Biomassa para Geração de Energia em Pinus taeda L - Estudo de Idades e Manejo

353 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 Produção de biomassa para geração de energia em PRODUÇÃO DE BIOMASSA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EM POVOAMENTOS DE Pinus taeda L COM DIFERENTES IDADES1 Martha Andreia Brand2 Thielly Schmidt Furtado Stähelin3 Juliana Ceccato Ferreira4 e Márcio Daian Neves5 RESUMO Os objetivos deste trabalho foram quantificar e qualificar a biomassa residual produzida em plantios comerciais de Pinus taeda L em diferentes idades e sistemas de manejo visando à geração de energia em sistemas de cogeração As idades dos povoamentos foram três anos primeira poda seis anos terceira poda 10 anos terceira poda 12 anos primeiro desbaste 14 anos primeiro desbaste 16 anos segundo desbaste e 24 anos corte raso Cinco árvores foram colhidas em cada idade e seus componentes separados pesados e analisados quanto ao teor de umidade e ao poder calorífico Os dados quantitativos e qualitativos foram correlacionados para determinar o potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal Os plantios de Pinus taeda L produziram de 30 a 95 t de biomassa florestalha respectivamente aos 3 e 24 anos de idade O maior potencial produtivo de biomassa para a geração de energia são o corte raso 24 anos o primeiro desbaste 14 anos e a terceira poda 10 anos respectivamente O material com melhor qualidade para geração de energia foi o galho com o menor teor de umidade 54 e o maior poder calorífico líquido 1784 kcalkg sendo 24 14 e 10 anos as melhores idades O sistema de manejo e as práticas silviculturais têm influência juntamente com a idade na produção de biomassa por unidade de área O rendimento energético da biomassa recémcolhida é baixo necessitando de tratamento prévio para redução do teor de umidade e aumento do poder calorífico líquido Palavraschave Resíduos Eficiência energética Cogeração PRODUCTION OF BIOMASS FOR ENERGY GENERATION IN PLANTATIONS OF Pinus taeda L WITH DIFFERENT AGES ABSTRACT The objectives of this study were to quantify and qualify the residual biomass produced in commercial plantations of Pinus taeda L in different ages and management systems aiming at generating energy in cogeneration systems The ages of the forests were 3 years first pruning 6 years third pruning 10 years third pruning 12 years first thinning 14 years first thinning 16 second thinning and 24 years harvesting Five trees were harvested at each age and their separate components were weighed and analyzed for moisture content and calorific value Quantitative and qualitative data were correlated to determine the potential for generating electricity from forest biomass The plantations of Pinus taeda L produced 3095 tonnes of forestry biomassha respectively at 3 and 24 years of age The highest yield potential of biomass for energy generation are harvesting 24 years first thinning 14 years and third pruning 10 years respectively The best quality material for power generation was the branch with the lowest moisture content 54 and higher net calorific value 1784 kcalkg and the best ages were 24 14 and 10 years The management system and forestry practices have an influence together with age on biomass production per unit area The energy performance of newly harvested biomass is low requiring treatment to reduce the moisture content and increase in net calorific value Keywords Residues Energetic efficiency Cogeneration 1 Recebido em 20052010 aceito para publicação em 27022014 2 Departamento de Engenharia Florestal Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC Brasil Email a2mabcavudescbr 3 Departamento Nacional de Infraestrutura de transportes DNIT Email thiellysfhotmailcom 4 Mestrado em Bioenergia Universidade Federal do Paraná UFPR Brasil Email cfjulianayahoocombr 5 Tractebel Energia SA Email mnevestractebelenergiacombr 354 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 BRAND MA et al 1 INTRODUÇÃO Segundo o Ministério de Minas e Energia BRASIL 2011 a oferta interna de energia no Brasil teve como principais representantes o petróleo e derivados com 479 a biomassa com 271 e a energia hidráulica e elétrica com 14 em 2010 O que se observou ainda é que esses dados não se alteraram significativamente ao longo dos últimos anos apresentando inclusive tendência de aumento do uso da biomassa no futuro Em comparação com o mundo a matriz energética brasileira é considerada limpa pelo uso intensivo das fontes de energia renováveis Nesse aspecto a biomassa tem grande representatividade no entanto ainda não recebe o destaque merecido no balanço energético nacional Mesmo com a importância atual da biomassa esta fonte de energia pode se tornar ainda mais promissora se for incluído o uso dos resíduos e matériasprimas oriundas das atividades de base florestal tanto da floresta quanto da indústria para a geração de energia principalmente elétrica Para promover o desenvolvimento mais intenso dessa fonte energética