Aula Bioetanol - 10-05-2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

PRODUO DE BIOETANOL

lvaro Daniel Teles Pinheiro

Abril de 2010

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PRODUO DE BIOETANOL1. Introduo; 2. Bioenergia e biocombustveis; 3. Etanol como combustvel veicular; 4. Produo de bioetanol;

5. Co-produtos do bioetanol de cana-de-acar;6. Novas tecnologias para a produo de etanol; 7. Bioetanol no Brasil;

8. Sustentabilidade do bioetanol da cana-de-acar;9. Perspectivas para o mercado mundial de biocombustveis; 10. Uma viso de futuro para o bioetanol combustvel.2

PRODUO DE BIOETANOL1. Introduo;55 % do consumo mundial de energia

Por motivos econmicos, geopolticos e ambientais, as atenes do mundo se voltam para fontes alternativas de energia, em especial para o etanol.

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PRODUO DE BIOETANOL1. Introduo;O bioetanol surge como substituto natural da gasolina. No Brasil, o etanol produzido da cana-de-acar substitui, atualmente, metade da gasolina que seria consumida. Embora sua produo no seja subsidiada, seu custo competitivo. O sucesso dos carros bicombustveis no Brasil, que utilizam lcool e gasolina, elevou a produo de cana-de-acar e consequentemente a produo de etanol.Tabela 1. Evoluo da produo de cana-de-acar e produo de bioetanol

Produo 1975/1976

Cana-de-acar 88,92 Milhes de ton

Etanol 0,6 milho m3

2007/2008 489,18 Milhes de ton 22,24 milhes m3

PRODUO DE BIOETANOL1. Introduo;Atualmente, h no Brasil mais de 330 usinas, com capacidade entre 600 mil e 7 milhes de toneladas de cana processada por ano. As dez maiores respondem por 15% do total da matria-prima processada, enquanto as 182 menores processam metade da cana, sinalizando baixa concentrao econmica.Com referncia sustentabilidade econmica, o bioetanol de cana-deacar mostra-se competitivo frente aos combustveis convencionais em termos de preos internacionais ao produtor nos mercados livres, bem como nos preos finais para o consumidor, nas condies praticadas no Brasil.

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PRODUO DE BIOETANOL1. Introduo;O custo final do bioetanol de cana-de-acar situa-se entre US$ 0,35 e US$ 0,40 por litro de bioetanol, significativamente inferior aos valores correspondentes ao petrleo entre US$ 50 e US$ 57 o barril equivalente.

A continuidade do crescimento da produtividade agrcola e industrial tende a estabilizar ou mesmo reduzir os custos de produo do bioetanol de cana-de-acar em termos relativos.

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PRODUO DE BIOETANOL2. Bioenergia e biocombustveisA energia qumica a forma de energia fornecida mediante reaes qumicas, em que acontece uma mudana de composio, por meio da qual reagentes se convertem em produtos, geralmente com liberao de calor Um caso particular de energia qumica a bioenergia, que pode ser definida como: Energia renovvel obtida pela transformao qumica da biomassa. Energia associada a formas de energia qumica acumulada mediante processos fotossintticos recentes. No contexto energtico, o termo biomassa refere-se ao material biolgico proveniente de seres vivos que pode ser convertido em energia.

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PRODUO DE BIOETANOL2. Bioenergia e biocombustveisOs biocombustveis foram usados nos primrdios da indstria automobilstica: no desenvolvimento do seu motor, Rudolf Diesel empregou leo de amendoim, e Henry Ford foi um dos maiores defensores do etanol.

Figura 1. Henry Ford dirigindo um veculo a etanol em 1896 .

Esses dois produtos foram substitudos, respectivamente, pela gasolina e pelo leo diesel medida que os combustveis derivados de petrleo passaram a ser abundantes e baratos.8

PRODUO DE BIOETANOL2. Bioenergia e biocombustveisA produo de biomassa, como resultado da reao de fotossntese, depende essencialmente da energia solar e da presena de gua e dixido de carbono (CO2). 6 H2O + 6 CO2luz solar

C6H12O6 + 6O2

A formao de 1 kg de acar corresponde fixao de cerca de 17,6 MJ de energia solar, cerca de meio litro de gasolina. A bioenergia acumulada em diferentes partes das plantas, geralmente como acares, amido ou celulose.Figura 2. Fotossntese. 9

PRODUO DE BIOETANOL2. Bioenergia e biocombustveisEm termos mundiais, a bioenergia significa atualmente cerca de 10% da oferta energtica mundial.

Figura 3. Oferta energtica mundial Fonte: IEA Balances,2005.

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PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularO etanol, ou lcool etlico, uma substancia com frmula molecular C2H6O, que pode ser utilizada como combustvel em motores de combusto interna com ignio por centelha (ciclo Otto) de duas maneiras: 1) Em misturas de gasolina e etanol anidro (com at 0,6% de gua), podendo ser utilizado sem grandes mudanas nos motores; 2) Como etanol puro, geralmente hidratado, impondo certas alteraes nos motores. As modificaes nos motores decorrem principalmente das diferenas na quantidade de ar requerida para a combusto (relao ar/combustvel) e na agressividade qumica do etanol.

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PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularA tabela 2 sintetiza as principais caractersticas do etanol e de uma gasolina tpica.Tabela 2. Propriedades do etanol e da gasolina.

Fonte: API (1998) e Goldemberg e Macedo (1994).

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PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularBRASIL Nos postos brasileiros, os combustveis lquidos para veculos leve sempre contm bioetanol: Gasolina regular = 20 a 25% de etanol anidro. Gasolina premium = 20 a 25% de etanol anidro. OUTROS PASES Em outros pases o bioetanol tem sido adotado em misturas com gasolina em teores de at 10%, nvel aceito sem problemas pela grande maioria dos fabricantes de veculos.

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PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularOs veculos flexveis (flexfuel),lanados no Brasil em 2003 e desde ento um grande sucesso junto aos consumidores (> 90% das vendas em 2008), so capazes de utilizar com bom desempenho qualquer mistura de gasolina com etanol anidro e etanol hidratado, sem risco de separao de fase.Figura 4. Solubilidade da gua em misturas gasolina/etanol. Fonte: CTC (1998).

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PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularA mistura de etanol na gasolina altera diversas propriedades de interesse no desempenho dos motores. A adio de etanol: Melhora a octanagem; Aumenta a volatilidade e presso de vapor, devendo ser corrigida na gasolina base; Apresenta bom desempenho: - Em teores de at 10%, praticamente no afeta o consumo dos veculos; - Em teores de 25% de etanol, se observa um aumento no consumo da ordem de 3 a 5% sobre a gasolina pura. Reduz os riscos da separao de fases.

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PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularA presena do etanol ajuda a reduzir as emisses poluentes dos motores a gasolina.

Figura 5. Evoluo das emisses de veculos no Brasil. Fonte: Elaborado com base no IBAMA (2006). 16

PRODUO DE BIOETANOL3. Etanol como combustvel veicularAlm dos motores em veculos leves, existem tecnologias para uso de etanol hidratado em avies com motores a pisto e em motores diesel.

Figura 6. nibus com motor Diesel a bioetanol e hidratado avio agrcola com motor a bioetanol hidratado

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanolOs biocombustveis pode ser produzidos por distintas rotas tecnolgicas e empregando diferentes matrias-primas vegetais, com diferentes vantagens e limitaes. Entre esses portadores de energia solar, o bioetanol se destaca, claramente, por ser a alternativa com maior maturidade e por sua efetiva insero nas matrizes energticas de diversos pases. Em 2006, o bioetanol representou uma oferta energtica igual a cerca de 3% da demanda mundial de gasolina e mais de dez vezes superior produo de biodiesel no mesmo perodo [EIA 2008]. Aqui apresentaremos a tecnologia para produo de bioetanol, em particular considerando a cana-de-acar e o milho.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanolEntre os biocombustveis lquidos, destacamos o etanol e o biodiesel nas configuraes mostradas na Tabela 6. Mediante rotas biolgicas, o bioetanol pode ser produzido com base em qualquer biomassa que contenha quantidades significativas de amido ou acares. Tabela 2. Quadro geral dos biocombustveis.

Fonte: Elaborado com base no IBAMA (2006).

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanolPara produzir solues fermentveis, dependendo da matria prima, podem ser adotados diferentes processos.

Figura 7. Rotas tecnolgicas para a produo de etanol.24

PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.1. Bioetanol da cana-de-acarA cultura da cana-de-acar ocupa atualmente mais de 20 milhes de hectares em todo o mundo, com uma produo de 1,3 bilhes de toneladas na safra de 2006/2007. Praticamente todos os pases tropicais produzem cana-de-acar. Em termos energticos, uma tonelada de cana equivale a cerca de 1,2 barris de petrleo,com 1/3 correspondendo ao acar e 2/3 fibra ligno-celulsica.

Figura 8. Estrutura tpica da biomassa da cana. Fonte: SEABRA (2008).

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.1. Bioetanol da cana-de-acarA colheita da cana deve ocorrer durante a estao seca, quando so possveis as operaes de corte e transporte e a cana est em seu melhor ponto de maturao.

O sistema tradicional de colheita, utilizado ainda em 70% das reas cultivadas com canade-acar no Brasil, envolve a queima prvia do canavial e o corte manual da cana inteira.Esse modelo vem sendo substitudo pela colheita mecanizada da cana crua (sem queima), por conta das restries ambientais prtica da queima.

Figura 9. Colheita da cana: (a) Manual com queima e (b) mecanizada. Fonte:SEABRA 2008.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.1. Bioetanol da cana-de-acarA fabricao do bioetanol pode ser efetuada a partir da fermentao do caldo da cana ou dos mis residuais (melao) disponveis na fabricao de acar.

Figura 10. Diagrama de fluxo da produo de acar e bioetanol de cana. Fonte:SEABRA 2008.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.1. Bioetanol da cana-de-acarNo Brasil, so produzidos 86 litros de bioetanol por tonelada de cana, sendo disponibilizados ainda co-produtos com valor fertilizante, como a vinhaa, a torta de filtro e as cinzas das caldeiras e com valor energtico, como o bagao e os resduos ligno-celulsicos da cultura da cana-de-acar. A integrao dos processos industriais de produo de bioetanol e acar permite reduzir custos e economizar energia.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.2. Bioetanol do milhoOriginrio do Mxico,o milho cultivado atualmente em todos os continentes e ocupa cerca de 147 milhes de hectares, nos quais foram produzidos 725 milhes de tonelada em 2004.

Na colheita mecnica, a espiga separada do colmo e os gros so extrados da espiga, deixando a palha e o sabugo j no campo.

Figura 11. Estrutura tpica da biomassa do milho. Fonte:SEABRA 2008.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.2. Bioetanol do milhoA converso do amido dos gros de milho em etanol efetuada segundo dois processos: via seca e via mida. No processo mido, as diferentes fraes do gro do milho so separadas com recuperao de diversos produtos, como protenas, nutrientes, gs carbnico, amido e leo de milho. O bioetanol produzido com rendimentos ao redor de 440 litros de bioetanol por tonelada de milho seco.Figura 12. Processo via mida para produo de bioetanol do milho. 30 Fonte:Wynam 1996.

PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.2. Bioetanol do milhoPela via seca, processo mais empregado na atualidade, o nico co-produto do bioetanol um suplemento protico para alimentao animal.

Tipicamente so obtidos cerca de 460 litros de bioetanol anidro e 380 Kg do suplemento protico por tonelada de milho seco.

Figura 13. Processo via seca para produo de bioetanol do milho. Fonte:Wynam 1996.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.3. Bioetanol de outras matrias primasQualquer matria-prima com suficiente teor de acar ou amido pode ser convertida em bioetanol.No caso de cultivos como mandioca e trigo, cujo contedo energtico est na forma de amido, os processos so similares ao visto para o milho. Para cultivos com produo de acar, como beterraba, os processos so anlogos ao mostrado para a cana.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.4. Produtividade,emisses e balano energticoO principal objetivo do uso do bioetanol como combustvel a substituio de derivados de petrleo, visando diminuir a dependncia por tais recursos fsseis e mitigar as emisses de gases de efeito estufa (GEE). Assim, os benefcios de um biocombustvel dependem essencialmente da maneira pela qual ele produzido. Para a produo e processamento da matriaprima, consome-se energia fssil, como consequncia a emisso de GEE.Figura 14. Diagrama do ciclo de vida de um biocombustvel. Fonte: SEABRA 2008.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.4. Produtividade,emisses e balano energticoAbaixo,temos uma tabela com a sntese dos resultados do balano energtico e da reduo de emisses de GEE na produo de bioetanol.Tabela 3. Comparao das diferentes matrias-primas para a produo de bioetanol.

Fonte: Elaborado com base em Dai et al. (2006), EBAMM (2005), IEA (2004), Macedo et al. (2007) e Nguyen et al. (2007). *Estimativa terica, processo em desenvolvimento.

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PRODUO DE BIOETANOL4. Produo de bioetanol4.4. Produtividade,emisses e balano energticoA reduo das emisses de gases de efeito estufa um dos efeitos positivos mais importantes associados ao bioetanol de cana-de-acar. Para cada 100 milhes de toneladas de cana destinadas a fins energticos, pode ser evitada a emisso de 12,6 milhes de toneladas de CO2 equivalente, considerando bioetanol,bagao e o excedente adicional de energia eltrica fornecida rede.

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.Alm do bioetanol, a agroindstria de cana-de-acar produz uma gama crescente de outros produtos de uso final e matrias-primas intermedirias, que permitem obter sinergias interessantes e agregar valor ao processo como um todo. Entre esses produtos, destacam-se o acar e a energia eltrica, cuja produo est sendo incrementada visando gerao de excedentes para a rede pblica, com crescente importncia no resultado econmico da agroindstria e na oferta global de eletricidade em muitos pases, como o Brasil. Neste tpico, iremos comentar os produtos da cana que j apresentam mercado e tecnologia desenvolvida.

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.1. Acar.Componente bsico da dieta humana moderna, o acar constitudo, essencialmente, de sacarose e foi introduzido no mundo ocidental pelos rabes durante a Idade Mdia, como especiaria de alto valor. O acar de cana comeou a ser produzido por Portugal transformou-se, de produto de uso restrito ao consumo das elites, em mercadoria de largo emprego em todo o mundo. O acar foi importantssimo para a formao da economia brasileira, ajudou a moldar a sociedade e a personalidade da gente brasileira.

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.1. Acar.Atualmente, mais de 130 pases produzem acar, cuja produo mundial na safra 2006/2007 atingiu 164,5 milhes de toneladas. Cerca de 78% do total foi produzido de cana-de-acar e o restante utilizando a beterraba aucareira.Tabela 4. Principais pases produtores e exportadores de acar para a safra 2006/2007.

Fonte: ILLovo (2008).

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.1. Acar.Alm do acar cristal e do acar refinado, tm surgido no mbito da indstria canavieira produtos adoantes diferenciados, com melhores preos para o produtor, e que atingem segmentos especficos do mercado consumidor. Esse o caso do acar orgnico, produzido sem agroqumicos ou aditivos artificiais, e dos acares mesclados com adoantes de baixas calorias, como o aspartame ou a sucralose, produzida com base na prpria sacarose da cana-de-acar. O Brasil logrou tornando-se o maior produtor de acar e com o menor custo exatamente porque associou sua produo ao bioetanol.

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.2. Bioeletricidade.No processamento industrial da cana, so necessrios trs tipos de energia: 1) Energia trmica para processos de aquecimento e concentrao 2) Energia mecnica nas moendas e demais sistemas de acionamento direto 3) Energia eltrica para acionamento diversos, bombeamento, sistemas de controle e iluminao,etc.

Para atender a essa demanda energtica, desenvolve-se, nas usinas de acar e bioetanol, a produo simultnea dessas diferentes formas de energia com base em um nico combustvel,o bagao da cana.

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.2. Bioeletricidade.Tal tecnologia denominada co-gerao e representa um diferencial importante da cana em relao s outras matrias-primas usadas para a fabricao de acar ou bioetanol, que necessitam de aporte energtico externo para o processo industrial.

Figura 15. Gerao de energia eltrica com bagao. Fonte: NICA (2006).

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PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.2. Bioeletricidade.Em sntese, utilizando o calor liberado pela combusto do bagao nas caldeiras, produz-se vapor de alta presso, utilizado em turbinas a vapor para gerao eltrica e acionamentos mecnicos, cujo vapor de escape, a baixa presso, atende aos usos trmicos.

Crescentemente se incorpora ao bagao parte dos resduos de colheita, a palha da cana.

Figura 16. Configurao usual do sistema de co-gerao na agroindstria canavieira 42 Fonte: Seabra (2008).

PRODUO DE BIOETANOL5. Co-produtos do bioetanol da cana.5.3. Outros co-produtos.Como outros co-produtos tradicionais da cana, poderiam ser citados melao, aguardente, bagao, levedura, torta de filtro Tabela 5. Novos produtos da agroindstria da e vinhaa, enquanto a lista de novos produtos , cana-de-acar. numerosa e variada, inclui desde realadores de sabor para a indstria de alimentos at plstico para embalagens.

43 Fonte: Modificado de IEL/Sebrae (2005).

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PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.

A seguir, apresentam-se as tecnologias inovadoras para a utilizao da cana, envolvendo a produo de bioetanol e considerando processos voltados para a valorizao dos materiais lignocelulsicos, mediante sua hidrlise ou gaseificao, e a produo de plsticos biodegradveis.

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PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.A possibilidade de obter etanol mediante a hidrlise de materiais lignocelulsicos, com a fermentao do hidrolisado e posterior destilao, tem motivado intensas pesquisas em todo o mundo. Os principais programas de pesquisa e desenvolvimento so conduzidos nos Estados Unidos e na Europa, basicamente em escalas experimentais de produo, mas seu sucesso poderia transformar o bioetanol em um biocombustvel passvel de ser produzido em quase todas as regies do mundo, aproveitando a alta disponibilidade de resduos orgnicos de diversas fontes [Macedo (2005b)]. A preparao adequada da biomassa para melhorar o desempenho dos tratamentos qumicos ou biolgicos posteriores muito importante.

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PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.A biomassa lignocelulsica composta por polissacardeos (celulose e hemicelulose) e pela lignina, polmero complexo de grupos metoxi e fenilpropnicos, que mantm as clulas unidas.

Tabela 6. Componentes da biomassa lignocelulsica.

Fonte: Modificado de IEL/Sebrae (2005). 47

PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.As tecnologias para a obteno de bioetanol com base em materiais lignocelulsicos envolvem a hidrlise dos polissacardeos da biomassa em acares fermentescveis e sua posterior fermentao para a produo do bioetanol.

Figura 17. Esquema do processo de produo de bioetanol a partir da hidrlise da biomassa. Fonte: Seabra (2008). 48

PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.A primeira etapa do processo consiste no pr-tratamento mecnico da matria-prima, que visa a limpeza e a quebra do material, a fim de causar a destruio da sua estrutura celular e torn-la mais acessvel aos tratamentos qumicos ou biolgicos posteriores. A etapa seguinte consiste na remoo da lignina e na hidrlise da hemicelulose, que tambm pode ser denominada pr-tratamento. Para essa etapa, existem diversos tipos de processos, com diferentes rendimentos e efeitos distintos sobre a biomassa e conseqente impacto nas etapas subseqentes.

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PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.Na Tabela 7 so apresentados os mtodos mais utilizados para a remoo da lignina e hidrlise da hemicelulose.Tabela 7. Processo para pr-tratamento da biomassa para hidrlise

50 Fonte: Elaborado com base em Hamelinck et al. (2005).

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PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.Na etapa de hidrlise propriamente dita, a celulose convertida em glicose, segundo a seguinte reao, que pode ser catalisada por cido diludo, cido concentrado ou enzimas (celulase):n C6H10O5 + n H2O n C6H12O6

A hidrlise cida (tanto concentrada quanto diluda) ocorre em dois estgios para aproveitar as diferenas entre a hemicelulose e a celulose. O primeiro envolve a hidrlise da hemicelulose, conduzida conforme as condies do pr-tratamento discutidas anteriormente. No segundo estgio, temperaturas mais altas so aplicadas, buscando otimizar a hidrlise da frao celulsica [Dipardo (2000)].52

PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.O processo com cido diludo utiliza altas temperaturas e presses, com tempos de reao de segundos a alguns minutos, o que facilita o uso de processos contnuos. J os processos com cido concentrado so conduzidos em condies mais brandas, mas com tempos de reao tipicamente mais longos [Graf e Koehler (2000)]. A Tabela 8 apresenta uma comparao entre os diferentes processos de hidrlise.Tabela 8. Comparao das diferentes opes para a hidrlise da celulose.

