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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Biomassa

Características e aplicações

Projeto FEUP 2015 - 2016 - Mestrado Integrado em Engenharia Química:

Professor João Falcão e Cunha Professor João Bastos

Equipa 8041:

Supervisora: Professora Eugénia Macedo Monitor: Cláudio Rocha

Estudantes & Autores:

Ana Teresa Andrade dos Santos Baiona up201505557@fe.up.pt

Catarina da Cunha Durán up201506469@fe.up.pt

Diogo Francisco Silva da Cunha Castro up201505814@fe.up.pt

José Ricardo de Sousa David up201505514@fe.up.pt

Maria da Luz Pais Vendas up201504446@fe.up.pt

Pedro Velho Ferreira up201505466@fe.up.pt

I

Agradecimentos

A realização deste trabalho não teria sido possível sem a colaboração de

uma vasta equipa, da qual se destacam a nossa supervisora Professora Eugénia

Macedo e o nosso monitor Cláudio Rocha, pelo apoio constante e pelas suas

críticas construtivas. Por outro lado, também estamos gratos a toda a equipa que,

ao longo da primeira semana, nos dotou de conhecimentos basilares para a

elaboração deste, e de qualquer trabalho vindouro.

II

Resumo

No âmbito da unidade curricular do projeto FEUP foi-nos requerido este

documento. O tema abordado é a biomassa, as suas características e aplicações.

Assim, será descrita e caracterizada, e ainda serão abordados os seus diferentes

tipos, bem como os processos de obtenção de energia a partir da mesma. Além

disso, neste relatório é discutida a sua utilização, gestão, necessidade e

importância, tanto no mundo como em Portugal.

Desta forma, pretende-se dar a conhecer uma fonte de energia renovável

muito vantajosa e com inúmeras utilidades, concluindo que deveria ser de maior

relevância num meio em que os recursos são cada vez mais escassos.

Palavras-Chave

Biomassa; Energias Renováveis; Produção de Energia.

III

Índice

Lista de Figuras ............................................................................................................. IV

1. Introdução ................................................................................................................... 1

2. Fontes de Biomassa ................................................................................................... 2

3. Processos de Tratamento ........................................................................................... 3

4. Aplicações .................................................................................................................. 5

5. Vantagens e Desvantagens ........................................................................................ 6

6. Importância Económica e Social ................................................................................. 8

6.1 Biomassa em Portugal ........................................................................................ 10

7. Conclusões ............................................................................................................... 12

Referências bibliográficas ............................................................................................. 15

Anexo A ........................................................................................................................ 17

IV

Lista de Figuras

Figura 1: Síntese de fontes de biomassa, processos e produtos respetivos Página 3

Figura 2: Origem da energia consumida a nível mundial em 2013 Página 8

Figura 3: Postos de trabalho em energias renováveis Página 9

Figura 4: Quantidade de energia produzida através da biomassa por região Página 8

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1. Introdução

O termo biomassa resulta da junção do radical helénico bios (vida) e de

massa (em grande número), e define-se, do ponto de vista da Biologia, como sendo

toda a matéria orgânica existente num dado ecossistema [1]. Do ponto de vista da

produção energética, ela designa toda a matéria orgânica aproveitada para esse

efeito. A matéria, normalmente residual, é usada na formação de compostos

químicos, através de vários processos, tais como a fermentação e a pirólise. Estes

compostos são, na sua maioria, de origem vegetal, no entanto, as fezes e gorduras

animais são cada vez mais utilizadas para este efeito [2]. Apesar de, à semelhança

dos combustíveis fósseis, o aproveitamento da biomassa resultar da exploração de

recursos vegetais ou animais, a biomassa distingue-se deste grupo, uma vez que os

seus recursos estão permanentemente disponíveis e em renovação, ao passo que

as fontes dos combustíveis fósseis levam milhões de anos a formar-se. Por este

motivo, considera-se a biomassa como uma fonte de energia renovável.