são necessárias informações da capacidade produtiva da biomassa para o uso energético e dos riscos potenciais do seu uso para o ambiente em comparação com as outras fontes energéticas Devese ainda verificar se haverá ganhos sociais e econômicos em função da geração de emprego e renda a partir da criação e desenvolvimento do mercado de resíduos Estudos de quantificação e qualificação da biomassa da indústria madeireira realizados a partir de 2001 e experiências industriais do uso da biomassa para geração de energia elétrica oriunda de indústrias de base florestal a partir de 2005 na região Serrana Sul de Santa Catarina vêm demonstrando o grande potencial econômico social e ambiental do uso dessa fonte para a geração de energia BRAND et al 2001 BRAND NEVES 2005 BRAND et al 2009 Em termos econômicos os ganhos observados foram através do aumento da renda das indústrias com a venda dos resíduos surgindo um novo mercado na região HOFF et al 2008 Os ganhos sociais envolvem postos de trabalho e inclusão de novas empresas na cadeira produtiva da energia em termos ambientais pela redução de passivos ambientais quando eram gerados pelo acúmulo dos resíduos industriais nos pátios da indústria e de aterros e comercialização dos créditos de carbono pela planta de geração de energia elétrica a partir da biomassa Em 2012 a quantidade de biomassa mais utilizada é a originária das indústrias de transformações primária e secundária da madeira em razão da extensa área de plantios florestais em Santa Catarina com 538254 ha concentrados nas regiões do Planalto Sul e Norte do Estado e pertencentes a grandes empresas com plantios com mais de 100000 ha ABRAF 2012 Além das indústrias de transformação o processo de produção florestal é responsável pela geração de resíduos como galhos finos acículas e casca além das operações silviculturais de poda desbaste até o corte raso A elevação dos preços dos resíduos oriundos da indústria e o surgimento de novas alternativas de uso desses resíduos no mercado geraram a necessidade de estudos para a quantificação e qualificação da biomassa gerada nas florestas A geração de resíduos ao longo do processo de produção florestal do Pinus spp é uma realidade na região do Planalto Sul catarinense Lages desde as atividades silviculturais de poda e desbaste até o corte raso em que são gerados materiais não comercializáveis como galhos finos acículas e casca Segundo Soares et al 2003 os valores obtidos indicaram que a colheita florestal visando ao sistema de uso múltiplo apresenta mais lucro que o uso único Assim os multiprodutos demonstraram ser a melhor alternativa de remuneração do produto advindo de povoamentos florestais Além disso as condições climáticas e de solo bem como a idade contribui para a variação da quantidade de biomassa produzida em um povoamento como observou Santana 2008 quando avaliou plantios de Eucalyptus em diferentes idades e regiões de plantios Nesse contexto o objetivo deste trabalho foi quantificar e qualificar a biomassa residual produzida em plantios comerciais de Pinus taeda em diferentes idades e sistemas de manejo visando à geração de energia em sistemas de cogeração 355 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 Produção de biomassa para geração de energia em 2 MATERIAL E MÉTODOS A biomassa florestal foi coletada em povoamentos de Pinus taeda L localizados nos Municípios de Correia Pinto e Bocaina do Sul no Estado de Santa Catarina em sete idades Além das idades foram selecionadas diferentes etapas de manejo da floresta Tabela 1 Aos 3 e 6 anos de idade foi retirado em torno de 50 a 70 da copa de todas as árvores do povoamento sendo o procedimento de poda realizado por funcionário da empresa em que se determinou a massa do material obtido na poda Aos 10 anos de idade as árvores foram podadas com supressão de 50 da copa das árvores Ocorreram dois desbastes sendo o primeiro feito aos 12 e 14 anos e o segundo aos 16 anos Em cada um dos desbastes a supressão foi de 50 das árvores O corte final foi feito aos 24 anos O cálculo da biomassa por unidade de área para geração de energia foi feito a partir das árvores retiradas A avaliação das árvores consistiu na medição do DAP altura total e comercial diâmetro mínimo de 8 cm de ponta fina em cinco árvores em cada povoamento dentro de uma parcela de 10 x10 m De cada uma das árvores foram coletados separadamente galhos livres de folhas acículas copa parte do tronco com diâmetro inferior a 8 cm livre de galhos e folhas e discos na base DAP e aos 25 50 75 e 100 da altura comercial até o diâmetro mínimo de 8 cm para a determinação das propriedades energéticas da biomassa Neste estudo foi coletado em campo cada componente separadamente sendo todas as folhas acículas retiradas dos galhos e a copa consistiu na parte do tronco com diâmetro inferior a 8 cm livre de galhos e folhas Assim cada árvore foi separada em quatro componentes fuste comercial com diâmetro superior a 8 cm de ponta fina que não foi medido no estudo folhas acículas galhos livres de folhas e copa livre de galhos e folhas As acículas copa e galhos de cada árvore foram pesados separadamente para determinar a produção individual das árvores Posteriormente foram calculados os valores médios de cada componente sendo estes extrapolados para a unidade de área No laboratório o material foi preparado para as análises seguindo as normas NBR 14929 para teor de umidade e DIN 51900 para poder calorífico superior e líquido6 O potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal residual foi calculado a partir de dados previamente conhecidos oriundos da experiência do uso da biomassa florestal entre 2005 e 2012 no sistema de cogeração instalado na cidade de Lages no Estado de Santa Catarina da planta de cogeração Lages da empresa Tractebel Energia SA Poder calorífico líquido médio da biomassa de 1550 kcalkg valor da biomassa florestal utilizada na cogeradora determinado em bomba calorimétrica no 6 Poder calorífico superior é a quantidade de calor total energia térmica que é liberado durante a combustão completa de uma unidade de massa ou de volume de combustível kcalkg ou KJKg kcalm3 ou KJm3 Para o cálculo do poder calorífico inferior é descontada a energia carga para a liberação do hidrogênio de constituição No entanto quando o combustível tiver umidade livre devese utilizar o poder calorífico inferior na base úmida ou poder calorífico líquido Neste caso além da energia perdida para a liberação do hidrogênio de constituição é descontada também a energia para evaporar a água livre do combustível BRAND 2010 Tabela 1 Condições dos povoamentos de Pinus taeda utilizados para a quantificação e qualificação da biomassa florestal na região de Lages SC Table 1 Management of Pinus taeda plantations used for the quantification and qualification of forest biomass Lages SC Brazil Idade Número Árvores Atividade DAP médio Altura total Altura comercial árvores ha retiradas silvicultural média 3 2000 0 Primeira poda 10 Não medida Não medida 6 2000 0 Terceira poda 16 8 Não medida 10 1600 0 Terceira poda 20 13 9 12 1333 667 Primeiro desbaste 22 17 11 14 1400 700 Primeiro desbaste 21 16 11 16 800 400 Segundo desbaste 26 21 17 24 550 550 Corte raso 33 27 24 356 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 BRAND MA et al Laboratório de Energia da Madeira da Universidade do Planalto Catarinense em 60 amostras mensais de biomassa florestal utilizadas na usina de cogeração A produção de biomassa por unidade de área apresentada na Tabela 2 dos resultados Um fator de conversão de 22 toneladas de biomassa para a geração de 1 MWhora de energia elétrica7 E no consumo médio de 200 KWhoramês de energia elétrica de uma residência urbana Para análise estatística foi utilizado o software Statistica em que foram aplicados o teste F e o teste de média de Tukey Para a produção de biomassa por árvore e por unidade de área foram verificadas as variações ocorridas para cada componente galhos folhas e copa entre as idades para determinar qual a idade mais produtiva em cada tipo de biomassa produzida pela espécie Para o teor de umidade e poder calorífico foram avaliadas as variações em cada componente nas diferentes idades e também as Figura 1 Representação percentual de cada componente na biomassa florestal total por indivíduo em cada idade Figure 1 Percentage representation of each component in the total forest biomass per individual at each age Tabela 2 Produção de biomassa dos componentes de Pinus taeda nas diferentes idades Table 2 Biomass production of components of Pinus taeda at different ages Idade anos Peso dos componentes das árvores kgárvore Galhos Folhas acículas Copa Total 3 673 d 846 c 000 15 6 850 cd 690 c 000 15 10 2055 bcd 1505 bc 000 36 12 4110 bcd 1540 bc 1170 a c 68 14 5490 bc 2720 b 930 bc 91 16 5700 ab 1756 bc 1310 a 88 24 11530 a 4990 a 740 b 173 Produção de biomassa por unidade de área toneladasha Idadeanos Galhos Folhas Copa Total Total sem folhas 3 1346 b 1691 ab 000 30 b 13 c 6 1700 b 1380 ab 000 31 b 17 bc 10 3288 ab 2408 a 000 57 ab 33 bc 12 2739 ab 1026 b 780 a 45 b 35 bc 14 3843 ab 1904 ab 651 ab 64 ab 45 ab 16 2280 b 702 b 524 bc 35 b 28 bc 24 6342 a 2745 a 407 c 95 a 67 a Nota 1 Médias seguidas pela mesma letra dentro de cada componente análise na coluna não diferem significativamente pelo teste de Tukey 2 Número de árvores por ha consideradas para o cálculo 3 anos 2000 árvores 6 anos 2000 10 anos 1600 12 anos 667 14 anos 700 16 anos 400 24 anos 550 Note 1 Average followed by the same letter within each component column analysis did not differ significantly by Tukey test 2 Number of trees per ha used to calculate 3 years 2000 trees 6 years 2000 10 years 1600 12 years 667 14 years 700 16 400 24 years old 550 7 Este valor é baseado em valores de eficiência obtidos na cogeradora de energia UCLA Tractebel Energia SA variações entre os componentes na mesma idade de forma a determinar o maior potencial de cada material e respectiva idade 357 