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ANDRITZ CircleToZero: tecnologias para reduzir a emissão de carbono na produção de papel tissue

A iniciativa global da companhia busca alcançar zero emissões e zero desperdício, utilizando os conceitos de recuperar, reutilizar e recircular

Embora as fábricas de papel e celulose tenham alto consumo de energia, este é um dos segmentos que tem menor nível de emissão de CO2 devido ao amplo uso de fontes de energia renováveis. O setor de tissue e toalhas, no entanto, emite mais carbono por tonelada de papel do que a maioria dos outros tipos de papel, principalmente devido à utilização de energia de fontes de combustíveis fósseis. A ANDRITZ está contribuindo de várias maneiras para reduzir o impacto de carbono na produção de tissue por meio de sua iniciativa “CircleToZero”.

A produção de papel e celulose desempenha um papel essencial na economia de muitos países. Embora existam indústrias que emitem consideravelmente mais Gases de Efeito Estufa (GEE) do que Papel & Celulose, a produção de GEE na indústria de papel (globalmente estimada em cerca de 9%) é grande o suficiente para atrair a atenção de governos e consumidores.

O GEE mais relevante para a indústria de papel é o Dióxido de Carbono (CO2), com quantidades menores de metano e óxido nitroso. Essas emissões são geralmente relatadas como massa de Dióxido de Carbono Equivalente (CO2eq).

Doze países respondem por 80% da produção mundial de tissue e toalhas. As emissões de carbono da indústria de papel da União Europeia (UE) reduziram em 48% por tonelada de papel durante o período de 1990 a 2019. A UE definiu um conjunto de metas ambiciosas para limitar o aumento das temperaturas médias globais. Estas incluem a redução das emissões de GEE em 40% até 2030 e 80-95% antes de 2050 (em comparação aos níveis de 1990).

O consumo de energia para o tissue é um dos mais altos na indústria de papel, principalmente devido ao processo de secagem. Em um estudo de fábricas dos EUA, a produção de tissue foi a segunda maior em intensidade total de GEE (atrás de papéis especiais) com 1.720 kg de CO2eq por tonelada de produto considerando combustível, eletricidade comprada, fibra, produtos químicos e transporte.

Há, claramente, oportunidades e desafios para os produtores de tissue e toalhas no que diz respeito a redução das emissões de GEE e ao fortalecimento do relacionamento com os consumidores que, cada vez mais, preferem produtos neutros em carbono.

MANEIRAS PRÁTICAS DE REDUZIR AS EMISSÕES DE CARBONO NA PRODUÇÃO DE TISSUE

Na prática, a produção de tissue e toalhas emite uma quantidade relativamente pequena de GEE, especialmente se a eletricidade e a energia do vapor forem derivadas de fontes de combustíveis não fósseis. No entanto, além da queima de combustíveis na produção direta do papel, a indústria de tissue também é medida sobre as emissões indiretas de GEE devido à geração externa de energia, vapor e eletricidade que são comprados de terceiros ou transferidos para a fábrica.

Nosso desafio como parceiro tecnológico da indústria de tissue é não apenas oferecer soluções para reciclar energia e matéria-prima dentro do complexo da fábrica, mas, também, oferecer soluções que ajudem a reduzir as emissões de GEE de fontes como fibra, eletricidade, gás, vapor, água e produtos químicos.

Este trabalho faz parte da nossa iniciativa global “CircleToZero”, um projeto que busca alcançar zero emissões e zero desperdício. Emissões de todos os tipos podem ser consideradas como perdas ou desperdícios. Recuperar, reutilizar e recircular essas perdas potenciais oferecem benefícios ambientais e financeiros para os clientes.

PASSO A PASSO PARA REDUZIR AS EMISSÕES DE CARBONO

Nossa experiência, baseada em décadas atendendo clientes de tissue em todo o mundo, é que cada fábrica é única. Claro, existem soluções tecnológicas de produtos e sistemas que podem ser utilizados em muitas máquinas e indústrias, mas, geralmente, essas soluções exigem nossa experiência em design e engenharia, trabalhando em estreita colaboração com cada fábrica, para alcançar os melhores resultados.