Este processo foi o mais usado durante milhares de anos para a obtenção de

energia, contudo, a revolução industrial propiciou o surgimento em massa de outras

fontes de energia, tais como o carvão, o gás natural e o petróleo, que provocaram

um acentuado decréscimo na sua utilização. Atualmente, este aproveitamento

energético ainda representa cerca de 10% da produção mundial de energia [3],

estando em franco crescimento em áreas como a produção de biogás e biodiesel

devido ao alto custo e poluição dos combustíveis fósseis. Portugal não foge à

norma, e por isso a biomassa foi a energia renovável mais utilizada em 2014, sendo

a maioria da sua exploração destinada a geração de calor e de eletricidade.

2

2. Fontes de Biomassa

Para que possa ocorrer uma produção em massa de energia a partir do

aproveitamento da biomassa, é necessário que exista um grande fornecimento de

matéria orgânica. Como tal, são aproveitados os compostos resultantes de várias

atividades, e apesar da sua grande maioria ser vegetal e residual, isto é, ter tido a

sua origem em plantas e ser um excedente de outros processos, nem todas as

fontes de biomassa são desta natureza [4].

A matéria orgânica decomposta para a produção de energia pode ter origem em:

Culturas:

A plantação de culturas como a cana-de-açúcar, do milho, do girassol e de colza.

Resíduos Agrícolas:

Excedentes das colheitas de cereais, tais como a palha e a casca.

Resíduos Florestais:

Material sobrante da poda e corte de árvores.

Subprodutos orgânicos:

Efluentes da agropecuária e os resíduos do processamento industrial da madeira

e de fibras vegetais.

Resíduos orgânicos:

Resíduos domésticos, lamas dos efluentes domésticos e industriais e os

resíduos da produção alimentar.

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Figura 1: Síntese de fontes de biomassa, processos e produtos respetivos [5].

3. Processos de Tratamento

Os processos químicos a efetuar no processo de tratamento da biomassa

são escolhidos consoante o produto final pretendido, a origem da matéria orgânica a

decompor, o rendimento, e o retorno financeiro. Podem, então, ser de vários tipos

(Fig.1):

Pirólise ou Cracking Catalítico:

A Pirólise é um processo endotérmico que recorre a altas temperaturas para

provocar a catálise da biomassa, num meio desprovido de oxigénio. Tem sido

notório o desenvolvimento de novas técnicas e de reatores pirolíticos com maiores

rendimentos, uma vez que o uso da biomassa como combustível tem sofrido um

grande crescimento nos últimos anos. Como o ilustra a Figura 1, é utilizado, por

exemplo, para a produção de carvão [6].

Fermentação:

A Fermentação consiste num processo biológico anaeróbio em que as bactérias

anaeróbias desintegram a biomassa a fim de formar uma mistura constituída

principalmente por metano e dióxido de carbono (biogás). É utilizado

especificamente para produção de eletricidade e para purificação de lixos

industriais.

4

Digestão Anaeróbia ou Biodigestão:

À semelhança do anterior, este processo também ocorre na ausência de ar e

recorre a bactérias para produção de ma mistura de metano e dióxido de carbono a

partir da matéria orgânica. Este processo é utilizado maioritariamente em aterros

sanitários e no aproveitamento dos resíduos agrícolas para a produção de

combustível.

Gaseificação:

A gaseificação tem por base a conversão da biomassa num gás (por norma,

hidrogénio, metano e monóxido de carbono) por intermédio de reações

termoquímicas para seguinte obtenção de energia. Uma das vantagens deste

processo em reação à combustão direta, que irá ser mencionada mais à frente, é

que neste processo obtém-se um maior rendimento e produz emissões atmosféricas

mais limpas. Os produtos deste processo são usados normalmente em turbinas a

gás e em motores de combustão interna.

Transesterificação:

Consiste na reação química que ocorre entre um éster e um álcool,

promovendo a formação de um novo éster e de um ácido. Estas reações tem

despertado o interesse da indústria química pois permitem a produção de biodiesel

através da reação de um óleo vegetal com um álcool.

Combustão Direta:

Este último serve-se da queima da matéria por aquecimento direto em

equipamentos, como por exemplo, caldeiras e fornos, para a decomposição da

matéria orgânica. Apesar de ser extremamente prático, este processo é muito pouco

eficiente, sendo que o rendimento obtido é, por norma, muito baixo. Para além

disso, também está associado a dificuldades de armazenamento e transporte do

produto obtido. Todas estas complicações são provenientes do excesso de

humidade e da impossibilidade da queima completa da biomassa [7].

