Trabalho publicado no I Congresso Internacional de Bioenergia, 18 a 21 de Outubro de 2004, Centro de Convenções MS, Campo Grande, MS

Geração de Energia Elétrica para Comunidades Isoladas da Região Amazônica a

partir de Sistemas de Gaseificação de Biomassa

Electricity Generation from Biomass Gasification System for Isolated Community in

Amazon Region

Dr.ª Suani Teixeira Coelho1

M. Sc. Sílvia M. S. González Velázquez2

Dr. Osvaldo Stella Martins3

M. Sc. Ademar H. Ushima4

Eng. Sandra M. Apolinario dos Santos5

Resumo

O projeto “Comparação entre Tecnologias de Gaseificação de Biomassa Existentes no

Brasil e no Exterior e Formação de Recursos Humano na Região Norte -

GASEIFAMAZ”, convênio FINEP/CT-ENERG, tem como objetivo central o estudo da

geração de energia elétrica através da tecnologia indiana de gaseificação de biomassa e

implementação desta tecnologia em comunidades isoladas na região norte do país, de

maneira sustentável, oferecendo uma alternativa aos combustíveis fósseis. O projeto visa

avaliar as condições de operação deste sistema e formar recursos humanos na Região

Norte do país, capacitando pessoal local na operação e manutenção.

Palavras Chaves: eletricidade, gaseificação de biomassa, comunidades isoladas.

1 suani@iee.usp.br CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa – Av. Prof. Luciano Gualberto, 1289 São Paulo – SP Cep: 05508-010 2 sgvelaz@iee.usp.br CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa 3 omartins@iee.usp.br CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa 4 adidas@ipt.br IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas – Av. Prof. Almeida Prado, 532 São Paulo – SP Cep: 05508-901 5 sandra@iee.usp.br CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa

Abstract

The project “Comparison Between Existing Technologies of Biomass Gasification in

Brazil and Abroad and Formation of Human Resources in the Amazon Region -

GASEIFAMAZ”, accord FINEP/CT-ENERG, has as main aim to test the Indian biomass

gasification technology, in order to provide electric energy in a sustainable way to

isolated communities, offering an alternative to replace fossil fuel. The project aims as

well, to capacitate people for maintenance and operation of this technology, thus utilizing

the knowledge gained to improve the national equipment according to tests that were

under taken at IPT. The project intends to evaluate the operation conditions of the

gasification system to transfer the technology to Brazil, also allowing the formation of

human resources in the Brazilian North region. Parting from this, once developed an

adequate operation and maintenance system, we will be able to use it in another isolated

community.

Key words: electricity, biomass gasification, isolated community.

Introdução

As regiões Norte e Nordeste do país concentram a maior parte das comunidades

brasileiras sem acesso à rede de distribuição de energia elétrica. É de conhecimento dos

pesquisadores da área energética que essa questão é antiga e que as soluções adotadas têm

se mostrado, com muita freqüência, insatisfatórias (Cenbio, 2001).

O modelo de fornecimento de energia elétrica adotado para as demais regiões do

país não atende as características peculiares dessas regiões. A produção centralizada de

energia elétrica e a posterior distribuição, através de redes de transmissão é praticamente

inviável em um cenário onde os consumidores estão espalhados por uma região muito

extensa.

A grande maioria das comunidades que dispõem de sistemas de geração de energia

elétrica localizada baseia-se em motor a óleo diesel. Acorre que, nestas comunidades, o

custo de transporte deste combustível, dada as grandes distâncias a serem percorridas,

chega a atingir duas vezes o seu próprio custo. Desta forma, o emprego de unidades de

geração de energia elétrica de pequeno porte utilizando combustíveis regionais, por

exemplo, biomassa, pode vir a ser uma alternativa economicamente viável para estas

localidades.

Já existem instituições trabalhando com gaseificação de biomassa no país havendo,

entretanto, alguns gargalos que impedem sua comercialização, principalmente na área de

limpeza dos gases para alimentação no motor e na obtenção de sistemas de operação e

manutenção simplificadas. Considerando que a Índia tem sistemas deste tipo, já em

operação, há mais de dez anos, em comunidades semelhantes às do Brasil, este projeto irá

permitir o aproveitamento da experiência daquele país para o aperfeiçoamento de uma

tecnologia que possa efetivamente ser utilizada para geração de energia nas comunidades

isoladas (Coelho, Martins, Santos, 2002).

O projeto GASEIFAMAZ “Comparação entre Tecnologias de Gaseificação de

Biomassa Existentes no Brasil e no Exterior e Formação de Recursos Humano na Região

Norte”, convênio FINEP/CT-ENERG 23.01.0695.00, com o intuito de suprir, de modo

sustentável, a demanda de energia elétrica em comunidades isoladas, importou um

sistema de gaseificação de 20 kW, do Indian Institute of Science (IISc) e instalou-o para

testes no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). O projeto previu, também, a

capacitação de pessoal na operação e manutenção desta tecnologia fabricada pelo IISc,

utilizando os conhecimentos adquiridos para o aperfeiçoamento dos equipamentos

nacionais em função dos testes realizados no IPT.

O projeto é uma parceria entre o Centro Nacional de Referência em Biomassa

(CENBIO), Biomass Users Network do Brasil (BUN), Instituto de Pesquisas

Tecnológicas (IPT) e a Universidade do Amazonas (UFAM).

No IPT, foram realizados testes para avaliar as condições de operação desses

sistemas de gaseificação e de limpeza de gases e geração de energia elétrica.

O sistema de gaseificação, testado no IPT, é composto por gaseificador de 20kW,

extrator de cinzas, sistema de tratamento e resfriamento de água, gerador (motor de

combustão interna e alternador), secador de biomassa e painel de controle.

O projeto avaliou as condições de operação deste sistema e simplificou sua

operação, adaptando-o às condições brasileiras e tornando-o de fácil operação e

manutenção, apto a ser instalado em comunidades isoladas para geração de energia

elétrica.

O CENBIO transferiu o sistema de gaseificação para uma comunidade no estado

do Amazonas, para a geração de energia elétrica, já que a fase de testes no IPT foi

concluída. O sistema será alimentado com os resíduos da atividade agrícola da região,

com destaque para as cascas de cupuaçu.

Funcionamento do sistema de gaseificação

O gaseificador importado do IISc é do tipo cocorrente estratificado, ou seja, o

escoamento do combustível sólido segue na mesma direção e sentido do gás

(MUKUNDA et all, 1994). Ambas as correntes, de biomassa e ar, entram pelo topo do

gaseificador, que é aberto à atmosfera (“open top”) e seguem para a base, como indicado

na Figura 1. O gaseificador opera em depressão, com pressão ligeiramente inferior à

atmosférica, o suficiente para garantir o escoamento de gases através da carga de

biomassa.

Figura 1 – Esquema do gaseificador importado do IISc

O gaseificador pode ser dividido em três partes principais: gaseificador, sistema de

lavagem primário e sistema de lavagem secundário.

Resultados dos Testes

No primeiro teste, o gaseificador foi carregado até o topo com carvão vegetal

utilizado para churrasco, quebrado em pedaços com dimensões da ordem de 5 cm. Em

ensaios subseqüentes, não mais se alimentou carvão vegetal, apenas cavacos de eucalipto.

Após o acionamento das bombas e regulagem das vazões de água, procedeu-se ao

acendimento do gaseificador. Esta operação mostrou-se muito simples, bastando colocar

uma chama em frente aos orifícios de entrada de ar secundário, um de cada vez.

Biomassa

Cinzas

Ar (60 %)

Ar (40 %) Gás sujo

Preaquecimento da biomassa Lavagem

primária do gás

Lavagem secundária do gás

Gás para motor

Gás para flare

Fonte: USHIMA, 2003

Figura 2 – Cavaco de Eucalypitus utilizado nos testes

A depressão no interior do leito, provocada pelos ejetores dos sistemas de lavagem,

succionou a chama para o interior do leito, dando ignição ao material parado nesta região.

A zona de combustão se espalhou rapidamente ao longo da seção e o teor de oxigênio nos

gases também sofreu uma queda rápida. Observa-se que, após cerca de 6 minutos, o teor

de oxigênio nos gases gerados se aproximou rapidamente de zero.

Quadro 1 – Principais Resultados dos Testes

O Poder Calorífico Superior (PCS) foi calculado a partir da composição dos gases

combustíveis (Co, H2 e CH4).

