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Nova rota industrial pode aumentar uso da palha em caldeiras

Alternativa busca suprir desafio tecnológico associado a queima da palha para geração de bioeletricidade

A rota adaptada de condicionamento da palha da cana-de-açúcar, proposta pela equipe do Projeto SUCRE, visa tornar viável o uso dessa biomassa para queima em caldeiras de bagaço para geração de energia elétrica. Elaborada a partir de testes e análises realizados ao longo de quatro anos nas usinas parceiras do Projeto, a proposta envolve processos de lavagem e alimentação da palha no último terno de extração ou em um terno independente, de forma a tornar a palha mais semelhante ao bagaço. Em função da remoção de elementos químicos, como o cloro, pelo processo de lixiviação e melhor condicionamento da palha na nova rota proposta, a proporção de palha misturada ao bagaço, em base seca, utilizada na indústria poderia aumentar para 25%, mais que o dobro da quantidade utilizada atualmente pelas usinas, viabilizando uma utilização mais ampla dessa biomassa pelo setor.

A adequação da palha para a queima em caldeiras projetadas para bagaço é essencial para sua maior utilização, como explica Caio Soares, químico e integrante do Projeto SUCRE, iniciativa implementada pelo Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Isso porque essa biomassa contém elevados teores de impurezas minerais e de elementos químicos prejudiciais ao processo de combustão em caldeiras, como o cloro, enxofre e potássio, além de uma granulometria e umidade muitas vezes inapropriadas para a queima nas caldeiras de bagaço, em operação no setor. Essas condições trazem problemas na indústria como formação de incrustação e corrosão nos equipamentos, diminuição da eficiência de queima e aumento dos custos de manutenção.

Considerando que a aquisição de caldeiras específicas para a palha envolve investimentos elevados, o SUCRE se propôs a identificar práticas que tornem a palha mais próxima possível das caraterísticas do bagaço em termos de propriedades físico-químicas. Análises realizadas, no âmbito do Projeto SUCRE, indicaram diferenças significativas entre a palha e o bagaço de cana, com relação a níveis de umidade, cinzas, granulometria, poder calorífico superior e inferior e quanto aos elementos químicos presentes na biomassa, que podem impactar no processamento industrial.

Palha x Bagaço

Enquanto a umidade do bagaço varia, em geral, entre 48% e 52%, a palha possui uma faixa mais ampla de variação. A palha recolhida por fardos apresenta umidade em torno de 12%, mas pode atingir valores da ordem de 45%, próximos aos encontrados no bagaço, quando recolhida por outras rotas. Com relação ao teor de cinzas totais, o bagaço costuma ser mais limpo que a palha, apresentando concentrações de 2% a 8% (m/m, base seca), enquanto a palha apresenta de 6% a 20% (m/m, base seca). Já em termos de poder calorífico superior (PCS), que representa o valor específico de energia de combustão por unidade de massa do combustível queimado em bomba calorimétrica, a palha apresentou valores ligeiramente inferiores, entre 16 e 18 MJ/kg, enquanto o bagaço entre 18 e 19 MJ/kg. A diferença entre os dois tipos de biomassa foi maior no poder calorífico inferior (PCI), principalmente pela influência dos teores de umidade, com a palha variando entre 6 MJ/kg, quando mais úmida e com elevado teor de cinzas, até 15 MJ/kg, quando mais seca e com menor teor de cinzas, enquanto o bagaço apresentou valores entre 7 a 8 MJ/kg.

 

Mistura de palha e bagaço em indústria para geração de bioeletricidade | Foto: Viviane Celente

 

Uma nova rota industrial para a palha

Os testes realizados em diferentes unidades industriais do setor sucroenergético permitiram que o Projeto traçasse um panorama das rotas convencionais e das rotas alternativas. Esse levantamento e as avaliações realizadas contribuíram para a proposição de uma nova rota mais adequada de processamento de palha. As rotas alternativas já em operação avaliadas, que buscam solucionar alguns dos problemas decorrentes do uso da palha na indústria, apresentam em comum uma etapa de lavagem de palha e a redução da granulometria da palha por moendas, ao invés de trituradores.

Por apresentarem boa eficiência de remoção de impurezas minerais, variando de 49% a 62%, e de elementos químicos críticos ao processo, as etapas de lavagem e trituração por moenda demonstraram-se promissoras na resolução de parte dos problemas na indústria. A granulometria da palha também apresentou resultados melhores quando alimentada nos últimos ternos de extração ou triturada em terno independente, em comparação com o uso de trituradores convencionais.

Deve-se ressaltar que o processo de lavagem da palha avaliado na indústria não apresentou remoções significativas de cloro, enquanto que em condições otimizadas testadas em escala de laboratório, a remoção desse elemento alcançou cerca de 90%. A presença de cloro na biomassa, que é submetida a processo de combustão, está relacionada à ocorrência de corrosão e incrustação. Além disso, dependendo das condições operacionais, a presença de cloro pode produzir compostos nocivos à saúde humana como as dioxinas. Testes laboratoriais, conduzidos pela equipe do SUCRE, demonstraram que as possíveis causas da baixa eficiência do processo de lavagem na indústria podem estar relacionadas à eficácia da agitação, tempo de contato insuficiente da água com a biomassa, temperatura e qualidade da água utilizada na lavagem.

Todas essas análises serviram de base para a elaboração de uma proposta mais adequada para o processamento de palha, que permite utilizar a palha proveniente da separação no sistema de limpeza a seco ou de palha desenfardada. A primeira etapa envolve a pré-lavagem da palha, moagem em um terno independente com adição de água de embebição entre 50° e 60°C, que remove parte das impurezas e adequa a granulometria da palha. Depois a palha segue para ser lavada em um extrator de impurezas minerais , é drenada no cush-cush e é alimentada no último terno de extração e misturada ao bagaço ou em um terno independente, antes de ser enviada para as caldeiras. Para um consumo mais consciente, toda a água utilizada no processo seria tratada e reaproveitada, possibilitando baixas taxas de reposição desse recurso.

Com essa nova proposta, segundo os balanços do Projeto SUCRE, há a perspectiva de redução do teor de cinzas e concentração de cloro da palha em cerca de 90%, possibilitando a adequação dessa biomassa aos padrões europeus de biocombustíveis sólidos com relação a esses parâmetros. Além de permitir o aumento do uso da palha no setor, trata-se de uma rota criada a partir da otimização de variáveis de processo, com baixo consumo de água e energia e também menor investimento em relação às rotas em operação atualmente.

Sobre o Projeto SUCRE

O SUCRE é um dos principais projetos do CTBE e visa, junto às usinas do setor sucroenergético brasileiro, a implementação da produção de energia elétrica utilizando como matéria-prima a palha de cana-de-açúcar obtida durante a colheita. Para tanto, a equipe trabalha na identificação e solução dos problemas que impedem as usinas parceiras de gerarem eletricidade de forma plena e sistemática. A iniciativa é financiada pelo Fundo Global para o Meio Ambiente (GEF, da sigla em inglês para Global Environment Faciliy), gerida pelo Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) e implementada pelo CTBE, que integra o CNPEM.

Sobre o CTBE

O Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) integra o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC). O CTBE desenvolve pesquisa e inovação de nível nacional e internacional na área de biomassa voltada à produção integrada de energia, em especial do etanol de cana-de-açúcar. O Laboratório possui um ambiente singular no País para o escalonamento de tecnologias, visando a transferência de processos da bancada científica para o setor produtivo, no qual se destacam a Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP) e a Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC).