Potential energy of the components of the straw of sugar cane

APROVEITAMENTO DO PALHIÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR PARA GERAÇÃO DE
ENERGIA RENOVÁVEL
Bertozzo F. ([email protected]), Ferreira M. Z. ([email protected]), Gamba V.
S. ([email protected]), Pupo H. F. ([email protected]), Leão A. L.
([email protected]), Souza S. F. ([email protected]).
Departamento de Recursos Naturais, Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade
Estadual Paulista (FCA/UNESP), Caixa Postal: 237, CEP: 18610-307, Botucatu/SP, Brasil.
ABSTRACT
The waste of mechanized harvesting of sugar cane, has potential as an alternative source of
energy used in the own process of production of biofuel (ethanol) and sugar, and have been
widely researched. The sugar energy agrobusiness is a subject that has great interest from
the agriculture and industry sectors with technical, economic and environmental advantages.
Quality of waste used for energy purposes can be measured by the calorific value, ash and
moisture content. The aim of this study was to determine the energy potential of waste from
cane sugar crops cultivated variety RB 845210 in the municipality of Lençóis Paulista,
located in São Paulo, Brazil and harvested in the eighteenth month of cultivation. For this
was measured the ash content (AC), fuels contents (FC), high heat value (HHV) and low
heat value (LHV) determined from the dried basis of material, and moisture content (MC).
Samples of material were separated into green leaves, dry leaves and pointers. The results
obtained for green leaves, dry leaves and pointers were: AC (%) = 6.76, 3.85 and 8.85; FC
(%) = 93.23, 96.15 and 91.15; HHV (kJ kg-1) = 18 740, 18 053 and 17 723; LHV (kJ kg-1) = 17
338, 16 651 and 16 320, MC (%) = 87.81, 70.90 and 87.87.
Keywords: biomass, energy, RB 845210, Saccharum officinarum L., wastes.
INTRODUÇÃO
Nos últimos trinta anos, o setor sucroalcooleiro teve um grande crescimento
atingindo elevada modernização tecnológica; atualmente faz parte do cenário da
agroenergia envolvendo de forma renovável a produção de combustível, açúcar e
eletricidade (Goes et al., 2008).
Durante muitos anos, os processos convencionais de colheita da cana-de-açúcar
resumiam-se à colheita manual ou mecânica, com queima prévia do material. Atualmente
esta concepção da colheita está sofrendo modificações em função de restrições legais e
ambientais ao processo de queima.
Com a redução da queima na pré-colheita, o resíduo, denominado palhiço, passou a
ser alvo de preocupação para os produtores (Ripoli, 1991). A colheita mecanizada da canade-açúcar, sem a queima prévia, deixa uma espessa camada de material sobre o solo, onde
estão contidas grandes quantidades de folhas, bainhas, ponteiros, além de quantidade
variável de pedaços de colmo.
Estudos comprovaram que o grande volume de palhiço, se deixado sob o solo, pode
provocar falha na rebrota, alterações na temperatura do solo, favorecimento ao
aparecimento de pragas, entre outros fatores que podem afetar negativamente a
produtividade da cultura (Zambon, 1999; Costa et al., 2003).
O setor sucroalcooleiro utiliza a queima do bagaço da cana-de-açúcar como fonte de
geração de energia para consumo próprio. A queima deste material produz, em média,
18631 kJ kg-1 de energia (Bizzo, 2007). No entanto, poucos produtores utilizam o palhiço
como fonte energética.
De acordo com Doat (1977) a energia contida em um resíduo pode ser determinada
através do poder calorífico do material, ou seja, a quantidade de calor liberado pela
combustão de uma unidade de massa desse corpo (kJ kg-1). O poder calorífico pode ser
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dividido em: poder calorífico superior (PCS), poder calorífico inferior (PCI) e poder calorífico
útil (PCU).
O objetivo do presente trabalho foi determinar o potencial energético do palhiço de
cana-de-açúcar oriundo de plantas da variedade RB 845210 cultivadas no município de
Lençóis Paulista, localizado no estado de São Paulo, Brasil.
