CARVÃO VEGETAL COMPACTADO :
       
A PARTIR DE RESÍDUOS



INTRODUÇÃO

 O carvão vegetal pode ser considerado como vetor energético de uso amplo, tanto que após o primeiro choque de preço do petróleo (1973) foi estimulada, pelo Governo Federal, a substituição do óleo combustível por carvão em vários setores da produção industrial, cabendo ao carvão vegetal uma participação expressiva nesse esforço. Entretanto, é na indústria metalúrgica que ele encontra seu melhor nicho de mercado por favorecer a produção de ferro-gusa praticamente isento de enxofre, fósforo e outros elementos indesejáveis.
Nosso  trabalho considerou prioritariamente o uso do carvão vegetal na siderurgia. A utilização de carvão vegetal em siderurgia, de um modo geral, tem como conseqüência uma série de vantagens para o País, destacando-se:

- constitui-se uma fonte energética renovável,

- é uma alternativa fundamental para o País em comparação com outros países que utilizam  redutor fóssil no processamento siderúrgico .

- economia de recursos com a importação de redutor fóssil e uso de tecnologia totalmente nacional,

- ocupação de extensas áreas de terra disponíveis,

- criação de grande número de empregos, direta e indiretamente e outros.

O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal consumindo anualmente 114 milhões
de metros cúbicos de madeira para obtenção de 51,8 milhões de metros cúbicos de carvão vegetal , cerca de 12,95 milhões de toneladas  , sendo que aproximadamente 75 % deste carvão ( cerca 9,71 milhões de toneladas ) vai para siderurgia e é utilizado na obtenção de ferro gusa e aço liga.

No Brasil, 33,2% do total de ferro-gusa é produzido pelo uso do carvão vegetal como agente redutor, o que lhe confere maior qualidade, por conter quantidades reduzidas de enxofre, comparativamente ao ferro produzido com carvão mineral.

 

A ATUAL CONJUNTURA

 

Com a crise financeira mundial o uso do carvão vegetal , mais caro, mas altamente benéfico ao meio ambiente, deverá ser substituído pelo carvão mineral, mais barato, porém que provoca graves danos ao meio ambiente , por não ser fonte renovável de energia e porque contribui muito para as mudanças climáticas.

"Há informações de que a cidade mineira de Sete Lagoas reduziu em 90% a produção de ferro-gusa, por causa da crise que atingiu fortemente a indústria siderúrgica". O carvão é componente básico na fabricação de gusa e a dúvida é se, diante de dificuldades financeiras, essas siderúrgicas vão escolher o carvão mineral como insumo. Hoje, calcula-se que a produção se faz meio a meio, com queima do carvão vegetal e mineral.

Um dado relevante é que a compra do carvão responde por 50% ou mais, do custo envolvido na produção do ferro-gusa. Assim sendo, a margem de lucro das siderúrgicas diminui muito quando usam carvão de eucalipto, em substituição ao de matas nativas que é, pelo menos, 30% mais barato, sendo assim , a substituição do carvão vegetal pelo coque ( carvão mineral ) como redutor na produção de ferro gusa nos parece iminente.

 

OS RESÍDUOS SÃO DESPREZADOS

 

Os principais elementos presentes no carvão vegetal e que interferem diretamente na produção do ferro – gusa são o % de carbono fixo que deve estar entre 65% a 80%  , % de cinzas que deve estar entre 1 % a  3%  e a presença ou não de enxofre , pois o processo de produção de ferro-gusa vai se tornando deficitário a medida que acontece a diminuição do teor de carbono fixo e aumento do teor de cinzas no carvão vegetal ou com a presença de enxofre.

O percentual de cinzas elevado aumenta a presença de escória ácida no processo , aumentando também o consumo de carvão vegetal e provocando desgaste prematuro do refratário do alto-forno devido a presença de álcalis e do elemento fósforo.

Já a concentração de Carbono Fixo no carvão vegetal  é importantíssima e está diretamente ligada ao custo de produção do ferro-gusa , sendo que para produção de 1000 ton de ferro gusa utilizando-se carvão vegetal com 83% de carbono fixo o consumo de carvão vegetal é de 530 ton e para produção das mesmas 1000 ton de ferro-gusa utilizando-se  carvão vegetal com 73% de carbono fixo o consumo de carvão aumenta para 600 ton., um aumento percentual de 13,2% no consumo de carvão vegetal.

Vale observar que quase a totalidade da produção nacional de carvão vegetal é obtida em fornos de alvenaria, nos quais o controle do processo de carbonização é difícil.   Com isto, o produto final apresenta propriedades físicas variáveis.

Entre as propriedades do carvão vegetal que estão diretamente relacionadas ao seu

comportamento e performance nos aparelhos de redução, destacam-se: composição química, densidade, reatividade, friabilidade, resistência mecânica, higroscopicidade e outras.

