Avaliação do potencial como combustível das principais espécies florestais existentes na ilha de São Miguel nos Açores Filipe Pimentel Carreiro Simas Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica Orientador: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa Júri Presidente: Prof. João Rogério Caldas Pinto Orientador: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa Vogal: Prof. Cláudia Sofia Séneca da Luz Casaca novembro 2016
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Avaliação do potencial como combustível das principais
espécies florestais existentes na ilha de São Miguel nos
Açores
Filipe Pimentel Carreiro Simas
Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Orientador: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa
Júri
Presidente: Prof. João Rogério Caldas Pinto
Orientador: Prof. Mário Manuel Gonçalves da Costa
Vogal: Prof. Cláudia Sofia Séneca da Luz Casaca
novembro 2016
I
Agradecimentos
Este trabalho representa não só o resultado de vastas horas de empenho, reflexão e dedicação durante
as diversas fases que o compõem, mas também o término de um objetivo académico a que me propus
e que não seria possível sem a ajuda e apoio de algumas pessoas a quem dedico os seguintes
parágrafos.
Em primeiro aos que me proporcionaram o presente grau académico, Pai, Mãe e Irmão. O seu amor,
esforço, apoio e dedicação foram cruciais nesta longa caminhada académica.
À Carolina, namorada e grande amiga. Pela sua presença e apoio, incansáveis, nos bons e maus
momentos. Um verdadeiro ombro amigo, repleto de amor e carinho.
Aos meus camaradas inquilinos, Manuel Rego, Tiago Gomes, Ivo Couto, Nuno Pacheco, Luis Duarte e
Pedro Melo, pelo seu grande espírito de camaradagem e por todos os grandes momentos que
proporcionaram na minha vida privada e académica. Ao colega de turma e grande amigo José Albano,
pela sua amizade e apoio. Um apreço a todos os meus amigos e colegas que de certa forma
participaram neste percurso.
A todos os colaboradores, a quem agradeço o seu auxílio e suporte durante a elaboração do presente
trabalho. A título especial agradeço ao Professor Mário Costa pela sua orientação, ao Ulisses
Fernandes pela sua atenção e disponibilidade, ao Engenheiro João Luís Pacheco da Direção dos
Recursos Florestais e ao Professor Luís Silva da Universidade dos Açores pelo suporte informativo
prestado. A todos os responsáveis das unidades de serração, hoteleiras e fabris pela sua atenção e
apoio. Por último aos Diretores Administrativos e de Produção Leonardo Amaral e Rafael Arruda, pela
sua especial atenção e apoio ao longo de todo o trabalho de campo efetuado no presente trabalho.
III
Resumo
O presente trabalho incide sobre a avaliação do potencial como combustível das principais espécies
florestais existentes na ilha de São Miguel, nos Açores. Esta avaliação consistiu no levantamento das
principais espécies florestais existentes na ilha, assim como na recolha de informação acerca das
quantidades de resíduos/subprodutos madeireiros provenientes da indústria de primeira transformação
madeireira. A estimativa da produção anual de biomassa na ilha foi calculada com base nos
povoamentos florestais de três espécies dominantes, a Cryptomeria Japonica, o Pittosporum
Undulatum e a Acacia Melanoxylon, enquanto os subprodutos foram avaliados de acordo com os
mapas de resíduos das entidades produtoras locais. A estimativa da biomassa figurou dois cenários
distintos, o P1 e o P2, assim como o potencial energético dos mesmos, PEP1 e PEP2. O cenário 1
abordou os subprodutos da indústria madeireira local em conjunto com a biomassa florestal proveniente
do Incenso e da Acácia, enquanto que o cenário 2 abordou a totalidade da biomassa florestal relativa
às três espécies florestais dominantes. A ilha de São Miguel revelou uma capacidade produtiva de
biomassa de 12489,56 t/ano e 37461,85 t/ano de acordo com os cenários P1 e P2. O potencial
energético associado a estas quantidades foi de 166810,33 GJ/ano e 532854,08 GJ/ano,
respetivamente (PEP1 e PEP2). Por forma a valorizar e gerar uma cadeia de valor acrescentado para
este recurso energético endógeno, foi efetuado o levantamento das principais indústrias consumidoras
de energia térmica na ilha. O setor dos laticínios, da conserveira e da hotelaria apresentam consumos
energéticos satisfatórios, passíveis de serem satisfeitos pela biomassa estimada.
Palavras Chave:
Biomassa; Potencial energético; Região ultraperiférica; Resíduos de madeira; Combustíveis
alternativos; Energias renováveis; Açores; São Miguel.
V
Abstract
This study focuses on the assessment of the potential as fuel of the main forest species in Sao Miguel
island, Azores. The assessment included the collection of data on the main existing forest species on
the island and also on the quantity of wood sub products and residues resulting from the first
transformation industry (sawmills). The annual estimate of biomass production was obtained
considering the population of three dominant species, Cryptomeria Japonica, Pittosporum Undulatum
and Acacia Melanoxylon, while the by-products were evaluated according to the maps of the residue
producing entities. Biomass estimates was made according for two distinct scenarios (P1 and P2), and
their respective energetic potential (PEP1 and PEP2). Scenario 1 covered the by-products of the local
timber industry together with forest biomass from the Pittosporum Undulatum and Acacia Melanoxylon,
while the scenario 2 addressed the forest’s total biomass of the three dominant forest species. S. Miguel
island revealed to have a biomass production capacity of 12489.56 t/year and 37461.85 t/year according
to scenarios P1 and P2. The energetic potential associated with those figures is 166810.33 GJ/year and
532854.08 GJ/year, respectively (PEP1 and PEP2). In order to value this endogenous energetic
resource, the main industrial energy consumers on the island were surveyed. Dairy, canning and hotel
industries revealed to have energy consumptions, capable of being supported by the estimated biomass.
