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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.106.2023.tde-26102023-001938
Documento
Autor
Nome completo
Ana Paula de Souza Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2023
Orientador
Banca examinadora
Coelho, Suani Teixeira (Presidente)
Brito, Jose Otavio
Labate, Carlos Alberto
Matai, Patricia Helena Lara dos Santos
Teixeira, Cláudia Echevenguá
Valverde, Sebastião Renato
Título em português
Potencial do uso da biomassa florestal para geração de energia: estudo de caso de uma serraria no Estado do Pará
Palavras-chave em português
Aproveitamento Energético
Manejo Florestal Sustentável
Resíduos Florestais
Tecnologias
Resumo em português
O Brasil é um país que tem sua matriz energética fortemente baseada em fontes renováveis, dentre elas a biomassa. A biomassa advinda de materiais lignocelulósicos é uma mistura complexa de polímeros naturais de carboidratos como a celulose, hemicelulose e lignina e pequenas quantidades de extrativos e cinzas, contidos na parede celular das plantas. Dentre as principais biomassas brasileiras está a florestal, a qual pode ser proveniente de plantios florestais de espécies como o eucalipto e o pinus ou pode ser gerada por resíduos na colheita e no processamento primário (desdobro) da madeira originada em florestas tropicais na Amazônia. Só no ano de 2021 foram extraídos mais de 14 milhões de m³ de madeira em tora, sendo os maiores produtores os Estados de Mato Grosso, Pará e Rondônia. Por conta do baixo nível tecnológico e outras características das espécies florestais, o rendimento em madeira serrada é baixo e o volume gerado de resíduos passa de 50% do volume da madeira beneficiada. Dessa forma, o produto residual gerado, a exemplo da serragem, maravalhas, aparas, costaneiras, e outros, precisa ter uma correta destinação. Assim, o conhecimento das características físico-químicas, como análise elementar e imediata e o poder calorífico, colaboram para um melhor planejamento do aproveitamento energético na escolha da tecnologia que será mais adequada. Processos termoquímicos como combustão, gaseificação e pirólise, além de processos de compactação como briquetagem e peletização dos resíduos, são opções para o reaproveitamento da biomassa florestal gerada nas serrarias, podendo colaborar ainda com a transição energética no âmbito local. Nesse sentido, esse trabalho teve como objetivo avaliar o estudo de caso de uma Serraria localizada na cidade de Santarém, no Estado do Pará, quantificando os resíduos gerados em sua operação, realizando a caracterização físico-química e propondo soluções para o seu aproveitamento, considerando critérios técnicos, econômicos e ambientais. A Serraria em questão gera um pouco mais de 50% de volume de resíduos, que atualmente são doados para empresas da região. Diante disso, foi coletado uma amostra composta da serragem gerada na atividade de desdobro que apresentou características como poder calorífico inferior (PCI) de 13.495,45 kJ/kg e teor de cinzas de 1,4 %. Foram avaliadas três alternativas de reaproveitamento de resíduos: geração de energia em caldeira usando parte em estufa para secagem da madeira serrada, parte para operação da serraria e o excedente poderá ser vendido para a rede de distribuição; produção e comercialização de briquetes e; venda da biomassa in natura. Das alternativas citadas, a mais viável economicamente é a venda de biomassa in natura, por possuir um baixo valor de investimento em equipamentos. Porém, a solução de geração de energia, mesmo apresentando um alto valor de investimentos com a aquisição de equipamentos, agrega valor à qualidade da madeira com o melhor controle da secagem e em menor tempo e ainda faz com que a Serraria seja autossuficiente em energia elétrica advinda de fonte renovável, minimizando os efeitos das mudanças climáticas e colaborando com a economia circular.
Título em inglês
Potential use of forest biomass for energy generation: a case study of a sawmill, State of Pará, Brazil.
Palavras-chave em inglês
Energy Use
Forest Waste
Sustainable Forest Management
Technologies
Resumo em inglês
Brazil is a country whose energy matrix is firmly based on renewable sources, including biomass. Biomass from lignocellulosic materials is a complex mixture of natural polymers of carbohydrates as cellulose, hemicellulose, and lignin and small amounts of extractives and ashes in the plant cell wall. Forestry is one of the leading Brazilian biomass sources, which includes forest plantations of fast-growth species, for instance, eucalyptus and pine, and residues of the harvest and primary processing (splitting) of wood from tropical forests in the Amazon. In 2021 alone, more than 14 million m³ of log wood were extracted, with the largest wood producers being the states of Mato Grosso, Pará, and Rondônia. Due to the low technological level and other characteristics of the forest species, the yield of sawn wood is low and the volume of waste generated exceeds 50% of the volume of processed wood. Waste generated such as sawdust, wood shavings, shavings, coastal, and others, must be correctly disposed of. Knowing the physicochemical characteristics as elemental and immediate analysis and the calorific value collaborate for a better planning of energy use in choosing the technology that will be most suitable. Thermochemical processes such as combustion, gasification, and pyrolysis, as well as compression processes such as briquetting and pelletizing of residues, are options for reusing the forest biomass generated in the sawmills and may even collaborate with energy transition at local level. Hence, this work aimed to evaluate the case study of a sawmill located in the city of Santarém, State of Pará, Brazil, by quantifying the waste generated in its operation, carrying out its physicochemical characterization, and proposing solutions for its use considering technical, economic and environmental criteria. The sawmill, the object of this work, generates about 50% of waste currently donated to regional companies. A sample of sawdust generated in the sawmilling activity was collected, which presented characteristics such as lower heating value (LHV) of 13.495.45 kJ/kg and ash content of 1.4%. The following alternatives for reuse of waste were evaluated: a) generation of energy in a boiler using part in a kiln to dry the sawn wood, part for operating the sawmill and the surplus to be sold to the energy company and incorporated in the energy distribution network; b) production and commercialization of briquettes and; c) sale of biomass. The most economically viable alternative was the sale of biomass (alternative c) because of its low investment need to acquire equipment. However, the energy generation solution (alternative a), besides the need of a higher investment for the acquisition of equipment, had an added value to the quality of wood due to better control of the drying process in less time and also turning the Sawmill self-sufficient in electricity from a renewable source, minimizing the effects of climate change and collaborating with the circular economy.
 
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Data de Publicação
2023-10-26
 
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