BRASIL BIOMASSA

O alumínio é um material essencial na transição para energia limpa e será necessário para eletrificação de transporte, expansão da rede e geração de eletricidade renovável. De fato, à medida que a transição para energia limpa ganha força,  a demanda global por alumínio pode  mais que dobrar até 2050.  No entanto, a produção de alumínio libera altas quantidades de carbono e outras emissões de gases de efeito estufa (GEE). Descarbonizar a produção de alumínio é essencial para maximizar o benefício climático do alumínio e neste sentido é de extrema importância do presente Estudo setorial.
A indústria do alumínio desempenha um papel importante na economia do Brasil, não apenas por seu valor intrínseco, mas também como um elo na cadeia de outras indústrias. Este estudo setorial fornece uma visão geral das tecnologias de descarbonização disponíveis para a indústria de alumínio para permitir que ela cumpra sua contribuição para as metas de descarbonização 2030 e 2050. 
A indústria agora enfrenta a tarefa de reduzir suas emissões de CO2 para estar em linha com as metas climáticas do Brasil, ao mesmo tempo em que permanece competitiva em uma indústria globalizada. Este  estudo setorial analisa o estado atual da indústria do alumínio, tanto global quanto nacionalmente, e apresenta uma visão geral das tecnologias que estão sendo desenvolvidas e adotadas para descarbonizar o setor e os efeitos potenciais de sua implementação.

  A eletrificação com a bioeletricidade eo uso da biomassa bem como cinco tecnologias-chave, são identificadas no presente estudo com o potencial de descarbonizar a indústria do alumínio. A eletrificação direta de processos é parte integrante da descarbonização, agravada pela ambição de descarbonizar a geração de eletricidade. A captura de carbono é a mais desenvolvida, à beira do preço de equilíbrio para esta indústria. 
O biocarvão ou o biocarbono é uma inovação tecnológica (sendo desenvolvida pela Vale no Brasil) em termos de conversão da biomassa pelo sistema de pirólise num produto energético para geração de energia, calor e aquecimento.
O biogás e especialmente o biometano é uma solução energética para a substituição do gás natural nas indústrias de alumínio. 
E finalmente o hidrogênio pode ser usado para substituir combustíveis fósseis e reduzir as emissões de CO2 em aplicações de alta temperatura. 
Ânodos inertes têm o potencial de eliminar as emissões do processo de fundição enquanto aumentam a eficiência, reduzindo assim a demanda da indústria por energia. 
O setor do alumínio pode se tornar neutro em carbono, mas as barreiras econômicas e tecnológicas permanecem. Uma opção é fazer mais uso da rota de produção secundária, que usa 95% menos energia, mas a economia disso depende muito da disponibilidade de sucata. Cerca de 30% do carbono global está atualmente sujeito a impostos, e essa proporção está crescendo.  À medida que as tecnologias amadurecem e o preço do CO2 aumenta, o ponto de inflexão para a descarbonização em toda a indústria está se aproximando. 
Este estudo setorial visa estabelecer uma metodologia para avaliar o potencial de descarbonização do setor industrial de produção de alumínio. 
Ao se concentrar neste setor específico, grande emissor de CO2 e consumidor de energia, o estudo visa abordar detalhes específicos que seriam importantes para as reduções de emissões de CO2 e propriamente as alternativas tecnológicas para a descarbonização do setor industrial , com dados precisos, e fornecendo uma estrutura que pode ser aplicada em todas as indústrias do setor.  Especificamente, a metodologia pode ser transferida para cada tipo de indústria como as produtoras do alumínio.
A metodologia para determinar o inventário de emissões de CO2 das indústrias de alumínio e o potencial de descarbonização pode ser dividida em duas etapas principais. Determinar a pegada de carbono de cada processo industrial  analisando como ele consome energia e produz ou captura emissões. Em seguida, fornecer diferentes soluções e cenários sobre como reduzir as emissões das indústrias de alumínio dentro do escopo do estudo setorial.. 