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4. Aplicações

Os produtos resultantes do aproveitamento da biomassa possuem inúmeras

aplicações em áreas como:

Transportes: o etanol, o metanol, e o biodiesel são misturados com a gasolina e

com o gasóleo para os tornar menos poluentes [8].

Aquecimento e água quente sanitária: o carvão vegetal e a madeira geram calor

com baixos custos de processamento, trituração e secagem quando entram em

combustão.

Centrais Estacionárias: produção de eletricidade a partir de biogás.

Indústria Química: os éteres resultantes da biomassa são utilizados como

solventes, os ésteres como plastificantes, o ácido acrílico na produção de tintas e

vernizes, e o etanol e o metanol como anticongelantes e lubrificantes [9].

Redução da poluição fabril: através do tratamento com ácido fosfórico e sulfúrico é

possível diminuir a poluição ambiental causada pelos efluentes das fábricas de têxteis.

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5. Vantagens e Desvantagens

A utilização da biomassa possui imensas vantagens quando comparada com

outras fontes de energia alternativa, tais como:

- É extremamente barata, uma vez que as fontes utilizadas se encontram

abundantemente na natureza e são de fácil recolha e transporte. Para além disso,

são reaproveitados resíduos agrícolas e animais (orgânicos) para a obtenção de

energia, não sendo necessário qualquer despesa na sua eliminação. Também

devemos ter em conta que os processos de obtenção de energia a partir da

biomassa são relativamente simples e não requerem grandes despesas de

manutenção.

-Os processos de obtenção de energia da biomassa são pouco corrosivos para

os equipamentos, o que vai de encontro ao tópico anterior, uma vez que não é

necessário investimento na sua manutenção.

- Através da exploração das zonas mais rurais, evita-se êxodo do interior e

fomenta-se a criação de emprego.

-Comparativamente à utilização dos combustíveis fósseis, para além de ser um

recurso energético renovável, os gases e cinzas emitidos no processamento da

biomassa são menos prejudiciais para o ambiente. Isto é, embora o seu

aproveitamento também emita dióxido de carbono, a biomassa provém de plantas

que durante o seu ciclo de vida necessitaram exatamente da mesma quantidade de

carbono.

- Num mundo onde a poluição é um problema cada vez mais acentuado e

discutido, a utilização da biomassa aumenta a independência de outras fontes

energéticas não renováveis e mais poluentes.

- Ainda em relação ao seu impacto ambiental, deve-se ter em conta que o

aproveitamento dos resíduos florestais minimiza a ocorrência de incêndios. Esta

limpeza das florestas também reduz o risco de propagação de pragas e doenças e

previne sua conversão de terrenos abandonados em depósitos de lixo.

- As suas aplicações são várias e relevantes. Entre elas estão a obtenção de

eletricidade, energia térmica e biocombustíveis [10].

Embora à sua utilização estejam inerentes várias vantagens, e à semelhança de

qualquer outra fonte de energia, o aproveitamento da Biomassa também apresenta

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algumas desvantagens, tais como:

- Necessidade de um grande investimento inicial, nomeadamente em terrenos

florestais, o que leva a um grande impacto ambiental. Esta desflorestação tem como

consequência a destruição de habitats e a diminuição da Biodiversidade. Para além

disso, a emissão de gases nocivos aumenta a probabilidade da ocorrência de

chuvas ácidas.

- Em termos de rentabilidade, quando comparada à utilização de combustíveis

fósseis, pode-se dizer que é menor, uma vez que a produção de energia a partir da

biomassa é inferior à produção de energia a partir de combustíveis fósseis.