Fonte: Elaborado com base em Hamelinck et al. (2005). 53

PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.No processo enzimtico, a hidrlise catalisada por enzimas chamadas genericamente de celulases. Assim como nos processos cidos, existe a necessidade de um pr-tratamento para expor a celulose ao ataque das enzimas.

Empregando um processo com cido diludo, uma planta piloto em operao no Brasil produz 218 litros de bioetanol por tonelada de bagao seco. Futuramente, espera-se atingir nveis prximos de 360 litros por tonelada de bagao, na medida em que as fraes de pentose venham a ser utilizada [Rossell e Olivrio (2004)].

Figura 18. Planta piloto da Dedini para a produo de bioetanol Fonte: Seabra (2008). 54

PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.ATUALMENTE;- Petrobras = instala no Cenpes, seu Centro de Pesquisas no Rio de Janeiro, um reator para hidrlise enzimtica.

- Ministrio de Cincia e Tecnologia = Instala plataforma para hidrlise enzimtica de bagao de cana em escala-piloto em Campinas (SP).Essa plataforma d seqncia a um projeto em escala de laboratrio, envolvendo 20 unidades de pesquisa no Brasil com parcerias no exterior e uma centena de pesquisadores de universidades e centros de pesquisa brasileiros.55

PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.1. Hidrlise de resduos lignocelulsicos.De forma geral, pode-se dizer que muito j foi alcanado no desenvolvimento da tecnologia de hidrlise, mas ainda restam importantes desafios a serem enfrentados para a efetiva implementao de unidades comerciais e competitivas por meio desse processo. Apesar de no haver consenso sobre qual seria a melhor opo tecnolgica para a produo do bioetanol por essas rotas inovadoras, ao redor do mundo os pesquisadores clamam pela construo das primeiras plantas comerciais [Lynd et al. (2005), Zacchi (2007) e Wyman (2007)].

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PRODUO DE BIOETANOL6. Novas tecnologias para a produo de etanol.6.2. Outras utilizaes.Gaseificao da biomassa para produo de combustveis e eletricidade - A partir do gs de biomassa podem ser sintetizados diversos biocombustveis, denominados lquidos Fischer-Tropsch (gasolina FT e diesel FT), hidrognio, metanol, etanol, dimetil ter,... Insumo petroqumico ou alcoolqumica Produo de plsticos biodegradveis - Exemplo de bioplsticos: PHB (poliidroxibutirato), PHA (poliidroxialcanoato)

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PRODUO DE BIOETANOL7. Bioetanol no Brasil.Desde o comeo do sculo XX o uso do bioetanol em motores tem sido promovido no Brasil, visando reduzir a dependncia do combustvel importado e ampliar o mercado da agroindstria canavieira.Essa fase inicial, que contou com a contribuio de vrios tcnicos pioneiros, permitiu viabilizar a introduo compulsria de bioetanol em 1931. Desde ento, toda gasolina consumida nos veculos brasileiros contm esse biocombustvel.

Figura 19. Veculo ford adaptado para uso de bioetanol puro. Fonte: Seabra (2008).

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PRODUO DE BIOETANOL7. Bioetanol no Brasil.Reforando a experincia das dcadas anteriores e procurando reduzir a dependncia do combustvel importado, cujo impacto se agravou com os choques do petrleo, em 1975, o governo brasileiro lanou o Programa Nacional do lcool, Prolcool, visando ampliar o teor de bioetanol na gasolina e, eventualmente, utilizar bioetanol puro. Foram estabelecidas metas de produo, criando mecanismos de financiamento aos produtores e implementados rgos de acompanhamento e gesto.Entre 1975 e 1979, a produo de bioetanol (anidro e hidratado) passou de 580 mil m3 para 3.676 mil m3, superando em 15% a meta estabelecida para aquele ano. Com o recrudescimento da crise do petrleo, em 1979, quando seus preos sofreram nova elevao, o Prolcool foi intensificado, estimulando-se o uso de bioetanol hidratado em motores adaptados ou especificamente produzidos para o emprego desse biocombustvel.59

PRODUO DE BIOETANOL7. Bioetanol no Brasil.Durante 1985, ocorreu uma reviravolta no cenrio, com o incio da reduo dos preos do petrleo e a recuperao dos preos do acar, o governo reduziu o suporte ao bioetanol desmotivando a produo de bioetanol e engendrando um quadro de dificuldades que encerrou a fase de expanso do Prolcool. A demanda de bioetanol se manteve relativamente estvel, pois, embora a frota de veculos a bioetanol hidratado tenha se reduzido progressivamente, o consumo de bioetanol anidro, misturado em teores de 25% na gasolina, se manteve ascendente. Durante os anos 90, o marco institucional referente ao bioetanol foi redesenhado, considerando a abertura dos mercados de combustveis e a reduo da interveno governamental.

