A primeira coisa que você deve saber é que a biomassa nada mais é do que matéria orgânica de origem vegetal ou animal, resíduos orgânicos e resíduos estão incluídos aqui, que é passível de ser usado para produzir energia.
A razão se deve ao fato de que as plantas transformam a energia radiante do Sol em energia química por meio do fotossíntese e parte dessa energia é armazenada na forma de matéria orgânica, da qual podemos aproveitar.
Atualmente, a seguinte definição de biomassa é aceita:
“A biomassa é considerada um conjunto de produtos energéticos e matérias-primas renováveis que se originam da matéria orgânica formada por meios biológicos”.
É por essa razão que o conceito de combustíveis fósseis e da matéria orgânica deles derivada, como plásticos e a maioria dos produtos sintéticos, está fora de lugar na definição de biomassa.
Embora esses combustíveis e materiais orgânicos derivados tenham uma origem biológica, sua formação ocorreu no passado.
A biomassa é, portanto, uma energia renovável de origem solar por meio da fotossíntese das plantas.
Além disso, de acordo com Diretiva 2003/30 / EC biomassa é:
"Fração biodegradável de produtos residuais e resíduos da agricultura, silvicultura e indústrias relacionadas, bem como a fração biodegradável de resíduos industriais e municipais."
Pelo que percebemos é que, em geral, qualquer definição de biomassa abrange 2 termos principalmente; renovável e orgânico.
Biomassa como fonte de energia
Desde os tempos antigos, o homem utiliza a biomassa como fonte de energia para realizar suas tarefas diárias.
Desde que o uso de combustíveis fósseis começou a se estabelecer, biomassa foi esquecida em um plano inferior, onde a sua contribuição para a produção de energia primária foi insignificante.
Hoje, graças a vários fatores, a biomassa ressurgiu como fonte de energia.
Os fatores que têm sido responsáveis por reviver a biomassa como fonte de energia são:
- O aumento do preço do petróleo.
- Aumento da produção agrícola.
- Necessidade de buscar usos alternativos à produção agrícola.
- Mudança climática.
- Possibilidade de utilização de conhecimentos científicos e técnicos para otimizar o processo de produção de energia.
- Quadro econômico favorável para o desenvolvimento de usinas que utilizam biomassa como combustível, graças aos subsídios à produção recebidos por usinas geradoras com essa fonte.
- Dificuldade regulatória para desenvolver outros tipos de projetos, deixando a biomassa como a alternativa mais razoável para tornar rentável um investimento econômico.
Tipos de biomassa
A biomassa destinada à produção de energia é obtida dos restos da silvicultura, das indústrias de primeira e segunda transformação da madeira, da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, dos resíduos da exploração pecuária, das produtos agrícolas e florestais, culturas energéticas, aqueles destinados exclusivamente à sua exploração para obtenção de biomassa.
Em geral, biomassa é obtida de qualquer produto orgânico suscetível ao uso de energia, embora estes sejam os principais.
Biomassa natural
Biomassa natural é aquela produzida em ecossistemas naturais. A exploração intensiva desse recurso não é compatível com a proteção do meio ambiente, mesmo que seja uma das principais fontes de energia em países subdesenvolvidos.
Esta biomassa natural é criada sem qualquer intervenção humana para modificá-la ou aprimorá-la.
É fundamentalmente sobre resíduos florestais:
- Derivados da limpeza de florestas e restos de plantações
- Lenha e galhos
- coníferas
- Frondoso
Biomassa residual
A biomassa residual é o que gerado em atividades humanas que usam matéria orgânica. Sua eliminação em muitos casos é um problema. Este tipo de biomassa tem vantagens associadas em seu uso:
- Reduz a poluição e os riscos de incêndio.
- Reduza o espaço do aterro.
- Os custos de produção podem ser baixos.
- Os custos de transporte podem ser baixos.
- Evite emissões de CO2.
- Crie empregos.
- Contribui para o desenvolvimento rural.
A biomassa residual, por sua vez, é dividida em uma série de categorias mencionadas abaixo.
Excedente agrícola
Os excedentes agrícolas que não são utilizados para consumo humano são considerados adequados para utilização como biomassa para fins energéticos.
Este uso de produtos agrícolas usados na cadeia alimentar humana causou um mau nome injustificado do uso de biomassa para fins energéticos, visto que esse uso tem sido acusado de um aumento no custo de certos produtos agrícolas que são a base da alimentação em muitos países do terceiro mundo e em desenvolvimento.
Esses excedentes agrícolas podem ser usados como combustível em usinas de geração de eletricidade e transformados em biocombustíveis.
Culturas energéticas
As culturas energéticas mencionadas acima são culturas específicas exclusivamente dedicadas à produção de energia.
Ao contrário das culturas agrícolas tradicionais, as suas principais características são as alta produtividade de biomassa e alta rusticidade, expresso em características como resistência à seca, doenças, vigor, crescimento inicial, capacidade de rebrota e adaptação a terras marginais.
