Upload
votram
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
II WORKSHOP DE GESTÃO DE ENERGIA E RESÍDUOS NA AGROINDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA
PIRASSUNUNGA, BRASIL12 de Junho de 2007
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Instituto de Engenharia Mecânica – IEM
Núcleo de Excelência em Geração Térmica e Distribuída – NEST
Mateus Henrique Rocha
Avaliação da Eco-Eficiência Ambiental da Vinhaça para diferentes formas de
disposição aplicando ACV
• Variável ambiental: atribuída a qualquer grandeza física, química ou biológica, determinada de forma direta ou indireta e que possui a finalidade de caracterizar o impacto ambiental.
1. Introdução
• Indicador Ambiental: grandeza derivada de uma variável ambiental, visando a quantificação de uma intervenção ambiental específica.
• Índice Ambiental: refere-se à agregação de mais de um indicador ambiental com o objetivo de transformar uma grande quantidade de dados em uma forma mais simples, retendo o significado essencial da informação no uso pretendido deste índice.
• Os indicadores ambientais estão associados às intervenções ambientais dos processos: recursos naturais, saúde humana, sistemas ecológicos e efeitos econômicos e sociais.
• Cada um desses grupos é representado por uma categoria de impacto ambiental, sendo cada categoria de impacto associada a, pelo menos, um indicador ambiental.
• Recursos Naturais: recursos renováveis/não-renováveis ou recursos bióticos/abióticos.
• Saúde Humana: Categorias associadas a efeitos deletérios (mutagênicos, carcinogênicos e teratogênicos).
• Sistemas Ecológicos: degradação de sistemas ecológicos ecotoxicidade terrestre, ecotoxicidade aquática (marinha e água doce) e biodiversidade.
• Impactos de caráter local, regional ou global: efeito estufa, depleção da camada de ozônio, eutrofização, acidificação, etc.
• Efeitos econômicos e sociais: aspectos visuais, recreacionais, arquitetônicos e históricos e índices de crescimento econômico como taxa de desemprego, PIB, etc.
• Difícil associação com o processo e suscetíveis a decisões baseadas em juízo de valores.
2. Análise do Ciclo de Vida
• Idealizada para quantificação de impactos ambientais associados à produtos ou funções de uso direto pelo ser humano.
• Atualmente esta metodologia tem sido usada para processos produtivos diversos.
• Metodologia ACV é científica, precisa e específica.
• Os métodos derivados da Produção Sustentável e do Desempenho Ambiental são genéricos, aproximados e gerenciais.
• 1969 – Coca-Cola: comparação de materiais para embalagens, consumo de recursos e geração de emissões.
• 1972 – Ian Boustead: desenvolveu um modelo para determinar os consumos de energia relacionados às embalagens de alumínio, vidro e plástico.
• 1973 – 1º crise do petróleo: busca de fontes alternativas de energia.
• 1985 – diretiva da União Européia sobre controle de embalagens de alimentos.
2.2 Histórico da ACV
• ISO 14.043 – Análise do Ciclo de Vida – Interpretação do Ciclo de Vida.
• 1997 – possibilidade de utilização da ACV para desenvolvimento de novos produtos e definição de políticas públicas.
• ISO 14.040 – Análise do Ciclo de Vida – Princípios e Estrutura.
• ISO 14.041 – Análise do Ciclo de Vida – Definição de objetivo e escopo e análise do inventário.
• ISO 14.042 – Análise do Ciclo de Vida – Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida.
• 1990 a 1996 – crescimento e difusão no meio acadêmico.
