Estudo para a criação de um centro de recolha e processamento de biomassa florestal residual

Julho de 2024 José Pedro Antunes Machado Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual Julho de 2024 José Pedro Antunes Machado Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual Dissertação de Mestrado Mestrado em Engenharia Mecânica Área de especialização em Sistemas Mecatrónicos Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor Luís António Sousa Barreiros Martins i DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-NãoComercial CC BY-NC https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ ii AGRADECIMENTOS Depois desta aventura chamada dissertação, que foi meu o último e maior esforço académico, quero agradecer à minha família, pela quantidade de apoio deram ao longo de todo o processo. Agradeço aos meus pais pela oportunidade de me formar Mestre em Engenharia Mecânica e pelos bons conselhos, apesar de por vezes não saber ouvi-los. Agradeço especialmente ao meu irmão Rui Machado e à minha cunhada Marta Braga Machado, pelo apoio incansável ao longo de todo o caminho. Além de me ajudarem a concluir a dissertação, ajudam-me a ser melhor pessoa, obrigado. Agradeço ao Professor Doutor Luís António Sousa Barreiros Martins, pela orientação prestada e pela enorme disponibilidade em ajudar nas alturas necessárias. Agradeço à Vimasol – Energias Renováveis Lda., na pessoa no Eng. Eduardo Ferreira, pela oportunidade proporcionada e pelo apoio financeiro. Foram tempos de grande dificuldade a vários níveis, mas creio que até à data, foi a maior oportunidade de crescimento que tive, quero agradecer genuinamente por isso. Agradeço a todos os funcionários com quem tive a oportunidade de partilhar os escritórios da Vimasol, levo um pouco de vós e espero ter deixado um pouco de mim também. Agradeço à Câmara Municipal de Celorico de Basto, na pessoa do Senhor Presidente à data, José Peixoto Lima, e à sua equipa, nomeadamente ao Adriano Marinho e aos Presidente de Junta, que se disponibilizaram a mostrar-nos as suas freguesias de braços abertos e também com vontade de fazer este projeto acontecer. Fomos sempre bem recebidos, e é sempre um gosto trabalhar com pessoas proativas. Agradeço à Casa do Agricultor de Celorico de Basto, especialmente ao Presidente, e à Tânia Veloso com quem trabalhámos mais proximamente, pela enorme disponibilidade e diligência sempre que foi necessária ajuda. Agradeço também ao Sr. António Marcelino, da Jocar Lda., pela ajuda atenciosamente disponibilizada no estudo de triturador de biomassa. iii DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. STATEMENT OF INTEGRITY I hereby declare having conducted this academic work with integrity. I confirm that I have not used plagiarism or any form of undue use of information or falsification of results along the process leading to its elaboration. I further declare that I have fully acknowledged the Code of Ethical Conduct of the University of Minho. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 1 RESUMO Portugal é um país com uma grande área florestal, e uma produção estimada de 2 milhões de toneladas/ano de resíduos florestais. Nestas áreas é frequente haver incêndios rurais, por vezes com consequências devastadoras. Uma das maiores causas apuradas dos incêndios são precisamente as queimas locais (40%), utilizadas para eliminação de biomassa florestal residual (BFR), como por exemplo ramos sobrantes da poda e do abate de árvores, que se descontrolam. Celorico de Basto é um exemplo da situação descrita, pelo que a Vimasol – Energias Renováveis, Lda., em parceria com a Câmara Municipal de Celorico de Basto e as freguesias locais, empenhou-se em criar uma solução para este problema. O projeto visa criar uma cadeia logística para recolher e valorizar a BFR, evitando más práticas e através disso evitar incêndios, incentivar a gestão florestal sustentável, dinamizar a economia florestal local (gerando ainda mais BFR), e promover a independência energética de combustíveis fósseis, através do uso de uma energia renovável que é a biomassa. Esta dissertação foca-se apenas no desenvolvimento de um Centro de Recolha e Processamento (CRP) para valorização da BFR. Foi feito um estudo da área de Celorico de Basto, especialmente a nível geomorfológico, ocupação do solo e caracterização qualitativa da biomassa e os seus fornecedores. Há várias maneiras de converter a BFR em outras formas de energia, a mais simples e eficaz é a combustão direta para obtenção de calor (rendimento acima de 90%), em contraste com a gasificação e pirólise, que são processos muito mais complexos. De qualquer maneira, é sempre necessário triturar a matéria-prima, originando estilha e, no caso da combustão, a estilha permite a automatização da mesma além de ser um combustível mais prático de transportar, armazenar e comercializar. Projetou-se um CRP em Celorico de Basto com o objetivo principal de fabricar estilha a partir de BFR, tendo em conta aspetos como a seleção do local, a capacidade de processamento, processos envolvidos, equipamentos, infraestruturas e a organização do espaço, entre outros. Também se incluiu um processo de compostagem para biomassa não combustível, devido a relatos de deposição deste resíduos no lixo indiferenciado. O projeto foi desenvolvido com flexibilidade de modo a poder aumentar no futuro a sua capacidade, incluindo a recolha de BFR dos concelhos limítrofes, numa perspetiva de otimização logística. Palavras-Chave Biomassa; Estilha; Incêndios Rurais; Gestão Florestal; Transição Energética Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 2 ABSTRACT Portugal is a country with a large forest area, with an estimated production of 2 million tons/year of forest residue. These areas often suffer from rural fires, sometimes with devastating consequences. One of the main causes of these fires is the burning of residual forest biomass (RFB) (40% of causes), such as leftover branches from pruning and tree felling, which can get out of control. Celorico de Basto is an example of this situation, so much so that Vimasol – Renewable Energies, Lda., in partnership with the Municipality of Celorico de Basto and local parishes, committed to work on a solution to this problem. The project aims to create a logistics chain to collect and valorize residual forest biomass (RFB), avoiding poor practices and thus preventing fires, encouraging sustainable forest management, boosting the local forest economy (generating even more RFB), and promoting independence from fossil fuels by using renewable energy, specifically biomass. This dissertation focuses solely on developing a Collection and Processing Center (CPC) for the valorization of RFB. A study was conducted in the Celorico de Basto area, particularly focusing on geomorphology, land use, and qualitative characterization of biomass and its suppliers. There are several ways to convert RFB into other forms of energy, the simplest and most efficient method is direct combustion to produce heat (efficiency above 90%), in contrast to gasification and pyrolysis, which are much more complex processes. Regardless, it is always necessary to shred the raw material, resulting in wood chips. In the case of combustion, wood chips allow for the automation of the process, in addition to being a more practical fuel for transport, storage, and commercialization. A CPC was designed with the main objective of manufacturing wood chips from RFB, considering aspects such as site selection, processing capacity, involved processes, equipment, infrastructure, and space organization, among others. A composting process was also included for non-combustible biomass due to reports of the disposal of these residues in mixed waste. The project was developed with flexibility to increase its capacity in the future and include the collection of RFB from neighboring municipalities, from a logistics optimization perspective. Keywords Biomass; Woodchips; Wildfires; Forest Management; Energy Transition Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 3 ÍNDICE Agradecimentos ................................................................................................................................... ii Resumo.............................................................................................................................................. 1 Abstract.............................................................................................................................................. 2 Índice ................................................................................................................................................. 3 Índice de Figuras ................................................................................................................................ 5 Índice de Tabelas ............................................................................................................................... 7 Lista de Abreviaturas .......................................................................................................................... 8 1. Introdução .................................................................................................................................. 