etanol

ECOEFICIÊNCIA Prof. Luiz Celso Calvi

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Eficiência Energética - Etanol

Alunos: Lorena Santos Pereira Luís Philippe Alves Formigoni

Introdução

O início do século XXI coincide com o início de mais uma revolução energética desencadeada pelo encarecimento do petróleo.

De certo modo, o encarecimento desta fonte de energia cai como uma dádiva do céu, pois torna menos difícil a saída da era do petróleo para enfrentar a ameaça da mudança climática com suas consequências sociais e econômicas, que, se-gundo Stern1, trariam à economia global um abalo comparável ao da crise de 1929, com uma perda de pelo menos 5% do PIB a cada ano e para sempre, sem excluir a possibilidade de um corte de 20% ou mais deste.

De qualquer modo, em nenhum momento do passado as transições energéticas se fizeram pelo esgotamento físico de uma fonte de energia. A história da huma-nidade pode ser sintetizada como a história da produção e alocação do exce-dente econômico, ritmada por revoluções energéticas sucessivas. Todas elas ocorreram graças à identificação de uma nova fonte de energia com qualidades superiores e custos inferiores. Assim aconteceu com a passagem da energia de biomassa ao carvão e deste ao petróleo e gás natural.2

Podemos afirmar que o Brasil tem feito seu “dever de casa” na área energética, tanto que é citado como referência internacional na produção de petróleo em águas profundas, na produção de etanol, no seu parque de geração hidrelétrico, no exponencial aproveitamento da energia eólica, no seu extenso e integrado sistema de transmissão de energia elétrica e, especialmente, na renovabilidade de sua matriz tanto energética quanto de produção de energia elétrica.

Evolução da demanda energética no Brasil

A atual identificação do Brasil como potência energética e ambiental mundial não é um exagero. O país, de fato, é rico em alternativas de produção das mais va-riadas fontes. A oferta de matéria-prima e a capacidade de produção em larga escala são exemplos para diversos países.

A boa notícia é que a matriz energética brasileira continuará a ser exemplo para o mundo nos próximos anos. Ela, que hoje já possui forte participação das fontes renováveis de energia (hidráulica, eólica, etanol, biomassa, entre outras), tende a contar com uma predominância ainda maior dessas fontes.

1 STERN, N. The Economics of Climate Change. Relatório apresentado ao governo britânico. Cambridge University Press, 2006 2 SACHS, I. A revolução energética do século XXI. Artigo, 2007. Disponível em: <http://www. scielo.br/pdf/ea/v21n59/a03v2159.pdf>. Acessado em 20 de março de 2015


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O estudo Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE 2020), desenvolvido pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), aponta para uma participação das fon-tes renováveis de 42,5% em 2023 ante os 41% apresentados em 2013.3

Em relação ao etanol, o estudo aponta que mercado brasileiro deverá continuar sua trajetória de expansão nos próximos 10 anos, em função do aumento ex-pressivo da frota de veículos flex-fuel. No entanto, o crescimento terá menor in-tensidade, quando comparado ao PDE anterior, devido, principalmente, à redu-ção da expectativa de investimentos em novas unidades produtoras e dos ga-nhos de produtividade da cana, o que proporcionará uma menor oferta nacional do produto.

No mercado internacional, estima-se um crescimento marginal das exportações brasileiras, impactadas pelos problemas na produção doméstica, pela manuten-ção das tendências protecionistas dos mercados e pelas políticas de redução do consumo de combustíveis nos Estados Unidos. Mesmo assim, o Brasil se man-terá como um dos principais players no período analisado.

Entre 2014 e 2016, vislumbra-se o início da recuperação da oferta de etanol, motivado pelo retorno dos investimentos em renovação dos canaviais e em tra-tos culturais, que prosseguirão no restante do período, embora em menor inten-sidade. Na área industrial, três fatores deverão proporcionar o crescimento da oferta de etanol: ocupação de capacidade ociosa de moagem das unidades exis-tentes; expansão de capacidade de moagem e implantação de novas unidades produtoras, embora em ritmo moderado. Neste contexto, vislumbram-se empre-endimentos direcionados a facilitar e reduzir os custos de transporte e armaze-nagem de etanol.

