Balanço Energético e Emissões de Gases de Efeito Estufa na Produção de Bioetanol da Cana-de-açúcar em comparação com outros Bio-combustíveis

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1 Balanço Energético e Emissões de Gases de Efeito Estufa na Produção de Bioetanol da Cana-de-açúcar em comparação com outros Bio-combustíveis Agrobiologia Seropédica, RJ Robert M. Boddey Embrapa Agrobiologia, Seropédica, RJ

2 Cana-de açúcar no Brasil Área colhida ,2 milhões de ha (Mha) Área plantada ,4 Mha Total produção de Cana - safra 2008 = 653 Milhões de toneladas. Rendimento médio - 79,5 ton./ha Produção do etanol - 27 Bilhões de litros (5,4 bi exportados) Produção do etanol por ha litros

3 A contribuição de energia fóssil Em todas as etapas da produção de cana-de-açúcar e seu processamento para produzir etanol tem ingressos de energia convencional (energia fóssil) Por exemplo: Óleo diesel para aração e preparação do solo Fabricação de fertilizantes (gás natural) e seu transporte e aplicação (óleo diesel). A colheita e transporte da cana do campo para a usina. A construção das usinas (cimento, aço etc) e fabricação das máquinas do campo (tratores, arados, colheitadeiras) e o maquinário da usina.

4 Emissões de outros gases de efeito estufa Além do CO 2 tem dois gases importante que também absorver a radiação infra-vermelha (o calor): Óxido nitroso (N 2 O) e metano (CH 4 ) O óxido nitroso é liberado quando o nitrogênio (em fertilizantes ou resíduos) é aplicado no solo, as emissões sendo mais significativas quando o solo é muito úmido. As quantidades são pequenos (tipicamente 1% ou menos do N adicionado) mas o N 2 O é aproximadamente 300 vezes mais ativo na absorção de calor do que o CO 2. Metano é liberado quando a palhada da cana é queimada ou quando a vinhaça é adicionada ao solo. Metano é aproximadamente 24 vezes mais ativo na absorção de calor do que o CO 2

5 Fase 1 - Balanço Energético da Produção do Etanol da Cana. O Balanço Energético = a relação entre a energia no etanol produzido da cana em comparação da energia derivada de combustíveis fósseis utilizados na sua produção. Foi contabilizada a energia fóssil utilizada: nos combustíveis (principalmente óleo diesel) utilizados pelos tratores, caminhões e outras máquinas utilizadas no campo e no transporte da cana e dos insumos. na fabricação de insumos, veículos, máquinas e prédios utilizados na produção de cana e etanol

6 Balanço energético da cana-de-açúcar Operação MJ/ha/ano A. No Campo Óleo diesel 1589 Màquinas 1384 Insumos e aplicação 5865 Transporte da cana para usina 2058 Aplicação da vinhaça 656 Colheita (60% queimada, 40% crua) 778 Total B. Na Usina Insumos 488 Construções e máquinas 2123 Total 2611 Principalmente fertilizantes e herbicida Total energia fóssil Energia total do etanol produzido em 1 ha de cana (79,5 ton. cana, Litros etanol) Balanço energético 9,35

7 Emissões gases de efeito estufa, GEE (CO 2, N 2 O e CH 4 ) durante as etapas de produção de bio-etanol Etapa de produção Gás efeito estufa emitido (por ha) CH 4 N 2 O CO 2 CO 2 eq. a g de CH 4 ou N 2 O ha -1 ano -1 kg ha -1 ano -1 Plantio da cana Manejo da cultura Colheita * Produção de etanol Ψ Distribuição do etanol Emissão total de GEE fóssil * Metano produzido na queima da palha Ψ Metano produzido pela vinhaça N2 O do N fertilizante e nos resíduos Cálculo baseado na situação hoje de 60 % da área colhida manualmente após a queima, e 40 % colheita de cana crua, mecanizada.

