| Descrição | FORNOS RETANGULARES DE ALVENARIA | ||||
| Homogeneidade do carvão vegetal (carbono fixo de 75% + desvio padrão) | Distribuição gasosa ineficiente | 0 | |||
| Combustão interna com altos gradientes de temperatura | 0 | ||||
| Geometria retangular com presença de zonas frias durante todo o processo. Durante o resfriamento ainda existem zonas em carbonização processo. | 0 | ||||
| Resistência mecânica (taxa de geração de finos) | Secagem a altas temperaturas com rompimento das fibras de madeira | 1 | |||
| Combustão interna com altos gradientes de temperatura | 0 | ||||
| Rendimento gravimétrico líquido | Maior queima de madeira para secagem devido à umidade da madeira (>25% db) | 1 | |||
| Queima do carvão devido à presença de vazamentos devido à trincas da alvenaria | 1 | ||||
| Produtividade dos fornos (disponibilidade mecânica x produção) | Com queimador de gases apresenta forte dependência de sincronismo | 0 | |||
| Carbonização lenta devido à geometria do forno e distribuição ineficiente dos gases | 1 | ||||
| Resfriamento lento devido à composição dos tijolos do forno, podendo ser melhorada com implantação de trocadores de calor | 1 | ||||
| Manutenção de baixo custo | 3 | ||||
| Sem dependência externa de energia | 3 | ||||
| 36 | PONTUAÇÃO TOTAL | 11 | |||
| Pontuação máxima | Performance relativa | 31% | |||
Tecnologia WavenTech.
Tecnologia WavenTech.
Carbonização x Pirólise
Para entender os diferenciais da tecnologia, é preciso compreender as vantagens de se realizar pirólise em relação à simples carbonização.
Pirólise (do grego pyr, pyrós = fogo + lýsis = dissolução) é uma reação de análise ou decomposição que ocorre pela ação de altas temperaturas, havendo a ruptura da estrutura molecular original de um determinado composto (no caso, madeira ou biomassa) pela ação do calor em um ambiente com pouco ou nenhum oxigênio.
Basicamente, com a pirólise podemos recuperar e aproveitar as frações líquidas e gasosas advindas da reação, que na carbonização são queimadas e/ou simplesmente lançadas na atmosfera (=fumaça). Assim, o papel da tecnologia WavenTech. é proporcionar um ambiente ideal para essa reação, obtendo frações sólidas, líquidas e gasosas nas quantidades desejadas.
Essa é a beleza da nossa solução!
Comparação da pirólise clássica com processo de carbonização tradicional
Tecnologia WavenTech.
Método Tradicional x Tecnologia WavenTech.
Antes de uma explicação técnica, apresentamos imagens contrastantes, em relação a 4 aspectos que marcam essa diferença:
Antes
Depois
Atividade industrial x atividade rural
Antes
Depois
Manuseio profissional x manuseio precário
Antes
Depois
Processo automatizado x forte dependência de mão de obra
Antes
Depois
Modelagem matemática x avaliação subjetiva
Como se pode perceber, a diferença é significativa.
A diferenciação ficará ainda mais patente com a abordagem técnica, a partir da explicação a seguir.
A tecnologia de pirólise assistida por micro-ondas proporciona a eliminação dos impactos ambientais e a valorização energética dos efluentes, transformando-os em energia elétrica sustentável e contribuindo para redução do custo do carvão vegetal por 3 motivos:
Não há queima de parte da madeira
Conversão integral dos efluentes em energia elétrica, com capacidade bem maior que a consumida (ciclo combinado de Brayton/Rankine)
Menor investimento em ativo imobilizado
A tecnologia WavenTech. / Ondatec foi avaliada pelo CGEE (Centro de Gestão e Estudos Estratégicos) do MDIC (Ministérios de Desenvolvimento, Indústria e Comércio) em 2014 e obteve a melhor avaliação entre as tecnologias avaliadas. Obteve uma performance relativa de 89% contra 31% em relação aos fornos retangulares.
