Thales manfrin

Universidade Presbiteriana Mackenzie

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COGERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DO APROVEITAMENTO DO PALHIÇO DA CANA-DE-AÇÚCAR

Thales Sicchieri Volpe Manfrin (IC) e Silvia Velazquez (Orientadora)

Apoio: PIBIC Mackenzie

Resumo

Diante do risco de desabastecimento energético, provocado pelos choques do petróleo, houve interesse mundial em pesquisar e desenvolver novas fontes de energia. No Brasil, foram estabelecidas metas e, também, criados diversos incentivos para expandir a produção e o uso de etanol da cana-de-açúcar combustível, inicialmente, incrementando a adição de etanol anidro à gasolina. Foi criado o Programa Nacional do Álcool (PROALCOOL), em 1975, estabelecendo linhas específicas de financiamento e estipulando uma paridade de preço entre o etanol e o açúcar, estimulando a produção do etanol que, até então, era um subproduto menos valorizado. Após esse período, os preços do petróleo caíram e houve desestruturação dos programas de substituição dos seus derivados e de uso eficiente da energia em todo o mundo. No Brasil, o período coincidiu com um período de escassez de recursos públicos para subsidiar os programas de estímulo aos energéticos alternativos, resultando numa diminuição dos investimentos na produção interna de energia. Entretanto, o consumo era incentivado gerando uma crise de abastecimento. Desde 2003, as indústrias montadoras introduziram os motores flex fuel no mercado, que podem ser movidos a

gasolina, etanol ou uma mistura dos dois combustíveis em qualquer proporção. As vendas acumuladas, desde o seu lançamento até abril de 2009, somam 7,7 milhões de veículos. Hoje, mais de trinta anos após o início do PROÁLCOOL, o Brasil vive uma nova fase de expansão canavieira, podendo produzir etanol em larga escala, pois desde a década de 70, ficou clara a importância da cogeração de energia nas usinas de cana, por meio da queima do bagaço para complementar a matriz energética nacional. Atualmente, além do bagaço, considera-se outro resíduo proveniente da produção de açúcar e álcool, que é o palhiço (palha e pontas), um assunto novo, objeto desta pesquisa, visando queimá-lo em caldeiras para gerar energia elétrica que, somada à energia já gerada pela queima do bagaço, pode representar um avanço muito importante para os setores sucroalcooleiro e energético brasileiros.

Palavras-chave: etanol, cogeração, eletricidade,bagaço de cana-de-açúcar, palhiço

Abstract

Facing the the risk of energy shortage caused by oil crisis and collisions, there was worldwide interest in researching and developing new energy sources. In Brazil, several incentives to expand production and use of ethanol ,sugar cane fuel. A Program named National Alcohol Program (PROALCOOL) created in 1975, established specific llines of financing and stipulated the equivalence in price between ethanol and sugar, stimulating ethanol production . Back then, Ethanol was considered only a sub product and was way less worthy than sugar. After this period, oil prices dropped down and disruption programs for the replacement and efficient use of its products were implemented worldwide. In Brazil, that was a period when there were no public resources to sponsor incentive programs for the production of alternative energy sources, resulting in the decrease of investments in domestic energy production. However, consumption was highly promoted and encouraged generating some sort of supply crisis. Since 2003, the auto industry introduced the so called “flex fuel engines” to the market. Such engines can be run on gasoline, ethanol or a mix of both fuels in any proportion. Cumulative

VII Jornada de Iniciação Científica - 2011

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sales since its launch by April 2009, add up to 7.7 million vehicles. Nowadays, more than thirty years after the beginning of PROÁLCOOL, Brazil is experiencing a new phase of sugarcane culture expansion, which enables the production of ethanol in large scale, as soon as, it was clear how important it was the energy cogeneration in the cane power plants in through the burning of bagasse to complement the energy national energy matrix. Nowadays, not only the bagasse, but also another residue from the production of sugar and alcohol, which we refer as called “straw mix” (in this case a mix straw and its ends), is a new subject. That is the main purpose of this research. And it proposes the generation of electricity by burning the straw in boilers and combined with the burning of the bagasse can represent a major step forward for sugarcane and energy sectors in Brazil.

Key-words: ethanol, cogeneration, electricity, bagasse cane sugar, straw mix


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1 INTRODUÇÃO

No contexto da crise do petróleo na década de 70, foram estabelecidas metas de produção

e, também, criados diversos incentivos para expandir a produção e o uso de etanol

combustível, inicialmente, incrementando a adição de etanol anidro à gasolina (BNDES,

2008).

A primeira fase do programa foi dirigida à produção de álcool anidro para adicionar 22% à

gasolina, com o objetivo de diminuir a importação de petróleo. Em 1978, surgiram os

primeiros veículos movidos exclusivamente a etanol e, neste mesmo ano, teve início a

exportação de etanol para o Japão e EUA.

