Energia da Cana de Açúcar no Brasil
Sustentabilidade na Geração e uso de Energia no Brasil:
os Próximos vinte anos
Academia Brasileira de Ciências / Unicamp
18 / 20 Fevereiro, 2002
Isaias C Macedo - Unicamp
Agro-Indústria da Cana no Brasil
• Produção de Cana
311 M t /ano (1998); 25% do mundo
50% para etanol (13.7 M m3)
~2.5 M ha; (0.8% da terra arável)
• O Centro - Sul produz 269 M t/ano (200 M t em S. P.)
• 324 usinas, de 0.6 a 6.0 M t cana / ano
60 mil fornecedores de cana
• Sem controles do governo (produção, preços) após 1999
• Ganhos em produtividade, eficiência de conversão e
gerenciamento:
 o menor custo de produção de açúcar, no mundo
custo do etanol inferior ao da gasolina
Ethanol (Mm3)
Sugar (M ton)
Cane
(M ton)
21
330
300
Free Prices
18
270
240
15
210
12
Lower
Demand
22% Blend
Supply
Problems
9
6
150
120
90
E-94
Ethanol car
3
180
60
Growth in
C-S Export
30
0
0
79
81
83
85
87
89
91
93
95
97
99
YEAR
Ethanol
Total Sugar
Export Sugar
Sugar Cane
Considerações sobre a sustentabilidade
Situação atual e tendências
•
•
•
•
•
•
•
•
Clima global: redução das emissões de GHG
Impactos na poluicão local: centros urbanos
Uso de fertilizantes minerais na produção agrícola
Uso de pesticidas e herbicidas
Proteção do solo
Captação e uso industrial de água
Sustentabilidade econômica: custos e competitividade
Geração de empregos (volume e qualidade)
Produção / utilização da biomassa da cana
• 1 t cana
.14 t(MS) bagaço
90% para energia na usina
.14 t(MS) palha
queimada no campo
.15 t(MS) açúcar
açúcar; etanol; outros
• Bagaço é equivalente a 11.0 M t óleo combustível
25% da palha:
3.2 M t óleo (não usada hoje)
• Auto-consumo: 12 + 16 kWh/tc  2.4 GW inst.
330 kWh/tc (e. térmica)
• Energia produzida/Energia fóssil usada: 9.2 (média)
Objetivos:
- Aumento da eficiencia no uso do bagaço
- Desenvolver colheita/utilização da palha
- Buscar produtos de fermentações do açúcar
Co-geração de excedentes em usinas de açúcar
• Brasil: 308 usinas, 300 M t cana/ano; 0.6 - 6.0 t cana/ano
Co-geração convencional (C-E, 80 bar, 4400h/ano)
Consumo nos
processos
500
340
Brasil, 80%
GW
57
69
3.0 – 3.6
88
100
4.8 – 5.4
120
130
6.6 – 7.0
kgv/t c
Co-geração, C-E
Bagaço
kWh/t c
Co-geração, C-E
Bagaço + 25% kWh/t c
Co-geração, C-E
Bagaço + 50% kWh/t c
• Ação em muitas usinas; caldeiras, turbo-geradores, etc
Uso de palha e /ou combustível suplementar
Tecnologias avançadas (BIG - GT): prazos e custos
1. Redução nas emissões de GHG
Fluxos de energia na produção/uso de cana, etanol e bagaço (MJ/t cana)*
Média
Insumo Produção
Produção de Cana **
Produção de etanol **
Uso do etanol
Uso do bagaço excedente
189.9
46.1
Totais (fluxos externos)
236.0
Produção/Insumo
*
Melhores Valores
Insumo
Produção
175.5
36.4
1 996.4
175.1
2 171.5
9.2
2 045.3
328.5
211.9
2 373.8
11.2
Uso direto de comb. e eletricidade; energia para produzir insumos, prédios,
equipamentos, etc. (1996)
** Só energia “externa”; não inclui bagaço para uso próprio.
Análise do ciclo de vida; evolução de GHG
Emissões líquidas de CO2 (equiv.) na produção/uso de cana-de-açúcar no Brasil ,
1996 (Medidas como C)
106tC (equiv.)/ano
Comb. fossil usado na agricultura
Emissões de metano na queima de cana
Emissões de N2O
Substituição de Gasolina por etanol
Substituição de óleo combustível por bagaço
(ind. química, alimentos)
+
+
+
-
1.28
0.06
0.24
9.13
Contribuição líquida (redução nas emissões, C)
- 12.74
- 5.20
Tendências da relação produção/insumo de energia
e emissões de CO2 (equiv.)
