Trabalho publicado no I Congresso Internacional de Bioenergia, 18 a 21 de Outubro de 2004, Centro de Convenções MS, Campo Grande, MS
Geração de Energia Elétrica para Comunidades Isoladas da Região Amazônica a
partir de Sistemas de Gaseificação de Biomassa
Electricity Generation from Biomass Gasification System for Isolated Community in
Amazon Region
Dr.ª Suani Teixeira Coelho1
M. Sc. Sílvia M. S. González Velázquez2
Dr. Osvaldo Stella Martins3
M. Sc. Ademar H. Ushima4
Eng. Sandra M. Apolinario dos Santos5
Resumo
O projeto “Comparação entre Tecnologias de Gaseificação de Biomassa Existentes no
Brasil e no Exterior e Formação de Recursos Humano na Região Norte -
GASEIFAMAZ”, convênio FINEP/CT-ENERG, tem como objetivo central o estudo da
geração de energia elétrica através da tecnologia indiana de gaseificação de biomassa e
implementação desta tecnologia em comunidades isoladas na região norte do país, de
maneira sustentável, oferecendo uma alternativa aos combustíveis fósseis. O projeto visa
avaliar as condições de operação deste sistema e formar recursos humanos na Região
Norte do país, capacitando pessoal local na operação e manutenção.
Palavras Chaves: eletricidade, gaseificação de biomassa, comunidades isoladas.
1 [email protected] CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa – Av. Prof. Luciano Gualberto, 1289 São Paulo – SP Cep: 05508-010 2 [email protected] CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa 3 [email protected] CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa 4 [email protected] IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas – Av. Prof. Almeida Prado, 532 São Paulo – SP Cep: 05508-901 5 [email protected] CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa
Abstract
The project “Comparison Between Existing Technologies of Biomass Gasification in
Brazil and Abroad and Formation of Human Resources in the Amazon Region -
GASEIFAMAZ”, accord FINEP/CT-ENERG, has as main aim to test the Indian biomass
gasification technology, in order to provide electric energy in a sustainable way to
isolated communities, offering an alternative to replace fossil fuel. The project aims as
well, to capacitate people for maintenance and operation of this technology, thus utilizing
the knowledge gained to improve the national equipment according to tests that were
under taken at IPT. The project intends to evaluate the operation conditions of the
gasification system to transfer the technology to Brazil, also allowing the formation of
human resources in the Brazilian North region. Parting from this, once developed an
adequate operation and maintenance system, we will be able to use it in another isolated
community.
Key words: electricity, biomass gasification, isolated community.
Introdução
As regiões Norte e Nordeste do país concentram a maior parte das comunidades
brasileiras sem acesso à rede de distribuição de energia elétrica. É de conhecimento dos
pesquisadores da área energética que essa questão é antiga e que as soluções adotadas têm
se mostrado, com muita freqüência, insatisfatórias (Cenbio, 2001).
O modelo de fornecimento de energia elétrica adotado para as demais regiões do
país não atende as características peculiares dessas regiões. A produção centralizada de
energia elétrica e a posterior distribuição, através de redes de transmissão é praticamente
inviável em um cenário onde os consumidores estão espalhados por uma região muito
extensa.
A grande maioria das comunidades que dispõem de sistemas de geração de energia
elétrica localizada baseia-se em motor a óleo diesel. Acorre que, nestas comunidades, o
custo de transporte deste combustível, dada as grandes distâncias a serem percorridas,
chega a atingir duas vezes o seu próprio custo. Desta forma, o emprego de unidades de
geração de energia elétrica de pequeno porte utilizando combustíveis regionais, por
exemplo, biomassa, pode vir a ser uma alternativa economicamente viável para estas
localidades.
Já existem instituições trabalhando com gaseificação de biomassa no país havendo,
entretanto, alguns gargalos que impedem sua comercialização, principalmente na área de
limpeza dos gases para alimentação no motor e na obtenção de sistemas de operação e
manutenção simplificadas. Considerando que a Índia tem sistemas deste tipo, já em
operação, há mais de dez anos, em comunidades semelhantes às do Brasil, este projeto irá
permitir o aproveitamento da experiência daquele país para o aperfeiçoamento de uma
tecnologia que possa efetivamente ser utilizada para geração de energia nas comunidades
isoladas (Coelho, Martins, Santos, 2002).