9 1.1. Enquadramento ................................................................................................................. 9 1.2. Motivação ........................................................................................................................ 10 1.2.1. Incêndios Rurais ...................................................................................................... 10 1.2.2. Gestão Florestal e Economia da Floresta .................................................................. 12 1.2.3. Independência Energética ........................................................................................ 12 1.3. Objetivos ......................................................................................................................... 12 1.4. Estrutura da Dissertação .................................................................................................. 13 2. Estado da Arte .......................................................................................................................... 14 2.1. Panorama Energético Português ...................................................................................... 14 2.2. Plano Nacional de Energia e Clima 2030 ......................................................................... 16 2.3. Biomassa Florestal Residual ............................................................................................. 19 2.4. Conversão em Energia ..................................................................................................... 22 2.5. Devolução de Nutrientes à Floresta .................................................................................. 24 3. Município de Celorico de Basto ................................................................................................. 25 3.1. Enquadramento Geográfico .............................................................................................. 25 3.2. Caracterização Física ....................................................................................................... 26 3.3. Ocupação do Solo ............................................................................................................ 27 Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 4 3.4. Caracterização da Biomassa e Fornecedores .................................................................... 29 3.4.1. Floresta e Indústria Madeireira ................................................................................. 29 3.4.2. Agricultura ............................................................................................................... 31 3.4.3. Pequenos Proprietários ............................................................................................ 32 3.4.4. Biomassa no Lixo Comum ....................................................................................... 33 4. Centro de Recolha e Processamento ......................................................................................... 34 4.1. Capacidade de Processamento do CRP ............................................................................ 34 4.2. Tipo de Processamento .................................................................................................... 35 4.3. Processos e Infraestruturas Necessárias .......................................................................... 36 4.3.1. Triturador ................................................................................................................ 36 4.3.2. Armazenamento ...................................................................................................... 46 4.3.2.1. Armazenamento de resíduos florestais ....................................................... 47 4.3.2.2. Armazenamento de estilha ......................................................................... 48 4.3.3. Manuseamento de Material...................................................................................... 51 4.3.3.1. Resíduos florestais ..................................................................................... 51 4.3.3.2. Estilha ....................................................................................................... 53 4.3.4. Compostagem ......................................................................................................... 55 4.3.5. Separação de Contaminados e Granulometria .......................................................... 56 4.3.6. Escritório e Garagem ............................................................................................... 59 4.4. Localização e Layout ........................................................................................................ 60 5. Considerações finais ................................................................................................................. 64 5.1. Conclusões ...................................................................................................................... 64 5.2. Perspetivas e Trabalhos Futuros ....................................................................................... 66 Referências Bibliográficas ................................................................................................................. 67 Anexo A: Catálogo de Destroçadores Jocar ........................................................................................ 70 Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 11 concelhos mais orientados para o turismo, que geralmente são os que têm maiores áreas florestais (Otrachshenko & Nunes, 2019). Segundo o Observatório Técnico Independente (2020), a acumulação de biomassa lenhosa nos povoamentos florestais e na paisagem é um dos fatores que mais contribuiu para o aumento progressivo do risco de incêndio nas últimas décadas em Portugal, a afeta o comportamento do fogo. Sabe-se também que as queimas de sobrantes florestais e agrícolas são uma das principais causas dos incêndios em Portugal, sendo que, segundo o ICNF (2023), até 15 de outubro de 2023 as várias tipologias de queimas e queimadas representaram 40% do total das causas apuradas. Criando uma cadeia logística capaz de lidar com esses resíduos e evitar más práticas por parte da população, diminui-se o número de ignições que originam incêndios florestais e a severidade dos mesmos. Assim, evitando os incêndios florestais, mantem-se a paisagem intacta, aumenta-se a capacidade de sumidouro de CO2 da floresta e também se faz um aproveitamento da biomassa removida, ao invés de simplesmente arder, emitindo GEE para a atmosfera sem qualquer benefício. Figura 2 - Causas apuradas de incêndios rurais em Portugal (ICNF, 2023). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 12 1.2.2. GESTÃO FLORESTAL E ECONOMIA DA FLORESTA A criação de uma indústria sustentável à volta da biomassa residual, levaria a um maior interesse na aquisição de resíduos de biomassa, que são gerados pela limpeza de zonas verdes. Com este valor acrescentado ao subproduto da limpeza florestal a probabilidade de se efetuarem processos de limpeza dos terrenos e de gestão florestal no geral seria maior, devido ao aumento da rentabilidade. Gerar-se-ia assim um modelo económico incentivador da limpeza florestal, que além de contribuir para a redução de incêndios e todas as vantagens inerentes, dinamiza a economia das zonas mais florestais, criando-se postos de trabalhos em zonas frequentemente mais no interior do país, o que ajudaria a contrariar um pouco o panorama da economia focada nas zonas litorais. 1.2.3. INDEPENDÊNCIA ENERGÉTICA À data do desenvolvimento da dissertação, viveu-se um período de incerteza energética, fruto do conflito entre a Ucrânia e a Rússia. Houve um aumento generalizado dos preços de diversas fontes de energia, nomeadamente o gás natural, fornecido em grandes quantidades pela Rússia através de gasodutos. A diversidade de fontes energéticas é uma característica promovedora da independência energética de um país, pois reduz o impacto da disponibilidade e da flutuação de preços de uma fonte de energia em particular na globalidade do consumo energético. O sucesso deste projeto garantiria mais uma fonte de energia através de recursos endógenos, aumentando a diversidade de fontes energéticas, reduzindo a necessidade de importação de outras formas de energia. 1.3. OBJETIVOS Face às motivações apresentadas, o objetivo desta dissertação é a seleção de um espaço, denominado de Centro de Recolha e Processamento (CRP), para a receção de biomassa florestal residual no Concelho de Celorico de Basto e a sua transformação em produtos de valor acrescentado, nomeadamente estilha, e efetuar o seu armazenamento e expedição. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 13 São então os objetivos desta dissertação: • Caracterizar a região de Celorico de Basto e a matéria-prima existente (recorrendo também a trabalhos anteriores); • Projetar o CRP, definindo capacidade de processamento, equipamentos, processos, infraestruturas, localização, layout , e outras características relevantes ao seu funcionamento; • Caracterizar o(s) produto(s) acabado(s). 