Ncleo de Anlise Interdisciplinar de Polticas e Estratgias da Universidade de So Paulo

NAIPPE

Conselho Editorial

Eduardo Massad Professor Titular do Departamento de Patologia e Chefe da Disciplina Informtica

Mdica da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo

F.A.B Coutinho Professor Associado do Departamento de Patologia e Informtica Mdica da

Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo

Luis Fernandez Lopez Professor Associado do Departamento de Patologia e Informtica Mdica da

Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo

Marcelo Burattini Professor Associado do Departamento de Patologia e Informtica Mdica da

Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Braz Jos de Arajo (in memorian)

Professor Associado do Departamento de Cincia Poltica da Faculdade de Filosofia, Letras e Cincias Humanas da Universidade de So Paulo; Coordenador Cientfico do

Naippe/USP -------------------------------------------------------------------------------------------------------

Organizao Mariana de Aquino Passos

Ilustrador Renato Micheletti de Souza

NAIPPE/USP Rua Theodoro Sampaio, 115 So Paulo SP Brasil

CEP 05405-000 Fone: (011) 3061-7435 Fax: (011) 3061-7382

O Setor Sucroalcooleiro e o domnio tecnolgico

Paulo Augusto Soares Co-autoria: Carlos Eduardo Vaz Rossell

NAIPPE/USP

Apoio:

CNPq Pr-reitoria de Pesquisa USP

ndice

Prefcio 01 Biografia dos autores 02 1. Cenrio Atual 03 2. A cana de acar como fonte de energia 13

3. lcool da celulose 17 4. Referncias Bibliogrficas 22 Nova Srie NAIPPE Cadernos 24

Prefcio

O volume 2 da srie Cadernos, juntamente com o volume 3, tratam da tecnologia do Etanol quando usado como combustvel em automveis. Com a descoberta do presidente dos EUA, George W. Bush, de que possvel a existncia de um efeito estufa, verificamos a publicao de uma grande quantidade de artigos relacionados ao assunto. Segundo suas declaraes, no interessante para a maior potncia do mundo ficar na dependncia exclusiva de combustvel de regies que so instveis, pelo menos por enquanto. Finalmente, apesar de no declarado, a presso dos produtores de milho nos EUA talvez tenha influenciado suas opinies.

Com o intuito de analisar o desenvolvimento dessa tecnologia, o NAIPPE pde contar com a experincia dos Drs. Paulo Augusto Soares e Carlos Eduardo Vaz Rossell, especialistas no assunto.

Contribuindo com o desenvolvimento da produo do etanol e participando de discusses e conferncias sobre aspectos de mercado, distribuio, concorrncia, mtodos e tecnologias alternativas, os autores tm conhecimento de primeira mo, que os ajudaram a criar novos conceitos sobre o assunto. Os membros do NAIPPE no gostam de fazer previses a longo prazo. Profecia no est entre os objetivos do nosso ncleo. Entretanto, arriscamos palpitar que pelos prximos quinze anos o etanol ter um papel fundamental para o Brasil e para o mundo. Desejamos aos leitores das publicaes do NAIPPE o desfrute da leitura deste volume e de sua continuao. Estamos sempre dispostos a fornecer esclarecimentos e informaes adicionais, publicando at mesmos comentrios sobre esta e qualquer outra de nossa publicaes.

Biografia do autor

Paulo Augusto Soares Engenheiro qumico formado pela Faculdade de Engenharia Industrial em 1976. Profissional atuante na rea de engenharia de sistemas e de equipamentos para a indstria qumica, petroqumica, de petrleo e sucroalcooleira; Professor universitrio das disciplinas de: transmisso do calor, operaes unitrias, instalaes industriais e clculo de reatores e rbitro da Cmara de Comrcio do Mercosul, Paulo trabalha hoje como consultor na rea de desenvolvimento de processos qumicos e projetos industriais ou sistemas trmicos, em desenvolvimento de mercados ou produtos, assim como em implantao de sistemas.

Biografia do Co-autor

Carlos Eduardo Vaz Rossell Engenheiro qumico formado pela Universidade da Repblica (Uruguai) em 1970, Mestre (1972) e Doutor (1976) em engenharia de alimentos pela Unicamp. pesquisador do Ncleo Interdisciplinar de Planejamento Energtico - NIPE (UNICAMP), participando do Projeto Etanol do Centro de Gesto e Estudos Estratgicos e do Projeto Polticas Pblicas no Setor Sucroalcooleiro; Coordena o Projeto DHR Fapesp 00/13185-9; consultor autnomo junto ao setor sucroalcooleiro; Atua nas reas de processos fermentativos, tecnologia de produo de etanol, hidrlise de bagao, beneficiamento de subprodutos e obteno de novos produtos a partir da cana-de-acar e foi agraciado com o prmio Maurice Paturau, conferido ao melhor trabalho em subprodutos no International Society of Sugar Cane Technologists 2004.

