A logistical and economical approach to coordinating a biomass supply chain, including energy characteristics

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i8.6050

Keywords:

Bioenergy; Cost; Logistics; Residues; Biomass

Abstract

The use of biomass energy is increasingly widespread among industries. There is a growing demand for the purchase of biomass aiming at the generation of thermal and electric energy, as in the case of the sugar and energy sectors, pulp and paper and wood panels. The aim of this article is to analyze a biomass supply chain considering the offer, distance and energy characteristics of biomass. The demand for biofuel is from a panel industry located in the Metropolitan Region of Sorocaba. The final cost was calculated based on price quotes, freights and energy properties of each biomass. The biomasses chosen for analysis were: sawdust, wood chips, briquettes, firewood, standing eucalyptus forest (log) and rice husks. It was found that the largest supply of biomass at the lowest cost is in the distances between 50 km and 250 km. The best materials were wood chips and eucalyptus log. Freight was not a determining factor in the final cost of biomass, even for the longest distances. It was concluded that the chip and the log had advantages for different distances.

Author Biographies

Adriana Aparecida Areias, Universidade Federal de São Carlos

Economista pela Faculdades de Campinas (FACAMP) e mestre em Planejamento e Uso de Recursos Renováveis pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR - Campus Sorocaba).

José César Cruz Júnior, Universidade Federal de São Carlos

Professor do Departamento de Economia da Universidade Federal de São Carlos. Possui graduação em Economia e Mestrado em Economia Aplicada pela Universidade Federal de Viçosa, doutorado em Economia Aplicada pela Universidade de São Paulo, e pós-doutorado na University of Illinois at Urbana-Champaign, onde foi professor no Department of Agricultural and Consumer Economics. Tem experiência na área de finanças, mercados futuros e de opções agrícolas, energia e economia internacional.

Luiz Carlos de Faria, Universidade Federal de São Carlos

Graduado em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Viçosa, mestre em Ciências Florestais e Doutor em Recursos Florestais pela ESALQ/USP. Atualmente é professor associado da Universidade Federal de São Carlos junto ao Departamento de Ciências Ambientais, Centro de Ciências e Tecnologias para Sustentabilidade. Tem experiência na área de Recursos Florestais e Engenharia Florestal, com ênfase em Economia Florestal, atuando principalmente nos seguintes temas: arborização urbana, gestão ambiental, avaliação econômica, legislação ambiental.

Fábio Minoru Yamaji, Universidade Federal de São Carlos

Concluiu o doutorado em Engenharia Florestal pela Universidade Federal do Paraná em 2004. Atualmente é Professor Associado da Universidade Federal de São Carlos. Líder do Grupo de Pesquisa BIOMASSA E BIOENERGIA. Trabalha na área de recursos florestais, com ênfase em energia da biomassa e resíduos da madeira. Em suas atividades profissionais interagiu com colaboradores nacionais e internacionais, principalmente com a Universidade de Nagoya (Japão). Participou de dois cursos de especialização no Japão pela JICA. Os termos mais frequentes na contextualização da produção científica e tecnológica são: biomassa, bioenergiaI, briquetes, pellets, biocombustível sólido, resíduos agroflorestais.

References

Abaide, E. R., Tres V. M., Zaboti G. L., & Mazutti, M. A. (2019). Reasons for processing of rice coproducts: Reality and expectations. Biomass and Bioenergy, 10, 240-256. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.11.032

ANTT. (2019). Agência Nacional de Transportes Terrestres. Tabelas de Frete. Retrieved May 20, 2019, from https://www.tabelasdefrete.com.br/planilha/carga-lotacao/70

Bendlin, L., Senff, C. O., Pedro, J. J., & Stafin, O. O. S. (2014). Custos de produção, expectativas de retorno e riscos associados ao plantio de eucalipto na região do Planalto Norte – Catarinense/Brasil. In: Congresso Brasileiro de Custos. 21, Natal, Brazil. Retrieved May 10, 2019, from https://anaiscbc.emnuvens.com.br/anais/article/view/3677

BIOMAX. Machinery Industry Ltda. Briquettes. Retrieved June 30, 2019, from https://www.biomaxind.com.br/briquetes/

Borges, A. C. P. (2015). Caracterização energética do cavaco de Eucalyptus grandis “in natura” e torrefeito. Ph.D. Thesis, Federal University of Bahia, Salvador, Brazil, 81 p. Retrieved June 22, 2019, from https://repositorio.ufba.br/ri/handle/ri/21702

Calegari, L., Foelkel, C. E. B., Haseleina, C. R., Andrade, J. L. S., Silveira, P., & Santini, E. J. (2005). Características de algumas biomassas usadas na geração de energia no sul do Brasil. Revista Brasileira de Biomassa e Energia, 2 (1), 37-46. http://dx.doi.org/10.21577/1984-6835.20170004