A ANDRITZ oferece soluções para reduzir as emissões de carbono de uma fábrica de tissue nas áreas de energia, fibra, água, bioquímicos e digitalização.

Pelos nossos cálculos (figura 1), estimamos que uma típica máquina de tissue, usando tecnologias convencionais, como por exemplo a prensa de sucção e Yankee de ferro fundido, e produzindo 200 t/d de papel, emite aproximadamente 47.000 toneladas por ano de CO2eq. Isto apenas para o sistema de preparação de massa e a própria máquina tissue, sem incluir os sistemas auxiliares.

Figura 1

Algumas de nossas soluções tecnológicas que reduzem energia medida em kW/t e, portanto, CO2eq/t, são mostrados na figura 2. A implementação desses sistemas, cada um com seus próprios benefícios de ROI, possibilita a redução de energia em kW/t em até 17% e a emissão de CO2eq/t em cerca de 15%.  Estas são reduções significativas.

Figura 2
  • Utilização do sistema de aproximação com dupla diluição com o objetivo de reduzir a energia consumida pela bomba de mistura e depurador em cerca de 10%.
  • Isolamento térmico das tampas do Yankee para reduzir as perdas de energia e o consumo de vapor em cerca de 5%.
  • Utilização de turbinas, em vez de bombas de vácuo, para economizar cerca de 25% de energia nos motores principais. O ar de exaustão das turbinas é quente o suficiente para ser usado em diferentes sistemas de aquecimento, e, ainda, permite um menor consumo de água para operá-los.
  • Utilização de um recobrimento Rebel de alto desempenho (figura 3) na prensa de sucção da máquina tissue pode aumentar o teor de seco após a prensa em 1% ou mais, o que permite um aumento de velocidade da máquina ou economia de energia na seção de secagem de papel entre 50-100 kWh/t. Nosso revestimento de PU Rebel pode operar em rolos de pressão sem resfriamento de água, possibilitando uma economia de energia até 25%.
Figura 3
  • Instalação de uma prensa de sapata PrimePress XT Evo (figura 4) para reduzir o consumo de fibras e economizar energia. A carga da prensa de sapata é realizada por meio de duas mangueiras pressurizadas, permitindo que seja ajustado o perfil do nip para a máxima condição de secagem, ou para incremento máximo de bulk, ou em alguma condição intermediária. Se o objetivo é maior secagem, a prensa PrimePress XT Evo oferece até 6% de ganho de teor de seco em comparação a uma prensa de sucção convencional – o que significa economia de energia térmica de até 24%.
Figura 4

Se o objetivo for aumento de bulk com um mesmo teor de seco, a gramatura ou as fibras podem ser reduzidos em até 10% – diminuindo as emissões correspondentes de CO2eq. Em combinação com a prensa de sapata PrimePress XT Evo, a ANDRITZ fornece mantas para a prensa de sapata e feltros da máquina tissue para obter o teor de seco o mais constante e consumindo a menor energia possível.

  • Instalação de um sistema de recuperação de energia e geração de vapor PrimeDry YES (figura 5). Nossa solução é usar o ar de exaustão de uma capota a gás e o condensado do Yankee em um gerador de vapor (trocador de calor) para produzir 15% do vapor necessário para o Yankee, economizando até 5% no consumo de energia térmica.

