Co-Processamento de resíduos Industrias

Energia das sobras para a construção de um mundo sustentável.

• Outro tema importante abordado na literatura é o co-processamento de pesticidas (KARSTENSEN et al, 2006). O acúmulo e a gerência inadequada de pesticidas obsoletos e outros produtos químicos perigosos constituem uma ameaça para a saúde pública e para o meio ambiente, e os fornos de clínquer apresentam-se em condições ótimas para tratamento desses resíduos perigosos. 

Como já citado, o processo apresenta temperaturas elevadas (1.450-2.000°C), longo tempo de residência, excesso de oxigênio durante e depois da combustão, boas condições de turbulência e de mistura, inércia térmica, incorporação de metais pesados ao clínquer; não há produção de compostos indesejados como a escória, os resíduos líquidos e as cinzas são aproveitados como parte da matéria-prima, e a energia é recuperada para o sistema. 

• Entretanto, o coprocessamento desses resíduos requer um apurado sistema de monitoramento e controle de efluentes atmosféricos no processo de produção de cimento. Karstensen et al (2006) revelam que testes realizados em países desenvolvidos têm demonstrado que não existe necessariamente uma correlação nas emissões ambientais ou na qualidade do produto com a utilização de resíduos como fonte substitutiva de combustíveis e matérias primas no forno de cimento. A surpresa nos estudos do autor é que as melhores técnicas de coprocessamento são aplicadas quando novas plantas são construídas em mercados emergentes e em países em desenvolvimento. Nesse sentido, Karstensen et al (2006) investigaram a forma como pesticidas obsoletos e poluentes orgânicos são destruídos em fornos de cimento de países em desenvolvimento.

Assim, os autores descreveram como diferentes processos foram realizados na Malásia, no Paquistão, na Tanzânia, na Polônia, e em que condições foi realizado o projeto de queima de resíduos no sul do Vietnã. Os autores concluíram que, embora nenhum dos projetos estudados tenha demonstrado eficiência plena na destruição dos resíduos, esse tratamento tem conseguido importante aceitação dentre as apostas industriais para o destino dos resíduos.

• O teste de queima de uma cimenteira no Vietnã foi conduzido em uma planta que produz, aproximadamente, 4.400 ton/dia de clínquer. O solvente tinha como base uma mistura de dois inseticidas, 18,8% de Fenobucard (Cl2H17NO2) e 2,4% de Fipronil (Cl2H4Cl2F6N4OS).

Tanto o Fenobucard como o Fipronil são inseticidas ativos e classificados como relativamente perigosos (Classe II) pela Organização Mundial da Saúde. Os resultados desses testes demonstraram uma eficiência de destruição 100 mil vezes melhor do que a requerida pela legislação dos Estados Unidos, exceto para as emissões de NOx.

• Segundo Karstensen et al (2006), todas as medições de poluentes orgânicos se mostraram abaixo dos limites de detecção das leis ambientais internacionais. Isso prova que a destruição foi completa e irreversível e de acordo com a Convenção de Estocolmo para a poluição atmosférica. Os autores enfatizaram que o forno de clínquer pode se tornar uma alternativa viável e sustentável para tratar diversos produtos químicos perigosos e combater a poluição atmosférica, desde que procedimentos adequados de monitoramento e controle sejam adotados.

Dentre as várias indústrias, a siderúrgica gera um nível elevado de resíduos perigosos ao meio ambiente e ao ecossistema, uma vez que esses resíduos contêm grande quantidade de metais pesados instáveis. Com o objetivo de imobilizar esses metais, Malviya e Chaudhary (2006) desenvolveram um processo (método “S/S”) capaz de converter os metais para uma forma menos instável. Dessa forma, os autores identificaram o cimento Portland como um suporte ideal para viabilizar esse método, por possuir pH alto o suficiente para imobilizar vários metais tóxicos, por reação de precipitação, absorção e adsorção.

