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A PRODUO DE ETANOL EM MICRO E MINI-DESTILARIAS.Enrique Ortega, Marcos Watanabe, Otavio Cavalett. Laboratrio de Engenharia Ecolgica FEA, Unicamp, Caixa Postal 6121 Campinas, SP, Brasil CEP 13083-862 Resumo A avaliao sistmica emergtica que inclui os valores dos insumos ambientais, a diminuio no oferecimento de servios ambientais e o aumento das externalidades negativas dos projetos para produo de lcool combustvel revela uma realidade muito diferente da imagem da indstria da cana difundida pela mdia. Por meio da analise sistmica possvel descobrir que a economia de escala desaparece e, ao mesmo tempo, perceber que sistemas agrcolas ecolgicos integrados com pequenas destilarias de lcool podem ter um timo desempenho econmico e scio-ambiental. Para chegar a essa concluso necessrio incluir parmetros ambientais e sociais. Alm disso, hoje, a escolha da modalidade de produo exige uma anlise da conjuntura global, pois o modelo de desenvolvimento depende tanto das potencialidades locais quanto dos arranjos polticos regionais e internacionais e do equacionamento da problemtica climtica e social global. 1. INTRODUO: A produo de etanol combustvel pode realizar-se de vrios modos. Lamentavelmente a escolha tecnolgica ocorre em funo dos interesses econmicos e polticos unicamente, ficando de fora os objetivos sociais e ambientais. Na poca de implantao do Pr-lcool a opo por usinas grandes (120 000 litros/dia ou seus mltiplos), no era mais do que uma entre diversas possibilidades existentes [Bueno, 1980]. A opo adotada implicou no desgaste de recursos humanos (bias-frias), naturais (solo, flora, fauna) e financeiros (possibilidade da aplicao do dinheiro em outros investimentos). A opo pela grande escala de produo resultou em uma monocultura danosa, pouca possibilidade de interao com a pecuria e a destruio da diversidade ecolgica e das pequenas economias nos locais onde as grandes usinas se instalaram [Paschoal, 1983; San Martin, 1985]. Hoje sabemos que tambm afetou a qualidade da atmosfera global. Nesta dcada se repete a situao vivida na dcada de 70, porm com a possibilidade de afetar reas rurais ainda maiores, pois a relao benefcio/custo desconsidera as externalidades negativas e as perdas de servios ambientais. No se levam em conta os estudos que indicam o possvel agravamento dos problemas scio-ambientais e no so ouvidas as reflexes crticas dos movimentos sociais ao modelo de produo e consumo vigente nem as implicaes do uso de grandes volumes de fertilizantes qumicos, pesticidas e herbicidas (derivados do petrleo) nas mudanas climticas. Ao optar pelos modelos de monocultura extensiva, os planejadores e os tomadores de deciso desconsideram a perda dos servios ecossistmicos na lavoura homognea e tambm os custos do impacto ambiental dos agro-qumicos aplicados na lavoura, custos que so repassados indevidamente s comunidades e aos governos locais (socializao dos custos). E no se trata de valores pequenos; o valor dos servios ambientais perdidos e das externalidades negativas produzidas so da ordem de 300 a 500 dlares/ha. Trata-se de um subsdio aos grandes produtores que explica a economia de escala.