MATERIAL E MÉTODOS
O palhiço da cana-de-açúcar, proveniente da variedade RB 845210, foi doado pela
Companhia Agrícola Rio Claro, localizada no município de Lençóis Paulista, estado de São
Paulo, Brasil, sendo que este foi coletado logo após a colheita mecanizada. Em laboratório
localizado na Faculdade de Ciências Agronômicas pertencente à Universidade Estadual
Paulista, campus de Botucatu, SP, o material foi moído e depois pesado. O teor de umidade
foi determinado pela diferença de massa antes e depois da permanência desta por 24 horas
em estufa a temperatura 1032 ºC, utilizando a fórmula: % U = (MU - MS) x 100 / MU, onde:
U = umidade do material (%); MU = massa em base úmida (g); MS = massa em base seca
(g).
Foram determinados os teores de cinzas e combustíveis para a caracterização dos
resíduos e também a análise elementar com o objetivo de determinar o teor de hidrogênio
presente nas amostras. A porcentagem de hidrogênio de cada amostra foi utilizada para o
cálculo do poder calorífico inferior (PCI).
A determinação do teor de cinzas (TCZ) e de combustíveis (TC) foi feita por
pesagem de quantidade equivalente a 5 ± 0,005 g em cadinho queimado e pré-tarado. Após
a calcinação a 575 ± 25 ºC, por, aproximadamente 5 horas, o cadinho foi levado ao
dessecador onde após resfriamento foi pesado e calculado o teor de cinzas por diferença de
massa utilizando a equação: TCZ = d / c x 100, onde: TCZ = teor de cinzas; d = peso após a
queima (g); c = peso antes da queima (g).
O teor de combustíveis (TC) foi calculado através da equação: TC = (c – d) / c x 100,
onde: TC = teor de combustíveis; c = peso antes da queima (g); d = peso após a queima (g).
A metodologia para as determinações dos poderes caloríficos superior (PCS) e
inferior (PCI) foi baseada na norma ABNT NBR 8633 da ABNT/1884 (ABNT, 1984), usando
bomba calorimétrica ALEMMAR Modelo KL-5. Com esse resultado foi possível calcular o
poder calorífico inferior (PCI).
As fórmulas utilizadas para o cálculo dos valores de PCS e PCI foram:
PCS = [(K + MH2O) x ΔT] / MS, sendo que:
PCS = teor calorífico superior;
K = a constante K da máquina utilizada foi determinada com ácido benzóico, como o PCS do
ácido benzóico é de 6318 kJ kg-1, o valor de K foi de 413,1228 kJ kg-1;
MH2O = massa da água de combustão, cujo valor é 2700;
ΔT = diferença de temperatura entre o ambiente e a temperatura de equilíbrio antes da
condensação;
MS = massa seca do material (amostra).
PCI = PCS – (600) (9) (H / 100), onde:
PCI = poder calorífico inferior;
PCS = poder calorífico superior;
H (%) = teor de hidrogênio do material;
600 = valor médio da energia absorvida por kg de água para atingir a temperatura de
vaporização;
9 = múltiplo do peso do hidrogênio no combustível, fornecendo o peso da água formada na
combustão.
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 são demonstradas as médias das análises dos teores de umidade,
cinzas e combustíveis, além do poder calorífico superior e inferior para os componentes do
palhiço da cana-de-açúcar: folhas verdes, folhas secas e ponteiros.
O teor de cinzas corresponde à porcentagem de material inerte na geração de calor
presente na amostra. Após a queima do material é desejável que reste uma pequena
quantidade de cinzas, o que indica que a maior parte do resíduo foi utilizada na geração de
calor. Observa-se que as folhas secas apresentaram a menor quantidade de cinzas, ou seja,
possuem maior teor de combustíveis que as folhas verdes e os ponteiros, mas ainda assim
apresentaram um percentual elevado. Altos teores de cinzas em materiais combustíveis
podem resultar em emissão de partículas, devido à presença de impurezas, tornando
necessária a instalação de equipamentos para a separação de partículas dos gases da
combustão, o que pode encarecer o processo.
O teor de combustíveis é um índice importante para a avaliação energética de um
resíduo por representar a porcentagem de materiais com potencial de geração de calor. O
teor de combustíveis médio obtido neste trabalho para o palhiço foi de 93.51 kJ kg-1, sendo
93.24% para folhas verdes, 96.15% para folhas secas e 91.15% para ponteiros.
Em relação ao poder calorífico superior e inferior do palhiço, os valores médios
obtidos para o material com 0% de umidade foram 18172 e 16770 kJ kg-1, respectivamente.
As folhas verdes apresentaram os maiores valores para estes parâmetros atingindo 18740
kJ kg-1 de PCS e 17338 kJ kg-1 de PCI. O fato de as folhas verdes apresentarem maiores
valores em relação aos demais componentes (folhas secas e ponteiros) pode ser devido ao
seu maior teor de carbono fixo, pois segundo Vale et al. (1999) o poder calorífico superior de
um resíduo está diretamente relacionado com o teor de carbono fixo.