Em 1979, o Governo e a Associação Nacional de Fabricantes de Veículos Automotores

(ANFAVEA) assinaram protocolo no qual os fabricantes de automóveis deveriam buscar

novas tecnologias para produção em série de veículos a etanol. O preço máximo do etanol

foi limitado em 64,5% do preço da gasolina e o IPI para os veículos movidos a etanol foi

reduzido (QUEIROZ, 2008).

Nesse mesmo ano, o Governo Federal lançou a segunda etapa do PROÁLCOOL, em que o

etanol não se apresentava mais como um complemento a ser adicionado à gasolina (o

álcool anidro), mas combustível em si mesmo (álcool hidratado). O Programa estava mais

ousado, propondo uma fonte energética alternativa à gasolina, por meio da adoção do

etanol como combustível para os veículos de passeio (GOLDEMBERG; MOREIRA, 1990).

Devido ao segundo choque do petróleo, houve a necessidade de substituir uma quantidade

maior do consumo da gasolina. Nessa época, o Governo Federal estabeleceu novas metas

de produção e ANFAVEA firmou com o Governo compromisso de produção de 900 veículos

a etanol entre 1980 e 1982.

A partir de 1986, período denominado “contrachoque do petróleo”, os preços do barril de

óleo bruto caíram de US$ 30 a 40 para US$ 12 a 20, fato que desestruturou os programas

de substituição dos derivados do petróleo e de uso eficiente da energia em todo o mundo

(IICA, 2007).

Na política energética brasileira, os efeitos foram sentidos a partir de 1988, época que

coincidiu com um período de escassez de recursos públicos para subsidiar os programas de

estímulo aos energéticos alternativos, resultando numa diminuição dos investimentos na

produção interna de energia. Dessa maneira, a oferta de etanol não pôde acompanhar o

crescimento da demanda, pois as vendas de veículos movidos a etanol atingiram níveis

superiores a 95,8% das vendas totais de veículos de ciclo Otto, em 1985.


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Ao final desse ano, os preços pagos aos produtores de etanol eram baixos, por

conseqüência da queda dos preços internacionais do petróleo, e impediram a elevação da

produção interna de etanol. Por outro lado, a demanda pelo etanol por parte dos

consumidores continuou sendo estimulada por meio da manutenção de preço relativamente

atrativo, se comparado ao da gasolina, e de menores impostos cobrados sobre os veículos a

etanol, também, se comparados aos preços dos veículos a gasolina. De um lado havia o

desestímulo à produção de etanol e pelo outro o estímulo à sua demanda, provocados pelos

fatores de mercado e pela intervenção governamental, gerando, assim, uma crise de

abastecimento na entressafra 1989/1990 (IICA, 2007).

Tal crise, ao final dos anos 80, afetou a credibilidade do PROÁLCOOL, que, juntamente com

a redução de estímulos ao seu uso, provocou, nos anos seguintes, um significativo

decréscimo da demanda e das vendas de automóveis movidos por esse combustível, que

entre 1998 e 2000, apresentou produção em torno de 1% (BIODIESELBR, 2008).

Em março de 2003, as indústrias montadoras introduziram a tecnologia dos motores flex fuel

no mercado, que podem ser movidos a gasolina, etanol ou uma mistura dos dois

combustíveis em qualquer proporção (BIODIESELBR, 2008).

Em 2007, os veículos flex fuel representavam aproximadamente 85% dos veículos vendidos,

passando em 2008, a 94%. As vendas acumuladas, desde o seu lançamento até abril de

2009, somam 7,7 milhões de veículos (JOSEPH JR., 2009).

A partir de então, os preços do álcool anidro e hidratado encontravam-se liberados, regidos

pelas condições de oferta e procura.

Hoje, mais de trinta anos após o início do PROÁLCOOL, o Brasil vive uma nova fase de

expansão canavieira, podendo produzir etanol em larga escala. A ampliação de unidades e

construção de novas usinas é movida por decisões da iniciativa privada, convicta de que o

etanol terá um papel cada vez mais importante como combustível no Brasil e no mundo, ao

contrário do que ocorreu na década de 70, em que o movimento foi comandado pelo

governo para enfrentar o aumento do preço do petróleo.

Desde a crise do petróleo ficou clara a importância das usinas que cogeravam energia por

meio da queima de um subproduto da cana-de-açúcar, o bagaço, e, assim,

complementavam a matriz energética nacional.

Para utilizar o bagaço da cana-de-açúcar como combustível nas caldeiras, as usinas

instalaram turbinas a vapor e tornaram as caldeiras aptas para o processo, o que lhes

permitiu gerar sua própria energia e ainda vender a energia excedente do processo

(RACHED, 2009).


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Atualmente, além do bagaço de cana, considera-se outro resíduo proveniente da produção

de açúcar e álcool, que é o palhiço (palha e pontas).

O aproveitamento do palhiço é um assunto novo, que objeto desta pesquisa, visando

queimá-lo nas caldeiras para gerar energia elétrica que, somada à energia que já é obtida

pela queima do bagaço, pode ser um avanço muito importante para as usinas e também

para a agricultura.

2 SETOR SUCROALCOOLEIRO

O cultivo da cana-de-açúcar, no início do século XIX, foi prejudicado pela expansão do

cultivo da beterraba na Europa, do qual também se extrai o açúcar; pela grande distância

entre o Brasil e os consumidores e também pelo baixo nível técnico de produção. Em 1914

com o início da Primeira Guerra Mundial, as plantações de beterraba foram destruídas na

Europa o que ocasionou um aumento do preço do açúcar do mercado mundial e assim

incentivou a construção de novas usinas no Brasil, principalmente em São Paulo, onde os

muitos fazendeiros de café desejavam diversificar sua produção (LIBONI, 2009).

Com o início da participação dos governos estaduais por meio de leis e decretos que

permitiam antigos senhores de engenho pudessem ampliar a escala de produção em suas

unidades de processamento se iniciou a modernização do setor canavieiro, e essas

unidades de produção foram chamadas de usinas (VIANA, 1999).

Surge assim o conceito de agroindústria, agricultura e indústria, que se baseava no cultivo

da cana-de-açúcar e na produção de álcool e seus subprodutos.

Com a crise econômica de 1929, foi criado o Instituto de Açúcar e Álcool (IAA), cuja função

era controlar a produção para manter os preços em um nível adequado, protegendo o

produto brasileiro do mercado mundial. Foi estabelecido um sistema de cotas que eram

distribuídas entre as diferentes unidades produtoras. Que só poderiam produzir uma

quantidade determinada de açúcar (COPERSUCAR, 2010).

Com a produção e preços controlados só havia uma maneira de tornar o negócio mais

lucrativo, reduzir os custos e aumentar a produtividade.

Nesse contexto, o álcool ainda era visto como um subproduto da cana-de-açúcar, sua

produção era muito limitada e voltada para o mercado interno que era insignificante

(FISHER, 1992), e, segundo Liboni (2009), passou a ter mais importância e ser visto como

fator de equilíbrio para a balança comercial brasileira e de recuperação para o setor

agroindustrial que nos anos 30 passava por uma crise de superprodução. Para o mercado

açucareiro, o álcool, era visto com um mecanismo de defesa e uma opção de mercado.


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O álcool combustível, durante muito tempo, foi usado como um regulador da oferta de

açúcar em momentos de superprodução e o grande beneficiado foi São Paulo, pois tinha o

mercado interno de álcool às suas portas (VIANA, 1999).

O grande motivo da expansão da cultura da cana-de-açúcar na região Sudeste,

principalmente em São Paulo, foi o crescimento da produção de etanol devido às

dificuldades para a importação do petróleo durante a Segunda Guerra Mundial (LIBONI,

2009).

Em meados de 1973 o mundo se viu ante o risco de desabastecimento energético, devido

ao primeiro choque do petróleo que reacendeu o interesse mundial em pesquisar e

desenvolver novas fontes de energia e levando vários países a buscar alternativas de

acordo com as peculiaridades nacionais (BIODIESELBR, 2009).

Entre intensos debates e opiniões propostas, o Programa Nacional do Álcool

(PROALCOOL) foi criado em 14 de novembro de 1975, pelo decreto n° 76.593, firmado pelo

presidente Geisel, com o objetivo de incentivar a utilização do álcool derivado da cana-de-

açúcar (puro ou misturado na gasolina). Esse decreto estabeleceu linhas específicas de

financiamento e estipulou uma paridade de preço entre o etanol e o açúcar cristal standard,

estimulando a produção do etanol que, até então, era um subproduto menos valorizado

(BNDES, 2008).

O Proálcool, com investimentos apoiados pelo Banco Mundial, diversificou a atuação da

indústria açucareira, possibilitando a ampliação do cultivo da cana-de-açúcar e a

implementação de destilarias de álcool. A experiência ajudou a diminuir a vulnerabilidade

energética do país, devido à crise do petróleo (LIBONI, 2009).

Antes do Proálcool, o Brasil importava 70% do petróleo que consumia. Com a crise do

petróleo e o surgimento do Proálcool houve o incentivo à produção e o consumo do álcool

como combustível em substituição à gasolina, ajudando a alavancar regiões como Paraná,

Goiás, Mato Grosso e Mato Grosso do Sul. Em menos de cinco anos a produção de mais de

300 milhões de litros ultrapassou a cifra de 11 bilhões de litros, caracterizando-o como o

maior programa de energia renovável já implantado em termos mundiais, economizando

mais de 30 bilhões em divisas (LIBONI, 2009).

A primeira fase do programa foi regulamentar a quantidade de álcool anidro misturado a

gasolina, que chegava à época aos 20% no país para reduzir a importação de óleo cru e

evitar uma possível crise (UNICA 2007).

Para incentivar a compra de carros à álcool, na segunda fase do programa, o governo fixou

o preço do álcool como sendo 50% do preço da gasolina, além de reduzir os impostos e ter


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concedido financiamento subsidiado. Segundo Viana (1999), em 1980 o total de vendas de

carros a álcool era de 65% e em 1985 a produção destes era de 95%.

