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Ondatec Tecnologia Industrial em Microondas S.A.
Uma proposta de sustentabilidade à cadeia produtiva do carvão - UPEC-250
Não se pode entender o benefício de uma tecnologia se ela não servir ao propósito de
valorizar a vida humana, se não dignificar o ser humano.
RESPONSÁVEL PELAS INFORMAÇÕES Eng. Ricardo Naufel de Toledo
Cargo: Diretor Técnico
E-mail: [email protected]
Celular: 34-9118-6682
Endereço:
Av. Coronel Cacildo Arantes, 377/440 – B. Hylea
38055-020 - Uberaba - MG
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Sumário
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 3
2. A EMPRESA ................................................................................................... 5
3. DESCRIÇÃO DO PRODUTO ........................................................................ 6
4. Impacto da Campanha da Sustentabilidade ................................................... 21
4.1. Componente Ambiental ........................................................................... 21
4.2. Componente Econômico .......................................................................... 22
4.3. Componente Social .................................................................................. 23
5. Repercussão do Produto no comportamento dos cidadãos ............................ 25
6. Integração de soluções inovadoras para o aumento da eficiência energética 26
7. Reprodutibilidade do Produto ........................................................................ 30
8. Relação entre os benefícios gerados e os custos associados ao Produto ....... 34
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1. INTRODUÇÃO
A produção de carvão vegetal sempre foi considerada uma atividade à margem da
sociedade, embora todo o desenvolvimento da indústria do ferro e aço depender dela.
Por se tratar historicamente de uma atividade familiar, é comum a utilização de todos
os membros no apoio à produção. A atividade em si exige constante acompanhamento para
não se perder o carvão, pois qualquer entrada de ar poderá queimar todo o produto. Assim, é
necessário que se monte “guarda” 24 horas por dia para vigiar os fornos denominados por
“Rabo Quente”. Aliás, o nome já faz uma alusão às condições de trabalho em que o ser
humano é exposto: temperaturas elevadas (> 50 graus C), inalação constante de gases
carcinogênicos e inalação de finos de carvão. Este último é responsável por provocar uma
doença pulmonar conhecida como pneumoconiose. A mesma encontrada nos mineiros que
trabalham em minas subterrâneas de carvão mineral.
A dura realidade do sistema de produção de carvão vegetal no Brasil.
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Portanto, a presença de crianças, seja trabalhando ou residindo, nas proximidades é
uma realidade difícil de ser alterada enquanto a sociedade não impedir esse tipo de produção.
E claro, as grandes empresas deixarem de comprar esse carvão maculado por tantos males de
origem. Lamentavelmente, quase metade do carvão vegetal produzido pelo Brasil, 9 milhões
de toneladas por ano, é ainda feito por esse modelo e com uso de madeira nativa. Um crime
ambiental sem perdão.
É interessante notar que nas últimas décadas várias tecnologias foram desenvolvidas
para a cadeia produtiva do aço. Iniciou-se com o desenvolvimento genético de clones com
elevada taxa de crescimento, alto teor de lignina, densidades maiores e tantas outras melhorias.
Em seguida as indústrias investiram em equipamentos fantásticos que cortam as árvores, as
descascam e as transformam em toras seguindo para a carvoaria. Muita tecnologia de secagem
da madeira ao tempo foi aplicada aos processos industriais. Substituíram os fornos tradicionais
por outros de grandes proporções, mas com o mesmo princípio funcional. Embora com
condições humanas dignas de trabalho, o meio ambiente ainda sofre com as emissões
poluentes proporcionais ao tamanho dos fornos. Também se investiu barbaramente nos altos-
fornos criando-se tecnologias para o aproveitamento dos finos de carvão. E as melhorias
prosseguiram para a indústria do aço. Entretanto, a forma de se fazer carvão continua sendo o
elo fraco dessa cadeia. Não importa o tamanho do forno, a maioria ainda utiliza os mesmos
princípios da carbonização descobertos nos primórdios da civilização.
Justamente para alterar esse cenário é que a Ondatec, funcionários e investidores, têm
trabalhado no desenvolvimento de uma solução para transformar a atividade carvoeira em
industrial e passível de controle trabalhista, ambiental e fiscal.
Não se pode entender o benefício de uma tecnologia se ela não servir ao propósito de
valorizar a vida humana, se não dignificar o ser humano. Nosso propósito é este!
No final deste documento, para permitir ao leitor conhecer a realidade dura de uma
carvoaria convencional, seguem fotos retiradas da internet. Recomenda-se assistir ao filme
“The People of Charcoal” que está postado no Youtube
(http://www.youtube.com/watch?v=VUy3Yducjtk).
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Quando se tem consciência de que até o churrasco que se come durante a celebração
em família custa a vida de outras.... a sociedade civil exigiria outras tecnologias e formas
menos poluentes de se produzir o carvão.
2. A EMPRESA
Em 2003 a Universidade de Uberaba (www.uniube.br) foi procurada pelo técnico
Sérgio Quinta com a proposta de se utilizar micro-ondas para secagem contínua de madeiras.
O reitor, Dr. Marcelo Palmério, acolheu o projeto e nomeou um professor engenheiro para
acompanhá-lo. Após 4 anos de pesquisas e estudos, foi fundada, em maio de 2007, a Ondatec
Tecnologia Industrial em Micro-ondas Ltda e incubada na mesma época pela Unitecne, a
incubadora de empresas da universidade.
Ela foi criada especialmente para produzir equipamentos industriais que promovessem
a secagem e carbonização de madeiras por meio de aplicação de micro-ondas eletromagnéticas
não ionizantes.