Na Tabela 2 são observados os valores de poder calorífico superior de diferentes
resíduos.
O poder calorífico superior do palhiço é maior quando comparado às cascas de
eucalipto, de café e de semente de algodão, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz e
sabugo de milho; e menor quando comparado à casca de coco babaçu.
Os resultados também mostraram elevados teores de umidade nos materiais
analisados, com uma média geral de 82.19%. Este fato pode ter ocorrido em virtude das
condições de coleta das amostras, realizada logo após a colheita mecanizada, quando o
material estava com elevados teores de umidade. O excesso de umidade diminui a
eficiência do processo de queima do material.
O palhiço apresenta características energéticas que o colocam em condições de uso
para a geração de energia térmica. No entanto, o elevado teor de umidade diminui a
eficiência do processo de queima, o que pode ser solucionado mantendo o material por um
período maior no campo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). NBR 8633/84. Rio de Janeiro.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1986). NBR 8112/86. Rio de Janeiro.
Bauer S.R.T. (2001). Resíduos da exploração florestal de Eucalyptus grandis Hill Ex. Maiden
para geração de energia elétrica. 64f. Dissertação (Mestrado em Agronomia), Faculdade de
Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu.
Bizzo W.A. (2007). In: Diversificação Energética: uma Estratégia de Desenvolvimento para o
Rio Grande do Norte, Tecnologias de Biomassa para Conversão de Energia. Natal: UFRN.
4
Cortez, L.A., S.W. Bajay and O. Braunbeck. (1999). Uso de resíduos agrícolas para fins
energéticos: o caso de palha de cana-de-açúcar. Revista Brasileira de Energia, 6, 6-81.
Costa M.C.G., Vitti G.C. and Cantarella H. (2003). Volatilização de N-NH3 de fontes
nitrogenadas em cana-de-açúcar colhida em despalha a fogo. Revista Brasileira de Ciência
do Solo, 27, 631-637.
Doat J. (1977). Le Puovoior Clorifique dês Bois Tropicaux. Ver. Bois Forêsts Trop., 172, 3348.
Goes T., Marra R. and Silva S.G. (2008). Setor sucroalcooleiro no Brasil: situação e
perspectivas. Revista Canavieiros, 2, 39-51.
Ripoli T.C.C. (1991). Utilização do material remanescente da colheita de cana-de-açúcar
(Saccharum spp): equacionamento dos balanços energético e econômico. 150f. Tese (Livre
Docência), Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo,
Piracicaba.
Vale A.T., Gentil L.V., Gonçales J.C. and Costa A.F. (2007). Caracterização energética e
rendimento da carbonização de resíduos de grãos de café (Coffea arabica L.) e de madeira
(Cedrelinga catenaeformis). Cerne, 13, 416-420.
Zambon J.L.C. (1999). Avaliação de genótipos de cana-de-açúcar no Estado do Paraná. II
série RB85. STAB: açúcar, álcool e subprodutos, 18, 20-22.
Tabela 1. Médias dos valores obtidos para teor de cinzas (TCZ), teor de combustíveis (TC),
poder calorífico superior (PCS), poder calorífico inferior (PCI) e teor de umidade (U) obtidas
dos diferentes componentes do palhiço (folhas verdes, secas e ponteiros), oriundos da
variedade de cana-de-açúcar RB 845210.
Componentes
do Palhiço
Folhas Verdes
Folhas Secas
Ponteiros
Média
* Base seca
TCZ
(%)*
6.76
3.85
8.85
6.49
TC
(%)*
93.24
96.15
91.15
93.51
PCS
(kJ kg-1)*
18740
18053
17723
18172
PCI
(kJ kg-1)*
17338
16651
16320
16770
U
(%)
87.81
70.90
87.87
82.19
Tabela 2. Poder calorífico superior (kJ kg-1) de diferentes resíduos agroindustriais.
Resíduos
Poder Calorífico Superior (kJ kg-1)
Casca de eucalipto
15507
Casca de semente de algodão
11723
Bagaço da cana-de-açúcar
17876
Palha de arroz
14654
Casca de café
16466
Casca de coco babaçu
18841
Sabugo de milho
12142
Fonte: Bauer (2001), Cortez et al. (1999) e Vale et al. (2007).