A tabela a seguir apresenta a projeção do consumo final energético brasileiro desagregado por fonte. Em relação ao PDE anterior, apesar da revisão para baixo na produção absoluta de etanol, ainda destaca-se a expansão do consumo de biocombustíveis líquidos (etanol e biodiesel) neste horizonte, cuja participa-ção se eleva de 5,9% em 2014 para 7,6% em 2023, patamar de participação semelhante ao final do horizonte do PDE anterior.

O Brasil e os Estados Unidos são os dois principais global players, concentrando cerca de 80% da produção e comercialização mundiais do biocombustível, e pro-vavelmente terão também um papel destacado no mercado do biodiesel.

A questão, de longe a mais importante, é a da passagem da primeira à segunda geração do etanol. Há razões para pensar que o advento do etanol celulósico vai transformar drasticamente o quadro, na medida em que toda e qualquer bio-massa – palhas, folhas, resíduos florestais, madeira – passará a servir de maté-ria-prima.

3 Brasil, Ministério de Minas e Energia, Empresa de Pesquisa Energética. Plano Decenal de Expansão de Energia 2023. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. Brasília: MME/EPE, 2014. 2v.: il.


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Tabela 1. Consumo final energético e participação por fonte.

Fonte: EPE, 2014.


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O etanol, um combustível ecologicamente correto

Produzido através da fermentação de amido e de outros açúcares, em especial da cana-de-açúcar, o etanol, também chamado de álcool etílico, é um biocom-bustível altamente inflamável e incolor. Essa substância é renovável, pois sua matéria-prima é obtida através de plantas cultivadas pelo homem.

O etanol pode ser obtido através da cana-de-açúcar, milho, beterraba, mandioca, batata, etc. A matéria-prima é submetida a uma fermentação alcoólica, com atu-ação do micro-organismo Sacchromyces cerevisiae. Porém, a cana é a mais uti-lizada, pois apresenta maior produtividade5. Após ser processado, o etanol pode ser utilizado puro (em motores adaptados) ou misturado com gasolina, como combustível.

Combustível ecologicamente correto, por ser obtido a partir da cana-de-açúcar, ajuda na redução do gás carbônico da atmosfera através da fotossíntese nos canaviais. Esta é uma grande vantagem do álcool (ou etanol) em relação a seu principal concorrente, a gasolina. O álcool pode ser produzido indefinidamente desde que haja condições mínimas, como a disposição de sol, chuvas e terra para a plantação, e é, devido a isto, que é caracterizado como fonte renovável de combustível.

Já a gasolina é derivada do petróleo, um recurso mineral finito, que, segundo alguns especialistas menos otimistas, pode se esgotar em alguns anos.

Nesse quesito, o Brasil possui grandes vantagens, por dispor de vastas porções de terra agriculturáveis e por estar situado em uma posição geográfica que per-mite a exploração de plantas como a cana-de-açúcar, ideal para a produção do etanol.

Análise energética de sistemas de produção de etanol

Levando-se em consideração as diversas fontes de geração de biocombustíveis e a hipótese de que a cultura da mandioca consome menos energia no processo de obtenção de etanol do que as demais fontes amiláceas (da natureza do amido) em análise, algumas pesquisas são feitas para comparar a análise ener-gética de sistemas de produção de etanol utilizando, por exemplo, como fonte de carboidratos a mandioca, a cana-de-açúcar e o milho.

Uma destas pesquisas foi feita Diones Salla, em 20084. Segundo o autor, dentre as fontes de energia renovável, a biomassa poderá responder por parcela subs-tantiva da oferta futura. Assim, a ampliação da participação da biomassa a partir

4 Salla, D. A. Análise energética de sistemas de produção de etanol de mandioca, cana-de-açúcar e milho. Tese (Doutorado). Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu/SP. 2008. 168 f.: il. 5 Revista VEJA. Energias Alternativas: O biocombustível de maior produtividade do mundo. Editora Abril S.A.


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da utilização de fontes amiláceas na matriz energética é, entre outras, a oportu-nidade de executar de modo sustentável as políticas de cunho social, ambiental e econômico.

A produção de etanol por fermentação de substratos amiláceos vem sendo ob-jeto de pesquisas que buscam aperfeiçoar a conversão desses materiais de um modo mais rápido e a menores custos. Atualmente, o país possui uma matriz energética com significativa participação de energias renováveis a partir da cana-de-açúcar, tendo acumulado importante experiência na produção de álcool como combustível.