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 Produção de biomassa para geração de energia em 3 RESULTADOS 31 Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia Na Tabela 2 e na Figura 1 são apresentados os resultados da determinação da produção de biomassa residual em cada idade por árvore e por unidade de área Na Figura 1 não aparece a quantidade de copa nas idades de 3 6 e 10 anos pois só foi retirada a massa das folhas e galhos das árvores no procedimento de poda 32 Qualidade da biomassa florestal para a geração de energia Na Tabela 3 são apresentados os valores médios individuais e totais do teor de umidade e poder calorífico de cada componente em cada idade e nas diferentes etapas de manejo 33 Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal Na Tabela 4 são apresentados os resultados da capacidade de produção de energia elétrica a partir do uso da biomassa florestal obtida por unidade de área nas idades estudadas 4 DISCUSSÕES 41 Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia A produção de biomassa por árvore variou de 15 kgárvore 3 e 6 anos de idade nas atividades de poda até 173 kgárvore 24 anos de idade no corte raso A quantidade de biomassa aumentou proporcionalmente com a idade com a diminuição da proporção de folhas e aumento da proporção de galhos Figura 1 Acima de 10 anos de idade a quantidade Nota Médias seguidas pela mesma letra não diferem significativamente pelo teste de Tukey 1 Variação entre idades análise na coluna 2 Variação entre componentes copa x galho x folha análise na linha e 3 Variação entre idades para cada componente separadamente análise na coluna Note Average followed by the same letter do not differ significantly by Tukey test 1 Variation between ages analysis column 2 Variation between components treetop x branch x leaf analysis in line and 3 Variation between ages for each component separately analysis column Tabela 3 Propriedades energéticas dos componentes de Pinus taeda recémcolhido em diferentes idades Table 3 Energetic properties of Pinus taeda componets recently harvested at different ages Teor de umidade Copa3 Galho3 Folha3 Média1 3 anos 56 ab 52 a 54 b 10 anos 62 a 61 a 63 a 62 a 12 anos 64 a 50 ab 57 a 57 ab 14 anos 56 a 59 ab 57 a 57 ab 16 anos 48 b 61 a 54 b 24 anos 62 a 48 a 56 a 55 b Média2 61 a 54 b 58 a Poder calorífico superior kcalkg Copa3 Galho3 Folha3 Média1 3 anos 4877 ab 5040 b 4958 b 10 anos 4898 ab 4812 b 5096 b 4935 b 12 anos 4931 a 4976 a 5121 b 5009 ab 14 anos 4820 b 4844 b 5113 b 4923 b 16 anos 4889 ab 5122 b 5006 ab 24 anos 4933 ab 4977 a 5258 a 5059 a Média2 4894 c 4896 c 5125 b Poder calorífico líquido kcalkg Copa3 Galho3 Folha3 Média1 3 1654 abc 1862 a 1758 ab 10 1338 a 1389 c 1340 a 1356 b 12 1289 a 1988 a c 1641 a 1639 ab 14 1644 a 1455 bc 1633 a 1579 ab 16 2053 ab 1476 a 1765 a 24 1393 a 2113 a 1807 a 1780 a Média2 1420 c 1784 b 1622 bc 358 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 BRAND MA et al de galhos e copa excede 70 do total de biomassa residual produzido por indivíduo o que é interessante principalmente nos casos em que se recomenda a manutenção das folhas no campo para minimizar a exportação de nutrientes A quantidade de biomassa da copa diminui nas árvores mais velhas concordando com Santana 2008 que observou o mesmo fenômeno na quantificação de biomassa em Eucalyptus Isso porque o crescimento em altura tende a diminuir e ocorrer a maior formação de galhos como pode ser observado na Figura 1 Povoamentos mais velhos e com maior espaçamento entre indivíduos tendem a tomar forma mais cônica A comparação entre médias da quantidade de biomassa por árvore pelo teste de Tukey demonstrou que a produção de galhos e folhas teve a tendência de formar grupos similares agregando diferentes idades a esses grupos Tanto para folhas quanto para os galhos a produção foi similar entre 3 e 12 anos Tabela 2 formando grupos estatisticamente iguais Um segundo grupo foi formado pelas idades de 10 a 16 anos Tabela 2 Já a idade de 24 anos se comportou de forma diferente tendo maior produção tanto de galhos quanto de folhas No entanto mesmo que a análise estatística tenha agrupado idades podese perceber que a produção teve grande variação mesmo dentro dos grupos de idades Considerando a idade os indivíduos com maior produção de biomassa foram os com 24 14 e 16 anos respectivamente Nas diferentes idades o sistema de manejo e as práticas silviculturais têm influência sobre o número de indivíduos remanescentes por unidade de área e a quantidade de biomassa extraída da floresta A produção de biomassa por unidade de área variou de 30 3 e 6 anos a 95 tha 24 anos Se não forem incluídas na soma da quantificação da biomassa das folhas o potencial varia de 13 a 67 tha nas idades de 3 e 24 anos respectivamente Assim o maior potencial produtivo de biomassa está no corte raso 24 anos mesmo tendo número menor de indivíduos por unidade de área 550 Árvores com maior idade produziram maior quantidade individual de biomassa Assim mesmo com a