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Diretrizes Gerais do Livro de Descarbonização das Indústrias Cerâmicas
A indústria cerâmica utiliza como fonte energética proveniente da lenha e do gás natural bem como o óleo combustível, do GLP, do carvão a vapor, da eletricidade, do óleo diesel, e de outros derivados de petróleo. A Associação Nacional da Indústria Cerâmica – ANICER aduz que a energia e os combustíveis são alguns dos itens mais importantes no dia-a-dia de uma indústria de cerâmica, independentes do seu porte ou alternativas utilizadas na fábrica, sendo, o custo energético um dos principais fatores na composição dos preços dos produtos final.
A demanda de energia térmica da indústria de revestimentos cerâmicos é bastante elevada, sendo atendida quase por completo pela combustão do gás natural.  Os gastos com geração de energia térmica representam uma grande parte do custo de produção de revestimentos cerâmicos, e as emissões de CO2 resultantes desta atividade industrial são muito expressivas. 
Neste sentido, o aumento da eficiência térmica nos processos produtivos conhecidos atualmente deve ser buscado constantemente com o objetivo de reduzir o custo de fabricação e as emissões de CO2 . 
Para isso, é necessário dispor de uma base de dados de consumos energéticos e emissões de CO2, a fim de conhecer a situação atual do setor e as possibilidades de aumentar a eficiência energética do processo. 
A produção mundial de revestimentos cerâmicos praticamente dobrou nos últimos dez anos, e o Brasil se destaca por contribuírem para este crescimento, atuando principalmente no desenvolvimento de produtos diferenciados e no aprimoramento dos processos produtivos. 
Na última década o Brasil esteve sempre entre os quatro principais países produtores de revestimentos cerâmicos.  Atualmente, o Brasil é o segundo maior produtor mundial e também apresenta o segundo maior mercado consumidor do produto no mundo. 
Como consequência da expansão do setor a demanda de combustíveis para a geração de energia térmica, utilizada em várias etapas do processo produtivo (secagem, atomização e queima), aumentou significativamente, sendo um indicador direto do avanço da produção. 
O combustível mais utilizado pelas indústrias de revestimentos cerâmicos para geração de energia térmica é o gás natural, que consiste num combustível fóssil cuja combustão resulta principalmente na emissão de dióxido de carbono (CO2 ). 
Por sua vez, o CO2 é um dos gases de efeito estufa responsável pelas mudanças climáticas e pelo aquecimento global do planeta. 
As emissões de CO2 na fabricação de revestimentos cerâmicos podem ser divididas em dois grupos: 
1) Emissões de combustão: emissões produzidas durante a reação exotérmica de combustão entre o combustível e o comburente; 
2) Emissões de processo: emissões causadas devido à decomposição dos carbonatos presentes nas matérias-primas, durante a etapa de queima, e à decomposição da matéria orgânica presente nas peças, tanto no suporte como nas aplicações serigráficas.
O meio ambiente e o desenvolvimento sustentável atualmente são vistos como oportunidades, como possibilidades de crescimento e melhoria de eficiência. 
Desta forma, ainda é possível estabelecer um crescimento sustentável nas empresas brasileiras através da implementação de políticas públicas e criação de conscientização em empreendedores e em sociedade. 
A aplicação da Análise de Fluxo de Material e Energia (AFME) fornece o quantitativo de matéria-prima e fluxos energéticos do processo produtivo cerâmico. 
A linha de produção inclui moagem, atomização, conformação, secagem, esmaltação, sinterização e acabamento. 
Todos os equipamentos operam com eletricidade, menos a atomização que utiliza gás natural e outros combustíveis fósseis.
A aplicação da AFME revelou o quantitativo total de perdas mensais na linha de produção em 1.186.600 kg, com um consumo total de 201.896 kWh de eletricidade e 29.754 kWh de gás natural e outros combustíveis fósseis. 
Considerando os processos representativos associados ao consumo de eletricidade do mix elétrico brasileiro e ao consumo de gás natural, as emissões de GEE obtidas são de 0,268 kg CO2-eq/kWh e 0,558 kg CO2-eq/kWh, respectivamente. 
Neste caso, as emissões de GEE associadas ao processo produtivo foram de 70.711 kg CO2-eq, equivalentes a 70,71 kg CO2-q/ t de porcelanato. 