Em 2008 a empresa focou no projeto de um forno contínuo para a produção de carvão
vegetal e em fevereiro de 2009 recebeu investimentos de uma mineradora de Minas Gerais que
a transformou em sociedade anônima. Iniciou-se imediatamente o projeto do primeiro forno de
carbonização a micro-ondas, denominado por protótipo de engenharia, e em 22/12/2009 ele
funcionou pela primeira vez. Esse equipamento funcionou por quase um ano fornecendo dados
para a engenharia. Foram encontrados mais de 50 problemas técnicos por falta de referência
na engenharia, já que se tratava de uma inovação tecnológica sem qualquer citação na
literatura. Em seguida, graças ao contínuo fluxo de investimentos, a equipe da Ondatec,
motivada pelas conquistas do primeiro protótipo, lançou-se ao projeto da nova unidade de
carbonização que foi denominada por Unidade de Produção de Energia e Carvão, modelo
UPEC-250.
Em novembro de 2011, depois de um ano após o desligamento do protótipo de
engenharia, foi inaugurada a nova versão do forno que criou condições para se produzir carvão
vegetal de forma rápida e sustentável. Os ganhos do projeto podem ser sintetizados: melhor
aproveitamento da floresta produzindo mais carvão por hectare que os processos tradicionais,
a transformação da atividade rural em atividade industrial, eliminação da poluição ambiental
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transformando-a em energia térmica e a sua conversão em energia elétrica, eliminação da
mão-de-obra escrava/infantil e maior controle do processo de carbonização pela utilização de
sistemas inteligentes através de modelagem matemática com redes neurais.
Atualmente, a Ondatec se prepara para ir ao mercado ciente de que poderá contribuir
para extirpar os males de origem da produção arcaica do carvão vegetal, transformando-o
numa atividade sustentável que contribui para reduzir as emissões gasosas de efeito estufa e
abrir vantagens sobre o carvão mineral.
Por fim, o que a Ondatec tem de mais precioso são as pessoas que nela trabalham e as
que trabalharam, pois acreditaram numa ideia e a transforam em realidade. Pagaram com
muito trabalho e se motivaram sempre olhando para a miséria humana daqueles infortunados
presos na cadeia produtiva do carvão vegetal. Todos os esforços, todas as noites em claro, todo
o cansaço, todo o estresse terão valido a pena se essa tecnologia melhorar as condições de vida
daqueles que trabalham na carvoaria.
3. DESCRIÇÃO DO PRODUTO
O FORNO DE CARVÃO DA ONDATEC, UPEC-250, possui características
inovadoras que o difere dos processos convencionais. As diferenças não estão nas reações de
carbonização, mas no processo e na operação. Para melhor compreensão da diferença
tecnológica faz-se uma revisão da forma de se produzir carvão nos fornos convencionais.
Normalmente os fornos tradicionais são construídos em alvenaria, de tijolos maciços,
ou em materiais metálicos com formas e tamanhos variados. Esses fornos são carregados e
descarregados manualmente, possuindo um ciclo produtivo de sete a quinze dias, variando a
quantidade de carvão produzida em função de seus tamanhos.
Apenas para se ter uma ideia inicial da diferenças tecnológicas, mostram-se duas fotos ilustrativas.
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Imagem do forno de carvão em alvenaria em funcionamento
Imagem do forno UPEC-250 em funcionamento
O processo produtivo é composto basicamente por três fases distintas. A primeira
consiste na secagem da madeira; a segunda, na carbonização propriamente dita; e a última, no
resfriamento do carvão.
Para os processos convencionais, a carbonização da madeira ocorre através de
fornecimento de energia no interior do forno, elevando sua temperatura interna e
desencadeando um processo de liberação de água e volatilização das moléculas de
holocelulose e lignina. Até a temperatura próxima de 270oC este processo físico-químico é
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endotérmico, requer suprimento de energia, e exotérmico para temperaturas superiores, onde a
energia é gerada das reações de carbonização, tornando-se um processo auto-sustentável. Estas
transformações físico-químicas dão origem a cinco tipos de produtos:
1. Gases não condensáveis (GNC) compostos por: monóxido e dióxido de
carbono, metano e hidrogênio;
2. Ácido pirolenhoso que é condensável e que contêm mais de 80 % de água,
podendo o restante ser identificado como ácido acético, fórmico e propiônico,
metanol, formaldeído, acetona e alcatrão solúvel ou alcatrão B (dissolvido no
ácido acético);
3. Alcatrão insolúvel ou alcatrão A, também condensável e que é uma mistura
complexa de substâncias;
4. Tiço - madeira semi-carbonizada com alto teor de materiais voláteis;
5. Carvão vegetal.
Nos fornos de alvenaria, parte da madeira é queimada para suprir energia ao processo.
A ignição é feita com auxílio de brasas e tiços colocados através de orifícios dos fornos,
denominados de tatus. O processo de combustão se estende por toda região do leito de madeira
através do controle de entrada de ar. Os gases quentes gerados pela combustão sobem por
diferença de densidade, gerando fluxos que atravessam o restante da madeira, transferindo
calor ao leito. Após a fase de secagem, a madeira se degrada termicamente dando origem ao
carvão. O ciclo de carbonização dura em torno de três a sete dias, variando em função da
umidade e tamanho dos blocos de madeira, do clima, da manutenção dos fornos e temperatura
interna.
A fase de resfriamento pode ser natural ou forçada. Para o resfriamento natural,
vedam-se todos os orifícios com barro, aguardando o forno atingir a temperatura propícia para
a descarga, que se situa entre 60 e 80 oC. Este tipo de resfriamento pode demorar entre sete a
dez dias, dependendo das dimensões do forno.
Qualquer tipo de forno de barro ou alvenaria apresenta sempre vazamentos de fumaça
que são corrigidos com a aplicação de barro nas paredes externas. Quando o carvoeiro se
distrai, é possível se perder o carvão. A foto seguinte mostra exatamente esta situação. Ela foi
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tirada em uma empresa de grande porte no momento em que o forno foi aberto para a
descarga.