Dentre as matérias-primas vegetais fornecedoras de energia, o milho tem sido objeto de maiores investigações, devido principalmente à sua presença no ce-nário econômico norte-americano.

No Brasil, a utilização da mandioca como matéria-prima para produção de etanol sempre foi discutida tomando-se como referencial a cultura da cana-de-açúcar que lhe concorre com vantagens econômicas nada desprezíveis. No entanto, quando a análise é procedida a partir da contabilidade energética das operações de cultivo, do processamento industrial e das repercussões no agroecossistema, a mandioca pode revelar vantagens nada desprezíveis em relação ao milho e à cana-de-açúcar. Entretanto, diferentemente do milho e da cana-de-açúcar, prin-cipais matérias-primas para produção de etanol, a mandioca continua ausente nos debates públicos sobre biocombustíveis.

No trabalho de Salla, a questão principal e norteadora que se coloca é a análise da energia consumida durante o processo de produção e de processamento in-dustrial das matérias-primas bem como a energia obtida na forma de etanol. As análises energéticas em pauta revestiram-se, portanto, de igual importância comparativamente às demais análises, sendo talvez aquela que traduza de forma privilegiada situações captadas de maneira mais estrutural e sustentável.

Os resultados obtidos referentes aos balanços de massa determinaram que 1.000 kg de raízes de mandioca exigem 1.600 litros de H2O, dissipam 154 kg de CO2, convertem 166 kg de biomassa em etanol (99,5º GL – “graduação alcoó-lica”) e geram 2.270 kg de efluentes. O resultado do exame das energias expor-tadas do agroecossistema, referentes aos macronutrientes contidos nas raízes da mandioca, nos colmos da cana-de-açúcar e nos grãos de milho, constataram que para uma mesma correspondência energética a mandioca é a cultura que menos exporta energia do agroecossistema (1 MJ.ha-1 exportado para cada 30,1 MJ.ha-1 produzidos), seguida da cana-de-açúcar (1 MJ.ha-1 exportado para cada 21,7 MJ.ha-1 produzidos) e do milho (1 MJ.ha-1 exportados para cada 5,9 MJ.ha-

1 produzidos).

No sistema de produção agronômica das matérias-primas, a mandioca apresen-tou um dispêndio energético inferior ao da cana-de-açúcar e ao do milho. (9.528,33 MJ.ha-1; 14.370,90 MJ.ha-1 e 15.633,83 MJ.ha-1, respectivamente). Em


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relação ao etanol produzido, as operações de cultivo consumiram 1,54 MJ.l-1 com a mandioca; 1,99 MJ.l-1 com a cana-de-açúcar; e 7,9 MJ.l-1 com o milho.

No processamento industrial de uma tonelada de matéria-prima, a cana-de-açú-car apresentou um custo energético menor do que a mandioca e o milho (1.641,56 MJ.t-1; 2.208,28 MJ.t-1 e 3.882,39 MJ.t-1, respectivamente), entretanto, apresentou um custo maior do que estas quando relacionada ao etanol produ-zido (19,38 MJ.l-1; 11,76 MJ.l-1 e 11,76 MJ.l-1, respectivamente).

No balanço energético final, para cada megajoule de energia investido na cana-de-açúcar foram requeridos 1,09 MJ (9%); para cada megajoule de energia in-vestido na mandioca foram requeridos 1,76 MJ (76%) e para cada megajoule de energia investido no milho foram requeridos 1,19 MJ (19%).

Na manutenção e/ou substituição de equipamentos necessários ao esmaga-mento da cana-de-açúcar foram despedidos 4,66 KJ para cada litro de etanol produzido e com a manutenção dos equipamentos de desintegração das raízes de mandioca foram despedidos 0,60 KJ por litro de etanol produzido. Nesse as-pecto, o consumo energético das operações da cana-de-açúcar é de aproxima-damente 7, 76 vezes superior ao da mandioca.

De maneira geral, o estudo concluiu que a mandioca consome menos energia do que a cana-de-açúcar e o milho no processo agroindustrial de obtenção do etanol e se relaciona de modo mais sustentável com o agroecossistema de cul-tivo.

