Geração de Energia a partir
da biomassa
(exceto resíduos do lixo e
óleos vegetais)
Energia e Meio Ambiente
Tecnologias de geração

Tecnologias de produção de eletricidade a
partir da biomassa (Walter et al., 2000 apud
Coelho e Goldemberg, 2000):

Necessidade ou não de conversão de biomassa
antes de sua combustão


Combustão direta da biomassa – baseiam-se no ciclo a
vapor (exclusivamente biomassa ou queima conjunta
com um combustível fóssil, co-firing)
Queima de combustíveis derivados da biomassa –
beseiam-se na gaseificação, na biodigestão e na pirólise
de biomassa)
Tecnologias de geração - Brasil

Brasil: larga experiência na produção de geradores de
vapor a biomassa, principalmente bagaço de cana de
açúcar (Coelho e Goldemberg, 2000):


Bagaço de cana: em 2000, 100 ton/hora, gerando vapor a
4,2 MPA e 300-320oC (possível até temperaturas na faixa
380-400oC)
Madeira: 200 ton/hora, mesmas condições vapor gerado

Queima de resíduos e chips de madeira: resslata-se o gerador de
vapor à biomassa de leito fluidizado

Cogeração nas fábricas em que a celulose é extraída pelo processo
kraft, é função da necessidade de recuperação de substâncias
existentes no licor negro* com tecnologia similar aos sistemas de
cogeração com turbinas a vapor de extração-condensação
*subproduto do processo de digestão da madeira, mistura de lignina e inorgânicos. Além do licor
negro, esses sistemas empregam resíduos de madeira para complementar a geração de calor.
Interferência primária da biomassa
Processos físico-químicos: moagem,
secagem, prensagem, extração, etc.
Processos microbiológicos:
fermentação para obtenção de álcool
etílico, digestão anaeróbias, etc.
Processos termoquímicos: podem ser
precedidos* dos processos anteriores e
incluírem combustão direta, gaseificação,
pirólise, etc.
Fonte: Coelho e Goldemberg, 2000.
*por não estarem em condições adequadas
ao transporte, manipulação ou em
granulometria adequada, a obter uma boa
eficiência de reação associada ao processo
selecionado com melhor alternativa
tecnológica.
Bioenergia e
biocombustíveis
Fonte: NOGUEIRA (2008)
Fundamentos da bioenergia
Fonte: NOGUEIRA (2008)

Energia química: bioenergia → toda e
qualquer forma de energia associada a formas
de energia química acumulada mediante
processos fotossintéticos recentes

Biomassa: recursos naturais que dispõem de
bioenergia e que podem ser processados para
fornecer formas bioenergéticas mais adequadas e
elaboradas para o uso final

Resíduos de serraria e lenha, biogás da digestão
anaeróbia de RS e outros resíduos sgropecuários,
biocombustíveis líquidos (bioetanol e biodiesel) etc.
Fundamentos da bioenergia
Fonte: NOGUEIRA (2008)
6H 2O  6CO2 luz solarC6H 12O6  6O2

Ciclos fotossintéticos de maior interesse: Ciclo de
Calvin (C3) e o Ciclo de Hatch-Lack (C4)



Relevantes para o desenvolvimento de sistemas
bioenergéticos, pela grande diferença de produtividade entre
os ciclos em favor do Ciclo C4
Ciclo C3: maioria das plantas conhecidas usa o ciclo C3
Ciclo C4: algumas gramíneas tropicais (ex. cana-deaçúcar, cevada e sorgo)

Elevada taxa fotossintética de saturação (absorve mais energia
solar), ausência de perdas por fotorrespiração, alta eficiência
na utilização da água, maior tolerância salina e baixo ponto de
compensação para o CO2 (responde melhor sob menores
concentrações desse gás)
Fundamentos da bioenergia
Fonte: NOGUEIRA (2008)
Produção de bioetanol
Fonte: NOGUEIRA (2008)

Produção de
bioetanol usando
celulose ainda
está em nível de
laboratório e
plantas-piloto,
ainda sem
significado real
no contexto
energético, com
obstáculos
tecnológicos e
econômicos por
superar
Produção de bioetanol
Fonte: NOGUEIRA (2008)

Tecnologias industriais impílícitas no gráfico, para conversão de
açúcares e amido em bioetanol, podem ser consideradas maduras
e disponíveis, exceto as referentes à hidrólise de materiais
lignocelulósicos (em desenvolvimento) adotadas para obtenção
de bioetanol da parte celulósica da cana
Produção de bioetanol
Fonte: NOGUEIRA (2008)




No conjunto de rolos da
moenda, o caldo, que contém a
sacarose, é separado da fibra
(bagaço), que segue para a
planta de energia da usina, na
qual é usada como combustível
Açúcar: caldo é peneirado e
tratado quimicamente para
coagulação, floculação e
precipitação das impurezas
Mel final pode ser usado como
matéria-prima para produção de
bioetanol (fermentação)
Bioetanol: fermentação tanto
do caldo da cana quanto de
misturas de caldo e melaço
Produção de bioetanol
Fonte: NOGUEIRA (2008)


