Combustível de pelota - Pellet fuel

Pellets de madeira

Combustíveis de pellets (ou pellets ) são biocombustíveis feitos de matéria orgânica comprimida ou biomassa. Os pellets podem ser feitos de qualquer uma das cinco categorias gerais de biomassa: resíduos industriais e coprodutos, resíduos alimentares , resíduos agrícolas , culturas energéticas e madeira virgem . Os pellets de madeira são o tipo mais comum de pellet combustível e são geralmente feitos de serragem compactada e resíduos industriais relacionados da moagem de madeira serrada, fabricação de produtos de madeira e móveis e construção . Outras fontes de resíduos industriais incluem cachos de frutas vazios, cascas de palmiste , cascas de coco e copas de árvores e galhos descartados durante as operações de extração . Os chamados "pellets pretos" são feitos de biomassa , refinados para se parecer com carvão e foram desenvolvidos para serem usados ​​em usinas elétricas a carvão existentes . Os pellets são categorizados por seu valor de aquecimento , teor de umidade e cinzas e dimensões. Eles podem ser usados ​​como combustíveis para geração de energia, aquecimento comercial ou residencial e cozinha . Os pellets são extremamente densos e podem ser produzidos com baixo teor de umidade (abaixo de 10%), o que permite que sejam queimados com uma eficiência de combustão muito elevada .

Além disso, sua geometria regular e tamanho pequeno permitem a alimentação automática com calibração muito fina. Eles podem ser alimentados a um queimador por alimentação por sem-fim ou por transporte pneumático . Sua alta densidade também permite armazenamento compacto e transporte por longas distâncias. Eles podem ser convenientemente soprados de um tanque para um depósito ou silo nas instalações do cliente.

Uma ampla gama de fogões a pellets , fornos de aquecimento central e outros aparelhos de aquecimento foram desenvolvidos e comercializados desde meados da década de 1980. Em 1997, caldeiras de pellets de madeira totalmente automáticas com nível de conforto semelhante às caldeiras de óleo e gás tornaram-se disponíveis na Áustria . Com o aumento no preço dos combustíveis fósseis desde 2005, a demanda por aquecimento de pellets aumentou na Europa e na América do Norte , e uma indústria considerável está surgindo. De acordo com a Tarefa 40 da Agência Internacional de Energia , a produção de pellets de madeira mais que dobrou entre 2006 e 2010 para mais de 14 milhões de toneladas. Em um relatório de 2012, o Biomass Energy Resource Center afirma que espera que a produção de pellets de madeira na América do Norte dobre novamente nos próximos cinco anos.

Combustíveis para aquecimento

Produção

Caminhão de pelotas sendo abastecido em uma fábrica na Alemanha.

Os pellets são produzidos comprimindo o material de madeira que primeiro passou por um moinho de martelos para fornecer uma massa uniforme semelhante a uma massa. Essa massa é alimentada para uma prensa, onde é espremida através de uma matriz com orifícios do tamanho necessário (normalmente 6 mm de diâmetro, às vezes 8 mm ou maior). A alta pressão da prensa faz com que a temperatura da madeira aumente muito e a lignina se plastifique levemente, formando uma "cola" natural que mantém o pellet unido à medida que esfria.

Os pellets podem ser feitos de grama e outras formas não lenhosas de biomassa que não contêm lignina. Uma notícia de 2005 da Cornell University News sugeriu que a produção de pelotas de grama estava mais avançada na Europa do que na América do Norte. Ele sugeriu que os benefícios da grama como matéria-prima incluíam seu curto período de crescimento (70 dias) e a facilidade de cultivo e processamento. A história citava Jerry Cherney, professor de agricultura da escola, afirmando que as gramíneas produzem 96% do calor da madeira e que "qualquer mistura de gramíneas pode ser usada, cortada no meio ao final do verão, deixada no campo para lixiviar minerais, então enfardados e peletizados. A secagem do feno não é necessária para peletização, tornando o custo de processamento menor do que com peletização de madeira. " Em 2012, o Departamento de Agricultura da Nova Escócia anunciou como um projeto de demonstração a conversão de uma caldeira a óleo em pelotas de grama em uma instalação de pesquisa.

