Uso de técnicas para tomada de decisão na seleção de combustíveis alternativos em caldeiras a biomassa

Abstract

Resumo: O vapor de processo é utilizado como forma de energia térmica para a agroindústria. Gerado através de caldeiras convencionalmente abastecidas com cavaco de eucalipto, se torna um dos insumos mais críticos para esse segmento industrial. Estudos apontam que em um cenário futuro, considerando aumento das produções de grãos e proteína animal na região oeste do Paraná, ocorrerá déficit de madeira para fins energéticos. Para a geração de vapor de processo, fontes alternativas de energia são requeridas para superar a crise energética prevista, onde biocombustíveis podem ser a solução para esse desafio. Porém, a dificuldade de tomada de decisão de qual combustível alternativo utilizar em complementação ao cavaco de eucalipto, resulta de um processo com múltiplos critérios técnicos e mercadológicos. A escolha empírica de um combustível alternativo, por vezes intuitiva, pode levar a cheque a continuidade dos processos industriais, podendo também interferir em padrões de emissões atmosféricas, na confiabilidade operacional e vida útil das caldeiras industriais. Nesse sentido, o presente trabalho visa à utilização de métodos de apoio à tomada de decisão multicritério aliados à caracterização de diferentes biocombustíveis alternativos ao cavaco de eucalipto, obtidos através da literatura. Foram definidos os critérios: poder calorífico superior, teor de cinzas, temperatura de condensação de H2SO4, índice de tendência à formação de incrustação, índice de tendência à formação de escória, teor de cloro, teor de umidade e preço do combustível. Foram selecionadas as biomassas alternativas: sorgo biomassa, resíduo de farelo de soja, bagaço de cana-de-açúcar, casca de soja, bambu e lodo flotado do tratamento primário de efluente de frigoríficos de aves, utilizando como padrão de referência a caracterização do cavaco de eucalipto. Foram empregadas três ferramentas multicritérios na avaliação: AHP, TOPSIS e MOORA, sendo os dois últimos utilizados para ranqueamento das alternativas. Foi utilizado o software Matlab para programação dos métodos. Além disso, foi realizado um questionário com especialistas e técnicos de processo para comparar o ranqueamento dos métodos computacionais e a decisão realizada por um indivíduo. Foram obtidos resultados iguais para a primeira e a última posição do ranqueamento, ficando em primeiro colocado o cavaco de eucalipto, resultado esperado por se tratar do combustível convencional utilizado nas caldeiras industriais, e em última posição o resíduo de farelo de soja, por se tratar de um material nobre e devendo ser utilizado para fins energéticos somente em caso de destinação final. Os métodos de decisão multicritério tiveram desempenhos similares entre si, sendo recomendados pela facilidade na avaliação de uma matriz de decisão e pela precisão na escolha, não sendo atribuído fatores sociais e culturais na definição de uma nova alternativa energética para as agroindústrias

Abstract: Process steam is used as a source of heat for the agroindustry. It is generated through boilers conventionally fueled with eucalyptus wood chips, making it one of the most critical inputs for this industrial segment. Studies indicate that in the future, considering the increase in grain and animal protein production in the western region of Paraná, there will be a wood deficit for energy purposes. For process steam generation, alternative energy sources are required to overcome the predicted energy crisis, where biofuels could be the solution to this challenge. However, the difficulty in deciding which alternative fuel to use in addition to eucalyptus wood chips arises from a process with multiple technical and market criteria. The empirical choice of an alternative fuel, often intuitive, may compromise the continuity of the industrial process, and may also interfere with atmospheric emission standards, operational reliability, and the lifespan of industrial boilers. In this context, the present study aims to apply multicriteria decision-making methods in conjunction with the characterization of different biofuels alternative to eucalyptus wood chips, obtained from the literature. The following criteria were defined: higher heating value, ash content, sulfuric acid condensation temperature, tendency to form deposits, tendency to form slag, chlorine content, moisture content, and fuel price. The alternative biomass sources selected were: sorghum biomass, soybean meal residue, sugarcane bagasse, soybean husk, bamboo, and floated sludge from primary treatment of poultry slaughterhouse effluent, using eucalyptus wood chips characterization as the reference standard. Three multicriteria decision-making tools were employed in the evaluation: AHP, TOPSIS, and MOORA, with the latter two used for ranking the alternatives. Matlab software was used to program the methods. Additionally, a survey was conducted with experts and process technicians to compare the rankings of the computational methods with decisions made by an individual. Similar results were obtained for the first and last positions in the ranking, with eucalyptus wood chips in first place, which was expected since it is the conventional fuel used in industrial boilers, and soybean meal residue in last place, as it is a high-value material that should only be used for energy purposes in cases of final disposal. The multicriteria decision-making methods performed similarly to each other, and were recommended for their ease of evaluating a decision matrix and the accuracy of the choice, with no social or cultural factors being considered in the definition of a new energy alternative for the agroindustries