UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

COMISSO DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

Anlise de Ciclo de Vida Aplicada ao Processo Produtivo de Cermica Estrutural Tendo Como Insumo Energtico Capim Elefante

(Pennisetum Purpureum Schaum)

Autor: Omar Seye

Orientador: Lus Augusto Barbosa Cortez

89/06

i

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

COMISSO DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ENERGTICOS

Anlise de Ciclo de Vida Aplicada ao Processo Produtivo de Cermica Estrutural Tendo Como Insumo Energtico Capim Elefante

(Pennisetum Purpureum Schaum) Autor: Omar Seye

Orientador: Lus Augusto Barbosa Cortez

Curso: em Planejamento de Sistemas Energticos. Tese de doutorado apresentada Comisso de Ps-Graduao da Faculdade de Engenharia Mecnica, como requisito para a obteno do ttulo de Doutor em Planejamento de Sistemas Energticos.

Campinas, 2003 S.P. Brasil

ii

FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA REA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP

Se93a

Seye, Omar Anlise de ciclo de vida aplicada ao processo produtivo de cermica estrutural tendo como insumo energtico capim elefante (Pennisetum Purpureum Schaum) / Omar Seye.--Campinas, SP: [s.n.], 2003. Orientador: Lus Augusto Barbosa Cortez Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecnica. 1. Capim elefante. 2. Cermica Industria Meio ambiente. 3. Meio ambiente Desenvolvimento sustentvel. I. Cortez, Lus Augusto Barbosa. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecnica. III. Ttulo.

Titulo em Ingls: Life cycle assessment applied to the productive process of

structural ceramic tends as input energy elephant grass (Pennisetum Purpureum Schaum)

Palavras-chave em Ingls: Life cycle assessment, Elephant grass, Ceramics industry, Environment, Sustainable development

rea de concentrao: Titulao: Doutor em Planejamento de Sistemas Energticos Banca examinadora: Carlos Alberto Luengo, Electo Eduardo Silva Lora, Guilherme

Bezzon, Jos Dlcio Rocha Data da defesa: 22/10/2003

iv

Dedicatria:

A todos que influenciaram em minha formao social e acadmica,

em especial minha esposa, Astou Ndiaye Diaw

e meus filhos Makha Seye e Issaka Diaw Seye

v

Agradecimentos

Este trabalho no poderia ser terminado sem a ajuda de diversas pessoas s quais presto

minha homenagem:

Aos meus pais, pelo incentivo em todos os momentos da minha vida. Ao meu orientador, que me mostrou os caminhos a serem seguidos. A todos os professores, colegas e funcionrios que ajudaram de forma direta e

indireta na concluso deste trabalho.

vi

Aux mes bien nes la valeur nattend

point le nombre des annes

vii

Resumo Seye, Omar, Anlise de Ciclo de Vida Aplicada ao Processo Produtivo de Cermica Estrutural

tendo como Insumo Energtico Capim Elefante (Pennisetum Purpureum Schaum),

Campinas, Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2003.

147 p. Tese (Doutorado)

Para alcanar o desenvolvimento sustentvel a energia tem um papel chave, sendo

responsvel por boa parte da poluio em todas as atividades humanas. O uso de energias

renovveis altamente desejvel quando se quer reduzir ou eliminar essa poluio sem perder a

oportunidade de desenvolvimento de uma atividade produtiva qualquer. No presente trabalho

delimitou-se a atividade alvo como sendo o processo produtivo de cermica estrutural conhecida

como cermica vermelha. A indstria de cermica vermelha, em seus aspectos atuais, est

associada idia de degradao ambiental. Esta decorrente de impactos observados durante o seu

processo produtivo, pois, os seus produtos do-se com o uso de recursos naturais a argila

principal matria-prima e a lenha principal insumo energtico. Do ponto de visto econmico

o insumo energtico representa cerca de 35% do total dos gastos mensais para a produo dos

produtos cermicos. Estudou-se a alternativa de utilizar o Capim Elefante como insumo

energtico para atender as condies de sustentabilidade econmica e ambiental. A utilizao do

Capim Elefante em indstria de cermica vermelha tem caractersticas e dificuldades peculiares

que foram analisadas com cuidados para oferecer a melhor alternativa do ponto de vista tcnico,

econmico e ambiental. O Capim Elefante tem sido identificado como uma espcie altamente

eficiente para converter a energia solar incidente em energia qumica estocada nas plantas (ciclo

viii

fotossinttico C4), resultando num potencial para produo de matria seca. Sendo assim,

visando proporcionar uma anlise comparativa das diferentes etapas do processo produtivo de

cermica estrutural, mas, que tenha como insumo energtico o Capim Elefante, a metodologia de

anlise de ciclo de vida tem sido utilizada. O insumo energtico avaliado possui um considervel

potencial energtico e pode ser produzido de forma sustentvel. Com a anlise de impactos,

verificou-se que os poluentes gerados nas diferentes etapas do processo produtivo esto ligados,

principalmente, a seis impactos ambientais, sendo eles a chuva cida (kg SO2 eq.kg), toxidade

humana (kg 1-4 DCB eq./kg), oznio a baixa altitude (kg CFC 11 eq./kg), eutroficao (kg

PO43 eq /kg), aquecimento global (kg CO2 eq/ kg) e consumo de energia (GJ).

Palavras Chave

Anlise do Ciclo de Vida, Capim Elefante, Cermica Estrutural, Meio Ambiente,

Desenvolvimento Sustentvel.

ix

Abstract Seye, Omar, Life Cycle Assessment Applied to the Productive Process of Structural Ceramic

tends as Input Energy Elephant Grass (Pennisetum Purpureum Schaum), Campinas,

Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2003. 147 p.)

Doctoral Thesis

In order to meet the sustainable development, energy plays a significant role. The majority

of pollution in human activities is related to it. Renewable energies uses desired to reduce or

even eliminate the pollution without limiting the development of any industrial/business

opportunity. In the present work the activity objective was defined as being the productive

process of structural ceramic known as red ceramic. The industry of red ceramic, in its current

aspects, it is associated to the idea of environmental degradation. This due to impacts observed

during its productive process, because, its products are given with the use of natural resources the

clay - main raw material - and the firewood - main energy input. Of the economic aspect the

energy input represents about 35% of the total of the monthly expenses for the production of the

ceramic products. It was studied the alternative of using the elephant grass as energy input to

assist the conditions of economic and environmental sustainable. The use of the elephant grass in

industry of red ceramic has characteristics and peculiar difficulties that were analyzed with cares

to offer the best alternative of the technical, economic and environmental aspect. The elephant

grass has been identified highly as a species efficient to convert the incident solar energy in

chemical energy keeping in the plants (cycle photosynthesis C4), resulting in a potential for

production of dry matter. Being like this, seeking to provide a comparative analysis of the

x

different stages of the productive process of structural ceramic, but, that he/she has as energy

input the elephant grass, the methodology of life cycle assessment has been used. The appraised

energy input possesses a considerable energy potential and it can be produced in a maintainable

way. With the analysis of impacts, it was verified that the pollution generated in the different

stages of the productive process is tied up, mainly, to six environmental impacts, being them the

acid rain (kg SO2 eq.kg), human toxic (kg 1-4 DCB eq. /kg), ozone the low altitude (kg CFC - 11

eq. /kg), eutrofication (kg PO43 eq /kg), global heating (kg CO2 eq / kg) and consumption of

energy (GJ).

Key Words

Life Cycle Assessment, Elephant Grass, Ceramics Industry; Environment; Sustainable Development