Os pellets de combustível de casca de arroz são feitos compactando-se a casca de arroz obtida como subproduto do cultivo do arroz nos campos. Possui também características semelhantes às do pellets de madeira e mais ecológicas , pois a matéria-prima é um resíduo . O conteúdo de energia é de cerca de 4-4,2 kcal / kg e o conteúdo de umidade normalmente é inferior a 10%. O tamanho dos grânulos é geralmente mantido em cerca de 6 mm de diâmetro e 25 mm de comprimento na forma de um cilindro; embora formas maiores de cilindros ou briquetes não sejam incomuns. É muito mais barato do que pellets de energia semelhantes e pode ser compactado / fabricado a partir da casca na própria fazenda, usando maquinário barato. Eles geralmente são mais amigáveis ​​ao meio ambiente em comparação com pellets de madeira. Nas regiões do mundo onde o trigo é a cultura alimentar predominante, a casca do trigo também pode ser compactada para produzir pellets energéticos, com características semelhantes aos pellets da casca de arroz.

Um relatório do CORRIM (Consórcio de Pesquisa em Material Industrial Renovável) para o Inventário do Ciclo de Vida da Fabricação e Utilização de Pellets de Madeira estima que a energia necessária para secar, peletizar e transportar pellets é inferior a 11% do conteúdo de energia dos pellets se estiver usando resíduos de madeira industrial pré-secos. Se os pellets são feitos diretamente de material florestal, leva até 18% da energia para secar a madeira e mais 8% para transporte e energia de manufatura. Uma avaliação de impacto ambiental de pellets de madeira exportados pelo Departamento de Engenharia Química e Mineral da Universidade de Bolonha , Itália e do Clean Energy Research Center, da University of British Columbia , publicado em 2009, concluiu que a energia consumida para enviar pellets de madeira canadenses de Vancouver a Estocolmo (15.500 km pelo Canal do Panamá ), é cerca de 14% do conteúdo total de energia dos pellets de madeira.

Padrões de pelotas

Pellets em conformidade com as normas comumente usadas na Europa (DIN 51731 ou Ö-Norm M-7135) têm menos de 10% de conteúdo de água, são uniformes em densidade (maior que 1 tonelada por metro cúbico, portanto, afunda na água) (densidade aparente cerca de 0,6-0,7 toneladas por metro cúbico), têm boa resistência estrutural e baixo teor de poeira e cinzas. Como as fibras da madeira são quebradas pelo moinho de martelos, não há praticamente nenhuma diferença nos pellets acabados entre os diferentes tipos de madeira. Os pellets podem ser feitos de quase qualquer variedade de madeira, desde que a prensa de pellets seja equipada com boa instrumentação, as diferenças no material de alimentação podem ser compensadas na regulação da prensa. Na Europa, as principais áreas de produção estão localizadas no sul da Escandinávia , Finlândia , Europa Central , Áustria e países bálticos .

Pellets em conformidade com as normas dos padrões europeus que contêm madeira reciclada ou contaminantes externos são considerados pellets de Classe B. Materiais reciclados como painéis de partículas, madeira tratada ou pintada, painéis revestidos com resina melamínica e semelhantes são particularmente inadequados para uso em pellets, uma vez que podem produzir emissões nocivas e variações descontroladas nas características de combustão dos pellets.