1 Cenrio Atual

O setor sucroalcooleiro Brasileiro passou por profundas alteraes nos ltimos 30 anos, as quais atingiram todos os segmentos econmicos relacionados com o mesmo. O agente gerador destas transformaes foram, sem sombra de dvida, agentes externos de mercado. Apesar de antes de 1975 o governo do Estado de So Paulo ter criado um programa de incentivos ao setor sucroalcooleiro, quando apareceram as primeiras usinas de grande porte e com estrutura industrial, a maioria das usinas existentes na poca estavam voltadas quase que exclusivamente para a produo de acar, sendo o setor constitudo basicamente por empresas familiares de pequeno e mdio porte, as quais mantinham uma estrutura administrativa e tcnica no muito diferente daquela empregada no inicio do sculo XX por seus fundadores. Em meados da dcada de 70, com a necessidade de reduo de importaes, o governo Brasileiro criou o Prolcool1, o qual provocou o primeiro grande impacto no setor sucroalcooleiro Brasileiro, gerando a primeira grande onda transformista. O Prolcool teve por objetivo criar uma fonte alternativa de combustvel para veculos providos de motor a exploso com ciclo Otto e fomentar a criao de emprego no Brasil. Este programa, apesar de suas falhas, injetou considervel soma de capital no setor fomentando, o inicio do desenvolvimento tecnolgico em todos os segmentos econmicos relacionados com a produo de lcool a partir da cana de acar, principalmente. Durante o programa Prolcool foram pesquisadas outros tipos de biomassa para a produo de lcool combustvel, dentre as quais se destacaram as experincias realizadas com a mandioca pela PETROBRAS e com a hidrolise da madeira na COALBRA, estas experincias demonstraram a viabilidade tcnica dos processos e a supremacia econmica da cana de acar em relao as demais matrias primas estudadas, consagrando esta ultima como praticamente imbatvel no Brasil, com a vantagem da cana ter um um balano energtico positivo, se considerarmos todo o processo produtivo. As demais matrias primas, atualmente utilizadas, apresentam um balano energtico negativo. Durante a dcada de 90, aps o fim do Prolcool, o setor sucroalcooleiro deixou de receber recursos subsidiados pelo Governo Brasileiro, provocando uma

1 Programa Brasileiro de lcool

nova e grande transformao. Neste perodo o setor iniciou a sua efetiva profissionalizao e modernizao, visando sobreviver competitivamente no mercado nacional e internacional, sem subsdio governamental. No incio deste sculo, com a conscientizao a nvel mundial da necessidade de uma nova fonte renovvel de energia para substituir o Petrleo e do Protocolo de Kyoto para a preservao do meio ambiente, aparece um novo agente externo que dever provocar profundas alteraes no Setor Sucroalcooleiro Brasileiro, pois se considerarmos todo o processo agro-industrial, a cana-de-acar gera crditos de carbono. A tecnologia atualmente empregada pelo setor na rea agrcola, pode ser considerada como de ponta a nvel mundial, em especial aquelas utilizadas na regio centro-sul do Territrio Nacional. A associao de trs fatores independentes: a qualidade do solo, as condies climticas e a tecnologia de ponta desenvolvida na rea agrcola; colocaram a cana-de-acar Brasileira como uma das mais promissoras fontes de biomassa, ou seja, de energia renovvel do planeta. A grande maioria das usinas que esto operando comercialmente na atualidade, j possuem administraes que atuam de forma profissional ou esto em fase de profissionalizao, utilizando ferramentas e conceitos administrativos atualizados, tanto nas questes econmicas, como nos aspectos de preservao do meio ambiente e de segurana e higiene do trabalho. A logstica de distribuio do lcool para combustvel est estruturada de forma consolidada no Pas, todavia carece de investimentos na construo de lcooldutos, para distribuio interna e nas instalaes porturias para a exportao do produto. A PETROBRAS a empresa que lidera este setor e possui incontestvel experincia internacional nesta rea. O setor industrial das usinas est estruturado para atender competitivamente a produo de acar e de lcool etlico. Algumas usinas j implantaram ou esto em fase de implantao de sistemas de cogerao de energia eltrica, sendo estas ltimas as que possuem um projeto mais otimizado energeticamente. A rea industrial das usinas a que mais carece de atualizao tecnolgica, se utilizarmos o conceito atual de biorefinaria. As empresas que atualmente fornecem insumos ao setor sucroalcooleiro, bem como as de bens de capital, apresentam de uma forma geral boa sade financeira,