• Redução nas áreas de queima de cana
Redução de emissões da queima da palha (kg CO2/t cana)
Metano
CO
NOx
0.03 a 1.20
1.8 a 4.1
0.1 a 0.3
Uso da biomassa excedente como combustível (kg CO2/t cana)
Rota
A
Diesel na
Agricultura
+ 2.3
Subst. de
comb. fossil
- 87.5
Rota A: 50% de palha recuperada; fardos.
Diferença nas
emissões
- 85.
Total: ~25 Mt CO2/ano
2. Redução da poluição em centros urbanos
Os usos do etanol em mistura (E22) ou puro (E100) resultaram em:
• Eliminação total dos aditivos com Pb (desde 1990)
• Redução de SOX, particulados de Carbono e Sulfato
100% nos E100
~22% nos E22
• VOCs com menor toxicidade e reatividade
• Redução de CO (comparação com E0)
~70% nos antigos E100
~40% nos E22
Há estimativas do custo social evitado em cenários futuros.
(Ref. 10)
3. Uso de fertilizantes minerais
Uso de fertilizantes minerais/ha equivalente ao milho e soja
Redução (potencial e real) com reciclo eficiente de resíduos
Potencial da “agricultura de precisão” e cultivo “orgânico”
Área,
106ha
Cana (1)
Milho
Soja
(1)
4.9
13.6
11.5
Nutrientes (2)
N-P-K
1 000t
940.
1 900.
1 500.
Reciclo de vinhoto (33% da soca) e torta; (2) Médias, IAC-BTC 100/1996
Potencial de reciclagem de resíduos
Torta de filtro (1)
Vinhoto (1)
Palha (2)
Nutrientes (N - P - K)
kg/ton resíduo
2.16; 10.10; 2.79
0.11; 0.10; 2.33
0.72; 0.21; 5.17
(1) Reciclados; possível otimizar;
Disponibilidade
total (1 000t)
50.
430.
280.
(2) Total para 3.4 x 106ha sem queimar
4. Uso de herbicidas e pesticidas
• Herbicidas
Herbicidas/ha (4.5kg/ha) é menor que na soja (5.7) e
maior que para o milho (1.1)
Palha residual no solo: testes para redução de herbicidas
• Pesticidas
Cana (0.36 kg/ha); Soja (1.17); Milho (0.26)
Uso em larga escala de controle biológico (broca da cana)
Uso de pesticidas para pragas de solo e formigas
• Possibilidades
Perspectiva das variedades transgênicas e práticas de
cultivo “orgânico”
Aplicação seletiva
5. Proteção do solo e águas
•
Características positivas: crescimento rápido, ciclo de 5 cortes,
prática da rotação de culturas
• Tecnologias específicas (drenagem) para reduzir erosão
• Implementação das áreas de preservação permanente, com revegetação (em curso; deve ser promovida)
• Uso de água na indústria: promover a redução das médias de
captação de 5 m3 / t cana para ~1-2 m3 / t cana (sistemas
comerciais).
Duas linhas de cana com soja intercalar
6. Geração de empregos: volume e qualidade
•
Estimativas em 1991
(Borges, JMM - Ref 6)
800 mil empregos diretos; 250 mil indiretos (Brasil)
Nos 357 municípios com usinas, elas proviam de 15 a 28% do
total de empregos
São Paulo:
72% dos empregos diretos no setor eram na agricultura
30% especializados; 10% treinamento médio; 60% pouca
qualificação
Salário do cortador de cana:
> 86% dos trabalhadores agrícolas no país
> 46% dos trabalhadores industriais
Renda familiar média maior que 50% das familias no país
Coef. de sazonalidade: 2.2 (1980); 1.8 (1990); 1.3 (1995)
Geração de empregos: volume e qualidade (2)
•
Diferenças regionais e evolução no tempo
1997: 610 mil empregos diretos; 930 mil indiretos / induzidos
Número de empregos / unidade de produto:
NE/SP ~3 (1991); ~4 (1997)
(Guilhoto, JM - Ref 7)
Investimento / emprego
SP: US$ 23. Mil
NE: US$ 11. Mil
Média, 35 maiores setores, Brasil, 1991: US$ 45. Mil
Número de empregos / energia gerada:
Base: Petróleo (1); Carvão (4); Hídrica (3); Etanol (150)
Geração de empregos: volume e qualidade (3)
• Programas deste tipo podem ter impactos positivos e
importantes na geração de empregos; tecnologias
podem ajudar a ajustar número / qualidade de
empregos aos mercados locais.
