
Mamona
Transesterificação
ou Craqueamento
Óleo da
Mamona
Fruto da
Mamona
Torta
Isolados
protéicos
Sementes
da Mamona
Farelo
Cascas
Matéria orgânica
Outros usos
Industrialização
Óleo solúvel
Lubrificantes
Detergente
Nylon
Substituição
de
Combustíveis
Proteínas
Aminoácidos
Adubação orgânica
Inativação de toxinas
Ração
40
3.5. Biomassa
3.5.1. Descrição e formação da biomassa
VIANNA et al. (2000) descreve a biomassa, em sentido amplo, como qualquer tipo
de matéria orgânica renovável de origem vegetal, animal ou procedente da
transformação natural ou artificial da mesma. Estes materiais têm em comum a
origem direta ou indireta do processo de fotossíntese e por esta razão se
apresentam de maneira periódica e não limitada no tempo, quer dizer, de forma
renovável. A energia da biomassa é proveniente da luz solar no processo de
fotossíntese.
Aproveitando aproximadamente 1% do total da radiação solar incidente sobre a
Terra, estima-se que anualmente sejam produzidas, pelo processo de fotossíntese,
cerca de 220 x 10
9
toneladas de biomassa (base seca), o que equivale a uma
energia de 2 x 10
15
MJ, ou seja, mais que 10 vezes a energia global consumida por
ano no nosso planeta (SMIL, 1985, apud NOGUEIRA & LORA, 2003).
A Figura 11 ilustra, de forma simplificada, a produção de biomassa partindo-se das
substâncias clássicas da natureza (CO
2
e H
2
O) e da energia solar.
Figura 11 - Transformação de CO
2
e H
2
O em biomassa e vice-versa (BUSSI et al., 2004)
ENERGIA SOLAR
BIOMASSA
CO
2
+ H
2
O
ENERGIA, PRODUTOS QUÍMICOS
41
De forma genérica, a fotossíntese pode ser esquematizada pela seguinte equação:
6 CO
2
+ 6 H
2
O C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
Esta simples transformação de gás carbônico e água em carboidrato e oxigênio
ocorre, na verdade, segundo caminhos sofisticados e diversas etapas
intermediárias, permitindo a vida na Terra. De fato, as plantas e os animais, inclusive
o homem, vivem em uma “simbiose”, consumindo e trocando recursos em
complexas cadeias de onde fluem alimentos e energia, sempre a partir da energia
solar sintetizada quimicamente nas plantas (NOGUEIRA & LORA, 2003).
3.5.2. Classificação da biomassa
A Biomassa pode ser classificada (VIANNA et al., 2000) segundo sua origem como:
• Biomassa natural: é aquela produzida pela natureza sem a intervenção
humana, por exemplo, as árvores das florestas. Este tipo de biomassa parece
ser a mais adequada para um aproveitamento energético em grande escala e
rápida degradação através dos ecossistemas naturais.
• Biomassa residual: é aquela gerada por qualquer tipo de atividade humana,
principalmente nos processos produtivos dos setores agrícola e florestal,
assim como a produzida nos núcleos urbanos.
• Biomassa produzida em plantações energéticas: neste caso os cultivos
energéticos são realizados com a finalidade de produzir biomassa capaz de
ser transformada em combustível.
Os recursos energéticos da biomassa podem ser classificados de diversas
maneiras, entretanto deve-se reconhecer que aos fluxos de energia de biomassa
estão associados os biocombustíveis (Tabela 04) que, por sua vez, podem ser
42
apresentados em três grupos principais, de acordo com a origem da matéria que o
constitui. Dessa forma, existem os biocombustíveis da madeira
(dendrocombustíveis), os combustíveis de plantação não florestal
(agrocombustíveis) e os resíduos urbanos (NOGUEIRA & LORA, 2003).
Tabela 04 - Classificação dos biocombustíveis (NOGUEIRA & LORA, 2003).
PRIMEIRO NÍVEL SEGUNDO NÍVEL DEFINIÇÃO
Biocombustíveis
da madeira
(dendrocombustíveis)
Combustíveis diretos da
madeira
Madeira produzida para fins energéticos, usada
diretamente ou indiretamente como combustível.
Combustíveis indiretos da
madeira
Incluem biocombustíveis sólidos, líquidos ou
gasosos, subprodutos da exploração florestal e
resultantes do processamento industrial da
madeira para fins não energéticos.
Combustíveis da madeira
recuperada
Madeira usada diretamente ou indiretamente
como combustível, derivada de atividades sócio-
econômicas que empregam produtos de origem
florestal.
Biocombustíveis
não florestais
(agrocombustíveis)
Combustíveis
de plantações
energéticas
Tipicamente combustíveis sólidos e líquidos
produzidos a partir de plantações anuais, como é
o caso do álcool da cana-de-açúcar.
Subprodutos agrícolas Principalmente resíduos de colheitas e outros
tipos de subprodutos de culturas, como palhas e
folhas.
Subprodutos animais Basicamente esterco de aves, bovinos e suínos.
Subprodutos
agroindustriais
Basicamente subprodutos de agroindústrias,
como o bagaço de cana e a casca de arroz.
Resíduos urbanos Resíduos sólidos e líquidos gerados em cidades
e vilas.
43
3.5.3. Tipos de energia gerada pela biomassa
A transformação da biomassa (VIANNA et al., 2000) origina diferentes tipos de
energia.
Desta forma, pode ser produzida:
• Energia térmica – é a aplicação mais usual da biomassa. Os sistemas de
combustão direta podem ser utilizados na confecção de alimentos, no
aquecimento e na secagem. É ainda possível aproveitar o vapor para
produção de eletricidade.
• Energia elétrica – obtém-se a partir da transformação da biomassa
proveniente de culturas energéticas e de resíduos industriais.
• Energia mecânica – resulta da utilização dos biocombustíveis, que permitem
substituir, total ou parcialmente, os combustíveis fósseis.
Em síntese, a transformação de biomassa (Figura 12) em energia depende,
fundamentalmente, do tipo e do uso que se pretende dar à energia produzida a partir
dela.
3.5.4. Rotas tecnológicas de conversão da biomassa em bioenergia
Segundo NOGUEIRA & LORA (2003), a energia disponível na biomassa apresenta-
se sempre na forma de energia química, impondo reações para sua liberação e
conseqüente execução de alguma ação de interesse, como pode ser o cozimento de
alimentos, a geração de vapor ou outras aplicações. Em todos os casos pode-se
dizer que a utilização da energia da biomassa é a fotossíntese inversa, pois se
busca resgatar a energia solar armazenada pelo vegetal, consumindo oxigênio
atmosférico e restituindo ao ar o dióxido de carbono. Assim se justificam o emprego
de diversas tecnologias, baseadas em alguns processos de conversão, sendo os
principais classificados em três grupos: físicos, termoquímicos e biológicos. BUSSI
et al. (2004) contribuíram para esta classificação fornecendo detalhes de faixas de
temperatura e teor de umidade da biomassa, conforme esquematizado na Figura 12.
44
Figura 12 - Processos tecnológicos de conversão da biomassa
(adaptado de VIANNA et al, 2000; BUSSI et al., 2004; NOGUEIRA & LORA, 2003).
PROCESSOS
BIOLÓGICOS
REDUÇÃO
GRANULOMÉTRICA
DENSIFICAÇÃO
(SECAGEM)
BIOMASSA
PIRÓLISE
(FORNECIMENTO DE
CALOR /250-1000º C)
PELLETS
BRIQUETES
PRENSAGEM
MECÂNICA
PROCESSO
CATALÍTICO
COMBUSTÃO
(QUEIMA DIRETA COM AR
EM EXCESSO)
GASEIFICAÇÃO
(AR OU OXIGÊNIO
LIMITADO / 650-1200º C)
PROCESSOS
TERMOQUÍMICOS
LIQUEFAÇÃO
(INJEÇÃO DE CO e H
2
)
PROCESSOS
FÍSICOS
DIGESTÃO
ANAERÓBIA
FERMENTAÇÃO
UMIDADE
> 85%
UMIDADE
< 15%
APARAS
CALOR
GASES DE
COMBUSTÃO
ÓLEO VEGETAL
BIOGÁS (CH
4
e H
2
O)
ETANOL, CO
2
GÁS
COMBUSTÍVEL
COMBUSTÍVEL
LÍQUIDO
HIDROCARBONETOS
BIOÓLEOS
GASES COMBUSTÍVEIS
LÍQUIDOS (ALCATRÃO,
ÁCIDO PIROLENHOSO...).
SÓLIDOS (CARVÃO)
45
3.5.5. Processos de conversão termoquímica da biomassa
VIANNA et al. (2000) fortalece a classificação anterior destacando os processos de
conversão termoquímica à elevada temperatura para transformar a biomassa em
uma forma mais útil de energia, afirmando ser possível converter entre 85% e 95%
da matéria orgânica da biomassa com alta eficácia, apresentando pouca
sensibilidade ao se variar de um material para outro.
