Combustao Direta

Biomassa é o nome dado a qualquer combustível proveniente de fonte orgânica utilizado para a geração de energia elétrica. Desta forma, podemos classificar como biomassa, o bagaço da cana-de-açúcar, a lenha, o lixo urbano ou industrial, carvão, resíduos agrícolas, biogás, etc.

Biomassa. Foto: nostal6ie / Shutterstock.com

A biomassa, na verdade, sempre foi utilizada pelo homem como combustível para geração de energia se considerarmos a lenha, que é usada desde o começo das civilizações (porém não para gerar eletricidade...), e o gás natural (CH4) muito utilizado na Europa, por exemplo.

A questão é que de uns tempos para cá, com o aumento da preocupação relativa ao efeito estufa, o uso da biomassa como forma de obter energia limpa e barata vem representando um enorme atrativo principalmente para as indústrias.

Mas, é importante ressaltar que a biomassa não é necessariamente “a mocinha” da história. A combustão de qualquer material de origem orgânica produz material particulado, CO2 ou CO e outros óxidos dependendo do material combustível. A questão é que ultimamente tem se valorizado a utilização de biomassa proveniente de resíduos urbanos, florestais e industriais com o fim de diminuir a quantidade de resíduos em aterros (isso quando existem aterros!), além do que, alguns processos de obtenção de energia a partir da biomassa não produzem os gases causadores do efeito estufa, ou produzem uma quantidade bem menor do que os combustíveis fósseis (como o gás natural).

Devido à variabilidade de materiais que podem ser considerados biomassa, existem diversos processos onde se transforma a biomassa em energia, eles são divididos em três tipos: os que envolvem combustão direta, os que envolvem processos termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação) e os que envolvem processos biológicos (biodigestores); a saber:

Combustão direta: é a queima da biomassa em fornos, caldeiras ou fogões. O problema deste tipo de combustão é a baixa eficiência, por causa da umidade da biomassa (que na lenha pode ser de 20% ou até mais, por exemplo) e da baixa densidade energética dos combustíveis envolvidos neste tipo de geração de energia. Sem contar, que neste tipo de combustão é praticamente impossível obter a queima completa o que pode gerar grandes quantidades de emissões atmosféricas.

Gaseificação: conversão do combustível sólido em gás por meio de reações termoquímicas e em seguida utilização do gás obtido (que contém basicamente CO, H2, CH4, CO2 e N2) para obtenção da energia. Este método é bem mais eficiente que a combustão direta por utilizar um combustível mais puro, além de produzir emissões atmosféricas mais limpas. O gás obtido a partir deste método pode ser usado em turbinas a gás ou mesmo em motores de combustão interna, comprovando sua maior versatilidade.

Pirólise: é a combustão da biomassa (geralmente lenha) praticamente sem a presença de oxigênio, o que faz com ela se transforme em carvão que possui duas vezes mais densidade energética que a biomassa original. A pirólise convencional produz alcatrão e ácido piro-lenhoso como resíduos que, depois de tratamento prévio, podem ser utilizados como óleo combustível. A desvantagem é que são necessárias cerca de 4 t de biomassa para produzir apenas 1 t de carvão. Outro tipo de pirólise, mais avançada, que usa temperaturas mais altas gera como produtos um gás rico em hidrogênio e monóxido de carbono (60%) e apenas 10% de carvão sólido o que a torna comparável a gaseificação.

Digestão anaeróbia: também ocorre na ausência de ar, porém o processo de decomposição da biomassa é feito por bactérias (biológico) que ao decompor o material (processo que ocorre normalmente com a biomassa, porém nesse caso, é acelerado em um biodigestor), produz o biogás composto por metano e dióxido de carbono que tem um conteúdo energético em torno de 5.500 kcal/m³. É muito usado na conversão de lixo urbano (em aterros) e agrícola em combustível.

Fermentação: outro processo biológico, mas aqui os microorganismos conhecidos como leveduras convertem os açúcares de plantas, como a cana de açúcar, em álcool (etanol e metanol).

Transesterificação: processo químico que transforma óleos vegetais em glicerina e uma mistura de ésteres etílicos ou metílicos, conhecidos como biodiesel.

6.3.1 Combustão Direta

Ocorre quando a energia química dos combustíveis é transformada em calor, através dos elementos fornecidos com os elementos constituintes. Ou seja, é a técnica mais comum de aproveitamento da biomassa, consiste na queima do material por aquecimento direto, tais como: fogões (cocção), caldeiras (geração de vapor) e fornos (metalurgia). Embora muito prático e, às vezes, conveniente, o processo de combustão direta é normalmente muito ineficiente, sendo que a sua eficiência depende de vários fatores tais como, o combustível; o valor de umidade (20% ou mais no caso da lenha); o poder calorífico e a densidade energética do combustível, que é consideravelmente baixa como a lenha, a palha, os resíduos; além das dificuldades para transporte e armazenamento (INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY, 2006).

Para biomassa sólida ser convertida em energia térmica útil, ela tem que se submeter à combustão. Apesar de existirem muitas tecnologias de combustão diferentes disponíveis, o princípio da combustão da biomassa é essencialmente a mesma para cada um, havendo três etapas principais:

a) secagem: toda a biomassa contém umidade, e esta umidade tem que ser expulsas antes da combustão;

b) pirólise: a biomassa seca é aquecida e quando a temperatura atinge entre 200º C e 350º C os gases voláteis são liberados. Esses gases se misturam com o oxigênio e queimam produzindo uma chama amarela. Este processo é auto-sustentável como o calor dos gases da combustão que é utilizado para secar o combustível fresco com a liberação de mais gases voláteis. O oxigênio deve ser fornecido para sustentar esta parte de combustão no processo. Quando todos os voláteis foram queimados, resta-se o carvão;

c) oxidação: à cerca de 800º C o carvão é oxidado. Novamente o oxigênio é necessário, tanto na cama de fogo para a oxidação do carbono e, por outro, em cima da cama de fogo onde se mistura com monóxido de carbono para formar o dióxido de carbono que é emitido para a atmosfera.

http://www.eumed.net/libros-gratis/2010e/827/Combustao%20Direta.htm

Combustão direta: é a queima da biomassa em fornos, caldeiras