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PRODUO DE BIOETANOL7. Bioetanol no Brasil.Desde 2003, com o advento dos carros flex-fuel e seu grande sucesso nos anos seguintes, somado maior valorizao das vantagens ambientais do bioetanol, sua produo volta a crescer,inclusive com bioetanol hidratado.

Em 2007 o volume consumido de bioetanol ultrapassou o consumo de gasolina.

Figura 20. Evoluo da produo de cana-de-acar, etanol e acar no Brasil. Fonte: UNICA (2008).

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PRODUO DE BIOETANOL7. Bioetanol no Brasil.

Figura 21. Teor mdio de etanol anidro na gasolina brasileira. Fonte: MME (2008). 62

PRODUO DE BIOETANOL7. Bioetanol no Brasil.

Figura 22. Evoluo da produo de veculos a etanol hidratado e de sua participao nas vendas de veculos novos. Fonte: ANFAVEA (2008). 63

PRODUO DE BIOETANOL8. Sustentabilidade do bioetanol da cana-de-acar8.1. Ambiente e energia da cana8.1.1. Emisses de gases de impacto globalA utilizao de bioetanol permite reduzir, de forma importante, as emisses de gases de efeito estufa, em comparao com o uso do combustvel fssil em veculos.Tabela 9. Balano das emisses de gs carbnico na agroindstria do bioetanol (Kg/mil litros de etanol)

Fonte: Elaborao de Luiz Augusto Horta Nogueira.

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PRODUO DE BIOETANOL8. Sustentabilidade do bioetanol da cana-de-acar8.1. Ambiente e energia da cana8.1.1. Emisses de gases de impacto globalAs emisses de carbono do setor energtico brasileiro foram reduzidas em 13% com a utilizao da energia da cana.Para cada 100 milhes de toneladas de cana destinadas a fins energticos, poderia ser evitada a emisso de 12,6 milhes de toneladas de CO2 equivalente, considerando etanol, bagao e a energia eltrica excedente fornecida rede [Unica (2007)].

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PRODUO DE BIOETANOL8. Sustentabilidade do bioetanol da cana-de-acar8.2. Viabilidade econmica do bioetanolFrente ao preo da gasolina nos ltimos anos, sem tributos e sem subsdios, o bioetanol se mostra claramente competitivo.

Figura 23. Evoluo dos preos do etanol e da gasolina. Fonte: Valores tomados de Cepea (2008) e EIA (2008).

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PRODUO DE BIOETANOL8. Sustentabilidade do bioetanol da cana-de-acar8.2. Viabilidade econmica do bioetanolPara o consumidor, o preo dos combustveis nos postos de revenda formado com o preo pago ao produtor, os tributos e as margens comerciais (incluindo fretes).

Figura 24. Estrutura dos preos ao consumidor da gasolina comum, bioetanol hidratado e leo diesel no Rio de Janeiro em maro de 2008. Fonte: Valores calculados com base em ANP (2007), Cepea (2008) e Petrobras (2008).

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PRODUO DE BIOETANOL8. Sustentabilidade do bioetanol da cana-de-acar8.2. Viabilidade econmica do bioetanolO bioetanol hidratado apresenta uma boa competitividade frente gasolina, avaliada em custo por quilmetro percorrido, em funo de seu menor preo e da matriz tributria favorvel.

Figura 25. Evoluo dor preos mdios ao consumidor do bioetanol hidratado e da gasolina comum. Fonte: Elaborado com base na ANP (2007).