Hiptese: Se fossem contabilizados os valores das perdas dos servios ambientais e as externalidades negativas das indstrias de lcool, seria possvel descobrir que a economia de escala desaparece e, ao mesmo tempo, perceber que podem existir sistemas agro-ecolgicos integrados micro-destilarias de lcool, economicamente viveis em instalaes de porte pequeno (100, 1000 litros/dia) e mdio (5000, 20000 l/d), denominadas micro-usinas e mini-usinas, respectivamente. 2. JUSTIFICATIVA: A Humanidade evolui a partir do uso de fontes de energia que consegue usar, cabe ento esperar que ela mesma, devido ao declnio dos recursos energticos e da perda da biodiversidade, dos problemas da poluio e da crise social, consiga mudar de rumo e se adaptar a um novo leque de fontes de energia, no qual caber a biomassa um papel fundamental [Odum e Odum, 1976; 2001]. Da biomassa podem-se obter vrios tipos de combustveis (slidos, lquidos e gasosos) de carter renovvel, entre os quais o lcool etlico um dos mais nobres, pois no txico, de fcil transporte e pode substituir, em parte, o consumo de gasolina. O Brasil foi sempre deficitrio em petrleo e hoje apresenta um saldo positivo, porm temporariamente. O pas ainda suscetvel s variaes de oferta e preo do petrleo no mercado internacional e a situao pode-se complicar, pois as previses apontam o esgotamento das reservas de petrleo em menos de trs dcadas e um aumento de preo do barril de petrleo aos nveis que atingiu durante as crises de 1972 e 1983 ou maiores. Nessa conjuntura, o uso dos combustveis da biomassa constitui uma alternativa que pode colaborar na soluo do efeito estufa se bem planejada [Cerqueira Leite, 1988, 2006; Vasconcelos e Vidal, 2002]. necessria a elaborao de planos de auto-suficincia energtica para o pas, considerando neles tanto o curto, o mdio e longo prazo. Porm, para serem realmente viveis no longo prazo, deveriam considerar os aspectos sociais e ecolgicos [Wiesner, 1984; Minc, 1987; Ortega, 1987; Bacic et al, 1988]. Vrios pesquisadores (ESALQ; Embrapa; USP/So Carlos, ITAL) se interessaram no estudo da produo de lcool em escalas menores, havendo a instalao e operao de pequenas destilarias autnomas em diversos lugares do pas [Folha de So Paulo, 1985]. Podem ser destacadas as de Jundia [Solnik, 1984] e So Carlos [Corsini, 1981]. Nelas a produo de lcool no a nica atividade, ela est articulada produo de forragens para gado bovino, biogs, biofertilizante, aproveitamento do vinhoto, uso do bagao excedente como combustvel e outras atividades que poderiam aumentar a lucratividade do empreendimento. Foi sugerido designar este modelo como Sistema Integrado de Produo de Alimentos e Energia ou SIPEA [La Rovere e Tolmasquim, 1984]. Como nos anos seguintes o preo do petrleo caiu muito, esses empreendimentos foram desativados, pois no podiam competir com um combustvel de alta qualidade disponibilizado a um preo que era mantido baixo para subsidiar o sistema industrial global. Mas o petrleo finito e causa um grande impacto na natureza, na sociedade e na atmosfera, portanto as pesquisas e os empreendimentos em mini-usinas integradas voltaram a ser realizados.

3. TECNOLOGIA: Quando se planeja uma destilaria de lcool, se determina o futuro da regio, poderamos pensar em uma relao escala de produo vinculada ao sistema social (ver tabelas 1 e 2). As escalas de 4000 at 40 000 hectares permitem produzir lcool concentrado (99%) e eletricidade de forma eficiente com vapor a alta presso. As escalas de 4 at 400 hectares apresentam atualmente limitaes na produo de etanol absoluto permitindo apenas produzir lcool hidratado de 94% sem co-gerao de eletricidade. Assim, ter-se-ia somente a auto-suficincia de combustvel lquido. Tabela 1. Escalas e modelos scio-polticos. Modalidade de organizao social Modelo altamente concentrador Modelo com ajustes scioambientais Assentamentos rurais grandes Assentamentos rurais mdios Assentamentos rurais pequenos Tabela 2. Escalas e modelos tecnolgicos. Modalidade de organizao Modelo altamente concentrador Modelo com ajustes scioambientais Assentamentos rurais pequenos, mdios e grandes (Organizaes Comunitrias) LavouraMonocultura extensiva e agro-qumica. Monocultura orgnica e produo pecuria Policultura ecolgica

rea da lavoura (ha) e toneladas de cana por dia (TCD)40 000 ha 5000 TC 4 000 ha 500 TC 400 ha 50 TC 40 ha. 5 TC 4 ha. 0,5 TC

Litros/dia de etanol e MegaWatt/ano de eletricidade5 000 000 l/dia

~730 000 MW/ano500 000 l/dia

73 000 MW/ano50 000 l/dia 5 000 l/dia 5 00 l/dia -

Outras caractersticasTerreno plano, mecanizao. Terreno plano, mecanizao. Possibilidade de ter terreno ondulado, sem mecanizao.

Se os benefcios e as despesas scio-ambientais fossem includos no clculo da rentabilidade dos empreendimentos rurais, a rentabilidade mudaria em favor dos sistemas com melhores caractersticas ecolgicas e sociais. At agora, esta incluso no tem sido efetuada por falta de conhecimento para determinar os valores dos servios ambientais e das externalidades negativas. A divulgao destes valores pode permitir que a sociedade se auto-organize para apoiar os sistemas verdadeiramente mais econmicos.

Tabela 3. Estimativa sobre o valor dos benefcios e custos scio-ambientais. Modelo ecolgico US$/ha/a 180,00 Modelo agro-qumico US$/ha/a 12,00

Efeito medido Gerao e manuteno de emprego rural, um emprego cada 10 ha (salrio mnimo) versus um posto de trabalho cada 300 ha (dois salrios). [14] Problemas sociais na periferia das cidades: infraestrutura e servios pblicos para migrantes, desemprego, narcotrfico, criminalidade, etc. Gerao e manuteno de solo. [17] Assoreamento. [20] Manuteno da cobertura vegetal e da biodiversidade. [17] Gerao de mudanas climticas: dixido de carbono, xido nitroso e metano. [03][17] Infiltrao de gua pela floresta preservada e filtrao da gua pela drenagem dos brejos Preservao da qualidade da gua dos rios. [01] Problemas de poluio hdrica. [17] Preservao da qualidade de vida no meio rural e da paisagem (valor esttico). [20] Destruio do ecossistema (floresta, cerrado): custos de reposio da cobertura vegetal e da biodiversidade. [14] Problemas de sade provocados pelos agrotxicos. [17] Totais Diferena a favor

0

-30,00

0 0 0 -10 180,00

-13,60 -83,00 -4,00 -60,00 22,50

0 3,7 0

-39,70 0 -98,38

0 353,70 657,00

-0,20 -303,38

Tabela 3b. Estimativa das foras sociais, poltica e militares. Preservao da soberania nacional ? Destruio das estruturas sociais e dos recursos 0 biolgicos, em escala local e nacional. [15] 957,00 Diferena a favor

0 -300,00

Tabela 4. Estimativa de servios scio-ambientais e externalidades por modelo poltico. Modalidade de organizao social Servios ambientais dlares/ha/a25 50 100 200

Externalidades negativas dlares/ha/a-360 -180 -50 -10

Saldo US$/ha-335 -130 +50 +190

Modelo concentrador Modelo com ajuste scio-ambiental Assentamentos rurais pequenos Assentamentos rurais grandes

O planejamento de instalaes pequenas integradas em rede de cooperativas poderia gerar um programa de auto-suficincia energtica rentvel ao produtor e ao pas, com capacitao da mo-de-obra rural, auto-suficincia de alimentos e energia, melhor aproveitamento dos recursos disponveis, uso intensivo de tcnicas (agrcolas, pecurias e florestais) mais racionais, diminuio notvel da poluio no meio rural, etc. Neste caso, a tecnologia seria aplicada com viabilidade tcnica, funo social, rentabilidade econmica e sustentao ecolgica [Sachs, 1988]. No final da dcada dos 80, vrias universidades, centros de pesquisa e empreendedores desenvolveram esforos para estudar, construir e operar micro-usinas. Devido crise internacional do petrleo, em 1979, um grupo de pesquisa da Faculdade de Engenharia de Alimentos da Unicamp considerou a possibilidade de destilarias autnomas de pequeno porte que utilizariam cana-de-acar e sorgo sacarino e teriam uma capacidade de produo de 1000 a 40000 litros de lcool etlico de 94GL por dia. Hoje, graas continuidade desse esforo por parte de diversos empreendedores, a micro-usina de lcool pode ser considerada vivel tcnica e economicamente; porm ainda invivel social e politicamente pelo fato de ser desconhecida. Mostra-se a seguir, o diagrama de blocos de um sistema integrado de produo de energia e alimentos ideal.Recursos hdricos e nutrientes: Uso da Terra: Reserva florestal Gado semi-confinado Captao, bombeamento e reserva de gua Ferti-irrigao Cana de acar Aplicao de compostos Adubos qumicos e Corretores de solo Girassol, amendoim, colza, gergelim Arroz, milho, feijo Cenoura e verduras Uva, morango, figo, frutas diversas Criao de peixes Tratamento de gua Caldeira e turbina Mini-usina de lcool Silo subterrneo Fbrica de leo Unidade de limpeza, gradao, tratamento, secagem e armazenamento Fbrica de alimentos Indstria descentralizada Unidade de tratamento de resduos Unidade de servios: administrao geral, obteno de insumos, etc. Industrializao: Beneficiadora florestal Biodigestor Produtos: Madeira seca Serragem Biogs Biofertilizante Ovos, leite, carne Eletricidade Vapor Bagao Etanol (94%) Vinhoto Ensilado leo vegetal Torta protica Matrias-primas agroindustriais Resduos agrcolas Alimentos processados Produtos industriais Compostos Mercados:

Consumo local Uso residencial Transporte Indstrias Servios Agricultura

Consumo externo Mercados regionais Mercados nacionais Mercado exterior

Figura 1. Sistema integrado de produo de alimentos e energia (SIPAE) 4. ESTUDO DE CASO: A Fazenda Jardim de Marcello Mello, em Mateus Leme, Minas Gerais, possui uma microusina desenvolvida pelo proprietrio. A fazenda tem 300 ha, porm o sistema da microusina de lcool ocupa somente 20 ha, nesse espao existe cana-de-acar (2 ha), uma reserva de vegetao nativa dentro do vale da micro-usina (10 ha), plantaes diversas como bananal, eucaliptal, horta e pomar (1 ha) e reas de pastagem para o gado (6 ha). Essa ocupao do espao contribui para uma maior sustentabilidade, para a preservao da biodiversidade do meio ambiente e para a existncia de nascentes. Na figura 2 e nas fotos colocadas a seguir, destacamos a mini-usina de lcool.

Corte manual e transporte em cangalha

Cana com folhas

Lenha de eucalipto Fornalha e vaporizador

Prensa com um terno de rolos

Bagao com restos de acar Triturador facas caldo diluido

Dornas para fermentao em batelada

Vapor alcolico

Coluna de destilao para retificao Trocador de calor

Resduos agrcolas

Coluna de cachaa

vinhoto Depsito palha vinhoto

Cochos para alimentao de gado bovino lcool de 94% Carne bovina em p Adubo orgnico Pilha de esterco fermentado

Figura 2. Fluxograma de uma mini-usina de lcool, com difusor, fazendo parte de um Sistema Integrado de Produo de Alimentos e Energia (SIPEA).

Vista da fazenda em Mateus Leme, MG.

Oficina mecnica e da mini-destilaria.

Vista lateral

Vista da moenda

Dorna de mistura de caldo

Tanques para fermentao em batelada

Fornalha de lenha e caldeira

Coluna de destilao

5. ANLISE EMERGTICA DA FAZENDA JARDIM: Utiliza-se a metodologia emergtica conforme proposta por H.T. Odum (1996).Bezerros magros Formicida Materiais, energia Servios Mo-deobra Minerais do solo gua, solo, biodiversidade, micro-clima Vegetao nativa

Produtos e servios do bosque nativo

Nitrognio atmosfrico

Consumo internoPessoas Parcela individual Sol, vento, chuva Pastos, gros, arbustos Gado

Produtos da horta e do pomar

Vinhoto Gado gordo em p

CinzasEucalipto

Postes lcool 94% Esterco

Cana-deacar

Micro-usina de lcool, agroindstria local e regional.

Figura 3. Diagrama sistmico da micro-usina integrada da Fazenda Jardim. Mostram-se a seguir os diagramas dos subsistemas que compem o sistema da micro-usina em um vale de 20 hectares, contendo os dados necessrios dos fluxos de materiais e energia para fazer os clculos dos fluxos de emergia.

Figura 4 . Diagrama do subsistema de mata nativa.

Figura 5 . Diagrama do subsistema da horta e pomar.

Minerais do solo N atmosfera 80 kg 6 kg

CO2, Nox, SOx ?

Esterco do gado

(200 kg/ha/ano)

Biomassa vegetal

Biomassa vegetal 6,3 ton/ha/ano (massa seca)

Sol, vento, 1200 mm chuva albedo

Pastos 1 ha

Figura 6 . Diagrama do subsistema de pastos e arbustos.

Figura 7 . Diagrama do subsistema de engorda de bezerros.

Minerais do solo N atmosfera 40 kg 1200 mm

CO2, Nox, SOx 8 kg ?

Formicidas 1 kg/ha/ano

Estoques de biomassa em crescimento

Madeira (10 ton/ha/ano) Lenha (10 ton/ha/ano)

Sol, vento, chuva albedo

Eucalipto e outras rvores

1 ha

Figura 8 . Diagrama do subsistema de eucalipto.

Figura 9 . Diagrama do subsistema de cana-de-acar.

Figura 10. Diagrama do subsistema de micro-usina. Como se observa nas figuras dos subsistemas existe grande captura de recursos da natureza que so gratuitos e renovveis, essa situao vai gerar bons ndices de desempenho.

Figura 11. Diagrama-resumo do sistema. Tabela 5. Fluxos de emergia.Frao renov. Fluxo 1 1 1 1 0 0 0,5 0 0,3 0,5 5,20E+09 6,00E+10 8,60E+01 8,80E+00 Emergia Emergia Emergia renovvel no renovvel total Unidade seJ/unidade Ref (seJ) (seJ) (seJ) J J kg kg 1,00E+00 3,06E+04 4,05E+13 8,72E+11 1,24E+05 2,48E+13 3,36E+05 3,12E+12 3,70E+12 3,70E+12 1 2 4 4 2 2 2 3 5. 5 5,20E+09 1,84E+15 3,48E+15 7,67E+12 0,00E+00 0,00E+00 5,38E+12 0,00E+00 4,05E+14 8,58E+14 6,59E+15 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 1,12E+14 1,24E+12 5,38E+12 1,37E+15 9,45E+14 8,58E+14 3,29E+15 5,20E+09 1,84E+15 3,48E+15 7,67E+12 1,12E+14 1,24E+12 1,08E+13 1,37E+15 1,35E+15 1,72E+15 9,88E+15

Item Renovveis Sol Chuva Nitrognio atm. Minerais do solo No Renovveis Perda de solo Materiais Formicida Eletricidade Uria Investimento Servios Mo de obra Emergia total Produtos lcool Carne Madeira venda Aspargo venda Energia total

% 0,0 18,6 35,2 0,1 1,1 0,0 0,1 13,8 13,7 17,4 100

9,04E+08 J 5,00E-02 3,20E+07 4,38E+02 3,65E+02 kg J kg US$

4,64E+02 US$

2,59E+10 4,39E+09 7,10E+09 4,60E+08 3,79E+10

J J J J J

1 - Definio; 2 - Ulgiati e Brown, 2004; 3 Odum, 1996; 4 - Brandt-Williams, 2002; 5 - Coelho et al., 2003.

