Dissertacao simonepereiradesouza

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    05-Jun-2015

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<ul><li> 1. UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOSSIMONE PEREIRA DE SOUZAProduo Integrada de Biocombustveis: Uma Proposta para Reduziro Uso de Combustvel Fssil no Ciclo de Vida do Etanol de Cana-De- AcarSo Carlos 2010</li></ul><p> 2. SIMONE PEREIRA DE SOUZAProduo Integrada de Biocombustveis: Uma Proposta para Reduziro Uso de Combustvel Fssil no Ciclo de Vida do Etanol de Cana-De- AcarDissertao apresentada Escola deEngenharia de So Carlos da Universidade deSo Paulo para obteno do ttulo de mestreem Cincias da Engenharia Ambiental.Orientador: Prof. Dr. Srgio PaccaSo Carlos 2010 3. AGRADECIMENTOSAos meus pais, Antnio Marcos Pereira dos Santos e Nilza Ap. de Souza Santos, pelosanos de dedicao, por compreender minhas decises, pelo cuidado, pelo carinho e peloamor.Ao meu irmo Marcos Vincius pelos momentos de compreenso e companhia, pelocarinho e pelo amor.Ao Hugo, pelo amor, pelo carinho, compreenso e por todo apoio e incentivo duranteesses anos de estudo e dedicao.Ao meu orientador Srgio A. Pacca, pela pacincia e sabedoria, pelas longas horas dededicao e apoio, pela compreenso e por aceitar e acreditar no desenvolvimento destetrabalho.Aos queridos amigos Claudinei Andreoli e Mrcio T. vila, pelo incentivo a esteestudo, pela motivao e por toda contribuio que trouxeram formao de idias,conceitos e conhecimento.Aos professores que participaram e possibilitaram a concluso de mais essa etapa emmeus estudos.Aos amigos que deixei para trs e que apesar da distncia compreenderam e estiveremsempre ao meu lado, com palavras de apoio, incentivo e amizade.Aos amigos que aqui fiz, pela recepo, pela dedicao, pelo carinho e amizade.A todos os funcionrios do Programa de ps-graduao em Cincias da EngenhariaAmbiental, pelo apoio e dedicao.s empresas que me receberam e me orientaram na coleta de informaes e dados paraesta pesquisa.Ao CNPq, pelo apoio financeiro.Ao Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (Bioen). 4. Feliz do povo que pode escolher entrealternativas, quando o restante do mundo se bate,desesperadamente, por uma soluo para a criseenergtica mesmo que a soluo signifique oaprofundamento do problema.Dcio Luiz Gazzoni - Membro do Painel CientficoInternacional de Energia Renovvel. 5. RESUMOSOUZA, S. P. Produo Integrada de Biocombustveis: Uma Proposta para Reduzir oUso de Combustvel Fssil no Ciclo de Vida do Etanol de Cana-De-Acar. So Carlos:Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, 2010. 142 p.Dissertao de Mestrado em Cincias da Engenharia Ambiental.A cana-de-acar e o dend esto entre as culturas de maior produtividade, 6 a 7,5 millitros de etanol/ha.ano e 4 a 6 toneladas de leo/ha.ano, respectivamente. A produointegrada de biocombustveis derivados dessas culturas uma alternativa atraente paramelhorar o ciclo de vida atravs da reduo no consumo de combustvel fssil eemisso de gases de efeito estufa (GEE), bem como no aumento da eficinciaenergtica. Nesse sentido, o objetivo desta dissertao comparar, por meio deindicadores ambientais, o sistema produtivo brasileiro de etanol de cana-de-acar comuma proposta de sistema integrado de produo desse lcool com biodiesel de dend,sendo os indicadores avaliados sob o enfoque do ciclo de vida, segundo norma ISO14.044/2006. Considerou-se a produo dessas culturas sob bioma de Cerrado, Cerradoe pastagem degradada. Para tanto, foram avaliados o balano de energia, balano decarbono e mudana no uso do solo. O sistema integrado inclui a substituio de 100%do diesel, utilizado nas etapas agrcolas do ciclo de vida, por biodiesel de dend. Foramavaliados os indicadores para diferentes fraes de cana-de-acar destinada produode acar, considerando, nesse caso, a produo de etanol via mel final. Os dados foramlevantados atravs de observao direta extensiva por meio de questionrios e a partirde dados secundrios j publicados. Foram selecionadas trs usinas sucroenergticas nointerior de So Paulo e uma unidade industrial de leo de palma localizada no Par. Osresultados demonstraram um aumento de 164% no balano de energia no sistemaintegrado de produo, quando comparado ao sistema tradicional de etanol de cana-de-acar. Alm disso, o sistema integrado apresentou 24% de reduo nas emisses deGEE. Na avaliao dos indicadores para a produo de etanol via mel final, o balanode energia foi at 59% e 162% superior nos cenrios 1 e 2, respectivamente, os quais sediferenciam pelo tipo de caldeira utilizada. Para as emisses de GEE, a reduo podechegar a 91%. A mudana no uso do solo identificou que o tempo de reposio docarbono liberado com a substituio dos biomas de Cerrado, Cerrado e PastagemDegradada ser, em mdia, 5, 10 e -5 anos, respectivamente. Por fim, verificou-se que aproduo integrada das culturas de cana-de-acar e palma de dend, para a produode biocombustveis, apresentou melhorias no ciclo de vida do etanol de cana-de-acarsob os aspectos de balano de energia, balano de emisses de GEE e mudana no usodo solo.Palavras-chave: Produo integrada de biocombustveis. Etanol. Biodiesel. Avaliaodo Ciclo de Vida. 6. ABSTRACTSOUZA, S. P. Biofuel integrated production: a proposal for a fossil fuel reduction insugarcane ethanol life cycle. So Carlos: Escola de Engenharia de So Carlos,Universidade de So Paulo, 2010. 