redução no número de indivíduos por unidade de área promovida pelos desbastes o maior potencial produtivo de biomassa está nas maiores idades Tanto para os galhos quanto para as folhas a maior produção foi no corte raso Para os galhos o primeiro desbaste 14 anos se destacou como a segunda maior produção enquanto a idade de 10 anos teve a segunda maior produção de biomassa na forma de folhas Portanto as situações com maior potencial de biomassa para a geração de energia são o corte raso 24 anos primeiro desbaste 14 anos e terceira poda 10 anos Em contrapartida as situações de menor potencial são a primeira e a terceira poda 3 e 6 anos Além disso devese considerar que o custo operacional e as dificuldades de locomoção dentro do povoamento coleta retirada da biomassa e transporte na poda são maiores que nas demais operações silviculturais O preço médio pago na região de Lages SC em 2012 pela biomassa florestal para a geração de energia é de R 5200tonelada a renda nas operações silviculturais com o uso da biomassa para geração de energia pode variar de R67600ha na condição de permanência das folhas na floresta até R494000ha na condição de extração da biomassa em corte raso 42 Qualidade da biomassa florestal para a geração de energia Todos os componentes galhos folhas copa apresentam alto teor de umidade Segundo Garstang et al 2002 a biomassa para a geração de energia deve apresentar teores de umidade iguais ou inferiores a 30 Tabela 4 Potencial de produção de energia elétrica a partir do uso da biomassa florestal em sistemas de cogeração de energia Table 4 Potential production of electricity from the use of forest biomass in systems of cogeneration power Idade Produção de Produção energia Número de casas Produção de energia Número de casas biomassatha elétrica MWh atendidasMês elétrica KWh atendidashora 3 30 14 68 13636 49091 6 31 14 70 14091 50727 10 57 26 130 25909 93273 12 45 20 102 20455 73636 14 64 29 145 29091 104727 16 35 16 80 15909 57273 24 95 43 216 43182 155455 359 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 Produção de biomassa para geração de energia em Verificou que a copa e as folhas tiveram maior teor de umidade enquanto os galhos apresentaram menor valor O aumento da idade promoveu redução do teor de umidade porém não de maneira a melhorar a eficiência de conversão da biomassa em energia Dessa forma o tipo de componente galhos folhas ou copa demonstrou ter maior influência sobre a variação no teor de umidade que a idade das árvores O poder calorífico superior é influenciado pela composição química da biomassa THÖRNQVIST 1986 SJÖSTRÖM 1993 JIRJIS 1995 GARSTANG et al 2002 havendo variação entre os componentes avaliados Os valores foram de 4800 a 5200 kcalkg com maiores valores de folhas e menores de copa e galhos As folhas possuem maior conteúdo de extrativos que aumentam o poder calorífico da biomassa O poder calorífico superior variou proporcionalmente em relação à idade com maiores valores nas idades de 24 12 e 16 anos e ligeiramente inferiores nas demais idades Em termos práticos para uso da biomassa para a geração de energia são consideradas importantes variações superiores a 300 kcalkg BRAND 2010 o que não foi observado entre os materiais e entre as idades Assim podese considerar que a eficiência de conversão energética tanto dos materiais quanto das idades será similar para um mesmo teor de umidade O poder calorífico líquido variou de 1300 a 2100 kcalkg com maiores valores nas maiores idades 24 e 16 anos e no componente galho O poder calorífico líquido está estreitamente relacionado ao teor de umidade e quanto maior o teor de umidade menor o poder calorífico Assim os galhos que apresentaram menor teor de umidade tiveram os mais altos valores de poder calorífico líquido constituindose no melhor material para a geração de energia No entanto considerando que o teor de umidade é alto e que o poder calorífico líquido mínimo desejado para biomassa usada em plantas de cogeração de energia é de 1900 kcalkg nenhum dos materiais avaliados terá bom desempenho energético sem um tratamento prévio para a redução do teor de umidade 43 Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal Considerando o potencial de produção de biomassa nas diferentes idades e sistemas de manejo a menor capacidade produtiva 30 tha 3 anos o potencial de produção de energia elétrica seria suficiente para abastecer 68 residênciasmês com consumo médio de 200 kWhoramês ou então 49000 residências durante 1 h Na maior capacidade produtiva de biomassa 95 tha 24 anos poderseia fornecer energia elétrica para 216 casasmês ou abastecer 155455 casas durante 1 h através da combustão da biomassa para geração de energia elétrica em um sistema de cogeração Esses números demonstram o grande potencial de geração de energia elétrica a partir do uso de biomassa florestal oriunda de atividades silviculturais e que atualmente é deixada na floresta sem uso Esses resultados apoiam as conclusões obtidas por Soares et al 2003 que