Foto ilustra problema de vedação em forno de alvenaria com sinais de fogo
Diferentemente de qualquer processo convencional de produção de carvão, o FORNO
DE CARVÃO ONDATEC, modelo UPEC-250, produz carvão continuamente e substitui a
energia proveniente da queima da madeira por energia termoelétrica, gerada por meio da
queima dos compostos gasosos resultantes da carbonização (COGERAÇÃO). Caso a empresa
opte por não investir em cogeração de energia elétrica, poderá usar a energia térmica dos gases
para aumentar a produção do forno e compensar os gastos com energia elétrica.
O processo se transforma em atividade industrial e com um grau de limpeza
incomparável. A foto seguinte mostra o ambiente de trabalho. É importante notar que o
equipamento está em funcionamento.
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Foto da UPEC-250 em funcionamento
A produção de energia elétrica se dá pela queima constante da fumaça produzida pela
carbonização através da utilização de um sistema composto por caldeira a vapor e
turbogeradores. Utiliza-se apenas uma chama piloto para a ignição dos gases.
A seguir é apresentado um diagrama de blocos que ilustra o conceito ONDATEC de
carbonização. Pode-se notar que a etapa de secagem da madeira acontece em ambiente distinto
ao da carbonização, isto evita que vapores d’água se misturem à fumaça diminuindo o poder
calórico dela.
Conceito Ondatec para Carbonização de Madeira
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Todo o processo de carbonização acontece com ausência de fogo em atmosfera
controlada e numa velocidade muitas vezes superior aos processos convencionais.
A produção compreende da alimentação das toras numa mesa presa à uma serra
toletadora que produz toletes de madeira com 20 cm de comprimento.
Serra que produz os toletes de madeira
Em seguida os toletes são colocados manualmente no alimentador do forno que
organiza todo o material numa esteira que se movimenta numa velocidade determinada pelo
sistema de controle. Um trabalhador consegue alimentar até 4 esteiras, pois a velocidade é
baixa oscilando entre 6 a 15 cm/minuto. Ela varia em função da umidade de entrada da
madeira.
É importante registrar que em um forno do tipo “rabo quente” a alimentação de
madeira é feita antes do forno esfriar completamente. É comum o trabalhador enfrentar
temperaturas acima de 40 graus centígrados enquanto organiza manualmente as toras de
madeiras. Além do peso delas representar um risco á saúde humana, acrescenta-se a isto o
calor e os gases que ainda estão presentes dentro do forno. São condições desumanas de
trabalho.
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Na UPEC, o trabalhador que alimenta o forno carrega toletes com 20 cm de
comprimento, pesando no máximo 2kg, e trabalha à temperatura ambiente. Um ambiente
completamente diferente do tradicional. A foto seguinte ilustra essa condição de trabalho.
Alimentação dos toletes na UPEC-250 em temperatura ambiente.
Os toletes são transportados por uma esteira metálica dentro do forno enquanto
recebem energia das micro-ondas provendo a secagem e a ignição da pirólise. Todo o processo
ocorre em atmosfera controlada, sem queima da madeira, produzindo um gás combustível com
elevado poder calórico.
Pista de carbonização da UPEC-250 em funcionamento.
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A operação seguinte é a descarga do carvão. A foto abaixo ilustra essa operação. Em
nenhum momento o trabalhador coloca a mão sobre o carvão. Ele é acondicionado em caixas
metálicas para aguardar o resfriamento. Assim, é a única fábrica que não se vê carvão no chão.
Descarga do carvão em caixas para resfriamento.
E os gases produzidos continuamente pela pirólise podem ser aproveitados de diversas
formas: na secagem da madeira, para cogeração de energia elétrica, para produção de vapor
d´água ou outras finalidades. É fato comprovado por medições que existe uma disponibilidade
energética de 7 MWh de energia térmica por tonelada de carvão vegetal que se produz. Se se
utiliza um sistema de cogeração de energia com rendimento de 30%, obtêm-se 2 MWh de
energia elétrica. Para cada tonelada de carvão, se gasta 1 MWh e se considerar toda a atividade
da planta industrial este valor sobe para 1,5 MWh.
Sabe-se que nos fornos convencionais mais de 75% da massa seca da madeira
enfornada é transformada em gases que são lançados diretamente na atmosfera sem qualquer
controle. Desta forma, a poluição que existe no processo convencional deixa de existir para se
transformar em energia. As imagens abaixo ilustram e compara os processos.
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Crime ambiental: Gases liberados para atmosfera
Gases da UPEC se queimam, demonstrando o poder
energético e sem poluição.
Só se vê a chama à noite, durante o dia não há qualquer indício de fumaça ou fogo.
Detalhe da queima dos gases da pirólise da madeira demonstrando o poder energético.
Em termos energéticos, o balanço também é favorável ao processo de carbonização da
Ondatec. A UPEC-250 gasta quase a metade da energia que se gasta num forno de carvão
industrial feito em alvenaria. O quadro da página 28 mostrará em detalhes o balanço de
energia. Os valores foram medidos experimentalmente obtendo 5,4 GJ/t de carvão para a
UPEC contra 10,5 JG/t de carvão para o de alvenaria.
Outro diferencial que a UPEC apresenta é o sistema de controle da carbonização. O
sistema utiliza-se de modelagem matemática, modelo Carboraad® da Eco Consultoria, para
controlar a quantidade de energia aportada à madeira enquanto é transportada dentro do forno.
