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Estudo de viabilidade econômica de plantas de biogás a partir de silagem de milho para geração de energia elétrica no Estado de Rondônia.*
Julio César Schwengber**
Mario Augusto Alexandre Coelho***
Resumo
A crescente demanda por energia elétrica exige que a cada dia seja gerada mais e
mais energia, conferindo grande importância ao processo de geração. Este trabalho
visou demonstrar que a energia elétrica produzida a partir de plantas de biogás com
tecnologia europeia aparece como excelente alternativa de geração pelo fato de
produzirem energia elétrica renovável com as mesmas características das usinas
térmicas. Estados como o de Rondônia e da região amazônica possuem áreas onde
é possível se desenvolver uma agricultura rentável a partir da produção de plantas
energéticas para geração de energia. Isto pode diminuir o impacto das usinas
hidrelétricas planejadas para serem construídas em toda a região amazônica. A
produtividade do milho para silagem, no Estado de Rondônia, permite a viabilidade
econômica da implantação de usinas de biogás para geração de energia elétrica.
Palavras-chave: Biogás. Energia renovável. Silagem de milho. Energia elétrica. Biomassa.
* Artigo apresentado para conclusão do Bacharelado em Ciências Econômicas da Universidade Federal de Rondônia. ** Graduando em Ciências Econômicas – Universidade Federal de Rondônia – RO – Brasil [email protected] +55 (69) 81152722. *** Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, metalúrgica e materiais (PPGEM), Departamento de Metalurgia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – RS – Brasil [email protected] +55 (51) 98144994.
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Economic feasibility study of biogas plants from corn silage to generate electricity in the Rondônia State*
Julio César Schwengber**
Mario Augusto Alexandre Coelho***
ABSTRACT
The growing demand for electricity requires that each day be generated more and more
energy, giving great importance to the generation process. This study aimed to
demonstrate that the electricity produced from biogas plants with European technology
appears as an excellent alternative of generation, since they produce renewable
electricity with the same characteristics of thermal plants. States such as Rondônia
and the Amazon region have areas where it is possible to develop a profitable
agriculture from the production of energy crops to the electricity generation. This can
reduce the impact of power plants planned to be built across the Amazon region. The
productivity of corn silage in the Rondônia State allows the economic viability of
implementing biogas plants for electricity generation.
Keywords: Biogas. Renewable energy. Corn silage. Electricity. Biomass.
* Artigo apresentado para conclusão do Bacharelado em Ciências Econômicas da Universidade Federal de Rondônia. ** Graduando em Ciências Econômicas – Universidade Federal de Rondônia – RO – Brasil [email protected] +55 (69) 81152722. *** Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, metalúrgica e materiais (PPGEM), Departamento de Metalurgia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – RS – Brasil [email protected] +55 (51) 98144994.
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Introdução
A produção de energia elétrica em níveis crescentes é uma necessidade
constante, sendo imprescindível ao desenvolvimento econômico de qualquer país.
Esta geração pode se dar através de diferentes fontes, sendo que no Brasil a mais
utilizada continua sendo a produção através de usinas hidroelétricas. Além das
hidroelétricas, também são fontes de produção de energia as usinas termoelétricas,
que funcionam a partir da queima de combustíveis fósseis, sendo consideradas fontes
caras e poluentes, tendo sido largamente empregadas nos últimos anos em função
da crise hídrica que atinge o país. Também temos a energia solar, ainda pouco
empregada devido ao alto custo por KW gerado. Outra fonte importante é a energia
eólica, gerada pelos ventos e que tem no nordeste brasileiro uma das melhores áreas
do mundo para sua produção.
Além das fontes de geração de energia elétrica já citadas, temos a energia
gerada a partir do biogás, que pode ser produzida a partir de dejetos de origem animal
bem como a partir de várias plantas energéticas. O presente trabalho apresenta um
modelo de produção de energia elétrica a partir da silagem de milho, que pode ser
facilmente produzido no Estado de Rondônia, inclusive na entresafra da soja, não
necessitando de novas áreas agrícolas para plantio.
Custo da energia e capacidade instalada
O valor cobrado pela energia elétrica no Brasil aumentou significativamente
nos últimos anos. De março de 2014 a março de 2015 houve um aumento de quase
60% para os consumidores finais. Conforme a tabela 1, o custo médio da energia
elétrica para a indústria brasileira, no mês de maio de 2015 atingiu o nível de R$
543,80/MWh, um dos maiores do mundo.
Tabela 1 – Custo médio do MWh para a Indústria Brasileira.