defendem o uso da biomassa florestal para uso múltiplo 5 CONCLUSÕES 51 Quantidade de biomassa A produção de biomassa florestal por árvore é diretamente proporcional à idade O aumento da idade proporciona maior produção e galhos e redução da produção de folhas e copa O sistema de manejo e as práticas silviculturais têm influência juntamente com a idade na produção de biomassa por unidade de área O maior potencial produtivo de biomassa para a geração de energia são o corte raso 24 anos o primeiro desbaste 14 anos e a terceira poda 10 anos respectivamente 52 Qualidade da biomassa O material com melhor qualidade para geração de energia é o galho pois possui o menor teor de umidade e o maior poder calorífico líquido O tipo de componente teve maior influência na qualidade energética da biomassa do que a idade A qualidade da biomassa recémcolhida é baixa para geração de energia necessitando de tratamento prévio para redução do teor de umidade e aumento do poder calorífico líquido 360 Revista Árvore ViçosaMG v38 n2 p353360 2014 BRAND MA et al 53 Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal O potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal residual é alto por unidade de área e justifica o incentivo dessa fonte como alternativa para a produção de energia limpa 6 AGRADECIMENTOS À Tractebel SA pelo apoio financeiro para a realização das atividades do projeto À Flobasa por permitir o acesso aos seus povoamentos e o uso de seus materiais À EMBRAPA Florestas pela concessão de bolsas a dois dos autores À Universidade do Planalto Catarinense UNIPLAC pela utilização de suas dependências e concessão de bolsas a integrantes do grupo de pesquisa 7 REFERÊNCIAS ABRAF Anuário Estatístico da Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas ABRAF 2012 ano base 2011ABRAF Brasilia 2012 150p ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 14929 Madeira Determinação do teor de umidade de cavacos Método por secagem em estufa Rio de Janeiro 2003 BRAND M A Energia de biomassa florestal Rio de Janeiro Interciência 2010 131p BRAND M A NEVES M D Levantamento da disponibilidade dos resíduos florestais de madeira e avaliação da variação de sua qualidade energética em função da condições climáticas anuais na região de LagesSanta Catarina Lages Universidade do Planalto Catarinense 2005 Relatório Técnico BRAND M A et al Caracterização da produção e uso dos resíduos madeiráveis gerados na indústria de base florestal da região serrana catarinense Lages Universidade do Planalto Catarinense 2001 Relatório Técnico BRAND M A et al Parâmetros de controle da qualidade e preço da biomassa florestal para a geração de energia Revista ANEEL n3 p3638 2009 DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG e V DIN 51900 Determining the gross calorific value of solid and liquid fuels using the bomb calorimeter and calculation of net calorific value Berlim 2000 GARSTANG J et al Identification and characterisation of factors affecting losses in the largescale non ventilated bulkstorage of wood chips and development of best storage practices Report FES BW200716RESPDTI Pub urn 021535 2002 116p HOFF D N et al O setor de base florestal da Serra Catarinense e a emergência de um ecossistema industrial Revista de Gestão Social e Ambiental RGSA v2 p5472 2008 JIRJIS R Storage and drying of wood fuel Biomass and Bioenergy v9 n15 p181 190 1995 BRASIL Ministério de Minas e Energia Balanço Energético Nacional Ano Base 2010 Rio de Janeiro EPE 2011 266p SANTANA R C et al Estimativa de biomassa de plantios de eucalipto no Brasil Revista Árvore v32 n4 p697706 2008 SJÖSTRÖM E Wood chemistry Fundamentals and applications 2ed New York Academic Press 1993 293p SOARES T S et al Otimização de multiprodutos em povoamentos florestais Revista Árvore v27 n6 p811820 2003 THÖRNQVIST T Projekt storskalig säsongslagring av trädbraänsle en sammanfattning av etapp 1 Large scale seasonal storage of tree fuel project summary of phase 1 Sweden The Swedish University of Agricultural Sciences Department of Forest Products 1986 50p Report nº 188 PRODUÇÃO DE BIOMASSA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EM POVOAMENTOS DE PINUS TAEDA L COM DIREFERENTES IDADES Introdução O artigo inicia destacando a composição da oferta interna de energia no Brasil em 2010 como o petróleo biomassa e energia hidráulica como principais fontes A matriz energética brasileira é considerada limpa devido ao uso de fontes renováveis com a biomassa desempenhando um papel significativo embora não receba destaque adequado A biomassa especialmente quando derivada de resíduos e matériasprimas da indústria e atividades florestais poderia se tornar uma fonte de energia mais promissora especialmente para a geração elétrica Introdução O autor cita ainda que houve o aumento nos preços dos resíduos e novas alternativas de uso geraram a necessidade de estudos para quantificar e qualificar a biomassa A introdução conclui mencionando a geração de resíduos no processo de produção