Desde 1999, sem a intervenção do Estado, as empresas do setor sucroalcooleiro tiveram

que buscar novas estratégias competitivas visando à redução de custos e aumento de

competitividade, o que ajudou muito na industrialização do setor, como, por exemplo, a

procura das usinas de açúcar e destilarias de álcool melhorarem seu balanço energético no

processo de fabricação para poder comercializar a energia elétrica excedente cogerada.

O Brasil, atualmente, é líder mundial na produção de cana-de-açúcar e seus produtos

açúcar e álcool, e experimenta uma nova fase de expansão em função do aumento das

demandas interna e externa por álcool combustível, para a mistura com a gasolina utilizando

o álcool anidro e para os veículos bicombustíveis utilizando o álcool hidratado.

O total de área plantada de cana-de-açúcar na região Centro-Sul, na safra de 2008/09, foi

de 6.749.738 ha, com um total de cana processada de 504.962.891 t, produção de açúcar

de 26.749.819 t e 26.101.963 m3 de etanol. Para expressar a importância dessa região no

país, o quadro 1 apresenta os dados da mesma safra para o Brasil.

Safra 2008/09 no Brasil

Produção de cana-de-açúcar 569.062.629 toneladas

Produção de açúcar 31.049.206 toneladas

Produção de etanol 27.512.962 m3

Quadro 1 Dados da safra 2008/2009 para o Brasil Fonte: UNICA (2010)

O setor sucroalcooleiro brasileiro tem 423 usinas cadastradas no Departamento Da Cana-

de-açúcar e Agroenergia, sendo que 16 usinas são produtoras de açúcar, 159 de álcool e

248 mistas (açúcar e álcool). São Paulo, por sua vez, possui 195 usinas cadastradas, sendo

que 61 produzem álcool, seis são produtoras de açúcar e 128 são usinas mistas (MAPA,

2009).

Devido ao cenário internacional estar atualmente favorável pelo aumento da demanda de

etanol e do potencial agrícola do país, além do grau de maturidade da indústria

sucroalcooleira nacional, fica claro que não só há oportunidades de exportações do álcool,

mas também de tecnologia e equipamentos (VELÁZQUEZ, 2006).

A grande exposição internacional do setor sucroalcooleiro levanta questões ambientais que

preocupam os órgãos brasileiros e também os investidores estrangeiros, obrigando o setor a


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melhorar cada vez mais suas práticas ambientais e tornando-as sustentáveis (TORQUATO,

2007).

3 SETOR ENERGÉTICO

Desde o início do setor elétrico brasileiro, a participação do capital privado era predominante

e somente na década de 30 a energia elétrica passou a ser tratada como serviço público.

Pode-se dizer que o modelo estatal só foi consolidado em 1964, durante os governos

militares (VELÁZQUEZ, 2006).

O Ministério das Minas e Energia (MME) foi criado 22 de julho de 1960, pela lei nº 3.782 e

antes disso os assuntos de minas e energia eram competência do Ministério da Agricultura.

Em 1962, foi constituída a Eletrobrás, com a finalidade de ser a empresa federal

responsável pelo suprimento de energia elétrica nacional, que tornou-se o principal ícone na

expansão da indústria elétrica. Apesar de ter sido importante para o desenvolvimento do

país, anos mais tarde foi responsável por um desequilíbrio financeiro o que restringiu o

financiamento de projetos (VELÁZQUEZ, 2006).

Em 2003, a Lei n° 10.683/2003 definiu as competências do MME e, entre elas as áreas de

combustível e energia elétrica. A estrutura do MME foi regulamentada pelo decreto n° 5.267,

de 9 de dezembro de 2004, que criou as secretarias de Planejamento e Desenvolvimento

Energético, de Energia Elétrica, de Petróleo, Gás Natural e Combustíveis Renováveis,

Geologia, Mineração e Transformação Mineral (MME, 2011).

Desde meados dos anos 70, devido ao alto preço do petróleo e seu impacto no balanço de

pagamentos, as empresas do setor, então estatais, foram utilizadas como veículo de

endividamento externo. Como conseqüência, a crise do setor elétrico foi se agravando em

um longo processo de contenção de tarifas públicas para reprimir a alta de preços

decorrentes da crise do petróleo (VELÁZQUEZ, 2006).

Na década de 90, o setor passou por uma reestruturação e modificação na sua legislação

iniciando, assim, o processo de privatização. O processo foi introduzido devido à crise

financeira e agravado ao longo do tempo (COELHO, 1999). O objetivo era reduzir o papel do

Estado aumentando o investimento do capital privado para incentivar a competição no

mercado de eletricidade (VELÁZQUEZ, 2006).

Neste cenário, então, foi criada em 26 de dezembro de 2006 a Agência Nacional de Energia

Elétrica (ANEEL), cuja missão é garantir condições favoráveis para que o mercado de

energia elétrica se desenvolva com equilíbrio entre os agentes em benefício da sociedade

(ANEEL, 2010).