esto bem estruturadas e possuem capacidade para atender a demanda atual e o eventual crescimento do setor. Os grficos abaixo indicam os dados da produo Brasileira do setor sucroalcooleiro, considerando apenas os dois produtos principais, o acar e o lcool. Os dados relativos produo de cana-de-acar para a safra que se encerrou no final de 2006, ainda esto sendo confirmados, porm as ltimas estimativas prevem uma produo de 475 milhes de toneladas e as previses de produo futura, efetuadas pelo BNDES, consideram que atingiremos 570 milhes de toneladas no ano de 2010 e de 1 bilho de toneladas no ano de 2021.

GRFICOS DE PRODUO : CANA / ACAR / LCOOL

Produo de cana-de-acar

0,000

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

400,000

450,000

500,000

75/76 77/78 79/80 81/82 83/84 85/86 87/88 89/90 91/92 93/94 95/96 97/98 99/00 01/02 03/04 05/06 06/07Safra

Pro

du

o de

ca

na

de a

uca

r ( m

ilhe

s de

to

nel

adas

)

Produo de acar

0

5

10

15

20

25

30

75/76 77/78 79/80 81/82 83/84 85/86 87/88 89/90 91/92 93/94 95/96 97/98 99/00 01/02 03/04 05/06 06/07Safra

Pro

du

o de

a

car

( m

ilhe

s de

to

nel

adas

)

Produo de lcool

0

5

10

15

20

25

75/76 77/78 79/80 81/82 83/84 85/86 87/88 89/90 91/92 93/94 95/96 97/98 99/00 01/02 03/04 05/06 06/07Safra

Pro

du

o de

l

coo

l ( m

ilhe

s de

m

etro

s c

bico

s)

Alcool

Fonte: UNICA / DEDINI (International Sugar Jornal - ISJ)

O setor agrcola das usinas atingiu altos ndices de produo, sendo que no sudeste Brasileiro a produo mdia de cana-de-acar atinge 90 toneladas por hectare plantado, todavia as condies de clima e solo existentes nas demais regies do Brasil no permitem a generalizao deste ndice de produtividade. Um valor

mdio aceito no mercado de 81 toneladas de cana por hectare plantado como mdia para o territrio nacional. Recentes estudos efetuados pelo Centro de Tecnologia Canavieira, Piracicaba / SP, demonstram que existem vrias reas do Territrio Brasileiro que podero ser utilizadas para a expanso do plantio de cana-de-acar, em especial no centro-oeste do Pas.

A tabela abaixo apresenta o levantamento efetuado em julho de 2006 sobre as usinas em fase de projeto por regio do Pas.

Fonte: DEDINI Julho/2006 A tendncia atual de termos usinas com capacidade de moagem entre 1,5 a 2,5 milhes de toneladas por safra, com um valor que poderemos chamar de capacidade padro de 2 milhes de toneladas, sendo que este tamanho est sendo limitado, principalmente, pela distncia entre a rea de plantio e a unidade industrial. Os nmeros do setor confirmam esta tendncia, assim como indicam um crescimento da capacidade mdia de moagem por usina como indicado na tabela abaixo.

Safra Produo milhes toneladas

Usinas Operando

Produo Mdia Milhes ton. / usina

2004/05 386 343 1,12

2005/06 386 347 1,11

2006/07 428 357 1,2

2010/11 570 (Estimado) 455 (Estimado) 1,25 Fonte: nica / Copersucar/Dedini

Regio Usinas em Projeto em

2006

Usinas em Montagem ou

Partida em 2006

Norte 0 1

Nordeste 3 1

Centro-sul 21 23

Centro oeste 18 9

Sul 1 2

Total 43 36

A Tabela a seguir indica os custos de produo do acar e do lcool nos principais pases produtores destas commodities e da matria prima utilizada. A anlise dos valores demonstra a vantagem competitiva Brasileira, em especial considerando que o nvel atual de subsdio governamental ao setor sucroalcooleiro praticamente nulo.

Pas Produtor Matria Prima Custo do acar (1)

USD/Tonelada

Custo do lcool (1)

USD / litro Unio Europia Beterraba /

Cereais 760 0,97

Estados Unidos Milho 290 0,47

Austrlia Cana de acar 195 0,32 Tailndia Cana de acar 178 0,29 Brasil Cana de acar 120 0,20

Fonte: Datagro para custo na usina. Revista Exame de 16/06/2005 USD Dlares Americanos

A tabela a seguir indica alguns parmetros ou indicadores da performance da rea industrial do setor de produo de acar e lcool em pocas distintas: O incio do Prolcool, quando iniciou-se o grande esforo de desenvolvimento tecnolgico do setor, e os dias de hoje.