florestal do Pinus spp na região do Planalto Sul catarinense e destaca que o trabalho visa quantificar e qualificar a biomassa residual de plantios comerciais de Pinus taeda em diferentes idades e sistemas de manejo com o objetivo de gerar energia em sistemas de cogeração Material e métodos A coleta e avaliação da biomassa florestal de povoamentos de Pinus taeda L em diferentes idades e estágios de manejo em Correia Pinto e Bocaina do Sul Santa Catarina O manejo incluiu podas aos 3 6 e 10 anos dois desbastes aos 12 14 e 16 anos e o corte final aos 24 anos As árvores foram avaliadas quanto ao Diâmetro à Altura do Peito DAP altura total e comercial Material e métodos Diversos componentes da biomassa como folhas galhos e copa foram coletados e pesados individualmente para determinar a produção por árvore No laboratório o material foi preparado para análises de umidade e poder calorífico O potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa residual foi calculado com base em dados de cogeração entre 2005 e 2012 em Lages Santa Catarina Foram utilizados valores médios do poder calorífico líquido da biomassa com um fator de conversão de 22 toneladas de biomassa para gerar 1 MWhora de energia elétrica Material e métodos O consumo médio de energia elétrica de uma residência urbana foi utilizado como referência O estudo empregou análises estatísticas como o teste F e o teste de média de Tukey para avaliar variações na produção de biomassa em diferentes idades e estágios de manejo assim como para o teor de umidade e poder calorífico O objetivo foi determinar a idade mais produtiva para cada tipo de biomassa e identificar o potencial de cada material em relação à idade RESULTADOS Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia Tabela 2 Produção de biomassa dos componentes de Pinus taeda nas diferentes idades Table 2 Biomass production of components of Pinus taeda at different ages Idade anos Peso dos componentes das árvores kgárvore Galhos Folhas acículas Copa Total 3 673 d 846 c 000 15 6 850 cd 690 c 000 15 10 2055 bcd 1505 bc 000 36 12 4110 bcd 1540 bc 1170 a c 68 14 5490 bc 2720 b 930 bc 91 16 5700 ab 1756 bc 1310 a 88 24 11530 a 4990 a 740 b 173 Produção de biomassa por unidade de área toneladasha Idadeanos Galhos Folhas Copa Total Total sem folhas 3 1346 b 1691 ab 000 30 b 13 c 6 1700 b 1380 ab 000 31 b 17 bc 10 3288 ab 2408 a 000 57 ab 33 bc 12 2739 ab 1026 b 780 a 45 b 35 bc 14 3843 ab 1904 ab 651 ab 64 ab 45 ab 16 2280 b 702 b 524 bc 35 b 28 bc 24 6342 a 2745 a 407 c 95 a 67 a Nota 1 Médias seguidas pela mesma letra dentro de cada componente análise na coluna não diferem significativamente pelo teste de Tukey 2 Número de árvores por ha consideradas para o cálculo 3 anos 2000 árvores 6 anos 2000 10 anos 1600 12 anos 667 14 anos 700 16 anos 400 24 anos 550 Note 1 Average followed by the same letter within each component column analysis did not differ significantly by Tukey test 2 Number of trees per ha used to calculate 3 years 2000 trees 6 years 2000 10 years 1600 12 years 667 14 years 700 16 400 24 years old 550 RESULTADOS Qualidade da biomassa florestal para a geração de energia Tabela 3 Propriedades energéticas dos componentes de Pinus taeda recémcolhido em diferentes idades Table 3 Energetic properties of Pinus taeda components recently harvested at different ages Teor de umidade Copa a Galhoa Folha a Média a 3 anos 56 ab 52 a 54 b 10 anos 62 a 61 a 63 a 62 a 12 anos 64 a 50 ab 57 a 57 ab 14 anos 56 a 59 ab 57 a 57 ab 16 anos 48 b 61 a 54 b 24 anos 62 a 48 a 56 a 55 b Média 61 a 54 b 58 a Poder calorífico superior kcalkg Copa a Galhoa Folha a Média a 3 anos 4877 ab 5040 b 4958 b 10 anos 4898 ab 4812 b 5096 b 4935 b 12 anos 4931 a 4976 a 5121 b 5009 ab 14 anos 4820 b 4844 b 5113 b 4923 b 16 anos 4889 ab 5122 b 5006 ab 24 anos 4933 ab 4977 a 5258 a 5059 a Média 4894 c 4896 c 5125 b Poder calorífico líquido kcalkg Copa a Galhoa Folha a Média a 3 1654 abc 1862 a 1758 ab 10 1338 a 1389 c 1340 a 1356 b 12 1289 a 1988 ac 1641 a 1639 ab 14 1644 a 1455 bc 1633 a 1579 ab 16 2053 ab 1476 a 1765 a 24 1393 a 2113 a 1807 a 1780 a Média 1420 c 1784 b 1622 bc Nota Médias seguidas pela mesma letra não diferem significativamente pelo teste de Tukey 1 Variação entre idades análise na coluna 2 Variação entre componentes copa x galho x folha análise na linha e 3 Variação entre idades para cada componente separadamente análise na coluna Note Average followed by the same letter do not differ significantly by Tukey test 1 Variation between ages analysis column 2 Variation between components treetop x branch x leaf analysis in line and 3 Variation between ages for each component separately analysis column RESULTADOS Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal Tabela 4 Potencial de produção de energia elétrica a partir do uso da biomassa florestal em sistemas de cogeração de energia Table 4 Potential production of electricity from the use of forest biomass in systems of cogeneration power Idade Produção