Esta seção abordará o processo de coleta de dados, análise, o processo de tomada de decisão para a solução concreta e como os resultados foram obtidos, incluindo quais ferramentas foram usadas..
Retratamos no estudo setorial que o potencial de descarbonização das indústrias de alumínio pode ser dependente de planejamento e de segurança para suprimento de energia limpa (bioeletricidade, biomassa e hidrogênio)  para impulsionar a implementação de medidas específicas para redução e eficiência energética do setor.  
Assim sendo uma redução substancial das emissões de gases com efeito de estufa (GEE) deve ser alcançada para limitar o aumento da temperatura global bem abaixo de 2 °C, conforme estipulado na meta climática do Acordo de Paris e das COPs. Esta redução requer transformações sistémicas fundamentais, rápidas e em larga escala para descarbonizar completamente o setor industrial de produção de alumínio. O Brasil  estabeleceu ambições claras para a descarbonização, com uma meta de reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) em pelo menos 55% até 2030 e atingir a neutralidade climática até 2050. 
Para atingir essas metas, todos os setores industriais como o de alumínio terão que encontrar maneiras de transformar seus processos em atividades sustentáveis e não emissoras.
No estudo setorial retratamos que as indústrias produtoras de alumínio têm um papel enorme em atingir essas metas, já que são responsáveis por um grande consumo de energia (origem dos combustíveis fósseis)  e por ser um dos setores que emitem um grande contingente dos gases de efeito estufa (GEE). 
As emissões totais da indústria do alumínio (da mineração à produção secundária) surgem de emissões diretas do processo (15%), requisitos térmicos (11%) e emissões indiretas do consumo de energia (65%) e outras fontes (9%). A solução é a descarbonização do setor industrial
É pleno entendimento que o alumínio primário (ou seja, alumínio produzido a partir de matérias-primas) é produzido a partir do minério de bauxita por meio de duas etapas principais: refino da alumina a partir do hidróxido de alumínio usando vapor e calor intenso e, em seguida, fundição da alumina em alumínio puro por meio do processo Hall-Héroult, que usa grandes quantidades de eletricidade.
A produção primária de Alumínio normalmente incorpora os quatro estágios seguintes: produção de alumina, produção de ânodo/pasta, eletrólise de Alumínio e fundição de Alumínio  No estágio de produção de alumina, a alumina é extraída da bauxita por digestão termoquímica. Depois, a alumina produzida é alimentada para uma fundição primária de Alumínio, onde é reduzida o Alumínio líquido e O 2 , emitido como CO 2 devido à reação com os ânodos de carbono. 
O processo de produção de ânodo/pasta inclui a produção de ânodos de pré-cozimento e pasta, necessários para a eletrólise de Alumínio.  O Alumínio líquido é então fundido em lingotes como o produto final.  
No entanto, apenas 30% das emissões da produção de Alumínio são diretas, incluindo o consumo de ânodos de carbono; e a geração de energia térmica para produzir calor e vapor industriais 
No escopo deste estudo, apresentamos as principais tecnologias de descarbonização para abordar emissões diretas relacionadas à produção de energia térmica serão investigadas. O foco principal tem sido o desenvolvimento de cenários de longo prazo de baixo carbono que delineiam as possíveis rotas para descarbonizar totalmente os setores da indústria.
A indústria do Alumínio é uma das indústrias mais intensivas em energia e emissoras de CO2, sendo responsável por 275 Mt de CO 2 em 2023; 3% das emissões globais diretas de CO 2.  No entanto, quase 20 por cento das emissões de fundição vêm de emissões de processo, ou emissões liberadas da reação de alumina com alumínio. 