O sistema é alimentado com as principais características da madeira: % de Lignina, % de
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Celulose, % Hemiceluloses, % de umidade, diâmetro médio e densidade. Em função do tipo
de carvão que se pretende produzir, pode-se ajustar a inteligência do sistema para obter um
determinado carbono fixo ou um determinado rendimento gravimétrico (relação entre a massa
de carvão e a massa seca de madeira). Assim, é fácil de alterar o objetivo e o controle torna-
se independente do operador. Em comparação ao processo convencional, o mestre carvoeiro
controla a qualidade do carvão pela cor da fumaça, podendo errar.
A UPEC-250 utiliza-se da mais moderna técnica de controle regulatório avançado:
controle por retorno de estado. O que é isto? Na verdade o sistema carboniza virtualmente a
madeira e compara as temperaturas em cada zona do forno com as obtidas pelo programa e
manipula pontualmente a potência para garantir o objetivo do controle: carbono fixo ou
rendimento gravimétrico. A imagem abaixo mostra a tela principal do sistema de supervisão
onde o operador trabalhar para monitorar toda a produção de carvão.
Tela de operação da UPEC-250.
Abaixo são listadas algumas funcionalidades do sistema de supervisão e controle do forno:
• Monitoramento remoto;
• Totalização da produção de carvão em toneladas ou em mdc;
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• Registro do controle da temperatura de processamento;
• Registro do controle do rendimento gravimétrico;
• Alarmes;
• Operação completa de todos os elementos do forno;
• Interação com outras bases de dados;
• Relatório diário de produção.
O sistema de supervisão permite que o trabalhador tenha condições humanas propícias à
atividade laboral. E a facilidade de controlar remotamente o forno até mesmo por um celular,
como mostram as fotos seguintes.
Comando e Supervisão da UPEC-250.
Acesso remoto à UPEC até por celular.
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De forma sintética faz-se uma comparação superficial entre as tecnologias para
permitir ao leitor uma referência.
Itens de comparação Convencional UPEC-250
Consome parte da madeira enfornada Sim Não
Duração da fase de carbonização 3 a 5 dias 3 h
Duração da fase de resfriamento 7 a 10 dias 60 a 210 min*
Duração total do ciclo de produção 10 a 15 dias 4 a 6 horas**
Produção sem emissão de gases (queima da fumaça)
Oneroso Sim
Cogeração de energia elétrica Não Sim
Impacto ambiental Enorme Reduzido
Capacidade de produção por forno Baixa Elevada
Área necessária para instalação Grande Pequena
Controle do processo de produção Manual Automático * resfriamento forçado, podendo variar em função de cada projeto.
** depende da umidade de entrada da madeira e da temperatura de carbonização.
A tabela seguinte propõe uma comparação entre os processos mais comuns de
carbonização, são eles:
1. Os fornos convencionais de alvenaria tipo “Rabo Quente” ou superfície;
2. Fornos retangulares de Alvenaria;
3. Fornos da DCP;
4. Fornos metálicos cilíndricos.
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Tabela - Comparação dos Processos de Carbonização
Tipo de Forno
Ciclo de
Operação
(horas)
Capacidade Rendimento
Volumétrico
(st/mdc)
Produção
por hora
(mdc/h) Lenha (st) Carvão
(mdc)
Rabo Quente 168 20 8 2,5 0,047
Retangular 264 110 65 1,8 0,246
DPC 72 80 53 1,5 0,736
Metálicos 24 40 17 2,5 0,708
UPEC-250
ONDATEC 3 1,25 1 1,25* 1
Fonte: Modificado de PINHEIRO 2006 * Mantendo-se a mesma granulometria. Este valor poderá ser incrementado se a temperatura de carbonização for elevada com a
consequente redução da granulometria.
Pela tabela acima, nota-se que o projeto da ONDATEC apresenta uma capacidade de produção
por hora sensivelmente maior que os demais, podendo chegar até a 1,5 mdc/h dependendo da
umidade inicial da madeira, produzindo carvão em pequenas plantas completamente
automatizadas.
O processo de produção de carvão da ONDATEC apresenta as seguintes
características:
• Produção contínua de carvão;
• Elevada capacidade de produção em pequenas plantas industriais (1 a 15 mdc/h);
• Controle contínuo da temperatura de carbonização;
• Aproveitamento da fumaça da carbonização para cogeração de energia elétrica;
• Processo não poluente com baixo impacto ambiental em relação aos processos
convencionais;
• Processo de fácil licenciamento ambiental;
• Não queima parte da madeira enfornada;
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• Reduz a reposição florestal;
• Baixo tempo de carbonização;
• Custo de produção compatível com o investimento;
• Aumento da segurança do processo e para o operador;
• Não utiliza mão-de-obra infantil;
• Permite extrair os ácidos pirolenhosos para uso na agricultura orgânica: fertilizante e
defensivo natural;
• Permite recuperar o alcatrão para utilização no processo de secagem da madeira ou
para venda;
O carvão produzido pela UPEC-250 apresenta características singulares que o tornam
bastante competitivo:
• Baixa umidade, menor que 2%, contra 10% dos processos normais;
• Carbono fixo uniforme e ajustável segundo a aplicação do carvão;
• Friabilidade controlada em função do controle da temperatura de carbonização;
Foto mostra o carvão resfriado
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O modelo de forno comercializado, UPEC-250 possui as seguintes características
técnicas:
• Capacidade de Produção: 1 a 1,5 mdc/h
• Rendimento Gravimétrico médio: 38% (dependente do teor de lignina da
madeira)
• Fator de conversão madeira/carvão: 1,25 st/mdc
• Carbono Fixo a 400ºC: 70%
• Consumo de madeira a 25% umidade: 1,8 st/h
Portanto, o equipamento UPEC apresenta vantagens em relação ao processo
convencional de carbonização, podendo ser destacados os seguintes:
• Ganho ambiental e social: redução do impacto ambiental e da área plantada e
alterações nas condições humanas do trabalho;
• Ganho fiscal e social: pelo simples fato de toda a produção ser contabilizada
pelo programa, a atividade é facilmente monitorada pelo fisco, dificultando a
omissão e a fabricação ilegal do carvão;
• Ganho no processo: o sistema de controle permite a obtenção de carvão com
características uniformes, implicando em melhor comportamento nos fornos de
redução;
• Ganho econômico e financeiro: menor custo por tonelada de carvão produzido
quando se investe em sistema de cogeração de energia elétrica.