Indicadores da Performance Industrial

Descrio Unidade Incio Prolcool Hoje Capacidade de moagem de cana em 6 ternos de 2000 mm (78)

Ton./dia 5500 14000

Extrao do caldo em 6 ternos de moenda em percentual do acar da cana

% 93 97

Tempo mdio de Fermentao horas 18 a 24 4 a 6

Quantidade de acares do caldo transformada em lcool na

% 80 91

fermentao

Perda de lcool no processo de destilao

% 2 0,5

Consumo de vapor na produo de acar por tonelada de cana processada

kg vapor / t. cana

600 320 (1)

Consumo de vapor na destilao do lcool anidro

Kg vapor /

litro alcool 4,5 1,8 (1)

Metano potencial obtido da vinhaa Nm3 gas / litro lcool

0 1

Produo mxima de lcool por tonelada de cana (13% pol. cana)

l. lcool / t. cana

66 86

Excedente mximo de bagao em usina de lcool em relao ao bagao gerado

% At 8 At 78

Presso de gerao de vapor nas caldeiras

bar 22 92 (1)

Capacidade de Produo de energia eltrica por tonelada de cana moda queimando somente o bagao

kWh 2,7 80

Custo de produo do lcool anidro na usina (2)

USD / m3 700 200

Fonte: (1)Dedini / (2) Datagro Conf Int. 2001/ International Sugar Jornal - ISJ

Os nmeros citados acima so fortes indicadores do desenvolvimento tecnolgico ocorrido nos ltimos 30 anos no setor sucroalcooleiro, bem como de sua competitividade a nvel mundial. Destacam-se como fatores indutores deste desenvolvimento: inicialmente a expanso do consumo interno de lcool combustvel, seguido do aumento da demanda internacional de acar e atualmente o incio do pleno aproveitamento energtico da cana de acar como fonte de energia renovvel. O pleno aproveitamento energtico da cana-de-acar est ligado ao atual conceito de biorefinaria, que pode ser descrito ou resumido como:

A Biorefinaria composta por facilidades e instalaes produtivas que geram e utilizam matria prima de origem vegetal e renovvel, operando de forma totalmente integrada, e que atravs de processos fsicos-qumicos, enzimticos ou biolgicos transformam estas matrias em sub-produtos que atendam s necessidades do consumo moderno, de forma sustentvel e com o mnimo de impacto ambiental. A principal e fundamental matria-prima da biorefinaria a energia solar, que aliada s caractersticas de solo e atmosfricas, ir propiciar a gerao da biomassa necessria biorefinaria. Temos sempre que ter em mente que a produo adequada da biomassa, s poder ser atingida com o emprego de tecnologia de ponta e comprovadamente adequada s caractersticas locais do meio ambiente, porm, com flexibilidade para atender e se resguardar das oscilaes de preos impostas pelo mercado internacional. As empresas fornecedoras de unidades completas, dentre as quais se destaca a DEDINI, possuem tecnologia e podem fornecer instalaes que reduzam a quantidade de vinhoto gerado (principal resduo de uma usina) e o consumo de gua, reduzindo o impacto ambiental e maximizando o consumo energtico. Dentre estas tecnologias em desenvolvimento ou aquelas disponveis comercialmente, destacamos a gerao de gs metano ou biogs, pela biodigesto do vinhoto, sistemas de concentrao do vinhoto, as fermentaes com alto teor alcolico e a hidrlise do bagao da cana. O setor Sucroalcooleiro Nacional tem o domnio tecnolgico, com praticamente 100% de ndice de nacionalizao em todos os setores da tecnologia, desde a parte agrcola at a produo industrial e a de logstica de distribuio. Acredito que o modelo que permitiu alcanarmos esta posio de liderana se deve integrao e a interao harmnica e complementar de quatro agentes:

As Instituies e Centros de Pesquisas; Os consultores independentes que atuam no setor; Os fabricantes de equipamentos; As Usinas e Cooperativas de produtores de acar e lcool.

Acreditamos que a manuteno desta liderana tecnolgica e as novas necessidades de desenvolvimento do setor, no podero prescindir deste modelo, cuja eficincia j foi comprovada, mas ir requerer o engajamento de outros setores, como o qumico e uma maior participao dos centros de tecnologia das universidades.