De acordo com um documento da Mission Possible Partnership, uma aliança de líderes climáticos focada na descarbonização por superalimentação nas indústrias de maior emissão do mundo, as emissões indiretas devidas ao consumo de eletricidade representam a maior oportunidade para a indústria do alumínio reduzir sua pegada de carbono (cerca de 60% das emissões setoriais), mas também deve considerar como lidar com suas emissões diretas (cerca de 30% a 35%).
Retratamos no estudo que existem duas fontes principais de emissões diretas no setor de alumínio: o consumo de ânodos de carbono durante a fundição de alumínio e a geração de energia térmica para processos a altas temperaturas e aduzimos que uma das alternativas para descarbonização do setor é o uso de bioeletricidade renovável para tratar de emissões indiretas.  
Trabalhamos com dados de emissões da European Aluminium e da The Aluminum Association (EUA) e aplicados à indústria global, com as mesmas emissões de CO2e por tonelada assumidas para todos os anos. Assim temos alguns dados de emissão do setor: 
Sucata nova – refere-se à sucata dentro da cadeia de suprimentos após a produção de semirreboques = 0,5 toneladas de CO2e por tonelada de alumínio reciclado
Sucata velha – refere-se à sucata resultante de sistemas de coleta após o produto final ter sido usado e descartado (também conhecido como sucata pós-consumo) = 0,6 toneladas de CO2e por tonelada de alumínio reciclado
Sucata interna – refere-se à sucata dentro da produção de semis e após a fundição. Normalmente, ela tem processos de loop de sucata interna, onde ligas comuns são recicladas de volta para seu suprimento upstream = 0,3 toneladas de CO2e por tonelada de alumínio reciclado
Essas emissões são emissões de processo e não representam a pegada de carbono do alumínio reciclado.
Produção de semicondutores de emissões de processo
Processos de produção de semirreboques = 0,3 toneladas de CO2e por tonelada de semirreboques (2005-2019)
Rolamento = 0,36 toneladas de CO2e por tonelada de semirreboque (2020-2022)
Extrusão = 0,31 toneladas de CO2e por tonelada de semirreboque (2020-2022)
Folha = 0,60 toneladas de CO2e por tonelada de semirreboque (2020-2022)
Fundição = 0,29 toneladas de CO2e por tonelada de semiacabados (2020-2022)
Outros = 0,37 toneladas de CO2e por tonelada de semirreboque (2020-2022)

 As indústrias de uso intensivo de energia como o Alumínio constituem uma parte significativa da economia e são responsáveis por uma grande quantidade de uso de energia, consumo de recursos e emissões.    Quando as emissões indiretas da eletricidade são consideradas, esse número sobe até 1,1 Gt.  A produção primária é responsável por mais de 90% dessas emissões. Para atingir o marco de zero emissões até 2050, é necessária uma redução anual de 3%a 8%.
Descrevemos no estudo que a energia usada na produção de alumina metalúrgica é a energia consumida dentro do perímetro da planta pelos processos de refino de bauxita (incluindo calcinação) e por aquelas operações auxiliares no local que estão diretamente conectadas com o processo total de produção. Ela compreende a energia usada por plantas que produzem uma média de 90% ou mais de sua produção total como alumina de grau metalúrgico, e a energia associada com a produção de alumina metalúrgica em outras plantas onde é possível alocar o consumo de energia. 
A intensidade energética da fundição de alumínio primário é relatada como energia usada para eletrólise pelos processos Hall-Héroult por tonelada de produção de alumínio. O valor se refere à energia consumida pelas instalações para o processo de fundição, incluindo retificação e auxiliares normais de fundição (incluindo equipamentos de controle de poluição) até o ponto em que o alumínio líquido é retirado das panelas. Ele exclui a energia usada em plantas de fundição e de carbono. O valor é uma métrica de eficiência do processo, que mede a intensidade energética do processo eletrolítico como o consumo de energia após a retificação por tonelada de alumínio líquido extraída dos recipientes.