Os processos de conversão da biomassa, do ponto de vista termoquímico, podem
ser simplificados como:
3.5.5.1. Combustão
Segundo NOGUEIRA & LORA (2003), a queima direta ou combustão é a tecnologia
de conversão mais antiga e mais difundida comercialmente, aplicando-se
fundamentalmente para a madeira e para os mais diversos resíduos agroindustriais
como o bagaço de cana, a casca de arroz e outros similares como os resíduos do
agronegócio da mamona. A biomassa é um combustível rico em voláteis, que
constituem quase 75% de seu peso. Como exemplo dessa constituição pode-se citar
o bagaço de cana que possui cerca de 73,78% de materiais voláteis. A combustão é
um processo milenar e complexo, porém, de forma simplificada o seu mecanismo
pode ser explicado através de seis etapas consecutivas e bem definidas:
• secagem;
Combustão: Biomassa + O
2
(estequiométrico) Produtos de combustão (calor)
Pirólise: Biomassa + Calor Carbono vegetal + Líquidos + Gás
Gaseificação: Biomassa + O
2
(limitado) Gás
46
• emissão de voláteis;
• ignição dos voláteis;
• queimas dos voláteis em chama,;
• extinção da chama dos voláteis;
• combustão do resíduo de carbono (coque).
Durante o processo de combustão da biomassa, deve-se levar em conta que este
processo transcorre primeiramente em uma etapa homogênea (queima dos voláteis)
e depois em uma etapa heterogênea (combustão do resíduo de carbono ou coque).
De acordo com as condições de fornecimento e mistura de ar ao combustível,
geralmente a velocidade das fases iniciais é superior à da última fase, quando o
combustível queima no estado sólido (NOGUEIRA & LORA, 2003). Resumidamente,
a reação de combustão de um combustível com ar pode ser representada segundo o
seguinte esquema:
Biomassa + ar = CO
2
+ SO
2
+ H
2
O + N
2
+ O
2
+ CO + H
2
+ CH
4
+ fuligem + cinzas.
No caso da biomassa, os produtos CO
2
, SO
2
e H
2
O são resultantes da oxidação
completa, sendo a quantidade de SO
2
quase desprezível. Os produtos N
2
e O
2
são
provenientes do ar em excesso e eventualmente da umidade do combustível e do ar.
Os produtos CO, H
2
e CH
4
e fuligem são resultantes de combustão incompleta. As
cinzas são resultantes da fração mineral do combustível (NOGUEIRA & LORA,
2003).
3.5.5.2. Pirólise
Este termo engloba um conjunto de processos técnicos em ausência total ou quase
total de oxigênio. O processo começa com a degradação dos principais
componentes da biomassa: a hemicelulose começa a degradar-se entre 225 ºC e
325 ºC, a celulose entre 325 ºC e 375 ºC enquanto a lignina o faz entre 250 ºC e 500
ºC. As condições são ajustadas para favorecer a formação do produto desejado.
Assim, para se obter a maior quantidade possível da fração sólida (carvão vegetal)
se empregam temperaturas baixas da ordem de 400 ºC e tempos de reações
grandes (de 15 minutos a vários dias). Para obtenção de altos rendimentos da
47
fração líquida (até 85%) empregam-se temperaturas em torno de 500 ºC e tempos
de residência pequenos da ordem de segundos. Para maximizar o rendimento de
gases (até 80%) trabalha-se a 700 ºC ou mais, com tempos de residência também
da ordem de segundos (BUSSI et al., 2004).
A fração gasosa é formada por hidrocarbonetos leves (metano, etileno, etano,
propileno, propano, entre outros), óxidos de carbono (CO
2
e CO) e hidrogênio. A
fração líquida é constituída por uma grande variedade de compostos de massa
molecular intermediária. A fração sólida é formada por estruturas resultantes da
condensação múltipla de ciclos aromáticos (carvões e coques) e pelos componentes
inorgânicos que sempre estão presentes na biomassa (cinzas). As características e
o tipo de produto obtido nos distintos processos podem ser afetados por muitos
fatores, tais como: tempo de estada, tamanho da partícula da biomassa, conteúdo
de umidade, pressão do processo e outros agentes como presença de água,
oxigênio, dentre outros (BUSSI et al., 2004).
Segundo NOGUEIRA & LORA (2003), a análise térmica, grupo de técnicas
baseadas na medição da variação dos parâmetros que caracterizam alguma
propriedade física de uma substância com a temperatura, constitui uma ferramenta
muito útil para o estudo do processo de pirólise de materiais ligno-celulósicos.
3.5.5.3. Gaseificação
Também denominado pirólise catalítica. É um processo parecido com a pirólise, ou
seja, um processo que se realiza a certa temperatura (mais ou menos elevada) em
ausência de oxigênio onde se utilizam catalisadores para modificar os produtos
obtidos. O uso de um catalisador adequado na gaseificação da biomassa permite
um aumento da eficiência global do processo, devido ao que se requerem menores
temperaturas de reação e se pode orientar a produção para algum tipo de produto
específico, por exemplo, pode-se minimizar a produção das frações líquidas e
sólidas mencionadas anteriormente (BUSSI et al, 2004).
Segundo NOGUEIRA & LORA (2003), na gaseificação, a produção de calor não é o
objetivo principal, mas sim a conversão da biomassa em um gás combustível,
48
através de sua oxidação parcial a temperaturas elevadas. Este gás, conhecido como
gás pobre ou producer gas, é um energético intermediário, e poderá ser empregado
mais adiante em outro processo de conversão, a fim de gerar calor ou potência
mecânica, adequando-se a sistemas em que a biomassa sólida não é possível de
ser utilizada. Basicamente o conteúdo médio dos compostos combustíveis no gás
resultante da biomassa é, para o CO entre 9 e 21%, para o H
2
entre 6 e 19% e para
o CH
4
entre 3 e 7%.
Dentro de uma panorâmica do aproveitamento da biomassa residual, tanto real
como potencial, a caracterização dos produtos é uma fase inicial importante em
qualquer estudo sobre aproveitamento e servirá como ferramenta auxiliar em todos
os trabalhos posteriores. O processo de caracterização da biomassa tem por objeto
definir as características físicas, químicas e energéticas que permitam avaliar o
comportamento e as possíveis linhas de utilização (VIANNA et al., 2000).
Esse estudo mostra a possibilidade de uso da biomassa residual do agronegócio da
mamona através da rota energética de combustão. Associada a essa rota energética
sugere-se a tecnologia de densificação ou briquetagem para facilitar o manuseio,
armazenamento e produção de um combustível alternativo sólido. Este aspecto
energético é reforçado pela questão ambiental, pois a queima desse combustível
minimiza a geração de gases depreciadores da qualidade do ar, principalmente
óxidos de enxofre, diferentemente dos combustíveis fósseis.
49
3.6. Parâmetros analíticos
Entre os parâmetros físicos para se caracterizar a biomassa estão: a densidade, a
umidade e a distribuição granulométrica. A umidade é um componente inerte que
acompanha os resíduos e que diminui a energia calorífica disponível devido à
necessidade de evaporá-la nos processos térmicos. A distribuição granulométrica se
realiza sobre os produtos que tenham sido submetidos a uma redução primária de
tamanho. Os resultados obtidos junto com a densidade aparente e a umidade
estabelecem parâmetros para o manejo físico dos produtos, assim como as
necessidades de transformação para sua utilização (VIANNA et al., 2000).
As determinações químicas que se realizam normalmente são as análises imediatas
(carbono, voláteis e cinzas), as análises elementares (C, H, O, N, S),
complementando-se com as análises de componentes (celulose, hemicelulose,
lignina). Essas determinações, junto com a umidade, definem o comportamento
desses produtos nos processos químicos e em maior grau nos processos
termoquímicos, sendo que uma das aplicações mais conhecidas é seu
aproveitamento mediante combustão (queima direta). As possibilidades energéticas
se avaliam mediante a determinação do poder calorífico que mostra o potencial
como combustível desses produtos. A avaliação das cinzas é obtida a partir de
ensaios de fusibilidade que permitem conhecer as possibilidades de formação de
escória. Junto com os ensaios de fusibilidade se realizam análises para se conhecer
os principais componentes dessas cinzas (VIANNA et al., 2000).
Portanto, as características técnicas mais importantes da biomassa como fonte de
energia são: composição química (elementar e imediata), umidade e poder
calorífico. As definições destes parâmetros são apresentadas a seguir (NOGUEIRA
& LORA, 2003):
3.6.1. Composição química elementar
Corresponde ao conteúdo percentual em massa dos principais elementos que
constituem a biomassa, geralmente referente à matéria seca, ou seja, sem
considerar a presença de água. São geralmente apresentados valores para o
carbono (C), hidrogênio (H), enxofre (S), oxigênio (O), nitrogênio (N) e cinzas. Esta
50
última parcela agrega todos os elementos não combustíveis. A composição química
elementar constitui a base dos cálculos de combustão.
3.6.2. Composição química imediata
Refere-se ao conteúdo percentual, baseado na massa do combustível, do carbono
fixo, materiais voláteis, cinzas e, eventualmente, umidade. O conteúdo de voláteis
expressa a facilidade de se queimar um material e se determina como a fração em
massa do combustível que volatiliza durante o aquecimento de uma amostra
padronizada, em atmosfera inerte, até temperaturas de aproximadamente 850 ºC,
por 7 minutos. A fração de carbono que permanece na amostra logo após este
aquecimento é chamada de carbono fixo ou coque.
3.6.3. Umidade
É a medida da quantidade de água livre na biomassa e que pode ser avaliada pela
diferença entre os pesos de uma amostra, antes (P
u
) e logo após ser submetida à
secagem (P
s
). É possível apresentar os valores de umidade em base seca ou úmida,
conforme seja a condição de referência adotada, como se apresenta nas expressões
abaixo.