Verificou-se que a introdução, mesmo que parcial, de energia por fonte de biomassa consegue reduzir a emissão de GEE em 9.027 kg CO2-eq/mês a cada 20% de eletricidade substituída (consumindo-se a biomassa).
As reduções podem ser mais acentuadas se forem utilizadas as palhas (enfardada) dos tipos de biomassa zero carbono para geração de bioeletricidade e como fonte de aquecimento e de atomização.
Todos os setores cerâmicos são considerados intensivos em energia porque a energia consumida na sua produção representa cerca de 30% do custo total de produção. A AIE estima que, a nível mundial, as emissões provenientes da indústria cerâmica ultrapassam as 400 Mt CO 2 /ano, provenientes da calcinação de carbonatos e da utilização final de energia.
Na UE, os setores dos revestimentos cerâmicos e pavimentos, tijolos e telhas, e dos refractários emitem um total de 19 Mt CO2. Destas emissões, 66% são devidas à combustão de combustívei fósseis , enquanto as emissões de eletricidade e de processo representam 18% e 16% das emissões totais, respetivamente.
As emissões da indústria cerâmica dependem de dois fatores: a transformação química das matérias-primas empregadas durante o processo de fabricação e os combustíveis fósseis utilizados. As emissões diretas de CO 2 do processo também podem surgir da combustão da matéria orgânica presente nas matérias-primas ou de misturas orgânicas no processo de fabricação.
Existem também emissões indiretas de CO2 , que decorrem da eletricidade e das preparações das matérias-primas.. Além das emissões de CO2  , as emissões de cloro, flúor, enxofre e óxidos de nitrogênio são liberadas nos processos de fabricação. No entanto, as emissões da indústria cerâmica foram mitigadas nos últimos anos. Por exemplo, as emissões de flúor foram reduzidas em mais de 80% nas últimas décadas. Da mesma forma, nos países industrializados, as emissões térmicas e de CO2 diminuíram devido ao uso de gás natural e à adoção de novas tecnologias (por exemplo, sistemas de cogeração , queima simples e fornos de rolos).
No geral, a indústria cerâmica é intensiva em gás natural, com uma matriz energética de 85–92% de gás e 8–15% de eletricidade. O uso intensivo de gás é bem ilustrado na Turquia, onde esta indústria foi responsável por mais de 12% do consumo total de gás natural no setor de manufatura.
O Brasil é outro exemplo relevante. A indústria cerâmica representou cerca de 5,8% de toda a energia consumida no setor industrial brasileiro, que responde por 5,7 Mt, com a maior parte da energia produzida a partir de fontes renováveis e gás natural.
O gás é fundamentalmente usado para atingir altas temperaturas de queima variando entre 800 °C e 1850 °C. No entanto, os fabricantes de cerâmicas refratárias e técnicas empregam arcos elétricos para temperaturas de queima mais altas para atingir 2750 °C. Durante o processo de fabricação, o principal uso final de energia é para as etapas de secagem, queima e resfriamento. 
A fase de cozedura é responsável por cerca de 75% do custo total de energia e por mais de 50% de toda a energia necessária durante o processo de fabrico.
Um estudo indica que o consumo final anual de energia no mundo para a indústria cerâmica através da utilização de gás natural é estimado em 182 TWh, com o processo de cozedura a gerar cerca de 265 kg de CO2  /t de ladrilhos cozidos. 
Out.ro estudo sugere que mais de 80% das emissões de GEE ocorrem nas fases de cozedura e secagem. Durante o processo de fabricação de cerâmica, as plantas demandam quantidades significativas de calor para secagem e remoção da água do material. Na maioria dos casos, os fabricantes dependem de combustíveis fósseis para evaporar a água. Por exemplo, o uso final de energia para moagem a seco é de aproximadamente 60 kWh, respondendo por até 20% do uso final total de energia térmica durante o processo de fabricação de tipos de argila seca  . 
Portanto, esse processo é complexo e caro e exige controle rigoroso das variáveis do processo para garantir a qualidade do produto final . Embora os sistemas de secagem tenham evoluído com a implantação de novas tecnologias, o uso final de energia neste estágio certamente permanece alto.
A intensidade energética da indústria cerâmica é bem ilustrada no seu uso final de energia e pegada de carbono. Os pisos de cerâmica e de barro requerem 940 kWh por tonelada, enquanto a cerâmica para uso elétrico requer entre 5000 e 5830 kWh por tonelada e os tijolos e telhas consomem, em média, 380 e 1250 kWh por tonelada de produto.
