Semana do Meio Ambiente – SEMEIA 2007
Campinas, SP
Avaliação emergética do
ciclo de vida da produção de
biodiesel de soja no Brasil
Otávio Cavalett
Enrique Ortega (Orientador)
Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada
Departamento de Engenharia de Alimentos -FEA
Expansão da soja
Motivo de orgulho para uns e de preocupação para
outros, os dados sobre a produção de soja no Brasil
nos últimos anos são impressionantes.
A área plantada para a safra 2005/2006 equivale à
soma dos os outros quatro principais grãos
produzidos no país: arroz, feijão, milho e trigo. O
total da área plantada com estes quatro grãos,
indispensáveis na mesa do brasileiro, reduziu-se
entre 1991 e 2005, enquanto a área destinada à soja
mais do que triplicou.
Complexo soja
Os três principais produtos complexo soja – grão,
farelo e óleo - representaram, em 2005, 8% das
exportações do país, ou cerca de 9,5 bilhões de
dólares.
Corresponderam a cerca de um terço de toda a soja
comercializada no mercado internacional.
Esta expansão vem ocorrendo principalmente em
uma área quase contínua da América do Sul,
abrangendo os países do Mercosul – Argentina,
Brasil, Paraguai e Uruguai - e a Bolívia.
Produção mundial de soja
País
Produção (Mt)
% Total
USA
65,8
34,8
Brasil
52,6
27,8
Argentina
34,0
18,0
China
16,0
8,5
Índia
6,8
3,6
Paraguai
4,0
2,1
Canadá
2,3
1,2
Bolívia
1,9
1,0
Outros
5,7
3,0
189,1
100,0
Total
Source: USDA, 2005
Principais exportadores de soja
Soja – Grão (Mt)
Soja – Torta (Mt)
País
Quantdde
%Total
USA
24,2
42,9
Brasil
19,5
País
Argentina
34,6 Brasil
Quantdde
%Total
19,7
43,8
14,9
33,1
Argentina
8,0
14,2
USA
3,9
8,7
Paraguai
2,4
4,3
Índia
3,3
7,3
Canadá
0,7
1,2
Paraguai
0,9
2,0
Uruguai
0,5
0,9
Bolívia
0,9
2,0
Outros
1,1
2,0
Outros
1,3
2,9
56,4
100,0
45,0
100,0
Total
Total
Source: USDA, 2005
Biocombustíveis
A substituição de combustíveis fósseis por renováveis
deve reduzir os impactos ambientais resultantes da
queima do petróleo.
Este é o seu principal apelo!
Os benefícios sociais, no caso do Brasil, vão
depender da escala e do modo de produção da
biomassa a ser produzida para fins energéticos.
Biodiesel
No afã de equilibrar as contas externas, o governo
brasileiro começou a financiar plantas de biodiesel
em um ritmo afoito. Primeiro pensando em
agricultura familiar no Nordeste, usando mamona ...
Os uso de óleo de palmeira surgiu como uma boa
opção. ...Depois a coisa mudou!
Atendeu-se a apelo dos produtores de soja e deu-se
início a um novo ciclo de expansão da soja no Brasil,
viabilizado com recursos públicos, sem levar em
conta seus custos sociais, ambientais, e mesmo
econômicos.
Soja no Brasil: externalidades
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Erosão do solo
Perda de fertilidade do solo
Poluição da agua por pesticidas e fertilizantes
Intoxicação de pessoas e animais
Redução da biodiversidade
Modificações no clima regional
Uso de trabalho esclavo
Expulsão de pequenos agricultores de suas terras
Destuição de grandeas areas de cerrado e agora
floresta amazonica (16% de toda floresta
amazonica ja desapareceu e a cada dia 7000 ha de
floresta são perdidos)
Macro escopo
Soy
Global
environmental
support
Soybean
production
Metodologias usadas
Analise Energetica:


Energia comercial usada (Slesser, 1974 Herendeen, 1998)
Análise de Fluxo de Massa: Massa indireta
degradada no processo - (“Ecological back-pack”
Hinterberger and Schiller, 1998)
Materials
Services
Nutrients

Soil
Biodiversity
$
Farmer
Legal
reserve
Environmental
services
$
Rain
Soybean
Soybean
Wind
$
Sun
Diagnóstico Emergético: Contibuições
diretas e indiretas em energia solar equivalente
(Odum, 1983; 1996)
Corn
Corn
loses
Loses

Análise Exergetica:
Eficiencia termodinâmica do
processo - (Szargut and Morris, 1998)
-
Ciclo de vida do biodiesel
Soybean production
Truck transport
Soybean crushing
proceess
Soy meal
Train
transport
Ocean freigter
transport
Truck
transport
Soy oil
Refining soy
oil process
Soy meal
delivered
to feed
industry
in Europe
Market
Biodiesel
process
Refined
soy oil
Biodiesel

Farelo de soja

Óleo de soja

Biodiesel
Contabilizar entradas e saídas

Entrada









Combustível
Água
Aço
Eletricidade
Fertilizante
Pesticidas
Trabalho
Serviços
…..