| Descrição | UNIDADES WAVENTECH. | ||||
| Homogeneidade do carvão vegetal (carbono fixo de 75% + desvio padrão) | Distribuição energética eficiente | 3 | |||
| Energia externa de alta estabilidade e controle | 3 | ||||
| Fases distintas de secagem, carbonização e resfriamento por forno | 3 | ||||
| Resistência mecânica (taxa de geração de finos) | Secagem com atmosfera composta de vapor e gás quente reduzindo-se fraturas das fibras da madeira | 3 | |||
| Secagem e Carbonização ocorrendo de dentro para fora da peça de madeira com alta preservação estrutural | 2 | ||||
| Rendimento gravimétrico líquido | Sem queima de madeira independente da umidade devido à utilização de energia externa | 3 | |||
| Sem queima do carvão devido à elevada estanqueidade do processo podendo chegar a rendimentos gravimétricos de laboratório | 3 | ||||
| Produtividade dos fornos (disponibilidade mecânica x produção) | Produção contínua totalmente independente de sincronismo | 3 | |||
| Carbonização rápida devido à boa distribuição energética fornecida pelas micro-ondas | 3 | ||||
| Alta produtividade em relação aos fornos convencionais, principalmente pelo efeito de carbonização de dentro para fora das peças de madeira | 3 | ||||
| Manutenção de baixo custo, com foco principal nos magnetrons com fácil reposição de peças | 3 | ||||
| Alta dependência de externa de energia | 0 | ||||
| 36 | PONTUAÇÃO TOTAL | 32 | |||
| Pontuação Máxima | Performance relativa | 89% | |||
Análise qualitativa da tecnologia WavenTech. / Ondatec (fonte: Relatório de Modernização da Produção de Carvão Vegetal – CGEE/MDIC – 2014, pag. 36)
Esse estudo aponta como ponto fraco a alta dependência de energia externa, mas ela é suprida pela geração com os efluentes da pirólise, produzindo energia suficiente para a planta de carbonização e com um excedente líquido de 2,8 MWh/tonelada de carvão vegetal produzido.
O processo de carbonização convencional produz basicamente carvão e fumaça composta por uma mistura de gases não condensáveis (GNC) e condensáveis, denominados por bio-óleo (alcatrão e ácidos pirolenhosos). A tecnologia convencional de produção do carvão industrial não favorece o aproveitamento dos efluentes gasosos pelos seguintes fatores:
É necessário injetar ar para queima da madeira e parte da fumaça
É um processo em batelada, não tendo produção contínua de fumaça
O controle de processo não eficiente produz carvão com diferentes teores de carbono fixo, implicando em elevada variabilidade na composição dos gases
Assim, no processo industrial, uma tonelada de madeira anidra é convertida em média (nacional) em 250 kg de carvão e 750 kg de fumaça!
A pirólise da madeira, em relação à carbonização, apresenta a vantagem de permitir aproveitar integralmente a energia contida na madeira, onde:
O processo ocorre em atmosfera controlada na ausência de oxigênio
A fumaça apresenta maior poder calórico pela ausência de nitrogênio, já que não há admissão de ar
Não queima parte da madeira enfornada, permitindo obter maior rendimento na conversão madeira/carvão vegetal
Não há lançamento de nenhum efluente na atmosfera, pois a fumaça é fracionada em dois compostos energéticos: Gás Não Condensável (GNC) e óleo de pirólise (bio-óleo)
A figura abaixo ilustra a comparação entre a carbonização e a pirólise:
Diferença em termos de rendimento gravimétrico
Resumo das vantagens da pirólise assistida por micro-ondas na produção de carvão:
Processo limpo: sem poeira, sem fumaça e sem emissão de gases, ocorrendo dentro de uma câmara fechada
Em termos de emissões totais, a tecnologia WavenTech., emite 56% menos que processos convencionais, ou 1.124 kg a menos de CO2 por tonelada de carvão produzido
Não há injeção de ar, obtendo-se um maior poder calórico dos efluentes, com 100% de aproveitamento
Controle avançado do processo permite obter propriedades definidas e estáveis (set point de carbono fixo), impossível em sistemas por batelada
Processo contínuo com duração de 3h, sem necessidade de sincronizar fornos
Baixíssimo teor de cinzas e finos
Melhora o retorno financeiro para a cadeia do ferro-gusa: aumento da produtividade da floresta (menor área plantada) e do alto forno
A energia necessária para seu funcionamento pode ser gerada com os próprios efluentes da pirólise
Tecnologia WavenTech.
Comparativo e Síntese das Vantagens
A tabela abaixo faz uma comparação ponto a ponto dos aspectos mais relevantes na análise da produção de carvão, relacionados ao meio ambiente, eficiência do processo, rendimento e economia:
Comparativo ponto a ponto: método tradicional x tecnologia WavenTech.
Tecnologia WavenTech.
