18.6: Biocombustíveis (Energia de Biomassa)
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Os biocombustíveis (energia de biomassa) contêm energia produzida por organismos, como dejetos animais, plantas ou algas. É outra forma indireta de energia solar. Os biocombustíveis têm muitos usos. Eles são queimados diretamente ou primeiro convertidos em etanol (geralmente com a ajuda de bactérias e fungos) para gerar eletricidade. O calor da combustão produz vapor e gira uma turbina para alimentar um gerador. O biodiesel oferece uma alternativa aos petroquímicos para abastecer veículos. Os biocombustíveis foram usados até mesmo para alimentar pequenos aviões (figura\(\PageIndex{a}\)). Além disso, a queima de madeira ou palha fornece aquecimento.
Ao contrário dos combustíveis fósseis, os biocombustíveis são neutros em carbono (figura\(\PageIndex{b}\)). Os combustíveis fósseis armazenam carbono que foi capturado por organismos há milhões de anos. Quando os queimamos, o dióxido de carbono é liberado muito mais rapidamente do que foi removido. Os biocombustíveis removeram o dióxido de carbono da atmosfera mais recentemente e se formam em períodos de tempo mais curtos. Quando os biocombustíveis são queimados, esse dióxido de carbono que foi removido recentemente é liberado de volta para a atmosfera.
Outra vantagem dos biocombustíveis é que eles podem ser produzidos localmente e podem ser cultivados em muitos locais diferentes. Por outro lado, eles ocupam um espaço que, de outra forma, poderia ser usado para a produção de alimentos. Para complicar ainda mais as coisas, as características que tornam uma espécie vegetal ideal para biocombustível (como resistência a pragas e crescimento rápido) também são características que ajudam espécies invasoras a prosperar. Deve-se tomar cuidado para conter essas espécies se cultivadas fora de suas áreas nativas.
A combustão de resíduos sólidos municipais (veja abaixo) ou resíduos animais como biocombustíveis reduz o desperdício e gera eletricidade simultaneamente. Ao contrário da maioria das formas de energia renovável, no entanto, a combustão de biocombustíveis polui o ar. (O dióxido de carbono liberado não é um problema, pois os biocombustíveis são neutros em carbono, mas outros poluentes atmosféricos também são liberados.) De fato, a poluição do ar interno causada por incêndios usados para cozinhar dentro de casa é uma das principais causas de morte nos países em desenvolvimento.
Cada tipo de biomassa deve ser avaliado quanto ao seu impacto ambiental e social, a fim de determinar se está realmente promovendo a sustentabilidade e reduzindo os impactos ambientais. Por exemplo, derrubar grandes áreas de florestas apenas para a produção de energia não é uma opção sustentável porque nossas demandas de energia são tão grandes que desmataríamos rapidamente o mundo, destruindo habitats críticos. Para que a biomassa seja uma opção sustentável, ela geralmente precisa vir de resíduos, como serragem de serragem, lodo de fábrica de papel, resíduos de quintal ou cascas de aveia de uma planta de processamento de aveia, esterco de gado ou lixo. Caso contrário, esses materiais simplesmente se acumulariam ou se decompuseriam. Vários exemplos de uso de biocombustível são discutidos abaixo com mais detalhes, incluindo as vantagens e desvantagens específicas do tipo de uso.
Queima de madeira
O uso de madeira e carvão vegetal feito de madeira para aquecimento e cozimento pode substituir os combustíveis fósseis e resultar em menores emissões de dióxido de carbono. Se a madeira for colhida de florestas ou lotes de madeira que precisam ser desbastados ou de árvores urbanas que caem ou precisam ser cortadas de qualquer maneira, usá-la para biomassa não afeta esses ecossistemas. No entanto, a fumaça da madeira contém poluentes nocivos, como monóxido de carbono e material particulado (consulte Poluição do ar).
Para aquecimento doméstico, é mais eficiente e menos poluente quando se usa um fogão a lenha moderno ou um inserto de lareira projetado para liberar pequenas quantidades de partículas. No entanto, em locais onde a madeira e o carvão vegetal são os principais combustíveis para cozinhar e aquecer, como nos países em desenvolvimento, a madeira pode ser colhida mais rápido do que as árvores podem crescer, resultando em desmatamento (figura\(\PageIndex{c}\)). A maior parte do uso de biocombustíveis vem da biomassa tradicional, principalmente lenha coletada para cozinhar e aquecer a casa, muitas vezes sem considerar a substituição sustentável.