No caso da agroindústria de bioetanol com base na cana, a totalidade da energia
consumida no processo pode ser provida por um sistema de produção combinada de
calor e potãncia (sistema de co-geração) instalado na própria usina, utilizando
apenas o bagaço como fonte de eenergia
Brasil: usinas auto-suficientes e ainda conseguem exportar excedentes cada vez mais
relevantes para a rede pública
Produção de bioetanol
Fonte: NOGUEIRA (2008)


Com uma tonelada de cana, é possível obter 86 litros de bioetanol
hidratado
Objetivo de produção de açúcar: além de 100 kg de açúcar, é
possível produzir 23 litros de bioetanol hidrato por tonelada de cana
por meio de melaço
Tabela: Oferta interna de energia 2007/2008. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Figura: Oferta interna de energia 2007/2008. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Tabela: Oferta interna de energia - participação. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Figura: Oferta interna de energia - participação. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Figura: Consumo interno de energia. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).
Figura: Consumo final energético por setor. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Figura: Consumo final energético no setor de transportes. Fonte: BRASIL.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E
ENERGIA – MME (2009).
Figura: Consumo final energético no setor industrial. Fonte: BRASIL. EMPRESA
DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Tabela: Cadeias energéticas – cana-de-açúcar. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Tabela: Emissões de CO2. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).
Figura: Emissões de CO2. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA
ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).
Figura: Evolução das emissões de CO2 no Brasil. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE
PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA –
MME (2009).
Geração de Energia a partir
da biomassa
(exceto resíduos do lixo e
óleos vegetais)
Setor sucro-alcooleiro




Na produção de açúcar e álcool a partir da cana-deaçúcar, para cada litro de álcool obtido no processo de
destilação, são gerados cerca de 14 litros de vinhoto
ou vinhaça (efluente)
DQO: ~29.000 mg/l, além de nuttrientes como N, P e
K, etc.
Coeficiente de geração de energia elétrica a partir do
vinhoto é estimado em 20 kWh/ton de cana
processada (BioDieselBr apud Bley Jr. et al., 2009)
Potencial de gerção em 2008 de 6,32 TWh devido a
safra de 310 a 312 milhões de ton de cana (Conab
apud Bley Jr. et al., 2009)
Setor sucro-alcooleiro


Ex (Bancor apud Bley Jr. et al., 2009):
Em São Martinho o vinhoto é processado por
biodigestão contínua, capturando-se o biogás que
funciona como combustível auxiliar queimado
diretamente nas caldeiras, e em spray-driers, usados
na secagem de leveduras do processo de fermentação
das dornas.


Obtém-se sobras de bagaço de cana, transformado em
briquetes (substituem lenha ou carvão) e leveduras que são
comercializadas
Características do vinhoto tratado: DQO 9000 mg/l; Ntotal:
600 mg/l; Ptotal: 32 mg/l; K: 1.400 mg/l; e Sulfato: 32 mg/l;
pH entre 6,0 e 6,9, além de deixar de ter o forte odor e
atrair insetos.
Setor sucro-alcooleiro


Ex (Bancor apud Bley Jr. et al., 2009):
Avaliação econômico-financeira do
investimento de uma usina de álcool, em
dimensões entre 192.000 e 480.000 litros de
álccol por dia:


Taxa Interna de Retorno (TIR): 18 %;
Indicadores por 1.000 litros de álcool produzido:




Gera 125 m3 de biogás;
Entre 386 e 462 kg de briquetes de bagaço;
6 kg de leveduuras secas;
Créditos de carbono (RCEs) de 556 kg/ano.
Setor sucro-alcooleiro
Fonte: Bley Jr. et al., 2009
Sistema de cogeração com turbinas de
contrapressão: nestra configuração,
geração de vapor a 300oC e demanda de
vapor equivalente a 500 kg/tc, o sistema
gera 14,2 kWh/ton de cana-de-açúcar
processada
Setor arrozeiro


Características físico-químicas favoráveis, com poder
calorífico alto (quando comparado à outras formas de
biomassa) e um teor de umidade baixo
As cascas de arroz possuem propriedades que as
tornam de difícil queima


Prejudicial a uma combustão completa e eficiente; alto teor
de cinzas, características extremamente abrasivas, baixa
massa específica e formato das partículas;
Cinética da reação de combustão das cascas de arroz é
extremamente delicada e complexa, com controle rigoroso
de diversos parâmetros: temperatura, tempo de resid~encia,
regime de fluxo de gases e a dosagem de ar.
Variáveis ambientais das
alternativas tecnológicas




