Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia de Alimentos
Lab. de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada
UNICAMP
LEIA
Avaliação da Sustentabilidade do
Etanol Combustível
usando Análise Emergética e
Análise de Ciclo de Vida
EMBRAPA - 2008
Consuelo L. Fernandez Pereira
Enrique Ortega
Etanol
 Combustível Renovável
 Em 2005 a participação do álcool foi de
16% (MME)
 Na safra 2006/07
foram colhidas 426
milhões de toneladas de cana;
 17.7 bilhões de litros de álcool;
 80% destinado ao mercado interno
Dados: Unica, 2008
Cana no Estado de São Paulo:

É o principal produto agrícola do estado;

36% do valor da produção agrícola do
estado;

Na safra 2006/07 produziu 264 milhões
de toneladas;

3,7 milhões de hectares;
Dados: IEA, 2008
Objetivo do Trabalho
Avaliar a sustentabilidade de cadeida produtiva
agrícolas utilizando as metodologias de:
 Análise Emergética (AE)
 Avaliação de Ciclo de Vida (ACV).
Análise Emergética
• Emergia é a soma de toda a energia,
direta ou indiretamente incorporada,
tanto na forma de energia, matéria,
trabalho humano ou trabalho da
natureza, necessária para produzir um
dado bem ou serviço
• Emergia é expressa em equivalente de
Joules de energia solar (seJ)
Odum (1996)
Análise Emergética
Emergia
M
M
Y = SEF + SEN+ SER
N
SS
N
V
CR
Sol
Sol
ranj
Orange
Produtos
Lavoura
Farm
Transformidade é
a emergia por
unidade de energia,
expressa em seJ/J
Solar
Joules
Y = SJFTRF + SJNTRN+ SERTRR
Joules
Avaliação de Ciclo Vida
ACV
avalia todos os estágios do ciclo
de vida de um produto, desde a
aquisição da matéria prima até a
disposição dos resíduos, identificando,
quantificando e avaliando os impactos
ambientais acumulados ao longo do
ciclo.
Utiliza o conceito Berço ao Túmulo
ISO 14000
Indicadores da ACV
Indicador
Unidade
Entradas
Categorias de Impacto
1 – Consumo de Energia
Consumo de combustível fóssil
barril/ha e barril/kg de produto
Consumo de energia elétrica
kw/ha e kw/kg de produto
biomassa
kg/ha e kg/kg de produto
2 – Consumo de Recursos Naturais
Consumo de água
m3/ha e m3/kg de produto
Consumo de fosfato
kg/ha e kg/kg do produto
m2/kg de produto
3- Uso do Solo
Consumo de
recursos Naturais
Uso do Solo
Saídas
4 – Emissões para o Ar
Aquecimento Global
CH4
kg/ha e kg/kg de produto
CO2
kg/ha e kg/kg de produto
NOX
kg/ha e kg/kg de produto
SO2
kg/ha e kg/kg de produto
Eutrofização
5 - Emissões para Águas
NO3
kg/ha e kg/kg de produto
PO4
kg/ha e kg/kg de produto
metais pesados
g/kg de produto
6 - Resíduos Sólidos
Acidificação
kg/kg produto
Toxicidade
Emergia & ACV
ACV
s
rso s
u
i
c
Re tura
a
N
Processo
Natural
AE
M&S
Pc
Pc
Sol
Sol
M&S
Produto
ou
Serviço
Processo
Processo
R&
Em
Produto
ou
Serviço
R&
Em
R&
Em
Diagrama do Sistema Produtivo de
Álcool
Água
s
Tran
M&S
Solo
p
Água
Chuva
Materiais
Serviços
Vento
Sol
Lavoura
Transp
Cana
extração do
caldo
Caldo
Fabricação
do Álcool
ÁLCOOL
Vinhaça
Bagaço
Geração de vapor e
eletricidade
EL
Usina
Outros
subprodut
os
Dados da Cadeia avaliada
Etapa
Agrícola
Características
o
N
de cortes: 6 cortes
Produção média: 80 ton /ha
Manejo: convencional
Dados
Visita a campo
Literatura
Fertilização: tradicional e subprodutos
Colheita: manual
Transporte
da cana
Usina
de
álcool
Distância média: 40 km
Capacidade por viagem: 60 ton
Capacidade: 8100 ton /dia
Produção: 100% da cana para álcool
Assim:
 82 l de álcool/ton cana
{