xi

ndice Lista de Figuras xv Lista de Tabelas xiii 1 - Introduo 1

1.1 Caracterizao da indstria de cermica estrutural 2

1.2 Objetivos do trabalho 9

1.3 A tese 10

1.4 Contribuio cientfica 11

2 A Biomassa como Fonte Alternativa de Energia 13

2.1 Definio 13

2.2 Contexto histrico 13

2.3 As motivaes para se considerar a biomassa como uma fonte de energia 14

2.4 Potencial da biomassa 19

2.5 Tecnologias de converso para uso moderno da biomassa 23

2.5.1 Combusto da biomassa 24

2.5.1.1 Definio e fundamentos 24

2.5.1.2 Influncia das propriedades do combustvel 27

2.5.1.3 Poluio do ar por produtos de combusto 28

3 Anlise de Ciclo de Vida (ACV) 33

3.1 Contexto geral 33

3.2 Evoluo histrica da ACV 36

3.3 Metodologias de anlise ambiental 38

xii

3.4 Objetivos de uma ACV 39

3.5 Metodologia de anlise de ciclo de vida 41

3.5.1 Definio dos objetivos e do escopo 42

3.5.1.1 Funo e unidade funcional 42

3.5.2 Anlise do Inventrio 43

3.5.2.1 Coleta e qualidade dos dados 44

3.5.2.2 Alocao 46

3.5.3 Anlise de impactos 47

3.5.3.1 Classificao 48

3.5.3.2 Caracterizao, normalizao e avaliao 49

3.5.4 Interpretao ou anlise de melhorias 49

3.5.4.1 Consistncia 50

3.5.4.2 Perfeio 50

3.5.4.3 Anlise de contribuio 51

3.5.4.4 Anlise de perturbao 51

3.5.4.5 Anlise de sensibilidade e incerteza 51

3.6 Limitaes 52

4 Experincias de Queima de Capim Elefante para a produo de tijolos 53

4.1 Caracterizao do Capim Elefante 54

4.1.1 Densidade a granel 54

4.1.2 Anlise qumica imediata 55

4.1.3 Anlise qumica elementar 56

4.1.4 Anlise do teor de lignina 56

4.1.5 Poder calorfico superior 57

4.1.6 Anlise termogravimtrica 58

4.2 Resultados dos testes de alimentao usando-se cavacos de madeira

e Capim Elefante 63

4.3 Testes de queima em forno de olaria 69

4.3.1 Caractersticas construtivas e de operao do forno 69

4.3.2 Resultados dos testes de queima com Capim Elefante 71

5 Aplicaes da Metodologia de Anlise de Ciclo de Vida em Processo Produtivo

xiii

de Cermica Estrutural tendo como Insumo Energtico o Capim Elefante 74

5.1 Definio dos objetivos e do escopo 74

5.1.1 Unidade funcional 75

5.1.2 Delimitao das fronteiras do sistema estudado 75

5.2 Anlise do inventrio 77

5.2.1 Produo e processamento do capim elefante 77

5.2.2 Balano energtico para um hectare de Capim Elefante 81

5.2.3 Extrao de argila 85

5.2.4 Transporte 87

5.2.5 Processo produtivo de cermica estrutural 88

5.3 Avaliao dos impactos 90

5.3.1 Classificao dos impactos 90

5.3.2 Indicadores de impacto 96

5.3.3 Quantificao das contribuies aos impactos 102

5.3.3.1 Plantio de capim 102

5.3.3.2 Extrao de argila 104

5.3.3.3 Transporte 106

5.3.3.4 Combusto 106

5.3.3.5 Clculo dos impactos 110

5.3.4 Interpretao dos resultados e resposta aos objetivos estabelecidos 113

5.3.4.1 Extrao da argila in natura 113

5.3.4.2 Produo do capim elefante 115

5.3.4.3 Anlise energtica 115

5.3.4.4 Processo de queima ou de produo 116

6 Anlise Tcnico - Econmica do Processo Produtivo de Cermica Estrutural

usando Capim Elefante como Insumo Energtico 117

7 Concluses e consideraes finais 127

7.1 Introduo 127

7.2 Extrao de argila 127

7.3 Transporte 128

7.4 Produo do capim elefante 129

xiv

7.5 produo e Queima de Tijolos 129

7.6 Anlise econmica 130

Referncias Bibliogrficas 131

Anexo 138

xv

Lista de figuras

1.1 Participao do Gs Natural e Gs Liquefeito de Petrleo no consumo de

energticos na indstria de cermica no ano 2003 6

1.2 Mdio percentual dos custos na Indstria Cermica 6

2.1 Consumo Mundial de Energia por Fonte 20

2.2 Oferta Mundial de Energia por Fonte 21

3.1 Etapas de um sistema de produo 35

3.2 Etapas de uma ACV e suas principais aplicaes 41

4.1 Curvas TG para diferentes condies e espcies (100k/min) 60

4.2 Curvas DTG para diferentes condies e espcies (100k/min) 60

4.3 Curvas TG para diferentes condies e espcies (60k/min) 61

4.4 Curvas DTG para diferentes condies e espcies (60k/min) 61

4.5 Curvas TG para diferentes condies e espcies (20k/min) 62

4.7 Comportamento do capim elefante no silo de alimentao 68

4.8 Seo transversal do forno 70

4.9 Seo transversal do forno mostrando o posicionamento dos termopares 70

4.10 Comportamento trmico das misturas testadas 72

5.1 Estrutura geral do sistema estudado 74

5.2 Fardos de capim elefante 79

5.3 Extrao de argila 84

5.4 Transporte de argila 86

xvi

5.5 Transporte de tijolos 87

5.6 Impactos totais no normalizados 111

5.7 reas degradadas 114

6.1 Planta dos galpes 119

xvii

Lista de Tabelas

1.1 A indstria da Cermica Vermelha no Brasil 2

1.2 Evoluo do consumo energtico no segmento cermico (Unidade: mil tep*) 3

1.3 Participao dos tipos de combustveis no consumo de energticos

do segmento cermico (unidade: %) 4

2.1 Reaes estequiomtricas de combusto 24

2.2 Resultados de anlises de cinzas do capim elefante produzido

no projeto PIB e de outras biomassas selecionadas na literatura 27

3.1 Indicadores de qualidade de dados em ACV 46

4.1 Resultados da anlise imediata para o capim elefante, bagao

e palha da cana-de-acar 55

4.2 Composio qumica do capim elefante comparado com bagao

e palha de cana-de-acar 56

4.3 Resultados do teor de lignina no capim elefante e na palha de

cana-de-acar 57

4.4 Anlise estatstica das variveis estudadas Cavaco de madeira 64

4.5 Anlise estatstica da varivel vazo mssica para capim elefante

e com velocidade de rotao da rosca-sem-fim de 2 r.p.m 65

4.6 Anlise estatstica da varivel vazo mssica para capim elefante

e com velocidade de rotao da rosca-sem-fim de 4 r.p.m 66

4.7 Propores de mistura, vazes e temperaturas mdias 71

5.1 Caractersticas fsico-qumicas do solo das duas regies 77

xviii

5.2 Energia de entrada Input energy 83

5.3 Nveis de energia 83

5.4 Classificao dos impactos 94

5.5 Indicadores relativos ao esgotamento das reservas 97

5.6 Fatores de emisses relativos emisso instantnea de 1 kg de gs 98

5.7 ODP ( Potencial de Deteriorao da camada de oznio) 99

5.8 Potencial de acidificao (AP) das principais substncias cidas 100

5.9 Potencial de eutroficao (NP) das principais substncias

base de azoto e fsforo 100

5.10 Resumo dos fatores de equivalncias ambientais 101

5.11 Estimativa das emisses devido ao plantio de capim elefante 102

5.12 Emisso de CH4 devido atividade de extrao de argila 104

5.13 Fatores de emisses para mquinas de minerao retroescavadeira 104

5.14 Quantificao das emisses devido ao consumo de combustvel

na atividade de escavao 104

5.15 Fatores de emisses para veculos de carga com consumo de 13,3 l/100 km 105

5.16 Quantificao das emisses na etapa de transporte da argila

e do capim elefante 105

5.17 Fatores de emisses para combusto da biomassa e resduos agro florestais 106

5.18 Quantificao das emisses na etapa da queima dos produtos cermicos 106

5.19 Clculo das emisses de CO2 devido a combusto do

capim elefante para a produo de 1 milheiro de tijolo 107

5.20 Planilha de inventrio da anlise de ciclo de vida do processo

produtivo de cermica estrutural em relao a um milheiro de tijolos 109

5.21 Impactos totais no normalizados 110

5.22 Impactos totais no normalizados expressos em porcentagens 110

5.23 Fatores para normalizao de impactos 112

5.24 Impactos ambientais normalizados 113

1

Captulo 1

Introduo

A relao entre o setor industrial e o meio ambiente nem sempre tem sido fcil. Com

efeito, a atividade industrial encontra-se, inevitavelmente, associada certa degradao da

qualidade do ambiente, uma vez que no existem processos de produo que sejam totalmente

limpos. Os impactos ambientais decorrentes das emisses industriais variam com o tipo de

indstria, matrias-primas utilizadas, produtos fabricados, substncias produzidas e dos prprios

processos de produo.

A indstria de cermica vermelha, em seus aspectos atuais, est associada idia de

degradao ambiental. Esta degradao decorre de impactos observados durante o processo

produtivo, pois, os produtos so obtidos com o uso de recursos naturais: a argila principal

matria-prima e a lenha principal insumo energtico.

Existe uma tendncia mundial, que se iniciou na Europa e na Amrica do Norte, do

consumidor propor-se a pagar mais por um produto ambientalmente correto e a no comprar

produtos que provoquem danos ao meio ambiente. Esta realidade coloca as empresas que operam

nos setores crticos - aquelas que esto em contato direto e indissolvel com o meio ambiente

num fogo cerrado tanto do pblico alvo quanto do organismo fiscalizador.

As relaes entre o meio ambiente e o desenvolvimento devem deixar de ser conflitante

para tornar-se uma relao de parceria. Segundo o World Business Council for Sustainable

Development, para que seja possvel conciliar o crescimento econmico com o ambiente, as

2

relaes entre a atividade das empresas industriais e os fatores ambientais devem assentar no

conceito de eco-eficincia, tal como foi definida por este organismo internacional em 1993: a

eco-eficincia atingida atravs da produo de bens e servios a preos competitivos que

satisfaam as necessidades humanas, melhorem a qualidade de vida e, progressivamente,

reduzam os impactos ecolgicos e a intensidade de utilizao de recurso ao longo do ciclo de

vida desses bens, at o nvel compatvel com a capacidade de carga estimada do planeta.

Percebe-se, ento, que a eco-eficincia est relacionada auto-sustenbilidade ambiental

do processo e sendo assim, o desenvolvimento da atividade industrial cermica atual requer

determinadas observaes em relao s formas de utilizao de recursos naturais (lenha e argila)

e suas conseqncias socioambientais.

1.1 - Caracterizao da indstria de cermica estrutural

Presente em todas as regies do Brasil a indstria de cermica estrutural ou vermelha tem

um papel importante na economia brasileira. Nmeros levantados pela Associao Brasileira de

Cermica, junto com associaes de diversos segmentos cermicos esto na tabela 1.1.

Tabela 1.1 A Indstria da Cermica Vermelha no Brasil

Nmero de Unidade Produtora (empresas)

7.000 (90% microempresas familiares; 10% mais de 100; 30% entre 50 e 1000; 50% entre 20 e 50 e 10%

menos de 20) Nmeros de Peas / Ano (bloco) 25.224.000 Nmeros de Peas / Ano (telha) 4.644.000 Quantidade Produzida (em massa t/ano) 64.164.000 Matria-prima (t argila) 82.260.000 Nmero de empregados diretos 210.000 Faturamento (R$ bilhes) 4,2 Consumo trmico mdio 900 kcal/1000 peas (90% lenha)

Fonte: Anurio Associao Brasileira de Cermica, 2004.

Apesar disso, o segmento de cermica estrutural ou vermelha considerado o primo-

pobre da indstria de cermica em comparao com a cermica branca ou cermica de

3

revestimento onde as exigncias, e conseqentemente o padro de qualidade, so maiores. Este

cenrio resulta, em parte, das caractersticas explcitas da prpria indstria de cermica vermelha

que:

Possui processos de grande consumo energtico

O perfil energtico do sistema industrial brasileiro est baseado em setores que exigem

grandes consumos de energia com determinada qualidade. Entre esses setores, est o cermico,

grande consumidor de energia trmica, hoje suprida basicamente pela combusto de fontes de

energia primrias e secundrias, como por exemplo, lenha, eletricidade, leo combustvel e gs

natural, o que mostramos nas tabelas 1.2 e 1.3. A cermica estrutural ou vermelha produzida

utilizando processos tradicionais e tendo a queima da lenha como principal fonte de calor em

fornos com baixa eficincia o que significa dizer que o uso de energia trmica no setor cermico

vermelho feito de forma muito ineficiente. Uma anlise do balano energtico nacional permite

verificar que no ano de 2003, a lenha foi responsvel por quase metade (49,1 %) do consumo

total de energia no setor cermico, sendo que o principal consumidor deste tipo de insumo, neste

setor, o segmento de cermica vermelha onde a lenha representa cerca de 98 % dos energticos

utilizados contra 1 a 2% de leo combustvel.

Tabela 1.2 Evoluo do consumo energtico no segmento cermico (Unidade: mil tep*)

IDENTIFICAO 1994 1995 1996 1997 1998 1999 200 2001 2002 2003 Gs Natural 104 114 90 102 134 156 260 430 706 788 Carvo Vapor 84 68 61 66 47 21 34 42 28 46 Lenha 1.494 1.405 1.545 1.592 1.607 1.632 1.629 1.564 1.486 1.534 Outras Recuperaes 45 48 54 35 10 39 40 40 39 30 leo Diesel 7 7 7 6 7 6 5 5 7 8 leo Combustvel 488 506 532 547 577 528 468 390 348 287 Gs Liquefeito de Petrleo

136 192 219 302 288 318 357 236 152 139

Outros resduos energticos do Petrleo

0 0 9 0 47 29 41 52 52 48

Gs Canalizado 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Eletricidade 162 173 187 222 231 233 234 229 238 245 Outras Fontes no especificadas

8 8 9 11 1 1 1 1 0 0

Total 2.528 2.521 2.711 2.883 2.949 2.962 3.068 2.989 3.057 3.125

Fonte: Ministrio de Minas e Energia Secretaria de Energia

* toneladas equivalentes de petrleo

4

Apesar de ter-se, nestes ltimos anos, observado uma reduo percentual da participao

da lenha de 59,1 % do total de energia consumida neste setor em 1994 para 49,1% em 2003, no

se pode dizer o mesmo para a participao quantitativa da lenha.

Tabela 1.3 - Participao dos tipos de combustveis no consumo de energticos do segmento

cermico (unidade: %)

IDENTIFICAO 1994 1995 1996 1997 1998 1999 200 2001 2002 2003 Lenha 59,1 55,7 57 55,2 54,5 55,1 53,1 52,3 48,6 49,1 Gs Natural 4,1 4,5 3,3 3,5 4,5 5,3 8,5 14,4 23,1 25,2 leo Combustvel 19,3 20,1 19,6 19 19,6 17,8 15,3 13,1 11,4 9,2 Eletricidade 6,4 6,9 6,9 7,7 7,8 7,9 7,6 7,7 7,8 7,8 Outros combustveis 11,1 12,8 13,2 14,6 13,6 14 15,5 12,6 9,1 8,7 Total 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

Fonte: Ministrio de Minas e Energia Secretaria de Energia

As tabelas 1.2 e 1.3 mostram claramente que uma reduo percentual da participao da

lenha no se traduz automaticamente em reduo quantitativa do uso da lenha. No mesmo

perodo avaliado, houve aumento de consumo de outros energticos como a eletricidade e o gs

natural. Um dos motivos desta estagnao no uso da lenha diante do crescimento da demanda por

energticos na indstria de cermica pode ser explicado pela dificuldade de obteno desta. J

que as matas nativas esto cada vez mais escassas, o controle ambiental mais rigoroso e as

distncias de transporte at a indstria aumentaram e, por conseqncia, tambm os custos

envolvidos e o preo de mercado.

Dentro das novas fontes energticas utilizadas na indstria de cermica, as que tm mais

penetrao quantitativas so o gs natural e o gs liquefeito de petrleo. A figura 1.1 mostra

as porcentagens de participao do gs natural e do gs liquefeito de petrleo no consumo total

de energtico no ano de 2003. importante ressaltar que o uso do gs no setor cermico fica mais

por conta do segmento de cermico de revestimento onde so observados os processos

tecnolgicos mais avanados. O uso do gs como principal fonte de energia trmica nas

indstrias de cermica vermelha exige uma readaptao dos fornos, isto , novos investimentos.

Com o estado tecnolgico dos atuais fornos utilizados isso se torna praticamente invivel.

5

Lenha 49,1 %

Outras 33,9 %

leo Combustvel

9,2 %Eltricidade 7,8 %

Outras 18,39 %

Gs Natural 44,04 %

Gs Liquefeito de Petrleo 37,57 %

Figura 1.1 - Participao do Gs Natural e Gs Liquefeito de Petrleo no consumo de energticos

na indstria de cermica no ano 2003.

Fonte: Ministrio de Minas e Energia Secretaria de Energia - Elaborao prpria.

Impactos scio-ambientais muito grandes

Como se v o consumo de lenha ainda substancialmente elevado. Como no h

reflorestamento, o problema do desmatamento, sem nenhum critrio, de reas vitais torna-se

muito grande, alimentando cada vez mais e de forma decisiva a desertificao de regies. O

desmatamento constitui, em nvel global, a segunda maior fonte emissora de dixido de carbono.

Com o corte das rvores para uso agrcola da terra ou para outros fins, a maior parte do carbono

queimada ou decomposta e liberada para a atmosfera. Existe uma grande incerteza sobre as

emisses de CO2 geradas no processo de desmatamento, mas estima-se que 0,6 a 2,6 x 109

toneladas de carbono so liberadas globalmente todos os anos.

O elevado consumo de lenha empregada como combustvel nos fornos, alm de contribuir

fortemente para o desmatamento, representa cerca de 25% do total de gastos mensais para a

produo dos produtos cermicos.

6

Matria-prima (argila)

9%

gua1%

Energia eltrica

18%

Manuteno12%

Administrao /

Comercializao

5%Lenha

(insumo energtico)

25%

Pessoal 30%

Figura 1.2 Mdio percentual dos custos na Indstria Cermica

Fonte: Elaborao prpria

A lenha comercializada a valores relativamente altos, em preo mdio nacional de R$

14,60/m3 para lenha de reflorestamento e R$13,30/m3 para lenha de mata nativa. Com isso, os

custos envolvidos e o preo de comercializao dos produtos cermicos aumentam

consideravelmente, tornando cada vez maior a necessidade de um energtico alternativo ou a

busca pela reduo do preo da lenha cultivada.

Atraso tecnolgico

A busca de tecnologias de transformao e uso da energia mais eficiente, associada ao uso

de combustveis renovveis, e a equipamentos com menores emisses de gases poluentes tem se

intensificado a partir da dcada de 90. No caso de equipamentos como forno, a busca de

equipamentos mais eficientes implica na reduo do consumo e emisso de poluentes para a

realizao de uma mesma tarefa. Particularmente quando se utiliza lenha como combustvel, tem-

se a reduo tanto da presso sobre as reservas florestais quanto da emisso de gases de efeito

estufa.

7

A maioria dos fornos cermicos, utilizados na produo de telhas e tijolos, de baixa

eficincia trmica devido no recuperao da energia disponvel nos gases de escape. De fato,

como a carga de argila em processo requer temperaturas elevadas, e por no haver sistemas de

recuperao de calor, os gases de combusto saem para a atmosfera ainda com muita energia

trmica, desperdiando calor til, (Nogueira et al., 2000).

Impactos associados a minerao

A questo energtica no o nico problema da indstria de cermica estrutural. Os

argilo-minerais utilizados no fabrico de cermica vermelha tm como caracterstica fundamental

o baixo valor comercial, exigindo uma lavra a cu aberto e prximo aos centros consumidores,

visando minimizar os custos de transporte. Mas, freqentemente, em face da extenso da rea

minerada tal atividade apresenta um alto potencial de impacto ambiental, interferindo no meio

fsico, bitico e antrpico. O movimento de matrias-primas por ano estimado em mais de 80

milhes de toneladas com reflexos nas vias de transportes e no meio ambiente. A minerao

(extrao de argila), evidentemente, causa impacto ambiental considervel que at ento no foi

devidamente analisado no caso do segmento de cermica estrutural (Soares et al., 2002). No

obstante, a atividade de extrao mineral implica em alteraes ambientais, pelo fato do impacto

ser muito denso e pouco extenso. Reconhece-se que a minerao altera intensamente tanto a rea

minerada quanto circunvizinhana, e os depsitos. Os impactos ambientais decorrentes da

minerao podem ocorrer em nvel local ou regional, dependendo do porte do empreendimento,

de sua localizao e das caractersticas da jazida.

Com efeito, dentro desses contextos, o estudo da problemtica ambiental associada a

projetos de desenvolvimento sustentvel que procura formas de aliviar o uso da lenha atravs de

solues de curto e mdio prazo, mas compatveis com as exigncias da indstria de cermica

estrutural, torna-se conveniente adotar uma metodologia que possa facilitar a anlise dos

problemas e permitir a busca de solues adequadas. At porque, qualquer que seja o processo

utilizado na produo de produtos cermicos, haver sempre a possibilidade de gerar subprodutos

e resduos, cuja quantidade e qualidade dependero, naturalmente, da forma de explorao das

jazidas, do tipo de biomassa e tambm da tecnologia de queima empregada.

8

As peculiaridades levantadas acima mostram que a problemtica do processo produtivo da

indstria de cermica estrutural define-se claramente em duas situaes vivenciadas: a

necessidade de uma melhor utilizao de recursos naturais no renovveis e a racionalizao do

consumo de fontes energticas esgotveis ou a busca de alternativas energticas. Ambas as

situaes, porm, apresentam necessidades comuns, sendo a principal delas, a necessidade de

mais pesquisas que possam justificar a viabilidade tcnica e econmica de uma ou outra opo.

A necessidade de pesquisa pode ser justificada no apenas pelos impactos ambientais

associados ao processo industrial ou pelo consumo de matrias-primas e insumos energticos,

mas tambm pela importncia da considerao desses parmetros no desenvolvimento de novos

modelos de produo. Dessa forma, o problema central abordado neste trabalho est direcionado

para a busca de informaes que possam proporcionar a adoo de novos modelos de gesto e de

produo na indstria de cermica vermelha de modo a proporcionar melhorias no setor cermico

atravs do uso eficiente da energia trmica, da escolha e da preparao da biomassa para uma

combusto eficiente.

A Anlise do Ciclo de Vida ACV um processo que objetiva avaliar os encargos

ambientais, associados a um produto, a um processo ou a uma atividade, pela identificao e

quantificao da energia e materiais utilizados, bem como resduos produzidos, visando assim

avaliar o impacto dessa utilizao liberao ao ambiente e implementar melhorias. O uso da

ferramenta de ACV permite ainda: (i) estabelecer uma base de informaes sobre as necessidades

totais de recursos, consumo de energia e emisses; (ii) identificar aspectos em algum processo ou

produto onde sejam possveis redues nas necessidades de recursos e emisses; (iii) auxiliar no

desenvolvimento de novos produtos, processos ou atividades que reduzam, efetivamente, as

necessidades de recursos e/ou emisses.