A principal desvantagem é o investimento inicial maior, pois se trata de uma unidade
industrial que prevê escala de produção para auferir os ganhos econômicos e financeiros.
Entretanto, o custo da operação se reduz com melhor aproveitamento dos gases e da floresta.
O investimento se paga em menos de cinco anos.
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4. Impacto da Campanha da Sustentabilidade
A sustentabilidade tem sido o foco da Ondatec e de seus investidores. O recurso
financeiro que foi consumido para se criar uma tecnologia sustentável para a área de
carbonização foi enorme. O projeto da UPEC-250 jamais teria se concretizado sem as pessoas
que acreditaram que era possível mudar a realidade da história da carbonização. Assim, a
UPEC-250 vem contribuir para tornar o processo de carbonização sustentável.
A seguir descreve-se o impacto da tecnologia e do produto em cada componente da
sustentabilidade.
4.1. Componente Ambiental
Quando se faz o balanço do uso do carvão vegetal em relação ao uso do carvão mineral
na indústria do ferro e aço, verificam-se ganhos positivos pelo uso do redutor renovável, pois
para cada tonelada de ferro gusa produzida são fixados de 20 a 40 kg de Carbono (C). Ou seja,
durante a fase de crescimento das florestas o carbono é reciclado e quase 10% dele é fixado no
ferro, contribuindo para redução do carbono livre na atmosfera. No caso do carvão mineral,
praticamente 500 kg de C são lançados na atmosfera por tonelada de gusa. Daí a importância
de se desenvolver sistemas de carbonização ecologicamente corretos, já que há um saldo
positivo no sequestro de carbono com a utilização do carvão vegetal.
Apesar desses benefícios em se utilizar o carvão vegetal, o seu processo de produção é
ainda muito arcaico e poluente, mas é possível reduzir o impacto ambiental através da
instalação de equipamentos para a queima dos gases. Entretanto, esse é oneroso para a
carbonização convencional e aumentar-se-iam os custos com madeira e instalação de
queimadores, reduzindo significativamente a margem de lucro.
Por outro lado, a UPEC-250 cria condições não só para a eliminação do impacto
ambiental que os gases produzem, como os transformam em energia térmica que poderá ser
utilizada na cogeração de energia elétrica para auto-sustentação da planta de carbonização ou,
dependendo da tecnologia utilizada, poderá até haver excedentes.
O balanço de massa da carbonização mostra claramente o problema enfrentado no
carvoejamento tradicional, pois mais de 75% da massa seca de madeira é convertida em gás e
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liberado para a atmosfera. O Brasil produz em média 9 milhões de toneladas de carvão ao ano,
o que implica numa produção de fumaça poluente equivalente a 27 milhões de toneladas.
Em termos energéticos, se toda a produção de carvão fosse feita utilizando-se a
tecnologia da Ondatec, seriam disponibilizados o equivalente a 63 milhões de MWh por ano
em energia térmica ou 18 milhões de MWh de energia elétrica.
Outro benefício verificado pela tecnologia da UPEC é o aumento da vida da floresta,
podendo chegar até o dobro do tempo porque possui um aumento no rendimento gravimétrico
médio, passando de 25 para 38% e pela redução da produção de finos, menos de 10% contra
os 20% da carvoaria tradicional.
Em uma floresta cultivada para fins de carbonização, quando bem manejada, produz
cerca de 27 toneladas de carvão por hectare em um processo convencional e 45 toneladas
numa UPEC. Este ganho é explicado por dois fatores: não queima parte da madeira enfornada
e apresenta rendimentos gravimétricos maiores.
4.2. Componente Econômico
O custo da operação da UPEC é menor porque possui capacidade maior de produção
de carvão em relação aos fornos convencionais. Por isto utiliza pouca mão-de-obra. Apenas
sete pessoas são necessárias para se produzir 1 tonelada por hora de carvão.
Os ganhos ambientais são também traduzidos em ganhos econômicos, pois o fato de se
utilizar uma área menor para manter a mesma produção de carvão pelo processo Ondatec,
reflete numa redução de ativos mobilizados em terras, bem como o manejo florestal.
O aproveitamento energético da fumaça permite obter redução dos custos da
carbonização e imprimir uma escala de produção a nível industrial, dentro da legalidade da lei
ambiental, trabalhista e fiscal.
Outro ganho importante é no sistema de controle das temperaturas de carbonização,
pois a UPEC apresenta maior facilidade de se conduzir e alterar os perfis térmicos no forno
permitindo obter um produto com características padronizadas e com menor variabilidade que
o carvão produzido nos fornos rabo quente. Esta padronização se refletirá em ganhos na
condução do Alto-forno, pois o carvão com baixa umidade e carbono fixo médio com baixa
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variação permite-se calcular com exatidão o quanto de minério de ferro, fundentes e carvão
devem ir no forno para a reação de redução. Isto aumenta a capacidade de produção na
indústria do ferro gusa.
Além do controle da produção, a gestão do carvão produzido é facilitada pelo software
de supervisão e controle. Permite a interligação da base de dados com o sistema de gestão
empresarial: Enterprise Resource Planning (ERP). Facilitando a apropriação da produção
como um ativo controlável e rastreável. Sendo permitido totalizar a produção distribuída em
várias unidades, e em locais diferentes, em tempo real.
4.3. Componente Social
A mão-de-obra escrava e o trabalho infantil sempre estiveram associados à produção
do carvão vegetal. Este é um estigma que a indústria nacional carrega em um dos principais
produtos: aço. Além disso, as condições de trabalho são subumanas com elevado risco à
saúde. É comum o trabalhador contrair doenças pulmonares. A UPEC-250 transformou essa
realidade em um ambiente limpo, sem pó, sem fumaça, criando condições dignas do ser
humano, com respeito aos direitos trabalhistas. É o carvão sem mácula social!
Pelo fato de se utilizar menos mão-de-obra, isto implica em melhores salários para o
trabalhador, em registro profissional, acesso aos serviços sociais e suporte direto da indústria.
A indústria da carbonização normalmente é dirigida diretamente pela empresa que
consome o carvão, implicando em melhores condições de vida e saúde para o trabalhador.
Pela automação industrial do processo, passa a ser possível o registro de toda a
produção de carvão vegetal e seu rastreamento. Isto implica num melhor acompanhamento
fiscal. Para se ter uma ideia da importância do assunto, em 2008 o Brasil, segundo o IBGE,
produziu 2,4 milhões de toneladas de carvão vegetal, mas o Sindicato das Indústrias de Ferro
Gusa do Estado de Minas (Sindifer/MG) registrou um consumo de 9,2 milhões de toneladas.
Como explicar a diferença nos apontamentos entre os dois? Pode-se pensar num forte indício
da sonegação fiscal?!
Outro aspecto decorrente da dificuldade em se fiscalizar as atividades instaladas em
meio à mata ou floresta, é o uso ilegal de reservas florestais ou de matas nativas na
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carbonização. Segundo a Associação Mineira de Silvicultura (AMS), quase 50% do carvão
vegetal utilizado no Brasil ainda é de mata nativa, como ilustra o quadro abaixo.
Observando o quadro anterior, o uso da mata nativa tem aumentado. Se comparar o ano
de 1997 que era responsável por 24,6% da produção de carvão, em 2008 o valor saltou para
47,4%, um aumento de 92,7% no consumo. Em termos de impacto ambiental, isto é
inaceitável.
A tecnologia de carbonização desenvolvida pela Ondatec, materializada pela UPEC-
250, contribuiu para a transformação da atividade rural de produção de carvão em
Agroindústria com todas as obrigações legais pertinentes ao ramo de atividade: licença
ambiental, cumprimentos das obrigações sociais, financeiras e fiscais. A atividade deixa de
estar à margem da sociedade para ser inserida no contexto social. Entende-se isto como uma
contribuição social do projeto, pois a UPEC apresenta custos menores para a produção do
carvão e, em contrapartida, obriga as empresas a utilizar apenas florestas plantadas.
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5. Repercussão do Produto no comportamento dos cidadãos
Pelo fato de se transformar a atividade carvoeira em industrial, a receptividade é
excelente. Nenhum cidadão gostaria de lembrar que o churrasco que come ou o aço que usa
custa a vida de muitas pessoas em condições desumanas de trabalho, que alimenta a
ilegalidade fiscal de mais de 70% da produção nacional de carvão. A eliminação do impacto
ambiental aliado ao social e fiscal proporciona transparência à indústria do carvão e
consequentemente às siderúrgicas, agregando valor para a sociedade e seus cidadãos.
Apenas para ilustrar a desigualdade social alimentada pelos hábitos de consumo do
cidadão aliada à falta de informação, mostram-se algumas fotos contrastando as realidades e a
manutenção do futuro de cada criança e a consequente exclusão e consumo de talentos
humanos nas carvoarias.
Churrasco em Família em contrataste com a Família do Carvão
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A transparência em qualquer cadeia produtiva é fundamental, pois pode influenciar
positivamente a conduta do cidadão incitando-o a zelar por sua comunidade. A sonegação
fiscal é uma ferida aberta na sociedade que vira uma “cultura” iniciada pelas empresas e
continuada pelos cidadãos. A mudança de hábitos empresariais influencia os hábitos daqueles
que trabalham nas empresas e de toda uma sociedade. Portanto, não importa em qual contexto
do processo produtivo, a sustentabilidade deve ser perseguida como objetivo tangível em
todos os aspectos inclusive no fiscal! “ Quem sonega imposto rouba uma nação!”
Desta forma, quando se projetou a Unidade de Produção e Energia, UPEC-250,
pensou-se em vetar o uso de madeira nativa e dar sustentabilidade à cadeia produtiva do
carvão vegetal. A transparência fiscal da atividade corporativa e pessoal é fundamental para o
desenvolvimento de uma nação e a fiscalização dos cidadãos na aplicação dos recursos faz-se
necessária para garantir a sustentabilidade de todas as atividades produtivas.
6. Integração de soluções inovadoras para o aumento da eficiência energética
Em termos de eficiência energética, a UPEC, por utilizar energia de micro-ondas,
promove um aquecimento direto da madeira dentro do forno e como consequência obtém um
balanço positivo em relação a um forno industrial construído em alvenaria. Normalmente os
fornos industriais queimam parte da madeira enfornada para gerar a energia necessária à
pirólise da madeira. E a energia é aportada ao ambiente que troca calor com a madeira a ser
carbonizada. A formação do carvão acontece de fora para o centro da peça de madeira.
Contrariamente ao processo tradicional, a formação do carvão no forno a micro-ondas
acontece de dentro para fora da peça, pois recebe diretamente a energia, não havendo a
necessidade de se aquecer o ambiente. É claro que a temperatura da cavidade influencia na
velocidade da pirólise.