Umidade base seca:
H
s
= P
u
– P
s
Equação 3.1
P
s
H
s
- avaliada como (kg
água
/kg
material seco
)
Umidade base úmida:
H
u
= P
u
– P
s
Equação 3.2
P
u
H
u
-avaliada como (kg
água
/kg
material nas condições
de trabalho
)
51
3.6.4. Poder calorífico
É a quantidade de calor (energia térmica) que se libera durante a combustão
completa de uma unidade de massa ou de volume do combustível (kJ/kg ou kJ/m
3
).
Quando não se considera o calor latente de condensação da umidade presente nos
produtos de combustão, tem-se o poder calorífico inferior (PCI) e quando esse calor
latente é considerado, tem-se o poder calorífico superior (PCS), sendo essa
importante observação mostrada na Figura 13.
Figura 13 - Poder calorífico superior e inferior (NOGUEIRA & LORA, 2003)
Segundo GARCIA (2002), a diferença entre o Poder Calorífico Inferior (PCI) e o
Poder Calorífico Superior (PCS) é, exatamente, a entalpia de vaporização da água
formada pela queima do hidrogênio contido no combustível e da água já contida no
combustível como umidade do mesmo. Assim, a relação matemática entre eles é a
seguinte:
PCI = PCS – (24,41 ∙ UM) Equação 3.3
onde:
PCI = Poder calorífico inferior, (J/g) ou (kJ/kg).
PCS = Poder calorífico superior, (J/g) ou (kJ/kg).
UM = % em massa de umidade do combustível.
PODER
CALORÍFICO
SUPERIOR (PCS)
Se condensam os
vapores de água
presentes nos gases
de combustão
INFERIOR (PCI)
Não se condensam
os vapores de água
presentes nos gases
de combustão
52
O poder calorífico é determinado, no laboratório, através de um calorímetro. O valor
obtido é sempre o PCS enquanto o PCI é calculado usando a expressão (3.3) citada
anteriormente, sendo necessário o percentual de umidade do combustível.
Na Tabela 05 apresentam-se valores de poder calorífico e de composição elementar
e imediata para algumas biomassas de interesse energético.
Tabela 05 - Características técnicas de diferentes tipos de biomassa
em base seca (JENKINS, 1990 apud NOGUEIRA & LORA, 2003)
TIPO DE
BIOMASSA
COMPOSIÇÃO ELEMENTAR (%) COMPOSIÇÃO IMEDIATA (%)
C H O N S CINZAS MATERIAIS
VOLÁTEIS
CINZAS CARBONO
FIXO
PODER
CALORÍFICO
INFERIOR
(MJ/kg)
Pinheiro 49,29 5,99 44,36 0,06 0,03 0,30 82,54 0,29 17,70 20,0
Eucalipto 49,00 5,87 43,97 0,30 0,01 0,72 81,42 0,79 17,82 19,4
Casca de
arroz
40,96 4,30 35,86 0,40 0,02 18,34 65,47 17,89 16,67 16,1
Bagaço de
cana
44,80 5,35 39,55 0,38 0,01 9,79 73,78 11,27 14,95 17,3
Casca de
coco
48,23 5,23 33,19 2,98 0,12 10,25 67,95 8,25 23,8 19,0
Sabugos de
milho
46,58 5,87 45,46 0,47 0,01 1,40 80,10 1,36 18,54 18,8
Ramas de
algodão
47,05 5,35 40,97 0,65 0,21 5,89 73,29 5,51 21,20 18,3
53
De maneira simplificada, pode-se dizer que o PCI refere-se ao calor efetivamente
possível de ser utilizado nos combustíveis, enquanto o PCS é em torno de 10 a 20%
mais elevado, resultado de sua avaliação em laboratório. Para avaliar o poder
calorífico dos combustíveis sólidos ou líquidos de biomassa, a condição mais usual é
utilizar uma “bomba calorimétrica”, composta de um recipiente no qual se coloca
uma amostra da biomassa, pressuriza-se com oxigênio e efetua-se a queima,
medindo-se o calor liberado pela variação da temperatura da água no vaso onde foi
colocada a bomba (NOGUEIRA & LORA 2003).
Ainda segundo NOGUEIRA & LORA (2003), nos cálculos de rendimento dos
sistemas de combustão pode-se adotar ambos os tipos de poder calorífico,
lembrando que a eficiência referente ao PCI é superior ao valor determinado
segundo o PCS. Por isto, é sempre importante deixar claro o poder calorífico que se
tem empregado ao apresentar resultados de cálculos de eficiência e perdas de calor
em fornos e caldeiras. Como o calor de condensação da umidade dos gases é
tecnicamente irrecuperável, parece ser preferível o uso do PCI.
54
4. METODOLOGIA
A parte experimental deste trabalho foi realizada no Laboratório de Fluidos – LF, da
Associação Instituto de Tecnologia de Pernambuco – ITEP.
Figura 14 - Laboratório de Fluidos – ITEP (2007)
4.1. MATERIAL E MÉTODOS
4.1.1. Coleta das amostras
A coleta do material foi feita no dia 28/06/2007 na cidade de Pesqueira (Figura 15),
agreste de Pernambuco, situada a cerca de 190 km da capital Recife, e consistiu em
amostras de torta industrial (bruta e beneficiada) e sementes de mamona
procedente de agricultores familiares de Pesqueira e de outros municípios do
agreste.
O município de Pesqueira faz parte da Região de Desenvolvimento do Agreste
Central, localizada na Mesorregião do Agreste Pernambucano e com uma área de
10.117 km². A região abrange 10,22% do território estadual e que é constituída por
mais de 25 municípios.
55
Figura 15 - Cidade de Pesqueira – PE (2007)
Por iniciativa da Prefeitura de Pesqueira, e em parceria com os agricultores
familiares, nos últimos dois anos foi realizado o plantio de cerca de dois mil hectares
de mamoneira das espécies Nordestina e Paraguaçu. Seguindo a proposta do
fortalecimento do plantio de oleaginosas, o Ministério de Ciência e Tecnologia - MCT
investiu recursos para uma fábrica de esmagamento e produção de óleo, a matéria-
prima do biodiesel; também instalando a fábrica para a produção de biodiesel
(Figura 16).
Figura 16 - Indústria de Biodiesel de Pesqueira – PE (2007)
56
Biodiesel é um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis, que pode
ser obtido por diferentes processos tais como: craqueamento (pirólise ou
gaseificação), esterificação e transesterificação. A transesterificação é o processo
mais utilizado atualmente para a produção de biodiesel. No caso da indústria de
Pesqueira, as sementes de mamona são pré-cozidas com etanol, para diminuir a
viscosidade do óleo e aumentar a extração do mesmo através do esmagamento. Em
seguida o processo empregado é a transesterificação, também utilizando o etanol
(álcool etílico) e um catalisador impregnado em argila (o catalisador não pode ser
divulgado por estar em fase de aquisição de patente). As Figuras 17 e 18 ilustram
as unidades de esmagamento e transesterificação, respectivamente, da indústria de
biodiesel de Pesqueira.
Figura 17 – Produção do óleo de mamona – Pesqueira (2007)
57
Figura 18 – Produção de Biodiesel – Pesqueira (2007)
Além da visita técnica ao setor industrial de biodiesel na zona urbana, foram
coletadas amostras de mamoneira de cultivar Paraguaçu com 55-60 dias e com 145-
150 dias de cultivo (Figura 19) em sítio de Mimoso, zona rural de Pesqueira.
Figura 19 – Cultivar Paraguaçu com 145 a 150 dias de cultivo na
zona rural de Pesqueira – PE (2007)
58
4.1.2. Descrição das amostras coletadas
As amostras coletadas foram classificadas em dois grupos: resíduos industriais e
resíduos agrícolas. Como resíduos industriais deste estudo foram considerados a
torta bruta e a torta beneficiada. Como resíduos agrícolas foram considerados as
raízes, caules, pecíolos e folhas. As cascas, neste caso, foram consideradas
amostra industrial por ter sido gerada na indústria através do descascamento do
fruto e liberação das sementes.
4.1.2.1. Torta bruta
Representada pela biomassa obtida das sementes da mamona após receberem
aquecimento (cozimento para facilitar o expelimento do óleo) e prensagem
mecânica. A torta bruta (Figura 20) apresenta-se de forma dispersa e formando
grumos resultantes do processo de extrusão da prensagem mecânica (Figura 21). A
torta bruta contém grande quantidade de óleo residual impregnado. É untuosa ao
tato e de coloração escura devido ao teor de óleo que causa impregnação e
compactação da massa dessa torta.
Figura 20 – Torta bruta da semente da mamona (2007)
59
Figura 21 – Prensagem da mamona cozida para produzir
torta bruta e óleo (2007).
4.1.2.2. Torta beneficiada
Representada pela biomassa obtida a partir da torta bruta através do processo de
moagem (Figura 22) e, eventualmente, solventização para recuperação do óleo
residual. Esta torta contém uma quantidade de óleo residual impregnado menor do
que a torta bruta, sendo menos untuosa ao tato e de coloração menos escura
(Figura 23), devido à extração com solvente, que neste caso específico, foi utilizado
etanol proveniente de cana-de-açúcar.
Figura 22 – Beneficiamento da torta bruta da mamona (2007)
60
Figura 23 – Torta beneficiada da semente da mamona (2007)
4.1.2.3. Cascas
Obtidas dos frutos, após liberação das sementes. Segundo ALMEIDA et al. (2006),
as cascas representam cerca de 25% (Figura 24) do fruto da mamona.