270 kg bagaço/ ton cana

35 kg de torta de filtro
 10 l de vinhaça por l de álcool (ou 820 l
por ton de cana)
 450 m
3
de águas residuárias/h
Entrevistas
Fabricante
caminhões e
pneus
Visita a Usina
Fornecedores
Entrevistas
Literatura
Distribuição
Distribuição
Etapas
São Paulo
1 - Transporte até
base primária
Distância: 150 km
Caminhão tanque
Capacidade: 35 000 litros
2 - Transporte até
Posto Distribuidor
Distância: 100 km
Caminhão tanque
Capacidade: 26 000 litros
1 - Transporte até base
primária
Distância: 150 km
Caminhão tanque
Capacidade: 35 000 litros
2 - Transporte até
base secundária
Distância: 1 500 km
Rodotrem
Capacidade: 60 000 litros
Mato Grosso
Características
Fontes:
Literatura
Entrevistas
3 - Transporte até
Posto Distribuidor
Distância: 100 km
Caminhão tanque
Capacidade: 26 000 litros
ANT
Fabricantes
Resultados – Análise Emergética
M
M
4.7
S
S
1.49
20.3
14.5
0.13
M
M
R
S
1.1
S
1.3
4.8
1.1
N
4.0
Etanol
R
21.2
Canavial
Transp.
cana
Fabricação do
Álcool
Distribuição do
Álcool
SP
Distribuição em MT
Distribuição em SP
5,4%
TR
14,2%
Usina
TR
11,9%
80,4%
Canavial
Usina
13,2%
74,9%
Canavial
Contribuições por tipo de Fluxo - Álcool
Combustível Posto Distribuidor - SP
(1x1010 seJ/l de álcool)
S
M
N
R
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Canavial
Transporte
Usina
Totais
Transformidade dos Pordutos da Cadeia
produtiva do Álcool
Renovabilidade
%R
(1x104seJ/J)
%R*
45%
6,0
40%
5,0
35%
30%
4,0
25%
3,0
20%
2,0
15%
10%
1,0
5%
0,0
0%
Cana
Usina
PD SP
PD MT
Cana
EYR dos Pordutos da Cadeia produtiva do Álcool
Usina
PD SP
PD MT
ELR - Taxa de Carga Ambiental
3,0
1,80
ELR
ELR*
2,5
1,70
2,0
1,60
1,5
1,50
1,0
1,40
0,5
1,30
0,0
Cana
Usina
PD SP
PD MT
Cana
Usina
PD SP
PD MT
SI-Índice de Sustentabilidade
1,50
SI
SI*
1,20
0,90
0,60
0,30
0,00
Cana
Usina
PD SP
PD MT
EER- Razão de Intercâmbio de
Emergia
1,50
1,20
0,90
0,60
0,30
0,00
Cana
Usina
PD SP
PD MT
Resultados – Inventário de ACV
Indicadores de consumos
Etanol Etanol Etanol
Usina
SP
MT
Unidade
Perda de solo por erosão
1,81
1,81
1,81
kg/UF
Uso da terra
1,52
1,52
1,52
m2/UF
Consumo de água
18,4
18,4
18,4
l/UF
Consumo direto de combustível
0,03
0,04
0,06
l/UF
Equivalente de óleo combustível
0,07
0,08
0,13
kg óleo/UF
Demanda Energética
2,77
3,42
5,56
MJ/UF
Mão de Obra
0,0187
0,0192
0,020
h/UF
Unidade Funcional (UF): 1 litro de etanol
Resultados – Inventário de ACV
Indicadores de consumos
Etanol Etanol Etanol
Usina
SP
MT
Unidade
Perda de solo por erosão
1,81
1,81
1,81
kg/UF
Uso da terra
1,52
1,52
1,52
m2/UF
Consumo de água
18,4
18,4
18,4
l/UF
Consumo direto de combustível
0,03
0,04
0,06
l/UF
Equivalente de óleo combustível
0,07
0,08
0,13
kg óleo/UF
Demanda Energética
2,77
3,42
5,56
MJ/UF
Mão de Obra
0,0187
0,0192
0,020
h/UF
Unidade Funcional (UF): 1 litro de etanol
Resultados – Inventário de ACV
Indicadores de consumos
Etanol Etanol Etanol
Usina
SP
MT
Unidade
Perda de solo por erosão
1,81
1,81
1,81
kg/UF
Uso da terra
1,52
1,52
1,52
m2/UF
Consumo de água
18,4
18,4
18,4
l/UF
Consumo direto de combustível
0,03
0,04
0,06
l/UF
Equivalente de óleo combustível 0,07
0,08
0,13
kg óleo/UF
Demanda Energética
2,77
3,42
5,56
MJ/UF
Mão de Obra
0,0187
0,0192
0,020
h/UF
Unidade Funcional (UF): 1 litro de etanol
