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Potenciais técnicos de conservação de energia na indústria brasileira, com destaque para a siderurgia Sérgio Valdir Bajay Núcleo Interdisciplinar de Planejamento.

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1 Potenciais técnicos de conservação de energia na indústria brasileira, com destaque para a siderurgia Sérgio Valdir Bajay Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético - NIPE Universidade Estadual de Campinas - Unicamp

2 Introdução O Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético – NIPE, da Universidade Estadual de Campinas – Unicamp, desenvolveu para a Confederação Nacional da Indústria – CNI e o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica – Procel um conjunto de estudos visando, entre outros objetivos, identificar potenciais técnicos de conservação de energia em diversos segmentos industriais no País e selecionar os sete segmentos de maior potencial

3 Potenciais de conservação de energia

4 Metodologia de cálculo empregada pelo NIPE/Unicamp para calcular os potenciais técnicos de conservação de energia Os segmentos industriais analisados pelo NIPE/Unicamp foram classificados em três categorias Em segmentos heterogêneos, ou seja, aqueles cujos produtos são muito diferenciados entre si, como as indústrias química e de alimentos e bebidas, se trabalhou com dados de consumos energéticos para os principais produtos agregados em cadeias produtivas Já em segmentos homogêneos, que fabricam produtos assemelhados, como cimento e ferro-ligas, os consumos energéticos foram agregados por etapas do processo produtivo Finalmente, no caso dos segmentos com carência de informações, como as fundições, os dados disponíveis foram tratados de uma forma agregada

5 Metodologia de cálculo empregada pelo NIPE/Unicamp para calcular os potenciais técnicos de conservação de energia Os consumos, médio e mínimo, de energia térmica e energia elétrica de cada produto principal, ou de cada etapa produtiva, foram calculados multiplicando-se a produção física anual nacional pelos consumos energéticos específicos, médio e mínimo, de energia térmica e eletricidade O consumo específico médio representa a média nacional da energia consumida por unidade física de produto dentro de um processo industrial. Por outro lado, o consumo específico mínimo representa a quantidade de energia que seria consumida pelas empresas industriais se todas elas adotassem tecnologias, equipamentos e práticas de gestão que correspondem ao estado da arte, em termos de eficiência energética (Best Available Technologies – BATs) As diferenças entre os consumos, médio e mínimo, das energias térmica e elétrica fornecem os correspondentes potenciais técnicos de conservação de energia

6 Metodologia de cálculo empregada pelo NIPE/Unicamp para calcular os potenciais técnicos de conservação de energia Tanto os consumos específicos, como os dados de produção física para cada produto ou etapa produtiva foram obtidos da literatura técnica, de anuários estatísticos e de visitas técnicas a algumas plantas industriais Os potenciais técnicos de conservação de energia, tanto térmica como elétrica, foram estimados por usos finais, com o auxílio de coeficientes de distribuição da energia consumida, tal qual feito no Balanço de Energia Útil – BEU Os usos finais da energia considerados neste trabalho foram os mesmos do BEU: aquecimento direto, calor de processo, força motriz, refrigeração, processos eletroquímicos, iluminação e outros usos finais Diferente do BEU, no entanto, o uso final aquecimento direto foi desagregado, graças à existência de dados em muitos dos segmentos analisados, em aquecimento direto em fornos, ou reatores químicos, e aquecimento direto em secadores

7 Potenciais técnicos relativos, como % do seu consumo energético total, e absolutos, em 10 3 tep, em 2007, de conservação de energia nos segmentos industriais analisados no País, segundo a literatura técnica consultada Segmentos industriais:Potenciais relativos (%)Potenciais absolutos em 2007 (10 3 tep) Alimentos e bebidas ,20 Siderurgia ,20 Celulose e papel9769,95 Indústria química ,15 Outras indústrias8522,00 Metais não-ferrosos11658,02 Indústria cerâmica18691,38 Cimento19640,87 Indústria extrativa mineral6,5217,23 Ferro-ligas8,5153,25 Indústria têxtil676,50

8 Potenciais técnicos, absolutos, em tep, e relativos, em %, de conservação de energia térmica, eletricidade e consumo total de energia dos segmentos industriais analisados no projeto Segmentos industriais AnoEnergia térmicaEnergia elétricaTotal Pot. abs. (tep)Pot. rel. (%)Pot. abs. (tep)Pot. rel. (%)Pot. abs. (tep)Pot. rel. (%) Indústria siderúrgica , , ,4 Indústria cerâmica , , ,9 Indústria química , , ,0 Papel e celulose , , ,9 Indústria cimenteira , , ,3 Metais não ferrosos , , ,3 Alimentos e bebidas , , ,9 Indústria vidreira , ,5 Fabricantes de cal , , ,0 Ind. extrativa mineral , ,4 Indústria têxtil , , ,0 Fundições , , ,1 Ind. de ferro-ligas , ,9

