Convergence/exploration et a priori

O pré-tratamento da biomassa florestal é uma etapa que tem como objectivo principal melhorar as características da biomassa como biocombustível, permitindo assim, a mitigação dos impactes ambientais resultantes do seu aproveitamento energético, a melhoria da eficiência de conversão da biomassa em energia, a redução dos problemas técnicos causados nas centrais termoeléctricas (por exemplo, a corrosão e incrustações) e a diminuição dos custos associados ao transporte, armazenamento e processamento.

Efeito do envelhecimento da biomassa sobre as características do biocombustível

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As técnicas de tratamento abordadas neste subcapítulo relacionam-se com as que ocorreram de forma natural na floresta durante o trabalho experimental (lixiviação, secagem e biodegradação), bem como o destroçamento e acondicionamento da biomassa em pilhas. Um longo tempo de permanência das pilhas no solo da floresta conduz ao envelhecimento natural da biomassa, havendo perdas de algumas das suas características iniciais aquando do corte.

4.2.1 Destroçamento e densificação

O destroçamento ou redução de tamanho da biomassa é uma primeira fase da transformação física que consiste na redução granulométrica, obtendo a estilha de tamanho que facilita o maneio e armazenagem, tornando viável o transporte e a eficiência dos tratamentos consequentes. Esta operação pode ser executada por destroçadoras móveis que são accionadas e arrastadas por tractores florestais, destroçadoras auto-propulsadas e por fim, destroçadoras fixas ou semi-fixas (CBE, 2008).

As desvantagens inerentes ao destroçamento relacionam-se com a presença de corpos estranhos metálicos e de partículas minerais na biomassa, que causam danos e abrasão das destroçadoras, e de elementos verdes dos arbustos (folhas, ramos jovens, flores, etc), que originam obstruções e paragens no funcionamento destas máquinas. Estas situações culminam no aumento de custos de manutenção e de reparo das máquinas, para além das dificuldades associadas à escassez de boas acessibilidades ao terreno de exploração de biomassa, como a presença de terrenos encharcados, de acentuado declive e de elevada densidade de mato, que dificultam esta operação de pré-tratamento (CBE, 2008).

A densificação é outro processo de transformação física da biomassa triturada ou de serrim e aparas de madeira em pellets ou briquettes. Estes materiais podem ser queimados numa lareira, forno doméstico a lenha e fornalhas de centrais termoeléctricas. As principais vantagens do uso deste material prendem-se com a facilidade de transporte, manuseamento e armazenamento, bem como a capacidade para alimentar fornalhas ou caldeiras (Dahlman e Forst, 2001).

As pellets, ao contrário dos briquettes, são sensíveis à humidade e podem causar obstruções nos sistemas de alimentação das fornalhas devido às reduzidas dimensões do material. O prensamento da madeira destroçada poderá ser de difícil execução, por isso, poderá ser necessário a adição de um agente ligante (por exemplo, folhas e ramos finos triturados, água, estrume, etc). Contudo, o aumento da pressão exercida durante a compressão poderá resolver o problema, sem ter que adicionar os referidos agentes (Dahlman e Forst, 2001).

4.2.2 Lixiviação

Após o corte da biomassa, a lixiviação em condições naturais na área de recolha é um tipo de tratamento que conduz à reciclagem de nutrientes por acção da água da chuva, isto é, os elementos inorgânicos presentes na biomassa sólida são dissolvidos e arrastados para o solo, garantindo a fertilidade deste. A transferência destes nutrientes do material sólido para a fase aquosa depende da solubilidade de cada elemento, a uma determinada temperatura. Portanto, o objectivo deste processo consiste na remoção de inorgânicos que causam, posteriormente, problemas sob o ponto de vista técnico, nas instalações de produção de energia, e ambiental (emissões de gases poluentes).

Estudos recentes apontam que os elementos solúveis mais importantes são os metais

alcalinos e cloretos (Cl-). Os metais alcalinos, como o potássio (K), são responsáveis pela

diminuição da temperatura de fusão das cinzas e inibição da redução catalítica de emissões de NOx. Por outro lado, os cloretos são responsáveis por fenómenos de corrosão, de formação de gases ácidos e tóxicos, de volatilização de compostos alcalinos e de inibição da combustão em centrais termoeléctricas. Esta técnica permite a remoção igual ou superior a 80% de potássio e mais de 90% de cloreto (Jenkins et al., 2003). Contudo, existem outros elementos que são extraídos da biomassa por lixiviação, mas em menor percentagem, como os metais pesados.

A lixiviação pode ser realizada de duas formas distintas que diferem no espaço e condições operatórias: a natural e artificial. A lixiviação natural ocorre no próprio local de corte da biomassa, estando sujeita à chuva e condições meteorológicas adversas. Por outro lado, a lixiviação artificial ocorre após a colheita da biomassa e seu transporte para a unidade industrial, sendo realizada no próprio local em condições controladas. Ambas as técnicas apresentam vantagens e desvantagens do ponto de vista ambiental e económico.