O projeto GASEIFAMAZ “Comparação entre Tecnologias de Gaseificação de
Biomassa Existentes no Brasil e no Exterior e Formação de Recursos Humano na Região
Norte”, convênio FINEP/CT-ENERG 23.01.0695.00, com o intuito de suprir, de modo
sustentável, a demanda de energia elétrica em comunidades isoladas, importou um
sistema de gaseificação de 20 kW, do Indian Institute of Science (IISc) e instalou-o para
testes no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). O projeto previu, também, a
capacitação de pessoal na operação e manutenção desta tecnologia fabricada pelo IISc,
utilizando os conhecimentos adquiridos para o aperfeiçoamento dos equipamentos
nacionais em função dos testes realizados no IPT.
O projeto é uma parceria entre o Centro Nacional de Referência em Biomassa
(CENBIO), Biomass Users Network do Brasil (BUN), Instituto de Pesquisas
Tecnológicas (IPT) e a Universidade do Amazonas (UFAM).
No IPT, foram realizados testes para avaliar as condições de operação desses
sistemas de gaseificação e de limpeza de gases e geração de energia elétrica.
O sistema de gaseificação, testado no IPT, é composto por gaseificador de 20kW,
extrator de cinzas, sistema de tratamento e resfriamento de água, gerador (motor de
combustão interna e alternador), secador de biomassa e painel de controle.
O projeto avaliou as condições de operação deste sistema e simplificou sua
operação, adaptando-o às condições brasileiras e tornando-o de fácil operação e
manutenção, apto a ser instalado em comunidades isoladas para geração de energia
elétrica.
O CENBIO transferiu o sistema de gaseificação para uma comunidade no estado
do Amazonas, para a geração de energia elétrica, já que a fase de testes no IPT foi
concluída. O sistema será alimentado com os resíduos da atividade agrícola da região,
com destaque para as cascas de cupuaçu.
Funcionamento do sistema de gaseificação
O gaseificador importado do IISc é do tipo cocorrente estratificado, ou seja, o
escoamento do combustível sólido segue na mesma direção e sentido do gás
(MUKUNDA et all, 1994). Ambas as correntes, de biomassa e ar, entram pelo topo do
gaseificador, que é aberto à atmosfera (“open top”) e seguem para a base, como indicado
na Figura 1. O gaseificador opera em depressão, com pressão ligeiramente inferior à
atmosférica, o suficiente para garantir o escoamento de gases através da carga de
biomassa.
Figura 1 – Esquema do gaseificador importado do IISc
O gaseificador pode ser dividido em três partes principais: gaseificador, sistema de
lavagem primário e sistema de lavagem secundário.
Resultados dos Testes
No primeiro teste, o gaseificador foi carregado até o topo com carvão vegetal
utilizado para churrasco, quebrado em pedaços com dimensões da ordem de 5 cm. Em
ensaios subseqüentes, não mais se alimentou carvão vegetal, apenas cavacos de eucalipto.
Após o acionamento das bombas e regulagem das vazões de água, procedeu-se ao
acendimento do gaseificador. Esta operação mostrou-se muito simples, bastando colocar
uma chama em frente aos orifícios de entrada de ar secundário, um de cada vez.
Biomassa
Cinzas
Ar (60 %)
Ar (40 %) Gás sujo
Preaquecimento da biomassa Lavagem
primária do gás
Lavagem secundária do gás
Gás para motor
Gás para flare
Fonte: USHIMA, 2003
Figura 2 – Cavaco de Eucalypitus utilizado nos testes
A depressão no interior do leito, provocada pelos ejetores dos sistemas de lavagem,
succionou a chama para o interior do leito, dando ignição ao material parado nesta região.
A zona de combustão se espalhou rapidamente ao longo da seção e o teor de oxigênio nos
gases também sofreu uma queda rápida. Observa-se que, após cerca de 6 minutos, o teor
de oxigênio nos gases gerados se aproximou rapidamente de zero.
Quadro 1 – Principais Resultados dos Testes
O Poder Calorífico Superior (PCS) foi calculado a partir da composição dos gases
combustíveis (Co, H2 e CH4).