Figura 24 – Sementes e cascas da mamona (2007).
61
4.1.2.4. Pecíolos e folhas
Melhor visualizadas através da Figura 25, sendo consideradas tipicamente resíduos
agrícolas. As folhas são grandes, em geral com sete lóbulos e sustentadas pelos
pecíolos.
Figura 25 – Resíduos agrícolas da mamoneira - pecíolos e folhas (2007).
4.1.2.5. Raiz
As raízes da mamoneira são muito volumosas e o crescimento da raiz principal pode chegar a mais de
1m de profundidade. O formato típico do sistema radicular da mamoneira é apresentado na Figura 26.
Próximo ao colo da planta surgem numerosas raízes laterais que não se aprofundam no solo,
permanecendo apenas na camada superficial. Dessas ramificações laterais surgem as raízes finas
(SEVERINO & GONDIM, 2006).
As raízes foram limpas para remoção da areia impregnada e a seguir trituradas em liquidificador
industrial para preparação das amostras de análise.
62
Figura 26 – Resíduo agrícola da mamoneira – raízes (2007).
4.1.2.6. Caule
O caule da mamoneira (Figura 27) pode ter cores e formatos variados e ser ou não coberto de cera,
características importantes para diferenciar as cultivares. Geralmente é oco quando a planta é nova,
mas tende a ficar lenhoso e ser preenchido com um tecido esponjoso à medida que a planta
amadurece (SEVERINO & GONDIM, 2006). Do caule da mamoneira, surgem inflorescências
que produzem os frutos ou bagas (Figura 28) que são compostos por cascas e sementes.
O caule foi cortado em duas seções para preparação das amostras. O caule inferior (material
proveniente até 50 cm do solo) e o caule superior (material acima de 50 cm do solo).
Figura 27 – Resíduo agrícola da mamoneira - caule (2007).
63
Figura 28 – Fruto da mamoneira composto por casca e semente (2007).
4.1.2.7. Amostra composta
Representada por uma amostra de mamoneira com 55-60 dias de ciclo vegetativo. A
amostra foi composta integralmente utilizando-se raízes, caules, pecíolos e folhas de
uma mamoneira colhida na plantação mostrada na Figura 29.
Figura 29 – Mamoneira de cultivar Paraguaçu com 55-60 dias de cultivo
Zona rural – Pesqueira - PE (2007).
64
4.1.3. Preparação das amostras em laboratório
As amostras coletadas estão especificadas na Tabela 06. Cada fração foi transferida
separadamente para sacos de papel Kraft para evitar condensação de umidade e
possíveis alterações de resultados. Para esta amostragem foram retirados 500
gramas de cada fração. Essas amostras foram mantidas em temperatura ambiente
do laboratório durante o período de realização das análises.
Tabela 06 – Discriminação das amostras estudadas (2007)
AMOSTRAS NATUREZA DESCRIÇÃO
1 Industrial Torta bruta
2 Industrial Torta beneficiada
3 Industrial Cascas
4 Agrícola Folhas
5
Agrícola
Raiz
6
Agrícola
Caule inferior
7
Agrícola
Caule superior
8
Agrícola
Pecíolo
9
Agrícola
Composta
As amostras citadas anteriormente na Tabela 06 foram preparadas para as
condições de análises laboratoriais e algumas delas são mostradas na Figura 30.
65
Figura 30 – Algumas amostras usadas nos ensaios analíticos (2007)
(A) torta bruta, (B) torta beneficiada, (C) cascas, (D) folhas, (E) raiz, (F) caule
66
A B
C D
E
F
As amostras de torta bruta e de torta beneficiada foram homogeneizadas para
retiradas de porções representativas e realização dos ensaios analíticos. As cascas
e amostras de natureza agrícola, conforme discriminado anteriormente na Tabela
06, necessitaram do processo de trituração, utilizando-se um liquidificador industrial.
A raiz antes de ser triturada para compor a amostra laboratorial necessitou da
eliminação de areia impregnada para não comprometer os resultados analíticos que
se pretendia.
4.1.4. Análises realizadas
Os parâmetros analisados neste estudo foram: poder calorífico superior, teor de
umidade e teor de cinzas das amostras discriminadas anteriormente na Tabela 06.
A determinação do poder calorífico superior das amostras serve para quantificar o
potencial energético disponível nessas biomassas. As análises do teor de umidade e
do teor de cinzas das amostras foram realizadas para auxiliar em avaliações de
possíveis usos desses materiais (biomassas) como combustíveis alternativos.
4.1.5. Metodologia das análises
4.1.5.1. Umidade
A determinação da umidade foi realizada por secagem em estufa. Esse método é
aplicado para determinar a umidade da matéria orgânica de origem vegetal, através
da secagem em estufa a 105 +/-3 ºC, seguida do resfriamento e determinação da
massa da amostra.
Procedimento experimental:
• Aquecer a cápsula a 105 +/-3 ºC, esfriar em dessecador e determinar a sua
massa com precisão de 0,1mg;
• Repetir a operação até obtenção de massa constante;
• Determinar a massa de aproximadamente 30 g da amostra triturada;
67
• Transferir a amostra para a cápsula de porcelana previamente tarada;
• Secar em estufa a 105 +/-3 ºC por 4 h;
• Transferir para o dessecador e deixar esfriar até atingir a temperatura
ambiente (30 +/- 2 ºC);
• Determinar a massa da amostra seca com precisão de 0,1mg;
• Repetir estas operações até obtenção de massa constante, aquecendo por
um período mínimo de 2 h;
• Fazer, no mínimo, duas determinações em paralelo;
• Calcular a umidade, expressa em porcentagem, pela fórmula:
UM = [ (ma – ms) / ma ] . 100 Equação 4.1
onde:
UM – umidade expressa em porcentagem de massa inicial da amostra;
ma – massa inicial da amostra, em gramas;
ms – massa da amostra seca em estufa, em gramas.
• Expressar a umidade da amostra pela média aritmética dos resultados
obtidos em teor úmido ou seco, usando no mínimo, resultados de duplicatas e
não diferindo de 0,2%.
4.1.5.2. Cinzas
A determinação de cinzas foi realizada por calcinação da amostra em mufla. Esse
método é aplicado para determinar cinzas de matéria orgânica de origem vegetal,
através da calcinação ou incineração em mufla a 775 +/-25 ºC, seguida do
resfriamento e determinação da massa da amostra.
Procedimento experimental:
• Aquecer a cápsula a 775 +/-25 ºC, esfriar em dessecador e determinar sua
massa com precisão de 0,1mg;
• Repetir a operação até obtenção de massa constante;
68
• Determinar a massa de aproximadamente 5 g da amostra triturada;
• Transferir a amostra para a cápsula de porcelana previamente tarada;
• Calcinar em mufla a 775 +/-25 ºC por 30 min;
• Transferir para o dessecador e deixar esfriar até atingir a temperatura
ambiente (30 +/- 2 ºC);
• Determinar a massa da amostra calcinada com precisão de 0,1mg;
• Repetir estas operações até obtenção de massa constante, aquecendo por
um período de 30 min;
• Fazer no mínimo, duas determinações em paralelo;
• Calcular a massa de cinzas como porcentagem da amostra original pela
fórmula:
CZ = ( mc / ma ) . 100 Equação 4.2
onde:
CZ – cinzas expressa em porcentagem da massa inicial da amostra;
mc – massa de cinzas, em gramas;
ma – massa inicial da amostra, em gramas.
• Expressar as cinzas da amostra pela média aritmética dos resultados obtidos,
utilizando no mínimo, resultados de duas réplicas e não diferindo de 5%.
4.1.5.3. Poder calorífico superior
As análises do poder calorífico superior (PCS) das amostras foram feitas em
Calorímetro automático – modelo MS 10A da empresa R&P, de origem alemã
(Figura 31), o qual funciona de acordo com o método isoperibólico.
Descrição do funcionamento do calorímetro:
Segundo o Manual de Operação (2007), o método isoperibólico é um princípio
operacional de funcionamento onde a camisa externa do calorímetro é mantida a
uma temperatura constante (28 ºC +/- 0,005 ºC), enquanto a temperatura do vaso
69
interno varia. A amostra passa por uma combustão completa na bomba calorimétrica
que deve estar a uma pressão de oxigênio de 30 bar (máximo 40 bar).
A combustão é iniciada devido a um pulso de corrente enviado através do fio de
ignição. O calor liberado durante a combustão eleva a temperatura da água do
calorímetro que envolve totalmente a bomba de combustão. Esta elevação na
temperatura da água é medida com muita precisão.
Figura 31 - Calorímetro MS 10A da R&P do
Laboratório de Fluidos - ITEP (2007).
O microprocessador do calorímetro mede essa troca de calor e apresenta no display
o acréscimo de temperatura corrigido (∆T), logo após o final do teste. Este valor (∆T)
é uma variável na equação de cálculo do Poder Calorífico Superior, que é a
seguinte:
PCS = C ∙ ∆T – (Q
N
+ Q
S
+ Q
Z
) Equação 4.3
m
a
70
onde:
PCS = poder calorífico superior em J/g ou kJ/kg;
C = energia equivalente do calorímetro em J/K;
∆T = acréscimo de temperatura em K;
Q
N
= correção para o calor de formação do N (nitrogênio);
Q
S
= correção para o calor de formação do S (enxofre);
Q
Z
= correção para o calor de combustão do fio de ignição e do cordão de algodão;
m
a
= massa da amostra em g.