A lixiviação natural é uma técnica simples e de custos reduzidos, ao contrário da outra técnica. Contudo, na técnica natural não é possível controlar as condições operatórias, ou seja, as condições meteorológicas variam. Além disso, esta técnica também permite o risco de contaminação do solo e a decomposição da matéria orgânica, diminuindo consequentemente a qualidade da biomassa como biocombustível. Portanto, a lixiviação artificial não acarreta os riscos e problemas que podem surgir na lixiviação natural, produzindo um combustível com qualidade. Em contrapartida, os volumes de água gastos, dificuldades de lavagem e secagem da biomassa e a produção de lixiviado são desvantagens associadas a esta técnica artificial, podendo ser minimizadas, por exemplo, com a recirculação do lixiviado (Jenkins et al., 2003).

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Em suma, a principal diferença entre os dois métodos reside no facto de que a técnica natural permite a reciclagem de nutrientes (como o Ca, Mg, K, Na, N, P, etc) para o solo, isto é, mantém o ciclo de nutrientes indispensável à regeneração e crescimento do mato e de povoamento florestais. Por esta razão, aconselha-se que a lixiviação seja feita na própria área de corte num espaço de tempo não muito longo, dependendo da variabilidade dos parâmetros climáticos.

4.2.3 Secagem e acondicionamento

A secagem natural ou forçada é um processo que se baseia na diminuição do teor de humidade da biomassa para níveis que facilitem o maneio económico e aumentem o rendimento energético, visto que aumenta o poder calorífico da fitomassa. O processo da secagem natural encontra-se dependente do tamanho e forma de acondicionamento do material, do tempo de secagem e das condições climáticas da estação e época do ano na respectiva área de exploração, nomeadamente a humidade do ar e temperatura ambiente, precipitação, intensidade dos ventos, grau de insolação e exposição solar ou sombria, responsáveis pela limitação da eficiência desta operação.

O acondicionamento da biomassa florestal após corte é normalmente praticado sob a forma de pilha destroçada, mas é preciso ter em conta alguns problemas que poderão advir devido à compostagem, ou seja, a degradação biológica das pilhas em condições aeróbias. O principal problema é a perda significativa do poder calorífico, caso as pilhas não sejam devidamente controladas. Este fenómeno da biodegradação é comum no processo de envelhecimento da biomassa, alterando as características químicas e físicas do material. O Centro de Biomassa para a Energia tem realizado vários estudos e investigação na área da biomassa florestal, em especial no distrito de Coimbra. A sua larga experiência nesta área demonstrou alguns resultados relativamente ao manuseamento e controlo das pilhas de biomassa (CBE, 2008):

No interior das pilhas, o acesso ao oxigénio atmosférico é limitado e por isso, ocorrem fermentações que permitem a proliferação de fungos e bactérias. Estes provocam um aumento de temperatura para níveis de 70 a 90 ºC e a decomposição química do material lenho-celulósico. Em condições normais de compostagem, onde o oxigénio não é limitante, a temperatura no interior das pilhas atinge os 60 ºC.

As pilhas não devem ultrapassar volumes de 40 a 50 m3 de biomassa destroçada

para evitar a auto-combustão motivada pelas condições anaeróbias referidas anteriormente.

Os resíduos de biomassa não devem ser compactados pelas máquinas, porque impede a entrada de ar.

Relativamente ao arejamento, não são aconselháveis quantidades abundantes de materiais finos, pois, quanto menor for o arejamento, maior será o aquecimento interno das pilhas.

O envelhecimento é um processo que ocorre ao longo do tempo, onde a biomassa perde as suas características químicas e físicas iniciais, ou seja, o envelhecimento é uma consequência da passagem do tempo, que torna o material mais velho e com menor capacidade de efectuar as suas funções metabólicas.

A compostagem é um dos fenómenos associado ao envelhecimento das pilhas de biomassa, existindo três fases que caracterizam esta biodegradação da biomassa na floresta: hidrolítica, termófila e de maturação.

A fase hidrolítica é a primeira que ocorre na biodegradação e deve-se em grande parte à precipitação e ao teor de humidade da biomassa, onde a hidrólise das macromoléculas através de enzimas leva á formação de compostos mais simples, como aminoácidos, açúcares solúveis, etc. Esta fase é de curta duração (dias ou semanas) e realiza-se à temperatura ambiente (Matos, 2008).

A segunda fase da biodegradação é a termófila, que se caracteriza pela assimilação (metabolização) das formas solubilizadas por bactérias e fungos, como foi descrito no primeiro tópico relativo ao manuseamento e controlo das pilhas. Nesta fase, o crescimento biológico provoca um aumento das emissões de CO2 e H2O e libertação de calor. Por último, a fase de maturação, em que ocorre a decomposição dos tecidos vegetais mais resistentes, como a celulose e lenhina, por acção de vermes (por exemplo, as minhocas), de gastrópodes (caracóis) e de diversos outros seres do reino animal. Esta fase corresponde a uma diminuição da temperatura, enquanto na fase termófila ocorre um aumento da temperatura até atingir o valor máximo (Matos, 2008).