8 Emissão de GEEs de uma viagem de 100 km percorrida pelo mesmo veiculo com três combustíveis diferentes: Modelo Motor Combustível S10 cabine simples S10 cabine simples S10 cabine simples S10 cabine simples Rendimento Km/L Potência Máxima GEEs emitido kg CO 2 Emissão evitada (%) 2.8 turbo Diesel 13,5 140 CV 29, flexpower 2.4 flexpower 2.4 flexpower Gasolina pura 10,4 141 CV 35,10 0 Gasolina brasileira (24% etanol) Etanol (cana-de-açúcar) 9,5 141 CV 28, ,2 147 CV 6,92 80 O veículo a álcool emitiria somente 20 % dos GEEs do que se rodasse a gasolina pura! Ou O uso do bio-etanol proporciona uma mitigação de 80 % das GEEs emitidas em comparação com o uso de gasolina pura.

9 Comparação das emissões de gases efeito estufa nos sistemas de colheita manual da cana queimada e da colheita mecanizada da cana crua Colheita manual cana queimada Fonte da emissão CH 4 (g ha -1 ) N 2 O (g ha -1 ) Emissão CO 2 fóssil (kg ha -1 ) Total (kg CO 2 eq. ha -1 ) 1. A queima da cana Mão de obra TOTAL Colheita mecanizada cana crua 1. Combustível colheitadeira GEEs embutido na colheitadeira Mão de obra Mineralização dos resíduos 471,4 146 TOTAL 315

10 Devido às reduções em emissões de metano quando de uma situação de 40% da cana-de-açúcar colhida crua atualmente, a mudança para 100 % colhida crua, diminuirá as emissões totais de GEEs de para kg CO 2 eq ha -1 ano -1. Caso a prática da queima para colheita da cana seja completamente eliminada e toda a colheita seja feita mecanicamente, os valores da redução das emissões alcançarão 87 e 85 %, respectivamente.

11 Impacto nas emissões de GEEs da expansão da área utilizada para a produção de etanol da cana-de-açúcar Duas perguntas: Quais terras estão sendo convertidas para a produção de etanol? Resposta: Principalmente pastagens de baixa produtividade e alguma área de lavoura 2. Qual é a diferença das emissões de GEEs no uso atual da terra comparado com a substituição da produção de etanol da cana.

12 Principais emissões de GEEs em pastagens Metano ruminal: para uma pastagem de baixa produtividade (0,7 UA/ha) = 120 g CH 4 ou kg CO 2 eq/ha/ano. Óxido nitroso da urina 240 g N 2 O ou 74 kg CO 2 eq/ha/ano Outras emissões =~260 kg CO 2 eq/ha/ano TOTAL kg CO 2 eq/ha/ano Principais emissões de GEEs em soja/milho Adubos e operações de campo = 810 a 1017 kg CO 2 eq/ha/ano Óxido nitroso do N dos resíduos e N fertilizante = 0,55 a 0,80 kg N 2 O ou 270 a 390 kg CO 2 eq/ha/ano Para 75 % soja e 25 % milho estima se uma emissão de TOTAL 1160 kg CO 2 eq/ha/ano

13 Mudança nas emissões de GEEs na conversão de lavoura (soja/milho), ou pastagem de baixa produtividade, para a produção de etanol Soja/milho: para kg CO 2 eq/ha/ano maior emissão de GEEs, quase 2000 kg CO 2 eq/ha/ano a mais. Pastagem para kg CO 2 eq/ha/ano pouco mudança em emissões. MAS! o etanol produzido de 1 ha de cana (6.500 litros) pode substituir litros de gasolina que emitiria kg CO 2 eq/ha/ano. Os litros de etanol só emite kg CO 2 eq/ha/ano de GEEs. CONCLUSÃO: Se o etanol substitui a gasolina pura, 1 ha de cana substituirá 13,2 toneladas de CO 2 fóssil. Qualquer emissão devido a mudança do uso da terra é pequena em comparação.