No que se refere especialmente à friabilidade, sabe-se que, sendo o carvão vegetal

altamente friável, devido a fatores como processo de fabricação, estocagem, peneiramento e transporte , a geração de finos ( resíduos ) desde a fabricação até sua utilização é da ordem de 25%, distribuídos aproximadamente da seguinte forma:

- nas carvoarias.............................. 3,7%

- carregamento e transporte........... 5,8%

- armazenamento........................... 6,3%

- peneiramento............................... 9,4%

 

Fato importante é que este percentual  ( 25% de toda produção )  é descartado na forma de resíduo fino de carvão vegetal.

  

 

EUROCHARCOAL

 

O Objetivo de nosso projeto é recuperar o resíduo fino de carvão vegetal para utilização em alto forno como combustível redutor..

A recuperação deste resíduo maximiza a utilização do carvão vegetal produzido além de minimizar a utilização de CARVÃO MINERAL = COQUE ( redutor fóssil ) e portanto nocivo ao meio ambiente.

Portanto , o reaproveitamento dos finos de carvão vegetal descartado no processo siderúrgico , constitui-se em importante fonte de economia , desde que o processo e aglomerantes utilizados não alterem os % de cinzas , carbono fixo e resistência mecânica , além de ser desejável a manutenção da emissão de gases poluentes dentro de parâmetros toleráveis e conhecidos para o carvão vegetal original .

É conhecido basicamente o processo no qual os finos de carvão vegetal na presença de um agente aglomerante é compactado , obtendo-se assim um bloco denominado briquete .

Esta alternativa é utilizada até então na produção de briquetes de resíduos de carvão vegetal para utilização em churrascarias , combustível para caldeiras ou como fonte de calor para outros segmentos industriais , mas como combustível redutor é considerado inadequado devido ao fato de que os aglomerantes até então utilizados e conhecidos alteram os percentuais de cinzas , carbono fixo e impurezas em relação ao carvão vegetal original , além da emissão de dióxido de enxofre dependendo do tipo de aglomerante utilizado.

Após uma série de pesquisas sobre aglomerantes que poderiam solucionar este problema , obtivemos sucesso com a utilização de um extrato vegetal de base celulósica lignificada , que em conjunto com processo de compactação desenvolvido por nossa Empresa permitiu a fabricação de briquetes a partir de resíduos de carvão vegetal com propriedades compatíveis com as necessidades para uso como combustível redutor ,

Para confirmação das importantes propriedades físico – químicas alcançadas, foram realizados ensaios comparativos entre o carvão vegetal original e os briquetes de resíduos deste mesmo carvão vegetal original e obtidos a partir do processo , aglomerante e equipamentos desenvolvidos em nossas pesquisas.

Na Tabela - 1 são apresentados valores Físico-químicos entre os 2 materiais e na Tabela – 2 valores da análise cromatográfica das CINZAS obtidas a partir da queima do carvão x briquetes .

 

 

Tabela – 1                      ( Análise Físico - Química Laboratorial )

ENSAIOS

Carvão Vegetal Original

Briquete de Resíduos

% umidade

4,28

8,60

% material volátil

24,56

21,67

% cinzas

3,20

2,70

% carbono fixo

67,96

67,03

Resistência ao impacto

Alta

Alta

 

 

 

Tabela – 2                        ( Análise Cromatográfica das cinzas )

ENSAIOS

Carvão Vegetal Original

Briquete de Resíduos

%SiO2

43,35

34,14

%Al2O3

1,44

17,67

%CaO

23,17

10,76

%MgO

2,74

4,74

%FeO

1,50

19,76

%MnO

0,23

0,43

 

 

OS BENEFICIOS

 

Para determinação dos benefícios com a recuperação dos resíduos de carvão vegetal , tomamos como exemplo uma Empresa Siderúrgica que atua na produção de ferro gusa e que consome 137 mil ton/ano ou 375 ton/dia de carvão vegetal ( livre de resíduos ) como combustível-redutor no seu processo de  fabricação .

Ressaltamos aqui que a produção efetiva diária para suprir a necessidade desta Empresa é de 500 ton , e aproximadamente 25% deste carvão vegetal ( aproximadamente 125 ton/dia ) é composto por finos de carvão vegetal , ou seja , carvão com granulometria inferior a 3/8” ( 9,52 mm ), sendo este material descartado  por ser inadequado para utilização em alto forno ( resíduo ) .

Este volume de resíduos se reutilizados seriam suficientes para produzir 172 ton/dia  de ferro gusa .

Além do aspecto econômico , vale destacar que a rota de produção até a utilização do coque ( CARVÃO MINERAL ) como combustível redutor libera 1,65t de COe fixa 1,536 t de O2 por tonelada de aço produzido, ao passo que a rota de produção/redução do carvão vegetal seqüestra 16,336 t de CO2 e regenera 1,536 t de O2 por tonelada de aço produzido, no ciclo completo desde a plantação do eucalipto até a produção do aço. Em adição, a rota do coque libera ainda 7 kg de óxido de enxofre (SO2) por tonelada de aço produzido , emissão esta praticamente ausente na rota do carvão vegetal.

