Prêmio CBMM
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Siderúrgicas

Carbón vegetal sostenible

Mediante un nuevo sistema, producen materia prima en forma limpia dentro de bosques de eucaliptos

073_Carvao Sustentavel_189Comúnmente conocido por abastecer a las parrillas, el carbón vegetal de Brasil también es responsable de la producción de un 30% del arrabio, la aleación metálica que origina el acero utilizado en vehículos, maquinarias, buques, trenes y cables, entre otros productos. A escala mundial, ese porcentaje no llega al 1%. De esta manera, parte de la producción de acero realizada en el país es renovable, contrariamente a lo que sucede con el uso del carbón mineral, que exige la explotación de minas limitadas, generalmente en el subsuelo, y que es, en el caso brasileño, casi todo importado. El carbón vegetal o el mineral son imprescindibles para aportar carbono al arrabio. El problema radica en que alrededor del un 50% de la producción nacional de carbón vegetal – para parrillas o para su uso en la producción del acero‒ aún se realiza de manera rudimentaria, en hornos muy contaminantes construidos con ladrillos, similares a una choza o iglú, denominado montonera [rabo-quente], y habitualmente utilizando madera nativa. Las soluciones, incluso en el aspecto social, pues se emplean en muchas ocasiones niños y mano de obra esclava, comienzan a aparecer, como resultado de investigaciones de empresas y universidades y debido a la necesidad de avanzar en la tecnología de producción del carbón.

Una de ellas es producto de la perseverancia, durante más de 20 años, del ingeniero de producción Nilton Nunes Toledo, profesor jubilado de la Escuela Politécnica (Poli) de la Universidad de São Paulo (USP). Nunes Toledo desarrolló un sistema más avanzado y ambientalmente correcto de producción de carbón vegetal con generación de energía eléctrica durante el propio proceso de gasificación de restos de madera y aserrín, por ejemplo. Además, este sistema suprime la utilización de camiones para la producción, corte y transporte del eucalipto, el cultivo de reforestación más indicado para el proceso de producción del carbón, aunque también puede producirse con pasto elefante y bagazo de naranja, de caña de azúcar, cáscara de arroz y otros residuos.

“La central de carbón se instala dentro del bosque de eucaliptos, con un enfoque que abarca la forma de plantar, recolectar, manipular y carbonizar optimizando el consumo de calor y un nuevo método de enfriamiento rápido, además del aprovechamiento de subproductos tales como el bioaceite, el alquitrán, y el ácido piroleñoso, utilizados en la industria química y de cosméticos, y que pueden valer más que el propio carbón”, dice Nilton, quien actualmente se desempeña como director presidente de la Fundación para el Desarrollo Tecnológico de la Ingeniería (FDTE), una entidad formada por ingenieros de la Poli, que es responsable de la coordinación del proyecto. Él comenzó a estudiar el tema cuando fue copropietario, junto con otros empresarios, de un establecimiento productor de madera en los años 1980, en la región de Vale do Ribeira, interior paulista.

“Empezamos comercializando madera para embalajes, y paralelamente comenzamos a estudiar cómo elaborar carbón y a montar varios tipos de horno que se calentaban por medio de sopletes. Pero el sistema fue una decepción, debido a dificultades en el proceso, tales como la demora excesiva para transformar la madera en carbón”. Desde los años 1980, él viene imaginando el desarrollo de la segunda versión, que concluyó recientemente. Ahora no pienso en utilizar células de ladrillos, sino un túnel con ese material para funcionar como horno. La madera será calentada en el interior de recipientes cilíndricos de metal, denominados retortas, herméticamente cerradas, sin presencia de oxígeno que pueda alterar el rendimiento de la producción del carbón”. Ella ingresa rodando dentro del horno y, en un promedio de 10 horas, sometida a una temperatura de alrededor de 400 ºC, se transforma en carbón vegetal.

La fabricación de productos químicos que pueden reemplazar a los análogos derivados del petróleo se realiza mediante la condensación del vapor. Éste es conducido hacia las torres de separación instaladas junto al horno donde los gases combustibles originados durante el proceso de carbonización se mezclan con los gases producidos en el gasificador y colaboran para que la usina sea energéticamente autosuficiente. “La condensación se divide en dos partes, una fase aceitosa de donde se extrae el alquitrán vegetal y el bioaceite, una compleja mezcla de varios productos, y la fase acuosa, que produce el ácido piroleñoso, que puede transformarse en metanol y ácido acético”, explica Nilton. El bioaceite, pasible de aprovecharse para la generación de energía eléctrica, es un líquido oscuro utilizado tanto en calderas de quemado como en la industria química, para la fabricación de resinas, por ejemplo. El alquitrán, otro tipo de combustible, también es la materia prima para la elaboración de desinfectantes. El metanol es muy utilizado para la producción de biodiesel, y el ácido acético en la fabricación de solventes y pinturas. “La producción de esos compuestos en la central resulta difícil, aunque factible, pues son procesos clásicos”. El sistema de producción y el horno que recibe las retortas y posee un mecanismo proyectado para la separación de los subproductos y gases de calentamiento dirigidos a la estufa de secado de la leña constituyen dos de las tres patentes depositadas en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI). La tercera se refiere al transporte de la madera realizado mediante un sistema denominado monovía, similar a un teleférico. Las maderas viajan desde el sitio de recolección hasta la usina en soportes que se mueven a lo largo de la plantación de eucaliptos en cables de acero sujetos a postes de 2 metros de altura anclados en los propios árboles. “Este sistema evita la utilización de tractores o camiones para el transporte de los troncos hasta la central”, explica. Nunes Toledo estima que la producción diaria de carbón vegetal mediante el nuevo sistema, denominado silvoquímico, será de 40 toneladas en un establecimiento de 5 mil hectáreas, y empleará a 300 personas.