Keywords:
Biomass; Energetic potential; Ultraperiferic regions; Wood residues; Alternative fuels; Renewable
energy; Azores; São Miguel.
VII
Índice
Agradecimentos ........................................................................................................................................ I
Resumo .................................................................................................................................................. III
Abstract.................................................................................................................................................... V
Índice ..................................................................................................................................................... VII
Índice de figuras ..................................................................................................................................... IX
Índice de quadros ................................................................................................................................... XI
Índice de fotografias ............................................................................................................................. XIII
Quadro 1.2 – Emissões por tipo de combustível em caldeiras atuais [mg/kWh] [25].
3 Em matéria seca para os combustíveis de biomassa sólida
32,9
25,0
40,4 40,9 42,449,6
19,1 19,3 20,0 22,019,1 18,0 19,0 19,3
MJ/Kg
1 2 3,2
8,412,5 11,4
1511,5
21
Fuelóleoleve
Carvão Pellets demadeira
Estilha deBétola(cascaseca)
Estilha deAbeto
(ramadaseca)
Estilha deAbeto
(ramadafresca)
Fardos deAbeto
(ramadafresca)
Estilha dePinheiro(ramada
seca)
Estilha dePinheiro(Cascafresca)
m3
11
A combustão de biomassa proporciona um vasto leque de aplicações, sejam estas para uso doméstico
ou industrial [19]. A conversão de biomassa em energia útil é realizada sobretudo em sistemas de
combustão, onde um leque variado de biomassa pode ser convertido em diversas formas de energia
[21]. A queima de biomassa numa fornalha é uma das tecnologias mais simples [21].
O vapor é um produto calorífico normalmente obtido em unidades fabris, onde a geração de eletricidade
toma o primeiro lugar na utilização deste. A energia remanescente é utilizada em processos industriais
[19]. A geração de energia elétrica usufrui de uma eficiência entre 17% e 25%, podendo atingir 85%
caso seja adotada a cogeração no processo [19]. Por forma a abraçar as demais aplicações industriais
e domésticas, existem diversos sistemas de combustão que, de uma forma geral, podem agrupar-se
tecnologicamente em reatores de leito fixo, leito fluidizado e de combustível pulverizado (“dust
combustion”).
O estado inicial da matéria prima tem fortes influências no processo de conversão energética,
nomeadamente, no processo de combustão, na escolha do reator e respetivas condições de operação.
O pré-tratamento de biomassa requer alguma atenção no armazenamento, preparação e na
alimentação/transporte da matéria-prima para o sistema de combustão.
No que diz respeito ao armazenamento, este é condicionado pela dimensão caraterística da matéria-
prima antes e depois de ser processada mecanicamente. Tipicamente, para dimensões de 1 a 5 cm,
são utilizados silos cilíndricos, enquanto os silos retangulares são utilizados para dimensões até 60 cm.
Para grandes dimensões são utilizados armazéns ou áreas exteriores.
A dimensão e o teor de humidade na matéria-prima são as primeiras variáveis analisadas. Se o teor de
humidade se encontrar acima do patamar requerido, uma estação de secagem (natural ou forçada)
deverá ser acoplada ao processo, de modo a estabelecer a quantidade de água desejada [26]. O
mesmo se aplica em termos de dimensões, podendo ser necessário incorporar um sistema de trituração
ou corte (destroçadoras ou moinhos). Um aspeto final a ter em conta na preparação da matéria-prima
é a existência de material indesejado ao processo. A existência de material metálico e rochoso pode
requerer maquinaria especializada para a sua remoção, tal como tapetes granulométricos, crivos e
separadores magnéticos.
O sistema de transporte tem que estabelecer a ligação entre a estação de armazenamento e o sistema
de combustão. A cuidada seleção deste sistema tem em conta a distância (horizontal e vertical), a
morfologia e densidade do material a transportar, a dosagem e estanquicidade do sistema. As duas
últimas variáveis estão diretamente relacionadas com as condições de operação do sistema de queima
[26]. Para estabelecer a ligação entre o armazenamento e o sistema de queima são geralmente
utilizados tapetes rolantes e/ou sem-fins. Todo o material fica depositado num acumulador cónico,
“buffer”, antes de entrar para a câmara de combustão. Esta última fase de transporte geralmente é feita
com o auxílio da gravidade, através de dispositivos de controlo de dosagem, portas ou válvulas,
permitindo assim que o sistema trabalhe no seu domínio temporal (contínuo ou descontínuo, “batch
combustion”) [27].
12
A Figura 1.12 apresenta um sumário, onde esquematiza o processo integral de combustão. Mais
detalhes sobre o mesmo podem ser vistos em [24] e [28].
Figura 1.12 – Processo de combustão [26].
1.4.2 Estudos antecedentes
Dada a dependência energética das regiões ultraperiféricas, a procura de alternativas energéticas é
um alvo de interesse e atenção das entidades governamentais e privadas. Face a este interesse, o
meio académico e científico tem prestado suporte nas diversas áreas das ER. Nesta secção são
resumidos alguns dos mais importantes trabalhos realizados na área da biomassa em regiões
ultraperiféricas disponíveis na literatura da especialidade.