Componente Custo Médio Brasil
R$/MWh %
Custos de Geração, Transmissão e Distribuição - GTD 285,50 52,5
Encargos Setoriais 22,90 4,2
Perdas técnicas e não técnicas 35,30 6,5
Custo médio ponderado das bandeiras tarifárias 53,30 9,8
Tributos federais e estaduais – PIS/COFINS e ICMS 146,80 27
TOTAL 543,80 100
Fonte: FIRJAN, 20/05/2015.
4
Isto diminui ainda mais a competitividade das indústrias nacionais usuárias
intensivas de energia no cenário mundial. O Brasil possui um custo de energia elétrica
343% superior ao dos Estados Unidos (R$122,70/MWh) (FIRJAN, 2015). Os leilões
de energia promovidos pelo governo possibilitaram ao setor eólico aumentar sua
participação dentro da matriz energética brasileira. Em 2013 o Brasil possuía 2.202
MW de potência instalada em parques eólicos espalhados pelo Brasil. O Ceará e o
Rio Grande do Norte contavam com mais de 50% da capacidade instalada e fatores
de capacidade que variavam de 35 a 39%. Um dos maiores do mundo.
Figura 1 – Geração e Potência Instalada por Estado no Brasil.
Fonte: MME, 2014.
Embora a capacidade instalada dos parques eólicos fosse de 2.202 MW a
geração média dos anos de 2012 a janeiro de 2014 foi de 600 MWméd, como pode ser
visualizada na figura 2.
Figura 2 – Geração Eólica no Sistema Integrado Nacional (SIN).
Fonte: ONS, 2014.
5
Em março de 2015 a capacidade instalada de parques eólicos no Brasil era
de 5.880,6 MW. Já a geração média deste mesmo mês ficou em 1.217,2 MWmed, que
equivale a uma eficiência de 20,7% (ONS, março 2015). A eficiência do setor eólico
tem sido um problema, pois não atinge a média de 40%, que normalmente é divulgado
quando do lançamento de um projeto de parque eólico no Brasil. Nas figuras 3 e 4 é
possível visualizar a eficiência média dos parques eólicos de agosto de 2011 até maio
de 2015 e a geração média diária de fevereiro a abril de 2015. O grau de incerteza da
geração eólica é muito grande. Portanto, quanto maior for a capacidade instalada da
geração eólica maior será a dependência da geração térmica.
Figura 3: Eficiência do Setor Eólico
Fonte: ONS, 2015. Figura 4
Fonte: ONS,2015
Mai
-15
Ago
-11
30%
40%
6
A geração solar no Brasil ainda é muito incipiente e por isso não aparece nas
estatísticas da ONS. São ao todo 317 empreendimentos de fonte fotovoltaica que
totalizam 15.179 kW de potência instalada (ANEEL, 2015).
Mas também tem a mesma característica da eólica, além de produzir somente
durante o dia e fora do horário de pico, quanto maior a capacidade instalada maior
será a dependência da geração térmica.
O percentual de geração hídrica no Sistema Interligado Nacional (SIN) tem
diminuído nos últimos anos. Em 2010 a redução da geração de fonte hidráulica foi
atribuída à falta de chuvas. A partir de janeiro de 2012, conforme os dados da figura
5, a contribuição da geração térmica convencional aumentou constantemente
mantendo um patamar de produção ao redor de 15 GWméd a partir do final de julho
de 2014 até maio de 2015.
Figura 5: Geração de Energia: Térmica Convencional, Nuclear e Eólica
Fonte: ONS, 2015
A figura 6 mostra os dados da geração térmica convencional em comparação
com a nuclear e a eólica.
Térmica Convencional
Nuclear Eólico
15.000
2.000
JAN 10 JAN 15 JUL 10 JUL 11 JAN 11 JUL 12 JAN 12 JUL 13 JAN 13 JUL 14 JAN 14
7
Figura 6: Percentual de Geração das fontes: Eólica, Nuclear, Térmica Convencional e Hidro.
Fonte: ONS,2015
Desde agosto de 2014 que a contribuição da geração hidráulica está abaixo
de 70%. O Plano Nacional de Energia 2030 realizado pelo Ministério de Minas Energia
em colaboração com a Empresa de Pesquisa Energética estima que o potencial,
futuro a ser aproveitado, de geração hidrelétrico brasileiro é de 126.000 MW. O que
preocupa é que 70% desse total está localizado nas bacias do Amazonas e do
Tocantins/Araguaia. A capacidade instalada de hidrelétricas na região norte, em 15
de junho de 2015 era de 17.771,8 MW. Na figura 7 é possível ver dois períodos
distintos de produção de energia, característico da região norte dos últimos oito anos.
