Caminhos e possibilidades da biomassa no Brasil

Prof. José Goldemberg

10 de junho de 2008

Salvador

USOS DO ETANOL COMO SUBSTITUTO DA GASOLINA

• Gasohol sob forma de 20 -25% etanol anidro 99.6 Gay-Lussac (GL) e 0,4% água (a mixture called gasohol) or

• Etanol puro sob a forma de etanol hidratada a 95.5 Gay-Lussac

Fluxograma do Processo de Produção de Açúcar e Etanol

Cristalização e CentrifugaçãoCristalização e CentrifugaçãoEvaporaçãoEvaporação AçúcarAçúcar

FermentaçãoFermentação DestilaçãoDestilação EtanolEtanol

VinhaçaVinhaça

Preparo da cana

Preparo da cana

Extração do caldoExtração do caldo

Tratamento do caldoTratamento do caldo

Bagaço Bagaço

VaporVapor EletricidadeEletricidade

Cana-de-açúcar

Cana-de-açúcar

4

Programa Brasileiro do Álcool• Segundo maior programa de uso comercial de

etanol (18 bilhões de litros em 2007).• Iniciado em 1975, pelo Governo Federal com o

objetivo de reduzir importação de petróleo.• Utilizado inicialmente para aumentar a

octanagem da gasolina, em substituição ao MTBE.

• 1,3 milhões de carros utilizam etanol (hidratado) no Brasil.

• 2,6 milhões de veículos “flex-fuel” bicombustível (podem utilizar etanol e gasolina em qualquer proporção)

• toda gasolina tem de 20 a 26% em volume de etanol (anidro)

• A partir de 2004 o etanol é competitivo com a gasolina.

• Balanço energético altamente positivo (10:1)• 3 bilhões de litros exportados em 2007.

Vendas de automóveis flex-fuel no Brasil

84%

27%

29%34%

40%

59%

66%

67% 69%73%

77%78%

77%

76% 77% 77%80%

80%

50%52%

71%77%

81%

82% 83% 84%

83%

82%86%

88%

88%

86%

86%

12,4%

18,2%19,0%19,0%

18,3% 17,9%

21,9%

25,2%23,9%

27,0%

27,7%

32,2%35,7%

41,4%43,4%

52,6%

59,1%64,5%

66,0%

15,6% 14,1%

13,3%

19,3%

15,6% 13,1%

12,7%

13,0%

13,8%

18,1% 9,9%

8%

9%

10%

10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%ja

n/05 mar

mai

o

julh

o

set

nov

jan/

06 mar

mai

o

julh

o

set

nov

jan/

07 mar

mai jul

set

Flex Fuel Gasolina

6

Destilaria Padrão de Grande Porte

1. Cana moída: 2 milhões de toneladas / anoProdução 200 milhões de litros de etanol / ano (1 milhão de litros por dia durante 6 meses – Abril a Novembro)

2. Custo: US$ 150 milhões3. Área plantada 30.000 ha: em um raio de 10 km.

EXPANSÃO• 147 projetos

– 86 em execução (até 2015)– 61 planejados

DESTILARIAS

(unidades)

CANA MOIDA

(milhões de toneladas)

TAMANHO MÉDIO

(milhões de toneladas)

BRASIL 325 425 1,3

SÃO PAULO 148 264 (62% do total) 1,8

NORDESTE 74 53 0,7

Floresta Amazônica

Cultura de cana-de-açúcar

Pantanal Mata Atlântica

Cultura de cana-de-açúcar

Culturas de Cana-de-Açúcar

8

EFEITOS DO USO DO ETANOL NA QUALIDADE DO ARConcentração de poluentes na região metropolitana de São Paulo

• Chumbo: caiu de 1,4 ug/m3 em 1977 a menos de 0,10 ug/m3 em 1991.

• Enxofre: caiu de 50 ug/m3 em 1984 a 15 ug/m3 em 2003.

• Materia particulada: caiu de 90 ug/m3 em 1986 a 50 ug/m3 em 2003.

Energia contida na cana-de-açúcar

Sacarose Bagaço Pontas e folhas

31,4%

33,8% 34.7%

10

Balanço energético do etanol produzido a partir de diferentes matérias-primas

0

2

4

6

8

10

12

Sugarcane Sugar beet Wheat straw Corn Wood

ethanol feedstock

ener

gy

ou

tpu

t/in

pu

t ra

tio

Fontes: (Macedo et alii, 2004; UK DTI, 2003 and USDA, 1995)

Fra

ção

de

En

erg

ia p

rod

uzi

da

/ co

nsu

mid

a

Cana-de-açúcar Beterraba Milho MadeiraPalha de trigo

Características da cogeração com bagaço

Pressão das caldeiras Eletricidade produzida

1975 - 2000 22 bar 20 kwh/ton cana

A partir de 2000 Até 80 bar 120 kwh/ton cana

Presente 80 kwh/ton cana

Futuro 300 kwh/ton cana

Potencial de cogeração do bagaço

Safra 2015 /2016Capacidade instalada (MW)

Excedente para a rede(MW)

15.750 11.018

Nota: com caldeiras de 65 bars

13

A Competitividade Econômica entre Etanol e Gasolina

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

Produção acumulada (milhões de metros cúbicos)

Pre

ço

pa

go

ao

s p

rod

uto

res

US

$ /

m3

(dó

lare

s d

e 2

00

4)

Etanol Preço da gasolina em Rotterdam Preço da gasolina no Brasil

2000

1990

1980

1980

1990

2000 20052005

2000

2004

1990

1980

  Custo em Euros / 1000 litros

  Estados Unidos(milho)

Alemanha (trigo)

Alemanha(beterraba)

Brasil (cana)

Prédios 0,39 0,82 0,82 0,21

Equipamento 3,40 5,30 5,30 1,15

Mão-de-obra 2,83 1,40 1,40 0,52

Seguro, taxas e outros custos 0,61 1,02 1,02 0,48

Matéria-prima 20,93 27,75 35,10 9,80

Outros custos operacionais 11,31 18,68 15,93 2,32

Custo Total de Produção 39,47 54,97 59,57 14,48

Venda de sub-produtos 6,71 6,80 7,20

Subsídios do Governo 7,93

Custo Líquido de Produção 24,83 48,17 52,37 14,48

Comparação dos Custos de Produção de Etanol no Brasil, Estados Unidos e

Alemanha

Produtividade da Produção de Etanol

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

+ 3,77% por ano em 29 anos

5917

2024

Ano

Litr

os p

or h

ecta

re

16

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

65,00

70,00

75,00

80,00

85,00

75/76 80 90 97/98 00 04/05

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

lts de álcool/tc tc/hectare m3 /hectare

3,00 % a.a

5,66% a.a 1,83 % a.a 2,33 % a.a

1,90 % a.a

Produtividade de cana de açúcar e etanol

(Rodrigues, Unicamp 2005).

Processo Agrícola46,7 ton / ha 74,0 ton / ha

Anos 1970 Anos 2000

58% (ou 1,5% a.a.)

Processo Industrial39% 71%82% (ou 2% a.a.)

Processos Agrícola e Industrial188% (ou 3,5% a.a.)

Desempenho das Usinas de Açúcar (ATR/ha)

ATR

% c

ana

Produtividade de cana-de-açúcar (t/ha)

19

ANIDRO

3

1 1

3

5

22

31

17

8

2

9

4

0

5

10

15

20

25

30

35

Litros por hectare

Nú

me

ro d

e u

sin

as

Eficiência das destilarias brasileiras

Eficiência

Usinas atuais 75%

Usinas novas 81%

Usinas no “estado da arte” 88%

Estima-se que usinas no “estado de arte” custariam cerca de 20% mais do que as “novas”.

Os principais ganhos possíveis podem ocorrer nas seguintes áreas:1.Fermentação: atual de 85% podendo subir para 92%2.Extração: atual de 97.5% podendo subir para 98.6%3.Destilação e desidratação: atual de 99% podendo subir para 99.7%

Eficiência das usinas de etanol

220

145

98

91

70

44

11

0 50 100 150 200 250

Indústria Química/Petroquímica

Metalurgia

Bens de capital

Indústria Automobilística

Indústria leve

Bens de consumo

Etanol

Milhares de dólares por emprego gerado

Empregos nos diversos setores industriais

Empregos por fonte de energia

23

Hemicelulose25%

Celulose46%

Outros8%

Lignina21%

Composição do bagaço de cana-de-açúcar

24

Reação de Fermentação

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2

AÇÚCAR ETANOL

25

Polímero da Celulose

• A celulose é encontrada em matérias-primas de biomassa na forma de lignocelulose (10.000 moléculas de glicose).

• A lignina fornece estrutura e mobilidade aos vegetais aproveitando a rigidez da celulose. A lignina é formada pela remoção da água das moléculas de açúcar para criar estruturas aromáticas. Existem diversos possíveis monômeros de lignina, suas características dependem da natureza da fonte.

PROJEÇÕES ANUAIS DA DEMANDA DE ETANOLTecnologia de 1ª geração

Milho (US)a Cana de açúcar (Brasil)b União Européia[i]

Area usadamilhões/ha

Litros(bilhões)

Galões(bilhões)

Area milhões/ha

Litros (bilhões)

Galões(bilhões)

Litros (bilhões)

Galões(bilhões)

2006 5.1c 18.6 4.9 2.9d 17.8 4.7 - -

2012/13 - - - 4.9 36 9.5 - -

2015 13 56.8 15 - - - - -

2020e - - - - - - 15 3.9

Tecnologia de 2ª geração

US Brasil União Européia

Litros(bilhões)

Galões(bilhões)

? ?

2022 79.5 21 - -

a.produtividade em 2006: 3,647 l/ha milhob.produtividade em 2006: 6,138 l/ha cana de açúcarc.18% da área total de milho no mundo.d.13% da área total de cana de açúcar no mundo; 47% da área de cana de açúcar no Brasile.Produção atual da União Européia: 2 bilhões de litros/ano principalmente de beterraba

O uso do solo no Brasil

Fonte: CTC, 2007

Área (milhões de hectares)

%

Soja 21 7

Milho 12 4

Cana de açúcar 5.4 2

Outras culturas 17 6

(total) 60 20

Pastagens 237 80

Agricultura + pastagens 297 100

TECNOLOGIAS DE 2ª GERAÇÃO

• Gaseificação da biomassa que permite obter combustíveis adequados para a geração eficiente de energia elétrica e/ou a síntese de combustíveis líquidos (biorefinarias).

• Hidrolise ácida e hidrólise enzimática ou processo combinado ácido/enzimático

• Variedades geneticamente modificadas de cana de açúcar que poderiam aumentar significativamente sua produtividade

ALCOOLQUIMICA

1. Processos de síntese de intermediários, monômeros e polímeros a partir de matérias-primas renováveis, derivadas de açúcares, etanol, biomassa, glicerol e outros intermediários e subprodutos da cadeia produtiva dos biocombustíveis.

1.1 Desenvolvimento de rotas de obtenção de eteno, propeno, buteno-1, hexeno-1 e octeno-1 a partir de matérias-primas renováveis.

1.2 Desenvolvimento de rotas de obtenção de ácido propiônico, isopropanol, n-butanol por via fermentativa de alto rendimento a partir de açúcares.

1.3 Produção de ácido d-láctico, I-láctico e DI-láctico por fermentação de açúcares.

1.4 Desenvolvimento de rotas químicas e ou bioquímicas de transformação de glicerol ou do ácido láctico em n-propanol e/ou isopropanol.

1.5 Polimeração de lactídeo – homopolímeros e copolímeros.1.6 Identificação de substancias obtidas a partir de matérias-primas renováveis

que tenham potencial para uso como comonômeros da polimerização do ácido láctico.

1.7 Obtenção de óleo a partir da pirólise de materiais lignocelulósicos.1.8 Produção de gás de síntese a partir da gaseificação de materiais

lignocelulósicos ou do seu óleo de pirólise.1.9 Produção de gás de síntese a partir da gaseificação de glicerol.1.10 Produção de propanol a partir de gás de síntese.1.11 Produção de biopolímeros em plantas, bactérias e em fungos.1.12 Catalisadores e cinética da hidroformilação do eteno para produção de n-

propanol.1.13 Catalisadores e cinética da desidratação de alcoóis a olefinas.