Os novos esforos para o desenvolvimento tecnolgico do setor, podero ser divididos em dois grupos bsicos:

Aqueles destinados a manter a liderana tecnolgica; Aqueles destinados a buscar o aproveitamento de novos produtos ou fontes de

matria-prima. O desenvolvimento do setor, como j visto, foi impulsionado por fatores de mercado, os quais possibilitaram a aplicao de tcnicas que, na maioria dos casos, resultavam em ganhos incrementais na base do negcio, tanto na rea agrcola como na industrial e de gerenciamento de recursos, associando a adaptabilidade, a flexibilidade e a criatividade para a maximizao dos resultados. Uma viso moderna do setor, e j aceita pela grande maioria de seus agentes, pode ser resumida no quadro abaixo para o atual estgio do setor

A grande maioria das usinas gerencia suas plantaes de forma a permitir que em parte da rea, usualmente 20%, seja plantada outro tipo de cultura, em geral gros com curto ciclo de produo. Este sistema permite o mximo de aproveitamento do solo e cria uma fonte alternativa de recursos. O setor industrial das usinas Brasileiras possui tecnologia para a produo dos vrios tipos de acares, conforme as especificaes de cada cliente, assim como do

SETOR AGRICOLA

+

SETOR INDUSTRIAL

+

LOGSTICA DISTRIBUIO

SOLO

CLIMA

TECNOLOGIA

GERENCIAMENTO

GROS / SEMENTES

ACAR e DERIVADOS

LCOOL ETLICO

LEVEDURA P/ RAO

VINHAA e RESDUOS

ELETRICIDADE

RAO P/ GADO

processo do produo de acar invertido lquido, para atender aos rgidos requisitos das indstrias de refrigerantes e bebidas. O lcool produzido nas usinas, com tecnologia nacional, atende s especificaes do mercado mundial, tanto para o setor de combustvel, como o qumico e o de bebidas e licores. Algumas usinas produzem levedura desidratada para exportao para o Japo, onde a mesma transformada em rao para peixes. A produo de leveduras da ordem de 20 kg de levedura por 1000 litros de lcool produzido. A vinhaa produzida na destilao do lcool na sua quase totalidade retornada para o setor agrcola, reduzindo a necessidade de adubao qumica. A torta dos decantadores e as cinzas das caldeiras tem o mesmo destino. As usinas de lcool e acar so autosuficientes em energia eltrica durante a safra, sendo que muitas j produzem energia eltrica para venda, utilizando o bagao excedente como fonte de energia. A utilizao da palha da cana como outra alternativa energtica poder resultar em um ganho adicional. O bagao excedente pode tambm passar por tratamento para aumentar a sua digestibilidade e ser utilizado como rao animal. Esta tecnologia disponvel no setor, sendo que usualmente utilizado o processo de cozimento com vapor, seguido de despressurizao rpida. As mais recentes unidades de produo instaladas pela DEDINI, integram as usinas tradicionais de acar e lcool com a produo de biodiesel e de energia eltrica, criando desta forma, uma nova alternativa de aproveitamento dos recursos naturais. As primeiras unidades com este novo projeto integrado, j esto em operao e foram desenhadas para atender ao mercado de forma flexvel, inclusive no tocante ao tipo de matria-prima. Esta integrao ir permitir, em curto espao de tempo, o aparecimento de um novo tipo de indstria que a sucroqumica e a alcoolqumica, ou seja, processos que iro produzir comercialmente derivados do acar e do lcool e seus sub-produtos em unidades integradas ao setor agrcola e industrial convencional. A engenharia nacional, representada primordialmente pelas empresas de bens de capital fornecedoras de equipamentos para o setor, detm tecnologia testada e consagrada no setor industrial de produo de acar e lcool e tem capacidade para atender a demanda atual e futura. Nesta rea, destaca-se a DEDINI S/A Indstrias de Base de Piracicaba / SP, a qual a nica empresa a nvel mundial com capacidade de

projetar, fabricar e montar uma usina completa de produo de acar e lcool otimizada, de acordo com as especificaes do cliente e integrada a unidades de produo de biodiesel, partir de matria-prima vegetal ou animal. Os desenvolvimentos tecnolgicos a curto e mdio prazo na rea industrial do setor sucroalcooleiro, indicam como mais viveis e promissoras as reas de:

Aproveitamento da palha produzida; Hidrlise do bagao para produo de lcool; Melhorias e integrao na produo do acar e do acar invertido; Melhorias nos sistemas de fermentao e destilao; Reduo do volume de vinhaa gerada.