Para o cálculo do Poder Calorífico Inferior utiliza-se a expressão:
PCI = PCS – (24,41 ∙ UM) Equação 4.4
onde:
PCI = poder calorífico inferior em J/g ou kJ/kg;
UM = % em massa de umidade da amostra.
O calorímetro utiliza o termo Q
V
para designar o poder calorífico que o texto chama
de PCS e o calcula automaticamente. O cálculo do PCI é feito manualmente usando
a expressão (4.4) citada anteriormente.
Descrição do método analítico:
• Calcular a massa da amostra (m
a
) a ser queimada através da seguinte
expressão:
m
a
= 26454 / PCS
a
Equação 4.5
onde: PCS
a
- poder calorífico aproximado da amostra testada
71
• Determinar a massa da amostra, (geralmente entre 0,5 e 1,0 g, obtida através
da expressão 4.5), no cadinho específico do calorímetro usando balança
analítica eletrônica de precisão;
• Preparar a bomba de combustão (Figuras 32, 33 e 34) adequadamente,
conforme roteiro do Manual do Calorímetro (2007);
• Encher, com água destilada o recipiente de capacidade 2 litros e mantê-la
obrigatoriamente entre 23 e 25º C, seguindo a calibração do instrumento em
torno de 24º C;
• Fornecer os dados necessários ao instrumento, seguindo o Manual do
Calorímetro (2007);
• Colocar cuidadosamente a bomba calorimétrica no interior do calorímetro;
• Esperar o calorímetro executar suas operações internas e enviar dados para
que seja impresso o relatório do ensaio.
Figura 32 – Cadinho para amostra, suspenso nos eletrodos (2007)
Figura 33 – Detalhe do fechamento da bomba calorimétrica (2007)
72
Figura 34 – Bomba calorimétrica sob pressão adequada para a combustão (2007)
As Figuras 32, 33 e 34 mostram em detalhes as etapas prévias realizadas fora do
calorímetro para posterior determinação do poder calorífico superior da amostra no
interior do equipamento. O cadinho usado é de vidro quartzo e a bomba
calorimétrica de aço inoxidável. Observa-se que o cadinho fica suspenso em duas
hastes metálicas que servem ao mesmo tempo como suporte e como eletrodos onde
será conectado o fio condutor metálico. O fio metálico, por sua vez é conectado a
um cordão de algodão que será introduzido na amostra para favorecer o início da
combustão. A bomba calorimétrica é fechada através do rosqueamento cuidadoso,
evitando desmontar a estrutura interna suspensa no cadinho com o fio e o cordão de
algodão preso na amostra. Note que a bomba calorimétrica possui um pequeno
reservatório (Figura 32) onde é colocado água destilada (cerca de 5 mL) para
auxiliar a combustão da amostra através da completa absorção dos gases
produzidos, principalmente gás carbônico, óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio.
Estes óxidos podem ser posteriormente dosados expressando-se os teores de
enxofre e nitrogênio presentes na amostra através de análise volumétrica. Esta
dosagem é feita através do recolhimento e análise da água de absorção da bomba
calorimétrica. Após fechamento cuidadoso a bomba calorimétrica é pressurizada a
cerca de 30 a 40 bar e transferida para o interior do calorímetro para realização da
queima propriamente dita. No caso deste equipamento, esta operação é automática,
e em seguida os dados são enviados para uma impressora que emite o relatório
analítico da queima através dos dados do poder calorífico superior da amostra em
estudo.
73
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Resultados analíticos obtidos
A Tabela 07 mostra os resultados experimentais do teor de umidade, do teor de
cinzas e do poder calorífico superior e inferior das amostras estudadas. Estes dados
foram calculados através da média aritmética das análises realizadas em triplicata e
que foram concluídas em 03/08/07.
Tabela 07 - Resultados das análises das amostras estudadas (2007)
AMOSTRA DESCRIÇÃO
UMIDADE
(base úmida)
(%)
CINZAS
(%)
PODER
CALORÍFICO
SUPERIOR
(MJ/kg)
PODER
CALORÍFICO
INFERIOR
(MJ/kg)
1 Torta bruta 8,4 4,9 22,2 22,0
2
Torta
beneficiada
10,6 5,5 19,7 19,4
3 Cascas 11,7 6,2 15,9 15,6
4 Folhas 48,4 6,4 8,4 7,2
5 Raiz 25,1 4,4 17,4 16,8
6 Caule inferior 30,3 3,4 17,4 16,7
7 Caule superior 21,8 5,9 17,2 16,7
8 Pecíolo 12,9 12,2 10,3 10,0
9
Composta 17,0 12,8 16,7 16,3
Para uma melhor visualização e posterior análise dos resultados, as Figuras 35, 36 e
37 mostram, em gráficos, os valores do teor de umidade, do teor de cinzas e dos
poderes caloríficos superiores e inferiores das amostras estudadas.
74
5.1.1. Resultados analíticos: teor (%) de umidade das amostras estudadas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Amostras
(%)
Figura 35 – Porcentagem de umidade das amostras estudadas (2007)
A análise do gráfico da Figura 35 e com auxílio dos dados da Tabela 07 (p. 74), observa-se que o teor
de umidade das amostras variou muito. O valor mais baixo encontrado foi menor que 10% para a
amostra 1 (torta bruta, com 8,4%) enquanto o mais alto foi da amostra 4 (folhas, com 48,4%). Observa-
se que essa grande variação ocorreu até mesmo para amostras de biomassas semelhantes (amostras
6 e 7 dos caules inferior e superior, com 30,3% e 21,8%, respectivamente). Quanto maior o valor da
umidade, menor a qualidade da biomassa para uso energético.
75
5.1.2. Resultados analíticos: teor (%) de cinzas das amostras estudadas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Amostras
(%)
Figura 36 – Porcentagem de cinzas das amostras estudadas (2007)
A análise do gráfico da Figura 36 e com auxílio dos dados da Tabela 07 (p. 74), observa-se que os
resultados do teor de cinzas das amostras podem ser divididos em dois grupos: amostras de 1 a 7 e
amostras de 8 a 9. O teor de cinzas variou pouco para as amostras entre 1 e 7, não atingindo 7%. Para
as amostras 8 (pecíolo) e 9 (composta) esses valores foram semelhantes e acima de 12%.O valor mais
baixo encontrado foi da amostra 6 (caule inferior, com 4,4%) enquanto o mais alto foi da amostra 9
(composta, com 12,8%). Um fato curioso observado ocorreu nas amostras 5 (raiz, com 4,4%) e 6
(caule inferior, com 3,4%), apresentando valores bem próximos, mesmo sendo biomassas com
características relativamente distintas. Quanto maior a quantidade de cinzas, pior para o uso
energético, pois necessitará de técnicas de remoção desse material dos fornos e caldeiras, sem contar
que reduz o poder calorífico da amostra, por unidade de massa estabelecida.
76
5.1.3. Resultados analíticos: poderes caloríficos (MJ/kg) superiores e inferiores
das amostras estudadas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Amostras
(MJ/Kg)
Figura 37 – Poder calorífico das amostras estudadas (2007)
Poder Calorífico Superior (PCS) Poder Calorífico Inferior (PCI)
A análise do gráfico da Figura 37 e com auxílio dos dados da Tabela 07 (p. 74), observa-se que os
resultados do poder calorífico superior ou inferior das amostras podem ser divididos também em dois
grupos: o primeiro grupo representado pelas amostras 4 (folhas, com PCI = 7,2 MJ/kg) e 8 (pecíolo,
com PCI = 10 MJ/kg); o segundo pelas amostras 1, 2, 3, 5, 6, 7 e 9, que variaram entre PCI = 15,6
MJ/kg (mais baixo) para a amostra 3 (cascas) e PCI = 22,0 (mais alto) para a amostra 1 (torta bruta).
Considerando o segundo grupo, que é o de maior interesse nesse estudo energético, observa-se que o
valor médio ficou em PCI = 17,6 MJ/kg.
77
5.2. Discussões dos resultados obtidos
A energia de biomassas conhecidas, de forma simplificada, pode ser representada
pelo poder calorífico inferior. Este poder calorífico depende diretamente dos teores
de umidade, seja em base seca ou base úmida, como mostra a Tabela 08, sendo
reforçada pelas informações das Equações 3.1 e 3.2 (p. 51) e Equações 4.3 (p. 70)
e 4.4 (p. 71).
Tabela 08 – Características técnicas de diferentes tipos de biomassa em base
seca ou úmida (ONU, 1987 apud NOGUEIRA & LORA, 2003)
BIOMASSA
UMIDADE (%)
BASE SECA
BASE ÚMIDA
PODER CALORÍFICO
INFERIOR (MJ/kg)
Lenha verde
160
100
62
50
5,7
8,2
Lenha seca ao ar
60
30
38
23
10,8
13,8
Lenha seca em estufa
20
10
0
17
9
0
15,2
16,8
18,7
Carvão vegetal
Carvão de resíduos agrícolas
Esterco
Bagaço
Cascas de coco
Cascas de café
Cascas e fibras de palma
Palha e casca de arroz
5
5
15
100
8
30
55
15
5
5
13
50
8
23
35
13
30,8
25,7
13,6
8,4
16,7
13,4
8,0
13,4
78
Os parâmetros estudados: teor de umidade, teor de cinzas e poder calorífico
superior (PCS) ou inferior (PCI) são fundamentais em qualquer análise prévia de um
possível uso da biomassa como fonte energética ou combustível renovável.