Os padrões usados ​​nos Estados Unidos são diferentes, desenvolvidos pelo Pellet Fuels Institute e, como na Europa, não são obrigatórios. Ainda assim, muitos fabricantes estão em conformidade, pois as garantias de equipamentos de combustão fabricados nos EUA ou importados podem não cobrir danos por pellets que não estejam em conformidade com os regulamentos. Os preços das pelotas dos EUA aumentaram durante a inflação dos preços dos combustíveis fósseis de 2007-2008, mas depois caíram acentuadamente e são geralmente mais baixos em uma base de preço por quantidade de energia do que a maioria dos combustíveis fósseis, exceto carvão .

Agências regulatórias na Europa e na América do Norte estão em processo de tornar mais rígidos os padrões de emissões para todas as formas de calor de madeira, incluindo pellets de madeira e fogões de pellets. Esses padrões se tornarão obrigatórios, com testes certificados de forma independente para garantir a conformidade. Nos Estados Unidos, as novas regras iniciadas em 2009 concluíram o processo de revisão regulatória da EPA , com as novas regras finais publicadas para comentários em 24 de junho de 2014. O American Lumber Standard Committee será a agência de certificação independente para os novos padrões de pelotas.

Perigos

Os pellets de madeira podem emitir grandes quantidades de monóxido de carbono venenoso durante o armazenamento. Acidentes fatais ocorreram em depósitos privados e a bordo de embarcações marítimas.

Quando manuseados, os pellets de madeira emitem pó fino que pode causar graves explosões de pó .

Os pellets de madeira são normalmente armazenados a granel em grandes silos. Os pellets podem se autoaquecer, inflamar e dar origem a um incêndio latente e profundo que é muito difícil de extinguir. O fogo latente produz gases de pirólise tóxicos (CO) e inflamáveis que podem levar a explosões de silos.

Operação de fogão a pellets

Existem três tipos gerais de aparelhos de aquecimento a pellets: fogões a pellets independentes, inserções para fogões a pellets e caldeiras a pellets .

Os fogões a pellets funcionam como fornos modernos , onde combustível, madeira ou outros pellets de biomassa são armazenados em uma caixa de armazenamento chamada de funil. A caçamba pode ser localizada na parte superior do aparelho, na lateral ou remotamente. Uma broca mecânica alimenta automaticamente os pellets em uma panela de queima. A partir daí, eles queimam em altas temperaturas com emissões mínimas. Tubos de troca de calor enviam ar aquecido pelo fogo para o ambiente. Ventiladores de convecção circulam o ar através de tubos de troca de calor e entram na sala. Os fogões a pellets têm placas de circuito internas que funcionam como um termostato e regulam a temperatura.

Uma inserção de fogão a pellets é uma estufa que é inserida em uma lareira existente de alvenaria ou madeira pré-fabricada , semelhante a uma inserção de lareira .

As caldeiras de pellets são sistemas autônomos de aquecimento central e água quente projetados para substituir os sistemas tradicionais de combustível fóssil em aplicações residenciais, comerciais e institucionais. Caldeiras automáticas ou auto-pellets incluem silos para armazenamento a granel de pellets, um sistema de entrega de combustível que move o combustível do silo para a tremonha, um controlador lógico para regular a temperatura em várias zonas de aquecimento e um sistema de remoção de cinzas automatizado para longo prazo automatizado operações.

As cestas de pellets permitem que uma pessoa aqueça sua casa usando pellets em fogões ou lareiras existentes.

Produção e eficiência de energia

Aquecedor a pellets de lenha

O conteúdo de energia dos pellets de madeira é de aproximadamente 4,7 - 5,2 MWh / tonelada (~ 7450 BTU / lb), 14,4-20,3 MJ / kg.

Fogões e caldeiras a pellets de madeira de alta eficiência foram desenvolvidos nos últimos anos, normalmente oferecendo eficiências de combustão de mais de 85%. A mais nova geração de caldeiras de pellets de madeira pode trabalhar em modo de condensação e, portanto, atingir valores de eficiência 12% maiores. As caldeiras de pellets de madeira têm controle limitado sobre a taxa e a presença de combustão em comparação com os sistemas de combustão líquida ou gasosa; no entanto, por esse motivo, eles são mais adequados para sistemas de aquecimento hidrônico devido à maior capacidade do sistema hidrônico de armazenar calor. Também estão disponíveis queimadores de pellets que podem ser adaptados para caldeiras a óleo.