O desempenho apresentado pelo estudo de Salla amplia a visibilidade sobre as potencialidades energéticas das espécies e acena para a necessidade de pros-seguimento das pesquisas nas áreas agronômicas, no processamento industrial e nas repercussões produzidas no agroecossistema.

Biomassa da cana

Apesar dos estudos apresentados, o Brasil ainda mantém sua principal fonte de biomassa sendo a cana-de-açúcar.

Conforme apresenta o Plano Decenal de Expansão de Energia 2023, a biomassa da cana-de-açúcar é consumida principalmente na produção de açúcar e de eta-nol. De acordo com dados do BEN, em 2013, aproximadamente 58% das 138 milhões de toneladas de bagaço consumido para fins energéticos foram destina-dos à produção de açúcar. Por sua vez, a produção de etanol absorveu 42% desse montante.

A tendência é que este quadro se inverta ao longo do horizonte do PDE 2023, seja pelo aumento da oferta da biomassa, seja porque o mercado de açúcar não apresenta a mesma dinâmica do mercado de combustíveis líquidos. A Tabela 2


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resume as projeções da demanda de bagaço de cana, que cresce 3,3% anuais e atinge cerca de 190 milhões de toneladas em 2023.

Tabela 2. Demanda de bagaço de cana-de-açúcar.

Fonte: EPE, 2014

O Plano avalia que, mesmo com esta expectativa de aumento na demanda, as exportações brasileiras de etanol, no período decenal 2014/2023, serão limita-das, pois, embora a inclusão dos biocombustíveis na matriz energética seja con-siderada estratégica para o cumprimento dos programas de redução de gases de efeito estufa, as metas de uso de biocombustíveis estão sendo adiadas, de-vido à crise e aos mercados externos mais protecionistas.

No horizonte decenal, espera-se uma recuperação dos indicadores de produção da cana (produtividade agrícola e ATR/tc – Açúcares Totais Recuperáveis por tonelada de cana processada/moída), devido ao retorno dos investimentos em renovação e tratos culturais e à evolução do plantio mecanizado. Isto deverá proporcionar a redução dos custos de produção, que contribuirá para um au-mento da competitividade do etanol frente à gasolina, o que, associado à neces-sidade de aumento da capacidade de moagem, deverá levar a investimentos em greenfields e à expansão da capacidade de moagem existente.

Apesar da implantação e operação de algumas unidades de produção de etanol de segunda geração no período decenal, estima-se que a efetiva competitividade deste biocombustível, sem os incentivos governamentais, somente ocorrerá ao final do período.

Os projetos para melhoria da infraestrutura de transporte e armazenagem de etanol, como, por exemplo, o sistema integrado de dutos e hidrovias da Logum e os investimentos na malha ferroviária e nos portos, representam um avanço importante nas estratégias de expansão do setor.


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Logística de transporte do etanol

Apesar de possuir maiores custos econômicos, energéticos e ambientais, o mo-dal rodoviário representou 88% do transporte de etanol no Brasil em 2010, en-quanto o ferroviário correspondeu a apenas 9%.

O Plano Decenal de Expansão de Energia 2023 cita que, com a expansão do mercado de etanol nos próximos dez anos, faz-se necessário aumentar a capa-cidade de armazenamento de etanol e investir na diversificação dos modais uti-lizados para exportação e distribuição interna, que tornarão possível um trans-porte mais barato e eficiente. Com relação ao armazenamento do anidro, foi es-tabelecida a Resolução ANP nº 67/2012.

A Logum Logística S.A., cuja posição acionária é composta por grandes produ-tores de etanol, Petrobras e outras empresas, foi criada com o objetivo de trans-portar etanol por polidutos e hidrovias para o mercado interno e externo, ficando a operação a cargo da Transpetro. Há ainda a possibilidade de integração deste sistema com ferrovias existentes. Quando todos os trechos estiverem concluí-dos, o poliduto atravessará cinco estados e 45 municípios. As principais carac-terísticas deste projeto encontram-se na Tabela 3.

Tabela 3. Resumo dos investimentos previstos.

Fonte: EPE, 2014.

A capacidade de armazenamento do projeto é de 763.000 m³, sendo Paulínia e Caraguatatuba os principais hubs do sistema, com 224.000 m³ e 240.000 m³ respectivamente.

Em agosto de 2013, foi inaugurado o trecho entre Ribeirão Preto e Paulínia, de 207 quilômetros, com capacidade autorizada para transportar 12 bilhões de litros de etanol por ano. O volume movimentado em cinco meses neste trecho foi cerca de 50.000 m³ de etanol hidratado, com crescimento gradual a partir do início das operações. O trecho entre Uberaba (MG) e Ribeirão Preto entrou em fase pré-operacional em outubro de 2014.

Em relação ao modal portuário, no Brasil destacam-se oito portos para exporta-ção de etanol, sendo que Santos, Paranaguá e Ilha D’Água possuem 74% da tancagem total e 73% da capacidade de movimentação de etanol dos portos brasileiros [3].


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Tabela 4. Características dos principais portos para etanol.

Fonte: EPE, 2014.

Desses, os portos de Santos, Paranaguá e Maceió são responsáveis por 98% das exportações brasileiras, sendo que o primeiro exportou 2,5 bilhões de litros em 2013, correspondendo a 87% do volume total.

Os principais portos para a importação do etanol, responsáveis por 84% do vo-lume total – média entre 2009 e 2013 – são Santos (46,3%), Suape (18,0%) e Itaqui (14,4%).

Por ser a principal via de escoamento marítimo de etanol, o Porto de Santos está recebendo diversos investimentos em dragagem, terminais e píeres de atraca-ção.

O etanol no Brasil: histórico e perspectivas

Embora o Brasil tenha acumulado experiências de utilização de etanol combus-tível desde a década de 20, em 1975 foi implementado no Brasil o Programa Nacional do Álcool – Proálcool. A implementação do programa foi motivada pelo primeiro choque de petróleo, momento em que um conflito entre Israel, Egito e Síria, em setembro de 1973, ocasionou uma grave crise energética, quadrupli-cando o preço do barril de petróleo.

O Programa Nacional do Álcool foi criado por Decreto Presidencial, “visando ao atendimento das necessidades do mercado interno e externo e da política de combustíveis automotivos”. O Proálcool teve como instrumento o incentivo à pro-dução do etanol oriundo da cana-de-açúcar, da mandioca ou de qualquer outro insumo. A base do programa estava na expansão da oferta: seria incentivada pela expansão da oferta de matérias-primas, com especial ênfase no aumento da produção agrícola, da modernização e ampliação das destilarias existentes e da instalação de novas unidades produtoras, anexas a usinas ou autônomas, e de unidades armazenadoras.

O Proálcool teve seu surgimento, auge e declínio em meados dos anos 1980, decorrente da queda e estabilização do preço do petróleo e alta do preço do açúcar no mercado internacional, e também da retirada dos financiamentos e subsídios por parte do governo que enfrentava sérios problemas fiscais e finan-ceiros.


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Em 2003, o programa começa a ressurgir com força, amparado pelo lançamento dos veículos flex fuel, da nova alta do preço do petróleo e do aumento da de-manda externa oriunda da conscientização ambiental, especialmente do Proto-colo de Kyoto. Além disso, o 11 de setembro de 2001, dia em que o mundo parou para ver as quedas das torres em Nova Iorque e a reação dos EUA frente a nações como Afeganistão e Iraque que provocaram uma nova escalada no preço internacional do petróleo, contribuiu com a alteração do cenário do etanol.

Atualmente, o álcool no Brasil apresenta custos muito competitivos em relação à gasolina. Este resultado foi obtido através dos avanços tecnológicos incorpo-rados pelo setor sucroalcooleiro, tanto na área agrícola quanto na área industrial, aliados à melhoria no gerenciamento de toda a cadeia produtiva e na integração energética, através de cogeração. Estes fatores foram preponderantes para manter a competitividade em mercados mundiais.

Para que o país se mantenha na dianteira tecnológica deste mercado, muitas pesquisas deverão continuar sendo feitas no sentido de aumentar a produtivi-dade agrícola e das unidades industriais, incluindo o aproveitamento dos resí-duos e subprodutos da indústria sucroalcooleira (como, por exemplo, os leilões de energia).

Além disso, ressalta-se a expectativa de um salto tecnológico com a conversão de matéria lignocelulósica em etanol, cuja tecnologia propiciaria dobrar a produ-ção sem o aumento da área plantada.

Grandes desafios são esperados para os próximos anos.

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