Santamarta et al [29] efetuaram um estudo nas ilhas Canárias, Espanha, com objetivo de analisar o
potencial do uso de biomassa para energia. Os autores abordaram as quantidades disponíveis de
biomassa, a segurança no abastecimento, a auto-suficiência energética em áreas rurais, a topografia
do terreno, a logística e os custos, entre outros aspetos. A floresta ocupa cerca de 13% do arquipélago,
apresentando um potencial de biomassa teórico na ordem de 5,5 tep/ano (resíduos de pinheiros e
louros) que somados aos resíduos agrícolas totalizam 15 tep/ano. Os custos de extração desta
biomassa variam significativamente, consoante a localização e relevo da zona a explorar, sendo na sua
grande maioria economicamente inviável a extração desta biomassa. Os autores sugeriram um
conjunto de diretrizes tecnológicas que foram anunciadas no plano de energias renováveis em Espanha
(PER).
Boukis et al [30] realizaram um trabalho na zona de Heraklion na ilha grega de Creta, onde o foco foi o
potencial de resíduos de biomassa para analisar a viabilidade da implementação de uma central elétrica
alimentada a combustíveis sólidos densificados. O sistema energético da ilha tem sido alvo de grande
pressão em resultado da crescente atividade turística e comercial. Deste modo, a implementação de
uma central a biomassa aparenta ser uma ótima solução energética. O abastecimento de combustível
pode ser proporcionado pelos resíduos da exploração do azeite, os quais representam 80% das
atividades agrícolas em Creta. Estudos antecedentes indicaram que 73 t de matéria seca por ano
estavam disponíveis para consumo energético, proporcionando 12 MWe. As regras impostas ao estudo
financeiro da central incluíram taxas de retorno de capital próprio acima de 15% para além de 20 anos,
custo de investimento específico abaixo de 2000€ por kWe e o custo da eletricidade 75% abaixo do
preço de compra da rede pública. Com base nos constrangimentos económicos, técnicos e de
Biomassa
Carvões
Gases
Alcatrões
Cinzas
Alcatrões
CO2, CO,
H2, CH4
CO2, CO,
H2
13
abastecimento, os autores concluíram que a implementação de uma central de capacidade instalada
de 8 MWe seria a melhor opção a adotar, tendo esta um período de retorno na ordem dos 7 anos.
Toste [31] estudou a espécie invasora, Pittosporum Undulatum, na ilha Terceira do arquipélago dos
Açores, com o intuito de gerar uma cadeia de valor através do seu potencial energético, levando a cabo
um plano de erradicação da espécie. Foram desenvolvidas relações matemáticas para estimar o
volume e a massa da biomassa existente por árvore, o que permitiu avaliar o potencial de biomassa
existente na ilha. A estimativa do potencial energético da espécie originou valores para o PCI entre
13,5 a 19,8 MJ/kg. Numa análise SWOT, foi verificada a viabilidade económica e ambiental da
exploração energética desta espécie. Na ilha podem ser explorados anualmente cerca de 0,88 km2,
donde 7330 t de matéria seca podem ser extraídos. Segundo um fator médio de conversão de 27%, o
potencial energético foi avaliado entre 5 e 12,8 GWh, representando 2,6% a 6,7% do consumo elétrico
na ilha.
No âmbito do projeto Green Islands Project [32], foi realizado um estudo sobre o uso de biomassa
florestal para a produção de energia, no arquipélago dos Açores, considerando a disponibilidade dos
recursos em termos de acesso, colheita e transporte. Este estudo levou a cabo o desenvolvimento de
uma nova atividade florestal com espécies (Morella faya, Persea indica e Platanus hybrida) de ciclos
de vida curtos (cerca de 5 anos entre cortes rasos4), onde a reflorestação de áreas ocupadas por
espécies invasoras mereceu especial atenção. Na base da caraterização florestal esteve o Inventário
Florestal da DRRF, realizado através da interpretação de ortofotomapas em conjunto com trabalho de
campo. No estudo foram elaborados mapas de ocupação de espécies, cujo mapeamento foi auxiliado
com a utilização de um sistema de informação geográfico (SIG). O Pittosporum Undulatum e a
Cryptomeria Japonica são as espécies mais abundantes na região, ocupando cerca de 49% e 26 % da
área florestal do arquipélago, respetivamente. Para avaliar o potencial energético, foram efetuadas as
análises imediata, elementar e poder calorífico aos troncos e ramos de várias espécies florestais.
Segundo os boletins de laboratório o PCI calculado foi de 20,36 MJ/kg (ramos <8 cm) para o
Pittosporum Undulatum e 24,50 MJ/kg (troncos >8 cm) para a Cryptomeria japónica. O teor de
humidade foi cerca de 46% e 73% e o teor de cinzas foi de 1% e 0,6%, respetivamente. Ambas as
espécies apresentaram a mesma percentagem de matéria volátil (99% em base seca).
4 Modo de tratamento regular em que os povoamentos resultam de um corte raso ou de cortes sucessivos, originando povoamentos de uma só idade, ou de idades próximas.
14
1.5 Estrutura da tese
A presente tese está estruturada em cinco capítulos. O presente capítulo constitui a Introdução, tendo
discutido a motivação e objetivos deste estudo e apresentado a revisão bibliográfica.
O segundo capítulo, Recursos endógenos, inclui a caraterização florestal da RAA, em particular da ilha
de São Miguel, descrevendo em detalhe as espécies dominantes na ilha.
O terceiro capítulo, Avaliação do potencial energético, encontra-se dividido em três subcapítulos, a
saber: descrição da metodologia utilizada no estudo, avaliação e quantificação do potencial de
biomassa, e, finalmente, quantificação do potencial energético existente na ilha.
O quarto capítulo, Potencial de aplicação, inicia-se com a caraterização energética da ilha,
apresentando, de seguida, os vários potenciais setores industriais consumidores do recurso energético
em estudo.
Finalmente, o quinto capítulo, Fecho, resume as conclusões deste trabalho e apresenta um conjunto
de sugestões para trabalhos futuros.