2 A cana-de-acar como fonte de energia

A cana-de-acar uma biomassa que pode ser transformada quase que totalmente em energia aproveitvel atravs de processos industriais, que na sua maioria, j so dominados e conhecidos e apresentam alto ndice de aproveitamento dos sub-produtos e, relativo baixo impacto ambiental. O diagrama a seguir indica os potenciais de aproveitamento energtico desta biomassa:

Notas:

1.000 kg de cana de acar

(cana limpa)

ou

1.718.000 kcal

153 kg de Acar ou

608.000 kcal 35,4% do total

276 kg de bagao 50% umidade ou

598.000 kcal 34,8% do total

165 kg de Palha 15% umidade ou

512.000 kcal 29,8% do total

a) 1 kcal = 4,1868 kJ; b) Considerada a totalidade da palha, incluindo pontas e folhas; c) A umidade de 50% do bagao o valor mdio obtido na sada do 6 terno de

moendas. d) A umidade de 15% da palha o valor obtido para a palha seca no campo ao

sol.

e) Fonte: International Sugar Jornal / DEDINI

Os valores equivalentes de energia indicam que podemos considerar que o potencial energtico da cana-de-acar est dividido igualmente: no caldo, no bagao e na palha, cada parte com 1/3 da energia total. Podemos fazer uma comparao do contedo energtico de uma tonelada de cana-de-acar, 1.718.000 kcal, com o potencial energtico de um barril de petrleo que de 1.386.000 kcal, ou seja, uma tonelada de cana equivale energeticamente a 1,24 barris de petrleo bruto. Considerando que a produo da safra de 2004/05 foi de 386,2 milhes de toneladas, temos que, em equivalentes energticos, esta safra correspondeu a 478,7 milhes de barris de Petrleo ou 1,3 milhes de barris / dia, valor muito prximo ao consumo nacional de petrleo, que foi de 1,5 milhes de barris /dia.

O acar uma fonte de energia direta para o corpo humano. A tecnologia de extrao e obteno do acar da cana conhecida e consagrada nas usinas, podendo ser ainda otimizada em alguns aspectos, porm os ganhos energticos esperados no sero significativos se considerarmos as usinas que utilizam as tecnologias recentes. A grande utilizao atual do bagao o seu aproveitamento como combustvel das caldeiras, gerando vapor para aquecimento e para gerao de energia eltrica para consumo na usina e para venda s concessionrias de energia eltrica. O grau de eficincia do sistema de cogerao ou gerao, depende da tecnologia empregada em cada usina. A palha da cana, na atualidade, no aproveitada para fins industriais ou energticos, sendo que o seu destino a queima no prprio campo. Estudos j realizados indicam que aproximadamente 50% da palha gerada poder ser retirada do campo, com ganhos para a rea agrcola e meio ambiente. O aproveitamento da palha, como fonte de energia, resultar em significativos ganhos energticos para o setor.

Utilizando a tecnologia Brasileira existente nos principais fornecedores do setor, e conforme dados fornecidos pela DEDINI, possvel gerar um total de 153 MW com o aproveitamento de 100% da palha em uma usina de mdio porte, moendo 10.000 toneladas / dia de cana ou 2 milhes de toneladas por safra. O diagrama a seguir indica o limite atual de aproveitamento da energia utilizando-se a totalidade do bagao, da palha e do biogs gerado pela vinhaa, como combustvel das caldeiras.

Notas:

a) Fonte DEDINI (International Sugar Journal) b) Considerou-se consumo de vapor no processo de 380 kg / tc; c) Gerao com Caldeira Multi-combustvel queimando bagao / palha / biogs

da vinhaa, gerando vapor superaquecido a 85 / eficincia de 87% / turbina de alta eficincia com extrao controlada e condensao.

O gerenciamento das plantaes com a produo de gros ou oleaginosas, intercalada com o cultivo da cana, pode abranger at 20% da rea plantada, permitindo o mximo aproveitamento do solo e criando uma fonte alternativa de recursos energticos, como a produo de biodiesel ou de gramneas para queima. Existe tecnologia disponvel na DEDINI para a transformao da vinhaa que retorna para o setor agrcola em biogs, porm este processo ainda no est sendo

100 % Utilizao da Palha como combustvel:

Potncia Total

=

153 MW

Potncia Consumida na Usina =

16,3 MW

Potncia Consumida na Termoeltrica =

10,7 MW

Potncia Excedente =

126 MW

utilizado comercialmente pelas usinas. O gs gerado pode ser queimado nas caldeiras ou ser utilizado como fonte de gs para clulas de combustvel. A partir de 1999, com a privatizao do setor de energia eltrica, criou-se a figura do Produtor Independente de Energia, abrindo um novo mercado para as usinas. Esta nova condio foi o incentivo para que as usinas modificassem o seu sistema de gerao de vapor e energia, passando de uma configurao de baixa eficincia, que tinha por finalidade consumir o bagao gerado, para uma nova concepo onde se procura utilizar o bagao excedente para a gerao de energia eltrica.