En la comparación con los hornos rabo-quente, el nuevo sistema tiene como ventaja un consumo de 432 kilogramos o menos de madera por cada tonelada de carbón producido. De esa misma cantidad de carbón resulta posible obtener 333 kilogramos de sus productos químicos. El proyecto, luego de ser perfeccionado en la fase de laboratorio, requiere de una central piloto, que costará alrededor de 2 millones de reales, para la verificación de la eficiencia en todas las etapas. “Estamos buscando los recursos para esta fase en el ámbito empresarial”, dice. La instalación final de la usina costará 10 millones de reales. “Este tipo de modelo industrial se utiliza en otros países y en Brasil ya se intentó utilizarlo en el pasado, durante las décadas de 1970 y 1980, cuando se fabricaba carbón únicamente con madera nativa, que era abundante”, dice el profesor José Otávio Brito, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), de la USP.

“Luego de una cierta quietud tecnológica durante los años 1990, hubo una remontada creciente de la industria siderúrgica y del carbón vegetal en Brasil, ya que el país posee potencial para ser el gran competidor mundial en la producción del denominado ‘acero verde’ obtenido del arrabio producido con carbón vegetal”, dice Brito. En lo que respecta a las tecnologías, algunas empresas, como son Bricarbras, de Paraná, y Ondatec, de Uberaba (Minas Gerais), son ejemplos de inversión en el desarrollo de hornos para transformar madera en carbón. La primera, al final de los años 1990, comenzó a desarrollar un sistema en el que la carbonización ocurre en recipientes cilíndricos, obteniendo buenos resultados y disminuyendo la emisión de gases, mediante un incinerador, en relación con los hornos de barro o ladrillos. “Pero este sistema resulta muy costoso para medianos y pequeños empresarios”, dice el profesor Benedito Vital, del Departamento de Ingeniería Forestal de la Universidad Federal de Viçosa (UFV), en Minas Gerais. Enfocado en esas empresas, Vital y la profesora Angélica de Cássia Carneiro desarrollaron un sistema similar al utilizado por las grandes siderúrgicas que, además de hacer el trabajo de carbonización en forma más eficiente que los artesanales, quema los gases del proceso. “Se trata de una gran quema de gases por medio de chorros de aire caliente con más de 1000 ºC. Mediante intercambiadores de calor logramos enfriar el carbón rápidamente, para vender el producto en corto tiempo”, dice Vital. “Ese sistema se encuentra listo para ser traspasado a las empresas”.

WILSON DIASHornos de ladrillos en Pará: un sistema rudimentario que contamina y frecuentemente utiliza mano de obra esclava e infantilWILSON DIAS

Otra novedad para el sector aún es mantenida en secreto. Ondatec, que se originó en la Incubadora de Tecnología y Negocios de la Universidad de Uberaba (Uniube), de Minas Gerais, está por lanzar un nuevo horno de carbonización. Concebido por el profesor Ricardo Naufel, de la carrera de ingeniería eléctrica, quien también es director técnico de la empresa, este horno se diferenciará por el modulado matemático del sistema de control de la carbonización, que será muy preciso. “Será un horno inteligente”, asegura Naufel. Según éste, inversores privados invirtieron 10 millones de reales. Sus nombres no pueden darse a conocer en forma previa al lanzamiento. “Instalamos una unidad piloto en Uberaba y durante un año evaluamos el sistema. Ahora instalamos la primera fábrica en la ciudad de Tietê, en el interior paulista, para, inicialmente, producir carbón para hacer parrilladas. Luego produciremos mayores cantidades destinadas a las siderúrgicas”.

Gran parte de los problemas relacionados con las actuales carboneras reside en las prácticas de algunas empresas que producen arrabio en forma independiente de las grandes siderúrgicas para su venta en fundiciones y acerías. Frecuentemente, la madera proviene de bosques nativos. La productividad es baja y las condiciones de control no resultan eficaces. En el otro extremo del sector se encuentran algunas siderúrgicas instaladas en el país, tales como Vallouerec & Mannesmann y Aperam, ex ArcelorMittal, ambas en Minas Gerais, y Votorantim Siderurgia, en Río de Janeiro, que utilizan carbón vegetal y posee sistemas propios de producción de ese insumo. Otras  acerías utilizan el carbón mineral para la misma función. Para dar cuenta de ese uso, Brasil, noveno productor mundial de acero, importó 15,9 millones de toneladas de carbón mineral en 2010, según la World Steel Association, al costo de 1.600 millones de dólares.

“La siderúrgica que utiliza carbón vegetal constituye una particularidad de la industria siderúrgica brasileña”, revela el documento técnico Siderurgia no Brasil 2010-2025, un estudio publicado en 2010 por el Centro de Gestión y Estudios Estratégicos (CGEE), una organización ligada al Ministerio de Ciencia y Tecnología. El documento menciona que el carbón vegetal es un tipo de biomasa, pasible de ser producido con varios vegetales, a modo de mina renovable. Según el investigador José Dilcio Rocha, de Embrapa Agroenergía, de Brasilia, el “acero verde” presenta un sesgo ambiental para la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero por parte del sector siderúrgico. “Carecemos de políticas públicas y buenos proyectos, como es el del profesor Nilton, que puedan elevar el sector de producción del carbón vegetal hacia un nivel similar al de la producción de etanol”, dice Rocha.

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