Emissões de poluição do ar

Emissões como NO x , SO x e compostos orgânicos voláteis de equipamentos de queima de pellets são em geral muito baixas em comparação com outras formas de aquecimento por combustão. Um problema reconhecido é a emissão de partículas finas para o ar, especialmente em áreas urbanas que têm uma alta concentração de sistemas de aquecimento a pellet ou sistemas de aquecimento a carvão ou óleo nas proximidades. Essas emissões de PM 2.5 de fogões e caldeiras de pellets mais antigos podem ser problemáticas em ambientes fechados, especialmente em comparação com o gás natural (ou biogás renovável ), embora em grandes instalações , precipitadores eletrostáticos , separadores ciclônicos ou filtros de partículas de mangas podem controlar as partículas quando mantidas de maneira adequada e operado.

Aquecimento global

Há incerteza em que grau a produção de calor ou eletricidade pela queima de pellets de madeira contribui para a mudança climática global , bem como como o impacto no clima se compara ao impacto do uso de fontes concorrentes de calor. Os fatores de incerteza incluem a fonte de madeira, as emissões de dióxido de carbono da produção e transporte, bem como da combustão final, e qual escala de tempo é apropriada para a consideração.

Um relatório do Manomet Center for Conservation Sciences , "Biomass Sustainability and Carbon Policy Study", publicado em junho de 2010 para o Departamento de Recursos Energéticos de Massachusetts, conclui que a queima de biomassa, como pellets de madeira ou aparas de madeira, libera uma grande quantidade de CO2 no ar , criando uma "dívida de carbono" que não é aposentada por 20 a 25 anos e após a qual há um benefício líquido. Em junho de 2011, o departamento estava se preparando para apresentar seu regulamento final, esperando apertar significativamente os controles sobre o uso de biomassa para energia, incluindo pellets de madeira. Os defensores da energia de biomassa contestaram as conclusões do relatório Manomet, e os cientistas apontaram omissões no relatório, sugerindo que os impactos climáticos são piores do que o relatado.

Até ca. Em 2008, foi comumente assumido, mesmo em artigos científicos, que a energia da biomassa (incluindo a partir de pellets de madeira) é neutra em carbono, principalmente porque se acreditava que o recrescimento da vegetação recapturava e armazenava o carbono emitido para a atmosfera. Então, artigos científicos estudando as implicações climáticas da biomassa começaram a aparecer, os quais refutaram a suposição simplista de sua neutralidade de carbono . De acordo com o Biomass Energy Resource Center, a suposição de neutralidade de carbono "mudou para o reconhecimento de que as implicações de carbono da biomassa dependem de como o combustível é colhido, de quais tipos de floresta, quais tipos de manejo florestal são aplicados e como a biomassa é usado ao longo do tempo e em toda a paisagem. "

Em 2011, doze importantes organizações ambientais dos EUA, incluindo o Greenpeace USA e o Southern Environmental Law Center , adotaram uma política que estabelece um alto padrão para incentivos governamentais de energia de biomassa, incluindo pellets de madeira. Afirma em parte que, "[b] as fontes e instalações de massa que se qualificam para incentivos (governamentais) devem resultar em menor ciclo de vida, emissões cumulativas e líquidas de GEE e acidificação dos oceanos, dentro de 20 anos e também a longo prazo, do que a energia fontes que substituem ou com as quais competem. "

Em 11 de fevereiro de 2021, quinhentos cientistas e economistas escreveram aos líderes mundiais uma carta sobre o uso de florestas para bioenergia. Avisa que “A queima da madeira aumentará o aquecimento de décadas a séculos. Isso é verdade mesmo quando a madeira substitui carvão, óleo ou gás natural”. A carta pede o fim dos subsídios para a queima de madeira e o fim do tratamento da queima de biomassa como carbono neutro nos padrões de energia renovável e nos sistemas de comércio de emissões.