A tendência no Brasil é para maior nível tecnológico,
menos empregos com maior qualidade.
Anos de
Escolaridade
Brasil
%
Sudeste
%
Nordeste
%
> 8
13.2
17.4
8.9
4 a 7
28.0
36.4
14.7
1 a 3
27.3
29.1
27.6
< 1
31.5
17.1
48.8
8. Competitividade: custos de produção
• Estimativas
Atualização: dados e metodologia da FGV (1997)
Custos reais para uma usina “eficiente” (1)
Produção sustentável a longo prazo
(2)

R$ 0.45/l
(US$ 0.18/l) (hidratado)
• Fonte: FIPE (Fund. Inst. Pesq. Economicas)
MB Associados
Abril, 2001
(1) 85 t cana/ha; sacarose%cana = 14.5; 85 l etanol/t cana
(2) Capital de longo prazo: 10% / ano; curto prazo, 14% / ano
Custos de Produção de Etanol
• Preços pagos ao produtor, sem taxas
12 Meses
E Hidratado, US$/l
0.22
E Anidro
0.26
(1)
24 Meses
0.18
0.22
• Custo
US$ 0.18/l
(2)
• Gasolina sem aditivos, na refinaria
US$ 25./bbl  US$ 0.21/l
(3)
• Equivalência Técnica, l gasolina / l etanol:
0.75 (hidratado); 1.0 (mistura)
(1) ESALQ, 2001, Setembro
(2) FIPE ; MB, 2001
(3) G Grassi, 2000
Possibilidades para redução de custos
• Próximos cinco anos: implementação de tecnologias
• “Co-produtos” : energia, etanol de bagaço / palha
• Perspectivas a longo prazo da biotecnologia
Implementação de tecnologias nos próximos 5 anos
% Redução
de custo
2.5
Uso maior de novas variedades
Uso de insumos especificos para o local;
(herbicidas, fertilizantes); melhores
sistemas de transporte
Melhores processos e controles agronomicos
aumentando sacarose / produtividade
Melhorias na Extração e Fermentação
Redução de insumos industriais
Gerenciamento e práticas: manutenção
Amostra: 36 usinas, 700000 ha, São Paulo
5.0
3.5
1.1
0.4
0.6
Suprimento de etanol, mercado brasileiro
• Principais variáveis externas
Preços do petróleo, mercado internacional
Política de preços de combustíveis no Brasil
Preços do açúcar no mercado internacional
influenciados pela exportação brasileira
 Necessidade de mecanismos para garantir o suprimento
de etanol em níveis definidos, consistentes com
políticas visando a participação de carros a álcool na
frota e níveis de mistura de etanol na gasolina.
Conclusões
• Na maioria dos aspectos relevantes, o nível de sustentabilidade é
muito bom e pode melhorar, com uso de tecnologias comerciais
• Resultados excepcionais são a redução de GHG decorrente da
relação output/input de energia (9.2), e a redução de poluentes em
centros urbanos
• A geração de empregos é um ponto forte, com flexibilidade para
adequar-se a diferenças regionais introduzindo gradualmente novas
tecnologias
• O programa é sustentável economicamente mesmo sem considerar
externalidades, com o etanol atingindo custos de produção
equivalentes aos da gasolina (Centro-Sul)
• Neste contexto é adequado planejar a expansão da produção,
inclusive visando novas tecnologias / mercados (aditivos para
Diesel, motores flexíveis, células de combustível, exportação).