Biomassa é toda a matéria orgânica produzida a partir de animais , fungos e plantas vivos ou mortos . Todas as plantas (que também alimentam animais e fungos) são sustentadas pela fotossíntese , de modo que a fonte de quase toda a energia da biomassa é o sol , com a biomassa atuando como uma espécie de armazenamento de energia química . A biomassa passa constantemente por uma série complexa de transformações físicas e químicas e é regenerada ao mesmo tempo em que libera energia na forma de calor para a atmosfera. A biomassa também actua como um dos principais elos do ciclo do carbono : por exemplo, as árvores são enormes depósitos de carbono e quando são queimadas ou morrem e apodrecem, libertam dióxido de carbono ou metano na atmosfera.
A exploração da energia a partir da biomassa tem desempenhado um papel fundamental na evolução da humanidade. Até há relativamente pouco tempo, era a única forma de energia explorada de forma útil pelos seres humanos e continua a ser a principal fonte de energia para mais de metade da população mundial para as necessidades energéticas domésticas. A biomassa para aquecimento é de longe a fonte de energia renovável mais antiga .
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Tipos de biomassa
Podem ser distinguidos três tipos principais de biomassa:
- Biomassa sólida – a utilização de árvores, resíduos de culturas, resíduos animais e humanos (embora não seja estritamente uma fonte de biomassa sólida, é frequentemente incluída nesta categoria por uma questão de conveniência), resíduos domésticos ou industriais para combustão directa para fornecer calor. Também inclui alimentos para nutrir humanos e animais. Por fim, o bagaço (resíduo da cana que sobra após a extração do açúcar) é outro exemplo de biomassa sólida, utilizado na fabricação de licores. Muitas vezes a biomassa sólida passa por processamento físico, como corte, lascamento, briquetagem, etc., mas mantém sua forma sólida.
- Biomassa líquida – é obtida submetendo materiais orgânicos a um dos vários processos químicos ou físicos para produzir um combustível líquido utilizável e combustível. Exemplos de biomassa líquida são os óleos vegetais e o etanol .
- Biomassa gasosa – o biogás é obtido pela digestão anaeróbica (em ambiente livre de ar) de matéria orgânica. O metano, que é outro gás combustível conhecido, pode ser extraído deste gás. Os resíduos animais e os resíduos municipais são duas matérias-primas comuns para a digestão anaeróbica .
Nestes tipos principais, a biomassa sólida, líquida ou gasosa utilizada como combustível pode ser subdividida em tipos de primeira geração e de segunda geração . (ver também: "Utilizar a biomassa de forma eficiente")
- A primeira geração refere-se à biomassa usada como combustível composta por partes comestíveis de plantas em culturas de consumo humano. Devido a isto, a produção de combustível a partir destas culturas cria efectivamente problemas no que diz respeito à produção global de alimentos.
- A segunda geração refere-se à biomassa utilizada como combustível que é composta por partes de plantas não comestíveis em culturas de consumo humano (por exemplo, caules ou ramos lenhosos) ou de (por exemplo) frutos de culturas que não podem ser utilizadas para consumo humano. Ao contrário dos biocombustíveis de primeira geração, eles não criam problemas no que diz respeito à produção global de alimentos.
Produzindo e coletando biomassa
A biomassa está disponível em quantidades variadas em todo o mundo em desenvolvimento: desde áreas densamente florestadas nas regiões temperadas e tropicais do mundo, até regiões áridas com vegetação escassa, onde a recolha de lenha para as necessidades domésticas é uma tarefa demorada e árdua.
Nas últimas décadas, com a ameaça da desflorestação global, tem sido dada muita atenção à utilização eficiente da biomassa sólida e à promoção de biocombustíveis (para utilização estacionária e utilização em veículos) em áreas onde o combustível lenhoso é particularmente escasso. Embora os utilizadores domésticos de lenha sofram grandemente com os efeitos da desflorestação, a principal causa da desflorestação é o desmatamento de terras para uso agrícola e para madeira comercial ou utilização de lenha.
Muitos programas foram estabelecidos durante as últimas três décadas com o objectivo de desenvolver e disseminar tecnologias melhoradas de fogões para reduzir o fardo, suportado principalmente pelas mulheres, da recolha de lenha. Uma vantagem adicional é a redução dos riscos para a saúde associados à queima de lenha. Também foram introduzidas tecnologias para ajudar no processamento de biomassa, seja para melhorar a eficiência ou para facilitar o transporte.