Quando tal procedimento integrado de forma industrial, quer dizer, acoplado anlise

de viabilidade econmica num esquema de melhoria ou de deciso, a anlise de ciclo de vida

pode permitir a concepo, a melhoria ou o desenvolvimento de produto ou processo timo do

ponto de vista ambiental, tcnico e econmico.

9

1.2 - Objetivos do trabalho

Este trabalho tem por objetivo o uso da ferramenta de anlise de ciclo de vida para

realizar diagnstico de impactos ambientais e oferecer indicadores que possam medir a eficincia

energtica na indstria e permitir a avaliao da substituio de um insumo energtico. Em

virtude deste objetivo foi escolhido um segmento da indstria brasileira que como j foi discutido

apresenta peculiaridades energticas. O segmento escolhido, para anlise, o da indstria de

cermica vermelha ou estrutural. Em relao ao insumo energtico alternativo o escolhido o

capim elefante.

As metas e os objetivos especficos deste estudo so as seguintes:

- Realizar diagnstico de impactos ambientais visando substituio de um insumo

energtico tradicional (lenha) utilizado de forma no sustentvel no processo de queima dos

produtos cermicos - por um insumo energtico alternativo que pode vir a ser cultivado de forma

sustentvel (capim elefante);

- Realizar a anlise de ciclo de vida para criar oportunidades identificao de solues

para os problemas ambientais das indstrias de cermica estrutural atravs do estudo e da

avaliao de seus processos produtivos e dos impactos ambientais associados aos mesmos;

- Aperfeioar a gesto dos processos da indstria cermica estrutural, objetivando a

utilizao do Capim Elefante como uma fonte alternativa de energia;

- Avaliar economicamente o impacto do uso do capim elefante em processo produtivo

cermico;

- consolidar e difundir a metodologia de anlise de ciclo de vida, ferramenta capaz de gerar

dados qualitativos e quantitativos para a anlise e a hierarquizao de impactos ambientais na

indstria de cermica estrutural.

10

1.3 - A tese

Os problemas ambientais e econmicos no podem ser abordados isoladamente, visto que

so aspectos que interagem entre si, sendo dependentes uns dos outros. Na tese, ora apresentada,

argumenta-se que a introduo do capim elefante como insumo energtico alternativo para

gerao de calor pode representar uma importante fonte de energia sustentvel a nvel local e

regional. As razes para a tese esto caladas nos seguintes argumentos:

O capim elefante como cultivo energtico, alm de todas as vantagens que a substituio

de outras fontes energticas pode representar, apresenta vrios aspectos que podem ser

considerados de especial importncia para a conservao do meio ambiente, tais como:

o Trata-se de cultivo que, geralmente, requer condies de cultivo menos exigentes,

o que se traduz em menores necessidades de fertilizantes, herbicidas ou pesticidas,

evitando, por uma parte, o possvel impacto gerado em sua produo e, por outra,

os perigos de contaminao do meio natural;

o Grande alcance social pela gerao de empregos em reas carentes. A

capincultura pode ser praticada em solos pobres e degradados e deve ser uma

atividade intensiva em mo-de-obra. Isso lhe confere a vantagem ambiental de

recuperao de reas degradadas de regies e de conter o fluxo migratrio das

populaes rurais para os centros urbanos em busca de oportunidades de trabalho.

o Dado que a cultura do capim elefante como insumo energtico, deve ser planejado

dentro de projeto que, na maioria dos casos, desenvolvem-se dentro de um entorno

regional, evita-se o impacto representado pela realizao de novas infra-estruturas

para o transporte dos recursos energticos ou da energia produzida (ao contrrio

do que ocorre com os gasodutos e oleodutos, por exemplo);

o Por ser uma cultura de rotao curta, permite o corte em 90 dias aps o plantio,

contra, por exemplo, sete anos da floresta de eucalipto;

o Produo de biomassa seca expressa em toneladas por hectares/ano cerca de 5

vezes superior ao da floresta de eucalipto.

11

Existe uma demanda habitacional reprimida (dficit) estimada em cerca de 10 milhes de

unidades no Brasil, por outro lado, a procura por habitao est diretamente relacionada ao preo

do tijolo (material bsico na construo). Supondo que uma unidade habitacional popular digna,

tenha que ter, em mdia, 60 m2 de rea construda, a demanda em material cermico tem que

aumentar consideravelmente em curto e em mdio prazo, conseqentemente, a demanda por

insumo energtico tambm. Na medida em que o preo e o custo do tijolo caiam em funo do

uso de um recurso energtico de menor custo, aumenta proporcionalmente a procura por tijolo.

1.4 - Contribuio cientfica

A tendncia mais recente tem sido o uso do termo engenharia ambiental para englobar

um amplo campo de pesquisa. Dentro da engenharia ambiental aplicada a processos produtivos, o

consumo de energia e os impactos gerados so temas de grande relevncia. Um estudo que

possibilite disponibilizar:

Informaes que permitam focalizar os principais pontos do processo onde o consumo de

energia e os impactos so mais acentuados, bem como, propor solues;

Dados sobre o capim elefante como fonte alternativa de insumo energtico;

Dados experimentais sobre a queima do capim elefante em forno de olaria e;

A comparao do uso do capim elefante, com os combustveis convencionais, tm um

carter indito quando se trata principalmente de um segmento do setor industrial, at

agora considerado como o primo pobre do setor cermico brasileiro.

Esta pesquisa buscou obter uma resposta embasada, utilizando uma ferramenta de anlise

de ponta, parcialmente desenvolvida e testada na realidade dos processos produtivos de cermica

estrutural.

O trabalho foi desenvolvido em seis captulos, incluindo esta introduo. A proposta do

segundo captulo discutir o estado da arte das tecnologias de converso da biomassa, dando

nfase s tecnologias de converso termoqumica e, particularmente, na tecnologia de combusto

e nos tipos de poluio atmosfricos resultantes.

12

No terceiro captulo foi realizada uma descrio da metodologia de anlise de ciclo de

vida e discutido os referenciais tericos sobre a aplicao desta ferramenta mostrando seus pontos

favorveis e deficincias.

O quarto captulo apresenta os resultados das experincias de queima do capim elefante

em indstria de cermica vermelha.

O quinto captulo refere-se ao estudo de caso onde a metodologia de anlise de ciclo de

vida aplicada a um processo produtivo de cermica estrutural, tendo como insumo energtico o

capim elefante.

No sexto captulo discutida a viabilidade econmica da introduo do capim elefante na

indstria de cermica vermelha.

O stimo captulo refere-se s concluses deste estudo e a apresentao da necessidade de

futuras atividades para a complementao do mesmo.

13

Captulo 2

A Biomassa como fonte alternativa de energia

2.1 - Definio

O termo biomassa foi inventado por volta de 1975 para descrever os materiais que podem

ser utilizados como combustvel. Ela inclui toda matria orgnica de origem vegetal ou animal,

inclusive os materiais procedentes de sua transformao natural ou artificial. No seu conceito

mais amplo, inclui toda a matria existente num dado momento na terra. Do ponto de vista

energtico, biomassa toda matria orgnica (de origem animal ou vegetal) que pode ser

utilizada na produo de energia. O termo biomassa utilizado tambm no campo da Ecologia

para expressar a matria orgnica total presente em um determinado ecossistema e no campo da

Microbiologia Industrial com referncia quantidade de microrganismos presentes em um

fermentador ou produzidos em um cultivo. Na atualidade, se aceita o termo biomassa para

denominar o grupo de produtos energticos e matrias-primas tipo renovvel originados a

partir da matria orgnica formada por via biolgica. Ficam excludos deste conceito, os

combustveis fsseis e os produtos orgnicos deles derivados, embora tambm tivessem uma

origem biolgica em pocas remotas.

2.2 - Contexto histrico

A biomassa, juntamente com a energia solar, representam as nicas fontes de energia

utilizadas pelo homem durante a maior parte da histria da humanidade. Antigamente, a madeira

era o combustvel mais amplamente utilizado para cobrir as necessidades de calor e de

14

iluminao, tanto no mbito domstico quanto nas distintas aplicaes indstriais existentes at o

presente momento. Do mesmo modo, grande parte das atividades realizadas pelo homem e pelos

animais exigiam um consumo de biomassa que, posteriormente se transformava em trabalho

muscular. Entretanto, a partir da era industrial, seu uso foi relegado a segundo plano devido

extino das florestas dos pases desenvolvidos (os detentores da tecnologia) e a converso dos

sistemas trmicos aos combustveis fsseis.

Nos ltimos anos, principalmente no final da dcada de 70, por causa da crise do petrleo,

tomou-se conscincia da necessidade da utilizao de outras formas de energia diferentes dos

combustveis fsseis. A partir de ento a biomassa comeou a ser considerada como uma

potencial fonte de energia. No transcurso destes anos, ocorreu uma srie de profundas mudanas

nos setores energticos, agrcolas e ambientais, os quais motivaram aquilo que at ento se

vislumbrava como uma possibilidade a se apresentar hoje como uma alternativa real para um

futuro mais ou menos imediato.

2.3 - As motivaes para se considerar a biomassa como uma fonte de energia

A biomassa uma fonte de energia renovvel que apresenta um potencial de explorao

para as zonas rurais. De acordo com a localidade, ela pode oferecer diferentes vantagens na

explorao de recursos locais, pois assim estaria contribuindo para melhorar a situao

econmica dessas comunidades atravs da exportao de energia ou na diminuio do

aprovisionamento externo ou, ainda, na criao de emprego qualificado e na diminuio dos

impactos ambientais.

Reduo da dependncia energtica

A dependncia vis--vis das importaes de energia, particularmente de petrleo que

provm de regies pouco estveis, comporta freqentes riscos geopolticos. A segurana do

abastecimento de energia deve merecer ento uma ateno redobrada. As fontes renovveis de

energia podem contribuir para reduzir a dependncia em relao s importaes e incrementar a

segurana no aprovisionamento de energia. O desenvolvimento das fontes renovveis de energia

pode aumentar a criao de emprego, principalmente nas pequenas e mdias empresas que

15

representam a maioria dessa categoria nos diferentes setores das energias renovveis. A

massificao das fontes de energia renovvel pode se tornar um dos motores do desenvolvimento

regional levando para uma forte coeso social e econmica.

Revitalizao do mundo rural

As energias renovveis adotam-se particularmente bem ao mundo rural. Podemos dizer que

a promoo de sua explorao deveria gerar perspectivas interessantes para o emprego rural e,

por conseqncia, a atividade econmica.