15
2 Recursos endógenos
2.1 Caraterização florestal da ilha de São Miguel
A floresta é uma componente marcante na paisagem açoriana, constituindo 21% do território (493,4
km2). Esta alberga um setor económico com 1400 postos de trabalho, onde a venda direta de madeira
e o setor de primeira transformação proporcionam anualmente cerca de 1,8 e 10,9 milhões de euros,
respetivamente [33]. Deste modo, o setor apresenta um valor económico e social considerável para a
região, de forma que a sua exploração tem de ser efetuada de modo sustentável e com recurso a
políticas de boa gestão florestal, promovendo a sua proteção e conservação.
O coberto florestal da RAA está fracionado em três parcelas, propriedades privadas, pública e baldios,
sendo esta última gerida pelo estado (Quadro 2.1 e Figura 2.1). A parcela privada é maior em termos
de área, sendo dominada por pastagens (que constitui a grande maioria da paisagem rural do
arquipélago, cerca de 1386 km2), para a criação de gado. Esta parcela tem sido alvo de intervenções
nos últimos 18 anos, por forma a beneficiar os povoamentos existentes e valorizar o material lenhoso,
através da reconversão, rearborização e arborização. A parcela pública é a seguinte nos mesmos
termos, desempenhando um papel determinante na região, não só pela área que abrange, como
também pela sua função estruturante. É na parcela baldia que se desenvolvem os maiores
povoamentos de espécies endémicas. Estas áreas são denominadas como reservas naturais e
atualmente estão classificadas ao abrigo da Rede Natura 2000 [3]. A exploração florestal para fins
madeireiros detém uma quota considerável, sendo assegurada maioritariamente pela parcela privada
(cerca do dobro da pública).
Parâmetros
Ocupação de terreno [%]
Agricultura 65 Floresta 9 Natural 21 Artificial 5
Estrutura florestal [ha]
Floresta de produção 18,7 Floresta pública 33 Floresta privada 67 Tamanho médio da exploração florestal privada
4,2
Quadro 2.1 – Ocupação e estrutura do setor florestal na RAA [32].
Figura 2.1 – Estrutura florestal na RAA [34].
8%
59%
11%
22%
33%
Floresta Natural
Regeneração de florestanaturalPlantação pública
Plantação privada
16
A área florestal da RAA (493,4 km2) é dominada na sua grande maioria por 10 espécies florestais,
destacando-se 5 (Quadro 2.2) pela sua área de ocupação: o Pittosporum Undulatum, a Cryptomeria
Japonica, a Acacia Melanoxylon, o Eucalyptus globulus e a Morella Faya, que são responsáveis pela
ocupação de 96% (474 km2) da área florestal. O Pittosporum Undulatum assume o topo da lista
ocupando 48% (239 km2) da área florestal da RAA [3].
Espécie km2 %
Morella Faya 24,42 4,95
Eucalyptus globulus 37,86 7,67
Acacia Melanoxylon 43,54 8,82
Cryptomeria Japonica 128,56 26,06
Pittosporum Undulatum 239,39 48,51
Total 473,77 96,02
Quadro 2.2 – Principais espécies na RAA [35].
A ilha de São Miguel conta com 165,41 km2 de floresta (22% da área total da ilha), possuindo cerca de
11 espécies florestais (Figura 2.2), das quais se destacam os povoamentos de Cryptomeria Japonica
(Criptoméria), Pittosporum Undulatum (Incenso) e Acacia Melanoxylon (Acácia) pela sua área de
ocupação em solo (Quadro 2.3). Estes povoamentos são responsáveis por cerca de 92% da área
florestal da ilha, sendo a Criptoméria a espécie mais abundante com 51,6%, seguida do Incenso e da
Acácia com 22,7% e 17,9%, respetivamente.
Figura 2.2 – Espécies dominantes na ilha de São Miguel [35].
Acacia Melanoxylon 29,6 4,0 17,9 Total 152,5 20,5 92,2
Quadro 2.3 – Áreas de ocupação por espécie na ilha de São Miguel [3].
Para além das suas áreas de ocupação, as referidas três espécies destacam-se pelos seguintes factos:
a Cryptomeria Japonica constitui a base da matéria-prima da indústria de primeira transformação cujo
destino é madeira para construção, o Pittosporum Undulatum é uma espécie invasora infestante
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
Quilometros
N
Legenda
Criptoméria
Eucalipto
Incultos
Folhosas diversas
Acácia
Incenso
Pinheiro Japonês
Pinheiro Bravo
Resinosas diversas
Faia das Ilhas
Vinhático
Camaecipáris
Espaços Naturais ou semi-naturais
17
passível de ser valorizada energeticamente [32] e a Acacia Melanoxylon possui um conjunto de
propriedades mecânicas (estruturais) e químicas (energéticas) que lhe conferem um papel importante
no mercado local (carpintaria e lenhadores).
2.2 Espécies dominantes
2.2.1 Cryptomeria Japonica
A Cryptomeria Japonica D. Don, mais conhecida por Criptoméria, é uma espécie oriunda do extremo
oriente. Povoamentos bravios desenvolvem-se nas ilhas centrais e sul do Japão, assistidos por um
clima quente e húmido. De caráter ornamental, a espécie é a base da fileira florestal regional, sendo a
imagem de marca da floresta de produção local, sendo a principal espécie (não protegida) presente
nas áreas públicas e privadas. A espécie exerce uma função crucial na definição da nova estratégia
florestal da ilha e da região, desde logo pela possibilidade da criação de emprego direto, quer nas
atividades de exploração florestal, rearborização e manutenção dos povoamentos, quer na indústria de
transformação a jusante [3].