• Utilizando-se de testes de lixiviação, Malviya e Chaudhary (2006) avaliaram a efetividade da imobilização. Com os limites da mobilidade e mecanismo de lixiviação baseados na Equação, Malviya e Chaudhary (2006) concluíram que o cimento foi efetivo para imobilizar os metais pesados (Pb, Zn, Fe, Cu e Mn) presentes nos resíduos do processo de produção de aço. Outra observação desses pesquisadores é de que o pH e a solubilidade dos hidróxidos de metais controlam o processo quando se aumenta a dosagem de resíduo na matriz. Destes princípios, os autores verificaram que a difusão não é o mecanismo controlador da lixiviação para os metais analisados.

Ainda na linha do coprocessamento de resíduos da indústria siderúrgica, está o trabalho de Caponero e Tenório (1999) que utilizaram lama fosfática, resíduo do tratamento superficial de metais, o qual contém basicamente água, ferro e fosfato de zinco, além de alguns outros elementos como Na, S, K, Pb, Cr e Cu, em menores quantidades.

• As condições presentes em fornos rotativos sugerem que esses elementos estarão presentes na forma de óxidos, durante o processo de clinquerização. Uma contribuição particular desses óxidos na matéria prima é a de que o óxido de zinco facilita a formação de várias fases do clínquer. Como o clínquer bruto normalmente não apresenta quantidades significativas de ZnO, a proposta é aumentar a quantidade dessa substância para reduzir a temperatura de clinquerização e diminuir o consumo de combustíveis. Adições de 1-3% (p/p) de ZnO podem representar uma diminuição de 50–100oC e cerca de 86-90% (p/p) do zinco introduzido é incorporado à matriz do clínquer.

Os estudos de Genon e Brizio (2008) concentram atenção particular na destruição dos resíduos derivados de combustíveis em fornos de cimento. Em 2005, um grupo cimenteiro foi autorizado a usar 15 mil ton/ano de refuse derived fuel (RDF) e 60 mil ton/ano de refeição animal juntamente com 130 mil ton/ano de combustíveis fósseis nas plantas de Lombardia, Itália. A substituição dos combustíveis convencionais por esses combustíveis secundários pôde ser avaliada, sob o ponto de vista tecnológico, começando por considerar os balanços de massa e de energia dos substituintes. Assim, a utilização dos RDF como combustível substituinte, embora com menor poder calorífico, tanto pode conduzir a mesma condição térmica como manter o mesmo fator de diluição, diminuindo a taxa de emissão de NOx.

• Geralmente, encontram-se nos combustíveis substituintes maiores concentrações de nitrogênio, sulfeto e cloreto, em relação aos combustíveis fósseis. O nitrogênio é responsável pela formação de NOx, considerado um perigoso poluente atmosférico. Ao contrário destes, devido ao caráter alcalino da matriz do clínquer, a presença de sulfetos e cloretos nos combustíveis substituintes não causa níveis críticos de emissões gasosas. A incorporação de cloretos no clínquer é danosa, uma vez que o cloreto destrói a camada passiva das armaduras de aço em concreto armado e sua presença no cimento deve ser evitada.

Contudo, os relatórios publicados pela Comissão Europeia em 2003, esclarecem a contribuição positiva da utilização de RDF em fornos de clínquer em termos de redução nas emissões de CO2 em relação a combustíveis convencionais como o carvão. O impacto negativo dessa prática reside na transferência de metais pesados (Sb, Hg, Cd, As, Cu, Cr, Tl e Zn) para a atmosfera ou para o clínquer produzido. Genon e Brizio (2008) ressaltaram que o uso de combustíveis alternativos pode piorar as emissões de metais pesados, apresentando-se perigosamente fora dos limites estabelecidos pelos órgãos ambientais.

• Após abordar as principais vantagens e desvantagens da prática de coprocessamento de RDF em fornos de clínquer, Genon e Brizio (2008) ressaltaram o baixo custo do resíduo no mercado italiano e a grande contribuição da indústria cimenteira para a redução das emissões de dióxido de carbono. Zabaniotou e Theofilou (2008) utilizaram uma mistura de lamas de esgoto provenientes do tratamento de água e coque de petróleo como combustíveis alternativos na queima do clínquer na produção de cimento Portland no Chipre. Os autores visaram diminuir a dependência de combustíveis não renováveis e reduzir a emissão de poluentes durante a queima. 