Conforme mencionado anteriormente, os recursos naturais de biomassa variam em tipo e conteúdo, dependendo da localização geográfica. Por conveniência, podemos dividir as áreas mundiais de produção de biomassa em três regiões geográficas distintas:
- Regiões temperadas – produzem madeira, resíduos de culturas, como palha e folhas de vegetais, e dejetos humanos e animais. Na Europa, a talhadia de curta rotação (SRC) tornou-se popular como meio de fornecer combustível lenhoso para a produção de energia numa base sustentável. Espécies de madeira de crescimento rápido, como o salgueiro, são cortadas a cada dois ou três anos e a madeira lascada para fornecer combustível para a caldeira. No Reino Unido existe uma central eléctrica de 12,6 Megawatts em funcionamento que queima cama de aves (que tem um teor de humidade relativamente baixo) como combustível, e outras que queimam palha de trigo. Existem também muitas culturas não lenhosas que podem ser cultivadas para a produção de biocombustíveis e biogás, e está em curso a investigação de culturas energéticas para combustão directa. Nos países ocidentais, onde são geradas grandes quantidades de resíduos urbanos, estes são frequentemente processados para fornecer energia útil, quer através da incineração, quer através da recuperação de gás metano em aterros sanitários.
- Regiões áridas e semiáridas – produzem muito pouco excesso de vegetação como combustível. As pessoas que vivem nestas áreas são muitas vezes as mais afectadas pela desertificação e muitas vezes têm dificuldade em encontrar lenha suficiente.
- Regiões tropicais húmidas – produzem abundantes fornecimentos de madeira, resíduos de culturas, resíduos animais e humanos, resíduos comerciais, industriais e de processamento agrícola e alimentar. Cascas de arroz, cascas de algodão e cascas de amendoim são amplamente utilizadas para fornecer calor de processo para geração de energia, principalmente. O bagaço da cana-de-açúcar é processado para fornecer etanol e também é queimado diretamente; e muitas plantas, como o girassol e o dendê, são processadas para fornecer óleo para combustão. Muitos dos países mais pobres do mundo encontram-se nestas regiões e, portanto, há uma elevada incidência de utilização doméstica de biomassa. As áreas tropicais são actualmente as mais gravemente afectadas pela desflorestação, exploração madeireira e desmatamento para agricultura.
Coletando fezes de animais
Muitas famílias pobres nas zonas rurais e urbanas recolhem esterco como fonte de rendimento. Há um grupo de mulheres no Bangladesh que tradicionalmente recolhe estrume, faz bolos e vende-os nos mercados comerciais. Os coletores tradicionais de esterco são adolescentes de famílias pobres. Eles trazem esterco para suas casas e o transformam em bolos redondos e palitos em forma de cone para secar ao ar livre.
Densificando biomassa
Densificando biomassa sólida
Vários tipos de densificação podem ser aplicados, dependendo do material de origem. Por exemplo:
- o carvão vegetal pode ser produzido a partir da madeira para aumentar a densidade energética. Veja produção de carvão vegetal .
- briquetes de combustível são matéria vegetal densificada. Também existem briquetes de esterco limpo que incluem esterco .
Densificando biomassa gasosa
O biogás e o biohidrogênio podem ser comprimidos em tanques. Além disso, o metano pode ser extraído do biogás, que é ainda mais combustível.
Utilizando biomassa
Além da utilização de alimentos para nutrir seres humanos, os animais, os resíduos de biomassa agrícola e industrial também são úteis, pois permitem a produção de calor de processo para a produção de electricidade ou outras utilizações finais comerciais. São agora amplamente utilizados em muitos países para fornecer produção de energia centralizada, de média e grande escala. Existem vários exemplos na Indonésia de fábricas de processamento de madeira que utilizam caldeiras alimentadas com resíduos de madeira para fornecer calor e electricidade para as suas próprias necessidades e, ocasionalmente, para venda a outros consumidores.