Neste sentido, retratamos a importância da eletrificação com bioeletricidade com uso da biomassa de certos processos térmicos.  A rota de produção secundária oferece enormes economias de energia (95%) em comparação com a rota primária, mas as quantidades são impulsionadas pela disponibilidade e preços da sucata, o último dos quais é impulsionado pelo preço do alumínio de origem primária e pelo custo da reciclagem.
A eletrificação de aplicações de baixa e média temperatura, bem como outros processos, é parte integrante da descarbonização. É ainda agravada pelas metas de tornar o setor de energia no Brasil completamente renovável.
No estudo demonstramos que existem outras melhorias no processo de produção de alumínio (como recuperação de calor residual, digestão em baixa temperatura, baixa temperatura de eletrólise e redução carbotérmica de alumina), com vários graus de layout de instalação, processos implementados, co-dependência e outros fatores.
Entendemos que o aquecimento elétrico é um exemplo de uma tecnologia voltada para o futuro da indústria do alumínio, pois tem potencial para substituir processos que requerem calor e vapor sem a combustão de combustíveis fósseis. Poderá desempenhar um papel importante em processos que ainda não estão eletrificados, por exemplo, refinação de alumina ou fornos elétricos para fundição, refusão ou reciclagem.
No estudo temos que o aumento da eletrificação e da energia de fontes renováveis é uma forma de reduzir as emissões em muitos setores de produção do alumínio, e o aquecimento elétrico é uma tecnologia que pode contribuir para a redução de emissões na indústria do alumínio. 
O alumínio secundário, ou reciclado, requer apenas  5% da energia necessária para a produção de alumínio primário, portanto, atender a alguma demanda futura com alumínio secundário apoiará a descarbonização geral do alumínio. No entanto, uma grande quantidade de alumínio secundário acaba em aterros sanitários em vez de ser reciclado. 

1. Tecnologia para descarbonizar a fundição de alumínio. Avaliamos a inovadora tecnologia da  empresa norueguesa de alumínio e energia renovável Hydro sobre o alumínio verde. A tecnologia pode descarbonizar totalmente a fundição de alumínio. 
A empresa está trabalhando para oferecer um tipo diferente de tecnologia para substituir o processo Hall-Héroult. 
Em vez de emitir CO2 durante o estágio de eletrólise, a tecnologia HalZero da Hydro mantém o carbono e o cloro em um circuito fechado, eliminando as emissões de CO2 e emitindo apenas oxigênio. 
No estudo retratamos esta importante tecnologia para descarbonização das indústrias de alumínio. 

 2. Tecnologia Bioenergia com Captura e Armazenamento de Carbono  é uma tecnologia essencial para reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa (GEE). 
No estudo setorial avaliamos os detalhes desta tecnologia como uma cadeia de suprimentos multifacetada que tem a vantagem de permitir emissões negativas enquanto gera energia. 
Sua versatilidade é ilustrada pela possibilidade de usar toda a gama de matérias-primas de biomassa e muitas vias de conversão. 
É uma tecnologia altamente adaptável, pois pode ser aplicada a uma variedade de indústrias como a do setor de alumínio.  
Uma vez que o dióxido de carbono (CO2) tenha sido capturado, ele deve ser transportado e armazenado, ou mesmo reutilizado. No entanto, a reutilização pode às vezes resultar em nenhuma emissão negativa, pois o CO2 é liberado na atmosfera em curto prazo.  
Num contexto em que limitar o aquecimento global se tornou uma questão urgente, os projetos  de captura de carbono ao setor industrial de alumínio precisam de ser encorajados e apoiados para garantir que podem continuar a enfrentar os desafios do futuro
A captura pós-combustão opera em baixas pressões e é adequada para gases de combustão de baixas concentrações de CO2 , mostrando altas eficiências de laboratório a escala comercial.  
Essa tecnologia pode reduzir significativamente as emissões de CO2 das plantas de alumínio. Para esse propósito, um caso de uso está sendo investigado atualmente pelo Alvance, Trimet, LRF (centro de pesquisa da Rio Tinto) e os Fives Groups para avaliar a maneira mais econômica de capturar carbono em fundições de alumínio.  
O projeto está focado na tecnologia de captura baseada em amina para determinar a viabilidade de capturar gases de combustão diretamente versus a necessidade de concentrar o CO 2 para melhor captura.
No setor de alumínio, a captura, utilização e armazenamento de carbono se destaca como uma solução intermediária potencialmente prática. Isso é particularmente verdadeiro para instalações que podem acessar facilmente combustíveis fósseis econômicos, não têm acesso conveniente a fontes de energia renováveis acessíveis, estão distantes do fim de sua vida operacional e a infraestrutura de transporte e armazenamento necessária está disponível
3. Tecnologia Biocarvão/Biocarbono Bio-óleo e Gás sintético para descarbonização das indústrias de alumínio.  O biocarvão ou biocarbono recentemente ganhou atenção como um substituto potencial para o carvão em processos  siderúrgicos e alumínio devido ao seu potencial de captura de carbono. 
Os biocombustíveis produzidos a partir de biomassa residual, como biocarvão, bio-óleo ou gás de síntese, podem ser uma substituição propícia para combustíveis fósseis. O biocarvão recebeu muito interesse como um substituto potencial devido à sua alta combustibilidade, alto conteúdo energético, melhor moabilidade e capacidade reduzida. Além disso, a principal vantagem de usar biomassa ou biocarvão como combustível é sua neutralidade de carbono. No estudo setorial avaliamos os detalhes de produção de biocarvão/biocarbono, bio-óleo e gás sintético para descarbonização das indústrias de alumínio
 
4. Tecnologia de produção de biometano como substituto ao gás natural.. O biometano, uma forma purificada de biogás produzida pela digestão anaeróbica de matéria orgânica, pode ser integrado em vários estágios da produção de alumínio como um substituto para o gás natural reduzindo assim a pegada de carbono da produção de alumínio. Ele também pode servir como um combustível alternativo em fornos de aquecimento, que exigem quantidades substanciais de gás natural para atingir as altas temperaturas necessárias para o processamento do alumínio, reduzindo assim as emissões de CO2. Além disso, as plantas de alumínio com suas próprias unidades de geração de energia podem mudar para o biometano para gerar eletricidade com menos emissões de gases de efeito estufa.  A Hydro firmou uma carta de intenções com a Havila para a entrega de biometano de curta distância de duas das plantas da Havila localmente em Møre e Romsdal para a Hydro Sunndal. O acordo está condicionado ao projeto receber suporte da Enova para implementação.  O biometano a ser produzido virá de esterco e resíduos de peixes. O biometano será usado na fundição e na unidade de produção de ânodos na Hydro Sunndal. No geral, o projeto reduzirá o consumo de gás natural na planta de alumínio da Hydro em Sunndal em 70 por cento.
 
5. Tecnologia de Hidrogênio Verde produzido por fontes de energia renováveis.  Combustíveis alternativos de baixas ou zero emissões de CO 2 são uma solução viável para substituir combustíveis fósseis usados na produção primária do  alumínio. 
A combustão de Hidrogênio é responsável por zero emissões de CO2. O Hidrogênio verde é um substituto ao gás natural como retratamos no estudo setorial.  Para este propósito, dois casos de uso são apresentados indicativamente na Rio Tinto e na Norsk Hydro. 
A Rio Tinto fez uma parceria com a Agência Australiana de Energia Renovável (ARENA) para avaliar a viabilidade técnica do H2 para substituir o gás natural durante a calcinação na refinaria de alumina de Yarwun em Queensland.  
Além disso, a Norsk Hydro pretende investigar o potencial de operar Hidrogênio como uma alternativa ao gás natural para suas próprias operações, enquanto explora um fluxo de receita adicional, já que o Hidrogênio desempenha um papel cada vez maior na economia verde. Estima-se que esta transição reduza as emissões de CO 2 da Hydro em até 30% até 2030.