Relação Energia Fornecida/Consumida
Matéria Prima
E. Fornecida/
E.
Consumida
Fonte
Cana-de-açúcar
8,2
Presente estudo
Cana-de-açúcar
8,3
Lamonica, 2005
Cana-de-açúcar
9,2
Macedo, 1998
Cana-de-açúcar
9,9
Macedo, 2007
Cana-de-açúcar
3,38
Bastianoni e Marchettini, 1996
Milho (Itália)
1,36
Ulgiati, 2001
Milho (USA)
1,11
Shapouri et al., 2002
Milho (USA)
0,78
Pimentel e Patzek, 2005
Trigo (França)
1,92
Malça e Freire, 2006
Beterraba (França)
1,60
Malça e Freire, 2006
Beterraba (Alemanha)
3,0
Macedo, 2007
Trigo (Europa)
3,0
Macedo, 2007
Celulose (USA)
0,63
Pimentel e Patzek, 2005
Resultados – Inventário de ACV
Indicadores de consumos
Etanol Etanol Etanol
Usina
SP
MT
Unidade
Perda de solo por erosão
1,81
1,81
1,81
kg/UF
Uso da terra
1,52
1,52
1,52
m2/UF
Consumo de água
18,4
18,4
18,4
l/UF
Consumo direto de combustível
0,03
0,04
0,06
l/UF
Equivalente de óleo combustível 0,07
0,08
0,13
kg óleo/UF
Demanda Energética
2,77
3,42
5,56
MJ/UF
Mão de Obra
0,0187
0,0192
0,020
h/UF
Unidade Funcional (UF): 1 litro de etanol
Ciclo do Carbono
Biocombustíveis
Ciclo Fechado
Combustíveis Fósseis
Ciclo Aberto
Carbono
Atmosférico
Carbono Atmosférico
Produção
Agrícola
CO2
Reservas
CO2
Produção
Industrial
Extração e
Processamento
Queima
Combustível
Queima
Combustível
Biocombustível
Ciclo Curto e Fechado
Carbono
Atmosférico
Produção
Agrícola
CO2
Absorção
CO2
CO2
(Fotossíntese)
CO2
CO2
CO2
Solo
C
O
M
B
U
S
T
Í
V
E
L
Emissão
Transporte da
Cana
=
(Queima colheita,
queima do bagaço,
Processamento
industrial
fermentação,
F
Ó
queima Sdo combustível)
Disitribuição
Queima do
combustível
S
I
L
Emissões de CO2
Absorção (Fotossíntese) = Emissão (queima, fermentação e motor)
Etapa
Agrícola
Uso direto de Combustível
Oxidação do solo
Materiais
Total Agrícola
Transporte
Uso de Combustíveis
Materiais
Kg de CO2 / l
etanol
% do Total
0.06
0.07
0.09
0.22
22
23
35
80
0.02
0.03
7
10
Industrial
Materiais
0.01
3
Total
0.28
Resultados – Emissões equivalentes
Etapa
Canavial
Total - Lavoura
Transporte
Industrial
Total
Use
Uso direto
Perda de solo
N2O
CH4
Materiais
Uso direto
Materiais
Materiais
kg of CO2 eq/
l of ethanol
0.06
0.07
0.42
0.02
0.09
0.66
0.02
0.03
0.01
0.72
g CO2 eq/MJ
%
2.65
3.09
18.58
0.88
3.98
29.18
0.88
1.24
0.37
31.67
8.4
9.8
58.7
2.8
12.6
92.1
2.8
3.9
1,2
100
Diagrama do Sistema Produtivo de Álcool com RESERVA
LEGAL
M&S
H2O
M&S
H2O
M&S
H2O
Solo
Chuva
Reserva
Legal
M&S
Transp
Vento
Sol
Canavial
Cana-de-açúcar
Transp
Unidade
Agrícola
Extração
Caldo
Fabricação
Etanol
Etanol
Vinhaça
Bagaço
Geração de energia
elétrica e vapor
Usina
Destilaria
Sistema
Integrado
Energia
Elétrica
Subprodutos
Reserva Legal
Fluxos Emergéticos - Etanol
(1x10
14
seJ/ha.ano)
80
SEM RL
COM RL
60
40
20
0
Renováveis
Não Renováveis
Materiais
Serviços
Totais
Variação na Transformidade
(1x104 seJ/J)
6,0
SEM RL
COM RL
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
Cana
Usina
Distr SP
Renovabilidade
Sem RL
Distr MT
Renovabilidade Modificada
Sem RL
Com RL
50%
50%
40%
40%
30%
30%
20%
20%
10%
10%
0%
Com RL
0%
Cana
Etanol
Cana
Etanol
Índices Emergéticos - Etanol
com e sem Reserva Legal
2,50
Sem RL
Com RL
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
EYR
ELR
ELR*
EIR
SI
SI*
EER
Conclusões