1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO A presente dissertação encontra-se dividida em cinco capítulos distintos, seguindo a ordem dos objetivos apresentados, de acordo com o que será descrito em seguida. No Capítulo 1 está presente a introdução ao tema da dissertação, com um enquadramento desta dissertação no projeto global promovido pela Vimasol – Energias Renováveis, Lda. Estão também as motivações por trás do surgimento deste projeto e os objetivos que se pretendem alcançar com esta dissertação. No Capítulo 2 é feita uma revisão da literatura onde se faz uma breve introdução à dependência energética de Portugal, e às diferentes medidas implementadas pela UE no âmbito da ação climática e ainda uma introdução ao Plano Nacional de Energia e Clima 2030, que é o documento mais relevante a nível nacional nesta matéria. Introduz-se o tema da biomassa, mais especificamente biomassa florestal residual e formas de a converter noutras formas de energia, valorizando-a. Por fim, aborda-se o problema da falta nutrientes úteis para o solo com a retirada destes resíduos das florestas. No Capítulo 3 faz-se uma caracterização do concelho de Celorico de Basto, contando com um enquadramento geográfico e caracterização física e ocupação do solo. Termina com a caracterização da matéria-prima esperada nesta região, classificando-a em funções dos diferentes fornecedores. No Capítulo 4 faz-se a definição do Centro de Recolha e Processamento (CRP), que começa com a definição da sua capacidade de produção, de forma a poder fazer um estudo dos processos e infraestruturas necessárias e seleção dos equipamentos a utilizar. É definido ainda um local possível para a implementação deste CRP. Por fim, no Capítulo 5 são tecidas as conclusões e considerações finais desta dissertação. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 14 2. ESTADO DA ARTE 2.1. PANORAMA ENERGÉTICO PORTUGUÊS Há décadas que se discute o desenvolvimento sustentável da civilização humana, e formas de o promover num planeta em evolução exponencial. Foram sendo criadas e impostas medidas, a nível mundial, e especialmente a nível europeu, para combater os impactos climáticos inerentes à atividade humana. Um dos marcos mais importante foi o Acordo de Paris, assinado e ratificado em 2015 pela UE e mais 193 estados de todo o mundo, com o objetivo de atingir um balanço global entre emissões e remoções antropogénicas, onde cada país se comprometeu a apresentar as suas Contribuições Determinadas Nacionalmente ( NDC – Nationally Determined Contribution ) e as suas Estratégias de Longo Prazo para as atingir. No ano seguinte, na Conferência das Partes (COP) da Convenção Quadro das Nações Unidas para as Alterações Climáticas (CQNUAC), Portugal assumiu o objetivo de atingir a Neutralidade Carbónica até 2050, tendo publicado o Roteiro para a Neutralidade Carbónica 2050 (RNC 2050) em 2019, que constituiu a “Estratégia de desenvolvimento a longo prazo com baixas emissões de gases com efeito de estufa (GEE)” de Portugal. No entanto, no RNC 2050 concluiu-se que o período mais crítico para atingir o objetivo com sucesso é primeira década, de 2021-2030. Assim, estabeleceu-se o Plano Nacional Energia e Clima 2030 (PNEC 2030), em concordância com o objetivo da UE de reduzir em 55% a emissão de GEE, definido na Lei Europeia do Clima, parte do Pacto Ecológico Europeu. Esta é a diretiva nacional mais relevante sobre o rumo do país para a mudança climática no presente período. Mais recentemente, devido ao conflito entre a Ucrânia e a Rússia, a União Europeia apresentou em maio de 2022 o Plano REPowerEU, para acelerar a transição energética e diminuir a dependência de combustíveis fósseis, especialmente no que toca à importação. Estes acontecimentos mais recentes levaram a uma revisão do PNEC 2030 que será feita até 2024, com metas mais ambiciosas nas variadas dimensões. Todas estas medidas e mecanismos exigem mudanças e inovações que permitam atingir os objetivos. Esta dissertação surge com o objetivo e aproveitar um recurso renovável abundante em Portugal, a biomassa lenhosa, que devido às suas características permite a obtenção de energia, nomeadamente calor. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 15 Historicamente, Portugal é um país energeticamente dependente, ou seja, a maior parte da energia que consome é importada. Até 2005, o valor da dependência energética manteve-se acima de 85% e foi baixando até estabilizar em cerca de 75% a partir de 2013, até chegar a pandemia COVID-19, em que a dependência energética baixou, essencialmente devido ao menor consumo de energia. No pós-pandemia, com os consumos regularizados, o valor da dependência energética regularizou novamente, sendo que em 2022 aumentou para 71.2% (Observatório da Energia, 2023). No gráfico seguinte mostra-se também o valor da dependência energética normalizada para os últimos anos, que atenua o efeito da variabilidade anual da produção hídrica e eólica, dado que é calculado recorrendo a um ano médio de hidraulicidade e eolicidade, não sendo afetado pela variabilidade das mesmas. Figura 3 - Evolução da dependência energética de Portugal (Energia em Números 2023). Figura 4 - Dependência Energética e Dependência Energética Normalizada (Energia em Números 2023). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 16 O abastecimento energético português era à base de carvão (95%), até à primeira Guerra Mundial, que levou a uma rutura de abastecimento e obrigou à procura de alternativas de energia, o que acabou por ser benéfico. Numa primeira fase foi sendo substituído maioritariamente pelo petróleo até à introdução do gás natural, cuja distribuição iniciou em 1997. Este contribuiu imensamente para a diversificação de fontes energética, sendo muito versátil. No entanto, houve uma manutenção da dependência energética, com talvez apenas uma ligeira redução devido à maior eficiência dos equipamentos a gás natural (L. Martins, 2018). 2.2. PLANO NACIONAL DE ENERGIA E CLIMA 2030 O PNEC 2030, o plano mais relevante no que toca à resposta climática atual de Portugal, prevê o tipo de ações e medidas climáticas, a levar a cabo até 2030, tendo em conta que esta década foi indicada como a mais crucial para efetuar mudanças a fim de atingir a neutralidade carbónica até 2050. Devido ao panorama mundial à data da escrita deste documento, como por exemplo, o conflito entre a Rússia e a Ucrânia, o PNEC está a sofrer uma revisão que deve ser finalizada em 2024. No entanto, foi publicada uma versão-rascunho a junho de 2023, a qual também foi estudada no âmbito desta dissertação. Assim, as principais metas a atingir até 2030 são: Tabela 1 - Metas do PNEC 2030, originais e revisão de julho de 2024. Para atingir estas metas, há várias proposta de ação, que culminam na melhoria do país nas seguintes dimensões, apontadas pela União da Energia (estratégia da União Europeia): Metas Nacionais Emissões (Sem LULUCF*; Em relação a 2005) Eficiência Energética (Redução em energia primária) Renováveis (Consumo final bruto de energia) Renováveis nos Transportes Interligação elétrica PT-ES PNEC 2030 -45% a -55% 35% 47% 20% 15% Revisão (julho 2024) -55% 16 711 ktep 51% 29% 15% *LULUCF – Land Use, Land-Use Change and Forestry Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 17 • A Descarbonização, onde o foco é nas emissões e remoções de GEE, com grande relevo para as energias renováveis • A Eficiência Energética, onde se pretende rentabilizar melhor a energia primária consumida • A Segurança Energética, para promover a diversificação e aumentar a independência energética • O Mercado Interno da Energia, com foco nas infraestruturas energéticas e autoprodução • Investigação, Inovação e Competitividade, para que o mercado nacional acompanhe a evolução tecnológica Este documento apresenta ainda oito objetivos nacionais para garantir o cumprimento do proposto para o horizonte 2030, dos quais se destacam aqueles que, beneficiariam com a implementação deste projeto. É imperativo fazer esta análise das diretivas atuais do governo, e validar que não se trata apenas de uma boa ideia, mas que também está de acordo com as intenções da nação, contribuindo para o futuro da ação climática. Figura 5 - Objetivos nacionais do PNEC 2030 beneficiados com a implementação do projeto. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 18 Esta diretiva figura o mais relevante plano de ação até 2030 para Portugal e através dela, validase assim a pertinência do estudo de soluções baseadas na biomassa, tal como esta dissertação. • DESCARBONIZAR A ECONOMIA MUNDIAL A implementação desde projeto promoveria o consumo de biomassa residual, que é uma fonte de energia renovável, como se explica mais à frente. Isto evita o uso de outros combustíveis, usualmente fósseis, o que promove uma menor emissão de gases com efeito de estufa, e consequentemente, a descarbonização da indústria/economia mundial. • REFORÇAR A APOSTA NAS ENERGIAS RENOVÁVEIS E REDUZIR A DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA DO PAÍS Analogamente, a utilização desta fonte de energia renovável endógena, não só previne a utilização de combustíveis que emitem mais gases com efeito de estufa, como também são combustíveis importados, pela que a sua redução levaria a uma maior independência energética. • GARANTIR A SEGURANÇA DE ABASTECIMENTO Mais uma vez, mas agora com menos foco da vertente renovável, o projeto a apresentar traria uma nova fonte energética, endógena, que reduziria a dependência de fontes energéticas externas. É difícil estimar o impacto que teria, seria até relativamente reduzido a nível nacional, apesar de relevante a nível local. Mas, no entanto, é uma iniciativa na direção certa, que juntamente com várias outras contribuem para um objetivo comum de descarbonização, entre outros objetivos muito relevantes. • PROMOVER UMA AGRICULTURA E FLORESTA SUSTENTÁVEIS E POTENCIAR O SEQUESTRO CARBONO Embora não tão relevante para a redução da intensidade carbónica da prática agrícola (à parte de evitar as queimas de sobrantes e as suas emissões de GEE) este projeto tem o objetivo de promover fortemente a gestão florestal e gerar uma economia (tendencialmente circular) a partir da mesma, de modo a reduzir em igual proporção a ocorrência de incêndios florestais. Prevenindo a destruição de florestas, consegue-se que estas mantenham a sua ação de sumidouro natural de GEE, estando o projeto completamente alinhado com este objetivo do PNEC 2030. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 19 • GARANTIR UMA TRANSIÇÃO JUSTA, DEMOCRÁTICA E COESA Talvez o objetivo menos impactado, mas ainda assim impactado positivamente. A recolha de biomassa residual presume a colaboração dos cidadãos, seja através de boa vontade ou incentivos financeiros, num programa disponível a todos os cidadãos, que culmina com uma maior valorização territorial. Além disso, a ser bem-sucedido, pode-se criar uma fonte energética mais acessível, que pode contribuir para a redução da pobreza energética, ou seja, o menor consumo de energia (como aquecimento das casas) por falta de recursos financeiros. 2.3. BIOMASSA FLORESTAL RESIDUAL A biomassa é toda a matéria orgânica não fossilizada proveniente do crescimento de um ser vivo. Tanto pode ser um animal, como uma planta, quer esteja vivo, ou morto, deixando a biomassa gerada. A biomassa é a quarta maior fonte de energia global, a seguir ao carvão, petróleo e gás natural (Jawaid et al., 2017). A biomassa florestal residual refere-se a materiais orgânicos que são produzidos como subprodutos principalmente da exploração madeireira e da agricultura. Na parte da exploração madeireira, o foco é nos resíduos de madeira, como serradura, aparas de madeira, cascas, cepos e ramos, que podem ser coletados de operações florestais, indústrias de madeira ou até mesmo de podas urbanas. Já na agricultura, o resíduo mais importante é por exemplo o restolho da colheita de cereais e podas de culturas, como vinhas. Figura 6 - Exemplos de biomassa vegetal: restos da planta do milho, lenha e sobrantes de abate florestal, respetivamente. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 20 Estes tipos de biomassa, sobre os quais se debruça esta dissertação, têm uma característica particular que é serem combustíveis, o que permite a conversão para outras formas de energias de forma bastante simples. Obtém-se calor, que pode ser utilizado diretamente, ou ainda ser utilizado para gerar energia elétrica, através de centrais térmicas. A biomassa é uma fonte de energia renovável. O carbono presente no nosso planeta vai sofrendo transformações com o tempo, tanto a nível espacial como químico. Tanto se pode encontrar na atmosfera, contido em moléculas como o CO2 (gasoso), por exemplo, como se pode encontrar na matéria que constitui os troncos das árvores (sólido) ou até em combustíveis fósseis como o petróleo e o gás natural (líquido e gasoso). Nestas mutações constantes é possível encontrar padrões, e neste aspeto é muito importante realçar o ciclo curto, atribuído à biomassa, e o ciclo longo do carbono, atribuídos aos combustíveis fósseis. Figura 7 - O ciclo do carbono na floresta e a utilização de combustíveis fósseis (USDA, 2019). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 27 3.3. OCUPAÇÃO DO SOLO Segundo o PMDFCI, a ocupação do solo do concelho de Celorico de Basto, baseada na Carta de Uso e Ocupação do Solo de 2018, estruturada segundo os critérios do Inventário Florestal Nacional, enquadra-se em diferentes tipologias: • Áreas Sociais • Agricultura • Floresta • Incultos • Superfícies Aquáticas No concelho de Celorico de Basto, o tipo de ocupação predominante é de áreas de “Floresta”, que registam um total de 10.167,8 ha, correspondentes a 56,2% da área de concelho. Seguem-se as áreas de “agricultura” com uma área total de 4.728,3 ha, que correspondem a 26,1% da área do concelho e Figura 12 - Carta de declives do concelho de Celorico de Basto (ICNF, 2021). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 28 ainda as áreas de “incultos” com uma área total de 1.734,0 ha que correspondem a 9,6% da área do concelho. Como se pode ver, grande parte do Concelho de Celorico de Basto tem tipos de ocupação que são produtores de biomassa, nomeadamente as florestas e a agricultura, o que indica que pode ser um concelho com grande potencial para a implementação deste projeto. Tabela 2 – Ocupação do solo em Celorico de Basto. Classe Área (ha) Área (%) Floresta 10 167,8 56,2 Agricultura 7 728,3 26,1 Incultos 1 734,0 9,6 Áreas Sociais 1 439,0 7,9 Superfícies aquáticas 37,9 0,2 Total 18 107,0 100 Figura 13 - Ocupação do solo do concelho de Celorico de Basto (ICNF, 2021). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 29 3.4. CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA E FORNECEDORES O tipo de biomassa expectável de ser depositada varia muito. Tanto pode ser biomassa do tipo lenhosa, como por exemplo de restos de poda, ou os ramos de árvores abatidas, que frequentemente são queimados. Ou então podem também ser resíduos como relva cortada, ou folhas caídas. Este subcapítulo vai ao encontro do tema desenvolvido em simultâneo noutra dissertação, cujo objeto de estudo é todo percurso da biomassa desde a fonte, até à chegada ao CRP, o que exigiu um trabalho semelhante no que toca à caracterização da biomassa. Os diferentes tipos de resíduos podem ser organizados em diferentes tipos de produtores dos mesmos. Para Celorico de Basto, tal como regiões semelhantes, identificaram-se 3 setores principais de produtores de biomassa residual. 3.4.1. FLORESTA E INDÚSTRIA MADEIREIRA A indústria madeireira compreende todas as ações inerentes à colheita de madeira. Neste caso, mais especificamente, o foco é sobre as operações de abate de árvores que frequentemente ocorrem em Celorico de Basto e sobre a biomassa residual que geram. Figura 14 - Equipamentos utilizados na indústria madeireira. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 30 Seja qual for a escala da operação, todas têm algo em comum. Geralmente não aproveitam toda a biomassa da árvore. A árvore é composta por diferentes partes que possuem características diferentes, como as raízes, o tronco, os ramos e as folhas. Normalmente são aproveitados os troncos e os ramos de maior envergadura, pois são as partes mais homogéneas, retilíneas e valiosas da planta, que podem depois ser processadas mais facilmente. Os ramos mais finos, as folhas e as raízes geralmente são resíduos que ficam no solo, sendo que há a obrigação legal de os eliminar e limpar o terreno, o que nem sempre acontece, criando situações perigosas a nível de incêndios florestais. Outra vertente do abate de árvores não é comercial, mas no âmbito da gestão florestal. Utiliza-se o abate de determinadas áreas de floresta para interromper a continuidade horizontal da vegetação de modo a limitar possíveis incêndios florestais. Claro está que, no decorrer dessa atividade, tal como na atividade madeireira, surgem resíduos de biomassa que também poderão ser introduzidos na cadeia logística deste projeto. Um exemplo claro deste tipo de atividade materializa-se nas Zonas de Intervenção Florestal (ZIF). Uma ZIF é “uma área territorial contínua e delimitada, constituída maioritariamente por espaços florestais, submetida a um Plano de Gestão Florestal (PGF) e que cumpre o estabelecido nos Planos Municipais de Defesa da Floresta Contra Incêndios, e administrada por uma única entidade, que se denomina Entidade Gestora da ZIF” (Decreto-Lei nº 127/2005). De forma simples, é um agregado de terrenos, de vários proprietários diferentes, criado de forma a fazer uma gestão florestal coesa e abrangente, além de mais fácil e económica e não baseada apenas em fatores individualistas. No entanto, segundo informação recolhida no terreno (Casa do Agricultor), as ZIF em Celorico de Basto não estão a funcionar plenamente. De qualquer modo, fica sempre aberta a Figura 15 - Amontoado de biomassa florestal residual. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 31 possibilidade de a sua implementação ser reorganizada e de se virem a tornar numa fonte importante de biomassa para este projeto. Crê-se que estes seriam um dos maiores fornecedores de biomassa para o projeto pois ao contrário dos particulares, trabalham em grande escala e produzem uma grande quantidade de resíduos. 