Balanço de Massa e Energia
A figura a seguir apresenta os produtos da carbonização advindos da utilização da tecnologia:
Produtos da carbonização de 1 tonelada de madeira
Para cada tonelada de carvão são produzidos cerca de 1,2 tonelada de bio-óleo e 0,8 tonelada de Gás Não Condensável (GNC), podendo variar em função do teor de carbono fixo que se deseja no carvão vegetal. A título de exemplo, para um ajuste de rendimento gravimétrico de 33%, serão produzidos 40% de óleo de pirólise e 27% de GNC, como ilustra a figura seguinte:
Balanço de massa e energia
Em termos de balanço de massa, é possível notar que a quantidade de energia térmica nos efluentes é da mesma ordem que a contida no carvão vegetal, algo que difere completamente da carbonização convencional. Pode-se notar que os efluentes da pirólise, para esse ponto de ajuste do processo, contém 48% da energia original da madeira, que é desprezado nos demais processos de carbonização por limitação tecnológica.
Menos da metade da energia gerada pelos efluentes é suficiente para gerar energia elétrica para o processo, havendo um excedente de óleo ou de energia elétrica.
Como o processo avaliado é contínuo e o ciclo produtivo é de 3 horas, a vazão mássica de fumaça é mais de 120 vezes maior que no forno industrial tradicional. E a densidade energética 4 vezes maior porque a presença de nitrogênio é praticamente nula (ausência de entrada de ar).
Queima da fumaça do processo de pirólise assistida por micro-ondas, durante a produção contínua de carvão vegetal
Tecnologia WavenTech.
Fluxo do Processo
O processo completo de produção de carvão com a tecnologia WavenTech., e aproveitamento dos efluentes da pirólise para produção de energia, é mostrado ao lado:
Produção de carvão e energia
Tecnologia WavenTech.
Consumo e Geração de Energia
O consumo de energia elétrica para a produção de uma tonelada de madeira pode variar em função do ajuste do rendimento gravimétrico. Essa variação reflete a qualidade desejada do carvão: quanto menor o rendimento gravimétrico, maior o teor de carbono e menor a resistência mecânica.
O aproveitamento da energia dos efluentes pode ser realizada das seguintes formas:
Queima direta do GNC (Gás Não Condensável) e óleo em caldeiras para geração de vapor e cogeração de energia elétrica
Queima direta do GNC em moto gerador a gás
Queima direta do GNC e óleo em turbinas a gás (turbina OPRA – OP16 desenvolvida especificamente para o óleo de pirólise), produzindo energia elétrica e gás aquecido a 570°C
Turbina OPRA OP16, podendo trabalhar com gás e óleo provenientes do micro-ondas
Como os gases de exaustão possuem elevada temperatura, ainda é possível direcioná-los à uma caldeira de recuperação de calor, gerando vapor para outro turbogerador. Essa combinação é excelente, pois permite viabilizar economicamente o aproveitamento dos efluentes. É sabido no meio técnico que a geração de energia com biomassa só é viável se estiver associada à geração de vapor de processo, por causa do baixo rendimento na conversão da energia térmica em elétrica.
O ciclo combinado permite auferir ganhos significativos. Isso implica em menor gasto de matéria prima, menor custo com frete e menor investimento se comparado com um processo convencional.
A tecnologia de geração de energia com o ciclo combinado é bastante difundida com uso de gás natural, mas a tecnologia de pirólise permite que ela seja aplicada na produção de carvão. Faltavam apenas dois elementos: o reator de pirólise (WavenTech.) e a turbina a gás (OPRA) para gás de pirólise, ambas já existentes no mercado!
Tecnologia do ciclo combinado Brayton/Rankine: exemplo de “Flex-Plant” da Siemens
Eficiência na conversão energética do ciclo combinado da “Flex Plant” da Siemens
Tecnologia WavenTech.
Por que é disruptiva?
Há uma série de fatores que diferenciam a tecnologia WavenTech. de métodos tradicionais, como já foi descrito.
Porém, certas particularidades técnicas tornam a tecnologia única, em comparação a concorrentes que se propõem a produzir carvão de forma avançada, mas que não conseguem a mesma sofisticação, e consequentemente os mesmos resultados. Os diferenciais que garantem o caráter disruptivo são os seguintes:
Carvão de babaçu, produzido com a tecnologia WavenTech.
O processo de carbonização é modelado matematicamente, podendo realizar a pirólise de madeira ou de qualquer outra biomassa;
O controle da carbonização é plenamente elétrico, permitindo refinamento único dos parâmetros, exclusivo desta tecnologia;
A lógica da interação entre os softwares de carbonização e de controle do processo é o cerne da tecnologia: o sistema de controle do hardware é realimentado por múltiplos estados, enquanto o software de carbonização gera os “set points” da UPEC. Na prática, uma vez que as características da madeira (ou biomassa) sejam inseridas, esse controle garante que as saídas desejadas sejam obtidas (produtos), fazendo com que o sistema entregue adequadamente o nível de potência em cada magnetron e/ou setor da câmara, com a velocidade correta da esteira, enquanto monitora continuamente todos os parâmetros.