CURSO INTERNACIONAL
“ENERGIA NA INDÚ
INDÚSTRIA DE
AÇÚCAR
ÇÚCAR E ÁLCOOL”
LCOOL”
A CANA COMO FONTE DE ENERGIA
M. Regis L. V. Leal
Copersucar
A CANA COMO FONTE DE ENERGIA
M. Regis L. V. Leal
Centro de Tecnologia Copersucar
Energia na Indústria de Açúcar e Álcool
Itajubá, 12 a 16 de julho 2004
Conversão de Energia na Cana
CO2
CXHYOZ
H2O
COMPOSIÇÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR
%
!
ÁGUA
65 – 75
!
AÇÚCARES
11 – 18
!
FIBRAS
!
SÓLIDOS SOLÚVEIS
8 – 14
12 – 23
Energia da Cana
1 t de colmos de cana
Energia (MJ)
2 300
•145 kg de açúcar
•140 kg de fibra do colmo (bagaço) 2 500
2 500
•140 kg de fibra na palha
7 300 (0.16 TEP)
Total
ha
11 ha
82 tt cana
cana
82
600 GJ
GJ (13
(13 TEP)
TEP)
600
POTENCIAL ENERGÉTICO DOS RESÍDUOS DA CANA
Produção de cana
Produção de bagaço (1)
Produção de palha (1)
Biomassa Total
TEP (2)
Notas:
(1) 50% de umidade
(2) Base PCS
Mundo
(106 t)
1 300
360
360
720
150
Brasil
(106 t)
350
100
100
200
40
Alternativas Energéticas
Açucar
Fibra
Etanol
Energia Elétrica
e/ou Etanol
Produção de Etanol no Brasil
Evolução da Produção Brasileira de Cana, Açúcar e Álcool
350.000
25.000
250.000
15.000
200.000
150.000
10.000
100.000
5.000
50.000
Safra
Cana
Açúcar
Álcool Total
02/03
00/01
98/99
96/97
94/95
92/93
90/91
88/89
86/87
84/85
82/83
80/81
78/79
76/77
74/75
0
72/73
0
70/71
3
Cana x 10 (t)
20.000
Açucar (t ) e Álcool (m3)
3
x 10
300.000
PRODUÇÃO MUNDIAL DE ÁLCOOL – BILHÕES DE LITROS
20001
20032
Brasil
U.S.A.
China
UE
India
Rússia
Outros
10,59
6,50
3,00
2,00
1,70
1,30
7,91
14,40
10,64
TOTAL
33,00
37,8
Notas:
1- Fonte: SE2T International
2- Fonte: UNICA
MERCADO MUNDIAL DE ÁLCOOL – BILHÕES DE LITROS
!
Bebidas
!
Industrial
10,0
!
Combustível
19,8
TOTAL
Fonte: SE2T International
4,4
34,2
Participação do Etanol nos Motores
Ciclo Otto (Brasil)
60
50
30
20
10
Ano
02
20
00
20
98
19
96
19
94
19
92
19
90
19
88
19
86
19
84
19
82
0
19
(%)
40
MERCADO INTERNO DE ÁLCOOL – CARACTERÍSTICAS
!
Anidro: reserva de mercado (20 – 25% na gasolina)
!
Hidratado: competitividade com a gasolina
- Preço do petróleo
- FFV
- Estrutura tarifária
!
Industrial: crescimento vegetativo
MERCADO INTERNO DE ÁLCOOL – PROJEÇÕES DE
CRESCIMENTO
Ano
Hidratado
Anidro
Total
Combustível
Industrial
Total Geral
2004
5.704
5.802
11.506
812
12.318
2007
6.762
6.128
12.890
904
13.794
2010
11.013
5.915
16.928
988
17.916
Fonte: Câmara Setorial de Açúcar e do Álcool
Hipóteses:
- Crescimento do PIB – 4 a 3% a.a.
- Crescimento das vendas de veículos leves: 6 a 5% a.a.
- FFV: 67% dos carros novos a partir de 2007; 75% usando álcool.
PROJEÇÕES DA PRODUÇÃO DE ÁLCOOL NOS U.S.A.
BILHÕES DE LITROS
Fonte: RFA
Ano
Produção
2001
6,7
2002
10,6
2007
12,2
2010
16,3
2012
19,0
Propriedades da Gasolina e Etanol
como Combustível
Gasolina
Etanol
Poder calorífico (kJ/kg)
34 900
23 400
Número de octana (RON/MON)
91 / 80
109 / 98
Calor de vaporização (kJ/kg)
370 – 500
903
Temperatura de ignição (°C)
220
420
Relação estequiométrica
ar/combustível
14.5
9
Condições Médias da Produção de
Etanol no Brasil
Produtividade da cana
–area colhida (t / ha)
–area cultivada (t / ha yr)
82
69
Fermentação do etanol
–Eficiencia (%)
–Tempo de fermentação (hr)
–Pureza do melaço para a destilaria (%)
–Açúcar no mosto (%)
91
6 – 10
60 – 65
18 – 20
Fibra para Energia Elétrica
Alternativas de Geração de Exedentes
Combustível
Tipo TG
Operação
E.E. Exedente
(kWh/tc)
22 bar / 300 °C
Bagaço
Contrapressão
Safra
0 – 10
82 bar / 480 °C
Bagaço
Contrapressão
Safra
40 - 60
22 bar / 300 °C
Bagaço +
Palha
Extração/
Condensação
Ano todo
40 - 60
Bagaço +
Palha
Extração/
Condensação
Ano todo
100 - 150
Bagaço +
Palha
Extração/
Condensação
Ano todo
200 - 300
Condições de
vapor
82 bar / 480 °C
Gaseificação
Alternativas – Geração de Potência
> 62 bar / > 450 ºC
22 bar / 300 ºC
Bagaço
Bagaço
0,12 bar
2,5 bar
Processo
2,5 bar
Processo
Safra
Torres
Resfriamento
Condensado
Para Caldeira
Ano todo
Fibra para Etanol
1 t de bagaço ou palha (matéria seca)
Conteúdo
(kg)
Etanol
(L)
Celulose
400
200
Hemicelulose
220
68
Lignina
200
-
Outros
180
-
Componentes
Combustível
(MJ)
4 800
Balanço energético na Produção de Cana e Etanol
Níveis Energéticos Considerados
Nível
Nível
1
– apenas
elétrica
direta).