Com uma copa piramidal densa atinge cerca de 50 m na idade adulta, perenifólia, de tronco forte e
cilíndrico apresenta ramos delgados, conferindo uma boa resistência a ventos fortes e geadas. O seu
borne apresenta uma cor pálida, branco-amarelada, com uma espessura reduzida de 2 a 5 cm,
distinguindo-se do cerne rosado, acastanhado ou negro com anéis de 4 a 5 mm (Fotografia 2.1). Com
uma massa volúmica de 260 kg/m3 (valores médios para um teor de humidade igual a 12%), a madeira
dispõe de uma orientação fibrosa (fio) reta, um grão uniforme e uma textura variável, mas
tendencialmente grossa. Com elevado teor de humidade, é uma madeira sem canais resinosos e com
um aroma bastante caraterístico.
Fotografia 2.1 – Corte transversal de um toro de Criptoméria.
Tal como o Taxodium (Cypress) e a Sequóia, da América do Norte, é uma madeira de elevada
durabilidade a fungos xilófagos, de fácil laboração devido à sua baixa dureza e com uma preparação
fácil devido à sua rápida secagem. Estas caraterísticas permitem assim que a madeira de Criptoméria
seja de fácil serragem e trabalhabilidade.
18
Em termos energéticos este recurso dispõe de um PCI de cerca de 21 MJ/kg. Quanto às suas
propriedades químicas, a madeira de Criptoméria possui 99% de matéria volátil, 0,6% de cinzas e uma
humidade de 73%.
2.2.2 Pittosporum Undulatum
O Pittosporum Undulatum, denominado localmente por Incenso, é uma espécie oriunda da Austrália,
que foi introduzida nos Açores como sebes de proteção à plantação de árvores de laranja no século 19
[36]. É uma espécie invasora capaz de colonizar uma vasta gama de habitats, como climas temperados
quentes, florestas montanhosas tropicais e subtropicais. Os Açores possuem um clima favorável ao
desenvolvimento desta espécie, o que permite uma fácil proliferação da mesma. A sua invasão
modificou substancialmente a paisagem do arquipélago, ocupando parte da área entre o nível do mar
e uma altitude de 500 m [37], afetando reservas naturais, paisagens protegidas e a flora endémica da
região. Para além do seu cariz invasor, a espécie tem múltiplas funções na região, como por exemplo,
sebes de proteção de pomares (Fotografia 2.2), alimento de gado caprino, constituinte da cama para o
cultivo do ananás e é considerada importante na produção de mel devido à sua polinização ser
assegurada por abelhas [38]. Contudo, o impacto ecológico na região associado a esta espécie, torna-
a como prioritária à implementação de ações de controlo dado o seu caráter infestante [37].
Fotografia 2.2 – Sebes de Incenso para proteção de bananais.
A árvore ou arbusto perenifólia persistente pode atingir até 15 m de altura com uma copa piramidal
densa de 3 a 5 m de diâmetro. Possui um tronco tortuoso com casca irregular de cor parda escura
(Fotografia 2.3) [39]. Os seus ramos ostentam uma folhagem verde brilhante com uma forma oval e
extremidade ondulada [40]. A sua floração dá-se durante os períodos de primavera e verão com uma
flor odorífera branca e amarela [41], onde se desenvolve um fruto em forma de cápsula castanha e
laranja (Fotografia 2.4), originando sementes avermelhadas no outono [41].
19
Fotografia 2.3 – Corte transversal de um toro de Incenso.
Fotografia 2.4 – Fruto do Incenso.
Em termos energéticos, o Incenso apresenta um PCI de cerca de 17,13 MJ/kg. Quanto às suas
propriedades químicas, o Incenso possui 99% de matéria volátil, 0,9% de cinzas e uma humidade de
46%.
2.2.3 Acacia Melanoxylon
A Acacia Melanoxylon, originária da Tasmânia, Austrália, é uma espécie que habitualmente invade
florestas e habitats naturais degradados na forma de árvore. A qualidade da sua madeira proporciona-
lhe um caráter comercial na indústria madeireira, sendo a Acácia uma madeira de construção de grande
valor [42]. A espécie foi introduzida na Europa como uma planta ornamental no século 19, entrando em
expansão na primeira metade do século 20 através de planos florestais nacionais [43]. De caráter
invasivo, esta espécie estabeleceu-se rapidamente no ambiente envolvente, provocando alterações na
estrutura e na dinâmica do ecossistema nativo. A participação da espécie no Inventário Florestal da
região é significativa nas ilhas do Pico, Terceira e São Miguel. Contudo a sua participação tem vindo a
decrescer devido à introdução da Criptoméria no mercado de madeira regional [40].
É uma árvore perenifólia persistente com uma copa piramidal densa e arredondada, geralmente
atingindo 8 a 15-20 m de altura. A Fotografia 2.5 apresenta um corte transversal de um toro de Acácia.
Com uma folhagem verde acinzentado, a Acácia floresce entre o final do inverno e o final da primavera,
onde uma flor de cor amarela pálida brota um fruto castanho do tipo vagem no verão. A madeira de
20
Acácia é muito conhecida pela sua elevada massa volúmica, 659 kg/m3, que lhe confere uma
resistência adicional nos produtos finais de marcenaria/carpintaria [44].
Fotografia 2.5 – Corte transversal de um toro de Acácia
Em termos energéticos, a Acácia tem um PCI de 20 MJ/kg. Quanto às suas propriedades químicas, a
Acácia apresenta 99% de matéria volátil, 1,1% de cinzas e uma humidade de 47%.
21
3 Avaliação do potencial energético
3.1 Metodologia
A avaliação do potencial energético, na ilha de São Miguel, foi efetuada com base em informação
recolhida na ilha, nomeadamente na Direção Regional dos Recursos Florestais, na Direção Regional
da Energia e em unidades fabris e hoteleiras.