A biomassa pode ser usada em pequenas usinas de energia. Por exemplo, o Colgate College tem uma caldeira a lenha desde meados da década de 1980 (figura\(\PageIndex{d}\)). Em um ano, processou aproximadamente 20.000 toneladas de lascas de madeira colhidas localmente e de forma sustentável, o equivalente a 1,17 milhão de galões (4,43 milhões de litros) de óleo combustível, evitando 13.757 toneladas de emissões e economizando à universidade mais de $1,8 milhão em custos de aquecimento. A instalação de queima de lenha geradora de vapor da Universidade agora satisfaz mais de 75% das necessidades de calor e água quente doméstica do campus.
Resíduos sólidos municipais
Os resíduos sólidos municipais (RSU) são comumente conhecidos como lixo e podem gerar eletricidade queimando-os diretamente ou queimando o metano produzido à medida que se decompõe. Os processos de transformação de resíduos em energia estão ganhando interesse renovado, pois podem resolver dois problemas ao mesmo tempo: descarte de resíduos e produção de energia a partir de um recurso renovável. Muitos dos impactos ambientais são semelhantes aos de uma usina de carvão: poluição do ar, geração de cinzas, etc. Como a fonte de combustível é menos padronizada do que o carvão e materiais perigosos podem estar presentes em RSU, incineradores e usinas de transformação de resíduos em energia precisam limpar os gases de materiais nocivos. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA regula essas usinas de forma muito rigorosa e exige a instalação de dispositivos antipoluição. Além disso, ao incinerar em alta temperatura, muitos dos produtos químicos tóxicos podem se decompor em compostos menos nocivos. As cinzas dessas plantas podem conter altas concentrações de vários metais que estavam presentes nos resíduos originais. Se as cinzas estiverem limpas o suficiente, elas podem ser “recicladas” como cobertura de aterro sanitário de RSU ou para construir estradas, blocos de cimento e recifes artificiais (semelhantes aos recifes de coral, mas construídos por humanos).
Gás de aterro sanitário (biogás)
O gás de aterro sanitário (biogás) é uma espécie de gás “biogênico” produzido pelo homem, conforme discutido acima (figura\(\PageIndex{e}\)). O metano é formado como resultado de processos biológicos em estações de tratamento de esgoto, aterros sanitários, compostagem anaeróbica e sistemas de gerenciamento de dejetos pecuários. Esse gás é capturado e queimado para produzir calor ou eletricidade. A eletricidade pode substituir a eletricidade produzida pela queima de combustíveis fósseis, reduzindo as emissões de dióxido de carbono. Os únicos impactos ambientais são da construção da própria usina, semelhante à de uma usina de gás natural.
Bioetanol e biodiesel
O bioetanol e o biodiesel são biocombustíveis líquidos fabricados a partir de plantas, normalmente culturas. O bioetanol pode ser facilmente fermentado a partir do caldo da cana-de-açúcar, como é feito no Brasil. Além disso, ele pode ser fermentado a partir de amido de milho quebrado, como é feito principalmente nos Estados Unidos.
Os efeitos econômicos e sociais do cultivo de plantas para combustíveis precisam ser considerados, uma vez que a terra, os fertilizantes e a energia usados para cultivar biocombustíveis poderiam ser usados para cultivar alimentos. A competição da terra por combustível versus comida pode aumentar o preço dos alimentos, o que tem um efeito negativo na sociedade. Também pode diminuir o suprimento de alimentos, aumentando a desnutrição e a fome em todo o mundo. Além disso, em algumas partes do mundo, grandes áreas de vegetação natural e florestas foram derrubadas para o cultivo de cana-de-açúcar para bioetanol e árvores de soja e óleo de palma para produzir biodiesel. Isso não é uso sustentável da terra. Biocombustíveis derivados de partes de plantas não usadas para alimentação, como talos, reduzem seu impacto ambiental. O biodiesel pode ser feito de óleo vegetal usado e foi produzido de forma muito local. Em comparação com o diesel, um petroquímico derivado do petróleo bruto, a combustão do biodiesel produz menos óxidos de enxofre, material particulado, monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados e outros, mas produz mais óxido de nitrogênio (consulte Poluição do ar).
Os biocombustíveis líquidos normalmente substituem o petróleo e são usados para alimentar veículos (figura\(\PageIndex{f}\)). Embora as misturas de etanol e gasolina queimam mais do que a gasolina pura, elas também são mais voláteis e, portanto, têm maiores “emissões evaporativas” dos tanques de combustível e equipamentos de distribuição. Essas emissões contribuem para a formação de ozônio e poluição nociva no nível do solo (consulte Poluição do ar). A gasolina requer processamento extra para reduzir as emissões evaporativas antes de ser misturada com o etanol.
Atribuição
Modificado por Melissa Ha de Energia Renovável e Desafios e Impactos do Uso de Energia da Biologia Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado sob CC-BY)