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PRODUO DE BIOETANOL9. Perspectiva para um mercado mundial de biocombustveisDiversos pases tm mostrado interesse no desenvolvimento da produo e no uso de bioetanol. Na atualidade, tal mercado ainda incipiente, mas as demandas crescentes por um combustvel renovvel e ambientalmente adequado, associadas ao potencial que o bioetanol de cana-de-acar apresenta para atender a critrios objetivos de sustentabilidade, sinalizam a existncia de perspectivas interessantes. Sem afetar a produo alimentar at 2050, possvel produzir volumes expressivos de biocombustveis considerando diversos cenrios produtivos. A maior parte desse potencial gerada por cultivos energticos especializados, desenvolvidos em terras agricultveis excedentes, que no seriam mais necessrias para produo de alimentos69

PRODUO DE BIOETANOL9. Perspectiva para um mercado mundial de biocombustveisQuase um bilho de hectares no mundo poderiam ser utilizados na produo de biomassa para fins energticos, sendo 400 milhes de hectares de terra arveis e pastagens e uma rea maior de terras marginais e degradadas.

Figura 27. Distribuio de terras. Fonte: Elaborado com base na ANP (2007).

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PRODUO DE BIOETANOL9. Perspectiva para um mercado mundial de biocombustveisO potencial para produo bioenergtica bastante diferente entre os pases, se concentrando nas regies tropicais midas, especialmente na Amrica Latina e frica, em que existem amplas reas pouco agricultadas.

Figura 28. Uso da superfcie cultivvel por pases. Fonte: FAO (2006)

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PRODUO DE BIOETANOL9. Perspectiva para um mercado mundial de biocombustveisAs perspectivas de mercado para o bioetanol so promissoras, mas apresenta grandes diferenas conforme regio. Em termos globais, prev-se para 2010 uma demanda de bioetanol de 101 bilhes de litros, frente a uma oferta estimada em 88 bilhes de litros, quadro que tende ao equilbrio em 2015, quando a oferta dever ficar prxima a 162 bilhes de litros, para uma demanda no patamar de 150 bilhes de litros.

Figura 29. Estimativas de oferta e demanda de bioetanol combustvel. Fonte: Modificado com base em Global Biofuels Center (2008)

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PRODUO DE BIOETANOL10. Uma viso de futuro para o bioetanol combustvel10.1. Desafios a enfrentarA sociedade moderna tem enfrentado o agravamento da degradao ambiental, ao mesmo tempo em que se d conta da existncia de limites em suas reservas de recursos naturais, sejam eles energia, gua ou metais.Nesse quadro, a energia desempenha um papel central, impondo repensar com urgncia as bases de um modelo de suprimento que apresenta sinais de esgotamento e buscar novos recursos que permitam dar continuidade ao processo de desenvolvimento socioeconmico.

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PRODUO DE BIOETANOL10. Uma viso de futuro para o bioetanol combustvel10.2. A biodiversidade como alternativa consistenteEspecialmente adequada para atender s necessidades veiculares, a energia solar na forma de bioetanol destaca-se entre todas as energias renovveis disponveis. Alm disso, o bioetanol pode proporcionar uma nova dinmica agroindustrial para os pases tropicais com disponibilidade de terras e disposio para superar esquemas energticos concentrados e ambientalmente problemticos, conferindo segurana energtica e trazendo novas perspectivas de crescimento econmico.

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PRODUO DE BIOETANOL10. Uma viso de futuro para o bioetanol combustvel10.3. Uma viso do futuro para o bioetanolH, certamente, muito que fazer e desafios por superar para a expanso dos sistemas bioenergticos, mas os benefcios sero proporcionais, pois um desenvolvimento energtico saudvel e consistente determinante para consolidar uma nova relao entre a natureza e a sociedade.

com base nesse ponto de vista que a produo e o uso de bioetanol de cana-de-acar oferecem a perspectiva concreta de comear a construo de uma nova realidade energtica, mais sustentvel, que faa dessa agroindstria a alavanca de desejveis transformaes sociais e econmicas.

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PRODUO DE BIOETANOL10. Uma viso de futuro para o bioetanol combustvel10.3. Uma viso do futuro para o bioetanolO modelo brasileiro, aperfeioado por dcadas e com novas possibilidades de se expandir com produtividade e eficincia, est disposio dos pases que, por sua demanda de combustveis, desejem reduzir suas emisses de gases de efeito estufa e diversificar suas fontes de suprimento energtico, ou que, por seu clima, seu solo e sua gente, podero replicar com sucesso a produo eficiente de biocombustveis, para uso e benefcio de todos.

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PRODUO DE BIOETANOL

MUITO OBRIGADO!

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Aula Bioetanol - 10-05-2010