de biomassatha Produção energia elétrica MWh Número de casas atendidasMês Produção de energia elétrica KWh Número de casas atendidashora 3 30 14 68 13636 49091 6 31 14 70 14091 50727 10 57 26 130 25909 93273 12 45 20 102 20455 73636 14 64 29 145 29091 104727 16 35 16 80 15909 57273 24 95 43 216 43182 155455 Discussão Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia A quantidade de biomassa variou de 15 kgárvore em idades mais jovens 3 e 6 anos durante atividades de poda a 173 kgárvore em árvores de 24 anos no caso de corte raso A proporção de biomassa de galhos aumentou com a idade superando 70 após os 10 anos sendo relevante para a manutenção de folhas no campo e a minimização da exportação de nutrientes Discussão Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia A biomassa da copa diminui em árvores mais velhas devido ao menor crescimento em altura e maior formação de galhos Povoamentos mais antigos e espaçados tendem a ter uma forma mais cônica A análise estatística agrupou a produção de galhos e folhas em faixas etárias semelhantes destacando maior produção em árvores de 24 14 e 16 anos Discussão Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia Foi destacado a influência do sistema de manejo e práticas silviculturais na quantidade de biomassa por unidade de área A produção de biomassa por hectare variou de 30 a 95 toneladas sendo o corte raso de 24 anos o mais produtivo apesar de ter menor número de árvores por hectare O maior potencial produtivo de biomassa está nas idades mais avançadas Discussão Quantidade de biomassa florestal para a geração de energia A produção de biomassa para geração de energia é mais significativa no corte raso de 24 anos primeiro desbaste de 14 anos e terceira poda de 10 anos Por outro lado a primeira e a terceira poda de 3 e 6 anos têm menor potencial O preço médio pago pela biomassa florestal em 2012 na região de Lages SC para geração de energia é de R 5200tonelada A renda nas operações silviculturais pode variar de R 67600ha a R 494000ha dependendo das condições de manejo e utilização da biomassa Discussão Qualidade da biomassa florestal para a geração de energia Todos os componentes galhos folhas copa apresentam alto teor de umidade com a copa e as folhas tendo teores mais elevados em comparação aos galhos A idade das árvores influencia na redução do teor de umidade mas não de maneira a melhorar a eficiência de conversão da biomassa em energia O poder calorífico superior da biomassa varia de acordo com a composição química com valores entre 4800 e 5200 kcalkg Discussão Qualidade da biomassa florestal para a geração de energia As folhas possuem maior poder calorífico devido ao maior conteúdo de extrativos O poder calorífico superior varia proporcionalmente com a idade sendo mais elevado nas árvores de 24 12 e 16 anos O poder calorífico líquido relacionado ao teor de umidade varia de 1300 a 2100 kcalkg sendo mais alto nas árvores mais velhas 24 e 16 anos e nos galhos Discussão Qualidade da biomassa florestal para a geração de energia Apesar dos galhos terem o melhor desempenho devido ao menor teor de umidade nenhum dos materiais avaliados atinge o valor mínimo desejado de 1900 kcalkg para cogeração de energia sem tratamento prévio para redução do teor de umidade Discussão Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal A menor capacidade produtiva de 30 tha aos 3 anos seria suficiente para gerar energia elétrica capaz de abastecer 68 residências por mês ou 49000 residências durante 1 hora Na maior capacidade produtiva de biomassa de 95 tha aos 24 anos seria possível fornecer energia elétrica para 216 casas por mês ou abastecer 155455 casas durante 1 hora através da combustão da biomassa em um sistema de cogeração Discussão Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal Esses números destacam o significativo potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal que muitas vezes é deixada sem uso na floresta Os resultados corroboram a defesa do uso múltiplo da biomassa florestal conforme apontado por Soares et al 2003 Conclusões Quantidade de biomassa A produção de biomassa florestal por árvore é diretamente proporcional à idade O aumento da idade proporciona maior produção e galhos e redução da produção de folhas e copa O sistema de manejo e as práticas silviculturais têm influência juntamente com a idade na produção de biomassa por unidade de área O maior potencial produtivo de biomassa para a geração de energia são o corte raso 24 anos o primeiro desbaste 14 anos e a terceira poda 10 anos respectivamente Conclusões Potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal O potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa florestal residual é alto por unidade de área e justifica o incentivo dessa fonte como alternativa para a produção de energia limpa Referência BRAND Martha Andreia et al Produção de biomassa para geração de energia em povoamentos de Pinus taeda L com diferentes idades Revista Árvore v 38 p 353360 2014