Poder Calorífico Superior (MJ/Nm3) 5,7
Potência Térmica (kW) 67,1
Potência Elétrica (kWe) 20
Vazão de Alimentação de Biomassa (kg/h) ~18
Vazão de Descarga de Cinzas (kg/h) 1,3
Concepção e Montagem de uma Unidade de Tratamento da Água de Lavagem
Para verificar o grau de ativação do carvão proveniente do gaseificador, mediu-se a
sua área específica, que resultou em 174 m2/g. Trata-se de um carvão semi-ativado, uma
vez que, para ser considerado ativado, tem de apresentar área específica maior que 800
m2/g.
Apesar do carvão retirado do gaseificador não poder ser considerado um carvão
ativado, ele mostrou uma grande capacidade de adsorção de aromáticos, o que motivou a
construção de um sistema simples de filtragem, composto de areia grossa, carvão retirado
do gaseificador e uma caixa d’água de seção circular, materiais estes de fácil aquisição
em localidades remotas. A efetividade deste filtro na absorção de aromáticos está em fase
de avaliação.
Comunidade Isolada
O sistema de gaseificação foi instalado, para geração de energia elétrica, no
assentamento Aquidabam, no município de Manacapu, no estado do Amazonas. Nesta
comunidade vivem 700 pessoas, cerca de 180 famílias.
Figura 3 – Assentamento Aquidabam
O assentamento Aquidabam foi escolhido, pois possui as condições básicas
necessárias à implementação de um sistema de gaseificação: disponibilidade de biomassa,
experiência em motores diesel e, principalmente, grande envolvimento dos moradores no
projeto.
A comunidade possui uma área plantada de 100 hectares de cupuaçu. Atualmente,
o cupuaçu é vendido in natura (baixo valor agregado), pois não existe energia para
fornecer o acondicionamento térmico necessário à polpa.
Figura 3 – Cupuaçu
Fonte: www.amazonlink.com.br
Conclusão
O sistema de gaseificação foi testado também com: cavaco de Eucalipto peletizado,
cascas de cupuaçu e babaçu.
A simplificação do sistema de gaseificação, assim como do processo de operação e
manutenção possibilitarão a implantação destes sistemas de gaseificação em comunidades
isoladas na região Norte, a fim de gerar energia elétrica.
A instalação do sistema de gaseificação no assentamento Aquidabam possibilitará
a implantação de uma agroindústria para a extração e venda da polpa do cupuaçu (produto
com maior valor agregado), assim sendo, haverá um aumento da renda da comunidade e
conseqüentemente, melhoria na qualidade de vida dos moradores. O sistema de
gaseificação será alimentado com as cascas do cupuaçu.
Com a experiência adquirida no projeto GASEIFAMAZ, o CENBIO irá
desenvolver o projeto GASEIBRAS “Nacionalização da Tecnologia de Gaseificação de
Biomassa e Formação de Recursos Humanos na Região Norte”, aprovado pelo Conselho
Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Este projeto irá
nacionalizar a tecnologia de gaseificação de biomassa para geração de energia elétrica e
discutir as perspectivas para fabricação destes sistemas no país.
Este projeto é de particular relevância, pois além de contribuir com as instituições
de pesquisa que já trabalham na área de geração de energia elétrica, ele poderá ser
replicados em outras comunidades isoladas do país.
Referência Bibliográficas
• CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto GASEIFAMAZ.
Dezembro, 2001.
• CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto GASEIBRAS.
Dezembro, 2003.
• Coelho, S. T.; Martins, O. S.; Santos, S. M. A.; “Estado da Arte da Gaseificação”.
CENBIO, 2002.
• Mukunda, H. S.; Dasappa, S.; Paul, P. J.; Rajan, N. K. S.; Shrinivasa, U. “Gasifier
and Combustor for Biomass – Technology and Field Studies. Energy for
Sustainable Development”; Volume 1; Nº 3. September, 1994.
• Ushima, A. “Testes no sistema de gaseificação para geração de energia elétrica em
comunidade isoladas”. Setembro, 2003.
• Ushima, A. “Testes no sistema de gaseificação para geração de energia elétrica em
comunidade isoladas”. Dezembro, 2003.