Cavalcanti, E. J. C., Carvalho, M., & Azevedo, J. L. B. (2019). Exergoenvironmental results of a eucalyptus biomass-fired power plant. Energy, 189, 1-10. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116188

CNAE. (2016). Classificação Nacional de Atividades Econômicas. Banco de Dados Agregados de Extração de madeira em florestas plantadas. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE. Retrieved July 15, 2019, from https://ww2.ibge.gov.br/home/estatistica/economia/classificacoes/cnae2.0/default.shtm

Cordeiro, S. A., Silva, M. L. da, Oliveira Neto, S. N., & Oliveira, T. M. (2018). Simulação da Variação do Espaçamento na Viabilidade Econômica de um Sistema Agroflorestal. Floresta e Ambiente, 25 (1). http://dx.doi.org/10.1590/2179-8087.034613

Costa, E. V. S., Castro Freitas Pereira, M. P., Silva, C. M. S., Pereira, B. L. C., Rocha, M. F. V., & Cássia Oliveira Carneiro, A. de. (2017). Torrefied briquettes of sugar cane bagasse and Eucalyptus. Revista Árvore, 43 (1). http://dx.doi.org/10.1590/1806-90882019000100001

Deboni, T. L., Simioni, F. J., Brand, M. A., & Lopes, G. P. (2019). Evolution of the quality of forest biomass for energy generation in a cogeneration plant. Renewable energy, 145, 1291-1302. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.09.039

EMPLASA. Empresa Paulista de Planejamento Metropolitano. Região Met¬¬¬¬ropolitana de Sorocaba. Retrieved May 10, 2019, from https://www.emplasa.sp.gov.br/RMS

EPE. (2018). Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2018: Ano base 2017. Rio de Janeiro: EPE.

Fernándes, M., Alaejos, J., Andivia, E., Vázquez-piqué, J., Ruiz, F., López, F. & Tapias, R. (2018). Eucalyptus x urograndis biomass production for energy purposes exposed to a Mediterranean climate under different irrigation and fertilisation regime. Biomass and Bioenergy, 111, 22-30. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.01.020

Ferreira, J. C., Stãhelin, T. S. F., Valin, M., Brand, M. A. & Muñiz, G. I. B. (2016). Qualificação da biomassa em povoamentos florestais de Pinus taeda. Revista Floresta, 46 (2), 269-276. http://dx.doi.org/10.5380/rf.v46i2.41208

Ferreira, L. R. A., Otto, R. B., Silva, F. P., Souza, S. N. M., Souza, S. S. de & Ando Júnior, O. H. (2018). Review of the energy potential of the residual biomass for the distributed generation in Brazil. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94, 440-455. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.034

Ferreira, M. C., Santos, R. C. dos, Castro, R. V. O., Cássia Oliveira Carneiro, A. de, Silva, G. G. C. da, Castro, A. F. N. M., Lima Costa, S. H. de & Pimenta, A. S. (2017). Biomass and energy production at short rotation Eucalyptus clonal plantations deployed in Rio Grande do Norte. Revista Árvore, 41 (5). http://dx.doi.org/10.1590/1806-90882017000500004

Figueiró, C. G.; Vital, B. R., Cássia Oliveira Carneiro, A. de, Silva, C. M. S. da, Magalhães, M. A. & Freitas Filho, L. de. (2018). Energy valorization of woody biomass by torrefaction treatment: a brazilian experimental study. Maderas, 21 (3), 297-304. Retrieved from http://revistas.ubiobio.cl/index.php/MCT/article/view/3466

Fisher, M., Kelley, A. M., Ward, E. J., Boone, J. D., Ashley, E. M., Domec, C., Williamson, J. C., & King, J. S. (2017). A Critical analysis of species selection and high vs. low-input silviculture on establishment success and early productivity of model short-rotation wood-energy cropping systems. Biomass and Bioenergy, 98, 214-227. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.01.027

Gatto, D. A., Santini, E. J., Haselein, C. R., & Durlo, M. A. (2003). Características da lenha produzida na região da quarta colônia de imigração italiana do rio grande do sul. Revista Ciência Florestal, 13 (2), 7-16. http://dx.doi.org/10.5902/198050981737

Han, K., Gao, J., & Qi, J. (2019). The study of sulphur retention characteristics of biomass briquettes during combustion. Energy, 186, 1-12. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.118

IBGE. (2017). Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Produção Agrícola Municipal – PAM. Retrieved May 10, 2019, from https://www.ibge.gov.br/estatisticas/economicas/agricultura-epecuaria/9117-producao-agricola-municipal-culturas-temporarias-e-permanentes.html?t=resultados