Quando se compara, por meio do balanço de massa entre os dois processos, pode-se
registrar que a UPEC consome praticamente a metade da energia que um forno industrial de
alvenaria. A diferença é que a UPEC consome diretamente energia elétrica, enquanto os
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demais, energia obtida pela queima da biomassa. O quadro abaixo, construído por uma
consultoria contratada para realizar essa medição, mostra claramente os valores.
Fonte: Túlio Raad – Eco Consultoria Ltda, 2010.
Um fator decisivo na utilização da UPEC é o custo da energia elétrica no processo. A
planta industrial gasta 1,5 MWh para produzir um tonelada de carvão vegetal, incluindo todas
as operações: corte da madeira, iluminação, ar comprimido, etc. A energia obtida diretamente
pela queima da madeira possui custo menor, mas a vantagem do processo de carbonização da
Ondatec é a qualidade do gás (fumaça para os demais processos) produzido continuamente
para se cogerar energia elétrica e suprir o gasto da planta de carbonização.
Os gráficos seguintes ilustram o quanto de energia se perde na fumaça durante a
carbonização para um forno industrial de alvenaria. Por exemplo, um quilograma de madeira
possui um pacote de energia igual a 5,23 kWh (4500 kcal/kg) que, com um rendimento
gravimétrico médio de 29%, produz 290 gramas de carvão que possui 8,14 kWh/kg (7000
kcal/kg). Isto significa que a massa de carvão de 290 gramas apresentará uma quantidade de
energia de 2,4 kWh. A diferença entre a energia da madeira e a do carvão constitui-se em
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perdas no valor de 2,9 kWh na fumaça. Ou seja, 55% do pacote de energia que continha a
madeira foi perdida e restando apenas 45% no carvão.
Balanço de energia do processo de carbonização convencional em forno industrial de alvenaria.
Como a UPEC-250 apresenta rendimento gravimétrico médio maior que os fornos de
alvenaria, 38% contra 29%, produz 30% a mais de carvão, indicando melhor aproveitamento
da energia inicial da madeira e também menor consumo de madeira para se produzir a mesma
quantidade de carvão nos dois processos.
Comparação entre o processo Ondatec de carbonização e o convencional
Pelo gráfico, a seguir, do balanço de energia da UPEC-250, pode-se verificar que há
menor disponibilidade de energia no gás produzido. Tomando o mesmo exemplo anterior, um
quilograma de madeira irá produzir 380 gramas de carvão e 2,14 kWh em gás contra 2,9 kWh
da fumaça. A diferença é que a energia térmica contida no gás pode ser facilmente convertida
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em energia elétrica, gerando aproximadamente 1,7 MWh/tonelada de carvão, garantindo a
autossuficiência de energia para a planta de carbonização com excedente.
A UPEC utiliza-se de energia elétrica renovável e que pode ser gerada pelos gases da
pirólise, garantindo a autossuficiência energética e o excedente pode ser usado na secagem da
madeira, aumentando a eficiência energética do processo.
Diagrama de Cogeração de Energia Elétrica com o gás da carbonização
O diagrama de cogeração de energia anterior ilustra o uso tradicional da caldeira a
vapor e turbo geradores para a conversão da energia térmica dos gases em elétrica. Outras
possibilidades de conversão estão em desenvolvimento na Ondatec. É a utilização de motor-
gerador utilizando os gases como combustível. Isto é feito a partir da condensação dos gases
separando uma fração não condensável (GNC) e outra condensável. A fração líquida é
formada por ácidos pirolenhosos, água e alcatrão. Este material não pode ser utilizado
diretamente em motores, mas a Ondatec desenvolveu um combustível líquido que utiliza esse
resíduo para essa finalidade. Este projeto aumenta o rendimento da conversão da energia
térmica em elétrica de 30% para 45%. Este valor de 45% ainda não foi medido, pois o projeto
ainda está em desenvolvimento, mas está baseado na literatura técnica. A equipe da Ondatec
adotou o valor de 36% como um valor ótimo para se alcançar. Assim, o quadro abaixo mostra
o que se pretende gerar com caldeira e motogerador.
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Tecnologia usada RG
(%)
Energia Térmica
(MWh/ton de cv)
Energia Elétrica
(MWh/ton de cv)
Caldeira a vapor < 30% 5,6 < 1,7
Motor gerador 36% a 45% 5,6 2 a 2,5 Nota: RG = Rendimento Gravimétrico
A utilização de motores na cogeração de energia reduzirá o investimento inicial, pois o
custo da instalação da caldeira com o turbo gerador é da ordem de 3 a 5 milhões de reais por
MWh de energia gerada. E este custo cairá para algo abaixo de 800 mil reais o MWh. Ou seja,
20%, em média, do valor original. Além disso, a tecnologia do motor gerador permitirá que
pequenas empresas possam também utilizar a tecnologia de carbonização da Ondatec sem
depender de acesso à energia elétrica de alguma concessionária.
7. Reprodutibilidade do Produto
A UPEC-250 foi concebida, projetada e construída com as melhores práticas de
engenharia e as melhores ferramentas de assistência ao projeto. A metodologia de projetos da
Ondatec é simples, segue os princípios básicos da engenharia a partir da definição do escopo
do produto e de suas partes, registrando-se toda a memória de cálculo, controle das revisões e,
por fim, a elaboração dos manuais de operação e manutenção do forno.
Para o projeto do produto dividiu-se em três grandes áreas a engenharia: mecânica,
elétrica e automação. Embora cada área possua autonomia, elas se relacionam e trocam
constantemente informações tornando o projeto multidisciplinar para minimizar os impactos
de uma área em outra.
Assim, nestes últimos anos, a Ondatec investiu bastante recurso para o
desenvolvimento da equipe composta por 12 engenheiros assim divididos:
• Supervisão: 2 engs.
• Proj. Mecânico: 3 engs.
• Proj. Elétrico: 2 engs.
• Proj. Automação: 4 engs.
