Caminhos e possibilidades da
biomassa no Brasil
Prof. José Goldemberg
10 de junho de 2008
Salvador
USOS DO ETANOL COMO
SUBSTITUTO DA GASOLINA
• Gasohol sob forma de 20 -25% etanol
anidro 99.6 Gay-Lussac (GL) e 0,4% água
(a mixture called gasohol) or
• Etanol puro sob a forma de etanol
hidratada a 95.5 Gay-Lussac
Fluxograma do Processo de Produção de Açúcar
e Etanol
Cana-deaçúcar
Preparo
da cana
Extração
do caldo
Açúcar
Fermentação
Destilação
Etanol
Tratament
o do caldo
Bagaço
Vapor
Evaporação
Cristalização
e
Centrifugação
Eletricidade
Vinhaça
Programa Brasileiro do Álcool
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Segundo maior programa de uso comercial de
etanol (18 bilhões de litros em 2007).
Iniciado em 1975, pelo Governo Federal com o
objetivo de reduzir importação de petróleo.
Utilizado inicialmente para aumentar a
octanagem da gasolina, em substituição ao
MTBE.
1,3 milhões de carros utilizam etanol
(hidratado) no Brasil.
2,6
milhões
de
veículos
“flex-fuel”
bicombustível (podem utilizar etanol e gasolina
em qualquer proporção)
toda gasolina tem de 20 a 26% em volume de
etanol (anidro)
A partir de 2004 o etanol é competitivo com a
gasolina.
Balanço energético altamente positivo (10:1)
3 bilhões de litros exportados em 2007.
4
Vendas de automóveis flex-fuel no Brasil
100%
88%
90%
80%
77%
78%
71%
70% 66,0%
64,5%
59,1%
60%
52,6%
77%
80%
82%
86%
84%
86%
88%
86%
83% 84% 82%
73%
67%
59%
76% 77% 77%
77%
66%
83%
80% 81%
69%
50%
52%
50%
40%
40%
29%
34%
30%
20%
35,7%
43,4%
32,2%
41,4%
27,0%
21,9%
27,7%
27%
19,3%
23,9%25,2%
19,0% 19,0%18,2%
13,3% 12,7%
17,9% 18,1%
18,3%
13,8%
15,6% 15,6% 14,1%
13,1% 13,0%
10%
9,9%
12,4%
8%
9%
10%
10%
Flex Fuel
Gasolina
set
jul
mai
mar
jan/07
nov
set
julho
maio
mar
jan/06
nov
set
julho
maio
mar
jan/05
0%
1.
Destilaria Padrão de Grande
Porte
Cana moída: 2 milhões de toneladas / ano
Produção 200 milhões de litros de etanol / ano (1 milhão de litros
por dia durante 6 meses – Abril a Novembro)
Custo: US$ 150 milhões
Área plantada 30.000 ha: em um raio de 10 km.
2.
3.
DESTILARIAS
(unidades)
CANA MOIDA
(milhões de toneladas)
TAMANHO MÉDIO
(milhões de toneladas)
BRASIL
325
425
1,3
SÃO PAULO
148
264 (62% do total)
1,8
NORDESTE
74
53
0,7
EXPANSÃO
•
147 projetos
–
–
86 em execução (até 2015)
61 planejados
6
Culturas de Cana-de-Açúcar
Floresta Amazônica
Cultura de cana-de-açúcar
Pantanal
Mata Atlântica
Cultura de cana-de-açúcar
EFEITOS DO USO DO ETANOL NA QUALIDADE DO AR
Concentração de poluentes na região metropolitana de São Paulo
• Chumbo: caiu de 1,4 ug/m3 em 1977 a
menos de 0,10 ug/m3 em 1991.
• Enxofre: caiu de 50 ug/m3 em 1984 a 15
ug/m3 em 2003.
• Materia particulada: caiu de 90 ug/m3 em
1986 a 50 ug/m3 em 2003.