Emissão de gás carbônico: apresenta balanço
praticamente nulo (absorção de carbono pela
fotossíntese)
Demais emissões: quando comparada aos
combustíveis fósseis, emissões desprezíveis de SOx
Centrais termelétricas* devem possuir projetos
acompanhados de um rigoroso planejamento de
recursos hídricos locais
Resoluções CONAMA e legislação estadual para
condições gerais e demandas
*Principalmente as que empregam ciclos em condensação são grandes consumidoras de
água
Análise da viabilidade econômica
de projetos termelétricos para o
sistema interligado de geração e
distribuição de energia no Brasil
Fonte: Coelho e Goldemberg, 2000
Critério principal

Alternativas (Coelho e Goldemberg, 2000):




Gerar exclusivamente o montante de energia que é
consumido pela empresa;
Queimar todo o seu combustível através das tecnologias
convencionais comercializando eventuais excedentes de
carga;
Gerar o máximo de energia possível com o combustível
existente, apesar dos custos associados; e
Desenvolver uum projeto compatível com um montante de
recursos disponíveis definidos.
Viabilidade econômica

Análise de projetos segundo critérios como fluxo de
caixa, o valor presente líquido e outros indicadores
que condensem as informações quantitativas em um
valor final, que pode ser comparado a um padrão préestabelecido (Coelho e Goldemberg, 2000):


Taxa Interna de Retorno (TIR); Valor Atual (ou presente)
Líquido (VLP); Custo anula (ou mensal) equivalente; e o
tempo de recuperação ou payback (exceção no que tange a
um padrão prévio)
Podem ser calculados com base em um desconto a uma
dada taxa de juros ou não
Avaliação geral dos investimentos
necessários
Equipamentos e custos associados


Dezenas de pequenos itens e componentes: sobretudo
associados a tubulações (juntas de expansão, válvulas
de segurança, etc.) (Coelho e Goldemberg, 2000):
Descrição dos equipamentos: preços de todos os
equipamentos e utilidades necessários ao seu
funcionamento, conforme especificações dos
fabricantes e com os impostos incidentes na data de
especificação dos equipamentos (Coelho e
Goldemberg, 2000):

Variações nos custos dos equipamentos, devido por
exemplo às características dos distintos combustíveis,
relação calor/trabalho mecânico, layout da instalação etc.
Análise operacional
Custos variáveis e receitas
(Hoofmann, 1999 apud Coelho e Goldemberg, 2000;
Pretz, 1997 apud Coelho e Goldemberg, 2000)
 Custo do combustível
 Depreciação (taxa depende do item sobre o qual
incide)
 Custo de pessoal (especial ou parcialmente
remanejado de outra atividade da empresa)
 Custo de manutenção (cerca de 1% do valor total do
investimento)
 Tarifa de venda ou comercialização (receita direta e
lucros não operacionais da energia consumida
diretamente sem taxas)
Análise operacional
Custos variáveis e receitas
(Hoofmann, 1999 apud Coelho e Goldemberg, 2000;
Pretz, 1997 apud Coelho e Goldemberg, 2000)






Energia produzida (energia consumida, demanda de
potência e produção de excedente)
Aspectos tributários (extremamente variáveis)
Composição do capital de giro (disponível, realizável.
Exigível, taxa de inflação etc.)
Projeção de vendas e resultados (fator de utilização)
Custos evitados computados como resultados não
operacionais (ligados ao descarte e tratamento da
matéria-prima que será o combustível local)
Fluxo de caixa líquido (contém as principais
informações na forma de planilha)
Definição das condições de
financiamento adotadas

FINAME Especial: Banco Nacional de Desenvolvimento
Econômico e Social (BNDES), com condições de (Coelho e
Goldemberg, 2000):






Período total de 8 anos e 2 de carência;
Encargos básicos à Taxa de Juros de Longo Prazo (TJLP);
E encargos adicionais 3,5%, mais um spread (ou del credere) do agente
financeiro de 3,0%
Adotado o Sistema de Amortização Constante (SAC)
Spread básico: nível padrão: 2,5% a.a.; e
Spread de risco: entre 0,5% e 4,625%, para as operações
diretas com o BNDES relativas às fontes alternativas de
energia
Referências Bibliográficas




BLEY Jr. et al. Agroenergia da biomassa residual: perspectivas
energéticas, socioeconômicas e ambientais. Foz do Iguaçu/Brasília:
Itaipu Binacional, Organização das Nações Unidas para Agricultura
e Alimentação, 2009.
BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA /
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME. Balanço
Energético Nacional 2009 – Ano base 2008: Resultados
Preliminares. Rio de Janeiro: EPE, 2009. 48 p.
COELHO, S. T.; GOLDEMBERG, J. (coord.) Geração de Energia
a Partir da Biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais. p.
1-92. In: TOLMASQUIM, M. T. (org.). Fontes renováveis de
energia nop Brasil. Rio de Janeiro: Interciência: CENERGIA, 2003.
NOGUEIRA, L. A. H. Bioetanol da cana-de-açúcar: energia para
o desenvolvimento sustentável. Rio de Janeiro: BNDES, 2008. 316
p.