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• Desenvolvimento dos procedimentos operacionais: 1 eng.
A seguir uma mostra do projeto em 3D para as atividades da mecânica. Todo o forno é
montado e verificado se cada parte se encaixa perfeitamente em outra, se cada componente
mecânico suporta a carga através de software de simulação e a partir desta etapa, passa-se ao
detalhamento em 2D para se permitir a fabricação. Todas os conjuntos mecânicos são
planificados.
Visão Geral da UPEC-250 em fase de projeto
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Detalhe da explosão de uma pequena parte do forno para orientar a montagem
A partir da planificação dos desenhos e do detalhamento, são elaboradas as listas de
materiais que permitirão a fabricação da UPEC.
O projeto elétrico segue a mesma orientação, elaborando-se os esquemáticos, memória
de cálculo, desenhos, lista de materiais e procedimentos para a montagem dos painéis.
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Projeto elétrico dos painéis da UPEC-250: lay out e roteamento de cabos.
O projeto da automação segue os preceitos da engenharia de software, com a
elaboração dos fluxogramas das lógicas, mapeamento e lista de tags e depois a elaboração dos
programas que são ricamente comentados para permitir a outros a manutenção e edição.
Fluxograma da lógica de controle do deslocamento da esteira da UPEC-250
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Assim, cada parte da UPEC-250 está registrada em banco de dados completo e pronta
para ser industrializada. São mais de 5 mil desenhos, diversos manuais e muitas memórias de
cálculo.
Justamente com a finalidade de se garantir a reprodutibilidade do produto é que a
empresa registra toda a atividade da engenharia para reduzir o risco da perda da tecnologia
caso algum funcionário se desligue. Portanto, acredita-se na continuidade do desenvolvimento
do projeto independentemente daqueles que nele trabalharam por causa desse cuidado que a
Ondatec possui em manter internamente toda a tecnologia.
8. Relação entre os benefícios gerados e os custos associados ao Produto
Apesar de ser uma tecnologia recente e ainda em desenvolvimento, ela apresenta
custos compatíveis com as técnicas industriais de carbonização que utilizam fornos de
alvenaria, mas possui dois diferenciais relevantes em relação aos demais processos: ausência
de impacto ambiental e simplicidade de operação. A UPEC permite que as empresas possam
trabalhar dentro das prerrogativas do MDL (Mecanismo de Desenvolvimento Limpo) um dos
mecanismos de flexibilização dentro do Protocolo de Kyoto ( Proposta RIO 92 ).
A industrialização em escala comercial é importante para se reduzir o custo da UPEC.
A previsão é que se reduza em até 40% o preço do equipamento nos próximos anos, causando
grande impacto financeiro nos custos da carbonização.
Atualmente o custo da operação da UPEC-250 é estimado em R$ 40 o metro cúbico de
carvão (mdc), descontando-se o gasto com energia que será sensivelmente reduzido com o
sistema de cogeração a motor/gerador e com a madeira. Já que ambos possuem grandes
variações na composição do custo final do carvão vegetal. Este valor é compatível com a
indústria da carbonização e pode ser reduzido se se aumenta a escala de produção, pois os
salários representam o maior custo na operação da UPEC-250.
Segundo Pinheiro, em trabalho apresentado no Fórum de Carvão Vegetal (Sete
Lagoas/MG – 2008), a influência da madeira na carbonização industrial pode variar de 67 a
75% do custo final do carvão vegetal, variando em função do rendimento gravimétrico.
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Um ganho apresentado também é a qualidade do carvão vegetal feito pela UPEC. Por
apresentar uniformidade nas características físico-química, estima-se melhor comportamento
nos autos-fornos, sobretudo por causa da baixa umidade, aumentando a produção de ferro
gusa. Este ganho só será conhecido depois da popularização da tecnologia, mas, embora
estimados pelos “experts” da siderurgia, por zelo, preferiu-se não divulgar nenhuma
informação por não ter sido ainda verificado o desempenho desse carvão em grandes
equipamentos.
Embora o investimento inicial na planta industrial seja maior que os atuais sistemas, os
ganhos são também proporcionais e de difícil mensuração, pois variam de projeto para projeto.
Mas, podem ser sintetizados abaixo:
• Floresta: redução de 30 a 50% na área plantada em função da regularidade do
rendimento gravimétrico madeira/carvão. A UPEC produz 47% a mais de
carvão por hectare plantado.
• Meio ambiente: a eliminação da emissão de gases tóxicos e poluentes
transformando-os em energia térmica ou elétrica. Recupera-se 55% da energia
original da madeira dispersada pela fumaça dos processos convencionais.
• Operação: Pela automação do processo e a possibilidade de se controlar o perfil
de temperatura em tempo real sem risco de se perder a produção, os ganhos são
enormes. O registro da produção e seu inventário é importante para se ter o
balanço da operação.
• Social: a melhoria das condições do trabalho é um facilitador para o
recrutamento da mão-de-obra. A atual carvoaria padece pela falta de mão-de-
obra pelas condições insalubres. Humanizar o processo de fabricação do carvão
é um ganho sem precedentes. Além disso, o devido registro da produção
implicará em melhor fiscalização, obrigando as empresas ao fiel cumprimento
no pagamento dos impostos devidos.
• Outros ganhos previstos: melhor desempenho do carvão vegetal nos altos-
fornos pela baixa umidade, 2% contra 10%, em média, do carvão convencional
e pela redução da variabilidade físico-química.
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9. FOTOS DA REALIDADE NA CARVOARIA
FILME SOBRE AS PESSOAS DO CARVÃO
Para assistir o filme basta acessar o link: http://www.youtube.com/watch?v=VUy3Yducjtk
A FAMÍLIA CARVOEIRA SEGUE A TRADIÇÃO
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