combustíveis e
(entrada
de
energia
energia
2 – energia adicional consumina na
produção
de
insumos
e
outros
produtos
utilizados
(fertilizantes,
cal,
sementes,
herbicidas,
lubricantes,
ácido
sulfurico, etc.)
Nível 3 – energia adicional consumida na
produção
das
máquinas,
equipamentos,
prédios
e
sua
Balanço energético na Produção de Cana e Etanol
lise do Ciclo de Vida: Entrada de Energia não-renov
Média
Melhores
Valores
(MJ/TC)
(MJ/TC)
Produção da cana-de-açúcar (total)
192.00
Operations
agrícolas
38.10
Transporte de cana
36.50
Fertilizantes
63.40
Cal, herbicidas, etc.
19.20
Sementes
Equipmento
29.20
Production de etanol (total)
201.80
38.10
42.90
66.50
19.20
5.90
5.60
29.20
49.40
Fluxos Externos de Enegia, (AGRICULTURA + INDUSTRIA
Entrada
Saída
Entrada
Saída
Agricultura
Industria
Etanol produzido
1921.60
Bagaço (excedente)
316.40
201.80
49.40
192.00
39.70
2051.10
168.70
Total (external flows)
251.20
2090.30
231.70
2367.50
Nota: Etanol do milho = 1.34 (USDA, 2002)
Saída/Entrada
10.2
8.3
Ciclo de Vida Emissões de GEE na Produção e Uso do
Etanol
kg CO2 equiv./t cana
Emissões
Média
Melhores Valores
–Combustíveis fósseis
19.2
17.7
–Metane e N2O da queima de cana
9.0
9.0
–N2O de solo
6.3
6.3
–Total
34.5
33.0
Emissões evitadas (deslocando combustíveis fósseis)
Uso do excedente de bagaço
12.5
23.3
Uso do etanol
242.5(A) 169.4(H)
259.0(A) 180.9(H)
Emissões totais evitadas
255.0(A) 181.9(H)
282.3(A) 204.2(H)
220.5(A) 147.4(H)
249.3(A) 171.1(H)
Emissões liquidas evitadas
Etanol Anidro 2.6 to 2.7 t CO2 equiv./ m3 etanol
Etanol hidratado 1.8 to 1.9 t CO2 equiv./ m3 etanol
Notas:
(A) Anidro
(H) Hidratado
Fluxo Comparativo de energia na Produção do
PROCESSO
Milho1
Switchgrass1
Cana2
(GJ/ha.ano)
(GJ/ha.ano)
(GJ/ha.ano)
18.9
17.8
13.9
149.53
220.2
297.14
Relação energética agrícola
7.9
12.3
21.3
Consumo de energia na produção
de etanol
47.9
10.2
3.4
Energia contida no etanol
67.15
104.4
132.56
Relação de energia total
1.21
4.43
8.32
Consumo de energia na produção
agrícola
Energia da biomassa
Notes: 1-Fonte: ORNL, 2- Fonte: Copersucar/UNICAMP, 3-Não inclui aproveitamento dos resíduos
de milho, 4- Não inclui uso das folhas, 5- Inclui credito p/ co-productos, 6-Inclui credito p/ excedente
de bagaço 8%
Sustentabilidade
!
ECONOMICA
!
MEIO AMBIENTE:
dos GEE
!
SOCIAL
:
curva de aprendizado
medidas mitigatórias / redução
:
empregos
Alternativas de Açúcar e Etanol
(1 t de cana)
Somente Açúcar
•Açúcar:
•Etanol residual:
120 kg
7l
Açúcar / Etanol (50/50)
•Açúcar:
•Etanol:
67 kg
42 l
Somente Etanol
•Etanol:
85 l
- CURVA DE APRENDIZADO _
Etanol Brasileiro um Exemplo Importante
de Biocombustível
C u s to d o Á lc o o l
1000
U S $/
1980
1998
100
1
10
C o n s u m o c u m u la tic o d e á lc o o l
Fonte: Goldemberg, J.
100
(m ilh õ e s d e m ³)
1000
Medidas Mitigatórias do Meio Ambient
! Vinhaça e torta de filtro
! Utilização de água
m3/TC
! Queima da cana
lei
! Pesticidas
controle biológico
! Fertilizantes
! Herbicidas
: reciclados
: 5 m3/TC
:
< 1
interronpida por força da
:
substituidas por
: vinhaça e torta de filtro
:
palha
EMPREGOS
EMPREGOS GERADOS NA PRODUÇÃO DE VEÍCULOS E COMBUSTÍVEIS
Homens-ano por 1000 veículos
Carro a
Gasolina C1
Carro a
Gasolina A
51,3
51,3
51,3
Produção do combustível na vida
média de 15 anos
1.482,0
369,9
18,8
Empregos Totais
1.533,4
421,2
70,1
21,9
6,0
Carro a
Álcool
Produção dos veículos
Taxa de emprego por tipo de veículo
Nota:
1 – Gasolina com 22% de álcool
Fonte: Anfavea/ÚNICA/Petrobrás
1
Obrigado!