Tabela 6. Somatrio dos fluxos de emergiaFluxo Renovveis (R) No renovveis (N) Recursos da natureza (I) Materiais (M) Servios (S) Recursos da economia (F) Emergia total (Y) Valor (seJ ha-1 ano-1) 6,59E+15 1,12E+14 6,71E+15 2,32E+15 8,58E+14 3,18E+15 9,88E+15

Tabela 7. Indicadores de emergia calculados.ndice Transformidade Taxa de Rendimento de Emergia Taxa de Investimento de Emergia Taxa de Carga Ambiental Renovabilidade Clculo Tr =Y/Ep EYR = Y/F EIR = F/I ELR = (N+F)/R %R = 100(R/Y) Valor 261025 3,11 0,47 0,50 66,7 Unidade seJ/J adimensional adimensional adimensional %

CONSIDERAES FINAIS O sistema estudado mostra valores satisfatrios dos ndices emergticos. Especialmente o ndice de renovabilidade que indica que o sistema 67% sustentvel. O valor da emergia capturada da natureza e disponibilizada para a cadeia produtiva alto (EYR=3,1). A presso exercida sobre o meio ambiente baixa (EIR=0,47; ELR=0,5). Os clculos do sistema estudado podem ser melhorados incluindo dados e indicadores econmicos e sociais. E ainda, possvel considerar a opo de SIPEA de produo de leite e cachaa com unidades regionais de destilao para obter lcool concentrado. Por outro lado, seria muito conveniente realizar uma analise emergtica para o modelo que est sendo proposta na ampliao do Pr-lcool (Cerqueira Leite, 2006) e comparar os indicadores das duas propostas, tanto em termos de unidades isoladas de produo quanto de redes de produo nacional para discutir polticas pblicas locais e globais. AGRADECIMENTOS ESPECIAIS A Marcello Mello pela entrevista concedida. A Mileine Zanghetin pela elaborao de figuras e pelas opinies sobre o arranjo do texto. A Cezira Miluzzi e Edson Espsito pela reviso gramatical. A Alexandre Souza e Marcus Grande pela ajuda na preparao de um vdeo com a entrevista com Marcello Mello na qual descreve a Fazenda Jardim. 6. BIBLIOGRAFIA: [01] AGOSTINHO, F.D.R: Uso de anlise emergtica e sistema de informaes geogrficas no estudo de pequenas propriedades agrcolas. Tese de Mestrado, Faculdade de Engenharia de Alimentos. Universidade Estadual de Campinas, 2005. [02] BACIC, M.; CARPINTEIRO, J.; COSTA LOPES, C.; ORTEGA, E. (1988): Proposta para o estudo de um novo modelo de empresas agroindustrial. Trabalho apresentado no II Encontro Brasileiro de Energia para o Meio rural, Unicamp, , Campinas, SP. [03] BRASIL - MINISTRIO DA CINCIA E TECNOLOGIA. 2004. Inventrio de Emisses e Remoes Antrpicas de Gases de Efeito Estufa, Painel InterGovernamental sobre Mudana do Clima. Acesso: Dezembro 8, 2004. Disponvel em: http://www.mct.gov.br/clima/comunic/ppt/apresent_ministro_COP10p.ppt [04] BUENO, R. (1980): Pr-lcool: rumo ao desastre, segunda edio, Editora Vozes, Rio de Janeiro. [05] CERQUEIRA LEITE, R. C. (1988): O Pr-lcool: a nica alternativa para o futuro. Segunda edio, Editora da Unicamp, Campinas, SP. [06] CERQUEIRA LEITE, R. C. (2006): A expanso do Pr-lcool como medida de desenvolvimento nacional. AGRENER-GD, Unicamp, Campinas, SP. [07] CORSINI, R. (1981): Plano das mini-usinas de lcool hidratado. Revista do Instituto de Engenharia, 428:20-25, USP, So Carlos, SP.

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