As culturas energéticas podem incluir culturas tradicionais (cereais, cana-de-açúcar, sementes oleaginosas) e não convencionais (cynara, pataca, sorgo doce) que estão sendo objeto de vários estudos para determinar suas necessidades de cultivo.
Processos de transformação de biomassa
Como visto acima, a grande variedade de materiais que existem dentro do conceito de biomassa permite, por sua vez, estabelecer uma variedade de processos de transformação possíveis desta biomassa em energia.
Por este motivo, a biomassa pode ser transformada em diferentes formas de energia através da aplicação de vários processos de conversão, esses tipos de energia são:
Calor e vapor
É possível gerar calor e vapor pela queima de biomassa ou biogás.
O calor pode ser o principal produto para aplicações de aquecimento e cozimento, ou pode ser um subproduto da geração de eletricidade em usinas que cogeram eletricidade e vapor.
Combustível gasoso
O biogás produzido em processos de digestão anaeróbia ou gaseificação pode ser utilizado em motores de combustão interna para geração de eletricidade, aquecimento e condicionamento nos setores doméstico, comercial e institucional e em veículos modificados.
Biocombustíveis
A produção de biocombustíveis como etanol e biodiesel (você pode dar uma olhada no artigo Como fazer biodiesel caseiro) tem potencial para substituir quantidades significativas de combustíveis fósseis em muitas aplicações de transporte.
O uso extensivo do etanol no Brasil mostra, há mais de 20 anos, que os biocombustíveis são tecnicamente viáveis em grande escala.
Nos Estados Unidos e na Europa, sua produção está aumentando e sendo comercializados em mistura com derivados de petróleo.
Por exemplo, a mistura chamada E20, que consiste em 20% de etanol e 80% de petróleo, é aplicável na maioria dos motores de ignição.
Atualmente, esse tipo de combustível recebe algum tipo de concessão ou auxílio estatal, mas, no futuro, com o aumento das safras energéticas e economias de escala, a redução de custos pode tornar sua produção competitiva.
Eletricidade
A eletricidade gerada a partir da biomassa pode ser comercializada como “energia verde”, uma vez que não contribui para o efeito estufa porque é livre de emissões de dióxido de carbono (CO2).
Esse tipo de energia pode oferecer novas opções ao mercado, uma vez que sua estrutura de custos permitirá aos usuários suportar maiores níveis de investimento em tecnologias eficientes, o que incrementará a indústria de bioenergia.
Co-geração (calor e eletricidade)
A co-geração se refere ao produção simultânea de vapor e eletricidade, que pode ser aplicado a muitos processos industriais que requerem ambas as formas de energia.
Na América Central, por exemplo, esse processo é muito comum na indústria açucareira, onde é possível aproveitar os resíduos do processo, principalmente o bagaço.
Devido à alta confiabilidade do bagaço disponível, tradicionalmente, a co-geração é realizada de forma bastante eficiente. No entanto, nos últimos anos tem havido uma tendência de melhorar o processo de gerar mais eletricidade e vender o excedente à rede elétrica.
Os processos que podem ser seguidos para realizar essa transformação podem ser divididos em física, físico-química, termoquímica e biológica.
Combustão em usinas de biomassa
Simplificando, a combustão é uma reação química bastante rápida, pela qual combina oxigênio do ar (qual é o oxidante) com os diferentes elementos oxidantes do combustível originando assim uma liberação de calor.
Por este motivo, para que este processo químico ocorra, estas 4 circunstâncias devem ocorrer:
- Deve haver uma quantidade suficiente de combustível, ou seja, biomassa.
- Deve produzir uma quantidade suficiente de ar de combustão, que contém o oxigênio necessário para oxidar ou reagir com o combustível.
- A temperatura deve ser alta o suficiente para que a reação ocorra e seja sustentada. Se a temperatura não ultrapassar um determinado valor, denominado temperatura de ignição, o oxidante e o combustível não reagem.
- Deve haver um iniciador de combustão, geralmente uma chama pré-existente. Isso significa que outros elementos normalmente participam da ignição do sistema de combustão, até mesmo outros combustíveis.
Pré-tratamento de biomassa
A biomassa, antes de seguir para a sua combustão na caldeira, deve ser submetida a um processo prévio de preparação, que facilitar o processo de reação entre o combustível e o oxidante.
Este processo facilita a combustão, pois ajusta fundamentalmente a granulometria e o grau de umidade.
O conjunto de processos ou tratamentos anteriores tem três objetivos fundamentais:
- homogeneizar a entrada de biomassa na caldeira, de forma que a caldeira receba um fluxo constante de energia de valor semelhante.
- Diminuir sua granulometria para aumentar sua área de superfície específica.
Na verdade, quanto menor o tamanho do grão, maior será a área de superfície para o combustível e o oxidante reagirem, acelerando assim a reação e reduzindo a quantidade de biomassa que não reage (não queimada) - Diminuir umidade que contém, evitando que parte do calor liberado durante a combustão seja utilizado como calor de vaporização da água, reduzindo a temperatura dos fumos.