Soybean production
Saída

Truck transport

Soybean crushing
proceess
Soy meal
Train
transport

Soy oil
Refining soy
oil process

Biodiesel
process


Ocean freigter
transport
Truck
transport
Soy meal
delivered
to feed
industry
in Europe
Market
Refined
soy oil
Biodiesel
Produto
principal
CO2
Efluentes
industriais
Solo
Resíduos
…..
A abordagem multi-método
Ciclo de vida do
biodiesel
Soybean production
Truck transport
Soybean crushing
proceess
Soy meal
Train
transport
Soy oil
Refining soy
oil process
Biodiesel
process
Ocean freigter
transport
Soy meal
delivered
to feed
Truck
transport industry
in Europe
Refined
soy oil
Biodiesel
Market
Source: Ulgiati et al. 2006
Produzir 1 kg de soja
Requer:





4,5 kg material abiótico
5,8 t de água
0,13 kg fertilizante
3,4 m2 superfície cultivada
0,12 kg petróleo equivalente
Libera:





387 g CO2
7 g NOx
1 g VOC
3 g CO
0,23 kg solo
Energia
Output/Input = 4,45
Produzir 1 kg de óleo de soja
Requer:





4,2 kg material abiótico
5,3 t de água
0,14 kg fertilizante
0,29 kg óleo equivalente
3,07 m2 superfície cultivada
Libera:






909 g CO2
16 g NOx
2 g VOC
6 g CO
0,21 kg solo
0,78 kg efluentes
Energia
Output/Input = 2,92
Produzir 1 kg de farelo de soja
Requer:





5,9 kg material abiótico
5,8 t de água
0,13 kg fertilizante
0,21 kg óleo equivalente
3,41 m2 superfície coltivada
Libera:






668 g CO2
11 g NOx
2 g VOC
5 g CO
0,23 kg solo
0,86 kg efluentes
Energia
Output/Input = 1,72
Produção de biodiesel
Processo de produção de metil éster (biodiesel)
a partir de óleos vegetais
Produzir 1 litro de biodiesel
Requer:





3,8 kg material abiótico
4,4 t de agua
0,10 kg fertilizante
0,34 kg óleo equivalente
2,55 m2 superfície cultivada
Libera:






1071 g CO2
18 g NOx
3 g VOC
7 g CO
0,17 kg solo
0,57 kg efluentes
Energia
Output/Input = 2,30
Fases do CV do biodiesel
Abiotic
Material Flow Accounting
2,00E+04
Water
Air
kg
1,50E+04
1,00E+04
5,00E+03
0,00E+00
Agriculture
Truck transp. I
Chrushing
Biodiesel
Chrushing
Biodiesel
Chrushing
Biodiesel
Chrushing
Biodiesel
Energy
1,20E+10
1,00E+10
J
8,00E+09
6,00E+09
4,00E+09
2,00E+09
0,00E+00
Agriculture
Truck transp. I
Em ergy
1,00E+16
seJ
8,00E+15
6,00E+15
4,00E+15
2,00E+15
0,00E+00
Agriculture
CO2 Released
1,00E+03
kg CO2/ha/yr
Truck transp. I
8,00E+02
6,00E+02
4,00E+02
2,00E+02
0,00E+00
Agriculture
Truck transp. I
Demanda de materiais
Produzir um litro de biodiesel demanda de forma direta:
 0,43 kg de solo,
 0,20 kg de fertilizantes,
 0,004 kg de pesticidas,
 8652 kg de água,
 0,095 kg de diesel,
 0,062 kWh de eletricidade.
Considerando-se ainda a demanda de materiais de forma indireta
calculada a partir da analise de intensidade de materiais, produzir
1L de biodiesel requer que sejam utilizados em alguma parte do
globo (escala global):