A pegada de carbono de uma peça de cerâmica de barro pesando 0,417 kg era de 1,22 kg de CO 2 e, e 90% das emissões totais de GEE resultaram do uso final de energia. Por exemplo, ladrilhos de parede e piso estão entre os materiais mais populares em aplicações de construção civil . 
No entanto, esses materiais causam impactos ambientais prejudiciais ao longo de seus ciclos de vida devido ao alto consumo de recursos, incluindo energia e água, e aos problemas associados ao ruído e ao desperdício.
As emissões de CO 2 de ladrilhos cerâmicos são divididas em duas categorias, combustão e emissões de processo. A primeira se refere às emissões resultantes da reação de combustão exotérmica entre o combustível e o oxidante . 
A última está associada às emissões emergentes da decomposição dos carbonatos presentes nas matérias-primas na fase de queima. Durante o processo de fabricação de ladrilhos, a energia térmica é necessária durante três fases: secagem dos corpos de ladrilhos recém-formados, queima de ladrilhos e lamas cerâmicas .
A produção de ladrilhos cerâmicos requer grandes quantidades de gás natural. As emissões associadas ao consumo de gás natural são estimadas em 265 kg de CO 2 por tonelada. Essas emissões representam cerca de 90% de todas as emissões de CO2  durante o processo de fabricação de ladrilhos. Em contraste, as emissões da decomposição na queima de carbonatos de magnésio e/ou cálcio em corpos de ladrilhos são estimadas em cerca de 10% . Outros estudos indicaram que serão necessários 1670 kWh de energia para produzir uma tonelada de ladrilhos cerâmicos. 
A mesma pesquisa sugere que € 1,5 bilhão são gastos a cada ano na Itália apenas para as necessidades de gás natural no setor cerâmico. Assim estimam que cerca de 30–40 kWh de energia e 21–23 kg de matérias-primas são consumidos para um metro quadrado de produção de ladrilhos cerâmicos. 
Para obter um kg do produto final de pisos e revestimentos cerâmicos, são necessários aproximadamente 1,58 kWh de energia. Isto, por sua vez, corresponde a cerca de 1,90 kWh de energia primária.
Numa linha semelhante, a Confindustria Ceramica afirma que os setores italianos de materiais refratários e ladrilhos cerâmicos são caracterizados por um consumo anual de gás metano igual a 1,5 mil milhões de m 3 para satisfazer uma procura de eletricidade de 1800 GWh/ano.
Na China, a quantidade anual de utilização final de energia e de matérias-primas causadas pela fabricação de ladrilhos cerâmicos foi estimada em mais de 1,5 mil milhões de GJ e 0,2 mil milhões de toneladas, respetivamente. Enquanto isso, as emissões de carbono na China decorrentes deste setor foram estimadas em 0,15 mil milhões de toneladas. O processo de fabricação envolve a queima dos tijolos para obter resistência. Este processo consome cerca de 24 Mt de carvão por ano, contribuindo para 20% das emissões de carbono negro do mundo, tornando-o um dos materiais mais poluentes da Terra 
Vale a pena notar que o uso final de energia varia entre os diferentes fornos. No entanto, a pesquisa indica que entre 11 e 70 toneladas de carvão são necessárias para queimar 100.000 tijolos. Em outras palavras, cada tijolo de 3 kg de peso consome entre 110 e 700 g de carvão. Essas diferenças se estendem à energia incorporada dos tijolos, variando de 611 kWh por tonelada a 1641 kWh por tonelada. Por exemplo, no Reino Unido, a fabricação de tijolos emite, em média, 234 kg de CO2e/tonelada com um uso final de energia típico relatado em 706 kWh/tonelada de tijolo.
Em contraste, em média, a produção de um tijolo requer cerca de 2,0 kWh de energia e libera aproximadamente 0,4 kg de CO2.. Os contaminantes não se limitam apenas ao CO2  , mas também incluem dióxido de nitrogênio (NO 2 ), óxido de nitrogênio (NO), compostos orgânicos totais (COT) (incluindo etano, metano, fluoretos, compostos orgânicos voláteis [COVs], material particulado (MP), monóxido de carbono (CO), dióxido de enxofre (SO 2 ), metais, ozônio troposférico (O 3 ), bem como poluentes atmosféricos perigosos (PAPs).