Os estudos mostraram que, ao se utilizar lamas de esgoto secas como combustível alternativo necessita-se de cerca de 2% (p/p) menos ar de combustão do que quando se usa somente coque de petróleo como combustível. Segundo os autores a vantagem de se usar lamas como combustível alternativo é que, ao se utilizar 7,5% (p/p) de lama em um forno que normalmente seria alimentado com 6,3 ton/hora de coque de petróleo, a economia é de cerca de 8,00 euros/hora. 

• Além disso, a alta volatilidade das lamas provoca uma melhor queima do coque de petróleo e diminui a produção de resíduos em forma de cinza no produto final dos fornos de clínquer. As cinzas produzidas são similares àquelas produzidas sem a presença de lamas de esgoto nos fornos. Adicionalmente, outra vantagem de se coprocessar lamas é o rápido resfriamento desse combustível proporcionando uma redução na emissão de dioxinas e furanos. As emissões de dioxinas e furanos para a atmosfera ocorrem principalmente nos processos de combustão. Esses compostos são detectados em todas as matrizes ambientais: água, ar, solo, sedimentos, água, animais e vegetais. Dioxinas e furanos se acumulam nos tecidos gordurosos, especialmente nos alimentos de origem animal (ASSUNÇÃO E PESQUERO, 1999; DICKSON E KARASEK, 1987; MILLIGAN E ALTWICKER, 1993). Não se sabe ao certo se dioxinas e furanos já estão presentes nos resíduos, se são produzidas devido à presença de precursores (como a bifenila policlorada e os benzenos clorados), ou se são formadas a partir de compostos não diretamente considerados perigosos como hidrocarbonetos clorados, íons de cloreto inorgânico ou plásticos (ASSUNÇÃO e PESQUERO, 1999).

Embora as temperaturas dos fornos de cimento sejam suficientes para destruir as dioxinas e furanos, existe a possibilidade de esses compostos se formarem novamente no processo de resfriamento dos gases (SWEETMAN et al, 2004). Dessa forma, os fornos de cimento são considerados pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos uma das maiores fontes de poluentes atmosféricos perigosos, incluindo dioxinas e furanos (SIDHU et al, 2001). Também, por ser um combustível de biomassa, a lama de esgoto propicia uma redução da emissão de CO2 para a atmosfera. Foi observado que o ambiente alcalino do forno ajuda a remover traços de ácidos como HCl e HF produzidos durante a queima e que a utilização de lama como combustível alternativo reduz a necessidade do uso de combustíveis convencionais, não renováveis.

• Um problema avaliado foi a emissão de mercúrio em gases combustíveis, parâmetro muito fiscalizado pela União Europeia. Normalmente, o mercúrio é proveniente do tratamento de metais, incineração de resíduos, queima de combustíveis fósseis, entre outros.

A presença de mercúrio nas lamas estudadas por Zabaniotou e Theofilou (2008) foi proveniente do processo de uma planta de tratamento de esgotos. Na planta de cimento estudada por Zabaniotou e Theofilou (2008), as emissões de metais pesados representaram apenas 16% (p/p) em relação aos níveis aceitos, já as emissões de dioxinas e furanos apenas 6% em relação aos níveis aceitáveis. Assim, esses autores concluíram que o coprocessamento de lamas de esgoto como combustível alternativo em fornos de cimento é satisfatório. A prática ajuda a economizar energia durante a queima do combustível, além do apelo ambiental, possibilitando uma destinação correta a um resíduo que poderia provocar danos ao meio ambiente se fosse descartado de forma irregular.