Figura 7: Geração de energia hidrelétrica da Região Norte do Brasil.
Fonte: ONS, 2015.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Geração Região Norte MWméd - vriação de janeiro a dezembro
2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008
-30%
8
A eficiência de 41% de geração é conseguida somente em março, abril e maio,
três meses de cada ano. De junho a dezembro, durante sete meses do ano esta
eficiência fica em torno de 17%.
A tabela 2 mostra a contribuição de cada fonte utilizada para a geração de
energia elétrica no Brasil.
Tabela 2: Potência Instalada por fonte – Brasil.
Fontes utilizadas no Brasil - Fase: Operação
Origem Quantidade Potência Outorgada (kW) Potência Fiscalizada (kW) %
Fóssil 2099 26.884.235 26.293.332 19,04
Biomassa 508 13.650.601 12.526.543 9,67
Nuclear 2 1.990.000 1.990.000 1,41
Hídrica 1175 92.460.031 90.059.489 65,48
Eólica 275 6.197.061 6.092.549 4,39
Solar 317 19.179 15.179 0,01
Total 4376 141.201.106 136.977.091 100 Fonte: BIG – Banco de Informações de Geração – ANEEL, 2015.
A biomassa, utilizada como fonte para geração de energia elétrica, soma 508
empreendimentos num total de 12.526.543 kW de potência fiscalizada. Na tabela 3 é
possível visualizar a quantidade total dos empreendimentos que utilizam Biomassa
como fonte geradora.
Tabela 3: Geração de Energia Elétrica de fonte Biomassa
Fontes utilizadas no Brasil - Fase: Operação
Fonte Nível 1 Quantidade Potência
Outorgada (kW) Potência
Fiscalizada (kW) %
Floresta 79 2.756.227 2.305.289 20,19
Biogás de RSU 10 65.397 62.317 0,48
Biogás - Resíduos animais 12 2.081 2.081 0,02
Biocombustíveis líquidos 2 4.350 4.350 0,03
Agroindustriais 405 10.822.545 10.152.505 79,28
Total 508 13.650.601 12.526.543 100
Fonte: BIG – Banco de Informações de Geração – ANEEL, 2015.
Apesar de o Biogás ter uma capacidade instalada quatro vezes maior do que
a solar ainda não é considerado como sendo uma fonte geradora dentro da Matriz
Elétrica e Energética Brasileira. Existem ainda três empreendimentos em construção,
que juntos somam 58 MW de energia a partir de RSU e que devem estar prontos até
o final de 2015.
9
Biogás – Tecnologia Europeia
As plantas de biogás com tecnologia europeia, de dois estágios,
desenvolvidas para trabalharem com diversos tipos de substratos, são as mais
eficientes. No mundo existem em torno de 15.000 plantas de biogás. Cerca de 13.000
estão localizadas na Europa e deste total mais de 7.000 estão operando na Alemanha,
segundo dados divulgados na 33ª Edição do Encontro Econômico Brasil-Alemanha,
realizado em Joinville, Santa Catarina, em 2015. Na figura 7 é possível visualizar o
modelo que possui o maior número de projetos implantados, 90% de todas as plantas
de biogás existentes.
O sistema funciona a partir do recebimento do substrato, que pode ser
realizado através de um contêiner de alimentação, para sólidos, ou um pré-tanque
para substratos líquidos. Este por sua vez é, preferencialmente, fechado. Após o
recebimento o substrato é adicionado de forma semi-continua, em intervalos de tempo
pré-programados, ao fermentador principal, onde ocorre em torno de 80% da
fermentação. Este tanque está interligado com o pós-fermentador (fermentador
secundário), que recebe o substrato na sequência e onde ocorre o restante da
fermentação. Um sistema de bombas permite o gerenciamento do substrato nos
tanques fazendo o seu bombeamento. Desta forma é possível fazer a recirculação do
substrato para o tanque principal, caso necessário.
Figura 8: Modelo Europeu – Planta de Biogás de 2 estágios.
Fonte: COELHO, 2014.
10
O fertilizante pode ser armazenado em um tanque fechado ou aberto com
agitador ou em lagoas, para depois ser transportado para a lavoura ou sua
comercialização. Todos os tanques de fermentação são equipados com sistema de
aquecimento, agitadores, sensores de temperatura e pH, controladores de vazão e de
qualidade do biogás gerado. Todos os equipamentos são interligados por um sistema
de automação que permite o controle por sensoriamento remoto.