Incentivo ao desenvolvimento do uso das fontes alternativas de energia: Mecanismo

de Desenvolvimento Limpo, Certificao e mercado de energia verde.

Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, certificado verde, tarifa verde, mercado de energia

verde, etc, muitos so os conceitos que caracterizam hoje o desenvolvimento de energia

produzida a partir de fontes renovveis, particularmente, da biomassa. Esses conceitos

testemunham uma evoluo observada nos ltimos anos, ou seja, que o desenvolvimento das

fontes renovveis passe de mais em mais pelo mercado, e, assim, justifiquem a necessidade de

obter-se um preo competitivo da energia da biomassa em relao ao preo da energia produzida

a partir de fontes convencionais, isto , um preo que possa refletir todos os custos sociais de

produo e de uso. A priori, isto dever reduzir a desvantagem competitiva que as fontes

renovveis sofrem.

O protocolo de Kyoto (Dezembro de 1997) estabelece objetivos de redues de emisses

dos gases de efeito estufa para os pases desenvolvidos (anexo 1 do protocolo), nomeadamente

redues de 8 % na Unio Europia e na Sua, 7 % nos Estados Unidos, 6 % no Canad,

Hungria, Japo e Polnia. Rssia, Nova Zelndia e Ucrnia devero estabilizar ao mesmo nvel

de 1990, enquanto a Noruega pode aumentar cerca de 1 %, a Austrlia 8 % e a Islndia 10 %. A

estabilizao das emisses de cada pas dever ser obtida num prazo de 5 anos, iniciando em

2008 e terminando em 2012. Os pases tm uma certa flexibilidade na forma como podero

reduzir as emisses. Alm do desenvolvimento de polticas e medidas domsticas, o protocolo

prev trs tipos de mecanismos:

16

Comrcio Internacional de Emisses: Os Signatrios do Protocolo de Kyoto,

doravante denominados Partes, os quais reduzirem as emisses de gases de efeito

estufa abaixo dos valores estabelecidos, podero vender cotas s outras Partes, ou,

se suas emisses estiverem acima do permitido, podero comprar cotas de emisses

extras.

Implementao Conjunta: trata-se de uma forma especfica de comrcio de

emisses, mas ao nvel de projeto (isto , substituio de combustveis) com outras

Partes do Anexo 1, resultando numa reduo adicional de emisso no pas onde o

projeto est localizado. Aquela reduo pode ser usada para aumentar a permisso

de emitir da parte financiadora do projeto, enquanto a permisso de emitir da parte

onde o projeto est sendo desenvolvido reduzida correspondentemente.

Mecanismo de Desenvolvimento limpo: assenta-se numa base de projeto, mas as

Partes onde os projetos so localizados e as redues alcanadas no esto sujeitos a

obrigaes de redues. No entanto, as redues de emisses resultantes podem ser

certificadas por agentes independentes. Esse mecanismo permite aos pases

industrializados financiar projetos de reduo nos pases em desenvolvimento e

receber crditos por isso.

Mas, como foi referenciado no trabalho Acordos Internacionais Sobre Mudanas

Climticas (MUYLAERT, 2000), muitos estudiosos criticaram o mecanismo AIJ Atividades

Implementadas Conjuntamente entre pases Anexo I e no-Anexo I. Tais crticas viriam a

estender-se ao Mecanismo de Desenvolvimento limpo. O que se observa , a formao de um

mercado, chamado de mercado do direito de poluir, o qual favorece as grandes naes. Estas,

estariam escoltando-se nos pases em desenvolvimento para cumprir seus compromissos de

reduo de emisso de gases de efeito estufa. Esta uma crtica que, de certa maneira, apresenta

redundncia. Por definio, exatamente isto: mercado do direito de poluir. Em poucas palavras,

o Protocolo diferencia dois lados: pases que so obrigados a reduzir suas emisses de gases e

pases que no precisam reduzir suas emisses de gases (estes devem somente reduzir sua taxa

crescente de emisses). E, ao mesmo tempo, o protocolo (cujas regras no esto ainda definidas)

17

oferece mecanismos de negociaes entre naes, bastante propensos a contradies, segundo

tais mecanismos, os pases que so obrigados a reduzir suas emisses de gases de efeito estufa

poderiam contabilizar suas obrigaes de abatimento de gases em outros pases, no reduzindo

suas emisses em seus prprios territrios. Chama-se isso de direito de poluir porque se

presume que um pas poderia continuar mantendo seu modelo de desenvolvimento anterior, ou

seja, poluente.

Certificao e mercado de energia verde

Os sistemas de certificao verdes so mecanismos contveis, flexveis, transparentes e

eficazes que permitem negociar, separadamente, a vantagem ambiental e a quantidade fsica (os

kWh ou GJ) da energia verde. Tais sistemas, em si mesmos, no so medidas que estimulam o

mercado. Elas vm como complemento s quotas de energia verde impostas aos atores do

sistema energtico: produtores, fornecedores ou consumidores, e poder pblico. Trata-se

claramente de uma nova aproximao para sustentar o desenvolvimento das energias renovveis

que se cala em mecanismos de mercado. Esses sistemas conhecem hoje um certo

desenvolvimento na Europa e nos Estados Unidos e chama a ateno dos atores industriais, mas

tambm do poder pblico.

o O sistema holands dos certificados verdes. Este sistema tem por objetivo

permitir s dezenove empresas holandesas de distribuio de eletricidade atingir, a um

custo menor, o objetivo de fornecer eletricidade de origem renovvel aos consumidores

residenciais e do setor tercirio. Cada produtor recebe um certificado para uma produo

de 10 MWh de eletricidade verde, o que garante sua origem. Em seguida, o produtor

valoriza sua eletricidade vendendo-a rede (na base do preo de atacado) e vendendo os

certificados aos distribuidores que precisam deles. So os distribuidores que devem se

subscrever a uma quota mnima de eletricidade verde dentro do objetivo coletivo que

era de 1,7 TWh no ano de 2000. Esse sistema permite igualmente certificar a origem de

toda energia produzida a partir das fontes renovveis de energia, produzida para satisfazer

este objetivo coletivo ou para responder demanda dos consumidores que se subscrevem

aos programas de tarifao verde, isto , que aceitam pagar mais caro para a energia,

mas tendo a garantia que ela seja produzida, totalmente ou em parte, a partir das energias

18

renovveis. Regras, procedimentos e instituies foram instauradas para permitir o bom

funcionamento e verificao do mercado: atribuio e acompanhamento dos certificados,

controle das transaes e verificao das contas de cada ator do mercado. Sanes so

igualmente previstas em casos de fraudes ou de no respeito aos objetivos traados.

Com o sistema de certificados verdes, atualmente em vigor na Holanda, o produtor

holands de eletricidade verde valoriza seu kWh de duas maneiras distintas, no mnimo:

Pela venda da eletricidade companhia distribuidora local;

Pela venda dos certificados verdes correspondentes quantidade de

eletricidade produzida.

Nenhuma informao foi oficialmente publicada acerca do preo dos certificados

verdes. Essas informaes so consideradas confidenciais para cada um dos operadores do

mercado e na bolsa de valores.

No Brasil, a regulamentao desse mecanismo desperta enorme ateno e, segundo o

documento Efeito Estufa e Convenes sobre a Mudana do Clima produzido pelo Ministrio de

Cincia e Tecnologia e Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social (MCT/BNDES,

2000), h uma expectativa de que novos mercados e instrumentos financeiros venham a ser

criados para viabilizar as transaes de crdito de emisso de gases causadores do efeito estufa.

Para Silva et al. (2000), isso prova que o Protocolo visto pelo mundo como uma espcie de

salvao, tanto para o meio ambiental, como para os pases desenvolvidos e em desenvolvimento,

os quais podem montar uma rede de colaborao para diminuir, significativamente, as emisses

naturais. Para o Centro de Referncia em Biomassa (CENBIO), o Brasil, alm de possuir

tecnologia disponvel tanto para realizar plantios de florestas como para otimizar o uso do lcool

como combustvel, tambm possui a biomassa como fonte renovvel de calor e de energia

eltrica (CENBIO NOTCIAS, n7,1999). Vale salientar que, ao implementar a Lei 10.438 de

2002 que regulamenta o Programa de Incentivos s Fontes Alternativas de Energia (Proinfa) o

Brasil acompanha a mais moderna legislao j adotada pelos pases mais desenvolvidos do

mundo. Para a Associao Brasileira dos Pequenos e Mdios Produtores de Energia Eltrica

APMPE, a idia de inserir fontes alternativas e renovveis na matriz energtica brasileira prepara

19

o Brasil para o futuro, onde a gerao de energia se coloca de forma estratgica como caminho

para garantir um desenvolvimento contnuo, seguro e ecologicamente responsvel.

2.4 - Potencial da biomassa

De acordo com as estimativas do Banco Mundial, a biomassa , atualmente, a principal

fonte de energia para cerca de 2,25 bilhes de pessoas no mundo. O contedo calorfico da

biomassa produzida anualmente em toda a biosfera, graas aos processos de fotossntese,

estimado em 68,08 Gtep. Esse valor supera amplamente a demanda energtica da humanidade

que, segundo estimativa da Agncia Internacional da Energia, era de 9,9 Gtep em 2002. O

potencial energtico global do acrscimo de biomassa ainda seis a sete vezes maior que o

consumo mundial de energia.

A parte de energia primria provida pela biomassa em pases industrializados ainda

pequena e estimada em cerca de 3 % (HALL e HOUSE, 1995). Entretanto, o uso da biomassa,

como fonte de energia, varia consideravelmente dependendo de fatores como a disponibilidade de

recursos e as polticas governamentais (BAUEN, 1999).

Em pases em desenvolvimento, a realidade outra. Nesses pases, a biomassa representa

mais de um tero do consumo de energia primria, variando em torno de 90 % em pases

africanos menos desenvolvidos, para cerca de 45 % na ndia, 28 % na China e no Brasil e 10 a 15

% no Mxico e frica do Sul respectivamente (HALL et al., 1999).

Nos paises em desenvolvimento a biomassa utilizada de forma tradicional,

principalmente para coco e aquecimento. Essa forma tradicional de utilizao da biomassa

bastante ineficiente e , freqentemente, uma fonte de preocupao ambiental, em particular com

respeito sade devido exposio s emisses de gases durante a combusto da biomassa. A

eficincia de converso da biomassa baixa, tipicamente 10 a 15 % em aplicaes domsticas e

15 a 20 % em aplicaes industriais.