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6. Importância Económica e Social

“Bioenergy is the single largest renewable energy source today, providing 10% of world

primary energy supply. It plays a crucial role in many developing countries, where it provides

basic energy for cooking and space heating, but often at the price of severe health and

environmental impacts. The deployment of advanced biomass cook stoves, clean fuels and

additional off-grid biomass electricity supply in developing countries are key measures to

improve the current situation and achieve universal access to clean energy facilities by

2030”. International Energy Agency

Tal como escreve a International Energy Agency (IEA), a biomassa é,

atualmente, a fonte de energia renovável mais utilizada em todo o mundo,

fornecendo 10% dos recursos no que toca a fontes primárias de energia. Tem um

papel fundamental nos países em desenvolvimento, sobretudo a nível de fonte de

calor para culinária ou aquecimento de espaços, associada contudo a danos

ambientais e sanitários. A aposta no desenvolvimento avançado de biocombustíveis

e outras aplicações energéticas da biomassa é, de acordo com a agência, uma

ideia-chave para melhorar a situação energética atual e promover a “limpeza” da

indústria energética por volta de 2030.

De facto, apesar de não ser uma forma de energia renovável tão popular

como a eólica ou a solar entre a população comum, a biomassa é a fonte de energia

renovável mais utilizada mundialmente. Apesar da população não ter conhecimento

do termo, muitas vezes utiliza-se esta fonte de energia em casa, por exemplo na

forma de pellets, isto é, pequenos aglomerados de madeira compressa destinada a

salamandras e fornos. O elevado consumo mundial desta fonte vem, então, ser

confirmado pela seguinte figura:

Figura 2: Origem da energia consumida a nível mundial em 2013 [11].

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Além da evidente importância da biomassa no setor energético, a exploração

deste recurso traz também um impacto a nível económico. Se, por um lado, pode

levar à eliminação de culturas ou terrenos agrícolas, por outro é uma fonte de

emprego. Não havendo rival face às enormes explorações petrolíferas ou à

obtenção do carvão, considerando apenas as energias renováveis a biomassa

encontra-se entre as principais fontes de energia como proporcionadora de

emprego, estando apenas em desvantagem para a eólica, gerando mundialmente

um total de 600.000 empregos.

Apesar de se tratar de um recurso que tem aplicações muito simples e que

não requer recursos tecnológicos ou grandes investimentos, a realidade é que nos

países em desenvolvimento a biomassa tem pouca expressão, ao contrário dos

locais mais ricos ou evoluídos, como a UE, os EUA ou o Canadá, o que evidencia

que, para este recurso ser devidamente explorado, é necessário conhecimento

técnico e investimento financeiro. Comparativamente aos anos anteriores, tem-se

registado uma evolução no que toca à produção de biomassa a nível global. Entre

2006 e 2013, a produção de biomassa duplicou, segundo um relatório da IEA

(2013), com os resultados presentes no seguinte gráfico. Além disso, é também

fornecida uma previsão da evolução desses mesmos valores até ao ano de 2018.

Figura 3: Postos de trabalho em energias renováveis [12].

10

Figura 4: Quantidade de energia produzida através da biomassa por

6.1 Biomassa em Portugal

No panorama nacional, a biomassa é vista como uma energia que permite

fazer previsões a longo prazo, uma vez que apresenta uma produção previsível e

estável, flutuando de acordo com a procura. Especialistas referem a importância

deste tipo de energia para o futuro, principalmente a nível económico, com destaque

para a de origem florestal e agrícola. No entanto, não se prevê que em Portugal este

recurso venha a admitir uma importância de tal dimensão que permita sustentar

energeticamente uma percentagem significativa da população. Apesar disso, esta

área merece destaque por parte de especialistas na área que acreditam num

investimento com retorno neste setor.

Portugal foi, em 2014, o quarto maior exportador de em pellets para a

Europa, acompanhando a crescente evolução deste produto no seio da comunidade

europeia [14]. O maior produtor de eletricidade a partir da biomassa em Portugal é o

grupo Portucel Soporcel, aproveitando também a vertente térmica da biomassa para

o processo de fabrico de papel, no qual é líder mundial [15].

Em 2012, esta energia representou 13% da energia primária consumida e

6,6% da energia final. Em 2013, foram exportadas, de acordo com a DGEG (Direção

Geral da Energia e Geologia), 824 mil toneladas de biomassa no valor 111 milhões

de euros, que representa um aumento de 35% face ao ano anterior.