Iniciativas de ACV UNEP/SETAC
2.3 Como a ACV pode agregar valor ao produto
Aspectos ambientais prioritários
Informação de aspectos ambientais
em projeto e desenvolvimento
Comunicação do desempenho
ambiental
Monitorar o desempenho
ambiental
Monitorar o desempenho do
sistema
ISO 14063Comunicação
ambiental
Série ISO 14020Rótulos e
declarações ambientais
Série 14030Avaliação do desempenho
ambiental
ISO 19011Auditoria de sistemas de gestão ambiental
ISO 14062Projeto para o Meio
Ambiente
Série ISO 14040Avaliação do Ciclo de
Vida
Do
PlanAct
Check
Descrição do desempenho ambiental de
produtos
Melhoria do desempenho ambiental de
produtos
Informação sobre os aspectos
ambientais de produtos
Comunicação do desempenho
ambiental
Descrição do desempenho ambiental de organizações
Informação sobre o desempenho do
sistema de gestão ambiental
Fonte: Ugaya, C. M. L. (2006)
2.4 Etapas de uma ACV
Aplicações diretas:• Desenvolvimento emelhoria do produto• Planejamento estratégico• Elaboração de políticasPúblicas• Marketing
Fonte: NBR-ISO 14040
Definição do objetivoe do escopo
Inte
rpre
taçã
o
Avaliação do Impacto
Análise do Inventário
A definição do objetivo e do escopo consiste no estabelecimento dos limites do estudo de ACV.
2.5 Definição do Objetivo e do Escopo do Estudo
Fonte: NBR-ISO 14040
Definição do objetivo
e escopo
Análise do Inventário
A análise do inventário envolve a coleta de dados e procedimentos de cálculo para quantificar as entradas e saídas de um sistema.
Inte
rpre
taçã
o
Avaliação do Impacto
2.6 Análise do Inventário
Fonte: NBR-ISO 14040
Definição do objetivo
e escopo
Avaliação do impacto
Análise do inventário
Inte
rpre
taçã
o
2.7 Avaliação do impacto
Fonte: NBR-ISO 14041
Categorias de Impacto Ecoindicador 99 CML 2000 EDIP TRACIMudança Climática x x x xDestruição da camada de ozônio x x x xAcidificação x x x xEutrofização x x x xEcotoxicidade x xEcotoxidade águas doces x xEcotoxidade marinha x xEcotoxidade terrestre x xToxicidade humana x xCancerígenos x xNão cancerígenos xRespirações orgânicos xRespirações inorgânicos xUso do solo xMinerais xCombustíveis fósseis xExaustão abiótica xUso de recursos xSmog fotoquímico x xÁgua doce xÁgua marinha xRadiação xResíduos sólidos xResíduos perigosos xResíduos radioativos xEscória / cinzas x
Eco-Indicadores e suas considerações
Fonte: Ugaya, C. M. L (2006)
Normalização
Normalização: contribuição parao impacto total
Mudanças Climáticas 0,05%
Acidificação 0,02%
Ponderação
• Deve ser dada importância para cada impacto ambiental
• Caráter subjetivo
• Não pode ser usado sem um exame detalhado em relatórios
Definição de objetivo
e escopo
Avaliação do Impacto
Análise do Inventário
Inte
rpre
taçã
o
2.8 Interpretação
• Análise de sensibilidade• Avaliação de itens importantes:1) Seleção de materiais2) Gestão da cadeia de suprimento3) Estabelecimento da infra-estrutura
para reciclagem
2.9 Iniciativas atuais em ACV no Brasil• Institutos de Pesquisa: USP, UNICAMP, UNB, UFSC, UFBA, UFMG, CEFET-PR, IBICT, ITAL, CETEA, Instituto EKOS e UNIFEI.
• Grande quantidade de terra agricultável
• Características adequadas do solo
• Condições climáticas favoráveis
Fonte: Hennings O., Zeddies J. (2003)
• Balanço energético do álcool de milho 1:1,5
• Balanço energético do álcool de cana 1:8
Incremento da produção• Previsão de 30 bilhões de litros de etanol produzidos em 2010.
• Instalação e/ou reativação de 73 destilarias para atendimento da demanda total.
• São estimados 8,5 milhões de automóveis flex em 2020.
Fonte: Unica (2006)
• Em 2010 o total de vinhaça produzida será de 360 milhões de m³.