    Figura 5
  • Instalação de um cilindro de aço PrimeDry Steel Yankee de diâmetro maior em combinação com uma capota PrimeDry Hood aquecida a vapor. O vapor gerado com biomassa é usado em ambos os sistemas, resultando em uma secagem com zero emissões de CO2eq.
  • Outra possibilidade é usar biomassa para gerar bio-gás renovável Syngas para substituir combustíveis fósseis utilizados nos queimadores da capota do Yankee. A Sofidel, um grande produtor europeu de tissue, firmou uma cooperação de longo prazo com a Meva Energy para construir e operar uma planta de geração de Syngas na fábrica de Kisa, na Suécia, utilizando biomassa como matéria-prima. Isso vai possibilitar que a fábrica reduza as emissões de CO2eq em 8.500 t/a. Os especialistas em sistemas de ar e energia da ANDRITZ estão colaborando no projeto, que também envolve o Departamento de Energia da Universidade de Pisa.
  • Alguns fabricantes de tissue estão considerando a cogeração própria de eletricidade, especialmente quando não há possibilidade de comprar eletricidade gerada por fontes de energia renovável. A ANDRITZ oferece a opção de usar ar quente da exaustão da turbina para aquecer a capota do Yankee, permitindo que queimadores convencionais da capota sejam desligados (figura 6). O ar quente de exaustão também pode ser usado para gerar vapor para o Yankee. Com a cogeração em operação, uma fábrica pode ser autossuficiente em relação a energia elétrica e ainda pode ser capaz de vender o excesso de kW para a rede e gerar receita.
Figura 6
  • O hidrogênio (comprado ou produzido localmente por eletrólise) pode substituir o gás natural e reduzir significativamente as emissões de CO2eq. O hidrogênio pode ser utilizado para substituir 100% do combustível gasto para aquecer a capota do Yankee, ao mesmo tempo em que comuta parcialmente o combustível aplicado em um sistema de cogeração de energia. A combustão de hidrogênio proporciona uma redução direta das emissões de CO2eq e CO em cerca de 15%.

Para fábricas localizadas em regiões onde as emissões de CO2eq são restritas, mas há um crescente interesse dos consumidores em produtos de maior qualidade, uma nova tecnologia deve ser levada em consideração, a máquina PrimeLineTEX (figura 7). A PrimeLineTEX produz uma folha “texturizada” com qualidade superior em comparação ao papel tissue convencional e próximo ao TAD. A energia necessária é ligeiramente maior do que a requerida com a máquina convencional, e cerca de metade da requerida com TAD. A maior qualidade dos produtos TEX abre a possibilidade de reduzir substancialmente (até 30%) o consumo de fibras em comparação com o papel convencional.

Figura 7

Embora a redução do consumo de água não esteja diretamente relacionada à redução das emissões de CO2eq, o bombeamento e o tratamento da água em uma fábrica de tissue requer energia e produtos químicos. Temos um portfólio de soluções de produtos para fechar o circuito de água da fábrica, bem como a capacidade de recuperar água evaporada dos sistemas Yankee/Capota e recircular na produção de papel.

Atualmente, estão sendo realizados testes no Centro de Inovação e Aplicação de Tissue ANDRITZ (“PrimeLineTIAC”), em colaboração com um líder global em fornecimento de químicos, para o desenvolvimento de bioquímicos sustentáveis e de última geração para a produção de tissue. Esses produtos biorenováveis irão contribuir para a redução geral das emissões de carbono.

Qualquer fábrica de tissue pode se beneficiar da automação e digitalização para melhorar a eficiência dos sistemas produtivos. Soluções digitais como o ANDRITZ Metris são adequadas para otimizar a produção, minimizando as emissões totais de GEE de uma fábrica de tissue. Hoje, existem poucas fábricas de tissue integradas com acesso ao vapor gerado por fontes de combustível não fósseis, como licor preto ou caldeiras de biomassa. A solução Metris APC Tissue Energy Balance seria benéfica para a redução dos recursos de vapor e eletricidade. O resultado é a diminuição da demanda sobre os principais consumos de vapor na fábrica, permitindo uma redução no uso de combustíveis fósseis (e, consequentemente, das emissões de GEE).

Outras soluções Metris incluem controles avançados do sistema de secagem para economizar energia com excelente retorno de investimento. As soluções Metris APC melhoram os sistemas de controle padrão ou do DCS encontrados em uma fábrica típica e são especificamente focadas na otimização da produção, qualidade e custo. Uma grande vantagem para os produtores de tissue é o uso de Inteligência Artificial Integrada (IA) e Machine Learning (ML) nesses sistemas digitais que podem replicar as decisões dos melhores operadores para evitar quebras de folhas e outros tempos de inatividade. Esses sistemas também “memorizam” sequências de início e desligamento para minimizar desperdícios ou interrupções e podem lidar com as mudanças nas condições e se ajustar de acordo com elas.

Autor: Bob Puhr

Coautores e parceiros de entrevista:

Carlos Gallo, Diretor de Produto – Tissue e Secagem                                

Luca Linari, Diretor Geral, ANDRITZ Novimpianti

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