11

Centro de Biomassa Para a Energia

Em Portugal, a maior associação existente associada à biomassa é a CBE,

Centro da Biomassa para a Energia. Foi fundada em 1988, através um projeto

lançado pela Secretaria de Estado da Energia, no âmbito da política energética

nacional, mais especificamente no contexto da diversificação energética e do

aproveitamento dos recursos naturais de que o país dispõe. É uma organização

sem fins lucrativos que visa promover a utilização da biomassa para a produção de

energia, contando já com um vasto número de trabalhos realizados a nível nacional

e internacional especializados no domínio científico e técnico da área da biomassa.

Esta instituição encontra-se acreditada para prestar serviços de consultoria

no projeto PORTUGAL 2020, um acordo entre Portugal e a Comissão Europeia que

visa projetar os princípios de programação que consagram a política de

desenvolvimento económico, social e territorial para promover no nosso país até ao

ano de 2020. [16]

Uma das iniciativas desenvolvidas por esta associação foi o workshop “25

anos a promover a biomassa” nas instalações da instituição em Miranda do Corvo, a

25 de fevereiro de 2015, com o objetivo triplo de fazer um balanço da atividade do

CBE durante os últimos anos, perspetivar as apostas futuras no setor e fazer uma

avaliação do panorama atual, entre custos de produção, armazenamento,

equipamentos e o aproveitamento da biomassa nos setores doméstico, serviços e

industrial. (Folheto no Anexo A).

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7. Conclusões

Tendo presente o exposto e analisando fundamentos e estatísticas acerca da

biomassa, verificamos que a fonte prioritária de recursos para obtenção é o

aproveitamento de resíduos. Dentro deste capítulo, destacam-se ainda os resíduos

florestais, que permitem uma produção em larga quantidade (em massa) e por isso

possibilitam a geração de grandes quantidades de energia.

De todos os processos abordados, a pirólise revela-se o mais eficiente e

rentável, o mais adequado para o tratamento deste tipo de recursos. Além disso,

este é o modo de tratamento de recursos mais utilizado em todo o mundo,

providenciado um melhor rendimento no processo de conversão de matéria

orgânica em energia.

A nível das aplicações, o aproveitamento da madeira para aquecimento

(pellets) é não só o mais famoso como o mais utilizado globalmente. É aquele sobre

o qual incide maior parte da exploração dos recursos e sobre o qual é focada maior

atenção do mercado energético neste setor. Esta aplicação fomenta vários negócios

a nível local, promovendo o comércio.

Em suma, permite-se concluir que a biomassa foi, é e será uma importante

fonte energética, uma fonte renovável e alternativa que permite explorar a

diversidade do nosso planeta. A vantagem de ser produzida a partir de todo o tipo

de desperdícios faz com que seja uma energia a ter em consideração para a

economia e para o ambiente, gerando um rumo de circulação de energia e de

matéria, ou adicionando novas opções aos circuitos já existentes. Apesar de não ser

tão saudável como a eólica ou solar, pode também trazer benefícios para o meio

ambiente [17]. As desvantagens mais impactantes incidem sobre o facto de se

poder desgastar em demasia o meio ambiente, levando à perda de biodiversidade,

ou o facto de não ser capaz de produzir energia ao nível dos combustíveis fósseis.

Analisando a dimensão socioeconómica, este recurso apresenta-se como um

exemplo economicamente sustentável. No entanto, apesar da viabilidade financeira,

não se verificam até à data grandes investimentos ou empreendedorismos na área

da biomassa. Além disso, para se tornar numa fonte de abastecimento energético

capaz de fazer face aos combustíveis fósseis, os resíduos não seriam suficientes, o

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que significa que iria haver um desgaste elevado de floresta ou matéria biológica,

produzindo consequências negativas não compensadas pela produção energética.

Apesar de ser nos nossos dias um recurso fundamental, sobretudo ao nível

do aquecimento/produção de calor, os dados presentes não evidenciam que seja

possível que uma economia ou população se torne energeticamente dependente da

biomassa, pelo que este pode ser considerado um recurso fundamental mas não um

recurso primordial, ao contrário do carvão ou petróleo [18].