Como tratamos da reutilização de resíduos de carvão vegetal , que seriam descartados definitivamente , devemos desconsiderar as emissões / seqüestros ocorridos na fase da produção do carvão vegetal e considerar somente as emissões da fase de sua efetiva utilização como combustível redutor , e assim teríamos os seguintes valores , 0,169 ton de C02 por ton de gusa produzido , além de emissão praticamente nula de óxido de enxofre.

Se considerarmos apenas o aproveitamento dos resíduos em comparação com a utilização de coque já teríamos uma diminuição nas emissões de 1,48 ton. de CO2 + 7 kg de óxido de enxofre por tonelada de gusa produzido.

Na Empresa em questão a redução diária seria de 254 ton de CO2 + 1204 kg de óxido de enxofre.

Porém , estes valores são ampliados devido ao fato de que seria necessário o plantio de 120.000 árvores destinadas ao fornecimento do extrato para produção do aglomerante a ser utilizado na compactação do briquete de carvão vegetal (extrato vegetal de base celulósica lignificada )  e capaz de suprir anualmente a produção de briquetes compactados para esta Empresa.

Estas 120 mil árvores ocupariam 300 hec , e não seriam necessários custos adicionais de replantio , pois para produção do extrato não é necessário sacrificar as arvores , sendo que cada uma tem a capacidade de produzir 100 kg extrato/ano por um período estimado de 100 anos.

De acordo com números da ONG SOS Mata Atlântica , são necessárias 3,6 árvores para fixar uma tonelada de carbono em um prazo de até 15 anos , que compreende o período do plantio / crescimento ( 18,5 kg / arvore / ano ) e após este período 20 kg / arvore / ano.

A espécie utilizada para fabricação do extrato permite o seqüestro de 7,4 ton/hec / ano  de CO2 , portanto , com o plantio de 300 hec. necessários ao projeto é possível o seqüestro de 2.220 ton/ano de CO2 .

Totalizando-se os números , teremos a seguinte condição :

INSUMO

Seqüestro CO2  (Aglomerante) ton.

Liberação CO2 ( na Redução ) ton.

Emissão SO2     kg.

Liberação O2

COQUE

Não utiliza

1,65

7

Não

Briquetes CV

0,035

0,169

0,005

Sim

OBS – valores por ton. de gusa produzido utilizando estes insumos

 

A QUESTÃO ECONÔMICA

 

Com a desaceleração econômica mundial o preço internacional do coque está 57% abaixo dos preços que estavam sendo praticados até agosto 2008 , algumas empresas produtoras de coque betuminoso estão praticando preços entre US$ 128 e US$ 129 por tonelada FOB , valor bem abaixo dos contratos anteriores , de US$ 300 por tonelada, segundo as fontes.

Com o cambio atualizado ( jul / 09) os valores agora praticados estão em R$ 250,00 a tonelada FOB.

O preço do carvão vegetal que em agosto de 2008 chegou a alcançar R$ 180,00 / m3  e atualmente está em R$ 120,00 / m3 , considerando-se o peso especifico de 250 kg/m3 , a tonelada fica em torno de R$ 480,00 .
 Nosso Projeto abre a possibilidade para economia imediata de 20% nos custos com carvão vegetal ( combustível – redutor ) na siderurgia , e ampliando-se a idéia principal ( que já estamos estudando ) abre-se também a possibilidade de carbonização de biomassas diversas ( serragem , casca de arroz , casca de algodão , palhadas em geral , bagasso de cana , etc...) e que não são carbonizadas até o presente momento por gerarem carvão em pó ( finos ) mas que podem ser compactados , alcançando as propriedades físico - químicas desejáveis ao processo de redução de gusa.

Esta possibilidade permitiria a substituição total dos combustíveis fósseis na siderurgia , conferindo superior qualidade aos produtos siderúrgicos brasileiros , além de impacto ambiental altamente positivo.

 

 

CONCLUSÃO

 

Diante destes números pudemos avaliar que a compactação dos resíduos na presença do extrato vegetal de base celulósica lignificada e posterior utilização deste material como combustível redutor proporcionaria decréscimo  de 92 % na liberação de CO2 no processo de redução na produção de ferro gusa.

A possibilidade de o carvão vegetal continuar a representar sumidouro importante para o CO2 depende obviamente de sua competitividade em face dos combustíveis fósseis, visto que o critério econômico ainda é o prioritário na maioria das análises. Assim, as vantagens ecológicas e sociais da produção e do uso do carvão vegetal, como único absorvedor de CO2 entre todos os combustíveis - redutores usados na indústria siderúrgica e como empregador de mão de obra de menor qualificação, deveriam ser exploradas pelas empresas e governos interessados.

Nosso projeto abre esta possibilidade
 


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