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A maior parte do sistema de geração de energia no Brasil é interligada por meio de um

sistema de transmissão, chamada Sistema Interligado Nacional (SIN) que garante a

transmissão da energia e é formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-

Oeste, Nordeste e parte da região Norte. Segundo o Operador Nacional do Sistema (ONS),

em 2009, apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país encontrou-se

fora do SIN, em pequenos sistemas isolados principalmente na região da Amazônia (ONS,

2010).

Neste contexto introduz-se o tema deste trabalho, que é a energia cogerada com a queima

do bagaço da cana-de-açúcar, matéria-prima renovável, e a viabilização da queima da palha

da cana-de-açúcar.

O Brasil apresenta uma matriz de geração de origem predominantemente renovável, sendo

que a geração interna hidráulica responde por mais de 70% da oferta (MME, 2011).

Somando-se as importações, que essencialmente também são de origem renovável, pode-

se afirmar que 80% da eletricidade no Brasil são de origem renovável, sem considerar que

parte da energia térmica é gerada a partir da queima de biomassa. Na média mundial

apenas 15,6% da energia é gerada a partir de fontes renováveis (BEN, 2009).

O problema de o país contar com energia elétrica proveniente do setor hidrelétrico em mais

de 70% é que o combustível (água) depende do clima. Na crise energética dos anos 2000 e

2001, com os níveis dos reservatórios baixos e situação agravada com um atípico período

de seca na região sudeste, foi imposto à população o racionamento de energia elétrica com

a intenção de reduzir o consumo nacional. Durante a crise, depois de decretar medidas de

contenção, o governo anunciou um plano para aumentar a oferta de energia elétrica que

incluía a construção de 15 novas térmicas, entretanto, o grande problema era a falta de

políticas para a área energética (VELÁZQUEZ, 2006).

Apesar dos avanços no sentido de aumentar o uso da biomassa como fonte de energia,

verificava-se que com as mudanças introduzidas na legislação do setor elétrico, ainda

existiam várias barreiras à sua implementação em larga escala (VELÁZQUEZ, 2006).

Em 2002, na tentativa de diversificar a matriz energética do país, foi criado o Programa de

Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA), Lei 10.438 de 26 de abril de 2002,

visando aumentar a participação da energia elétrica produzida com base em fontes de

pequenas centrais hidrelétricas, eólicas e de biomassa no SIN (MME, 2011).

A primeira fase do programa visava contratos com a Eletrobrás de 20 anos de compra de

energia gerada (até 3.300 MW de potência instalada) por fontes renováveis, divididas entre

biomassa, pequenas centrais hidrelétricas e eólica. O programa não atingiu as expectativas


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de geração com biomassa, cujo valor econômico não foi considerado atrativo pelo setor,

além dos problemas com as licenças ambientais (ESPARTA, 2008).

Durante o período de licitação foram selecionadas 27 usinas de biomassa (701 MW), 54

parques eólicos (1.423 MW) e 63 pequenas centrais hidrelétricas (1.191 MW). Até dezembro

de 2007, apenas 31,6% desses 3.315 MW estavam em operação comercial. Estimava-se

que, até final de 2010, 68 empreendimentos estariam em operação, o que representaria um

acréscimo de 1591,77 MW no sistema. Seriam mais 23 pequenas centrais hidrelétricas

(414,30 MW), 2 usinas de biomassa (66,50 MW) e 43 usinas eólicas (1.110,97 MW) (MME,

2011).

A geração de energia elétrica no Brasil atingiu 463,1 TWh, em 2008, resultado 4,2% superior

ao ano de 2007. As importações líquidas, 42,9 TWh, somadas à geração interna, permitiram

uma oferta interna de energia elétrica de 503,3 TWh. A geração de autoprodutores

apresentou, em 2008, um crescimento de 8,4% em relação a 2007, considerando o

agregado de todas as fontes utilizadas (BEN, 2009).

4. A COGERAÇÃO

Segundo Dantas (2010), a cogeração é a principal responsável pelo suprimento de energia

térmica e eletromecânica nas usinas de cana-de-açúcar espalhadas pelo mundo. É um

processo no qual uma fonte de energia primária alimenta uma máquina ou aparelho térmica

que, pela reação de combustão, transforma a energia química do combustível em mecânica

de eixo, que é convertida em energia elétrica por meio de geradores elétricos. Segundo

Moran e Shapiro (2002), cogeração é o método que produz, seqüencialmente, potência

(energia elétrica e/ou mecânica) e transferência de calor (energia térmica ou vapor do

processo) para certo uso.

A utilização da queima do bagaço da cana-de-açúcar como combustível para cogeração

data da primeira década do século XX, devido à necessidade de independência energética

diante das crises que passaram a ser comuns no setor. A importância da cogeração é tão

grande que levou a União Européia (UE) a estabelecer, como meta para 2010, atingir 18%

de energia cogerada, pois em países como Holanda e Finlândia, esta forma de energia

representa mais de 40% da potência instalada (DANTAS, 2010).