Aproximadamente, 60% das usinas brasileiras esto instaladas no Estado de So Paulo, na rea de atuao da CPFL2 Energia S/A, sendo esta companhia a maior compradora da energia gerada nas usinas. O grfico abaixo indica a evoluo do total de energia comprado pela CPFL das usinas instaladas nesta rea, o qual mostra o grande salto ocorrido a partir do ano 2000.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004Ano

Ener

gia

Com

prad

a CP

FL - G

Wh/

ano

A utilizao da palha da cana como uma outra fonte de energia excedente poder resultar em um ganho adicional. A utilizao de at 50% da palha como fonte de energia benfica e necessria para o setor agrcola.

2 Companhia Paulista de Fora e Luz

3 lcool da celulose

A celulose uma das substncias renovveis mais abundantes no globo terrestre, motivo pelo qual a mesma tem sido extensivamente estudada como fonte de energia sustentvel para uso industrial. Os estudos iniciais remontam as primeiras dcadas do sculo passado, todavia, apesar dos esforos j efetuados para o desenvolvimento do aproveitamento desta matria prima, o nico processo que pode ser considerado, na atualidade, como tecnologicamente dominado e economicamente vivel, a queima direta da matria vegetal. O aproveitamento da matria vegetal desperta grande interesse dos pesquisadores, cientistas e industriais, devido ao fato da mesma ser encontrada em grandes quantidades em vrios tipos de resduos. O Brasil possui uma condio muito especial, se considerarmos o bagao da cana, pois o mesmo est disponvel de uma forma razoavelmente limpa, em grande quantidade e concentrada ao lado das usinas de acar e lcool, o que torna o bagao da cana uma atrativa fonte de energia, tanto para queima direta como para converso em produtos qumicos, em especial o etanol. A converso dos policarboidratos, ou seja a celulose e a hemi-celulose, contida na matria vegetal efetuada atravs da quebra das longas cadeias e da adio de gua, que denominado de hidrlise. Simplificadamente podemos representar a hidrlise como indicado abaixo:

Os processos de hidrlise mais pesquisados e que podem ser utilizados industrialmente so:

Hidrlise do Estado Crtico;

CELULOSE HEXOSES Hidrlise

HEMICELULOSE Hidrlise

PENTOSES(96%)+HEXOSES(4%)

Hidrlise Enzimtica; Hidrlise cida Concentrada; Hidrlise cida Diluda.

O processo de Hidrlise utilizando fludos no estado crtico, em geral gua, est em fase de pesquisas de laboratrio, sendo que o tempo para passarmos para a fase de desenvolvimento piloto ou semi-industrial, dever levar no mnimo 2 a 3 anos. Este processo ir requerer uma otimizao energtica, assim como solues

complexas de engenharia. Como resultado final, este tipo de hidrlise dever apresentar altos valores de converso, baixa quantidade de sub-produtos e tempo de reao insignificante, se comparado com os demais processos. O processo de Hidrlise Enzimtica procura utilizar a mesma via dos processos naturais de hidrlise, e apresenta uma alta taxa de converso, sendo esperado valores acima de 90% de converso. Este processo est recebendo altos volumes de recursos na rea de pesquisas de laboratrio e j existem unidades operando em fase piloto. Apesar dos grandes avanos obtidos nos ltimos anos, os processos de hidrlise enzimtica ainda esto limitados por fatores ligados ao custo das enzimas, alto tempo requerido para ocorrer a converso e provvel alto custo energtico devido aos grandes volumes que tero de ser mantidos aquecidos e agitados por longo tempo. Outra questo fundamental para a hidrlise cida, no estado atual da arte, o tipo de pr-tratamento que ser necessrio efetuar para adequar a matria prima, como disponvel, aos requisitos da enzima. Considerando a velocidade do desenvolvimento tecnolgico deste processo, as dificuldades a serem ultrapassadas e as solues de engenharia a serem adotados, podemos prever que os processos de hidrlise enzimtica no atingiro o status de processo comercial antes de 10 a 20 anos. O processo de hidrlise com cido concentrado um processo qumico, que realiza a converso em curto tempo, em geral da ordem de 60 a 240 minutos, possibilitando o emprego de reatores contnuos que poderiam operar com alto rendimento, em um ou dois estgios. A limitao deste processo est essencialmente ligada ao custo de recuperao e reciclagem do cido, ou de sua aquisio e neutralizao. Plantas utilizando este processo foram construdas durante a segunda guerra mundial, sendo que atualmente, existem plantas operando em escala piloto ou semi-industrial, mas a tecnologia no atingiu o estgio comercial efetivo.