MATERIAL E MÉTODOS
Para a produção da silagem é preciso colher o milho com um teor de matéria
seca variando entre 35% e 33%. Colhe-se a planta inteira a uma altura de 20 a 30 cm
do solo, para evitar levar contaminantes para o armazenamento da silagem, como por
exemplo: areia. Todo o processo é feito como se fosse preparar a silagem para
alimentação animal. O potencial de produtividade de híbridos e variedades de milho
para produção de silagem foi utilizado de acordo com a recomendação da EMBRAPA
de Rondônia. São recomendados os híbridos BRS 3060, BRS 2223 e BRS 2110 para
aqueles agricultores que utilizam média tecnologia para sua produção. Já aqueles que
aplicam baixa tecnologia de produção de milho o indicado são as variedades BR 106
e/ou BRS 4154 (saracura) (EMBRAPA 2005). Devido ao clima de Rondônia
recomenda-se utilizar milho de ciclo precoce ou normal (médio) pelo fato de o milho
apresentar uma redução do seu ciclo cultural quando cultivado em regiões onde a
temperatura (diurna/noturna) forem elevadas. A produtividade média por hectare para
a produção de silagem considerada para o cálculo de produção de biogás foi de 46
toneladas. Os custos analisados, para o cálculo de viabilidade econômica da planta
de biogás de 1 MW, foram para as despesas de capital (CAPEX): construção dos
tanques de concreto; tecnologia de alimentação da planta; tubulações, agitadores e
tecnologia de bombeamento; sistema de controle da planta de biogás; custos
adicionais da construção (construção da área de silagem, terraplanagem, conexões
elétricas, licenciamento entre outros); queimador e container de transporte de gás;
seguro; motor CHP; para as depesas operacionais (OPEX): manutenção do CHP;
suporte biológico; nutrientes minerais; custo hora de três funcionários; custo de
operação para alimentação do substrato; custo de autoconsumo de energia do
sistema; juros do financiamento de 10 anos (BNDES 70% financiado – 11,5% a.a.);
manutenção da planta de biogás; custo do substrato (conforme planilha de custo do
11
Banco do Brasil para a produção de 1 ha de milho para silagem – produtividade 46
t/ha em 400 ha); custo do separador do biofertilizante, taxas e administração. O preço
de venda da energia utilizado foi de R$400,00/MWh corrigido pelo IPCA ao ano. O
custo de produção da silagem foi calculado em R$ 1.500,00/ha, tomando por base
planilha de custos disponibilizada peça pela EMBRAPA.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O projeto sendo financiado com 100% de recursos próprios é possível obter
um retorno sobre o investimento conforme mostra o gráfico 1.
Gráfico 1: Retorno sobre o Investimento (Fluxo de Caixa Líquido / Investimento)
O lucro líquido por hectare está demonstrado no gráfico 2. Gráfico 2: Lucro Líquido por hectare de milho produzido para silagem
Já com o financiamento de 70% pelo BNDES com juros de 11,5% ao ano o retorno econômico fica conforme mostrado no gráfico 3.
10
,71
%
22
,31
%
24
,50
%
26
,14
%
28
,74
%
30
,56
%
32
,49
%
33
,85
%
35
,99
%
38
,23
%
38
,10
%
40
,57
%
43
,18
%
45
,25
%
48
,13
%
51
,15
%
54
,33
%
57
,68
%
61
,19
%
64
,22
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0
R EN T A B I L I D A D E ( F . C . L . / I N V ES T I M EN T O )
R$
4.2
81
,88
R$
4.7
01
,88
R$
5.0
17
,74
R$
5.5
15
,39
R$
5.8
66
,20
R$
6.2
36
,09
R$
6.4
97
,54
R$
6.9
06
,61
R$
7.3
36
,76
R$
7.3
11
,44
R$
7.7
86
,99
R$
8.2
86
,98
R$
8.6
85
,08
R$
9.2
37
,67
R$
9.8
17
,61
R$
10
.42
8,2
5
R$
11
.07
0,1
2
R$
11
.74
4,7
8
R$
12
.32
6,3
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0
L U C R O L Í Q U I D O / H A D E M I L H O
12
Gráfico 3: Retorno sobre o investimento (Fluxo de Caixa Líquido / Investimento)
O lucro líquido por hectare é demonstrado no gráfico 4. Gráfico 4: Lucro Líquido por hectare de milho produzido para silagem
Apesar da rentabilidade (Fluxo de Caixa Líquido / Investimento) do projeto que
utiliza financiamento do banco ser menor do que quando se utiliza capital próprio de
100%, o retorno deste capital, de 30% sobre o investimento total, ocorre em dois anos
e dois meses.