Ainda que muito bem representado entre as fontes de energia renováveis,

este recurso não apresenta uma popularidade semelhante à de fontes como a

energia solar, eólica, ou mesmo hídrica. Raramente nos meios de comunicação

sociais se encontram referências a investimentos na biomassa, projetos de

dinamização de aproveitamento de resíduos florestais/agrícolas ou de geração de

energia através da matéria orgânica. Uma das possíveis razões pela qual a

biomassa não tenha o seu devido destaque é que se apresenta como um processo

estável, viável e seguro, já muito conhecido entre o mercado energético, ao passo

que recursos como a energia solar consideram-se ainda subexplorados por serem

recentes e poderem haver constantemente novas inovações ou descobertas na

área, admitindo-se um enorme potencial por descobrir. Além disso, o mercado

energético foca-se mais em novas formas de obtenção de energia elétrica do que

térmica, e, tal como exposto neste relatório, a biomassa é mais efetiva sob o ponto

de vista térmico do que elétrico.

No entanto, em caso algum a biomassa deverá ser desvalorizada. Acredita-

se que uma forte investigação especializada nesta área pode trazer um vasto leque

de novas formas de exploração da matéria orgânica, mais rentáveis e mais variadas

que as já existentes, afirmando a importância deste recurso energético que pode ser

mais valorizado sobretudo ao nível local e em aplicações mais específicas. Uma

maior sensibilização da sociedade para o que é de facto a biomassa poderá

também trazer consequências positivas para o setor, já que este não é um recurso

muito popular.

Analisando, por fim, o caso específico português, a biomassa tem aqui um

papel mais importante do que na maioria dos restantes países da União Europeia,

visto que se afirma entre as maiores potências na exportação. Em Portugal há uma

14

exploração significativa dos recursos da biomassa sobretudo sob a forma de pellets.

De acordo com os dados, não se prevê uma queda nesse mercado mas sim uma

estabilidade prolongada ou até crescimento, seguindo a tendência dos últimos anos.

Este recurso potencia não preferencialmente a exploração energética das grandes

companhias a nível nacional mas sim pequenos negócios locais e regionais,

incrementando o comércio e a economia um pouco por todo o país.

15

Referências bibliográficas

[1] http://www.priberam.pt/dlpo/biomassa

Acedido às 17h00 de 14/10/2015

[2] , Barbara A.Tokay, Englewood. Biomass Chemicals. New Jersey 07631,

United States, 15 junho, 2000

[3] Goldemberg, José. Biomassa e Energia. Química Nova, Volume 32, São

Paulo, 2009

[4] http://www.publico.pt/economia/noticia/o-pais-descobre-o-lugar-da-biomassa-

calor-em-vez-de-electricidade-1673363

Acedido às 19h34 de 5/10/2015

[5] http://www.aneel.gov.br/

Acedido às 18h32 de 17/10/2015

[6] http://www.infoescola.com/reacoes-quimicas/pirolise/

Acedido às 17h15 de 7/10/2015

[7] http://www.infoescola.com/combustiveis/biomassa/

Acedido às 20h22 de 4/10/2015

[8] http://www.laifi.com/laifi.php?id_laifi=4772&idC=74363#

Acedido às 22h47 de 15/10/2015

[9] Jr. Vaz, Júlio. Uso dos Coprodutos e Resíduos de Biomassa para Obtenção

de Produtos Químicos Renováveis. Circular Técnica, 2, Brasília, DF,

dezembro de 2010.

[10] http://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-energia-

biomassa/

Acedido às 14h58 de 4/10/2015

[11] REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st century)

16

[12] REN21 (Renewable Energy Policy Network for the 21st century)

[13] IEA, (2013), Medium-Term Renewable Energy Market Report 2013,

OECD/IEA, Paris

[14] http://www.publico.pt/economia/noticia/o-pais-descobre-o-lugar-da-biomassa-

calor-em-vez-de-electricidade-1673363

Acedido às 19h34 de 5/10/2015

[15] http://www.portucelsoporcel.com/

Acedido às 00h49 de 16/10/2015

[16] http://www.centrodabiomassa.pt/

Acedido às 21h34 de 15/10/2015

[17] http://www.lippel.com.br/br/sustentabilidade/bioenergia-da-biomassa

Acedido às 23h45 de 15/10/2015

[18] Gomes Carneiro, Maria Patrícia. Avaliação Económica da Biomassa para a

Produção Energia. Braga, 25 de outubro de 2010.

17

Anexo A

Anexo A: Folheto do WorkShop “25 anos a promover a biomassa”.