20

No provvel que o uso tradicional da biomassa diminua num futuro prximo.

Entretanto, os programas de pesquisas que apostam em melhorias nos usos tradicionais da

biomassa e no gerenciamento eficiente de recursos da biomassa tm aumentando.

O uso comercial e no comercial da biomassa representa, atualmente, cerca de 14 % do

consumo primrio de energia no mundo, ou seja, aproximadamente 55 EJ (HALL et al., 1999).

Aproveitando aproximadamente 1 % do total da radiao solar incidente sobre a terra, estima-se

que, anualmente, sejam produzidas, pelo processo de fotossntese, cerca de 220 x109 toneladas de

biomassa (base seca), o que equivale a uma energia de 2 x1015 MJ, ou seja, 10 vezes a energia

global consumida por ano no nosso planeta (SMIL, 1985). Existe ainda uma grande margem para

se melhorar e aumentar o uso da biomassa no mundo. As figuras 2.1 e 2.2 ilustram essa realidade

com ano de referncia de 2000.

Petrleo 42,7%

Gs 16,1%

Energias renovveis

13,8%

Eletricidade 15,8%

Outras 3,7%

Carvo mineral 7,9%

2000: 6905x106 tep

Figura 2.1 - Consumo Mundial de Energia por Fonte

Fonte: Ministrio de Minas e Energia Secretaria de Energia - Elaborao prpria.

21

Carvo mineral23,5%

Energias renovveis

11,0%

Hidraulica 2,3%Nuclear

6,8%Gs21,1%

Petrleo34,9%

Outras 0,5%

'

2000: 9963x106 tep

Figura 2.2 - Oferta Mundial de Energia por Fonte

Fonte: Ministrio de Minas e Energia Secretaria de Energia - Elaborao prpria.

difcil estimar o potencial da biomassa com preciso. Para a Unio Europia, BAUEN e

KALTSCHMITT (1999a) estimaram o potencial de resduos lenhosos provenientes da agricultura

e da silvicultura como tambm os resduos herbceos provenientes da agricultura e chegaram a

um valor de cerca de 4,2 EJ em comparao com o uso atual de cerca de 1,8 EJ. Nos EUA, o

potencial de biomassa estimado em cerca de 15 EJ dos quais os resduos lenhosos da

silvicultura e da agricultura e os resduos herbceos representam aproximadamente 2,38 EJ

(KLASS, 1995; OVEREND e COSTELLO, 1998). Na frica, sia e Amrica Latina & Caribe, o

potencial de biomassa tem sido estimada em 11 EJ, 20 EJ e 13 EJ, respectivamente. (BAUEN e

KALTSCHMITT, 1999 b).

Vrios cenrios, especialmente o global, foram publicados nos ltimos anos e em todos se

espera da biomassa um papel dos mais importantes para a proviso de energia no futuro. Calcula-

se que a contribuio da biomassa pode alcanar entre 60 e 145 EJ em 2025 e entre 130 e 320 EJ

em 2010, dependendo das suposies feitas na demanda de energia primria e das presses

ambientais, isto , dos limites de emisses de CO2 (HALL et al.,1999).

Nas discusses atuais sobre polticas energtica e ambiental atribuda uma grande

importncia s energias renovveis. Espera-se delas uma contribuio significativa para a soluo

22

de muitos dos problemas atuais e futuros, como reduzir o uso das energias convencionais como

petrleo, carvo mineral e gs natural, evitar um aumento de gases, com efeito, estufa na

atmosfera e oferecer novas alternativas de rendimento na agricultura.

Relativamente avaliao de produtos e processos, exige-se, muitas vezes, um balano

ambiental ou ecolgico. A promoo de energias renovveis sobretudo justificada pelas

mltiplas vantagens ambientais. O valor ambiental dos biocombustveis determinado em

comparao com o dos combustveis comerciais (carvo mineral, petrleo, gs natural). sempre

mencionado que os biocombustveis no aumentam o teor de CO2 na atmosfera e com isso

contribuem para a proteo do clima. Na combusto de biocombustveis (biomassa) a quantidade

de emisso de CO2 equivale quantidade que foi retirada do ar durante o crescimento da

biomassa.

Os cultivos energticos so aqueles cultivos agrcolas ou florestais, realizados com fins de

aproveitamento puramente energticos. Como tais devem cumprir duas condies fundamentais:

Do ponto de vista energtico se estabelece a necessidade de oferecer um balano

energtico positivo. Deve-se produzir elevados rendimentos em biomassa

coletvel, e com um mnimo de inputs energticos. Conseqentemente, os cultivos

energticos devem ser direcionados para grandes produes por unidade de

superfcie em curtos perodos de tempo, com o fim de compensar o menos valor

agregado dos usos energticos frente aos alimentares e por unidade de produto.

Do ponto de vista econmico se estabelece a necessidade de obter um balano

positivo. Para que a produo seja economicamente rentvel, devem ser

alcanados elevados rendimentos em biomassa com baixo custo na produo, na

colheita, no armazenamento e no processamento para sua transformao.

23

2.5 - Tecnologias de converso para uso moderno da biomassa

As molculas orgnicas da biomassa contm energia acumulada em suas ligaes,

suscetvel de ser liberada nos processos de converso. A matria orgnica integrante da biomassa

pode proporcionar sua energia de forma direta, por combusto, ou ainda atravs de compostos

originados por transformao da biomassa primria (lcoois e hidrocarbonetos), que tambm

devolvem a energia contida em suas ligaes ao serem oxidados em motores de exploso ou em

queimadores projetados para tal fim.

A concepo moderna da utilizao da biomassa para fins energticos significa a

aplicao dos conhecimentos cientficos e tcnicos que se possui na atualidade visando

aperfeioar o processo de captao e de acumulao da energia solar atravs da fotossntese, e o

desenvolvimento de procedimentos, em nvel industrial, que sejam capazes de transformar

economicamente a biomassa em um combustvel facilmente utilizvel.

A transformao da energia solar em energia til, em termos de aproveitamento da

biomassa, sucede nos passos da produo de matria-prima, na colheita, no processamento e no

armazenamento. O espectro de aproveitamento energtico de biomassa muito vasto. Os

processos de converso da biomassa seguem, de modo geral, dois caminhos principais de acordo

com o estado fsico da matria vegetal a ser utilizada:

Termoqumica, mais adaptada aos materiais secos tal como a madeira, o bagao e o

Capim Elefante;

Bioqumica, mais conveniente aos produtos midos.

Os processos termoqumicos incluem principalmente:

Combusto;

Gaseificao;

Pirlise (Convencional, Rpida e "Flash") e;

Liquefao.

24

No contexto desse trabalho, por ser a tecnologia utilizada na queima dos produtos

cermicos em forno de olaria, focaliza-se a combusto.

2.5.1 - Combusto da biomassa

2.5.1.1 - Definio e Fundamentos

A combusto um processo de degradao trmica consistindo numa seqncia de

processos trmico e termoqumico na qual o carbono presente na biomassa totalmente

convertido em vapores quentes e, tendo como resduo slido, as cinzas.

O processo de combusto da biomassa pode ser esquematizado em seis fases ou etapas:

secagem, emisso de volteis, ignio dos volteis, queima dos volteis em chama, extino da

chama dos volteis e combusto do resduo de carbono. A tabela 2.1 ilustra as diferentes reaes

estequiomtricas que ocorram durante a combusto. So as reaes de combusto dos

componentes elementares do combustvel com o oxignio. O calor liberado nas mesmas

representado por Qi.

Tabela 2.1 Reaes estequiomtricas de combusto

Fonte: CORTEZ e LORA, 1997

A queima de biomassa para produo de calor pode ser feita em modernas caldeiras em

pequena escala ou em fornos tradicionais. J para produo de eletricidade ou produo

combinada de calor e eletricidade, a queima feita em caldeiras maiores e em larga escala. A

maioria dos processos de gerao de eletricidade est baseada no ciclo Rankine no qual a

biomassa queimada em uma caldeira para produzir vapor pressurizado que, em seguida,

expandido numa turbina a vapor para fazer funcionar um gerador eltrico.

Reaes Qi. C + O2 CO2 + Q1 S + O2 SO2 + Q2 2H2 + O2 2H2O + Q3 C + O2 CO + Q4

CO2 : (Q1)298,15 k = -353,146 0,046 KJ/mol H2O : (Q3)298,15 k = -241,595 0,046 KJ/mol CO : (Q4)298,15 k = -110,436 0,167 KJ/mol

25

Os processos de combusto da biomassa podem ser classificados de acordo com o tipo de

fornalha utilizado. A tecnologia utilizada influencia em muito o pr-tratamento do combustvel

(biomassa) e as atividades de limpeza dos gases resultantes do processo de combusto.

De acordo com LORA e HAPP (1997), as fornalhas podem ser classificadas de duas

maneiras, a primeira depende da maneira com que realizada a combusto e a segunda atende s

caractersticas construtivas da mesma.

Em funo do modo de combusto:

Fornalhas de queima em deposio (em camada sobre uma grelha), o caso da combusto

do capim elefante em forno de cermica estrutural;

Fornalha de queima em suspenso (o combustvel queimado em todo o volume da

cmara de combusto).

Alguns sistemas combinam os dois modos de combusto, ou seja, uma frao do

combustvel queimada na grelha e a frao restante queimada em suspenso no volume da

cmara de combusto.

Em funo das caractersticas construtivas:

Fornalhas celulares;

Fornalhas de grelha estacionria (caso das grelhas em fornos de cermica

estrutural) que podem ser de grelha horizontal ou grelha inclinada;

Fornalhas de grelha mvel que podem ser mecnica ou rotativa;

Fornalha ciclnica;

Fornalha de leito fluidizado;

Fornalha de queima em suspenso.

Na seleo do tipo de fornalha a ser utilizada para uma determinada aplicao industrial,

visando o uso da biomassa como combustvel, deve-se levar em conta os seguintes fatores:

o Tipo e grau de preparao prvia da biomassa;

o Quantidade e parmetros (presso e temperatura) do vapor a ser produzido;

26

o Disponibilidade de capital.

Na combusto em camada deve-se observar que a espessura da camada altera o

mecanismo de queima. Quando se tem combusto em camada grossa, existe uma zona de reduo

onde o carbono reage com o CO2, produto da combusto formando CO. Deste modo acima da

camada, a chama produzida pela queima dos volteis e do CO gerado na zona de reduo. O

oxignio do ar consumido totalmente na zona de oxidao, o que provoca o aparecimento da

zona de reduo.

A combusto em camada fina caracterizada pela ausncia da zona de reduo o que

acarreta chama ser produto apenas da queima dos volteis.

Portanto, para se garantir a queima total do combustvel, preciso introduzir uma frao

do ar de combusto acima da cmara de combusto, o que chamada de ar secundrio. O ar

primrio aquele introduzido abaixo da grelha.

O pr-aquecimento do ar um fator importante para a intensificao da combusto

estando a temperatura mxima do ar limitada pela resistncia mecnica da grelha. Para

combustvel com alto teor de volteis (como o caso da biomassa) a temperatura do ar

recomendada da ordem de 200 a 250 C. No caso de no se utilizar o pr-aquecimento do ar,

uma parte do calor gerado na combusto ser consumida para elevar a temperatura do mesmo,

diminuindo a eficincia da caldeira ou forno de combusto.

Ocasionalmente, observa-se que plantas para combusto de biomassa so projetadas em

termos de volumes da caldeira e rea superficial da grelha e avaliadas para uma determinada

capacidade, mas sabe-se que alm da energia liberada pela combusto, a taxa de combusto

tambm importante para o dimensionamento de um sistema de combusto. As taxas de

combusto com as quais a biomassa queima-se dependem de vrios parmetros fsicos

(KANURY,1994). Dois fatores predominantes so as taxas de transferncia de calor e as taxas

cinticas das reaes.

27

2.5.1.2 - Influncia das propriedades do combustvel

O tamanho das partculas, isto , a granulomtrica da biomassa influencia a transferncia

de calor. O alto teor de umidade da biomassa um fator limitante no processo de combusto e

influencia o balano trmico e o rendimento da combusto. Nos processos de combusto, a

umidade evaporada consome parte da energia liberada, a qual tecnicamente difcil de recuperar,

alm do que dificulta a ignio do combustvel e diminui a temperatura de combusto. Assim, na

maioria dos sistemas de combusto, requerido que o combustvel tenha menos de 50 60% de

umidade (base mida), uma vez que, do ponto de vista da reduo do consumo da biomassa,

quanto menor for a umidade, melhor a reduo.

O baixo teor de cinza melhora o balano trmico, reduz a ocluso e a perda de carbono no

resduo e, ainda, reduz os problemas operacionais devido sinterizao. A sinterizao funo

da temperatura de combusto e, no caso da biomassa, est relacionada presena de dixido de

silcio (SiO2) que possui o mais baixo ponto de fuso entre os componentes da cinza. A tabela 2.2

mostra uma comparao da anlise das cinzas do capim elefante utilizado neste estudo, bem

como, os resultados de anlise de capim elefante e de madeira tirado da literatura e todas as

biomassas calcinadas a 900C.

Tabela 2.2 - Resultados de anlises de cinzas do capim elefante produzido no projeto PIB e de

outras biomassas selecionadas da literatura.

% em peso de cinza (JENKINS, 1998) Componentes Capim

elefante em estudo

Capim elefante Bagao de cana-de-acar

Madeira

SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O P2O5

44,4 2,09 0,26 16,2 7,3

10,1 0,99

- 10,2 4,6

65,18 4,51 0,24 2,03 5,60 3,00 0,44 0,58

11,60 4,50

46,61 17,69 2,63

14,14 4,47 3,33 2,08 0,79 0,15 2,72

2,35 1,41 0,05 0,73 41,20 2,47 1,83 0,94 15,00 7,40

28

2.5.1.3 - Poluio do ar por produtos de combusto

A poluio atmosfrica consiste em gases, lquidos ou slidos, presentes na atmosfera em

nveis elevados o suficiente para causar danos ao ser humano, animais, plantas e materiais.

Quando se discute a origem da poluio atmosfrica, uma distino deve ser feita com relao

aos processos envolvidos na formao dos poluentes. Os poluentes atmosfricos resultam ou de

processo natural ou de processo antropognico que possam liberar ou emitir matria ou energia

para a atmosfera, tornando-o contaminado ou poludo. So exemplos de fontes antropognicas de

poluio atmosfrica, os diversos processos e operaes industriais e a queima de combustvel,

entre outros.

Em condies ideais, a combusto de material hidrocarboneto deve resultar somente em

dixido de carbono (CO2). Qualquer outra substncia alm do CO2 produto da combusto

incompleta.

Criticamente relacionadas s propriedades da biomassa so as emisses de poluentes

geradas pela combusto. As emisses primrias, isto , aquelas emisses lanadas diretamente na

atmosfera, como resultado do processo de combusto da biomassa so os materiais particulados,

o monxido de carbono, os hidrocarbonetos, os xidos de nitrognio (NOx, principalmente NO e

NO2) e xidos de enxofre (SOx, principalmente SO2). Tambm podem ser emitidos gases cidos,

como HCl e outros metais pesados. O CO e os hidrocarbonetos, incluindo os compostos

orgnicos volteis (COVS) e hidrocarbonetos aromticos so produtos da combusto incompleta.

Formao de xido de nitrognio

Segundo BUSANI et al. (1995), os xidos de nitrognio (NO, NO2) so considerados

como os poluentes atmosfricos mais comuns. Em todos os processos de combusto, quanto mais

elevada for a temperatura, maior ser a liberao destes poluentes. O nitrognio do ar ou o

contido no combustvel pode reagir com o oxignio, porm em quantidades muito reduzidas com

relao s substncias em questo. A conseqncia disso a presena dos xidos de nitrognio

(NOx) nos produtos da combusto. A presena do xido de nitrognio em produtos de combusto

foi descoberta em meados do sculo XIX, porm s no final da dcada de 50 que comearam as

29

primeiras investigaes sobre o processo de gerao de NOx em fornos (LORA, 2000). Nas

fornalhas, forma-se principalmente o xido de nitrognio (NO). Este, por sua vez, pode se formar

a partir do nitrognio do ar.

Formao dos xidos de enxofre (SOx)

De acordo com BUSANI et al. (1995), o xido sulfrico (SO2) e xido sulfuroso (SO3) se

apresentam como fontes de emisso mais significativas nos processos de combusto que utilizam

combustveis fsseis. As emisses de SOx podem tambm ser devidas a contedos de enxofre nas

matrias-primas. A formao e, portanto sua presena nas emisses gasosas, conseqncia da

oxidao de tais compostos durante a queima. Portanto, so as emisses quentes dos fornos de

queima, aquelas potencialmente relacionadas aos poluentes em questo. Tambm os xidos de

enxofre tm seu fator de emisso relacionado no exclusivamente ao contedo de enxofre das

matrias-primas, mas tambm aos parmetros operacionais de queima.

Formao do monxido de carbono (CO)

Gs emitido na maioria dos processos de combusto, no caso pela combusto incompleta.

O monxido de carbono foi um dos primeiros produtos de combusto a ser reconhecido como

poluente. O CO formado como uma espcie intermediria da oxidao do carbono dos

combustveis.

Dixido de carbono (CO2)

Segundo ROSA et al. (2001), o CO2, dixido de carbono ou gs carbnico o gs mais

liberado dentre as emisses de origem antrpica, alm de ser o gs mais importante no sentido de

regulao do efeito estufa. Os volumes de CO2 despejados na atmosfera pelas atividades humanas

da dcada de 90 foram de 6 a 12 vezes superiores aos volumes emitidos de CH4 e N2O

(CQNUMC, 2001), respectivamente, apesar de ser o gs com o menor poder de aquecimento

global entre os trs. Segundo o Manual de Inventrios de Gases de Efeito Estufa do IPCC (IPCC,

1996), considera-se que, no presente, o gs carbnico de origem antrpica principalmente

emitido:

30

Pela combusto de combustveis fsseis (carvo, petrleo e gs natural) e seus

processos industriais,

Pela queima de combustveis renovveis (lcool, bagao de cana, leos vegetais,

etc.),

Por processos industriais (produo de cimento e cal, uso de pedra calcria,

produo e uso do carbonato de sdio, amnia, carbonetos, ao, ferro, alumnio e

magnsio),

Mudana no uso do solo e da silvicultura (o CO2 o gs mais importante nesta

atividade).

Na indstria cermica, esse gs est presente em todas as emisses quentes das fases de

secagem e queima. No caso das massas (misturas) contendo carbonatos (e tambm substncias

orgnicas) so consideradas, tambm como contribuio, as emisses de CO2 fornecidas pela

decomposio e combusto, respectivamente, dessas substncias.

Compostos de amnia

Freqentemente, a matria-prima para o suporte de produtos cermicos, em particular a

argila, contm traos de substncias nitrogenadas. Durante a queima, uma parte liberada,

explicando a presena destes compostos (NH4+) nas emisses gasosas. Tais compostos, a

exemplo do cloreto de amnia (NH4Cl), podem condensar-se e solidificar-se ao longo das

paredes das tubulaes, dando origem a incrustaes.

Compostos de cloro

Nas emisses gasosas dos fornos de queima relevante a presena de compostos de cloro

(em particular, cloretos). A origem desses compostos devida, principalmente, decomposio,

durante a queima, dos compostos de cloro contidos na matria-prima do suporte (argila).

31

Flor

De todas as emisses gasosas, uma das mais preocupantes, atualmente, a de compostos

inorgnicos fluorados, resultantes da decomposio trmica das matrias-primas, com maior

incidncia nos subsetores da cermica estrutural e de pavimento e revestimento.

O flor presente nas massas cermicas , em sua maior parte, proveniente dos ons

fluoreto (F) presentes na estrutura dos minerais argilosos, que substituem os ons hidroxila (OH),

pelo fato de terem tamanhos similares e a mesma valncia. Dessa forma, os minerais argilosos

possuem concentraes de flor especialmente elevadas.

So verificadas variaes nos teores de flor nas argilas, em funo do posicionamento

estratigrfico das jazidas, da composio mineral e textura. Quando os materiais cermicos so

queimados, ocorre a destruio estrutural de alguns minerais ocorrendo a liberao do flor sob a

forma de ons fluoreto. Este reage com o vapor de gua da atmosfera do forno, formando cido

fluordrico (HF), que posteriormente arrastado pelo fluxo gasoso at a chamin. No entanto, o

flor tambm pode ser liberado sob forma de cido fluorsilcico ou tetrafluoreto de silcio, na sua

forma gasosa, enquanto na fase particulada pode surgir fluoreto de clcio (CaF).

Para BUSANI et al. (1995), a quantidade de flor liberada para a atmosfera no , no

entanto, determinada exclusivamente pelo contedo de flor na matria-prima, mas tambm por

outros parmetros. Um dos principais a temperatura da queima, sendo que quanto mais alta a

temperatura, maior a quantidade de flor liberada, que tende a diminuir tambm quando se passa

de queima lenta queima rpida. O contedo de carbonato alcalino terroso na massa tambm

influencia, de modo que quanto maior sua concentrao, menor a liberao de flor.

Sabe-se que as emisses de fluoretos so responsveis por doenas respiratrias, corroso

de materiais, perda do brilho de vidros, toxidade para plantas com implicaes na cadeia

alimentar humana e chuvas cidas.

32

A emisso de fluoretos produzidos durante a queima de materiais cermicos tradicionais

tem basicamente duas solues possveis: o controle do processo e a instalao de filtros.

De acordo com ALMEIDA et al. (2001), as tecnologias mais utilizadas no tratamento das

emisses gasosas com fluoretos consistem, fundamentalmente, em medidas de fim de linha,

englobadas em trs tipos de processos de depurao: por via seca (o mais utilizado na Europa),

por via semi-seca e por via mida. Esses processos baseiam-se na reao do poluente do efluente

gasoso a ser tratado, que entra em contato com o meio (slido ou lquido), capaz de reagir,

quimicamente, com o poluente. Os reagentes mais utilizados na depurao so: o carbonato de

clcio, o bicarbonato de sdio, o carbonato de sdio, o hidrxido de sdio e o xido de clcio.

Atualmente os altos nveis de degradao ambiental fazem com que a preocupao por

este tema seja cada vez maior. Neste sentido, todo esforo realizado pelo setor cermico visando

a minimizao dos impactos ambientais de relevante importncia, seja atravs de medidas de

economia energtica ou de emprego de equipamentos e processos mais eficientes.

Como etapa fundamental para este processo de construo de um modelo de produo que

permita a preservao do meio ambiente torna-se necessrio um melhor conhecimento do mesmo.

E isso que este trabalho se prope.

33

Captulo 3

Anlise de Ciclo de Vida (ACV)

Neste captulo, apresenta-se o estado da arte da metodologia de anlise de ciclo de vida. A

evoluo histrica de seu desenvolvimento, seus objetivos, aplicaes e dificuldades associadas a

sua aplicao (limitaes).

3.1. Contexto geral

O futuro energtico do planeta tornou-se um dos mais importantes desafios da

humanidade. Em meio a discusses de problemas ambientais, gerados pela utilizao em larga

escala de combustveis fsseis, a Comisso Brundtland em 1987, formalizou o conceito de

desenvolvimento sustentvel3.1 e o definiu nos seguintes termos:

3.1 A questo da sustentabilidade discutida desde a dcada de 60, mas nos anos 70, com a publicao do livro de Dennis e Donella Meadow, Limits to Growth, que consegue despertar a opinio pblica para esse problema. Nessa obra so descritas as conseqncias para o planeta, o aumento demogrfico e da atividade industrial, caso as tendncias de crescimento mantenham-se inalterveis. Segundo os autores, a terra atingira o seu limite de crescimento em menos de 100 anos, o que se traduzir numa diminuio significativa da atividade industrial (devido escassez dos recursos naturais) e num declnio da populao em algumas dcadas mais tarde. Em 1980, publicado mais um documento importante em matria de ambiente. Trata-se do WCS World Conservation Strategy, publicado pela Unio Internacional para a Conservao da Natureza (IUCN). Nesse documento mencionado, pela primeira vez, o conceito de desenvolvimento sustentvel, o qual definido como a gesto da utilizao humana da biosfera, de forma a proporcionar o maior benefcio sustentvel s geraes presentes, mantendo a sua capacidade de satisfao das necessidades e aspiraes das geraes futuras, pois ns no herdamos a terra dos nossos pais, mas pedimo-la emprestada aos nossos filhos (FERRO, 1998). Essas publicaes originaram um interessante confronto de idias, nomeadamente nas sociedades mais industrializadas, e nos finais dos anos 70, incios dos anos 80, as Naes Unidas decidiram nomear trs comisses independentes, com o objetivo de estudarem os aspectos relacionados com os desequilbrios entre os pases mais pobres e os mais ricos, assim como as questes referentes aos problemas ambientais globais. Destas trs comisses, a Comisso Mundial para o Ambiente e Desenvolvimento (WCED World Comission on Environment and Development) que, de forma mais ou menos significativa, marcou um ponto de virada na mentalidade com que as

34

O desenvolvimento sustentvel o desenvolvimento que permite dar resposta s necessidades

do presente, sem comprometer a possibilidade de as geraes futuras darem resposta s delas

(WCED, 1987).

Assim sendo, o desenvolvimento sustentvel constitui o futuro de qualquer atividade

humana devendo ser economicamente vivel, socialmente benfico e ambientalmente adequado.

A sustentabilidade exige uma viso global de uma atividade, viso essa que deve ser to tcnica e

objetiva quanto possvel, sendo estruturada sob forma de metodologias abrangentes e

sistemticas. Implicitamente, o conceito implica uma obrigao de interessar-se ao

desenvolvimento de novas fontes de energia e de minimizar os impactos sobre o meio ambiente.

Na vertente ambiental do desenvolvimento sustentvel, a avaliao do ciclo de vida um

dos instrumentos abrangentes, fazendo parte integrante do sistema de gesto ambiental

consagrado pela srie de normas ISO 14000.

A Norma ISO 14040 define a Avaliao do Ciclo de Vida (ACV) como a compilao dos

fluxos de entradas e sadas e avaliao dos impactos ambientais associados a um produto ao

longo do seu Ciclo de Vida, ou seja, o conjunto de estados consecutivos e interligados de um

produto, desde a extrao de matrias-primas ou transformao de recursos naturais, at

deposio final do produto na natureza.

A avaliao do ciclo de vida tambm denominada de ecobalano ou anlise do bero

ao tmulo uma ferramenta concebida com o objetivo de avaliar as incidncias ambientais

associados a um produto, processo ou atividade, atravs da identificao e quantificao dos

recursos utilizados e, das emisses e resduos produzidos durante a atividade, da avaliao dos

impactos ambientais e da avaliao de oportunidades de melhorias na perspectiva ambiental.

A anlise abrange o ciclo de vida completo do produto, processo ou atividade, sendo de

destacar as seguintes: extrao dos recursos da natureza, processamento das matrias-primas;

polticas de desenvolvimento devem ser encaradas. A WCED publica, em 1987, um relatrio intitulado Our Common Future (tambm conhecido como Relatrio de Brundtland, devido ao fato da comisso ter sido dirigida pela Primeira Ministra da Noruega, a Sra. Gro Harlem Brundtland) onde escrito a famosa definio do termo desenvolvimento sustentvel.

35

produo, transporte e distribuio; utilizao, reutilizao e manuteno; reciclagem e descarte

final. A reutilizao pode ter como finalidade prolongar a vida til do produto visando mesma

finalidade para o qual elaborado, ou no. J a reciclagem, consiste no reaproveitamento do

material, no do produto. Caso o material venha a constituir o mesmo produto, denomina-se

reciclagem fechada. Do contrrio, reciclagem aberta (HEIJUNGS et al., 1992).

O termo produto aqui considerado no seu sentido mais amplo, ou seja, incluindo bens

fsicos como bens de servios, bens e servios a nvel operacionais e estratgicos (GUINE J., et

al., 2001). A figura 3.1 um fluxograma simplificado que ilustra o inventrio do ciclo de vida de

um produto genrico e onde evidenciado em cada etapa do ciclo de vida de um produto ou

processo h consumo de insumo ou energia e gerao de um certo impacto ou resduo. Sendo que

o fluxograma deve ser detalhado para cada opo de produto ou atividade, resultando numa

considerao completa e sistemtica de todos os impactos ambientais associados a cada

alternativa e etapa da seqncia entre o bero e o tmulo.

Figura 3.1 Fluxograma do ciclo de vida de um produto

Figura 3.1 Etapas de um sistema de produo

Fonte: CURRAM. M.A. (1996), Adaptao do autor.

Impacto

Reutilizao

Impacto Impacto Impacto

Energia Energia Energia Energia Energia

Extrao

recursos

Proces-

samento

Matria-

prima

Produo Transporte Distribuio

Utilizao Descarte final Reciclagem Reutilizao

Reciclagem

36

3.2 Evoluo histrica da ACV

Historicamente, a origem do uso da metodologia de ACV se reporta ao incio da dcada

de setenta (MIETTINEN & HAMALAINEN, 1997), perodo em que questes ambientais como

eficincia energtica, consumo de matrias-primas escassas e destino final de resduos slidos

tornaram-se preocupao geral.

Inicialmente, os estudos foram simples e eram, principalmente, direcionados a clculos de

entrada de energia e liberao de resduos slidos nos sistemas e com pouca ateno dada

avaliao de potencial impacto ambiental.

No final da dcada de oitenta vrios estudos usando ACV foram realizados,

principalmente por empresas privadas na Sucia, na Sua e nos Estados Unidos (HUPPES, 1996;

UDO de HAES, 1993). Porm, muitos desses estudos usavam mtodos diferentes e foram

executados sem a adoo de uma ferramenta terica comum. Por conseguinte os resultados entre

estudos, que por sinal tinham o mesmo objetivo, freqentemente diferenciavam

consideravelmente, e impediam que a ACV se tornasse uma tcnica analtica mais aceitvel

(UDO de HAES, 1993; UNEP, 1996).

No incio da dcada de noventa, verificou-se o envolvimento progressivo de numerosas

organizaes no governamentais no debate sobre importncia e metodologia de anlise de ciclo

de vida. Iniciou-se ento uma aproximao entre metodologia de anlise de ciclo de vida e seu

possvel uso para avaliar os impactos decorrentes do uso de recursos e da emisso de alguns

gases. Foi assim que efeitos como o aquecimento global e a acidificao comearam a ser

investigados por meio de anlise de ciclo de vida. Na mesma poca, foram feitas tentativas no

sentido de desenvolver e unificar a metodologia de anlise de ciclo de vida sob a coordenao da

Sociedade de Toxicologia Ambiental e Qumica - SETAC, tendo os seus progressos e resultados

sido apresentados em numerosas conferncias internacionais.

O debate internacional acerca da anlise de ciclo de vida atingiu presentemente grande

intensidade devido participao de numerosas representaes das diferentes esferas

37

governamentais, institucionais (SETAC, ISO e UNEP), acadmicas, no-governamentais,