Sustentabilidade

A indústria de produtos de madeira está preocupada com o fato de que, se o uso em larga escala da energia da madeira for instituído, o fornecimento de matérias-primas para construção e manufatura ( madeira serrada ) seja significativamente reduzido.

Custo

Devido ao rápido aumento da popularidade desde 2005, a disponibilidade e o custo das pelotas podem ser um problema. Esta é uma consideração importante ao comprar um fogão a pellets, forno, cestos de pellets ou outros dispositivos conhecidos na indústria como queimadores Bradley. No entanto, a produção atual de pelotas está aumentando e há planos para colocar várias novas usinas de pelotização em operação nos Estados Unidos em 2008–2009.

O custo das pelotas pode ser afetado pelo ciclo de construção, levando a flutuações no fornecimento de serragem e sobras.

De acordo com o comunicado do New Hampshire Office of Energy and Planning sobre os preços dos combustíveis, atualizado em 5 de outubro de 2015, o custo do óleo combustível nº 2 entregue pode ser comparado ao custo de pellets de combustível de madeira entregues a granel usando seu equivalente em BTU: 1 tonelada de pellets = 118,97 galões de # 2 óleo combustível. Isso pressupõe que uma tonelada de pelotas produz 16.500.000 BTU e um galão de óleo combustível # 2 produz 138.690 BTU. Portanto, se o óleo combustível nº 2 entregue custar $ 1,90 / galão, o preço de equilíbrio para as pelotas será $ 238,00 / tonelada entregue.

Uso por região

Europa

Pelotas na prateleira da loja na Alemanha
Uso de Pellet EU (ton)
País 2013
Reino Unido 4 540 000
Itália 3 300 000
Dinamarca 2 500 000
Países Baixos 2 000 000
Suécia 1 650 000
Alemanha 1.600.000
Bélgica 1 320 000

O uso na Europa varia devido a regulamentações governamentais. Na Holanda , Bélgica e Reino Unido , os pellets são usados ​​principalmente em usinas de energia de grande escala. A maior usina elétrica do Reino Unido, a estação elétrica Drax , converteu algumas de suas unidades em queimadores de pelotas a partir de 2012; em 2015, Drax tornou o Reino Unido o maior destinatário das exportações de pellets de madeira dos Estados Unidos. Na Dinamarca e na Suécia , os pellets são usados ​​em usinas de energia de grande escala, sistemas de aquecimento urbano de média escala e aquecimento residencial de pequena escala. Na Alemanha , Áustria , Itália e França , os pellets são usados ​​principalmente para aquecimento residencial e industrial de pequena escala.

O Reino Unido iniciou um esquema de subsídios chamado Renewable Heat Incentive (RHI), permitindo que as instalações de caldeiras de pelletes de madeira não-domésticas e domésticas recebam pagamentos durante um período de 7 a 20 anos. É o primeiro esquema desse tipo no mundo e visa aumentar a quantidade de energia renovável gerada no Reino Unido, em linha com os compromissos da UE . A Escócia e a Irlanda do Norte têm esquemas separados, mas semelhantes. A partir da primavera de 2015, qualquer proprietário de biomassa - seja doméstico ou comercial - deve comprar seus combustíveis de fornecedores aprovados da BSL (Lista de fornecedores de biomassa) para receber os pagamentos da RHI. O escândalo do incentivo ao calor renovável, também conhecido como escândalo do dinheiro por cinzas, foi um escândalo político na Irlanda do Norte que se centrou em um esquema de incentivo de energia renovável (queima de pellets de madeira) fracassado.