14 Balanço de energia para produção de litros de bioetanol do milho sob condições dos Estados Unidos Dados de Hill et al. (2006, Proc Acad Nat Sci [USA] 103 : ) MJ Fator Quantidade unidade -1 MJ ha -1 Mão de obra Diesel 178 L 47, Nitrogênio 146 kg 51, Fósforo (P) 53 kg 17, Potássio (K) 66 kg 13, Calcário 1000,0 kg 0, Sementes 60,0 kg 3, Herbicidas 2,2 kg Inseticida 0,08 kg 325,00 26 Maquinas etc (depreciação) 769 SubTotal Processamento do grão e produção do etanol Total Energia de combustão do bio-etanol do milho 512 L 32, Balanço Energético 1,09 * Baseado em um rendimento de 2700 kg ha -1 e 18,3 % óleo no grão Neste balanço a energia contida nos co-produtos restantes do processamento do milho foi ignorada. A energia de combustão dos co-produtos, (ração animal) é MJ ha -1. Com este crédito o balanço energético = 1,71

15 Balanço de energia para produção de 437 kg* (512 L) de biodiesel de soja sob condições brasileiras (plantio direto). Dados de Araújo et al. (2007 Embrapa Agrobiologia) MJ Fator Quantidade unidade -1 MJ ha -1 Mão de obra 6,3 h a 167,42 c Máquinas (depreciação) 20 kg a 75,34 c Diesel 66 L a 47,68 c Fósforo (P 2 O 5 ) 50,0 kg b 17,27 c 864 Potássio (K 2 O) 50,0 kg b 13,57 c 679 Calcário 1000,0 kg b 0,17 d 170 Sementes 50,0 kg a 33,46 c Herbicidas 2,9 kg a 418,55 c Eletricidade 10,0 kw h c 12,14 c 121 Transporte (depreciação) 154 kg c 1,09 c 167 SubTotal Extração do óleo + Esterificação c Total Energia de combustão do biodiesel da soja 512 L 32,93 e Balanço Energético 1,10 a Gazzoni et al, 2006; b Embrapa Soja, 2006; c Pimentel e Patzek, 2005; d Bueno e Romero, 2004, e Hill et al, 2006 Neste balanço a energia contida nos co-produtos do processamento da soja (farelo de soja e glicerina) foi ignorada. A energia de combustão dos co-produtos, é MJ ha -1. Com este crédito o balanço energético = 3,38

16 Balanço energético para a produção de óleo de dendê sob condições da Malásia. Malaysian Palm Oil Institute (Wood and Corley, 1991) ha -1 ano -1 Rendimento (cachos) 18,0 Mg 3870 kg* MJ Produção de óleo Ingressos de energia fóssil 1. Maquinas agrícolas e transporte à usina Fertilizantes Pesticidas Mão de obra 670 TOTAL MJ Energia produzido no óleo MJ Balanço energético = Energia no óleo de dendê/energia fóssil investida Extração do óleo + Esterificação TOTAL energia fóssil empregado Balanço energético = Energia biodiesel de dendê/energia fóssil investida 8, MJ MJ 2,45 * 3870 kg = 4207 L de óleo que pode produzir 3560 kg de biodiesel (ver site: ** Total energia de combustão de 3560 kg biodiesel de dendê = MJ

17 Conclusões O etanol produzido da cana de açúcar no Brasil é campeão absoluto entre os bio-combustíveis líquidos na mitigação de emissões dos GEEs (entre 80 e 90 %). Este valor pode aumentar com o crescente uso do bagaço para geração de energia elétrica. A avaliação objetiva do poder da mitigação de GEEs por etanol produzido do milho, ou bio-diesel da soja é complicada pelo fato que tem quantidades significativas de co-produtos não utilizados como fontes de bio-energia. Como os rendimentos, e o potencial de mitigação de emissões do GEEs, dos bio-combustíveis produzidos do milho e da soja são bem menores do que do etanol da cana, as emissões evitadas por hectare são muitos menores. Ainda não há dados confiáveis sobre rendimentos e insumos empregados para avaliar o poder de mitigação dos GEEs do biodiesel da mamona (Ricinus communis) ou pinhão manso (Jatropha cursus).

18 A EQUIPE Luis Henrique de B. Soares Ednaldo da Silva Araújo Bruno J.R. Alves Segundo Urquiaga Robert M. Boddey