Malladi, K. T., Quirion-Blais, O., & Sowlati, T. (2018). Development of a decision support tool for optimizing the short-term logistics of forest-based biomass. Applied Energy, 216, 662-677. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.02.027

Morais, M. R., Seye, O., & Freitas, K. T. de. (2006). Obtenção de briquetes de carvão vegetal de cascas de arroz utilizando baixa pressão de compactação. In: Encontro de Energia no Meio Rural, 6., Campinas, Brazil. Retrieved July 15, 2019, from http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=MSC0000000022006000200019&lng=en&nrm=iso

Niu, Y., Tan, H. & Hui, S. (2016). Ash-related issues during biomass combustion: Alkali-induced slagging, silicate melt-induced slagging (ash fusion), agglomeration, corrosion, ash utilization, and related countermeasures. Progress in Energy and Combustion Science, 52, 1-61. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2015.09.003

Nunes, L. J. R., Causer, T. P. & Ciolkosz, D. (2020). Biomass for energy: A review on supply chain management models. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 120, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109658

Oliveira, J. L. (2010). Potencial energético da gaseificação de resíduos da produção de café e eucalipto. Ph.D. Thesis, Federal University of Viçosa, Viçosa, Brazil, 97 p. Retrieved June 30, 2019, from http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/3559

Pedrazzi, C., Colodette, J. L., Oliveira, R. C. de, Santos Muguet, M. C., & Gomide, J. L. (2010). Avaliação das propriedades físico-mecânicas de polpas produzidas por novas sequências de branqueamento. Revista Ciência Florestal, 20 (1), 123-135. http://dx.doi.org/10.5902/198050981766

Pereira, A. S., et al. (2018). Metodologia da pesquisa científica. [e-book]. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM. Retrieved from https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1.

Piguinelli, A. L. M. T., Schaffer, M. A. & Boateng, A. A. (2018). Utilization of eucalyptus for electricity production in Brazil via fast pyrolysis: A techno-economic analysis. Renewable Energy, 119, 590-597. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.12.036

Proskurina, S., Heinimö, J., Schipfer, F. & Vakkilainen, E. (2017). Biomass for industrial applications: The role of torrefaction. Renewable Energy, 111, 265-274. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.04.015

Quirino, W. F., Oliveira Pinha, I. V. de, Oliveira Moreira, A. C. de, Souza, F. de & Filho, M. T. (2012). Densitometria de raios x na análise da qualidade de briquetes de resíduos de madeira. Revista Scientia Forestalis, 40 (96), 525-536. Retrieved from http://www.ipef.br/publicacoes/scientia/nr96/cap11.pdf

Quirino, W. F., Vale, A. T. do, Andrade, A. P. A. de, Abreu, V. L. S. & Santos Azevedo, A. C. dos. (2005). Poder calorífico da madeira e de materiais ligno-celulósicos. Revista da Madeira, 89, 100-106.

Shabani, N. & Sowlati, T. (2016). A hybrid multi-stage stochastic programming-robust optimization model for maximizing the supply chain of a forest-based biomass power plant considering uncertainties. Journal of Cleaner Production, 112, 3285-3293. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.09.034

Silva, A. G., Santos, T. A. dos, Ferreira Bandeira, M. L. S. de & Oliveira, P. F. de. (2017). Estudo do processo de torrefação de resíduos de biomassas para fins energéticos. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, 45, 86-99. http://dx.doi.org/10.5327/Z2176-947820170230

Silva Miranda, M. A. da, Deus Ribeiro, G. B. de, Valverde, S. R. & Isbaex, C. (2017). Eucalyptus sp. woodchip potential for industrial termal energy production. Revista Árvore, 41 (6). http://dx.doi.org/10.1590/1806-90882017000600004

Silva Oliveira, J. T., Hellmeister, J. C. & Tomazello Filho, M. (2005). Variação do teor de umidade e da densidade básica na madeira de sete espécies de eucalipto. Revista Árvore, 29 (1), 115-127. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-67622005000100013

Swithenbank, J., Chen, Q., Zhang, X., Sharifi, V. & Pourkashanian, M. (2011). Wood would burn. Biomass and Bioenergy, 35, 999-1007. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2010.12.026

Downloads

Published

19/07/2020

How to Cite

AREIAS, A. A.; CRUZ JÚNIOR, J. C.; FARIA, L. C. de; YAMAJI, F. M. A logistical and economical approach to coordinating a biomass supply chain, including energy characteristics. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 8, p. e757986050, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i8.6050. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/6050. Acesso em: 14 nov. 2024.

Issue

Vol. 9 No. 8

Section

Exact and Earth Sciences

License

Copyright (c) 2020 Adriana Aparecida Areias, Fábio Minoru Yamaji, José César Cruz Júnior, Luiz Carlos de Faria

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

1) Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

2) Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.

3) Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work.