• Tosta et al (2007) realizaram um trabalho de revisão acerca da produção mundial de cimento, dos processos adotados, dos combustíveis utilizados e de como a utilização de resíduos atua nessa produção. Observaram um grande destaque para o papel da China e da Índia na produção de cimento, que juntas representam cerca de 50% da produção mundial, valor justificado pelo crescimento dessas duas economias nos últimos anos. Vale ainda ressaltar que o Brasil aparece entre os 15 maiores produtores mundiais de cimento. Segundo os autores, o coprocessamento de resíduos é cada vez mais utilizado, uma vez que essa prática atende a dois aspectos bem atuais, que são o apelo energético e o ambiental. Puertas et al (2008) avaliaram a reatividade e a queima do cimento Portland quando a matéria prima foi parcialmente substituída por resíduos cerâmicos. Três combinações de cerâmica branca e cerâmica vermelha foram testadas. 

O trabalho mostrou que a composição química e mineralógica de alguns tipos de cerâmicas utilizadas foi apropriada para serem misturadas às matérias-primas na produção de cimento. Os resíduos estudados foram gerados em plantas de produção de telhas e tijolos de cerâmica. A reatividade da mistura depende de sua composição química, da natureza mineralógica do resíduo cerâmico e do tamanho das partículas. Os autores observaram maior reatividade da mistura em comparação com a matéria-prima convencional quando partículas menores que 90μm foram utilizadas.

• Já para partículas maiores do que 90μm, a reatividade foi notoriamente menor. Além disso, o clínquer obtido a partir dessas misturas apresentou maior quantidade de cal livre em todas as combinações testadas. Misturas com resíduos apresentando menor tamanho de partículas apresentaram maior capacidade de queima do que as misturas convencionais.

Abordando a questão de sustentabilidade tecnológica do coprocessamento, Winingham (1993) discutiu a segurança da utilização de resíduos industriais como combustíveis alternativos em fornos de cimento. 

• De acordo com as suas observações, Winingham (1993) concluiu que a atividade de coprocessamento de resíduos em fornos de cimento pode ser praticada, de forma segura, em condições em que se tenha adequada instrumentação para as medições necessárias de variáveis de processo selecionadas visando a um monitoramento eficiente.

Análise de ciclo de vida na produção de cimento:

• A análise do ciclo de vida (ACV) é uma metodologia utilizada para avaliar a carga poluidora e os impactos ambientais associados a um produto, processo, ou atividade, por meio dos fluxos de energia e materiais usados e das emissões para o meio ambiente. A avaliação inclui o ciclo de vida inteiro do produto, do processo ou da atividade, abrangendo a extração e o processamento de matérias primas, o transporte, a distribuição, a utilização, a manutenção, a reutilização, a reciclagem e a disposição final (Hunkeler et al, 2008). 

A avaliação dos impactos do ciclo de vida (LCIA) é uma das etapas básicas da metodologia de ACV (SETAC, 1993). Recentemente, vários estudos utilizando a metodologia ACV vêm sendo desenvolvidos no contexto da produção de cimento (HUNTZINGER E EATMON, 2008; JOSA et al, 2007; NAVIA et al, 2006; LEE E PARK, 2004).Huntzinger e Eatmon (2008) utilizaram a ACV para avaliar os impactos ambientais de quatro diferentes configurações de processo:

1. O processo convencional de produção de cimento; 
2. Cimento blendado (pozolanas naturais); 
3. Cimento em que 100% do pó residual do forno foi reciclado e inserido novamente ao processo  
4. Cimento Portland produzido quando o material particulado do forno foi usado para sequestrar uma porção do CO2 emitido. 

Navia et al (2006) avaliaram a utilização de solo vulcânico previamente usado na remoção de metais de efluentes industriais no coprocessamento e compararam essa alternativa com o processo convencional, sem coprocessamento. O estudo de Josa et al (2007) apresenta uma análise comparativa de diferentes estudos de ACV para diferentes inventários na produção de cimento na Europa. Categorias de impactos consideraram o processo e impactos tais como efeito estufa, acidificação, eutrofização e smog de verão e inverno. Já o trabalho de Lee e Park (2004) objetivou quantificar o crédito ambiental advindo da utilização de escória de alto forno granulada na produção de cimento.

• Os estudos e pesquisas empregando a ACV possibilitam uma análise global do coprocessamento e a quantificação dos impactos associados ao processo, focando desde a utilização de recursos naturais até o final da vida útil dos produtos do cimento. Entretanto, os resultados não podem ser extrapolados de uma área para outra, e cada resíduo coprocessado deve ser objeto de estudo, uma vez que suas características físicas e químicas podem alterar os resultados. Esse é um campo de estudo bastante amplo e de potencial importância. 

Outra vantagem do picador é a possibilidade de queimar sucata de pneu, pois a mesma pode ser picada normalmente.

Coprocessamento de resíduos em fornos de cimento no Brasil:

• O coprocessamento surgiu como uma estratégia para melhorar o desempenho econômico (menor consumo energético) da indústria cimenteira. Em resposta à crise desencadeada pela recessão da economia brasileira nos finais da década de 1980, o setor cimenteiro implementou estratégias para conciliar o custo da automação e a redução de pessoal. 

Nesse contexto, o coprocessamento de resíduos iniciou-se no início da década de 1990 nas cimenteiras de Cantagalo do Estado do Rio de Janeiro. Desde então, essa tecnologia é usada, mas sob a legislação de agências de controle ambiental e autoridades da saúde. No entanto, devido à carência de profissionais treinados nesse setor, em 1995, vários jornais brasileiros já advertiam sobre o desconhecimento da relação de causa e efeito entre a exposição de operários aos produtos químicos e os danos em sua saúde. Dessa forma, os jornais publicaram artigos denunciando suspeitas de intoxicação e alergias de pele em trabalhadores das indústrias cimenteiras de Cantagalo. Estudiosos correlacionaram esses problemas a várias situações de risco como exposição a emissões de dioxinas e de metais pesados. Há todo um sistema de órgãos federais destinado a atribuir eficácia à legislação ambiental.

• O Sistema Nacional do Meio Ambiente (SISNAMA) compreende o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, órgão normativo, consultivo e deliberativo), o Ministério do Meio Ambiente (órgão central com atribuições de coordenação, supervisão e controle da Política Nacional de Meio Ambiente), e o Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA, o órgão executivo). Completam o SISNAMA, ainda, outros órgãos da administração federal, fundações públicas voltadas à proteção do meio ambiente, e entidades dos poderes executivos estaduais e municipais (Secretarias Estaduais e Municipais do Meio Ambiente; Agências Ambientais – CETESB/FEEMA/COPAM/IAP/CRA e outras), em suas respectivas jurisdições. Em termos legais, as principais normas federais para controle de emissões dos fornos de cimento são a Resolução CONAMA 264/1999, que dispõe sobre procedimentos e os critérios específicos da coincineração, e a Resolução CONAMA 316/2002, que trata dos procedimentos e dos critérios para o funcionamento de sistemas de tratamento de resíduos. Nos Estados, existem normas rigorosas e específicas acerca da disposição de resíduos.

A Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo, por exemplo, publicou uma Norma Técnica, em dezembro de 2003, intitulada “Procedimento para utilização de resíduos em fornos de produção de clínquer”. Existem, entretanto, falhas associadas ao texto da legislação, bem como sua fiscalização e controle. Milanez (2007) descreve as fragilidades legais na regulação do coprocessamento e as falhas na fiscalização e na concessão de licenças, devido a limitações institucionais das agências ambientais.

• Porto e Fernandes (2006) estudaram quais os pontos vulneráveis do controle e fiscalização do processo e até que ponto a população, no entorno das plantas cimenteiras, estaria vulnerável aos efeitos dessa prática. O trabalho de Porto e Fernandes (2006) alerta para a possibilidade de contaminações de cimentos nacionais ou importados, provenientes das rotas de fabricação, muitas vezes desconhecidas, onde os combustíveis alternativos, como os pneus inservíveis, podem ser fontes permanentes não declaradas de contaminações ambientais e do próprio cimento produzido. 