Os pellets são amplamente utilizados na Suécia, o principal produtor de pellets da Europa, principalmente como alternativa ao aquecimento central a óleo. Na Áustria, o principal mercado de fornos de aquecimento central a pellets (em relação à sua população), estima-se que 23 de todos os novos fornos de aquecimento doméstico são queimadores de pellets. Na Itália, desenvolveu-se um grande mercado de fogões a pellets alimentados automaticamente. O principal uso da Itália para pellets é em caldeiras residenciais privadas e industriais de pequena escala para aquecimento.

Em 2014, na Alemanha, o consumo geral de pellets de madeira por ano foi de 2,2 milhões de toneladas. Esses pellets são consumidos predominantemente pelo setor de aquecimento residencial de pequena escala. As usinas de co-queima que utilizam o setor de pelotas para produção de energia não são muito difundidas no país. A maior quantidade de pellets de madeira é certificada com DINplus e estes são os pellets da mais alta qualidade. Via de regra, os pellets de qualidade inferior são exportados.

Índia

Em 2019, a Índia começou a co- queimar pellets de biomassa em usinas termelétricas a carvão ao redor de sua capital, Delhi, para reduzir a poluição do ar causada pela queima de restolho / biomassa em campos abertos para limpar os campos para o plantio da próxima safra. Planos são feitos para usar pelotas de biomassa para geração de energia em todo o país para utilizar cerca de 145 milhões de toneladas de resíduos agrícolas para substituir igual quantidade de carvão importado na geração de energia.

Nova Zelândia

As vendas totais de pellets de madeira na Nova Zelândia foram de 3 a 500.000 toneladas em 2013. A construção recente de novas fábricas de pellets de madeira proporcionou um grande aumento na capacidade de produção. A planta de processamento de pellets de madeira Flame da Nature, em Taupo, deve dobrar sua capacidade de produção anual para 85.000 toneladas no final de 2019. A Azwood Energy opera uma planta de processamento de pellets de madeira em Nelson, utilizando mais de 1,2 milhão de metros cúbicos de resíduos florestais a cada ano para fornecer combustível neutro em carbono para uso doméstico, hospitais, escolas e processos industriais, incluindo processamento de leite.

Estados Unidos

Algumas empresas importam caldeiras de fabricação europeia. Em 2009, cerca de 800.000 americanos estavam usando pellets de madeira para aquecimento. Foi estimado que 2,33 milhões de toneladas de pellets de madeira seriam usados ​​para aquecimento nos EUA em 2013. A exportação de pellets de madeira dos EUA para a Europa cresceu de 1,24 milhão de toneladas em 2006 para 7 milhões de toneladas em 2012, mas as florestas cresceram ainda mais.

Outros usos

Cama de cavalo

Quando pequenas quantidades de água são adicionadas aos pellets de madeira, eles se expandem e se transformam em serragem. Isso os torna adequados para uso como cama para cavalos . A facilidade de armazenamento e transporte são benefícios adicionais em relação às camas tradicionais. No entanto, algumas espécies de madeira, incluindo a nogueira, podem ser tóxicas para os cavalos e nunca devem ser usadas como cama.

Na Tailândia , pellets de casca de arroz estão sendo produzidos para forragem de animais. Eles têm uma alta taxa de absorção que os torna ideais para essa finalidade.

Forragem para gado

Os pellets de biomassa feitos de matéria comestível também podem ser usados ​​como forragem para o gado, importando de lugares distantes os excedentes de forragem para superar a escassez de forragem.

Absorventes

Os pellets de madeira também são usados ​​para absorver água contaminada durante a perfuração de poços de petróleo ou gás.

Cozinhando

As grelhas a pellets de madeira ganharam popularidade como uma forma versátil de grelhar, assar e fumar. O tamanho dos pellets torna-o útil para criar uma grelha a lenha que ainda controla a sua temperatura com precisão.

Veja também

Referências

links externos