A umidade contribui negativamente para esse poder calorífico ou energia
armazenada no combustível. As cinzas também contribuem de forma negativa
quando se considera uma possível quantidade de resíduos que possam ser gerados
na queima da biomassa estudada. Deve-se considerar nesta avaliação, uma
possível aplicação ou forma de remoção dessas cinzas, para justificar o emprego
energético dessa biomassa em fornos e caldeiras.
A biomassa apresenta-se em variedades e multiplicidades devido a sua
procedência, possuindo diversos valores de umidade e cinzas, basta observar a
Tabela 05 (p. 53 - teor de cinzas) e Tabela 08 (p. 78 - teor de umidade). Esses
parâmetros refletem, conseqüentemente, nos valores dos poderes caloríficos das
amostras como pode ser visto na Tabela 07 (p. 74), para os resultados
experimentais obtidos das biomassas estudadas.
Consultando GARCIA (2002) e NOGUEIRA & LORA (2003) pode-se estabelecer
como parâmetros aceitáveis, e que servirão de comparativos, os valores de 5% em
teor de cinzas e 20% em teor de umidade, em uma biomassa para queima direta
como combustível sólido. Sabe-se ainda, que quanto menores estes valores, melhor
o desempenho do combustível. A condição ideal seria a ausência desses números,
ou seja, umidade e cinzas em percentagens nulas. Porém, na prática, essas
condições são impossíveis.
Segundo GARCIA (2002) a lenha ainda é uma das maiores fontes energéticas do
Brasil, seja no uso doméstico, principalmente no campo, ou no uso industrial de
pequenas indústrias urbanas tais como: padarias, pizzarias, cerâmicas de telhas e
tijolos, entre outras. Possui, em média, teores de cinzas desde 0,12% para madeira
de pinho até 0,8% para madeira de eucalipto.
Reunindo dados de cinzas e umidade apresentados nos dois últimos parágrafos e
dados extraídos da Tabela 05 (p. 53) e da Tabela 08 (p. 78), foi elaborada a Tabela
79
09 que servirá como referência para análise e avaliação dos resultados das
amostras das biomassas estudadas.
Tabela 09 – Parâmetros comparativos de biomassas para uso energético em combustão (2007)
BIOMASSA CINZAS (%)
UMIDADE (%)
(BASE ÚMIDA)
PODER CALORÍFICO
INFERIOR (MJ/kg)
Lenha verde
Lenha seca ao ar
0,12 - 0,8
62
50
5,7
8,2
38
23
10,8
13,8
Bagaço de cana 9,79 -11,27 50 8,4
Casca de coco 8,25 – 10,25 8 16,7
Biomassa hipotética de
referência (*)
5 20 10,6 (**)
(*) Biomassa idealizada para ser comparada com as biomassas estudadas e com as listadas na
Tabela 09. Os dados de cinzas e umidade foram estimados através de médias para estas biomassas
listadas em fontes como GARCIA (2002) e NOGUEIRA & LORA (2003) para níveis aceitáveis de um
bom combustível renovável.
(**) Obtido pela média aritmética dos valores listados nesta Tabela 09, para as biomassas escolhidas
para comparação: lenha verde, lenha seca ao ar, bagaço de cana e casca de coco.
80
Diante dos dados obtidos experimentalmente e explicitados na Tabela 07 (p. 74) e
Figuras 35, 36 e 37 (p. 75-77), além dos dados expostos na Tabela 09 (p. 80), as
discussões seguintes serão melhores entendidas sempre buscando estas
referências.
A biomassa hipotética de referência inserida na Tabela 09 (p. 80) foi idealizada
utilizando dados reais de biomassas clássicas conhecidas: lenha verde e lenha seca
ao ar, bagaço de cana e casca de coco. A lenha é bastante conhecida em suas
utilizações cotidianas, o bagaço de cana em geração de vapor e eletricidade e as
cascas de coco com um grande potencial energético e ainda pouco explorado neste
uso.
As comparações dos resultados das amostras estudadas serão feitas sempre em
relação à biomassa hipotética para facilitar o entendimento das discussões, pois
estes parâmetros estarão refletindo, indiretamente, as biomassas clássicas já
listadas e conhecidas: lenha, bagaço de cana e casca de coco.
5.2.1. Tortas bruta e beneficiada
As amostras 1 e 2, constituídas pelas tortas, bruta e beneficiada, respectivamente,
apresentam resultados analíticos surpreendentes quando comparados com a
biomassa hipotética de referência (Tabela 09, p. 80). Reúnem os três parâmetros,
umidade (8,4 e 10,6%), cinzas (4,9 e 5,5%) e poder calorífico inferior (22,0 e
19,4MJ/kg) bem característicos e adequados para serem usadas potencialmente
como combustíveis renováveis em processos tecnológicos de combustão ou queima
direta.
Através de avaliação de outros parâmetros já conhecidos como teor de matéria
orgânica, bom poder nematicida e certo valor econômico agregado, as tortas são
mais recomendadas para uso como adubos orgânicos.
Por intervenções tecnológicas de destoxicação para eliminar princípios alergênicos e
tóxicos (ricina), as tortas podem ser utilizadas na composição de ração animal
81
devido aos teores elevados de proteínas ou como fonte de extração de derivados
protéicos.
Vale salientar que as intervenções tecnológicas de destoxicação e extração de
derivados protéicos nas tortas, envolvem custos maiores que aplicações como
adubo orgânico ou como fonte energética em combustão direta.
5.2.2. Cascas
A amostra 3 é representada pelas cascas. Essas cascas possuem grande
versatilidade em seu uso, dependendo da localização onde é gerada, se no campo
ou na indústria. As cascas estudadas foram geradas na indústria, pois a maioria dos
agricultores fornecedores revendem a mamona na forma de baga, ou seja, cascas e
sementes juntas para o processamento do óleo e produção do biodiesel.
Quanto à possibilidade de utilização como fonte energética, as cascas atendem as
condições requeridas para um combustível renovável alternativo. Comparando os
valores obtidos de cinzas (6,2%), umidade (11,7%) e poder calorífico inferior (15,6
MJ/kg) percebe-se que apenas o teor de cinzas das cascas estão acima do valor da
biomassa hipotética de referência (Tabela 09, p. 80).
As cascas apresentam resultados de umidade e de poder calorífico em valores
menores que o referencial escolhido (20% e 10,6 MJ/kg, respectivamente). No
entanto, nesta aplicação, têm o inconveniente de serem constituídas de um material
muito leve, sendo comumente recomendado o aumento de sua densidade através
da produção de pellets ou briquetes para melhorar o desempenho como combustível
renovável alternativo.
Se as cascas forem produzidas no campo podem ser usadas para fins energéticos
ou serem trituradas e incorporadas em adubos orgânicos devido ao seu teor de
cinzas (6,2%), relativamente elevado e conter elementos inorgânicos necessários
para a adubação de solos.
82
5.2.3. Folhas
A amostra 4 corresponde às folhas. As folhas são totalmente dispensáveis para
aplicação energética, pois possui baixo poder calorífico (7,2 MJ/kg), alta umidade
(48,4%) e teor de cinzas (6,4%) acima da biomassa hipotética de referência (5%,
mostrada na Tabela 09, p. 80). Associadas a estas condições analíticas, apresentam
também, baixa densidade, ou seja, constitui-se de um material muito leve
requerendo tecnologias mais específicas e de maior custo (densificação) para
otimização desta aplicação, sendo mais recomendada seu uso em reposição de
nutrientes do solo (adubo orgânico).
5.2.4. Raiz
A amostra 5 corresponde à raiz. Apresenta parâmetros analíticos de cinzas (4,4%) e
poder calorífico inferior (16,8 MJ/kg) satisfatórios quando comparados com a
biomassa hipotética de referência (Tabela 09, p. 80). O valor de umidade (25,1%) é
ligeiramente acima do valor de referência (20%). No entanto, devido a sua
disposição no solo e dificuldade em arranque e limpeza da areia impregnada em sua
estrutura é mais recomendada em uso como reposição orgânica de nutrientes para o
solo (adubo orgânico).
5.2.5. Caule
As amostras 6 e 7 são procedentes do caule, tanto próximo (caule inferior, até 50 cm
do solo) ou longe do solo (caule superior, acima de 50 cm do solo), conforme
discriminado na Tabela 07 (p. 74). Um fato curioso nessas amostras foram os
valores de umidade e cinzas; próximo do solo (30,3% de umidade e 3,4% de cinzas),
sugerindo uma região da planta responsável por grande parte do transporte de água
e nutrientes enquanto a parte mais superior (acima de 50 cm do solo) ocorre uma
redução da umidade (21,8%) e aumento do teor de cinzas (5,9%), quase o dobro,
sugerindo o aumento de materiais inorgânicos e de lignina nesta parte da planta.
83
Do ponto de vista deste trabalho é o principal resíduo a ser considerado no
agronegócio da mamona como fonte de combustível renovável. Esta conclusão é
reforçada pelos valores de cinzas (3,4 e 5,9%), de umidade (30,3 e 21,8%) e poder
calorífico inferior (16,7 MJ/kg, para ambas as partes das amostras, inferior e
superior) satisfatórios quando comparados à biomassa hipotética de referência
(Tabela 09, p. 80).