7,12 kg de material abiótico,
8662 kg de água,
0,55 kg de ar e
0,45 kg de material biótico.
Demanda de energia
O custo energético de produção de soja é de 3,72
MJ kg-1. enquanto que para o biodiesel este valor
foi mais de quatro vezes maior 12,6 MJ kg-1.
Produzir um litro de biodiesel requer uma
quantidade de inputs que são equivalentes a
energia contida em 0,29 kg de petróleo enquanto
que para a soja este valor é de apenas 0,09 kg.
O rendimento liquido de energia para a produção de
biodiesel foi de 19,9 MJ L-1 (14066 MJ ha-1 ano-1)
e para a produção de soja foi de 18,9 MJ L-1
(55372 MJ ha-1 ano-1).
Relação de energia
A relação de energia da produção de biodiesel foi de 2,65, ou
seja, 1,65 de energia liquida. Para fins de comparação, o petróleo
tem um retorno de 10 a 15 joule por joule investido e a energia
eólica tem um retorno de aproximadamente 8 joule por joule
investido.
A relação de energia do biodiesel de 2,65 fornece uma relação de
energia bruta/liquida de 0,62.
Isso significa que é necessário produzir 1,6 litros de biodiesel
para cada litro de biodiesel entregue para o consumidor se o
processo de produção for independente de combustíveis fosseis.
Considerado um cenário de produção sem combustíveis fósseis a
demanda de recursos por litro de biodiesel produzido deverá ser
60% maior do que o valor atual.
Cenário futuro - área
A Lei 11095 de 13 de janeiro de 2005 prevê uma mistura de 2%
de biodiesel no diesel (diesel B2) fornecido pelas distribuidoras a
partir de 2008 e mistura de 5% (diesel B5) a partir de 2013.
O diesel B2 pode ser traduzido com uma demanda de 777
milhões da litros de biodiesel.
Se este biodiesel for produzido a partir de óleo de soja, a
demanda de área cultivada será de mais 1,1 milhões de hectares
de soja, isto é, aumento de 5,3% na área cultivada de soja em
2006 e equivalente a 42,4% da área desmatada por ano no
Brasil.
A relação de energia bruta/liquida de 0,62 necessária para fazer
a produção de biodiesel independente de combustíveis fosseis
amplifica a demanda de terra em 60%, ou seja 2,86 milhões de
hectares que correspondem a um aumento de 13,7% na área
cultivada com soja em 2006.
Cenário futuro - água
A demanda direta de água é de 10419 kg de água
por litro de biodiesel.
Usando as mesmas suposições que para demanda
de áreas de cultivo, o diesel B2 demandará um
adicional de 6,7 bilhões de metros cúbicos de água
por ano (mais 33,6 m3 por pessoa e ano no Brasil).
No caso do diesel B5 16,8 bilhões de metros
cúbicos de água (adicional de 84 m3 por pessoa
por ano).
Cenário futuro – agro-químicos
Com o diesel B2, o cultivo de soja irá demandar 434
milhões de kg a mais de fertilizantes químicos por ano
e em 2013 com o diesel B5 serão 1085 milhões de kg
a mais de fertilizantes químicos por ano.
Alem disso, será necessário também mais 8,8 milhões
de kg de pesticidas em 2008 para o diesel B2 e em
2013 mais 22 milhões de kg de pesticidas para o
diesel B5.
Lembrando-se inda que todos estes números devem
ser acrescidos em 60% para fazer a produção
independente de combustíveis fosseis.
Cenário futuro – efluentes
A produção de um litro de biodiesel libera 1,26 litros
de efluentes líquidos, que poderiam ser traduzidos em
2 litros por litro de biodiesel liquido (produzido sem
utilização de combustíveis fósseis).
O valor médio de DBO para o efluente é de 500 mg/L.
Desta forma, cerca de 1 g de BDO devem ser
removidos por litro de biodiesel.
Com um custo energético aproximado de 3,6 MJ/kg
BDO seria gerado um custo energético de 3600 J/L,
que corresponde a cerca de 0,01% da energia bruta
do biodiesel entregue.
Aspectos econômicos
O preço médio do barril de petróleo em 2000 era de
31 USD. Atualmente é 65 USD e a previsão para 2008
é de 84 USD.
O preço atual do petróleo é 0,41 USD/L de óleo cru. O
Diesel é vendido no Brasil a 0,87 USD/L. Cerca de
70% desta valor são custos de transporte, margem de
lucro e impostos, restando 0,26 USD/kg que é o custo
de produção do diesel e pode ser comparado com o
custo do biodiesel.
O custo de produção (soma do custo de cada etapa de
processamento) para o biodiesel foi de 0,41 USD/L. A
literatura aponta 0,52 USD/L para a produção na
Europa.
Emissões de CO2
1 kg de diesel libera aproximadamente 3,18 kg de
CO2. 1 kg de biodiesel libara em seu processo de