O presente estudo foi composto por 3 etapas: trabalho de campo, tratamento de informação e avaliação
do potencial energético. O trabalho de campo prendeu-se com o levantamento das principais entidades
produtoras de resíduos madeireiros, identificação e quantificação da biomassa (subprodutos
madeireiros) predominante na ilha e identificação dos potenciais consumidores deste tipo de energia.
Esta fase teve a duração de dois meses. Neste período foram efetuadas visitas às entidades de primeira
e segunda transformação de madeira, com o objetivo de recolher informação acerca da produção
madeireira e respetivos mapas de quantidades (cortes rasos e subprodutos). A recolha desta
informação foi efetuada através de um questionário via web (Google questionários). Este foi composto
por 48 questões, contendo perguntas de escolha múltipla e de resposta aberta. Durante as visitas foi
possível conhecer a dinâmica das serrações, relativamente à produção de resíduos e subprodutos. De
modo a identificar potenciais consumidores de biomassa foram visitadas unidades fabris e hoteleiras,
sendo possível abordar as suas necessidades energéticas e respetivos constrangimentos na utilização
do recurso em estudo. No decorrer das visitas obtiveram-se algumas imagens fotográficas, Fotografia
3.1 à Fotografia 3.6.
Fotografia 3.1 – Armazenamento de toros Criptoméria.
Fotografia 3.2 – Unidade de serragem (primeira transformação).
22
Fotografia 3.3 – Armazenamento de subprodutos madeireiros (costaneiros).
Fotografia 3.4 – Estilhador de Criptoméria do tipo garlopa.
Fotografia 3.5 – Encaminhamento de estilha para Portugal Continental (contentor open top).
23
Fotografia 3.6 – Caldeiras e queimadores a pellets (unidade hoteleira).
No tratamento de informação foram reunidos e tratados todos os dados relativos às entidades contadas
na primeira fase. Os dados recolhidos foram catalogados por forma a facilitar as estimativas realizadas
na fase seguinte do estudo.
A última fase foi dedicada ao levantamento e à avaliação do potencial energético da biomassa existente
na ilha. O levantamento dos povoamentos das espécies em estudo foi conseguido a partir do Inventário
Florestal da Região, disponibilizado pela Direção Regional dos Recursos Florestais. A quantificação
energética foi realizada com o auxílio das análises químicas realizadas em 2010 no Laboratório de
Análises do Instituto Superior Técnico [32].
O Inventário Florestal foi realizado em 2007 pela equipa técnica da DRRF. Este dividiu-se em duas
fases, sendo a primeira destinada à aquisição de informação gráfica (dados cartográficos) e numérica.
As áreas e a distribuição dos povoamentos de cada espécie tiveram em conta a composição e o estado
de desenvolvimento destes, sendo estas realizadas segundo um modelo de estratificação de manchas.
Na segunda fase foram efetuadas medições aos povoamentos de maior interesse para produção de
material lenhoso. A amostragem foi constituída por 141 parcelas ao longo da região, sendo estas
avaliadas e medidas. Com uma configuração de 200 m2 circulares, estas parcelas foram marcadas com
o auxílio de um equipamento de medição “Vertex”. As principais variáveis dendrométricas5 estiveram
na base da caraterização destas parcelas. A caraterização de cada parcela constou na medição do
diâmetro de todas as árvores e na seleção cuidada de algumas destas por forma a obter uma amostra
significativa. Na amostra selecionada foram listadas as seguintes medições: altura total e da base da
copa, diâmetro basal, idade, acréscimo em raio nos últimos 5 anos e a espessura da casca. Com base
em todas as medições efetuadas foi estimada a capacidade produtiva e quantificado o material lenhoso
de cada povoamento analisado [45].
A cartografia foi realizada segundo um modelo de estratificação dos povoamentos, que por sua vez
constitui a Carta Florestal. Esta foi efetuada a partir da delimitação dos povoamentos no campo sobre
fotografia aérea, sendo esta última auxiliada pela carta militar 1:25 000. Face ao desfasamento
5 Variáveis de caraterização do crescimento de uma árvore ou povoamento.
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existente entre a informação fotográfica e a situação real verificada em campo foi utilizado o GPS em
algumas áreas de estudo. A vetorização das manchas/povoamentos caraterizados em campo sobre os
ortofotomapas foi elaborada com recurso ao SIG. Após a compilação de toda a informação adquirida
no terreno, foi gerada uma base de dados em SIG. Este banco de dados permite a cada povoamento
ter associada informação acerca da sua área e composição. Outro nível de informação (variáveis
dendrométricas) é adicionado às parcelas/manchas amostradas, o que permite avaliar a existência de
material lenhoso para produção [45].
A reunião de todos estes dados florestais num sistema informático SIG, possibilita uma pesquisa
acessível e prática, com a possibilidade de cruzar vários níveis de informação gráfica e numérica.
Assim, o SIG é uma ferramenta essencial para o levantamento espacial do perímetro florestal e sua
gestão.
3.2 Potencial de biomassa
A seleção das espécies para avaliação do potencial energético (Criptoméria, Incenso e Acácia) teve
por base o trabalho de campo efetuado na ilha de São Miguel, os estudos anteriormente efetuados,
[31] e [32], as diretivas da DRRF, as suas caraterísticas energéticas e respetiva ocupação do solo.
Os principais recursos de biomassa derivada da Criptoméria são os resíduos provenientes da
exploração florestal e os subprodutos/resíduos da serração. Os primeiros são resíduos de abate que
permanecem na mata de acordo com as instruções do manual de boas práticas para a gestão florestal
nos Açores [46]. Árvores inteiras mortas, doentes ou que não apresentam qualquer valor/interesse
comercial, folhagem, ramos e pontas (copas) das árvores exploradas são os mais abundantes deste
tipo de atividade. Segundo a DRRF, estes resíduos representem cerca de 10 a 20 % do total da
biomassa existente numa área de exploração florestal típica. Dadas as caraterísticas topográficas das
matas, a remoção destes é inviável quer do ponto de vista técnico quer económico.
