Mechanical harvesting of forest biomass for energy

A crescente demanda por fontes alternativas de energia, em especial as renováveis, tem colocado em evidência a utilização da biomassa florestal como insumo energético. De modo geral, o desenvolvimento econômico e as questões ambientais são os principais motivadores do interesse pelas fontes renováveis. Contudo, as principais barreiras existentes para a maior utilização das fontes renováveis são de ordem econômica. Considera-se que um dos fatores mais importantes na utilização da biomassa florestal como insumo energético refere-se ao custo de colheita e transporte. Por isso, esse trabalho teve como objetivo analisar sistemas mecanizados de colheita de biomassa florestal para energia. O trabalho foi dividido em três artigos. O primeiro artigo teve como objetivo avaliar o desempenho e estimar os custos de um sistema de cavaqueamento de ponteiras de eucalipto, considerados resíduos da colheita florestal. O sistema foi composto por um picador florestal, dois tratores florestais autocarregáveis (com grua) e uma carregadora frontal. O trabalho foi realizado em uma empresa de base florestal, localizada no Estado do Pará, na Região Norte do Brasil. O sistema apresentou produtividade média de 17,51 t/he e produziu entre 94 e 162 vezes mais energia do que consumiu. O custo foi de R$ 376,56/he (R$ 21,51/t ou R$ 2,70/GJ). O segundo artigo teve como objetivo avaliar o desempenho e estimar os custos de dois sistemas de colheita e enfardamento de biomassa florestal de baixo diâmetro. Um sistema foi composto por um protótipo de uma colhedora-picadora- enfardadora. O outro sistema requereu duas operações sucessivas e foram avaliados dois modelos tratores florestais trituradores e uma enfardadora agrícola. A avaliação foi realizada em três diferentes áreas localizadas em Osceola National Forest, no Estado da Flórida, na Região Sul dos Estados Unidos. Na área considerada mais representativa da vegetação local, o protótipo enfardou 8,05 t/ha, enquanto que o sistema trator-enfardadora enfardou 9,75 t/ha (43 e 52% da biomassa disponível na área, respectivamente). A capacidade de produção foi de 0,30 ha/he para o protótipo e 0,51 ha/he para sistema trator-enfardadora. Os sistemas produziram entre 36 e 56 vezes mais energia do que consumiram e o custo foi de US$ 39,86/t (US$ 3,40/GJ) para o protótipo e de US$ 37,60/t a US$ 61,21/t (US$ 3,23/GJ a US$ 5,25/GJ) para o sistema trator-enfardadora. O terceiro artigo teve como objetivo analisar um sistema de remoção e cavaqueamento de árvores completas, composto por escavadora hidráulica com grua de demolição, trator de esteiras, carregadora frontal, grua hidráulica e triturador florestal. O trabalho foi realizado em uma área localizada em Fort Benning, no Estado da Georgia, na Região Sul dos Estados Unidos. A produtividade da remoção das árvores completas foi de 579,3 m2/he e a do cavaqueamento foi de 28,01 t/he. O sistema produziu 35 vezes mais energia do que consumiu e o custo foi de US$ 565,14/he (US$ 20,18/t ou US$ 2,14/GJ). A escolha dosistema de colheita mais adequado e a viabilidade econômica da colheita mecanizada de biomassa florestal para energia vão depender do contexto local, da disponibilidade de plantas industriais capazes de consumir essa biomassa, da distância de transporte da biomassa e de opções e preços locais de outros combustíveis.The increasing demand for alternative energy sources, especially renewables, has raised the use of forest biomass as energy. In general, economic development and environmental issues are the main causes of the interest in renewable sources. However, the main barriers to greater use of renewable sources are the economic order. It is considered that one of the most important factors in the use of forest biomass as energy refers to the cost of harvesting and transportation. Therefore, this study aimed to analyze mechanized systems for harvesting forest biomass for energy. The study was divided into three papers. The first paper evaluated the performance and estimated costs of a wood chipping system for comminuting tree tops, which are considered residues from wood harvesting. The system was comprised by a wood chipper, two forest tractors equipped with knuckleboom grapple and one front loader. It was developed in a forest industry in the Para State, located in the North Region of Brazil. System average productivity was 17.51 tonnes per effective hour. The system produced between 94 and 162 times more energy than consumed. Cost per effective hour was R$ 376.56 (US$ 21.51/tonne of chips or R$ 2.70/GJ). The second paper evaluated the performance and estimated costs of two systems for harvesting and baling low diameter forest biomass. One system was a cutter-shredder-baler prototype. The other system required twosuccessive operations, being assessed two mulcher tractors and an agricultural round baler. Machines were evaluated in three different areas on the Osceola National Forest in Florida, Southern Region of the United States. On the most representative site, the prototype recovered 8.05 green tonnes/ha while the mulcher and the agricultural baler recovered 9.75 green tonnes/ha (43 and 52% of available biomass, respectively). The production capacity was 0.30 ha/h for the prototype and 0.51 ha/h for the mulcher-baler system. The systems produced between 36 and 56 times more energy than consumed. Cost was US$ 39.86/t (US$ 3.40/GJ) for the prototype and between US$ 37.60/t and US$ 61.21/t (US$ 3.23/GJ and US$ 5.25/GJ) for the mulcher-baler system. The third paper analyzed a system for harvesting and hogging complete trees. The system was comprised of hydraulic excavator equipped with demolition grapple, bulldozer, front loader, knucleboom loader and wood hog. The study was conducted in an area located at Fort Benning, Georgia State, Southern Region of the United States. Productivity of the complete trees extraction was 579.3 m2/h and of the complete trees hogging was 28.01 t/h. The system produced 35 times more energy than consumed. Cost was US$ 565.14/h (US$ 20.18/t or US$ 2.14/GJ). The choice for a suitable system and the economic feasibility of mechanical harvesting of forest biomass for energy will depend on the local context, the availability of power plants capable of consuming the biomass, the transport distance and other fuels local price.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio