Toda comparação de combustíveis começa com uma tabela de poderes caloríficos, e é nessa tabela que a maioria delas falha. Pellets de madeira com cerca de 16–17 GJ por tonelada contra carvão betuminoso perto de 29 GJ por tonelada parece um nocaute. Não é, porque ninguém compra gigajoules. As plantas compram toneladas, queimam-nas com certa eficiência e pagam pelas emissões que saem da chaminé.
Esta é uma comparação prática para engenheiros de planta e equipes de compras que precisam decidir se devem trocar de combustível, fazer co-combustão ou continuar com carvão. Os números vêm de dados publicados sobre combustíveis, e a aritmética é apresentada para que você possa substituir nossos preços pelos seus próprios orçamentos.
Dois números decidem a comparação
O primeiro é a energia por tonelada, o segundo é a energia por tonelada de calor útil. A diferença entre eles é a eficiência da caldeira, e é aí que a maioria das alegações de marketing desmorona discretamente.
O conteúdo energético dos pellets é limitado por uma norma, o que facilita o trabalho. A ENplus A1 exige um poder calorífico líquido de pelo menos 4,6 kWh/kg, o que equivale a 16,56 GJ por tonelada, com umidade igual ou inferior a 10% e cinzas iguais ou inferiores a 0,7% (Manual ENplus v3.0, Parte 3). Esse é um piso, não uma média, mas é um número defensável para modelar.
O carvão é mais complicado porque o grau importa. A Administração de Informação de Energia dos EUA publica coeficientes de carbono que permitem deduzir o conteúdo térmico de cada grau, pois o coeficiente é fornecido tanto por tonelada curta de combustível quanto por milhão de Btu de energia. O carvão betuminoso com 5.124,76 lb de CO2 por tonelada curta contra 205,57 lb de CO2 por milhão de Btu implica cerca de 25 MMBtu por tonelada curta, ou aproximadamente 29 GJ por tonelada. O sub-betuminoso resulta em cerca de 20 GJ por tonelada e o linhito em cerca de 16,5 (EIA, coeficientes de emissão de dióxido de carbono). Os próprios graus diferem no teor de carbono e no poder calorífico da forma que a EIA descreve para o antracito até o linhito (EIA, o carvão explicado).
Esse último valor importa mais do que parece. O linhito e os pellets de madeira têm quase a mesma energia por tonelada. Uma planta que queima linhito não faz um sacrifício dramático de densidade energética ao trocar de combustível. Uma planta que queima betuminoso de alto grau faz.
Os dados dos combustíveis, de fontes primárias
| Combustível | Energia, GJ por tonelada | CO2 por GJ de energia do combustível | Humidade | Cinzas |
|---|---|---|---|---|
| ENplus A1 wood pellets | mínimo de 16,56 | Biogênico, contabilizado separadamente | ≤ 10% | ≤ 0.7% |
| Carvão betuminoso | ≈ 29.0 | ≈ 88 kg | Varia conforme o grau e a lavagem | Varia, maior que os pellets |
| Carvão sub-betuminoso | ≈ 20.1 | ≈ 92 kg | Superior ao betuminoso | Variável |
| Linhita | ≈ 16.5 | ≈ 93 kg | O mais elevado dos níveis | Variável |
As duas leituras desta tabela estão corretas e ambas são incompletas. Os pellets perdem em energia por tonelada face ao carvão betuminoso num fator de cerca de 1,75, o que constitui um custo logístico real: compram-se mais toneladas, é necessário mais volume de silo e fazem-se mais movimentos de camiões. Os pellets ganham em emissões por GJ por uma margem ampla em qualquer sistema de contabilização que trate o carbono biogénico como parte do ciclo curto, que é como a UE trata a biomassa sustentável (Comissão Europeia, Bioenergia).
O que os pellets não fazem é emitir zero CO2 na chaminé. A madeira contém carbono e a sua combustão liberta dióxido de carbono. O argumento climático assenta na origem desse carbono e na rapidez do seu retorno, não na ausência da molécula. Os compradores que repetem «carbono neutro» sem essa ressalva preparam-se para uma reunião desconfortável com um auditor de sustentabilidade.