O processo de hidrlise com cido diludo um processo qumico que requer a utilizao de condies severas de reao, porm exige tempos reduzidos de reao, em geral, inferiores a 45 minutos, possibilitando o emprego de reatores contnuos que podem operar em um ou dois estgios. As dificuldades deste processo esto relacionadas com a otimizao do processo e a sua integrao com as solues de engenharia que iro resultar em taxas de converso economicamente viveis. Vrias plantas utilizando reatores em batelada, operaram e foram desativadas devido ao seu alto custo operacional. A DEDINI construiu uma unidade semi-industrial e pioneira, utilizando processo patenteado e denominado de DEDINI HIDRLISE RPIDA (DHR), o qual utiliza reator contnuo e une a tecnologia de remoo da lignina. Atravs do processo por solvente orgnico (Organosolv) com a hidrlise cida diluda, esta unidade est em operao experimental na Usina So Luiz Pirassununga / SP. Os problemas associados ao desenvolvimento de processos ou plantas comerciais para a converso de matria vegetal em acares, e estes em lcool, so numerosos e complexos, porm no so maiores que aqueles j enfrentados quando do desenvolvimento dos processos industriais para a qumica fina, petroqumica e petrleo. Os desenvolvimentos efetuados at os ltimos anos para os processos de hidrlise abordaram vrios aspectos, porm no levaram em considerao todas as dificuldades a serem enfrentadas, bem como a sua integrao com os processos j consagrados industrialmente, sendo na maioria dos casos desenvolvidos para servir de solues pontuais, o que justifica o fracasso comercial das plantas que entraram em operao industrial. A soluo industrial economicamente vivel para um processo de hidrlise, dever estar baseada, mas no restrita, aos seguintes fatores:

Domnio da tcnica, a nvel de laboratrio; Validao de resultados em unidade piloto; Comprovao das solues de engenharia em semi-escala industrial; Operao de unidade industrial pioneira.

O domnio da tcnica, a nvel de laboratrio, deve ser planejado de tal forma que possamos obter dados da cintica qumica e das metodologias analticas, adequados aos materiais e caractersticas da matria-prima que ser utilizada, futuramente, de forma comercial. Os materiais de origem vegetal aparentam ter composio muito semelhante, todavia a presena de pequenas quantidades de

substncias diferentes, podem provocar significativas alteraes nas condies de reao e na converso desejada. Outro fator importante a utilizao de tratamentos a que a matria prima submetida no laboratrio, porm os mesmos no so reproduzveis ou se tornam inviveis em processos industriais, e podem alterar os parmetros obtidos. A validao dos resultados obtidos a nvel de laboratrio em uma unidade piloto, uma etapa que pode ser complicada, pois a presena de slidos ou pasta, pode dificultar ou inviabilizar o escoamento do material em tubos ou locais com pequena rea de passagem. Outra dificuldade desta etapa encontrar solues que possam ser reproduzidas nas unidades industriais. Somente tero validade os resultados obtidos em unidades piloto, que realmente reproduzam e manuseiem a mesma matria que ser utilizada em uma unidade industrial. A comprovao em escala semi-industrial, dos resultados obtidos nos nvel de laboratrio e das unidades piloto, de fundamental importncia para a comprovao das solues de engenharia a serem utilizadas, pois devido s caractersticas reolgicas e a complexidade de composio dos fludos manuseados, o simples aumento de escala pode resultar em problemas e at inviabilizar a soluo adotada. O aumento ideal de escala entre estas etapas deveria estar limitado a um valor de aproximadamente 10 vezes. A operao de uma unidade pioneira, projetada em escala industrial, fornecer a comprovao definitiva da viabilidade das solues de engenharia adotadas, e dos parmetros tcnico-econmicos, para a elaborao do estudo de viabilidade econmica do processo, assim como fornecer dados sobre a vida til da instalao e das partes da mesma. O conceito que est predominando e a possvel soluo sustentvel, a nvel mundial, para a converso de material vegetal em produtos qumicos ou etanol o conceito de biorefinarias, ou seja: a integrao das unidades de hidrlise com a parte agrcola, o que resultar em processo agro-industrial sustentvel. As principais vantagens das biorefinarias so:

Possibilidade de transformao dos resduos agrcolas em produtos comerciais ou como fonte de energia;

Compartilhamento de toda a infra-estrutura tcnico-administrativa, reduzindo os custos operacionais;

Reduo dos riscos econmicos e de financiamento, pela possibilidade de se flexibilizar as fontes de matria-prima e de produtos acabados, reduzindo o impacto das flutuaes dos preos internacionais das commodities;

Reduo do impacto ao meio ambiente, pela diminuio da gerao de resduos ou da possibilidade de seu aproveitamento em outra atividade.

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