Apesar do resultado de umidade da parte mais próxima do solo ser superior em
cerca de 10% percentuais em relação ao referencial de 20% para a biomassa
hipotética de referência (Tabela 09, p.80), numa composição final de caule misto
(inferior + superior) pode-se considerar que os valores dos parâmetros de cinzas e
umidade estarão mais próximos da parte superior. Esta consideração é feita
valendo-se do fato que a parte do caule superior contribui, nesta composição com
cerca de 70%, considerando-se a média de 1,60 a 1,90 de altura da planta.
A utilização do caule da mamoneira pode ser semelhante ao uso convencional da
lenha ou buscando-se tecnologias de secagem ou densificação para transformá-lo
em pellets ou briquetes. Se forem aprofundados os estudos e testes para um
possível processo produtivo de carvoejamento do caule, usando técnicas de pirólise
de forma científica e aplicada à prática, pode-se tornar o processo rústico de
carvoaria numa nova rota tecnológica e de um novo nicho mercadológico neste
agronegócio.
5.2.6. Pecíolo
A amostra 8 é representada pelo pecíolo. Apesar de apresentar um teor de umidade
(12,9%) e poder calorífico inferior (10,0 MJ/kg) dentro da escala aceitável da
biomassa hipotética de referência (Tabela 09, p. 80) para um combustível renovável,
tem um teor de cinzas (representada por compostos inorgânicos) muito alto (12,2%).
Em função de sua localização na planta é recomendada sua incorporação no solo,
juntamente com as folhas, servindo como adubo orgânico.
84
5.2.7. Composta
A amostra 9, denominada composta, compreende a mamoneira inteira com ciclo de
vida entre 55 e 60 dias. A finalidade de realizar os ensaios analíticos de umidade,
cinzas e poder calorífico para esta amostra foram por três razões:
- a primeira, para verificar se ocorreria muita variação dos resultados analíticos
numa mamoneira com cerca de 25% do ciclo total da planta comparada com a
amostra em fase final de ciclo;
- a segunda, num caso de excedente de desbaste da cultura (desbaste é uma
operação agrícola de arrancar os pés excedentes de plantas na cultura para não
comprometer as demais plantas durante a evolução do ciclo produtivo);
-a terceira, considerando-se uma possível infestação por algum tipo de praga e ter
que se desfazer da cultura, sendo o uso energético uma das possibilidades viáveis.
Os valores obtidos para a amostra composta foram: umidade (17,0%), poder
calorífico inferior (16,3 MJ/kg) e cinzas (12,8%). Se compararmos com a biomassa
hipotética de referência (Tabela 09, vista anteriormente) observa-se que os
parâmetros de umidade e poder calorífico inferior são compatíveis com a referência
de um bom combustível renovável, sendo negativa no alto percentual de cinzas
(12,8%).
Considerando as condições citadas anteriormente, essa amostra pode ser usada
como adubo orgânico ou como combustível renovável. Se a queima for feita em
indústria pode se propor o transporte dessas cinzas para outro local e serem
incorporadas diretamente no solo ou transformadas em suspensões e aplicadas em
fertirrigação.
5.2.8. Síntese das discussões dos resultados obtidos
A Tabela 10 apresenta a síntese dos dados experimentais obtidos e sugestões de
possíveis usos para estes resíduos da cadeia produtiva da mamoneira.
85
Tabela 10 – Síntese das discussões e possíveis usos para as amostras
estudadas, biomassa da mamoneira (2007)
AMOSTRA DESCRIÇÃO
UMIDADE
(base úmida)
(%)
CINZAS (%)
PODER
CALORÍFICO
INFERIOR
(MJ/kg)
SUGESTÕES PARA
POSSÍVEIS USOS
1 Torta bruta 8,4 4,9 22,0
ADUBO ORGÂNICO
RAÇÃO ANIMAL
BIOCOMBUSTÍVEL
2 Torta beneficiada 10,6 5,5 19,4
ADUBO ORGÂNICO
RAÇÃO ANIMAL
BIOCOMBUSTÍVEL
3 Cascas 11,7 6,2 15,6
ADUBO ORGÂNICO
BIOCOMBUSTÍVEL
4 Folhas 48,4 6,4 7,2
ADUBO ORGÂNICO
5 Raiz 25,1 4,4 16,8
ADUBO ORGÂNICO
6 Caule inferior 30,3 3,4 16,7
BIOCOMBUSTÍVEL
7 Caule superior 21,8 5,9 16,7
BIOCOMBUSTÍVEL
8 Pecíolo 12,9 12,2 10,0
ADUBO ORGÂNICO
9
Composta 17,0 12,8 16,3
ADUBO ORGÂNICO
BIOCOMBUSTÍVEL
86
5.3. Recomendações de usos da biomassa como fonte energética
Segundo NOGUEIRA & LORA (2003), diversos tipos de subprodutos de atividades
agrícolas, agropecuárias, florestais, agroindustriais e urbanas, tais como cascas e
outros resíduos lignocelulósicos, podem ser utilizados como combustíveis. O
potencial nestes resíduos não é sempre bem conhecido, porém seguramente
corresponde a volumes significativos de energia subaproveitada. Por outro lado,
muitas vezes os resíduos constituem um problema de caráter ambiental e sua
disposição final é de difícil solução, sendo o uso energético uma saída oportuna e
viável, já que reduz seu volume e seu potencial contaminante. Como diz a sabedoria
chinesa, “resíduo é matéria-prima mal aproveitada”.
Trazendo esta problemática para a região nordeste, em particular para o Estado de
Pernambuco e fazendo-se análises de necessidades energéticas para as indústrias
do biodiesel e do gesso pode-se constatar:
Para a indústria do gesso, atualmente é requerida grande quantidade de energia,
cada vez mais escassa e com uso indiscriminado da lenha (Figura 38).
Figura 38 – Estoque de lenha para queima em indústria de Pernambuco (2007)
87
Para a indústria do biodiesel, constata-se que o caminho energético poderá ser o
mesmo, com o uso de lenha. Esse fluxo energético, além de estar provocando o
desmatamento desordenado da caatinga (bioma típico da região nordeste) contribui
para uma produção não sustentável.
Esse uso indiscriminado da lenha em caldeiras e fornos (Figura 39) ainda é a prática
mais recorrente em indústrias da região. Além dessas indústrias, outras
consideradas mais urbanizadas como padarias, pizzarias, olarias (indústria de
produção de tijolos e telhas) e de cerâmicas rústicas e artesanais utilizam também a
lenha em sua produção.
A energia industrial dependente da lenha da caatinga, sem criação de alternativas
sustentáveis, contribui negativamente para a imagem empresarial e ambiental do
Estado de Pernambuco.
Figura 39 – Caldeira queimando lenha em indústria de Pernambuco (2007)
88
Segundo ALMEIDA et al. (2006), as etapas da cadeia produtiva industrial do
biodiesel de mamona e seus co-produtos podem ser ilustradas e resumidas na
Figura 40. Partindo-se de 100 kg de bagas ou frutos de mamoneira obtém-se 75 kg
de sementes e 25 kg de cascas. Das sementes extrai-se o óleo que corresponde a
50% enquanto os outros 50% é representado pela torta, ou seja, 37,5 kg de óleo e
37,5 kg de torta. Do óleo, após adição do álcool e utilização de catalisador, cerca de
90% é transformado em biodiesel e os 10% restantes, corresponde ao resíduo do
processo de transesterificação, que é a glicerina. A casca e a torta da mamona
juntas, correspondem a 62,5 % da massa da baga ou fruto, enquanto os 37,5%
correspondem ao óleo.
Figura 40 - Etapas do processo industrial do biodiesel
da mamona (ALMEIDA et al., 2006)
ALMEIDA et al. (2006) realizaram ensaios laboratoriais de poder calorífico superior,
teor de cinzas e teor de umidade para a casca e a torta da mamona de cultivar
Paraguaçu, colhidas em Pernambuco, encontrando os valores listados na Tabela 11.
Esses autores determinaram também o poder calorífico superior da glicerina bruta
obtida e do biodiesel produzido. Através do somatório dos resultados percentuais
dos co-produtos (casca, torta e glicerina, mostrados na Tabela 11) chegou-se a um
100 kg
Mamona
75 kg
Semente
33,75 kg
Biodiesel
3,75 kg
Glicerina
25 kg
Casca
37,5 kg
Torta
37,5 kg
Óleo
Álcool +
Catalisador
89
percentual representativo nesta cadeia produtiva (49,24%), considerados resíduos
ou co-produtos, antes de qualquer possibilidade de agregação de valor ou um uso
racional, conforme sugerido na Tabela 10 (p. 86).
Tabela 11 – Potencial energético dos co-produtos da cadeia da mamona
(adaptado de ALMEIDA et al., 2006)
AMOSTRA
QUANTIDADE
GERADA NA
CADEIA (kg)
UMIDADE
%
CINZAS
%
PCS
MJ/kg
ENERGIA
OBTIDA
(MJ)
% DA
ENERGIA
Casca 25 8,94 2,56 16,06 401,5 15,10
Torta 37,75 8,27 3,75 21,92 827,5 31,11
Glicerina 3,75 - - 21,51 80,6 3,03
Biodiesel 33,75
- -
40,01 1350,0 50,76
Total 100,0 - - - 2659,6 100,0
A análise destas informações e considerando que a mamona chega à indústria na
forma de fruto, pode-se concluir que nessa cadeia produtiva, é possível produzir o
biodiesel, usando também como recurso energético, os co-produtos gerados,
substituindo um possível uso de lenha e contribuindo de forma positiva com a
questão ambiental. Integrando esta cadeia produtiva à fase agrícola, pode-se ter um
processo de sinergia entre as diversas possibilidades de uso para os co-produtos
industriais associados aos resíduos agrícolas, provenientes principalmente dos
caules. O aumento do uso de tecnologias em processos de secagem e densificação
90
para a produção de pellets ou briquetes com os resíduos ou co-produtos desse
agronegócio pode favorecer a superação das necessidades energéticas dessa
indústria e, inclusive, poderá disponibilizar excedentes para outros segmentos
produtivos.