Poder Calorífico Superior (MJ/Nm3) 5,7

Potência Térmica (kW) 67,1

Potência Elétrica (kWe) 20

Vazão de Alimentação de Biomassa (kg/h) ~18

Vazão de Descarga de Cinzas (kg/h) 1,3

Concepção e Montagem de uma Unidade de Tratamento da Água de Lavagem

Para verificar o grau de ativação do carvão proveniente do gaseificador, mediu-se a

sua área específica, que resultou em 174 m2/g. Trata-se de um carvão semi-ativado, uma

vez que, para ser considerado ativado, tem de apresentar área específica maior que 800

m2/g.

Apesar do carvão retirado do gaseificador não poder ser considerado um carvão

ativado, ele mostrou uma grande capacidade de adsorção de aromáticos, o que motivou a

construção de um sistema simples de filtragem, composto de areia grossa, carvão retirado

do gaseificador e uma caixa d’água de seção circular, materiais estes de fácil aquisição

em localidades remotas. A efetividade deste filtro na absorção de aromáticos está em fase

de avaliação.

Comunidade Isolada

O sistema de gaseificação foi instalado, para geração de energia elétrica, no

assentamento Aquidabam, no município de Manacapu, no estado do Amazonas. Nesta

comunidade vivem 700 pessoas, cerca de 180 famílias.

Figura 3 – Assentamento Aquidabam

O assentamento Aquidabam foi escolhido, pois possui as condições básicas

necessárias à implementação de um sistema de gaseificação: disponibilidade de biomassa,

experiência em motores diesel e, principalmente, grande envolvimento dos moradores no

projeto.

A comunidade possui uma área plantada de 100 hectares de cupuaçu. Atualmente,

o cupuaçu é vendido in natura (baixo valor agregado), pois não existe energia para

fornecer o acondicionamento térmico necessário à polpa.

Figura 3 – Cupuaçu

Fonte: www.amazonlink.com.br

Conclusão

O sistema de gaseificação foi testado também com: cavaco de Eucalipto peletizado,

cascas de cupuaçu e babaçu.

A simplificação do sistema de gaseificação, assim como do processo de operação e

manutenção possibilitarão a implantação destes sistemas de gaseificação em comunidades

isoladas na região Norte, a fim de gerar energia elétrica.

A instalação do sistema de gaseificação no assentamento Aquidabam possibilitará

a implantação de uma agroindústria para a extração e venda da polpa do cupuaçu (produto

com maior valor agregado), assim sendo, haverá um aumento da renda da comunidade e

conseqüentemente, melhoria na qualidade de vida dos moradores. O sistema de

gaseificação será alimentado com as cascas do cupuaçu.

Com a experiência adquirida no projeto GASEIFAMAZ, o CENBIO irá

desenvolver o projeto GASEIBRAS “Nacionalização da Tecnologia de Gaseificação de

Biomassa e Formação de Recursos Humanos na Região Norte”, aprovado pelo Conselho

Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Este projeto irá

nacionalizar a tecnologia de gaseificação de biomassa para geração de energia elétrica e

discutir as perspectivas para fabricação destes sistemas no país.

Este projeto é de particular relevância, pois além de contribuir com as instituições

de pesquisa que já trabalham na área de geração de energia elétrica, ele poderá ser

replicados em outras comunidades isoladas do país.

Referência Bibliográficas

• CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto GASEIFAMAZ.

Dezembro, 2001.

• CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto GASEIBRAS.

Dezembro, 2003.

• Coelho, S. T.; Martins, O. S.; Santos, S. M. A.; “Estado da Arte da Gaseificação”.

CENBIO, 2002.

• Mukunda, H. S.; Dasappa, S.; Paul, P. J.; Rajan, N. K. S.; Shrinivasa, U. “Gasifier

and Combustor for Biomass – Technology and Field Studies. Energy for

Sustainable Development”; Volume 1; Nº 3. September, 1994.

• Ushima, A. “Testes no sistema de gaseificação para geração de energia elétrica em

comunidade isoladas”. Setembro, 2003.

• Ushima, A. “Testes no sistema de gaseificação para geração de energia elétrica em

comunidade isoladas”. Dezembro, 2003.