produção cerca de 0,92 kg de CO2, ou seja, emissões
71 % menores do biodiesel em comparação com o
diesel.
O Brasil deixará de emitir em 2008 com o diesel B2
cerca de 1,34 milhões de toneladas de CO2 e 4,41
milhões de toneladas de CO2 em 2013 com o diesel
B5.
O Brasil já é o 4º maior emissor mundial de gases do
efeito estufa (IPCC) por conta do desmatamento
libera cerca de 400 milhões de toneladas de CO2 com
queimadas.
Energia e Emergia
Petrolio
equivalente
6,00E+03
Material Flow Accounting
Energia
solar equivalente
Abiotic
Water
5,00E+03
Air
kg
4,00E+03
3,00E+03
2,00E+03
1,00E+03
0,00E+00
Envir. flows
Fuels
Electricity
Machinery
Goods
Labor & Services
J
Gross Energy Requirem ent
7,00E+09
6,00E+09
5,00E+09
4,00E+09
3,00E+09
2,00E+09
1,00E+09
0,00E+00
Envir. flows
Fuels
Electricity
Machinery
Goods
Labor & Services
Machinery
Goods
Labor & Services
seJ
Em ergy Analysis
3,50E+15
3,00E+15
2,50E+15
2,00E+15
1,50E+15
1,00E+15
5,00E+14
0,00E+00
Envir. flows
Fuels
Electricity
Analise emergética
Indicador
Transformity of biodiesel
Specific emergy of biodiesel
Specific emergy of biodiesel
Emergy Yield Ratio = YT8/(M1+M2+M3+M8+S1+S2+S3+S8)
Environmental Loading Ratio =
(M1+M2+M3+M8+S1+S2+S3+S8+N1+N2+N3+N8)/(R1)
Empower Density = (YT8/area)
Investment Ratio =
(M1+M2+M3+M8+S1+S2+S3+S8)/(N1+N3+N8+R1)
EYR/ELR
Valor Unidade
4,14E+05 sej/J
1,51E+13 sej/kg
1,32E+13 sej/L
1,44
3,07
9,34E+11 sej/m2
2,25
0,47
Analise emergética
Combustível
Carvão
Gás natural
Petróleo
Diesel, gasolina
Transformidade (sej/J)
6,70E+04
8,04E+04
9,05E+04
1,11E+05
Referência
(Odum et al., 2000)
(Odum et al., 2000)
(Odum et al., 2000)
(Odum et al., 2000)
Etanol de cana de açúcar
Biodiesel de girassol
Biodiesel de soja
1,86 E+05-3,15E+05
2,31E+05
4,14E+05
(Giampietro e Ulgiati, 2005)
(Giampietro e Ulgiati, 2005)
Este trabalho
Eletricidade no Brasil
2,77E+05
(Odum, 1996)
Conclusões
 Levando em conta as avaliações econômicas, de
materiais, energéticas, emergéticas e de
emissões de CO2 deste estudo concluímos que a
produção de biodiesel ainda não é uma
alternativa viável. Esta afirmativa esta baseada
nas conseqüências da produção em larga escala.
 O preço pago pelos brasileiros são as perdas de
uma grande quantidade de nutrientes (2 milhões
de ton de N e P) e o desaparecimento da floresta
amazonica (7000 ha/dia). Fora a contribuição
para o aquecimento global.
Conclusões
Não existem evidencias de que a produção em larga
escala de biodiesel possa ser considerada uma
solução para a segurança energética do Brasil.
A poluição direta (efluentes industriais, resíduos de
pesticidas) e outros danos ambientais (erosão do
solo, destruição de florestas, redução da
biodiversidade) decorrentes da produção de biodiesel
indicam que a sua produção em larga escala exerce
uma pressão excessiva no meio ambiente.
Similarmente, a diminuição das emissões de dióxido de
carbono são inexpressivas quando comparadas com as
emissões provenientes de queimadas e da produção de
fertilizantes químicos.
Conclusões
 A substituição de 2% ou 5% de biodiesel no diesel utilizado no
pais provavelmente irá competir com a produção de alimentos e
amplificará a demanda de terra e água.
 O impacto ambiental das etapas de produção e processamento
do biodiesel assim como a disposição dos efluentes e co-produtos
gerados também é muito grande.
 O saldo de energia dos biocombustíveis é tão baixo que se uso
torna-se pouco econômico.
 Entretanto, o biodiesel pode ser uma opção para um futuro de
diminuição na disponibilidade de combustíveis fosseis, junto com
adoção da agroecologia na produção de etanol de cana de
açúcar, a produção de hidrogênio, de energia eólica, de energia
elétrica fotovoltaica e de programas de economia de energia.
Conclusões
 A viabilidade do biodiesel esta ligada a integração
da produção de biocombustíveis com a produção
de alimentos, água e serviços sócio-ambientais,
aproveitamento dos co-produtos e aumento da
reciclagem bem como da adoção das técnicas de
produção orgânica e agroecológica.
 Se essas estratégias de otimização não forem
adotadas dentro de um modelo de emissões
zero, a exploração intensiva da terra ira
provavelmente produzir mais desertificação e
aquecimento global do que energia para a
sociedade.
Obrigado!
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www.unicamp.br/fea/ortega