No Brasil, a cogeração foi regulamentada com o decreto-lei 1.872, 21 de maio de 1981, que

permitia aos concessionários de serviço público de eletricidade adquirir energia elétrica

excedente gerada por autoprodutores, a partir de combustíveis preferencialmente

renováveis, sendo explorada pelo setor industrial, focado na auto-suficiência energética,

devido aos ganhos econômicos resultantes. Os ramos industriais que mais empregam a


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tecnologia de cogeração são o sucroalcooleiro, o de papel e celulose, o siderúrgico e o de

refino de petróleo (OLIVEIRA, 2007).

Cada tonelada de cana processada requer, em média, 12 MWh, o que é facilmente gerado

nos sistemas convencionais de cogeração instalados nas usinas. O aumento do preço da

energia vendida pelo governo, que conduziu as usinas à auto-suficiência e à valorização do

bagaço para a venda e para outros fins, foi o que motivou as indústrias a explorar mais

intensamente a comercialização de excedentes de energia gerada (DANTAS, 2010).

Segundo Souza (1987), as tecnologias de cogeração disponíveis a partir do bagaço para a

produção de excedentes de energia por parte das usinas paulistas, poderiam ter suprido o

déficit de toda região sudeste, durante o racionamento na crise de 2001 e 2002. Segundo

Dantas (2010), a biomassa proveniente da cana-de-açúcar tem capacidade de adicionar ao

sistema elétrico brasileiro até 2020, aproximadamente, 15.000 MW de eletricidade, o que

seria equivalente a incorporar uma nova Itaipu ao parque gerador nacional. Esses dados

mostram que o setor poderá contribuir muito para suprir a crescente demanda de energia no

país.

Para cogerar energia nas usinas, caldeiras e turbinas trabalham seqüencialmente com os

geradores de energia elétrica. Hoje, quase todas as usinas e destilarias possuem um

sistema de geração de vapor que opera a partir da queima do bagaço e algumas delas já

vêm adicionando a palha à queima devido ao seu grande potencial energético. O bagaço

ainda é o combustível mais utilizado pois, praticamente, metade da quantidade da palha

permanece nas lavouras. onde é usada como adubo (DANTAS, 2010), embora haja a

tendência de mudar esse conceito por questões ambientais.

O potencial de geração de energia elétrica pelo setor sucroalcooleiro está relacionado

diretamente à tecnologia empregada, devido aos custos unitários (R$/kW instalado) serem

influenciados pelo efeito escala. Grande parte das usinas utiliza caldeiras de média pressão

(22 bar, 300 °C), apesar de estarem disponíveis caldeiras de 40 a 100 bar, que elevariam de

forma significativa a eficiência energética (COELHO, 1999).

4.1 O PALHIÇO DA CANA-DE-AÇÚCAR

Segundo Ripoli e Ripoli (2004), o nome correto para este resíduo da colheita da cana-de-

açúcar, sem queima prévia, é palhiço e não palha. Não se constitui apenas de folhas de

cana com baixo grau de umidade, mas sim de folhas verdes, palhas, ponteiros, colmos ou

suas frações e rebolos ou suas frações, com terra a eles agregados.


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Esta matéria-prima interessa aos canavieiros e usineiros, pois o equivalente energético do

palhiço gira em torno de 1,2 barris de petróleo por tonelada de material. Dependendo da

cultura da cana, da variedade plantada, idade e condições edafoclimáticas, um hectare de

canavial oferece entre 11 a 33 equivalentes de barris de petróleo (MELLO, 2009).

Grande parte do palhiço acaba permanecendo no campo, pois não há tecnologias que

viabilizem o processo de retirada do campo, além do alto custo de transporte, já que o

palhiço ocupa um grande volume (RIPOLI, 1990).

A tendência é as usinas começarem a buscar formas de viabilizar o processo de retirada do

palhiço do campo, de transporte para a indústria e de queima, mesmo porque, pela lei

estadual n° 11.241, de 2002, do Estado de São Paulo, até 2021 será proibida a queima do

palhiço na área mecanizável e até 2031 na área não mecanizável (DANTAS, 2010).

Entretanto, o governo do Estado assinou um Protocolo Agroambiental com o compromisso

de antecipar a extinção da queima até 2014 na área mecanizável e até 2017 na área onde

não é possível o trabalho com máquinas (COPLANA, 2008). Com o cumprimento do

protocolo haverá grande quantidade de palhiço disponível, que antes era queimado e

poderá ser usado como combustível, bastando apenas um estudo mais completo de

viabilidade e adequamento dos equipamentos rurais e industriais.

O palhiço possui algumas vantagens quando deixado sobre o solo. Entre elas, pode-se citar

manutenção da umidade do solo, controle da erosão, matéria orgânica e microrganismos e

controle de gramíneas anuais.

Como desvantagem, segundo diretor da Santal, José Roberto Santo André, tem-se o fator

da palha reduzir a temperatura do solo entre 0,3 a 0,8 °C retardando a brotação da soqueira,

maior nível de injuria pela geada, redução da produtividade em regiões mais frias, condições

favoráveis ao ataque da cigarrinha, aumento da intensidade da infestação de broca e

aumento da infestação de plantas daninhas folhas largas.