8
Energia contida na cana-de-açúcar
31,4%
33,8%
Sacarose
34.7%
Bagaço
Pontas e folhas
output/input
ratio
/ consumida
produzida
de Energia
Fração energy
Balanço energético do etanol produzido a
partir de diferentes matérias-primas
12
10
8
6
4
2
0
Sugarcane
Cana-de-açúcar
Sugar beet
Beterraba
Wheatdestraw
Palha
trigo
Corn
Milho
Wood
Madeira
ethanol feedstock
Fontes: (Macedo et alii, 2004; UK DTI, 2003 and USDA, 1995)
10
Características da cogeração com bagaço
1975 - 2000
A partir de 2000
Pressão das caldeiras
Eletricidade produzida
22 bar
20 kwh/ton cana
Até 80 bar
120 kwh/ton cana
Presente
80 kwh/ton cana
Futuro
300 kwh/ton cana
Potencial de cogeração do bagaço
Safra 2015 /2016
Capacidade instalada
(MW)
Excedente para a rede
(MW)
15.750
11.018
Nota: com caldeiras de 65 bars
A Competitividade Econômica
entre Etanol e Gasolina
1000
2000
US$ / m3 (dólares de 2004)
Preço pago aos produtores
900
2004
800
1980
1980
700
1990
600
500
400
1980
2000
2000
300
2005
2005
1990
1990
200
100
0
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Produção acumulada (milhões de metros cúbicos)
Etanol
Preço da gasolina em Rotterdam
Preço da gasolina no Brasil
13
Comparação dos Custos de Produção de
Etanol no Brasil, Estados Unidos e
Alemanha
Custo em Euros / 1000 litros
Estados Unidos
(milho)
Alemanha
(trigo)
Alemanha
(beterraba)
Brasil
(cana)
Prédios
0,39
0,82
0,82
0,21
Equipamento
3,40
5,30
5,30
1,15
Mão-de-obra
2,83
1,40
1,40
0,52
Seguro, taxas e outros
custos
0,61
1,02
1,02
0,48
Matéria-prima
20,93
27,75
35,10
9,80
Outros custos operacionais
11,31
18,68
15,93
2,32
Custo Total de Produção
39,47
54,97
59,57
14,48
Venda de sub-produtos
6,71
6,80
7,20
Subsídios do Governo
7,93
48,17
52,37
Custo Líquido de
Produção
24,83
14,48
Produtividade da Produção de Etanol
6500
6000
5917
Litros por hectare
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
+ 3,77% por ano em 29 anos
2024
1500
Ano
Produtividade de cana de açúcar e etanol
lts de álcool/tc
tc/hectare
m3 /hectare
85,00
7,50
80,00
7,00
75,00
6,50
6,00
70,00
5,50
65,00
5,00
60,00
4,50
55,00
4,00
50,00
3,50
3,00 % a.a
45,00
1,90 % a.a
5,66% a.a
40,00
75/76
1,83 % a.a
80
2,33 % a.a
90
97/98
00
3,00
2,50
04/05
(Rodrigues, Unicamp 2005).
16
Anos 2000
Anos 1970
Processo Agrícola
46,7 ton / ha
58% (ou 1,5% a.a.)
74,0 ton / ha
Processo Industrial
39%
82% (ou 2% a.a.)
71%
Processos Agrícola e Industrial
188% (ou 3,5% a.a.)
ATR % cana
Desempenho das Usinas de Açúcar (ATR/ha)
Produtividade de cana-de-açúcar (t/ha)
Eficiência das destilarias brasileiras
ANIDRO
35
31
30
Número de usinas
25
22
20
17
15
10
9
8
5
5
3
4
3
2
1
1
0
00
4.5
00
5.0
01
5.0
00
5.5
01
5.5
00
6.0
01
6.0
00
6.5
01
6.5
00
7.0
01
7.0
00
7.5
01
7.5
00
8.0
01
8.0
Litros por hectare
00
8.5
01
8.5
00
9.0
01
9.0
00
9.5
01
9.5
.0
10
00
1.00
10
0
.50
10
19
Eficiência das usinas de etanol
Usinas atuais
Usinas novas
Usinas no “estado da arte”
Eficiência
75%
81%
88%
Estima-se que usinas no “estado de arte” custariam cerca de 20%
mais do que as “novas”.
Os principais ganhos possíveis podem ocorrer nas seguintes áreas:
1.Fermentação: atual de 85% podendo subir para 92%
2.Extração: atual de 97.5% podendo subir para 98.6%
3.Destilação e desidratação: atual de 99% podendo subir para 99.7%
Empregos nos diversos setores
industriais
11
Etanol
44
Bens de consumo
70
Indústria leve
91
Indústria Automobilística
98
Bens de capital
145
Metalurgia
Indústria Química/Petroquímica
220
0
50
100
150
Milhares de dólares por emprego gerado
200
250
Empregos por fonte de energia
Composição do bagaço de canade-açúcar
Celulose
46%
Outros
8%
Lignina
21%
Hemicelulose
25%
23
Reação de Fermentação
C6H12O6
AÇÚCAR
2 C2H5OH + 2CO2
ETANOL
24
Polímero da Celulose
• A celulose é encontrada em matérias-primas de biomassa na forma
de lignocelulose (10.000 moléculas de glicose).