Os subprodutos/resíduos provenientes das serrações de madeira são de fácil aquisição dada a sua
concentração nas unidades de transformação. Este material de biomassa representa cerca de 30% do
total de material lenhoso. A sua disponibilidade depende fortemente da procura no mercado da madeira,
havendo uma relação entre a área cortada anualmente e a procura. Na ilha de São Miguel, a área
média cortada anualmente representa apenas 45% da capacidade produtiva da ilha.
A ilha de São Miguel conta com uma área de ocupação de Criptoméria de cerca de 85,4 km2. No
entanto, esta espécie obedece a um ciclo de crescimento e amadurecimento, estando disponível para
corte após uma idade igual ou superior a 30 anos. Na Figura 3.1 é apresentada a disponibilidade (38
km2) e distribuição geográfica atual deste recurso na ilha. Anualmente são autorizados o corte de 1,3
km2, o que corresponde a um volume de 99258 m3 de material lenhoso explorado. Para maior detalhe
da disponibilidade deste recurso é apresentado o Quadro 3.1 com estimativas de biomassa disponível
na ilha.
A ilha possui cerca de 13 entidades no setor florestal da exploração/serração [3]. Como fruto desta
atividade, os resíduos de madeira são diversos: costaneiros, serradura fina e grossa, retalhos de
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madeira e cascas. Destes destacam-se os costaneiros, a serradura fina (serrim) e a serradura grossa
(aparas ou cavacos), ver Quadro 3.2. A biomassa proveniente da exploração/serração predomina face
à indústria de carpintaria/marcenaria, que conta com 86 entidades na ilha [3], sendo os retalhos e a
serradura grossa os resíduos predominantes. Note-se que os resíduos provenientes da
exploração/serração são maioritariamente de Criptoméria, enquanto os resíduos da
carpintaria/marcenaria são de diversas espécies.
Figura 3.1 – Distribuição de povoamentos puros de Criptoméria, com mais de 30 anos [47].
Designação Unidade Quantidade
Cortes autorizados* km2 1,3
m3 99257,8
Área florestal > 30 anos km2 38,0
Área florestal km2 85,4
Ocupação relativa** Florestal % 51,6
Território % 11,5
Notas: *Cortes rasos autorizados pela DRRF no ano de 2015 relativos à exploração florestal em regime de alto-fuste6 e talhadia7 e à transformação; **Área de ocupação relativa à ilha de São Miguel.
Quadro 3.1 – Mapa de disponibilidade da Criptoméria [3] e [35].
Subprodutos
Costaneiros Serradura
Fina Grossa
Quadro 3.2 – Biomassa predominante na exploração/serração de Criptoméria.
6 Alto-fuste: quando o povoamento se perpétua, direta ou indiretamente, por via seminal. 7 Talhadia: povoamento proveniente de rebentos ou pôlas de origem caulinar ou radicular.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
Quilometros
N
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Atualmente toda a biomassa produzida nas unidades de serração constitui um problema económico e
logístico para as entidades produtoras. Os seus destinos são diversos, sendo parte destes
encaminhados para Portugal Continental para as indústrias de aglomerados de madeira e produção de
pellets. O remanescente permanece na ilha, sendo na sua grande maioria encaminhada para estábulos
e estufas de cultivo (ananás), tendo como destinos a cama animal e o fertilizante. Em termos de
valorização energética, é feito um aproveitamento residual desta biomassa, através da sua queima nas
caldeiras das estufas de secagem de madeira nas próprias entidades de serração.
De forma a estudar a produção de biomassa nas unidades de serração foi efetuado o levantamento
qualitativo e quantitativo dos subprodutos nas principais unidades da ilha. No Quadro 3.3 estão listados
os principais subprodutos e as respetivas quantidades referentes ao ano de 2015.
Ano Matéria-prima* [t] Subprodutos [t] ηtrans Costaneiros [t] Serrim/Aparas [t]
2015 17784,52 4956,70 27,87%
3720,11 1236,60
% relativa**
75,05% 24,95%
Nota: *Toros sem transformação; ** Percentagem relativa ao total de subprodutos gerados
Quadro 3.3 – Mapa de subprodutos de primeira transformação madeireira.
Os valores no Quadro 3.3 foram estimados a partir de mapas de quantidades de matéria-prima,
disponibilizados pelas entidades. A partir destes foi efetuado um somatório da matéria-prima cortada
no ano de 2015 e foram estimados os subprodutos gerados. Devido à ausência de informação (mapas
de subprodutos), a estimativa teve por base o histórico de 6 anos (2010 a 2015) de uma das entidades
contatadas que efetua o controlo de resíduos desde o ano de 2003. A partir deste histórico foi efetuada
uma média aritmética simples do rendimento de transformação anual (Equação 3.1).
ηtrans
=Subprodutos
Matéria-prima (3.1)
O resultado obtido foi de 27,87%, menos 2,13% do rendimento calculado pela DRRF (30%). O mesmo
histórico e processo de cálculo foi utilizado para as estimativas das quantidades dos costaneiros e do
serrim/aparas. A percentagem relativa destes em relação ao total anual de subprodutos gerados foi
estimada em 75,05% e 24,95%, respetivamente, de acordo com a Equação 3.2.
%𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎=𝑆𝑢𝑏𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜
Total Subprodutos (3.2)
Note-se que para as estimativas calculadas, os subprodutos serrim e aparas foram tratados como um
único subproduto serrim/aparas.