5 MÉTODO

É apresentada a situação do setor sucroalcooleiro, iniciando pelos anos 70, com a criação

do PROÁLCOOL, apresentando a sua evolução, acompanhada pelas políticas públicas de

incentivo da época, a adoção dos veículos movidos exclusivamente a álcool, até a

fabricação dos veículos flex fuel. São apresentados, também, os dados de produção e

consumo de álcool no país, bem como dados de exportação, além das dificuldades

enfrentadas para vencer as barreiras protecionistas impostas à exportação do álcool

brasileiro.


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Para atingir o objetivo que se propõe, este trabalho está estruturado para, inicialmente,

apresentar a situação atual do setor energético do país, destacando a quantidade de

biomassa utilizada para a geração de energia renovável, na maior parte proveniente do

setor sucroalcooleiro.

É realizado o levantamento do “Estado da Arte” da Tecnologia de Cogeração, buscando as

tecnologias em uso e disponíveis comercialmente.

Devido à ascensão dos preços do petróleo e ao compromisso da redução das emissões de

gases de efeito estufa assumidos pelos países desenvolvidos, junto ao Protocolo de Quioto,

a demanda por etanol tem aumentado. Portanto, são avaliados os aspectos ambientais

relacionados às usinas de cana-de-açúcar, desde a plantação e colheita da cana, passando

pela produção de açúcar e álcool, finalizando no processo de geração de energia elétrica,

que é o foco deste trabalho.

Como se trata de um assunto inovador, a parte técnica do trabalho é baseada,

principalmente, no acompanhamento de empresas pioneiras que estão investindo em

pesquisas para desenvolvimento dos equipamentos necessários ao processo. Por meio de

um Estudo de Caso, é realizado o levantamento de dados em uma usina que já cogera

energia elétrica e está estudando uma maneira de viabilizar o processo de cogeração por

meio da queima da palha.

São realizados cálculos para determinação do potencial de palha a ser produzida e, por

meio dela, os cálculos da potência disponível e da capacidade de geração de energia

elétrica na usina em questão. É verificada a possibilidade de aproveitamento do vapor

excedente gerado, proveniente do processo da queima da palha, para gerar energia elétrica

e a utilização dessa energia na própria planta ou sua venda para a concessionária local. É

comparada a utilização da palha com a do bagaço da cana, que já é habitual, identificando

as vantagens e desvantagens produtivas e financeiras.

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Para este estudo, foi selecionada a Destilaria TGM, uma das empresas do Grupo TGM,

localizada em Cerqueira César – SP. Os dados fornecidos apresentam as tecnologias

empregadas e as características-padrão para uma planta que cogera energia elétrica

utilizando o bagaço da cana-de-açúcar.

A planta que, atualmente, mói, em média, 500.000 t de cana-de-açúcar por safra, tem

potencial para gerar até 2,5 MWh e não precisaria comprar energia elétrica. Porém, existe

um acordo com a Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL) no qual a planta compra uma


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quantidade de energia elétrica mensal a troco do abastecimento emergencial, caso a planta

fique sem energia auto-gerada.

Atualmente, a planta utiliza apenas o bagaço da cana-de-açúcar como combustível para a

caldeira, isso porque a planta ainda está crescendo e tem muito a crescer. Estudos estão

sendo realizados para adequar os equipamentos atuais à queima do palhiço e também para

viabilizar o transporte do mesmo.

A principal dificuldade para se utilizar o palhiço para cogerar energia é a questão logística.

Muitos estudos estão sendo feitos no Brasil e no exterior, pois o poder calorífico do palhiço é

bem superior ao do bagaço e a deterioração do palhiço na lavoura representa perdas de

biomassa e conseqüentemente perdas financeiras. A maioria das usinas já começou a

estudar a viabilidade do transporte do palhiço da lavoura até a indústria, pois a dificuldade

se encontra na retirada do palhiço do solo. Algumas usinas preferem enfardar o palhiço na

forma cilíndrica e outras na forma de um quadrado, o objetivo é achar uma maneira em que

o volume e a densidade dos fardos compensem o transporte.

Segundo Mello (2009), devido à baixa densidade do palhiço seco, é necessário um

adensamento em que o volume inicial seja reduzido em até 15 vezes, com finalidade de

diminuir os custos do transporte. O enfardamento é o método mais usual nas usinas. Ainda

não é viável, para a maioria das usinas, realizar a queima do palhiço, principalmente se tiver

que buscar a cana a grandes distâncias.

Hoje, a destilaria estudada é auto-suficiente em energia elétrica e pretende ampliar seu

potencial energético e industrial. A previsão é começar a produzir açúcar em 4 anos. Na

safra de 2010 foi obtido um lucro de cerca de 10% do valor bruto que é, em média, R$

48.000.000,00 e espera aumentar esses números, pois a destilaria é auto-suficiente também

no cultivo da cana e possui sua própria frota de caminhões e maquinários.

Nos Quadros 1 e 2, são apresentados cenários em que modificações térmicas são

sugeridas para aumento da produção de energia.