4. Produção e características da vinhaça• Vinhaça é um resíduo obtido na destilação alcoólica a 105 ºC, possui uma coloração cor marrom escuro, de natureza ácida e com cheiro bastante peculiar.
• A composição química da vinhaça é variável e depende do tipo de vinho usado na destilação.
• A vinhaça pode ser caracterizada como fator de poluição dos cursos d´ água.
• Para cada litro de etanol produzido são gerados em média 13 litros de vinhaça.
• A vinhaça corresponde, em média, a 52% em peso de todos os resíduos sólidos produzidos pelas destilarias.
• A vinhaça é classificada como resíduo sólido classe II, ou seja, não inerte e não perigoso com base nas suas características físico-químicas.
5. Formas de disposição da vinhaça• Retorno à plantação, para substituição total ou parcial dos fertilizantes, constituindo o processo chamado de fertirrigação.
• Fermentação aeróbica, por meio de bactérias ou fungos, objetivando a obtenção de proteína unicelular.
• Fermentação anaeróbica utilizando bactérias metanogênicas, para produção de biogás, constituindo o processo denominado biodigestão anaeróbica.
• Concentração por meio de evaporação para obtenção de ração animal.• Processo de evaporação e concentração da vinhaça para posterior combustão, visando o aproveitamento de energia e recuperação de potássio.
5.1 Fertirrigação
• Pode ser processada por inundação, por sulcos de infiltração, por aspersão com equipamento semifixo e por aspersão através de canhão hidráulico.
• Efeitos da vinhaça sobre a fisiologia da cana: aumento do teor de umidade, redução dos teores de lignina, aumento do fator de acamamento, dos teores de potássio e da vegetação e redução dos níveis de sacarose quando esses são excessivos.
• Efeitos da vinhaça sobre o solo: elevação do pH, redução do alumínio trocável, aumento da matéria-orgânica, micronutrientes e porcentagem de saturação das bases.
• Segundo Gonzalo et. al. (2006), Longo (1994) e Ludovice (1997) amostras do lençol freático submetidas a longos períodos de aplicação apresentaram teores de N, K e condutividade elétrica acima do estabelecido.
Fonte: Luz, P. H. C. (2006)
Fonte: Luz, P. H. C., 2006.Fonte: Lora, E. E. S. (2006)
Fonte: Lora, E. E. S. (2006)
Sistema de transporte e distribuição de vinhaça por caminhão tanque
Fonte: Luz, P. H. C. (2006)
Fonte: Theodoro, J. M. P. (2005)Fonte: Lora, E. E. S. (2006)
5.2 Biodigestão Anaeróbica
• A biodigestão anaeróbica é um processo de degradação da matéria orgânica por microorganismos, resultando na produção de biogás.
• Usos do biogás: produção de frio, calor, potência, automotivo, secagem de leveduras, etc.
• Biogás: 55 a 70% de CH4 e 25 a 45% de CO2 além de outros gases.
• O processo de formação do metano é estritamente anaeróbico, mas o processo global é divido em três fases: acidogênese, intermediário e metanogênico.
5.2 Biodigestão Anaeróbica
• Vantagens da biodigestão: a energia produzida pelo biogás émaior que o consumo requerido pelo sistema, aceita grandes taxas de substâncias orgânicas e o efluente resultante pode ser usado como fertilizante.
• Desvantagens da biodigestão: é um processo lento, possui um longo período para início da operação e o custo de implantação é elevado.
• Reator UASB: possui altos índices de remoção e velocidades volumétricas além de baixos conteúdo de sólidos em suspensão e tempo de retenção hidráulico.
• Tipos de biodigestores: Chinês, Indiano, Fluxo de Pistão ou horizontal, UASB, Filtro anaeróbico de fluxo ascendente e Bifásico.