Utilizando a biomassa de forma eficiente
Por razões económicas, o processamento da biomassa é feito primeiro de acordo com um padrão específico, a fim de tirar o máximo proveito da biomassa. [1] Isso resulta em vários produtos que podem ser posteriormente utilizados. Este padrão, bem como as quantidades,... dependem dos tipos de biomassa utilizados. Além disso, dentro de alguns tipos de biomassa (como plantas vivas ou mortas), algumas culturas só podem ser utilizadas para uma ou algumas aplicações (incluindo algumas culturas oleaginosas como Jatropha, Pongamia,... só podem ser utilizadas como combustível armazenável e combustível imediatamente consumível, as oleaginosas como a colza só podem ser utilizadas como alimento e combustível armazenável). Todo o processo de encontrar o padrão mais adequado é conhecido como biorrefinamento . Uma lista geral mostra desde os produtos com alto valor agregado e menor volume de biomassa até os produtos com menor valor agregado e maior volume de biomassa: [2]
- química fina/medicamentos
- comida
- produtos químicos/bioplásticos
- combustíveis armazenáveis (ou seja, para uso em motores/grupos geradores)
- combustíveis não armazenáveis (queima imediata para eletricidade e calor)
Para utilizar a biomassa para satisfazer as nossas próprias necessidades energéticas, existem várias opções. A opção mais básica (e energeticamente ineficiente) é a lareira. A lareira atende a diversas necessidades: fornece luz , calor , opção de cozinhar algo, espantar animais silvestres, repelir insetos, defumar alimentos . Embora as lareiras e outras técnicas de cozinha ao ar livre ainda sejam existentes, existem agoratecnologias de cozinha mais eficientes em termos energéticos .
Uso local de biomassa no mundo em desenvolvimento
Mais de dois milhões de pessoas no mundo em desenvolvimento utilizam biomassa para a maioria das suas necessidades energéticas domésticas. É utilizado principalmente para cozinhar, aquecer água e aquecer ambientes domésticos. A Tabela 1 abaixo mostra o consumo de energia doméstico como percentagem do consumo total de biomassa em vários países seleccionados em África. A biomassa também é amplamente utilizada para aplicações não domésticas.
| País | Consumo de energia de biomassa (% do consumo total de energia) | Consumo doméstico de energia (% da energia total da biomassa) |
|---|---|---|
| Burundi | 94 | 78,5 |
| Etiópia | 86 | 97 |
| Quênia | 70 | 93 |
| Somália | 87 | 92 |
| Sudão | 84 | 90 |
| Uganda | 95 | 78,6 |
Utilização comercial de biomassa
A biomassa pode ser usada para uma variedade de atividades comerciais. Existem diversas tecnologias que empregam combustão direta de biomassa não processada ou semiprocessada para produzir calor de processo para uma variedade de usos finais. O mais comum é o sistema simples de fornalha e caldeira que gera vapor para aplicações como cura de tabaco, geração de eletricidade e fabricação de cerveja. A biomassa também é utilizada para fornecer calor direto para queima de tijolos, queima de cal e fornos de cimento. A vantagem de utilizar biomassa é que esta pode ser obtida localmente, evitando assim a escassez associada a redes de abastecimento de combustível deficientes e custos flutuantes.
Teoria da combustão
Para que a biomassa sólida seja convertida em energia térmica útil, ela deve sofrer combustão. Embora existam muitas tecnologias de combustão diferentes disponíveis, o princípio da combustão de biomassa é essencialmente o mesmo para cada uma. Existem três etapas principais no processo de combustão:
Secagem – toda biomassa contém umidade, e essa umidade deve ser eliminada antes que a combustão propriamente dita possa ocorrer. O calor para a secagem é fornecido pela radiação das chamas e pelo calor armazenado no corpo do fogão ou fornalha.
Pirólise - a biomassa seca é aquecida e quando a temperatura atinge entre 200°C e 350°C são liberados gases voláteis. Esses gases se misturam com o oxigênio e queimam produzindo uma chama amarela. Este processo é autossustentável, pois o calor dos gases em combustão é usado para secar o combustível novo e liberar mais gases voláteis. O oxigênio deve ser fornecido para sustentar esta parte do processo de combustão. Quando todos os voláteis foram queimados, o carvão permanece.
Oxidação – a cerca de 800°C o carvão oxida ou queima. Mais uma vez, o oxigénio é necessário, tanto no leito do fogo para a oxidação do carbono como, em segundo lugar, acima do leito do fogo, onde se mistura com o monóxido de carbono para formar o dióxido de carbono que é libertado para a atmosfera.