142 p. Dissertao de Mestrado em Cincias daEngenharia Ambiental.Sugarcane and palm are amongst the crops with the highest yields, which can reach 6 to7.5 thousand liters of ethanol per hectare year and 4 to 6 metric tons of oil per hectareyear, respectively. A joint production of biofuels from these crops is an interestingalternative for life cycle assessment improvement through fossil fuel and greenhousegas emissions reduction, besides energy efficiency gains. The objective of this work iscomparing the Brazilian production system sugarcane ethanol with an integrated systemproposal where the ethanol and palm biodiesel are produced together. This comparativestudy is based on a life cycle approach using the ISO 14.044/2006 and appropriateindicators. Production systems in Cerrado, Cerrado and grassland ecosystem wereconsidered. The energy balance, carbon balance and land use change were evaluated.The integrated system includes a 100% substitution of biodiesel by diesel, which is usedin life cycle agriculture stages. Distinct fractions of sugarcane used for sugar productionwere assessed. When all sugarcane is sent to sugar production, ethanol is produced bymolasses. The data were collected by direct observation method by questionnaire andsecondary sources. Three sugarcane mills situated in So Paulo state and a palm milllocated in Para state were surveyed. Results showed a 164% increase in energy balancefor the joint production system in comparison to the traditional system. Besides this, thejoint production system demonstrated a 24% GHG emission reduction. For ethanolproduction by molasses, the energy balance was up to 59% and 162% higher inscenarios 1 and 2, respectively, which differ each other through of the boiler that wasutilized. For GHG emission, the reduction can reach 91%. The land use change identifyan average ecosystem carbon payback time for Cerrado, Cerrado and DegradedGrassland of 5, 10, and -5 years, respectively. In conclusion, the joint production systemof sugarcane ethanol and palm biodiesel presents an improvement in energy balance,GHG emissions and land use change impacts in comparison to the traditional ethanolsystem.Keyword: Biofuels joint production system. Ethanol. Biodiesel. Life cycle assessment. 7. LISTA DE SIGLASACVAvaliao do Ciclo de VidaAICV Avaliao de Impacto Ambiental do Ciclo de VidaANPAgncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e BiocombustveisATRAcar Total RecupervelBENBalano Energtico NacionalCARB California Air Resources BoardCBVCiclo de Vida do Biodiesel de dendCFFCachos de Fruto FrescoCFVCachos de Fruto VazioCPOleo de palma cru (Crude Palm Oil, sigla em ingls)CVECiclo de Vida do Etanol de cana-de-acarECPT Ecosystem Carbon Payback TimeEEREficincia em Energia RenovvelEIAEnergy Information AdministrationEPAEnvironmental Protection AgencyEUEF Eficincia da Utilizao de Energia FssilFE Fator de EmissoGEEGases de Efeito Estufa Greenhouse Gases, Regulated Emissions, and Energy Use inGREET Transportation Potencial de Aquecimento Global (Global Warming Potential, sigla emGWP ingls)ICVInventrio do Ciclo de VidaIE Intensidade EnergticaIEEIndicador de Eficincia EnergticaINPM Instituto Nacional de Pesos e MedidasIPCC Intergovernmental Panel on Climate ChangeLUCLand Use ChangeMUAI Miniusinas de lcool IntegradaNERRazo de Energia Lquida (Net Energy Ratio, sigla em ingls)PCIPoder Calorfico InferiorPOME Palm Oil Mill EffluentSACServio de Atendimento ao ConsumidorSAPI Sistema Agroindustrial de Produo IntegradaSIEB Sistema Integrado Etanol-BiodieselSTECSistema Tradicional Etanol de cana-de-acar 8. LISTA DE TABELASTabela 1. Evoluo da produtividade de cachos de fruto fresco. ............................................. 33Tabela 2. Estoque de carbono no solo para diferentes ecossistemas. ...................................... 43Tabela 3. Estoque de carbono na biomassa acima do solo para diferentes ecossistemas. ....... 43Tabela 4. Estoque de carbono no solo e na biomassa para a cultura do dend. ....................... 43Tabela 5. Capacidade operacional e consumo especfico dos equipamentos utilizados para acolheita da cana-de-acar. ...................................................................................................... 54Tabela 6. Consideraes adotadas para clculo de energia e emisses incorporadas aostratores. ..................................................................................................................................... 57Tabela 7. Consideraes adotadas para clculo de energia e emisses incorporadas scolhedoras e transbordo. .......................................................................................................... 