9 Potenciais técnicos de conservação de energia na indústria brasileira A indústria siderúrgica é a que possui os maiores potenciais absolutos de conservação e, também, o maior potencial relativo de conservação de energia elétrica A indústria cerâmica, por conta de seu segmento de cerâmica vermelha, é o que possui o segundo maior potencial, tanto em termos absolutos como relativos, de conservação de energia térmica e de consumo total de energia. Boa parte dos fabricantes de cerâmica vermelha são empresas de pequeno e médio porte, que ainda utilizam fornos e processos ineficientes, em termos de consumo energético, sobretudo de energia térmica O terceiro maior potencial técnico de conservação, em termos absolutos, tanto de energia térmica como de consumo total de energia é o da indústria química

10 Potenciais técnicos de conservação de energia na indústria brasileira A indústria de papel e celulose possui o quarto maior potencial de conservação, em termos absolutos, de energia térmica e de consumo total de energia A indústria cimenteira ocupa a quinta posição na classificação dos maiores potenciais técnicos de conservação, em termos absolutos, tanto de energia térmica como de consumo total de energia A sexta posição nesta classificação pertence aos eletro-intensivos fabricantes de metais não ferrosos, que possuem o segundo maior potencial, em termos absolutos, de conservação de energia elétrica A indústria de alimentos e bebidas possui o sétimo maior potencial, em termos absolutos, de conservação de energia térmica e de consumo total de energia e o terceiro maior potencial, em termos absolutos, de conservação de eletricidade

11 Potenciais técnicos de conservação de energia na indústria brasileira Tanto os potenciais técnicos de conservação de energia calculados pelo NIPE/Unicamp como os encontrados na literatura técnica consultada selecionaram os mesmos sete segmentos industriais, que são as indústrias siderúrgica, de cerâmica, química, de papel e celulose, de cimento, de metais não ferrosos, e de alimentos e bebidas O segmento denominado outras indústrias poderia, eventualmente, estar entre os sete segmentos industriais selecionados. Infelizmente, no entanto, este segmento, não energo-intensivo em sua maioria, é muito heterogêneo e carece de informações que possibilitem estimativas sobre seu potencial técnico de conservação de energia Os sete segmentos selecionados, junto com as outras indústrias, são as que mais consomem energia na indústria brasileira. As indústrias de metais não ferrosos, química, alimentos e bebidas, siderúrgica e de papel e celulose são também grandes consumidores de eletricidade. O segmento de metais não ferrosos e a indústria química é que possuem os maiores consumos específicos tanto de energia térmica como energia elétrica

12 Potencial técnico de conservação de energia nas usinas siderúrgicas brasileiras Os grupos homogêneos da indústria siderúrgica brasileira são as usinas integradas, as usinas semi-integradas e os produtores independentes e as etapas do processo produtivo que foram simuladas neste trabalho são: –coqueificação; –sinterização; –produção de ferro gusa, separada em usinas integradas e produtores independentes; –produção de aço, separada em conversores a oxigênio e em fornos elétricos; –laminação a quente; e –laminação a frio

13 Potencial de conservação de energia nas usinas siderúrgicas no Brasil em 2007, segundo estimativas elaboradas pelo NIPE/Unicamp para a CNI/Procel Etapa do processo produtivoProduto Potencial de conservação de energia (tEP) Energia térmicaEnergia elétrica Total por etapa Aquecimento direto Calor de processo Força motriz Eletrotermia Fornos Caldeiras Motore s Fornos a arco CoqueificaçãoCoque SinterizaçãoSínter Redução – usinas integradas Ferro- gusa Redução – produtores independentes Ferro- gusa Refino – conversores LDAço bruto Refino – fornos elétricosAço bruto Laminação a quenteAço bruto Laminação a frioAço bruto

14 Potencial de conservação de energia nas usinas siderúrgicas no Brasil em 2007, segundo estimativas elaboradas pelo NIPE/Unicamp para a CNI/Procel Os maiores potenciais de conservação estão nas etapas de redução, tanto por usinas integradas como por produtores independentes, usando energia térmica, nos fornos Em seguida vêm os potenciais associados às etapas de laminação a quente, coqueificação e refino com conversores LD, nesta seqüência, e com maiores potenciais de conservação de energia térmica do que energia elétrica O potencial técnico total de conservação de energia estimado para as usinas siderúrgicas no Brasil em 2007 foi de tEP, representando 37,4% do total de energia consumida, naquele ano

15 Consumo e potencial de conservação de energia térmica nas usinas siderúrgicas no Brasil em 2007, segundo o estudo do NIPE/Unicamp para a CNI/Procel

16 Consumo e potencial de conservação de energia elétrica nas usinas siderúrgicas no Brasil em 2007, segundo o estudo do NIPE/Unicamp para a CNI/Procel