Vale a pena ter em mente que todas as etapas acima podem ocorrer dentro de um incêndio ao mesmo tempo, embora em baixas temperaturas apenas a primeira etapa esteja em andamento e mais tarde, quando todos os voláteis tiverem sido queimados e nenhum combustível novo for adicionado, apenas a etapa final ocorrerá. A eficiência da combustão varia dependendo de muitos fatores; combustível, teor de humidade e poder calorífico do combustível, etc. A concepção do fogão ou sistema de combustão também afecta a eficiência térmica global e a tabela 2 abaixo dá uma indicação das eficiências de alguns sistemas típicos (incluindo sistemas que não sejam de biomassa para comparação).
| Tipo de tecnologia de combustão | Eficiência percentual |
|---|---|
| Fogo de três pedras | 10–15 |
| Fogão a lenha melhorado | 20–25 |
| Fogão a carvão com revestimento cerâmico | 30–35 |
| Fogão sofisticado a carvão | até 40 |
| Fogão de pressão a querosene | 53 |
| Fogão a gás GLP | 57 |
Outros problemas
Energia de biomassa e meio ambiente
A preocupação com o meio ambiente foi uma das principais inspirações para os primeiros trabalhos de pesquisa e desenvolvimento de fogões melhorados. Um dos maiores paradoxos deste trabalho é que, quanto mais se aprende sobre as pessoas, os combustíveis e a cozinha, mais se percebe o quão pouco se entendia sobre o ambiente e as implicações relativas ao uso doméstico de energia.
Inicialmente, uma preocupação ambiental dominou o trabalho dos fogões melhorados – salvar árvores. Hoje, esta questão é consideravelmente minimizada à medida que o tempo trouxe uma compreensão mais clara das verdadeiras causas do desmatamento. Ao mesmo tempo, outras questões ambientais tornaram-se dominantes – o ambiente doméstico com os seus requisitos de fumo, calor, iluminação, etc., tem recebido maior atenção. Estas necessidades microambientais são muitas vezes tão complexas como as preocupações ambientais mais amplas e isto reflecte-se no facto de que nenhum design melhorado de fogões pode satisfazer as necessidades de uma ampla e diversificada gama de pessoas.
A combustão de biomassa em grande escala só é ambientalmente viável se for realizada numa base sustentável. Por razões óbvias, a exploração contínua em grande escala dos recursos de biomassa sem cuidado com a sua substituição e regeneração causará danos ambientais e também comprometerá a própria fonte de combustível.
Lenha e bem-estar
Os efeitos da inalação da fumaça da biomassa durante o cozimento estão recebendo atenção dos pesquisadores; bronquite crónica, doenças cardíacas, doenças respiratórias agudas e infecções oculares têm sido associadas a interiores esfumaçados, mas os impactos da escassez de combustível na cozinha e na nutrição são pouco notados.
Recursos e leitura adicional
- Karekezi, S. e Ranja, T., Tecnologias de Energia Renovável em África, AFREPEN, 1997
- Kristoferson LA e Bokalders V., Renewable Energy Technologies - sua aplicação em países em desenvolvimento, Publicações de TI, 1991
- Ponto de ebulição, Edições nº 21,26,27,28,39, IT/GTZ.
- Westhoff, B e Germann, D., Stove Images, Brades e Aspel Verlag GmbH, 1995
- Stewart, B e outros, Fogões a lenha, resíduos e carvão melhorados, Publicações de TI, 1987.
- Stephen Gitonga, Fogões de lama apropriados na África Oriental, IT Quênia, 1997
- Vivienne Abbott, Clare Heyting e Rose Akinyi, Como fazer um fogão Upesi: Diretrizes para pequenas empresas, TI Quênia, 1995
- Lydia Muchiri e May Sengendo Treinamento apropriado em desenvolvimento de tecnologia energética doméstica Manua, IT Quênia, 1999
- Caroline Ashley e Peter Young, Fogões à venda: dicas práticas para divulgação comercial de fogões melhorados, IT, FAO, IDEA, GTZ, FWD, 1994
- Daniel Theuri et al, Smoke Health and Household Energy Volume 1: Participatory Methods for Design, Instalação, Monitoramento e Avaliação de Tecnologias de Alívio de Fumaça, ITDG, 2005
Referências
- ↑ Economia de base biológica
- ↑ Revista Kijk, número 8, 2011