segunda-feira, 13 de março de 2017

A importância da energia para a agroindústria

Atualmente, a necessidade de encontrar formas de energia renovável tem se mostrado cada vez mais importante. Na matéria de Tópicos especiais em energia elétrica, lecionada pelo professor André B. Mariano, nossa equipe aprendeu sobre a matriz energética brasileira e o papel do Npdeas - Soluções em Escala de Engenharia na UFPR. Para saber mais, basta dar uma olhada no texto a seguir!
Uma das maiores fontes de energia disponíveis na área rural e agroindústrias é a biomassa. Ela aparece na forma de resíduos vegetais e animais, tais como restos de colheita, esterco animal, plantações energéticas e efluentes agroindustriais. A biomassa é definida como toda matéria orgânica de vegetal (vegetação terrestre ou aquática), formada pelo processo de fotossíntese, o qual ocorre na presença da luz solar. Pode-se dizer que a biomassa é uma forma de armazenamento de uma pequena fração de energia solar que incide na superfície da terra, na forma de ligações moleculares orgânicas. Ao contrário da energia dos combustíveis fosseis, a biomassa é renovável e não contribui para o acumulo de dióxido de carbono na atmosfera terrestre, ou melhor todo CO₂ liberado durante o uso da biomassa é absorvido novamente no processo de fotossíntese para sua formação.
No Brasil, por ser um clima tropical, existe uma enorme quantidade de biomassa disponível devido à alta produtividade agrícola do país, porem a exploração desses resíduos na produção de energia ainda é muito baixo no país. A biomassa pode ser definida como derivados de organismos vivos destinados a ser utilizados como combustíveis, em termos de geração de energia. Em se tratando de ecologia, a biomassa é reconhecida como a quantidade de matéria viva em um ecossistema. Os combustíveis fósseis são derivados de vida animal ou vegetal, porém não se enquadram como biomassa. Afinal, a biomassa é uma fonte de energia renovável, ao contrário dos combustíveis fósseis. O processo de produção de energia proveniente da biomassa se deve a partir da combustão de material orgânico de um determinado ecossistema. Há várias formas de transformar a biomassa em energia, entre elas:
• Pirólise: Processo no qual a biomassa é exposta a altas temperaturas com a ausência de oxigênio. O resultado é uma mistura de óleos vegetais (líquidos), carvão vegetal (sólidos) e gases.
• Gaseificação: Da mesma forma que no processo citado acima, a biomassa é submetida ao calor intenso sem oxigênio, resultando um gás inflamável como produto final. Pode-se filtrar esse gás para remover componentes químicos. A diferença entre pirólise e gaseificação é que a última exige menor temperatura e resulta apenas em gás.
• Co-combustão: baseia-se na substituição de uma quantia do carvão mineral usado nas termoelétricas por biomassa.
• Combustão: Nesse caso, o oxigênio estará presente na queima da biomassa em temperaturas elevadas, resultando em alta pressão e vapor. Esse último normalmente será usado para mover turbinas ou em caldeiras. É um dos processos mais comuns atualmente e a eficiência energética chega até 25%.
Assim, há a redução de poluentes em larga escala. No Brasil, o crescimento do uso de energias renováveis vem crescendo nos últimos anos. E o uso de biomassa como umrecurso de energia é visto com bons olhos. A primeira termelétrica a biogás do Nordeste é a UTE Salvador. A usina fica localizada na capital baiana, num aterro no qual são depositadas 2,5 mil toneladas de lixo por dia. A Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) realiza estudos para a produção de biocombustível sólido, denominados briquetes. Os mesmos podem ser usados como substitutos de lenha em caldeiras de indústrias. Os briquetes são obtidos através da compactação de bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz, serragem e casca de amendoim. A geração de energia elétrica no estado do Paraná a partir da biomassa O estado do Paraná tem a agroindústria como sendo sua principal fonte de recursos, devido ao seu alto desenvolvimento nesse setor. Logo há uma grande disponibilidade de resíduos de biomassa (resíduos de soja, trigo, milho e outros). Portanto o estado do Paraná possui um grande potencial para a produção de eletricidade através da conversão de biomassa, por meio das tecnologias disponíveis atualmente. Segundo a Secretaria de Agricultura e Abastecimento do Paraná (SEAB), em 2000, os principais produtos agrícolas cultivados no Paraná são a soja, milho, trigo, arroz, cana de açúcar, algodão e feijão.
Em estudo realizado na Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE), mostrou que o potencial teórico (desconsiderando a eficiência da conversão da biomassa em energia útil) de produção energia através da biomassa no estado do Paraná, em 2000, foi equivalente a 20% do consumo de derivados de petróleo no Brasil no mesmo ano, enquanto que o potencial técnico, que leva em conta a facilidade de coleta e transporte da biomassa e outros fatores que influenciam na produção da energia, correspondeu a 2,5% do consumo de eletricidade no Brasil. Dentro dos vegetais, os de soja milho e cana de açúcar apresentaram o
maior potencial para produção de energia. Relacionando se o potencial técnico com o teórico a eficiência media da conversão utilizada nas estimativas foi de aproximadamente 15%. Logo o Estado do Paraná apresenta um potencial técnico expressivo para viabilizar a geração de energia elétrica via biomassa de resíduos agrícolas. Em 2009, o Paraná possuía 33 usinas termelétricas que utilizavam a biomassa como combustível, totalizando aproximadamente 533400 kW de potência gerada.

Biomassa na UFPR através do NPDEAS
O Npdeas - Soluções em Escala de Engenharia realiza várias atividades de pesquisa para obtenção de biomassa a partir de microalgas. O cultivo das microalgas para obter-se a biomassa é realizado através de fotobiorreatores tubulares compactos. Essas microalgas são alimentadas através de dejetos de produções de suinocultura. Essa tecnologia é patenteada desde 2010 pelo NPDEAS, esses tubos são de baixo custo, porém altamente eficientes e constituídos de PVC. A biomassa de microalga é coletada periodicamente sem a necessidade de processos químicos ou físicos de esterilização pois a tecnologia e os equipamentos permitem que isso seja feito, além disso esses equipamentos não necessitam de frequente manutenção corretiva pelo fato de serem resistentes. A separação do mosto (mistura de matéria orgânica com agua) é feita através de operações unitárias como decantação, filtração, centrifugação, floculação, flotação e outras operações. Para uma produção de biomassa de microalgas para uma escala de produção industrial, é necessário um patrocínio governamental e privado elevado, para desenvolver uma tecnologia para obter-se a biomassa em larga escala. Os fotobirreatores do NPDEAS tambem são utilizados para outras aplicações como:
• Tratamento de Emissões: Os fotobiorreatores aproveitam o gás carbônico do ar atmosférico para a produção de biomassa e reduzindo o gás carbônico presente no ar.
• Tratamentos de Resíduos Agroindustriais: O NPDEAS faz o tratamento de resíduos agroindustriais de maneira muito eficiente através das microalgas. Esses efluentes que são tratados pelas microalgas causariam eutrofização e outros danos se fossem descartados de maneira irresponsável no meio ambiente. Então o custo da produção de biomassa é reduzido pois é utilizado os resíduos que outrora seria descartado.

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