58Tabela 8. Consideraes adotadas para clculo de energia e emisses incorporadas carregadora. .............................................................................................................................. 59Tabela 9. Consideraes para clculo de energia e emisses incorporadas ao reboque deJulieta. ...................................................................................................................................... 59Tabela 10. Consideraes adotadas para clculo de energia e emisses dos implementos. .... 60Tabela 11. Consideraes adotadas para a aplicao de vinhaa por asperso (canal) ecaminho. ................................................................................................................................. 60Tabela 12. Demanda energtica e emisses de gases de efeito estufa para a produo deequipamentos e construo civil de uma usina tpica de etanol de cana-de-acar. ................ 63Tabela 13. Fator de intensidade energtica e emisses de GEE para o cimento, ao bruto e aoinoxidvel. ................................................................................................................................ 64Tabela 14. Emisses de GEE para a gerao de energia a partir de biomassa. ....................... 64Tabela 15. Emisses de GEE atribudas queima do bagao. ................................................ 65Tabela 16. Consideraes para a gerao de energia a partir da biomassa. ............................. 66Tabela 17. Produtividade mdia da palma de dend. ............................................................... 68Tabela 18 - Composio em massa dos cachos de fruto fresco. .............................................. 69 9. Tabela 19. Consideraes adotadas para clculo de energia e emisses incorporadas aocaminho. ................................................................................................................................. 72Tabela 20. Consideraes adotadas para clculo da demanda energtica e emisses de GEEpara a indstria de biodiesel ..................................................................................................... 75Tabela 21. Valores e consideraes adotados para clculo de energia disponvel nas cascas efibras......................................................................................................................................... 77Tabela 22. Parmetro adotados para a alocao das emisses de GEE e entrada de energia .. 84Tabela 23.Taxa de aplicao dos insumos agrcolas e vinhaa. .............................................. 90Tabela 24. Produtividade da cana-de-acar, etanol e coprodutos. ......................................... 90Tabela 25. Consumo de diesel e biodiesel na etapa de tratos culturais. .................................. 91Tabela 26. Capacidade operacional e consumo especficos de diesel para a etapa de colheita................................................................................................................................................... 92Tabela 27. Consumo de diesel e biodiesel total para a etapa de colheita. ............................... 92Tabela 28. Consideraes e consumo de diesel e biodiesel para o transporte da cana-de-acar. ...................................................................................................................................... 93Tabela 29. Consumo total de diesel e biodiesel para a etapa de disposio dos coprodutos ... 93Tabela 30. Inventrio da demanda energtica e emisses de GEE dos implementos. ............. 94Tabela 31. Inventrio da demanda energtica para os tratores ................................................ 95Tabela 32. Inventrio das emisses de GEE para os tratores................................................... 95Tabela 33. Inventrio da demanda energtica para a fabricao e manuteno dos transbordos,colhedoras, Romeu e Julieta e carregadoras. ........................................................................... 96Tabela 34. Inventrio das emisses de GEE para a fabricao e manuteno dos transbordos,colhedoras, Romeu e Julieta e carregadoras. ........................................................................... 97Tabela 35. Taxa de consumo, IE e emisses de GEE dos insumos industriais. ...................... 97Tabela 36. Demanda energtica e inventrio de emisses de GEE para os equipamentos econstruo industrial. ............................................................................................................... 98Tabela 37. Energia de entrada para os sistemas tradicional e integrado de produo de etanolde cana-de-acar. .................................................................................................................. 102 10. Tabela 38. Energia de sada para os sistemas tradicional e integrado de etanol de cana-de-acar. .................................................................................................................................... 103Tabela 39. Sada de energia do ciclo de vida do biodiesel de dend. .................................... 104Tabela 40. Resultado final de razo de energia lquida e eficincia em energia renovvel....</p>