O objetivo final do estudo setorial é descrever as abordagens mais comuns de uso da biomassa como fonte de bioeletricidade  com opção de mitigação relevantes para indústrias de alumínio.  Essas opções variam do aumento da eficiência energética e do uso da biomassa como fonte de geração de energia térmica (aquecimento, calor e vapor) ao desenvolvimento e implantação de novas tecnologias de emissões negativas ou zero carbono.
A coalimentação de hidrogênio junto com biomassa para aquecimento industrial é uma abordagem emergente que está sendo explorada por várias indústrias como parte dos esforços para reduzir as emissões de carbono e fazer a transição para fontes de energia mais sustentáveis. 
Essa abordagem tem sido amplamente testada em operações de alumínio e tem potencial para reduzir a pegada de carbono da produção de alumina. 
O hidrogênio poderia teoricamente ser usado como um agente redutor na indústria do alumínio.
Isso permite a redução sem a produção de quaisquer gases de efeito estufa. 
Uma grande quantidade de hidrogênio precisa ser adicionada à reação a uma taxa estável, enquanto a água produzida pela reação deve ser constantemente removida. Altas temperaturas são necessárias para a reação, no mesmo o ponto de fusão do alumínio
O setor de alumínio, embora seja uma parte importante e vital de sua economia, as produções primárias estão diminuindo lentamente. As razões para isso são várias, mas a meta de zero líquido permanece, e todos os setores devem contribuir o máximo que puderem, enquanto permanecem competitivos.
A visão geral neste estudo setorial indica que os custos da tecnologia diminuem à medida que amadurecem. Outras tecnologias mais maduras, como CCUS, podem ser econômicas no alumínio quanto em outras indústrias. Isso se deve a uma baixa concentração de CO2 no gás de combustão em fundições de alumínio de cerca de 1,5% em comparação com a concentração no gás de combustão de uma instalação de cimento típica de 30% ou em uma usina de carvão de 13,5%. Poucas das tecnologias de descarbonização disponíveis podem ser econômicas, uma vez que o preço de seu custo de implementação atualmente abaixo do custo do CO2 não reduzido. 
Neste estudo ampliamos o leque de opções de descarbonização do setor industrial de alumínio com as tecnologia de produção de biocarvão/biocarbono, bio-óleo e gás  de síntese como um substiituto do carvão,  óleo diesel e o gás natural.
Bem como a utilização do biometano e do hidrogênio verde como um substituto do gás natural. 
No entanto, enquanto as tecnologias reduzem em preço devido à maturação e ao aumento de escala, o CO2 provavelmente aumentará em preço, aproximando o ponto de inflexão.
Algumas tecnologias existem, e são viáveis economicamente, como CCUS, enquanto outras, como ânodos inertes, estão em seus estágios iniciais e ainda não podem ser implantadas. Cada tonelada de alumínio primário importado e produzido internamente que é substituído por alumínio reciclado internamente reduz as emissões de CO2e em 12,85 e 6,55 toneladas, respectivamente. A eletrificação direta com bioeletricidade da biomassa é outro caminho possível. 
Algumas atividades podem ser implementadas imediatamente, como mais coleta e eficiência de reciclagem, mas a relação custo-benefício disso depende das condições de mercado, incluindo o preço da sucata, o custo da reciclagem e o preço do alumínio bruto.
Enfrentar o desafio da descarbonização do alumínio requer uma abordagem multifacetada que combine inovação tecnológica, suporte político e colaboração da indústria e conscientização do consumidor. 
Esforços estão em andamento para desenvolver e implementar processos de baixo carbono e neutros em carbono, aumentar o uso de fontes de energia renováveis, avançar na pesquisa de novos materiais e tecnologias e envolver as partes interessadas para impulsionar iniciativas de sustentabilidade na descarbonização do alumínio.