Instalação típica de dois biodigestores UASB
Fonte: Granato, E. F. (2003)
Q = 5.000 m³ Diâmetro = 26,0 m Altura = 4,75 m
Instalação de geração de energia
Fonte: GE Jenbacher Engine Gensets (2007)
• Principais fabricantes: Caterpillar, Wakesha, Duetz, Wartsila, Cooper e Jenbacher.
5.3 Concentração e combustão da vinhaça• Na concentração retira-se água da vinhaça sem perda de sólido, com redução do volume. • A evaporação da água utilizando-se evaporadores de múltiplo efeito é a tecnologia mais difundida e utilizada para concentração do açúcar. • As primeiras unidades de concentração de vinhaça foram instaladas na Áustria em 1942 pela VOLGELBUSCH.• A concentração da vinhaça é uma forma de reduzir os custos com transporte em caminhões-tanque aumentando o raio econômico de aplicação.• Segundo Katz (1979): consumo de vapor 0,27 kg/L, eletricidade 0,0134 kW/L, água de refrigeração 0,013 m³/Lágua evaporada e a vazão de entrada é função do Brix da saída.
Combustão da vinhaça
• Vantagens: é a única tecnologia que permite eliminar o potencial poluidor da vinhaça; com recuperação econômica do potássio; aproveitamento do potencial energético.
• Desvantagens: balanço energético negativo, impacto da combustão sobre as tubulações e refratários e altos índices de emissões de poluentes atmosféricos como material particulado, NOx, SOx e CO.
• A idéia de se queimar a vinhaça em caldeira está relacionada com a queima do licor negro na indústria de papel e celulose.
• Para tentar minimizar as incrustações a Praj desenvolveu um novo evaporador denominado Flubex.
6. Análise da Eco-Eficiência Ambiental da vinhaça aplicando ACV
• Número de Destilarias: 7 • Área plantada: 31.472 ha• Produção de cana: 2.796.876 t• Produção de álcool: 504.468 m³• Produção de energia: 95.538 kWFonte: UNICA (2007)
6.1 Suposições admitidas
• Este estudo não vai possuir alocação de dados.
• Tipos de impacto selecionados: EDIP e Ecoindicador 99.
• Unidade funcional: 1 m³ vinhaça disposta.
• Software SimaPro 7.0 banco de dados europeu.
• Categorização dos dados: tempo, área geográfica, tecnologias, representatividade, consistência e incertezas.
• Suposições e limitações: biodigestão e combustão não foram incluídas nesta análise preliminar por falta de dados consistentes, modelo de solo, precipitação.
Fertirrigação por canaisEDIP/Caracterização Ecoindicador 99/Caracterização
EDIP/Pontuação única Ecoindicador 99/Pontuação única
Fertirrigação por caminhõesEDIP/Caracterização
EDIP/Pontuação única
Ecoindicador 99/Caracterização
Ecoindicador 99/Pontuação única
Conclusões• A ACV é uma ferramenta muito importante para avaliação de impactos ambientais, tanto de produtos quanto de processos produtivos, desde que usada corretamente.
• Para fertirrigação com transporte por canais tanto o EDIP quanto o Ecoindicador 99 registraram um alto índice de ecotoxicidade, o que sugere que a fertirrigação a longo prazo pode provocar danos ao solo e ao lençol freático.
• Para a fertirrigação com transporte por caminhões dois itens apresentaram índices elevados tanto no EDIP quanto no Ecoindicador 99 a acidificação e a mudança climática provocada pelo uso de combustíveis fósseis.
CONTATOS:CONTATOS:Eng. Mateus Henrique RochaEng. Mateus Henrique Rocha
[email protected]@unifei.edu.br
(35) 3629(35) 3629--14661466
Universidade Federal de ItajubUniversidade Federal de Itajubáá
Instituto de Engenharia MecânicaInstituto de Engenharia Mecânica
Av. BPS 1303 Av. BPS 1303 –– C.P. 50 C.P. 50 –– CEP: 37500CEP: 37500--930930
ItajubItajubáá--MG MG –– BrasilBrasil
www.nest.unifei.edu.brwww.nest.unifei.edu.br