Esses contaminantes estão associados a inúmeros casos de problemas graves de saúde em humanos bem como danos à agricultura, cobertura do solo, vegetação e biodiversidade. Um fator importante que influencia o uso final de energia na produção de tijolos é o tipo de forno, dos quais existem dois: intermitente e contínuo. O primeiro é queimado em lotes. Neste processo, o fogo é deixado para morrer, e é aceitável deixar os tijolos esfriarem após o processo de queima. Em fornos contínuos, o fogo está queimando continuamente, e os tijolos são aquecidos, queimados e resfriados ao mesmo tempo em diferentes partes do forno. Devido às suas características de recuperação de calor, os fornos contínuos são mais eficientes em termos de energia.
Outros indicam que para melhorar a eficiência durante o processo de fabricação de tijolos é necessário melhorar as práticas de alimentação de combustível, fornecer manutenção periódica das paredes do forno, reduzir vazamentos , fornecer preparação adequada de combustível, melhorar a supervisão da operação de queima, secagem adequada dos tijolos, bem como reduzir a massa de cada unidade aumentando suas perfurações.
Embora a argila natural — um material essencial para a produção de tijolos — seja abundante em muitos países, uma demanda crescente e contínua por tijolos de argila está provocando sua escassez em muitas partes do mundo. Na Índia, por exemplo, 300 Mt de solo fértil são consumidos por dia para fins de fabricação de tijolos.  Além disso, a fabricação de tijolos está tendo outros impactos ambientais, como afetar solos orgânicos para fins agrícolas e exigir grandes volumes de água
A descarbonização industrial no Brasil poderá ocorrer de forma diferente em diferentes setores industriais, dependendo das características locais, da viabilidade das opções de descarbonização pode ser fortemente influenciada pelo preço e disponibilidade de biomassa, eletricidade renovável e locais de armazenamento de carbono. Portanto, diferentes estratégias e caminhos para reduzir as emissões em todos os setores devem ser explorados.  E no Livro avaliamos os tipos de biomassa de origem florestal e do processo industrial da madeira, da biomassa da agricultura e do beneficiamento agroindustrial e da cana-de-açúcar para suprimento energético do setor  produtivo.
Finalmente, o Livro avalia as principais tecnologia para a descarbonização as indústrias. Enumeramos  as tecnologias que contribuem para uma indústria verde.   
E embora a intensidade das emissões da produção de amônia esteja diminuindo, ela precisa cair muito mais rápido se quisermos atingir emissões líquidas zero até 2050. Assim como acontece com muitas iniciativas de descarbonização, a colaboração desempenha um papel importante na facilitação da mudança. Vejamos as tecnologias que avaliamos com requinte de detalhes no Livro: 

1.  Tecnologia Bioenergia com Captura e Armazenamento de Carbono  é uma tecnologia essencial para reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa (GEE). 
No Livro 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.   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 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. Para esse propósito, um caso de uso está sendo investigado para avaliar a maneira mais econômica de capturar carbono. 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  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

 

2. Tecnologia Biocarvão/Biocarbono Bio-óleo e Gás sintético para descarbonização das indústrias.  O biocarvão ou biocarbono recentemente ganhou atenção como um substituto potencial para o carvão 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 Livro avaliamos os detalhes de produção de biocarvão/biocarbono, bio-óleo e gás sintético para descarbonização das indústrias.
 
3. 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 como um substituto para o gás natural reduzindo assim a pegada de carbono. 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, reduzindo assim as emissões de CO2. Além disso, as plantas com suas próprias unidades de geração de energia podem mudar para o biometano para gerar eletricidade com menos emissões de gases de efeito estufa.  
 
4. 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 pelo setor industrial. 
A combustão de Hidrogênio é responsável por zero emissões de CO2. O Hidrogênio verde é um substituto ao gás natural como retratamos no Livro.  Para este propósito, dois casos de uso são apresentados indicativamente sobre a produção e o uso do hidrogênio verde pelo setor industrial.  Um projeto que esta sendo avaliado de forma técnica e econômica do uso do hidrogênio para substituir o gás natural.  
Além disso, outra empresa do setor industrial 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 em até 30% até 2030.
O objetivo final do Livro é descrever as abordagens mais comuns de uso da biomassa como fonte de bioeletricidade  com opção de mitigação relevantes para indústrias.  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 e tem potencial para reduzir a pegada de carbono.   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.