Tudo isso também deve ser feito com o menor consumo de energia possível, pois toda a energia consumida nesses processos, a menos que seja energia residual ou que possa ser utilizada gratuitamente, significará uma diminuição da energia líquida gerada pela planta.
A caldeira de biomassa
A caldeira é definitivamente o equipamento principal de uma termelétrica de combustão de biomassa.
Nele é realizado o processo de transformação da energia química contida na biomassa em energia térmica, que posteriormente será transformada em energia mecânica.
A caldeira, além de ser o equipamento principal, é também a principal preocupação dos técnicos que cuidam da operação de uma planta.
É sem dúvida o equipamento que mais pode causar problemas, causa mais paradas e exige a manutenção mais rigorosa.
As razões pelas quais a caldeira é um equipamento problemático são as seguintes:
- É uma tecnologia emergente, não suficientemente desenvolvida. Diante da grande experiência acumulada em outros processos de combustão que liberam grande quantidade de energia térmica da oxidação de um combustível sólido, como as usinas a carvão, a combustão da biomassa enfrenta uma série de novos problemas que ainda não foram resolvidos. foram resolvidos de forma completamente satisfatória.
- O alto teor de potássio e cloro na biomassa causa incrustações e corrosão em várias partes da caldeira.
- A combustão não é totalmente estável, apresentando variações significativas de pressão e temperatura.
- Há grande dificuldade em automatizar totalmente o controle da caldeira, devido à variabilidade das condições em que a biomassa pode se apresentar na entrada.
- A rentabilidade das fábricas, mesmo com os prêmios para a produção de energia elétrica oferecidos pela legislação espanhola, é muito apertada, obrigando a economia em todos os componentes, inclusive na caldeira. Portanto, os melhores materiais ou as melhores técnicas não são utilizados, devido ao aumento do custo que acarretam.
Só uma A seleção adequada do tipo de caldeira pode levar ao sucesso na realização de um projeto de geração de eletricidade a biomassaAo mesmo tempo, uma escolha inadequada tornará extremamente difícil a rentabilidade de um investimento neste tipo de central, que representa entre 1 e 3 milhões de euros por MW de potência eléctrica instalada.
Usinas termelétricas a biomassa
Uma usina termelétrica de biomassa é um usina de geração de energia que aproveita a energia química contida em uma determinada quantidade de biomassa e que é liberada como energia térmica por meio de um processo de combustão.
Em primeiro lugar, uma planta de recuperação de energia de biomassa deve ter um sistema de pré-tratamento de biomassa, cujas principais finalidades são reduzir a umidade que ela contém, adequar o tamanho e uniformidade da biomassa, de forma a padronizar as condições. entrada na caldeira e atingir a maior eficiência do sistema de combustão.
Uma vez que a energia térmica é liberada em um forno apropriado, os gases liberados na combustão, compostos de CO2 e H2O principalmente em conjunto com outras substâncias sólidas e gasosas, trocam seu calor em uma caldeira pela qual circula água, e que normalmente é convertida em vapor a uma certa pressão e temperatura.
Os gases de combustão da biomassa passam pela caldeira, liberando sua energia para água / vapor em diferentes estágios: paredes de água, superaquecedor, feixe vaporizador, economizador e pré-aquecedores de ar.
O vapor sob pressão formado na caldeira é então transportado para uma turbina, onde se expande, produzindo uma nova transformação de energia pela qual a energia potencial contida no vapor sob pressão é convertida primeiro em energia cinética e depois em energia mecânica rotacional.
Marco legislativo para termelétricas a biomassa na Espanha
A geração de eletricidade na Espanha corresponde a investidores privados, embora seja uma atividade fortemente regulada pelo estado.
Diferentes leis e decretos regulamentam esta atividade, sendo essencial que qualquer técnico que trabalhe em usinas de biomassa conheça esse marco legal.
As diferentes atividades relacionadas com a energia elétrica estão sujeitas a uma determinada intervenção estatal, dada a importância dessas atividades.
Tradicionalmente, tem-se utilizado o caráter de Serviço Público, cabendo ao Estado a responsabilidade pela geração, transporte, distribuição e comercialização de energia elétrica.
Hoje não é mais um Serviço Público, uma vez que essas atividades estão totalmente liberalizadas.
A intervenção pública é mantida atualmente por se tratar de atividades sujeitas a forte regulamentação. Será interessante estudar em primeiro lugar como são as diferentes normas que podem afetar as atividades relacionadas com a geração, transporte e comercialização de energia elétrica.
Biomassa para uso doméstico
Embora me tenha centrado mais na obtenção de energia para a eletricidade, também se mencionou a utilização da biomassa para gerar calor para a utilização do aquecimento e, melhor ainda, a nível doméstico com caldeiras e fogões dedicados exclusivamente a isso.
Se quiser mais informações, leia o artigo do meu colega Germán Tudo o que você precisa saber sobre fogões a pellets
Desta forma, não haverá quem te impeça na questão da biomassa e quem sabe se atreva a instalar um destes fogões em sua casa.