Estendendo a problemática energética para a indústria do gesso em Pernambuco e,
segundo dados coletados no Laboratório de Gesso do ITEP, a produção desse
insumo no Estado utiliza como fontes energéticas para alimentação dos fornos, a
lenha, o coque de petróleo e o óleo BPF (óleo residual de petróleo). O coque e o
óleo residual são combustíveis fósseis altamente produtores de gases de efeito
estufa e de chuva ácida, tendo como vantagem os seus altos valores energéticos
(poder calorífico de cerca de 31,3 MJ/kg e 43,4 MJ/kg, respectivamente) e
apresentam temperatura de chama elevada, fundamental na desidratação da gipsita
e produção do gesso. A lenha de boa qualidade (poder calorífico cerca de 18,3
MJ/kg), muitas vezes de origem clandestina e da caatinga (bioma ameaçado de
extinção), cada vez mais difícil, associada ao processo de degradação ambiental,
não consegue superar em valores energéticos e, pelo menos, por enquanto em
disponibilidade essas fontes de energias fósseis.
Como uma das soluções para esse problema pode-se incentivar a integração do
segmento produtivo do gesso com o agronegócio da mamona. No agronegócio da
mamona, especialmente agrícola, seriam produzidas sementes beneficiadas para
comercialização e os resíduos gerados, principalmente de caules e cascas seriam
condicionados numa forma energética mais racional (pellets ou briquetes) para
posterior fornecimento à indústria gesseira como combustível alternativo, em
substituição da lenha. Os pellets ou briquetes seriam obtidos pela compactação dos
resíduos do caule e das cascas, produzindo um material combustível com maior
poder calorífico que em suas formas originais. Essa integração de cadeias
produtivas industriais e agrícolas como o cultivo de mamona, algodão ou outras
culturas resistentes às condições do nordeste para fornecer material residual
energético para essa ou outras indústrias seria de grande valor econômico, social e
ambiental na sustentabilidade de Pernambuco.
91
6. CONCLUSÃO
A busca incessante pela manutenção e sobrevivência faz o Homo sapiens investigar
condições mais favoráveis ao seu bem-estar. Para atingir esse objetivo usa uma
ferramenta primordial: o conhecimento sistematizado e experimentado.
A sistematização deste trabalho consiste no estudo da possível conversão da
biomassa residual do agronegócio da mamoneira (Ricinus communis L.) em fonte
alternativa de energia renovável. Dessa forma busca vincular o homem ao ambiente
através do uso racional de tecnologias que assegurem o respeito ambiental e
proporcionem menores impactos no presente, prevendo condições mais
sustentáveis no futuro.
Como contribuição científica espera-se que o trabalho proporcione subsídios para
identificação e quantificação de outras biomassas potenciais que possam ser
utilizadas como combustíveis renováveis, além de incentivos para futuros trabalhos
voltados para a produção de energia, bem como para consultas e possíveis relatos
de planos e ações no setor energético, especialmente provenientes da biomassa.
Para finalizar o trabalho, são relatadas as considerações sobre a biomassa da
mamoneira. Esse relato é feito reunindo as amostras estudadas em dois grupos:
biomassa residual industrial e biomassa residual agrícola, dependendo da sua
procedência, conforme discriminado na Tabela 06 (p. 65).
Na biomassa residual industrial estão incluídas as tortas brutas e beneficiadas e as
cascas, pois foram geradas na indústria. Do ponto de vista energético, essas
amostras podem substituir plenamente combustíveis clássicos como a lenha ou os
óleos parafínicos residuais, com a vantagem de estarem incluídas na cadeia
produtiva desse agronegócio. Por razões econômicas as tortas são mais adequadas
para fins de valor agregado maior, especialmente para a produção de adubos
orgânicos podendo ser misturadas a diversos outros ingredientes orgânicos ou
inorgânicos ou serem destoxicadas e transformadas em ração animal (tecnologia
que requer investimentos mais altos e melhor domínio de informações científicas).
92
As cascas apresentam uma natureza versátil. Se incluídas como resíduos agrícolas
podem ser usadas como combustível alternativo energético ou como fonte de
matéria orgânica para adubos. Se forem produzidas na indústria de extração do
óleo, é mais recomendada sua densificação e uso como fonte energética, pois o seu
poder calorífico é maior que o da lenha ou do bagaço de cana.
Na biomassa residual agrícola estão incluídos a raiz, o caule, o pecíolo e as folhas.
A raiz, o pecíolo e as folhas são mais indicados em utilização potencial como adubos
orgânicos devido aos resultados analíticos obtidos como: altas taxas de umidade e
cinzas e baixa quantidade energética. O caule possui um teor de umidade e poder
calorífico dentro dos padrões aceitáveis de combustíveis clássicos como a lenha ou
o bagaço de cana, e deve ser utilizado como uma alternativa energética potencial
em cadeias produtivas da mamona, do biodiesel, do gesso ou de outras cadeias
sustentáveis integradas.
Em síntese, se ocorrer integração racional entre cadeias produtivas industriais e
agrícolas e o uso de tecnologias de otimização do caule e das cascas da
mamoneira, pode-se vislumbrar um futuro otimista. O caule e as cascas, isolados ou
associados têm grande potencial energético que pode favorecer a sua exploração
como fonte alternativa de energia renovável, pois o poder calorífico desses resíduos
é superior ao da lenha, que é usada como o principal recurso energético nas
indústrias relatadas do biodiesel e do gesso.
93
7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestões para trabalhos futuros seguem algumas propostas:
1ª ) Setor agroindustrial em curto prazo
Trabalhos semelhantes ao realizado utilizando como oleaginosa o algodão e seus
co-produtos, desde a cultura (ramos) até o beneficiamento (torta). A indicação para
esse estudo parte do pressuposto que o algodão é uma oleaginosa promissora para
as condições de cultura do nordeste brasileiro, seja no setor agrícola ou no
industrial, reforçada pela história que Pernambuco já foi um grande produtor desta
espécie agrícola.
2ª ) Setor industrial-comercial-urbano em curto prazo
Desenvolvimento de trabalhos científicos buscando a integração sustentável entre a
necessidade energética de empresas industriais urbanas como padarias e similares
e possíveis empresas recicladoras. Essa possibilidade de integração entre empresas
poderia ocorrer da seguinte forma: a empresa recicladora recuperaria os óleos e
gorduras de frituras e afins, através da coleta seletiva porta-a-porta, em residências
ou empresas geradoras desses resíduos e converteria em biocombustível
(biodiesel). Esse biocombustível serviria então, para alimentar os fornos das
indústrias urbanas, reduzindo a utilização de lenha, e por conseqüência, a
degradação ambiental ou consumo de energia elétrica que seria mais recomendada
para um melhor uso como nas residências ou outros fins na própria empresa.
3ª ) Setor agroindustrial em médio prazo
Sugerem-se estudos de pesquisa no desenvolvimento de cultivares e produtividade
com a cultura do pinhão-manso por possuir semelhança com a cultura da mamona
no tocante a cadeia produtiva agroindustrial. A diferença mais significativa reside no
ciclo vegetativo; enquanto a mamona possui um ciclo médio anual de 250 dias com
média de 1,5 t/ha, o pinhão-manso é uma cultura perene (árvore robusta com cerca
de 4,0m de altura e 20 cm de diâmetro de tronco) com produtividade de 1 a 6 t/ha,
dependendo da idade da cultura; no entanto só pode produzir a partir de 2 ou 4
anos, dependendo da origem da planta. Porém, apesar dessa variável de
propagação e desenvolvimento dessa cultura produtiva, é bastante promissora,
94
principalmente com o fortalecimento do programa nacional de biocombustíveis,
podendo, inclusive, ser cultivada consorciada com outras culturas para justificar o
tempo de implantação dessa oleaginosa; este consórcio de culturas pode ser feito
inclusive com mamona ou algodão, obviamente, respeitando-se as peculiaridades de
cada espécie.
4ª ) Setor industrial pernambucano em médio prazo
Estudos de pesquisas integradas entre os setores produtivos industriais e os
agrícolas buscando soluções sustentáveis para Pernambuco. Dentre os setores que
deveriam buscar essa integração podemos destacar: o setor têxtil representado pelo
pólo de confecções de Toritama e Santa Cruz do Capibaribe, o setor cerâmico
representado pelo pólo da zona da mata de São Lourenço, Paudalho, Carpina,
Tracunháem e outros produtores de cerâmicas artesanais ou estruturais como os
tijolos e telhas clássicas. Esta integração deveria partir de encontros de industriais
com prefeitos e agricultores buscando alternativas de culturas vegetais que
pudessem fortalecer a geração de empregos e renda além de fornecer possíveis
recursos de biomassa para atender os fornos e caldeiras dessas indústrias sem
comprometer a qualidade ambiental do Estado de Pernambuco.
95
8. REFERÊNCIAS
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