Utilizando 100% de capital próprio o retorno do capital ocorre em três anos e
onze meses.
Como o custo de produção do milho para silagem foi de R$ 1.500,00/ha, para
uma produtividade de 46t/ha, o lucro líquido por hectare será de R$ 4.281,88 para a
primeira safra de milho e de R$ 5.017,74 para a terceira safra. Isto mostra a diferença
entre os setores de energia e o de commoditie, para o modelo de investimento 100%
de capital próprio.
Para o investimento com financiamento o lucro líquido para a primeira safra
será de R$2.368,09/ha e para a terceira safra será de R$ 3.320,26/ha.
5,0
8%
12
,34
%
15
,09
%
17
,30
%
20
,46
%
22
,85
%
25
,34
%
27
,26
%
29
,96
%
32
,76
%
33
,20
%
40
,57
%
43
,18
%
45
,25
%
48
,13
%
51
,15
%
54
,33
%
57
,68
%
61
,19
%
64
,22
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0
R EN T A B I L I D A D E ( F . C . L . / I N V ES T I M EN T O )
R$
2.3
68
,09
R$
2.8
96
,24
R$
3.3
20
,26
R$
3.9
26
,05
R$
4.3
85
,02
R$
4.8
63
,05
R$
5.2
32
,65
R$
5.7
49
,87
R$
6.2
88
,17
R$
6.3
71
,00
R$
7.7
86
,99
R$
8.2
86
,98
R$
8.6
85
,08
R$
9.2
37
,67
R$
9.8
17
,61
R$
10
.42
8,2
5
R$
11
.07
0,1
2
R$
11
.74
4,7
8
R$
12
.32
6,3
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0
R $ / H A D E M I L H O
13
O agricultor que optar por produzir energia estará remunerando seu milho em
R$/kWh e não mais em R$/saco de 60 Kg. Por isso, para o agricultor que não
consegue lucrar com a venda de milho em grão a geração de energia passa a ser a
alternativa mais viável de produção de milho em Rondônia.
CONCLUSÃO
Em maio de 2015, em Porto Velho capital de Rondônia, o custo do MWh
residencial, sem tributos, custava R$ 492,32 e com tributos mais o ICMS R$ 700,02.
Devido a esta alta do custo de energia elétrica surge uma nova alternativa para o
agricultor de Rondônia, o de gerar energia elétrica para venda direta aos condomínios
residenciais e à indústria. Como o Biogás tem 100% de desconto na tarifa de utilização
do sistema de distribuição é possível vender a energia à R$ 400,00/MWh. O
comprador estará economizando e o produtor de energia (agricultor) estará lucrando,
aumentando a geração de renda no campo através de uma cultura que, hoje, não lhe
traz nenhum retorno econômico. O milho é muito importante na rotação de culturas.
Por isso, tornará a agricultura mais sustentável evitando a monocultura da soja.
Devido a situação da geração de energia elétrica no País ficar cada vez mais cara e
o setor necessitar de alternativas para geração, somado ao fato de que o milho
produzido para grão não gera lucro para o agricultor, construir plantas de biogás a
partir de silagem de milho é uma alternativa viável para o agricultor do Estado de
Rondônia.
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REFERÊNCIAS
COELHO, Mario A. A.; Estudo de viabilidade econômica de plantas de biogás com
tecnologia de última geração; Revista Espacios. Vol. 35 (Nº 3) pág. 2, Disponível
em http://www.revistaespacios.com/ Caracas – Venezuela, 2014
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético, Núcleo de Estudos Estratégicos de Energia. Edição 22/12/2014. Disponível em: http://www.mme.gov.br/documents/ 10584/1256600/Folder+Energia+Eolica.pdf/b1a3e78c-7920-4ae5-b6e8-7ba179 8c5961
RAMALHO, A.R.; TOWNSEND, C.R.; SALMAN, A.K.D.; Híbridos e varietais de
milho silageiros indicados para Rondônia; Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento
30, ISSN 1677-8618, EMBRAPA 2005.
ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico; Boletim Mensal de Geração Eólica
Março/2015.
ONS, 2015. Análise da carga de energia e demanda. Disponível em:
http://www.ons.org.br/home/
ANEEL, 2015. Sistema Big Data, Banco de Informações de Geração Disponível em:
http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidade brasil.cfm
SISTEMA FIRJAN; Portal quanto custa a energia. Acessado em 20/06/2015.
Disponível em: http://www.quantocustaenergia.com.br/; 2015.