O caso específico de coprocessamento de pneus inservíveis é praticado no Brasil há mais de uma década. A alternativa de se queimar pneus advém do seu alto poder calorífico, representando uma grande economia de energia associada à possibilidade de uma destinação para enormes volumes de passivo ambiental. Um dos grandes problemas do coprocessamento de pneus se deve à presença do enxofre na estrutura da borracha. Quando o enxofre utilizado na vulcanização da borracha é proveniente de minérios sulfetados, pode ainda ocorrer a contaminação por arsênio, que se volatilizaria na temperatura do forno, causando sérios problemas ambientais (SANTI, 2003; MOORE, 1995; MAINIER; ROCHA, 2003). O sulfeto arsenioso (As2S3) associado ao minério de zinco pode reagir, formando o arsênio e incorporando-se ao enxofre produzido. A contaminação é aleatória, pois depende do teor de arsênio existente no minério. Por outro lado, é pouco provável a contaminação com arsênio quando o enxofre é obtido partir de depósitos geológicos ou quando é produzido a partir de sulfeto de hidrogênio (H2S) existente no gás natural. 

• Por motivos técnicos, o enxofre contaminado com arsênio não pode ser empregado na fabricação de ácido sulfúrico, fertilizantes e outros compostos químicos de indústria de base, entretanto, na vulcanização de borracha para pneus não foi encontrada nenhuma restrição ao seu uso. Porém, quando se vislumbra o coprocessamento de pneus, a restrição quanto à origem do enxofre deve ser praticada. Segundo Monteiro e Mainier (2008), a queima total de uma tonelada de pneus pode significar uma emissão teórica de 2,56 ton de CO2 e 26 kg de SO2 para a atmosfera. Considerando ainda que o enxofre contido em uma tonelada de pneu tenha, respectivamente, 0,1, 0,5 e 1% de arsênio, a emissão para a atmosfera de óxido arsenioso seria de 17, 85 e 170 g, respectivamente. Esses valores parecem desprezíveis, porém tornam-se extremamente significativos uma vez acumulados no ambiente.

Outro risco, não menos irrelevante, de se utilizar pneus como resíduos a serem coprocessados é desencadeado quando se eleva a importação de pneus usados como resíduo ou para serem reformados, o que aumenta a quantidade de resíduos no país. Uma vez identificados os pontos de vulnerabilidade populacional e institucional,

• Porto e Fernandes (2006) apresentaram algumas estratégias para reduzir os riscos de gerenciamento e estabelecer normas para a queima de resíduos em fornos de clínquer. Eles concluíram que o trabalho integrado de instituições ambientais, agências de saúde e autoridades jurídicas seria a chave estratégica para promover a segurança e a saúde dos trabalhadores da indústria de cimento. Segundo os estudos que Porto e Fernandes (2006) realizaram em cimenteiras instaladas no Brasil, as estratégias de integração de metodologias para reduzir as vulnerabilidades sociais e promover a segurança do coprocessamento no Brasil podem e devem ser válidas não somente para países em industrialização na América Latina, África ou Ásia como também para países mais ricos e desenvolvidos.

Segundo o relatório da oficina intitulada “A coincineração de resíduos em fornos de cimento: uma visão da Justiça Ambiental sobre o chamado coprocessamento”, que foi realizada em 2006 no Rio de Janeiro, a prática do coprocessamento no Brasil pode gerar riscos à saúde dos trabalhadores e ao meio ambiente devido à formação e emissão de partículas poluentes, volatilização de metais pesados, bem como sua concentração e ainda o risco de acidentes durante o transporte dos resíduos da fonte geradora à indústria de cimento. Durante a Oficina, foram relatados casos com a finalidade de ilustrar a realidade do coprocessamento no Brasil.

• Associando as ocorrências descritas, abordou-se a situação de risco dos trabalhadores da construção civil, que poderiam ser afetados pelas mudanças nas características do cimento produzido através do coprocessamento, uma vez que cimentos produzidos dessa maneira poderiam apresentar níveis mais altos de metais pesados.

Co-Processamento de resíduos Industrias