Custo por GJ de calor útil, detalhado
Eis o cálculo que decide a maioria dos projetos. Tome o preço do combustível por tonelada, divida pela energia por tonelada e divida pela eficiência da caldeira. Isso dá o custo por GJ de calor fornecido.
Cenário de base, com pressupostos deliberadamente simples: carvão betuminoso a 90 USD/t, pellets a 180 USD/t e a mesma eficiência de caldeira de 85% para ambos, de modo que a comparação incida sobre o combustível e não sobre alegações de equipamento.
| Passo | Carvão, betuminoso | Pellets de madeira A1 |
|---|---|---|
| Preço entregue | 90 USD/t | 180 USD/t |
| Energy per tonne | 29,0 GJ | 16,56 GJ |
| Custo por GJ de combustível | 3,10 USD | 10,87 USD |
| Custo por GJ de calor a 85% | 3,65 USD | 12,79 USD |
| Diferença | 9,14 USD por GJ de calor, a favor do carvão | |
| CO2 evitado por GJ de calor | ≈ 0,104 t CO2, utilizando 88 kg CO2/GJ de energia do carvão | |
Divida a diferença pelas emissões e obtém o preço do carbono ao qual os dois combustíveis se equivalem: cerca de 88 USD por tonelada de CO2 neste caso. Essa é a conclusão honesta. Os pellets não são mais baratos que o carvão em custo de combustível. Tornam-se comparáveis quando o carbono tem um preço, ou quando as alternativas são piores por outra razão.
O resultado varia com os dados de entrada, por isso apresentamos o mesmo cálculo para uma série de preços. Cada célula é o preço do CO2, em USD por tonelada, ao qual os pellets igualam o carvão em custo por GJ de calor.
| Preço do carvão | Pelotas 150 USD/t | Pelotas 180 USD/t | Pelotas 220 USD/t |
|---|---|---|---|
| 70 USD/t | 75 | 96 | 123 |
| 90 USD/t | 67 | 88 | 115 |
| 110 USD/t | 60 | 80 | 107 |
Leia isto como um mapa e não como uma previsão. Nos mercados em que o carbono está bem abaixo destes valores, a mudança é uma decisão de conformidade ou de sustentabilidade e deve ser justificada como tal. Nos mercados acima destes valores, é uma decisão de custo que, por acaso, é verde.
O que o carvão oferece e os pellets não
Fingir que estas vantagens não existem é a forma como os estudos de viabilidade são escritos e depois discretamente arquivados.
Energy density and storage footprint. Substituir uma tonelada de carvão betuminoso exige cerca de 1,75 toneladas de pellets, e os pellets precisam de aproximadamente 1,3 a 1,7 m³ por tonelada, segundo a faixa de densidade aparente ENplus. O seu parque de carvão não armazenará a mesma energia em pellets. A maioria das conversões exige mais armazenamento ou entregas mais frequentes.
Profundidade de fornecimento. O carvão tem um mercado global transacionado com futuros, índices e décadas de logística. O fornecimento industrial de pellets é mais reduzido, mais regional e mais exposto a paragens de uma única fábrica. Um contrato de 12 meses com um só produtor é um risco de concentração com que um comprador de carvão nunca teve de se preocupar.
Temperatura da chama e química das cinzas. Processos de alta temperatura, como fornos de cimento e fornos de vidro, dependem de condições de chama e de comportamento das cinzas que a biomassa não reproduz. As cinzas de biomassa contêm também álcalis e cloretos que se comportam mal nos sistemas de fornos. É por isso que os projetos de descarbonização do cimento recorrem habitualmente a matérias-primas e combustíveis alternativos e não a pellets de madeira comuns.
Comportamento no manuseamento. Os pellets são macios, friáveis e higroscópicos. O carvão é tolerante. Cada ponto de transferência no seu parque torna-se um gerador de finos e cada armazém aberto torna-se um risco de humidade, o que significa que a conversão é um projeto de manuseamento de materiais antes de ser um projeto de combustível.
O que os pellets oferecem
Volume de cinzas. O ENplus A1 limita as cinzas a 0,7%, e o bom material A1 fica abaixo disso. O carvão produz cinzas a um múltiplo dessa taxa, e as cinzas têm de ser manuseadas, depositadas em aterro ou vendidas. Para as centrais que pagam pela eliminação de cinzas, a poupança é real e frequentemente subestimada na comparação baseada apenas no combustível.
Enxofre e SO2. A combustão de carvão produz dióxido de enxofre e exige equipamentos de controlo ou carvão de baixo teor de enxofre para cumprir os limites. A madeira contém muito pouco enxofre, pelo que uma caldeira a pellets cumpre habitualmente os limites de SO2 sem dessulfurização dos gases de combustão. Isso elimina um item de investimento e um custo de consumíveis da equação.
Contabilização de carbono. Ao abrigo das regras da UE, a biomassa sustentável conta como renovável e as suas emissões de combustão são reportadas no fluxo biogénico e não como emissões fósseis (Comissão Europeia, Bioenergia). Para uma central com um cliente que exige reduções de Scope 1, essa alteração contabilística vale frequentemente mais do que a poupança de combustível.
Certificação auditável. Uma cadeia de abastecimento certificada dá à sua equipa de sustentabilidade algo concreto a que associar a alegação. O ENplus abrange a qualidade; os regimes do tipo SBP abrangem o aprovisionamento. Nenhum deles existe na cadeia do carvão.
Co-combustão primeiro, conversão depois
A conversão total é um projeto de capital. A mistura é uma mudança operacional e, para muitas plantas, é o primeiro passo sensato: uma mistura de 10% em energia reduz o CO2 do carvão em cerca de 10%, comprova os sistemas de receção, armazenamento e alimentação e dá ao operador da caldeira dados reais antes de alguém assinar uma ordem de compra de um novo sistema de combustão.
A mistura tem a sua própria disciplina. Os pellets e o carvão não se comportam da mesma forma num moinho ou num alimentador, e a proporção de mistura que funciona num ensaio pode não se manter em plena carga. Se seguir este caminho, dimensione o armazém de pellets ao lado do parque de carvão e não dentro dele, mantenha os dois combustíveis separados até ao queimador e doseie cada fluxo para saber o que realmente queimou.
Se estiver a construir simultaneamente o lado do fornecimento de pellets, a configuração da linha e a estrutura de custos das máquinas determinam o custo de entrega que entra na tabela acima. A certificação é a outra metade: o que o ENplus A1 exige efetivamente decide se os seus pellets podem ser vendidos no mercado premium ou apenas para co-combustão industrial.
Três casos em que mudar é a decisão errada
A maioria dos artigos como este termina com uma recomendação para mudar. Aqui é o contrário, porque uma conversão mal feita custa mais do que uma adiada.
1. A sua caldeira é de carvão pulverizado e a sua única fonte de pellets está a 400 km de distância. Os pulverizadores são concebidos para combustível quebradiço. Os pellets são fibrosos e macios e chegam com uma especificação de humidade para a qual o seu manuseamento de carvão nunca foi concebido. Se o combustível tiver de viajar e ser reutilizado duas vezes antes de chegar ao queimador, o custo logístico anulará o argumento do carbono.
2. Precisa de uma temperatura de chama elevada. O cimento, a cal, o vidro e alguns processos metalúrgicos exigem condições que os pellets de madeira não proporcionam, e os álcalis nas cinzas de biomassa criam problemas operacionais a jusante. A eletrificação, os combustíveis alternativos ou a CCS são geralmente melhores vias para estas plantas do que a substituição por pellets.
3. O carbono não tem preço e o seu carvão é barato. Com um preço do carvão de 70 USD/t e pellets a 220 USD/t, o preço de equilíbrio do carbono é superior a 120 USD por tonelada, como mostra a tabela. Uma planta nessa situação que mude apenas com base na economia do combustível está a comprar uma história de sustentabilidade dispendiosa. Mude porque um cliente, um financiador ou uma regulamentação o exigem — e diga-o no caso de negócio.
Se nenhum destes três casos se aplicar, vale a pena fazer a comparação corretamente com os seus próprios números. Comece pelo preço de entrega por tonelada, não pelo preço de tabela, e use os valores de energia e emissões das normas em vez de um folheto do fornecedor. A aritmética é simples. É nos dados de entrada que os projetos se ganham e se perdem.