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MOAGEM DE 1.800.000 TON DE CANA SAFRA

Dias de Safra 253 dias

Aproveitamento tempo operacional 85%

Dias efetivos de operação (safra) 215 dias

Dias de safra parado (Chuva) 0 dias

Geração de energia Elétrica

TG 67/520 - contra pressão 29 MWh

TG 67/520 - condensação 0 MWh

Disponibilidade dos equipamentos 99%

TOTAL GERADO NO PERÍODO 148.143,60 MWh/ano

Consumo de energia da planta 10,50 MWh

DISPONIVEL PARA VENDA 93.963,60 MWh

Preço de energia vendida 145,00 R$/MW

RECEITA NO PERÍODO 13.624.722,00 R$

Quadro 1: Moagem sem turbina de condensação. Fonte: TGM Destilaria, 2011


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Quadro 2: Moagem com turbina de condensação. Fonte: TGM Destilaria, 2011

No cenário um, apresentado no Quadro 1, é considerada a moagem de 1.800.00 tc, pois a

planta tem capacidade de processá-las, com as instalações existentes. Como resultado,

tem-se um acréscimo de 130.623,60 MWh de energia gerada em relação a atual, que hoje é

de 17.520 MW ao ano, que resulta em 93.963,60 MWh de energia excedente que pode ser

comercializada a 145 R$\MWh, gerando uma receita de R$ 13.624.722,00.

No cenário dois, apresentado no Quadro 2, há a introdução de uma turbina de condensação,

que aumenta a geração em 164.502,36 MWh no ano, em relação ao cenário um,

disponibilizando 257.587,56 MWh excedente para a venda ao preço de 145 R$\MWh.

MOAGEM DE 1.800.000 TON DE CANA SAFRA

Dias de Safra 253 dias

Aproveitamento tempo operacional 85%

Dias efetivos de operação (safra) 215 dias

Dias de safra parado (Chuva) 0 dias

Geração de energia Elétrica

TG 67/520 - contra pressão 29 MWh

TG 67/520 - condensação 30.5 MWh

Disponibilidade dos equipamentos 99%

TOTAL GERADO NO PERÍODO 312.645,96 MWh/ano

Consumo de energia da planta 10,50 MWh

DISPONIVEL PARA VENDA 257.587,56 MWh

Preço de energia vendida 145,00 R$/MWh

RECEITA NO PERÍODO 37.350.196,20 R$


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As condições adotadas para tais cenários foram o aproveitamento do tempo operacional de

85%, ou seja, haverá efetivamente 215 dias de moagem e durante o período de chuva, a

planta irá parar completamente a sua operação; a disponibilidade de palha deverá ser

confirmada em função da variedade de cana, forma de colheita, forma de transporte e outros

fatores que possam impactar na quantidade disponível na indústria, assim como seu poder

calorífico. Para a opção com palha, há uma reserva de bagaço durante o período de

operação normal de 3,8 t\h, para operação em dias de chuva.

Nos fluxogramas 1 e 2, a seguir, são apresentados os resultados dos cálculos

termodinâmicos para os cenários de queima de bagaço e da combinação entre bagaço e

palha.

Fluxograma 1: Balanço térmico de cogeração sem turbina de condensação. Fonte: TGM Destilaria, 2011


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Fluxograma 2: Balanço térmico de cogeração com turbina de condensação e queima de bagaço e palha. Fonte: TGM Destilaria, 2011

7 CONCLUSÃO

Baseado nos estudos realizados nas pesquisas, na troca de informações entre pessoal

especializado da área e técnicos da destilaria, conclui-se que há um grande potencial

energético a ser explorado no setor sucroalcooleiro do país. O setor energético depende do

setor sucroalcooleiro para crescer, e este, por sua vez, vem sendo analisado por

investidores do mundo inteiro em busca de novas tecnologias para produção de

biocombustíveis e energia gerada por fontes renováveis. Em busca de reduzir custos e

aumentar a eficiência da indústria de açúcar e álcool, o palhiço aparece como uma nova

oportunidade para este setor. Aliada a isso, está a questão ambiental, pois a

regulamentação exige a colheita de cana crua, ou seja, a colheita sem a queima da palha no

campo. No Estado de São Paulo, a legislação vigente prevê um crescimento gradual da

colheita mecanizada, com a mecanização total a ser atingida até 2021 em áreas com

declividade propícia à entrada das colheitadeiras mecânicas e dez anos depois, em áreas

com terreno menos favorável. Esse tipo de colheita de cana vai permitir a recuperação do

palhiço que, por sua vez, proporcionará um grau de aumento na disponibilidade de

biomassa para produção de energia no processo industrial. Na maior parte da região

Nordeste (responsável por cerca de 30 por cento da produção brasileira), a colheita de cana

crua não poderá ser aplicada, devido às condições topográficas. Cabe agora às usinas


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investir em pesquisas para desenvolver equipamentos mais eficientes e adequar as

tecnologias já existentes, para tornar viável a retirada do campo e queima desta matéria-

prima, aumentando, conseqüentemente, a eficiência térmica do sistema.

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Contato: [email protected] e [email protected]

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