27
Em termos de disponibilidade de Incenso, São Miguel detém cerca de 37,50 km2, o que equivale a
22,67% da área florestal da ilha ocupando territorialmente cerca de 5,06% desta. Contudo, o abate
desta e das demais espécies da região têm de obedecer às diretivas da DRRF, para que a sua
exploração e utilização sejam realizadas de forma sustentável e com o objetivo de aumentar a
competitividade do setor na região. Dadas as restrições no abate, a DRRF autorizou o corte raso de
74,07 ha no ano de 2015, originando cerca de 747952,66 tonelada de material lenhoso. Para maior
detalhe da disponibilidade deste recurso é apresentado o Quadro 3.4 com as estimativas de biomassa
disponível na ilha. A Figura 3.2 apresenta a distribuição geográfica deste recurso na ilha de São Miguel
de acordo com o Inventário Florestal.
Designação Unidade Quantidade
Cortes autorizados* km2 0,74
t 747952,66
Área florestal km2 37,50
Ocupação relativa** Florestal % 22,67
Território % 5,03
Notas: *Cortes rasos autorizados pela DRRF no ano de 2015 relativos à exploração florestal em regime de alto-fuste e talhadia e à transformação; **Área de ocupação relativa à ilha de São Miguel.
Quadro 3.4 – Mapa de disponibilidade do Incenso [3] e [35].
Figura 3.2 – Distribuição de povoamentos puros de Incenso [35].
Comparativamente à Criptoméria, o Incenso tem menos 47,9 km2 de coberto florestal, o que o coloca
na segunda posição em termos de disponibilidade. Este dispõe de um rácio ocupação versus corte
autorizado de 2%, enquanto a Criptoméria apresenta um rácio de 1,5%, devendo-se esse resultado ao
cariz invasor do Incenso.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
Quilometros
N
28
A Acácia detém 17,9% do coberto florestal da ilha, o que equivale a cerca de 30 km2 estendidos ao
longo de toda a ilha. Pelas mesmas razões apresentadas no caso do Incenso, o abate desta espécie é
igualmente controlado pela DRRF. Esta autorizou no ano de 2015, o corte raso de 19 ha, o que em
termos produtivos corresponde a 4093,07 t. Para maior detalhe da disponibilidade deste recurso é
apresentado o Quadro 3.5 com as estimativas de biomassa disponível na ilha. A Figura 3.3 apresenta
a distribuição geográfica deste recurso na ilha de São Miguel de acordo com o Inventário Florestal.
Designação Unidade Quantidade
Cortes autorizados* km2 0,19
m3 4093,07
Área florestal km2 29,56
Ocupação relativa** Florestal % 17,87
Território % 3,97
Notas: *Cortes rasos autorizados pela DRRF no ano de 2015 relativos à exploração florestal em regime de alto-fuste e talhadia e à transformação; **Área de ocupação relativa à ilha de São Miguel.
Quadro 3.5 – Disponibilidade de povoamentos puros de Acácia [35].
Figura 3.3 – Distribuição de povoamento puros de Acácia [35].
Das três espécies abordadas a Acácia, é a que detém menor ocupação de solo, menos 48 km2
comparativamente à Criptoméria e menos 8 km2 em relação ao Incenso. A Acácia encontra-se assim
em terceiro lugar em termos de disponibilidade, dispondo um rácio ocupação versus corte autorizado
de 0,66%, em contraste com 2% e 1,5% do Incenso e da Criptoméria, respetivamente.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
Quilometros
N
29
Em termos globais, estas três espécies totalizam uma área florestal com cerca de 152 km2. Esta área
corresponde a uma ocupação florestal na ordem de 92%, o que em termos territoriais se expressa em
20,47% da área da ilha. Anualmente a DRRF autoriza o corte de 2,27 km2, o que equivale a um rácio
global ocupação versus cortes autorizados de 1,49%. O Quadro 3.6 apresenta um resumo da
disponibilidade dos povoamentos puros das espécies em estudo.
Rácio ocupação vs cortes autorizados % 1,56 1,98 0,66 1,49
Notas: *Cortes rasos autorizados pela DRRF no ano de 2015 relativos à exploração florestal em regime de alto-fuste e talhadia e à transformação; **Área de ocupação relativa à ilha de São Miguel.
Quadro 3.6 – Resumo disponibilidade de povoamentos puros.
De modo a avaliar o potencial de biomassa existente na ilha de São Miguel, o presente trabalho teve
em conta a biomassa existente nas unidades de serração (subprodutos madeireiros) em conjunto com
o material lenhoso disponível para corte no ano de 2015. Foram analisados dois cenários distintos, P1
e P2. O primeiro comportou a análise dos subprodutos madeireiros em conjunto com material lenhoso
proveniente do Incenso e da Acácia, enquanto o segundo avaliou apenas o material lenhoso disponível
para corte das três espécies. A análise em cenários distintos foi considerada face ao material lenhoso
de Criptoméria constituir um valor comercial elevado, não justificando o abate deste recurso para fins
energéticos.
Na avaliação de ambos os cenários foram tidos em conta os seguintes parâmetros: densidade do
material lenhoso, produtividade florestal e densidade de lote. No Quadro 3.7 são catalogados o tipo de
biomassa com os respetivos valores junto das suas unidades.
Parâmetro Espécie
Designação Unidade
Criptoméria Incenso Acácia
B.F. Subprodutos
B.F. B.F. Costaneiros Serrim/Aparas
Densidade material lenhoso* tseca/ m3 0,30 0,30 0,30 0,56 0,56
Densidade de lote** trecebida/ m3 N/A 0,33 0,27 N/A N/A