• A lignina fornece estrutura e mobilidade aos vegetais aproveitando a
rigidez da celulose. A lignina é formada pela remoção da água das
moléculas de açúcar para criar estruturas aromáticas. Existem
diversos possíveis monômeros de lignina, suas características
dependem da natureza da fonte.
25
PROJEÇÕES ANUAIS DA DEMANDA DE ETANOL
Tecnologia de 1ª geração
Milho (US)a
Cana de açúcar (Brasil)b
União Européia[i]
Area usada
milhões/ha
Litros
(bilhões)
Galões
(bilhões)
Area
milhões/ha
Litros
(bilhões)
Galões
(bilhões)
Litros
(bilhões)
Galões
(bilhões)
2006
5.1c
18.6
4.9
2.9d
17.8
4.7
-
-
2012/13
-
-
-
4.9
36
9.5
-
-
2015
13
56.8
15
-
-
-
-
-
2020e
-
-
-
-
-
-
15
3.9
Tecnologia de 2ª geração
US
2022
Brasil
União Européia
Litros
(bilhões)
Galões
(bilhões)
?
?
79.5
21
-
-
a.produtividade em 2006: 3,647 l/ha milho
b.produtividade em 2006: 6,138 l/ha cana de açúcar
c.18% da área total de milho no mundo.
d.13% da área total de cana de açúcar no mundo; 47% da área de cana de açúcar no Brasil
e.Produção atual da União Européia: 2 bilhões de litros/ano principalmente de beterraba
O uso do solo no Brasil
Área (milhões de
hectares)
%
Soja
21
7
Milho
12
4
Cana de açúcar
5.4
2
Outras culturas
17
6
(total)
60
20
Pastagens
237
80
Agricultura + pastagens
297
100
Fonte: CTC, 2007
TECNOLOGIAS DE 2ª GERAÇÃO
• Gaseificação da biomassa que permite obter
combustíveis adequados para a geração
eficiente de energia elétrica e/ou a síntese de
combustíveis líquidos (biorefinarias).
• Hidrolise ácida e hidrólise enzimática ou
processo combinado ácido/enzimático
• Variedades geneticamente modificadas de cana
de açúcar que poderiam aumentar
significativamente sua produtividade
ALCOOLQUIMICA
1.
Processos de síntese de intermediários, monômeros e polímeros a partir de
matérias-primas renováveis, derivadas de açúcares, etanol, biomassa, glicerol e
outros intermediários e subprodutos da cadeia produtiva dos biocombustíveis.
1.1
Desenvolvimento de rotas de obtenção de eteno, propeno, buteno-1, hexeno1 e octeno-1 a partir de matérias-primas renováveis.
1.2 Desenvolvimento de rotas de obtenção de ácido propiônico, isopropanol, nbutanol por via fermentativa de alto rendimento a partir de açúcares.
1.3 Produção de ácido d-láctico, I-láctico e DI-láctico por fermentação de
açúcares.
1.4 Desenvolvimento de rotas químicas e ou bioquímicas de transformação de
glicerol ou do ácido láctico em n-propanol e/ou isopropanol.
1.5 Polimeração de lactídeo – homopolímeros e copolímeros.
1.6 Identificação de substancias obtidas a partir de matérias-primas renováveis
que tenham potencial para uso como comonômeros da polimerização do ácido
láctico.
1.7 Obtenção de óleo a partir da pirólise de materiais lignocelulósicos.
1.8 Produção de gás de síntese a partir da gaseificação de materiais
lignocelulósicos ou do seu óleo de pirólise.
1.9 Produção de gás de síntese a partir da gaseificação de glicerol.
1.10 Produção de propanol a partir de gás de síntese.
1.11 Produção de biopolímeros em plantas, bactérias e em fungos.
1.12 Catalisadores e cinética da hidroformilação do eteno para produção de npropanol.
1.13 Catalisadores e cinética da desidratação de alcoóis a olefinas.