3.4.2. AGRICULTURA A agricultura também contribui para a produção de biomassa combustível. Numa visita à freguesia de Codeçoso, no âmbito deste projeto, constatou-se uma forte atividade do setor vinícola. Neste tipo de atividade o tipo de resíduo com maior interesse de efetuar a recolha seria proveniente da poda das plantações. Trata-se de uma operação de desbaste com o objetivo de cortar a rama inútil das plantas, de modo a aumentar a sua produtividade e a qualidade da colheita. O resíduo gerado são ramos finos, geralmente abaixo de 20 mm de diâmetro. No entanto, os proprietários (de forma geral) já trituram os resíduos que produzem, utilizando-os como fertilizante para as culturas. Assim, apesar de não ser descartada, a agricultura tomou um papel secundário como fornecedor de biomassa residual para este projeto. Há outras culturas, não estudadas em Celorico de Basto, que também são boas produtoras de biomassa residual que podem ter interesse para este projeto. Na Figura 16 é possível ver plantas de milho, onde se consegue ver a espiga (amarela), sendo que as restantes partes da planta são restolho. O restolho, depois de seco, é combustível e é mais um exemplo de um material que pode ser aproveitado no âmbito deste projeto. No entanto, devido à decomposição mais rápida relativamente à Figura 16 - Plantas de milho. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 32 madeira, por vezes utiliza-se o restolho também para a nutrição dos solos, como fertilizante. Ainda assim, há sempre a possibilidade de este tipo de material ser recolhido no CRP. 3.4.3. PEQUENOS PROPRIETÁRIOS Celorico de Basto, apesar de possuir zonas industriais e urbanas, tem uma vasta área rural, na posse de pequenos proprietários. Nestas zonas é frequente a prática do cultivo próprio, sendo que os seus proprietários desenvolvem frequentemente atividades de pequena escala no âmbito da agricultura e abate de árvores. São levadas a cabo várias práticas mais ou menos comuns a todos os proprietários deste género muito semelhantes às mencionadas nos subcapítulos da atividade madeireira e da agricultura, mas a uma escala muito mais pequena. Quanto ao abate de árvores por pequenos proprietários, é frequente os habitantes de zonas mais rurais possuírem terrenos com árvores, as quais vão cortando periodicamente para obtenção de lenha. No entanto, é muito trabalhoso aproveitar os ramos mais finos, o que os torna um resíduo ao invés de uma matéria-prima. Há então a necessidade de os eliminar, recorrendo-se muitas vezes à prática de queimas, pelo que é costume os proprietários juntarem esses resíduos e procederem à sua combustão. Este tipo de eventos podem-se descontrolar e dar origem a um incêndio, algo que não é tão raro assim, pois como já se viu, representam cerca de 40% das causas apuradas de incêndios. Além disso é matéria-prima que ainda contém energia, na forma de calor, que pode ser aproveitado em vez de simplesmente dissipado para a atmosfera, caso o projeto fosse bem-sucedido. Figura 17 - Fotografia de queima, para descarte de resíduos de biomassa lenhosa. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 33 3.4.4. BIOMASSA NO LIXO COMUM Outra fonte de biomassa podem ser os locais de deposição de lixo. A população por vezes deposita biomassa residual em caixotes do lixo comum, desde sobrantes de cortes de relva até cepos de árvores de tamanho considerável. Não se sabe bem o porquê desde comportamento. Poderá ser a incapacidade de os proprietários se desfazerem do resíduo, como a falta de espaço ou de condições, ou simplesmente por ser mais cómodo, apesar de incorreto. Outra possível motivação poderá ser o esforço individual dos proprietários para evitar queimadas, especialmente em épocas propícias a incêndios. Assim sendo, faz todo o sentido haver algum tipo de infraestrutura capaz de receber e valorizar este tipo de resíduos, que de outra forma iriam acabar num aterro sanitário. Figura 18 – Exemplo de biomassa em caixotes de lixo. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 34 4. CENTRO DE RECOLHA E PROCESSAMENTO A conceção deste projeto presume a existência de uma rede logística criada e bem estabelecida para assegurar a recolha e transporte da biomassa residual até ao Centro de Recolha e Processamento (CRP), a partir de pontos de recolha espalhados pelo concelho. No CRP pretende-se transformar a biomassa recolhida em produtos de valor acrescentado. 4.1. CAPACIDADE DE PROCESSAMENTO DO CRP O principal fator no dimensionamento deste projeto é a capacidade de processamento pretendida, pois impacta fatores como a área, a edificação, a maquinaria, o horário de funcionamento necessários, entre outros. O conceito guia para este CRP foi o sobredimensionamento. A ser feito um investimento neste projeto, pretendeu-se que houvesse alguma margem de manobra, ou seja, o objetivo era que se pudesse processar a biomassa prevista produzida em Celorico de Basto, com margem para alguma eventual expansão. À falta de estudos concretos sobre a produção de resíduos passíveis de serem aproveitados em Celorico de Basto, definiu-se com a administração da Vimasol que a produção do CRP rondaria a da produção da fábrica da empresa em Celorico de Basto, na ordem das 10 mil toneladas por ano, que também vai de encontro ao sobredimensionamento desejado. O horário de funcionamento proposto seria de 8 horas diárias, por diversas razões. Primeiro, crêse que inicialmente não haveria fornecimento biomassa residual suficiente para ser necessário trabalhar mais do que horário normal. Além disso, o trabalho noturno é mais complicado devido à falta de visibilidade e ao ruído gerado durante os trabalhos. Ainda assim, não se exclui o alargamento do período de funcionamento em caso de maior necessidade, e caso não haja restrições de ruído, gerados principalmente pela trituração. De acordo com a meta estabelecida: 10.000 𝑡𝑜𝑛 𝑎𝑛𝑜 ⁄≈40 𝑡𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑎 (253 𝑑𝑖𝑎𝑠 ú𝑡𝑒𝑖𝑠 𝑒𝑚 2024)⁄ = 𝟓 𝒕𝒐𝒏 𝒉 ⁄ (8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎𝑠) Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 35 4.2. TIPO DE PROCESSAMENTO Como já se viu, a biomassa residual pode ser aproveitada de diversas maneiras, desde processos com uma maior componente química, como a gasificação, e pirólise, até processos puramente mecânicos, como a trituração, para fabrico de estilha. Para manter a simplicidade e praticidade do projeto, especialmente numa fase inicial, decidiu-se optar pela trituração, que se apresenta como um processo meramente mecânico, com maior custo-benefício. É, portanto, muito mais simples e permite obter um produto standard, a estilha, com o objetivo de ser comercializada ou utilizada na fábrica de pellets da Vimasol. Regra geral, a estilha é queimada em caldeiras e convertida em calor, em aplicações de grande/média escala, como complexos industriais ou então edifícios com maior consumo de calor (escolas, hospitais, lares, residências grandes, etc.). Por vezes também é aproveitada em processos de cogeração, em aplicações industriais de maior dimensão, como a indústria de papel ou de aglomerados de madeira. Como foi referido, a combustão para aproveitamento de calor permite rendimentos acima de 90%, aproveitando quase toda a energia calorífica presente na biomassa. Assim, a produção de estilha surgiu como uma solução com a maior relação simplicidade – rendimento, pelo que se considerou ser a alternativa com mais benefícios: • Fabrico muito mais fácil, standard e muito industrializado • Mais fácil logisticamente (armazenamento, transporte, etc.) • Fácil de consumir localmente (e.g. Vimasol) • O investimento é menor e mais fácil de reaver em caso de falha Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 36 4.3. PROCESSOS E INFRAESTRUTURAS NECESSÁRIAS 4.3.1. TRITURADOR Com os equipamentos que existem atualmente, o processo de trituração poderia ser feito tanto no CRP, como no local da recolha. Há equipamentos de variadíssimas configurações e fontes de energia capazes de lidar com diversos tipos de materiais, em termos de tamanho e presença ou não de contaminantes misturados, como se pode ver nos exemplos abaixo. Há essencialmente duas grandes tecnologias que são usadas na trituração de biomassa. Os trituradores de disco e os trituradores de tambor. Figura 19 – Triturador móvel de grande porte, com fonte de energia própria (esquerda) e triturador móvel de pequeno/médio porte, movido por um trator (direita). Figura 21 - Representação esquemática de triturador de disco. Figura 20 - Representação esquemática de triturador de tambor. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 43 Escolha do triturador Para a escolha do modelo do triturador contactou-se um fabricante nacional deste tipo de equipamentos, a Jocar, Lda, que disponibilizou um catálogo com o seu alinhamento de produtos (Anexo A). O catálogo em causa permite a seleção do equipamento a partir da capacidade de processamento definida em metros cúbicos de matéria-prima por hora (rm/h). No capítulo 4.1 definiu-se a capacidade de produção de estilha em toneladas por hora (ton/h), pelo que é necessário efetuar uma conversão. A estilha produzida a partir de resíduos florestais tem as seguintes características (Gruduls et al., 2013): Ora: 𝟏 𝐤𝐠/𝐋 = 1 kg/dm3 = 1000 kg/m3 = 𝟏 𝐭𝐨𝐧/𝐦𝟑 Tabela 4 - Características da estilha produzida a partir de resíduos florestais (Adaptado de Gruduls K et. Al, 2013). Tabela 3 - Modelos de trituradores de tambor disponibilizados pela Jocar, Lda. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 44 Como é impossível saber o nível de humidade presente na matéria-prima, devido à incerteza da sua origem, considera-se para efeitos de cálculo o valor médio da massa volúmica aparente (a granel) entre material seco e material húmido. 