A etapa agrícola é aquela de maior peso e,
portanto, seu desempenho é fundamental para
o desempenho da cadeia como um todo.

Este resultado é confirmado pela inclusão da
reserva legal nos cálculos.

A etapa de distribuição pode alterar os
indicadores de desempenho do sistema.

Quando a distância entre a usina produtora e o
posto de distribuição aumenta, os índices
ambientais apresentam valores piores.
Conclusões
Na avaliação de sustentabilidade de
biocombustíveis deve-se avaliar:
 redução na dependência em
combustível fóssil;
 redução das emissões de gases de
efeito estufa;
 redução dos impactos ambientais.
Dependência em combustível fóssil
Avaliada por:
 Consumo total da cadeia
 Eficiência energética - sistemas mais eficientes
disponibilizam maior volume de energia por
unidade de energia fóssil consumida.

Dentre os biocombustíveis, o etanol de cana-de-açúcar
apresenta menor consumo e melhor rendimento
energético.
 Entretanto, a cadeia produtiva é dependente em
combustíveis fósseis.
Redução das emissões
 Todo CO2 absorvido na etapa agrícola, é emitido à
atmosfera durante os próximos ciclos.
 Ao longo do ciclo produtivo há queima de combustíveis
fósseis, tanto direta como indiretamente, e, portanto, há
emissão de CO2
 Quando comparados a outros combustíveis a cadeia
produtiva do etanol emite volumes menores de CO2.
Redução das emissões – Cont.

Porém, sua produção e seu uso não podem ser
considerados como mitigadores de emissões,
uma vez que emitem CO2 para a atmosfera.

A inclusão de área de conservação de vegetação
pode compensar as emissões do sistema produtivo.
Impactos ambientais


À cadeia produtiva do etanol estão associados :

consumos significativos de recursos naturais

emissões de gases de efeito estufa

impactos ambientais a nível local, regional e
global.
O modelo atual de produção de etanol de cana-deaçúcar tem baixa renovabilidade, 35%.
Conclusão
Etanol
apesar de seu desempenho ser melhor do
que outros biocombustíveis, não é
sustentável a longo prazo, pois é uma
cadeia dependente de combustíveis
fósseis e causa vários impactos
ambientais.
Conclusões do Estudo
A adoção do conceito de AVC associado à AE é uma
ferramenta poderosa na avaliação da sustentabilidade
de produtos agroindustriais, pois permite:

a avaliação da cadeia como um sistema único
e de cada uma das etapas individualmente;

a identificação dos recursos, renováveis ou
não, consumidos mais intensamente por cada
uma das etapas e pela cadeia completa;
Conclusões do Estudo – Cont.
 a identificação das etapas críticas das
cadeias produtiva;
 contabilizar tanto os recursos
provenientes da economia, com custo
financeiro, como aqueles da natureza,
sem custo;
 Identificação das diferenças entre
modelos produtivos e de distribuição.
Conclusões do Estudo – Cont.
Os resultados oferecem informações importantes
que podem ser utilizadas para:

o desenho de modelos produtivos mais
sustentáveis;

para sustentar políticas públicas e
programas de desenvolvimento
sustentável.

por sistemas de certificação com o objetivo
de avaliar o desempenho ambiental dos
produtos certificados.
Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia de Alimentos
UNICAMP
Lab. de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada
Obrigada!
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