17 Potencial técnico de conservação de energia nas usinas siderúrgicas brasileiras A economia potencial de energia térmica na coqueificação se reduz de 51% da demanda correspondente, quando se considera a BAT, para 19,3% da demanda, quando só são comparadas as usinas brasileiras Na etapa de sinterização, esta redução de economia potencial de energia térmica é de 24,7% da demanda, quando se compara com a BAT 20,5% da demanda, quando são levadas em conta só as usinas brasileiras A substancial economia de energia térmica de 20,5% da demanda dessa energia na produção de ferro gusa por usinas integradas, se reduz para 7,4% da demanda, quando se compara o desempenho energético só de usinas brasileira, e não mais com o desempenho da BAT

18 Potencial técnico de conservação de energia nas usinas siderúrgicas brasileiras Na produção de aço em conversores LD, a economia potencial de energia térmica quando se compara com a BAT corresponde a 177% da demanda dessa energia nesta etapa do processo produtivo; ou seja, a BAT propicia uma exportação de energia térmica para outras etapas do processo. Quando a comparação se restringe só às usinas brasileiras, esta economia potencial se reduz para 57,5% da demanda térmica correspondente O consumo específico mínimo de energia elétrica no alto forno mais eficiente na utilização deste energético, localizado no Brasil, foi negativo, i.e,, foi produzido mais eletricidade no alto forno, através de uma turbina de topo, do que foi consumido

19 Alguns dados internacionais A utilização das melhores tecnologias disponíveis no mercado podia propiciar economias de 9 a 18% no consumo de energia primária na indústria siderúrgica no mundo em 2004, de acordo com estimativas da Agência Internacional de Energia (IEA). Uma estimativa da mesma agência, publicada em 2008, indica um potencial técnico de conservação de energia, nesta indústria, de 21,1% em 2005 Um estudo recente da IEA, que comparou o desempenho de quatro siderúrgicas integradas e oito fornos elétricos à arco no Canadá com uma planta modelo definida pela International Iron and Steel Institute concluiu que há um potencial técnico médio de conservação de energia nas siderúrgicas daquele país que varia de 25 a 30% Bernstein et alii (2007) mencionam potenciais econômicos de economia de energia de 18% na indústria siderúrgica americana e de 13% nas siderúrgicas européias, essencialmente com medidas de modernização e otimização energética de instalações já existentes

20 Alguns dados internacionais Segundo estimativas da Agência Internacional de Energia, a injeção de carvão nos altos-fornos, substituindo coque, pode economizar 5% do consumo mundial de energia neste equipamento até 2015, 7% até 2030 e 10% até 2050 A injeção de resíduos plásticos nos altos-fornos, conforme já feito atualmente na Alemanha e no Japão, pode propiciar economias bem maiores, segundo a Agência: 50% até 2015, 75% até 2030 e 90% até 2050 Processos que integram a coqueificação com a redução do minério de ferro, tais como o processo COREX, que utiliza finos de carvão e minério aglomerado e os processos FINEX e Hismelt, que empregam finos do minério ao invés de seus aglomerados, têm potencial para economizar 5% do consumo de energia na produção de aço no mundo até 2015, 15% até 2030 e 19% até Os gases residuais produzidos nestes processos podem ser usados na redução direta do minério de ferro, como está sendo feito na África do Sul

21 Alguns dados internacionais Duas tecnologias, denominadas near-net-shape casting, para perfis, ethin-slab casting, para produtos planos, foram desenvolvidas, recentemente, no exterior com a finalidade de fundir, em uma única operação, as etapas de lingotamento e laminação a quente. Com isto, são eliminados os fornos de reaquecimento, o que propicia economias de capital na instalação das plantas e economias de energia na sua operação. A Agência Internacional de Energia estima que tais tecnologias podem propiciar economias de energia nestas etapas do processo produtivo de 80% até 2015 e 90% até Estas tecnologias ainda não são utilizadas no Brasil, por conta dos pesados investimentos feitos em lingotamento contínuo nos últimos anos Bernstein et alii (2007) citam que, com as tecnologias atualmente disponíveis no mercado, haveria, em 2010, um potencial técnico de economia de energia de 24% e que, em 2020, mais 5% poderiam ser alcançados empregando-se novas tecnologias, como os processos COREX, FINEX, near-net-shape casting e thin-slab-casting

22 Alguns dados internacionais e nacionais Além do near-net-shape casting e do thin-slab-casting, Martin et alii (2000) também indicam o desenvolvimento de novos fornos elétricos a arco e a combustão com oxigênio (oxy-fuel combustion) em fornos de reaquecimento como tecnologias com elevado potencial de economia de energia e grandes chances de sucesso na indústria siderurgica mundial A Abesco estimou, em 2006, que a indústria siderúrgica brasileira possuía um potencial de conservação de energia que variava de 8 a 30%, conforme o tipo de usina considerado Só a substituição dos equipamentos então utilizados por outros de eficiência mais elevada, disponíveis no mercado, possibilitaria uma economia potencial de energia de 4,8% em 2006, segundo o Balanço de Energia Útil do Ministério de Minas e Energia; 81,1% desta economia ocorreriam no uso final aquecimento direto

23 Obrigado!


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