0.382 + 0.189 2= 𝟎, 𝟐𝟖𝟓𝟓 𝐭𝐨𝐧/𝐦𝟑 A produção desejada foi estabelecida em 5 ton/h de estilha, pelo que é necessário converter este valor em m3/h: 5 ton/h ÷ 0,2855 ton/m3 = 𝟏𝟕,𝟓𝟏 𝐦𝟑/𝐡 Segundo LWF (2012), há uma correlação entre o volume de estilha e o volume de resíduos que lhe deu origem. Assim, sabe-se que: 17,51 m3/h de estilha ÷ 0,4 = 𝟒𝟕,𝟕𝟖 𝐦𝟑/𝐡 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐬í𝐝𝐮𝐨𝐬 𝐟𝐥𝐨𝐫𝐞𝐬𝐭𝐚𝐢𝐬 Figura 30 - Fator de conversão volumétrica entre resíduos florestais e estilha (Adaptado de LWF, 2012). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 45 O fabricante forneceu ainda uma ficha técnica para trituradores com um alimentador associado, que é necessário para o bom funcionamento do equipamento. Assim, o triturador escolhido seria o modelo DFRU 950/450/7/2, de construção Jocar Lda, que assegura que a produção estabelecida é alcançada, pois aceita uma alimentação de 75 m3/h face aos 47,78 m3/h calculados. Esta máquina tem uma potência máxima absorvida de 381 kW. O triturador também tem uma entrada larga o suficiente para uma boa operação, com uma largura de 950 mm e uma altura de cerca de 450 mm, que também vai de acordo com a recomendação da Jocar, Lda para evitar problemas de alimentação associados com os variados formatos da matéria-prima. Figura 32 – Triturador de tambor Jocar, Lda. Figura 31 - Gama DFRU, trituradores com alimentador da Jocar, Lda. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 46 As medidas de atravancamento para esta máquina são de 8870 mm de comprimento e 2350 mm de largura, o que dá uma área aproximada de 20,85 m2. No entanto, para o funcionamento da máquina, considerou-se ainda uma área de circulação a toda a volta com uma largura de 4 m, o que dá uma área total 175 m2, aproximadamente. 4.3.2. ARMAZENAMENTO A produção de biomassa florestal residual (BFR), e consequentemente estilha, é mais ou menos constante ao longo do ano, mas o seu consumo é sazonal, sendo que no inverno a procura deste produto é superior. Isto leva a que haja uma necessidade logística de armazenamento ao longo da cadeia de produção (Pettersson & Nordfjell, 2007). Há essencialmente 2 tipos de material a armazenar no âmbito deste projeto: Biomassa Florestal Residual (a matéria-prima) e Estilha (o produto final). Além da necessidade logística, o armazenamento também tem a função de secagem da biomassa. Segundo Pettersson & Nordfjell (2007) o teor de humidade da biomassa é o parâmetro mais importante pois afeta o poder calorífico, as propriedades de armazenamento, os custos de transporte e ultimamente o seu valor económico. O teor de humidade após a colheita é geralmente superior 50%, que deve reduzido idealmente até 20% (Dimitriou & Rutz, 2015). O maior inimigo do armazenamento da biomassa é a perda de matéria seca, que pode ocorrer de duas maneiras (Thörnqvist, T., 1985): • Através do manuseamento da biomassa • Decomposição causada por micro-organismos As perdas devido ao manuseamento da biomassa são inevitáveis, pois é uma operação indispensável. No entanto é necessário haver cuidado para evitar movimentações desnecessárias. Quanto à decomposição causada por micro-organismos, os métodos de armazenamento devem ser otimizados para tentar reduzir este impacto ao mínimo. Os estudos apontam que este tipo de perdas é superior no armazenamento de estilha do que no armazenamento de matéria-prima, como ramos. (Afzal et al., 2010; Thörnqvist, T.,1985). Isto ocorre, devido à maior área superficial, que aumenta a atividade microbiana (Jirjis, R., 2005; Anerud et al., 2020). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 47 Além disso, de modo a poder armazenar a estilha de forma segura, o teor de humidade da matériaprima deve ser reduzido até 30% para se poder armazenar com segurança de forma relativamente fácil (Dimitriou & Rutz, 2015). Assim, o armazenamento e secagem deve ser efetuado o mais possível na forma de matériaprima, como ramos, galhos e folhas, para minimizar as perdas de matéria seca e os custos de manuseamento. 4.3.2.1. ARMAZENAMENTO DE RESÍDUOS FLORESTAIS A natureza dinâmica e heterogénea da biomassa faz com que seja difícil analisar e comparar a sua secagem e outros parâmetros entre diferentes estudos (Pettersson & Nordfjell, 2007). No entanto, da leitura de diferentes estudos percebeu-se que a secagem da matéria-prima (ramos, etc.) para triturar e armazenar a estilha em segurança ocorre geralmente dentro de uma época de Verão, havendo pouca secagem na época de inverno. Conta-se então com um tempo de secagem de 3 a 4 meses aproximadamente. Quase todos os estudos analisados abordam o problema da re-humidificação, fenómeno transversal à biomassa florestal residual (BFR) e à estilha e acontece quando há precipitação sobre os resíduos, sendo que estes acabam por absorver essa humidade, revertendo o processo desejado da secagem. Ainda assim, este fenómeno tem menores impactos negativos sobre a BFR do que na estilha (Jirjis, 1995). Assim, é importante priorizar a secagem em tempo seco (primavera e verão), que promove uma rápida secagem da biomassa (Jirjis, 1995). Os estudos analisados sugerem ainda que fora do tempo seco, caso seja necessário efetuar armazenamento de matéria-prima, esta deve ser preferencialmente coberta por uma lona respirável, que proteja da precipitação sem impermeabilizar completamente o amontoado. Tendo em conta o tempo de secagem considerado de 3 a 4 meses, implica que é necessário ter uma área grande o suficiente para armazenar todo este material. Por questões económicas, não faz sentido o Centro de Recolha e Processamento compreender toda a área necessária para este processo. O projeto global considerado pela Vimasol, compreende a criação de vários pontos de recolha espalhados pelo concelho, que teriam de ser também eles dimensionados para fazer este armazenamento. Decidiu-se então que o CRP deveria ter área suficiente para armazenar matéria-prima correspondente a 1 mês de secagem (e processamento também) e que durante os outros meses de Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 48 secagem os resíduos seriam mantidos nos locais antecedentes na cadeia de fornecimento. Ou seja, o objetivo seria manter os resíduos no local de colheita e nos pontos de recolha espalhados no concelho o maior tempo possível para atrasar a ida para o CRP. Assim, reduz-se a área do CRP ao estritamente necessário e evitando despesas na aquisição de uma área maior. Além disso, a secagem perto da fonte da matéria-prima, implica que há redução do seu peso, tornando os processos de transporte e manuseamento mais fáceis e menos dispendiosos. Esta solução também ajuda a minimizar a remoção de nutrientes da zona de colheita, pois durante este período há perda de finos (folhas, etc.), que acabam por nutrir o solo. Anteriormente, definiu-se que, para o funcionamento do CRP, seriam necessários 47,78 m3/h durante as 8 horas diárias de funcionamento. Cada mês tem aproximadamente 20 dias úteis por mês, pelo que são necessários pelo menos 7650 m3 de resíduos florestais todos os meses. 47,78 m3/h × 8h diárias × 20 dias úteis ≈ 𝟕𝟔𝟓𝟎 𝐦𝟑/𝐦ê𝐬 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐬í𝐝𝐮𝐨𝐬 𝐟𝐥𝐨𝐫𝐞𝐬𝐭𝐚𝐢𝐬 Ashton et al. (2019), sugerem que o armazenamento dos resíduos florestais deve ser feito em amontoados com uma altura máxima de 2 metros, logo, os 7650 m3 de BFR consumidos todos os meses traduzem-se numa área de armazenamento de 3825 m2. 7650 m3÷ 2 m de altura = 𝟑𝟖𝟐𝟓 𝐦𝟐 𝐝𝐞 á𝐫𝐞𝐚 𝐝𝐨 𝐂𝐑𝐏 A fonte citada também impõe uma largura máxima de 3 m, pelo que é necessário haver corredores de circulação consoante a disposição do armazenamento. Estes corredores deverão ter largura suficiente para a passagem relativamente confortável de uma máquina para o transporte. 4.3.2.2. ARMAZENAMENTO DE ESTILHA A forma mais frequente de armazenar a estilha é em amontados sobre o solo, que foi a solução estudada nesta dissertação. Há vários tipos de configurações possíveis. A nível do solo base, pode ser em terra ou pavimentado. O amontoado pode ficar descoberto ou coberto. A configuração mais eficaz deste método depende da localização geográfica do armazenamento. Por exemplo, segundo Casal et al. (2010), as condições Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 49 climatéricas no norte de Espanha não são adequadas para a secagem de estilha descoberta, no entanto, segundo Manzone et al. (2013), este método de armazenamento é adequado para as condições observadas no norte de Itália, sendo que também admite que cobrir a estilha com um telhado pode gerar estilha de maior qualidade. Assim, tendo em conta a proximidade a Espanha e as considerações acima mencionadas, decidiuse que a estilha do CRP seria armazenada sob uma cobertura fixa, com pelo menos um lado aberto para garantir o fluxo de ar. Decidiu-se que o solo seria pavimentado para evitar a contaminação com a terra e também para impedir a humidificação da estilha pelo solo. O armazenamento de estilha é mais desafiante. Devido à maior área superficial, aumenta a atividade microbiana e há maiores perdas de matéria seca (Jirjis, R., 2005; Anerud et al., 2020). Além disso, devido ao menor tamanho da estilha, é mais compacta que a biomassa florestal residual (BFR), o que resulta num menor fluxo de ar o que dificulta a secagem. A atividade microbiana que se gera nas pilhas de estilha gera calor, e em caso de haver bastante humidade e muito pouco fluxo de ar, como é o caso de grandes pilhas de estilha proveniente de BFR, pode haver um aumento de calor tal que ocorre autoignição da estilha, originando um incêndio. Este fenómeno não é relatado no caso de amontoados de BFR. É então de importância extrema que o armazenamento da estilha seja feito de forma segura de acordo com as normas em vigor, e que permite proteção contra a humidade e uma boa dissipação do calor gerado. A primeira medida a ter em conta, como referido, seria efetuar uma boa secagem antes da trituração, para reduzir a atividade microbiana, mas além disso, é preciso implementar medidas para garantir um armazenamento seguro e economicamente viável. Assim, seguiu-se o exemplo apresentado por Dimitriou and Rutz (2015). Trata-se de uma estrutura com um telhado fixo, protegendo a estilha da precipitação, mas tem mais funcionalidades que beneficiam o armazenamento de estilha. As paredes laterais são construídas em tábuas de madeira, com espaçamentos, de modo que permite o fluxo de ar pelas paredes e ainda o facto de serem de madeira permite alguma absorção de alguma humidade presente na estilha e maior exposição ao ar. O facto de ter paredes também facilita o processo de carregamento de veículos de transporte, com um aumento de produtividade até 13% (Manzone, 2017). Além das paredes, a instalação também possui divisórias em madeira, e promovem a secagem entre ao meio da pilha de estilha. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 50 Este armazém em específico, também tem grelhas de insuflação de ar no solo para secagem forçada da estilha, que se pretende que seja utilizada apenas em caso de necessidade, ou seja, temperatura ou teor de humidade da estilha perigosamente altos na estilha, ou então para situações de alta procura de estilha que necessitassem de rápida secagem. Estas instalações teriam de ter ainda um sistema de monitorização da temperatura das pilhas e também um sistema contra incêndios, possivelmente com aspersores para garantir a segurança das instalações. Tal como a BFR, pretende-se efetuar armazenamento de estilha correspondente a 1 mês de produção. Definiu-se anteriormente que a produção de estilha em 17,51 m3/h, que de modo análogo aos cálculos da BFR corresponde a uma produção mensal de 2800 m3 de estilha. 17,51 m3/h × 8h diárias × 20 dias úteis ≈ 𝟐 𝟖𝟎𝟎 𝐦𝟑/𝐦ê𝐬 𝐝𝐞 𝐞𝐬𝐭𝐢𝐥𝐡𝐚 Figura 34 - Exemplo de armazém de estilha (Dimitriou & Rutz, 2015). Figura 33 - Grelhas de insuflação de ar para secagem forçada da estilha (Dimitriou & Rutz, 2015). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 51 Quanto à área necessária para armazenamento, Ashton et al. (2019) sugerem que a altura máxima para o armazenamento de estilha proveniente de resíduos florestais deve ser de 7.5 m, pelo que os 2800 m3 de armazenamento de estilha se traduzem numa área de armazenamento de 370 m2. 2800 m3÷ 7,5 m de altura ≈ 𝟑𝟕𝟎 𝐦𝟐 𝐝𝐞 á𝐫𝐞𝐚 𝐝𝐨 𝐂𝐑𝐏 Por simplificação, assumiu-se que o armazenamento de estilha deverá ser feito em 4 baías de 100 m2 (10 x 10 m) num total de 400 m2. 4.3.3. MANUSEAMENTO DE MATERIAL O CRP tem ainda a necessidade logística de movimentar o material presente nas instalações, para os diferentes processos que nelas ocorrem. Há 2 tipos de matéria a movimentar: • Resíduos florestais, como ramos, troncos, etc. • Estilha 4.3.3.1. RESÍDUOS FLORESTAIS A madeira não processada corresponde maioritariamente a ramos e folhas. Estes tipos de materiais são movimentados através de uma garra. Figura 35 - Garra utilizada na movimentação de biomassa, e exemplo da sua utilização. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 52 Esta garra pode ser operada acoplada a diferentes equipamentos através de um braço articulado, geralmente: • Tratores • Escavadora Giratória • Camiões • Outras máquinas florestais O equipamento mais ágil de todos é sem dúvida a giratória. No entanto, tendo em conta a área substancial de armazenamento de resíduos florestais é necessário percorrer alguma distância entre a zona de armazenamento e o triturador, pelo que o mais indicado é algum tipo de máquina com capacidade de transporte, como um trator com atrelado florestal ou um forwarder . O trator, devido à sua natureza, é muito mais versátil, podendo executar diferentes tarefas mediante a alfaia que lhe estiver equipada. Assim decidiu-se que, inicialmente, um trator com atrelado florestal seria a opção certa para o manuseamento de resíduos florestais até ao triturador. Figura 36 - Exemplos de diferentes máquinas com grua e garra para movimentação de biomassa não-processada: trator, giratória, camião e forwarder (máquina florestal). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 59 4.3.6. ESCRITÓRIO E GARAGEM Para o bom funcionamento deste Centro de Recolha e Processamento (CRP) considerou-se também um espaço de escritório para funções administrativas, bem como uma garagem para o estacionamento de máquinas durante o período em que as mesmas não estão em funcionamento. Definiu-se então uma área de 50 m2 para o escritório (5 m x 10 m), com possibilidade de criar um segundo piso, aumentando a área para os 100 m2, caso fosse necessário. Para a garagem, pretende-se uma área com 100 m2 (10 m x 10 m) para estacionamento abrigado de viaturas inerentes ao serviço do CRP, junto ao escritório. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 60 4.4. LOCALIZAÇÃO E LAYOUT Inicialmente considerou-se a utilização tanto de terrenos públicos, cedidos pela Câmara Municipal ou Juntas de Freguesia, ou terrenos privados que seriam adquiridos pela Vimasol. Soube-se através da Câmara Municipal que se prevê uma expansão no parque industrial para a zona do Baldio de Veade. Sendo que se trata de zona industrial, pode-se presumir que todas as necessidades básicas inerentes ao funcionamento do Centro de Recolha e Processamento (CRP) serão cumpridas. Necessidades como o abastecimento de energia elétrica trifásica com uma ligação capaz de fornecer potências elevadas, a possibilidade de edificar, imprescindível para a operacionalidade da infraestrutura, e outras necessidades básicas como o abastecimento de água, por exemplo. A escassez de localizações disponíveis com estas características e a proximidade à fábrica da Vimasol determinou que esta seria a escolha de localização a considerar para o CRP. No entanto, não se conheciam os limites disponíveis para a implementação do CRP, sendo que se desenvolveu uma implementação idealista do mesmo, ou seja, o perímetro de implementação ficou completamente ao critério do autor. Figura 44 - Localização selecionada para a implementação do CRP no Concelho de Celorico de Basto. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 61 Na tabela abaixo podem-se ver as áreas atribuídas anteriormente a cada processo e infraestrutura do CRP. No entanto, estes valores não são suficientes para se conhecer área total do CRP. Além da área dedicada aos processos e infraestruturas, é ainda necessário haver áreas para circulação de maquinaria e pessoas, nomeadamente para o armazenamento de estilha. Como apenas é permitida uma largura de 3 m para o armazenamento de resíduos florestais, é necessária a criação de vários corredores de circulação entre os mesmos o que aumenta significativamente a área total do CRP, e que dependem muito da organização do armazenamento. Além disto, também é necessária área de circulação para entrada e saída de viaturas, nomeadamente veículos pesados para cargas e descargas. Tabela 5 - Áreas previstas para cada processo/infraestrutura do CRP. Processo/Infraestrutura Área prevista Trituração + circulação 175 m2 Armazenamento de resíduos florestais 3825 m2 Armazenamento de estilha 370 m2 Compostagem 75 m2 Escritório e Garagem 150 m2 TOTAL 4595 m2 Figura 45 - Vista aérea na área aproximada do Baldio de Veade (contorno vermelho), e da localização da zona industrial (contorno azul). 0 100 200 m Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 62 Após várias iterações, o modelo a que se chegou foi o seguinte: A área desenhada consiste num quadrado com 100 m de lado, com uma área total de 10.000 m2 (1 hectare). Na tabela abaixo podem-se verificar os valores atualizados para os processos e infraestruturas idealizados, bem como das áreas de circulação. Tabela 6 - Áreas finais para cada processo/infraestrutura do CRP. Processo/Infraestrutura Área final Trituração e armazenamento de estilha 990 m2 Armazenamento de resíduos florestais 4284 m2 Circulação entre resíduos florestais 3016 m2 Figura 46 - Esquema final do Centro de Recolha e Processamento. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 63 Compostagem 75 m2 Escritório e Garagem 150 m2 Circulação geral 1485 m2 TOTAL 10.000 m2 As operação de trituração e armazenamento de estilha foram agregadas para reduzir as distâncias de transporte, ficando sob o mesmo telhado (a traçejado), com uma área total de 990 m2. Ficaram perto da entrada e com um bom espaço de circulação para facilitar operações de carregamento de estilha. Para simplificar as dimensões do CRP, aumentou-se a área efetiva de armazenamento de resíduos florestais para os 4284 m2 (ao invés dos 3825 m2 planeados inicialmente). Além disso, foi necessário criar corredores de 4 m de largura, entre as fileiras de 3 m de largura para circulação de máquinas, o que aumentou 3016 m2 à área total de armazenamento de resíduos, para um total de 7300 m2, que representa 73% da área total do CRP. Para maximizar o aproveitamento do espaço juntaram-se as fileiras duas a duas com um pequeno intervalo, e criou-se uma fileira contínua a toda a volta. O escritório foi colocado junto à entrada para facilitar a entrada de funcionários e atendimentos ao público, sem passar uma zona suja. Pela mesma razão, a garagem ficou situada junto ao escritório. O processo de compostagem foi colocado no lado oposto do escritório para tentar evitar que houvesse algum odor na parte do escritório. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 64 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 5.1. CONCLUSÕES Portugal é um país com uma grande área florestal, com uma produção anual de resíduos florestais estimada em 2 milhões de toneladas. Nas visitas às freguesias de Celorico foi possível perceber que há uma grande atividade florestal na região, pelo que há bastante potencial de produção de biomassa florestal residual (BFR), tornando este tipo de projeto atrativo. No entanto, é imperioso haver uma boa colaboração entre os vários intervenientes da cadeia de abastecimento, nomeadamente a nível dos produtores. A implementação bem sucedida deste projeto valorizará a biomassa descartada em queimas, reduzindo o número de incêndios rurais e incentivando a gestão florestal sustentável, dinamizando a economia florestal local o que leva a uma produção de BFR ainda maior. Promove-se também a independência energética, nomeadamente de combustíveis fósseis, através do uso de uma energia renovável que é a biomassa, contribuindo para a descarbonização e diversificação das fontes de energia. Todos estes objetivos estão enquadrados com as políticas nacionais e europeias materializadas no PNEC 2030, o que prova que é um projeto que vale a pena explorar e desenvolver. Há várias tecnologias de conversão da biomassa noutras formas de energia. A mais simples é mesmo a combustão direta, da qual se obtém calor, com rendimentos frequentemente acima dos 90%. As outras alternativas são por exemplo a gasificação e a pirólise, para converter quimicamente a biomassa noutros combustíveis. No entanto, é praticamente sempre necessário triturar a matéria-prima qualquer que seja o processo escolhido, originando estilha. Como a combustão direta em caldeiras é o processo mais simples e que apresenta rendimentos altos, a solução adotada para implementar no CRP foi de apenas efetuar trituração da biomassa residual, até porque a Vimasol possui uma caldeira deste em Celorico de Basto e que poderia ser alimentada por este produto. A produção do Centro de Recolha e Processamento (CRP) não foi baseada em valores concretos de disponibilidade de biomassa porque, além de não existirem, geralmente têm uma margem de erro bastante grande. Utilizou-se então a produção fábrica de pellets da Vimasol como exemplo, definindo a capacidade de produção um pouco abaixo da mesma, nas 10.000 toneladas/ano, ou seja, aproximadamente 40 toneladas/dia (8 horas diárias). Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 65 O triturador do CRP, por ser fixo, decidiu-se que iria ser alimentado com energia elétrica, pelas vantagens logísticas relativamente aos combustíveis fósseis e por também permitir a instalação futura de um sistema fotovoltaico. Como não há grandes requisitos de qualidade para a estilha para queima em caldeira, a nível de contaminados e acima de tudo a nível de granulometria, decidiu-se não se adicionar qualquer processo de crivagem ou descontaminação. Para a movimentação do material no CRP em fases intermédias, há várias possibilidades, no entanto há um equipamento que consegue acumular as funções de movimentação do material não processado (ramos, etc.) e da estilha. Um trator consegue ser equipado com uma grua com garra e também com uma pá frontal efetuando as 2 tarefas, além disso consegue efetuar ainda mais tarefas mediante alfais que sejam instaladas. Numa fase inicial seria a solução ideal. No que toca à receção de biomassa não-lenhosa, sendo que não é o objetivo principal deste projeto, decidiu-se criar um processo de compostagem para acomodar este resíduo, que por ser um processo natural não necessita de grandes operações logísticas, criando-se apenas um local de deposição para esta matéria-prima. O tema da biomassa é um pouco abstrato e a literatura por vezes é escassa ou então muito dependente do local onde são feitos os estudos, tanto a nível de clima como de espécies estudadas, pelo que o projeto de este tipo de instalações compreende sempre uma margem de erro relativamente grande. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 66 5.2. PERSPETIVAS E TRABALHOS FUTUROS Quando se souber qual será a organização da expansão da área industrial para o Baldio de Veade será possível planear a distribuição dos equipamentos do CRP no espaço, concluindo então o projeto do mesmo. Futuramente, caso se consiga obter matéria-prima suficiente para o CRP funcionar continuamente, poder-se-á investir num equipamento de crivagem para fazer a separação granulométrica da estilha para comercializar, valorizando-a ainda mais. Com o CRP bem estabelecido no que toca ao fabrico de estilha, futuramente poder-se-ia estudar a viabilidade de criar uma infraestrutura capaz de transformar este produto noutros mais avançados através de gasificação e/ou pirólise. Outra hipótese que também se pode estudar é a instalação central termoelétrica ou de cogeração, para produção de energia elétrica. O processo de compostagem indicado nesta dissertação é o mais simples que existe, mas há processos e técnicas mais avançados capazes de gerar composto (ou fertilizante) de maior qualidade, sendo que é de interesse explorar melhor este tema. Tendo em conta a vasta área para armazenamento de resíduos florestais, o estudo da implementação de uma sistema fotovoltaico como cobertura nestas instalações poderia ser um tópico interessante. Serviria tanto o propósito de produção de energia elétrica como de abrigo para os resíduos, potenciando a sua secagem nos meses mais húmidos. Caso a necessidade de produção de estilha fosse baixa o suficiente, poderia até ser produzida apenas através de energia fotovoltaica, levando à produção de estilha quase gratuita, e atuando como um armazenamento de energia elétrica fotovoltaica. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 67 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Afzal, M., Bedane, A., Sokhansanj, S., & Mahmood, W. (2010). Storage of comminuted and uncomminuted forest biomass and its effect on fuel quality. BioResources, 5(1), 55–69. Anerud, E., Larsson, G., & Eliasson, L. (2020). Storage of Wood Chips: Effect of Chip Size on Storage Properties. Croat. J. For. Eng, 41(2). Ashton, S., Jackson, B., & Schroeder, R. (2019). Storing Woody Biomass. Wood-Energy.extension.org. https://wood-energy.extension.org/storing-woody-biomass/ Belgiorno, V., De Feo, G., Della Rocca, C., & Napoli, R. M. A. (2003). Energy from gasification of solid wastes. Waste Management, 23(1). Casal, M. D., Gil, M. V., Pevida, C., Rubiera, F., & Pis, J. J. (2010). Influence of storage time on the quality and combustion behaviour of pine woodchips. Energy, 35(7). Carvalho, M. L. (2023). Projeto de Rede de Recolha e Processamento de Biomassa Florestal Residual [Dissertação de Mestrado]. Universidade do Minho. Composting. (n.d.). RHS. https://www.rhs.org.uk/soil-composts-mulches/composting Cunha, J., A. Marques. 2019. Caracterização das cadeias de abastecimento de biomassa florestal em Portugal. INESCTEC, Porto. 59pp. Decreto-Lei nº 127/2005. D.R. I Série. 150 (5-08-05) 4521-4527 DGEG (2021). Assessment of District Heating and Cooling Potential in Portugal. DEIR Studies on the Portuguese Energy System 003. Directorate-General for Energy and Geology, Division of Research and Renewables, Lisbon, Portugal. January 2021. 49 pp. Estudo para a criação de um Centro de Recolha e Processamento de biomassa florestal residual 68 DGEG (2021). Cogeneration Outlook for Portugal. DEIR Studies on the Portuguese Energy System 004. Directorate-General for Energy and Geology, Division of Research and Renewables, Lisbon, Portugal. January 2021. 35 pp. Dimitriou, I., & Rutz, D. (2015). Sustainable Short Rotation Coppice: A Handbook. Ernst, A. A. (1990). A review of solid waste management by composting in Europe. Resources, Conservation and Recycling, 4(1-2), 135-149. Gruduls, K., Bārdule, A., Zālītis, T., & Lazdiņš, A. (2013). Characteristics of wood chips from logging residues and quality influencing factors. Latvian State Forest Research Institute “Silava”. ICNF (2023). 8º Relatório Provisório de Incêndios Rurais 2023. ICNF. (2021). Plano Municipal de Defesa Da Floresta Contra Incêndios 2021-2030 - Celorico de Basto | Caderno I - Diagnóstico. Jawaid, M., Paridah, M. T., & Saba, N. (2017). Introduction to biomass and its composites. Jirjis, R. (2005). Effects of particle size and pile height on storage and fuel quality of comminuted Salix viminalis. Biomass and bioenergy, 28(2), 193-201. LWF (2012) Bereitstellung von Waldhackschnitzeln. – Merkblatt 10 der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft; Freising, Germany Manzone, M. (2017). Loader performance during woodchip loading. Biomass and Bioenergy, 98, 80– 84. Manzone, M., Balsari, P., & Spinelli, R. (2013). Small-scale storage techniques for fuel chips from short rotation forestry. Fuel, 109.