UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS RICARDO YOSHIAKI YASSIMURA

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS RICARDO YOSHIAKI YASSIMURA ANÁLISE DE VIABILIDADE ECÔNOMICA DE UMA MICRO CENTRAL TERMOELÉTRICA UTILIZANDO CASCA DE ARROZ JOINVILLE SC 2012

2 2 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS RICARDO YOSHIAKI YASSIMURA ANÁLISE DE VIABILIDADE ECÔNOMICA DE UMA MICRO CENTRAL TERMOELÉTRICA UTILIZANDO CASCA DE ARROZ Trabalho de Graduação apresentado à Universidade do Estado de Santa Catarina como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro de Produção e Sistemas. Orientador: Dr. Evandro Bittencourt JOINVILLE SC 2012

3 3 RICARDO YOSHIAKI YASSIMURA ANÁLISE DE VIABILIDADE ECÔNOMICA DE UMA MICRO CENTRAL TERMOELÉTRICA UTILIZANDO CASCA DE ARROZ Trabalho de Graduação aprovado como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro do curso de Engenharia de Produção e Sistemas da Universidade do Estado de Santa Catarina. Banca Examinadora: Orientador: Dr. Evandro Bittencourt Membro: Dr. Fernando Natal de Pretto Membro: Dr. Lírio Nesi Filho Joinville, 10 de maio de 2012

4 4 RICARDO YOSHIAKI YASSIMURA ANÁLISE DE VIABILIDADE ECÔNOMICA DE UMA MICRO CENTRAL TERMOELÉTRICA UTILIZANDO CASCA DE ARROZ RESUMO A análise de viabilidade econômica faz parte do planejamento de um empreendimento e é necessária para se maximizar as chances de êxito do investimento. Nesse âmbito o presente estudo tem como objetivo principal analisar a viabilidade econômica de um investimento em geração de energia a partir da casca de arroz de um engenho da região norte de Santa Catarina. Para atingir esse objetivo apresenta-se a teoria necessária para entender o processo de geração de energia e o seu potencial econômico, bem como os métodos de análise de investimento utilizados no trabalho. Após essa etapa realiza-se a coleta dos dados para posteriormente projetar os custos envolvidos na implantação e operação do empreendimento e, finalmente, analisar os resultados e indicadores de viabilidade. Desse modo conclui-se que a implantação de uma central termoelétrica no engenho estudado não é viável economicamente, pois os valores encontrados para o valor presente líquido, taxa interna de retorno e tempo de retorno de capital descontado ficaram abaixo dos parâmetros adotados. PALAVRAS-CHAVE: Viabilidade econômica. Geração de energia. Arroz.

5 5 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Eletricidade Gerada no Mundo em Tabela 2 Composição da Matriz Elétrica Brasileira em Tabela 3 Emissões Evitadas (em tco2eq) Tabela 4 Estimativa de Investimentos Tabela 5 Custo Operacional Tabela 6 Alíquotas Tabela 7 Valores com o Benefício Pró-Emprego Tabela 8 Demonstrativo de Resultados Tabela 9 Fluxo de Caixa... 36

6 6 LISTA DE ABREVIATURAS ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica BNDES Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social COFINS Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social DRE Demonstração de Resultados do Exercício ECG Encargo por Concessão de Garantia GEE Gases do Efeito Estufa GW Gigawatt GWh Gigawatt Hora ICMS Imposto Sobre Circulação de Mercadorias e Serviços IPI Imposto Sobre Produtos Industrializados kw Kilowatt MCT Micro Central Termoelétrica MDL Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MW Megawatt PCH Pequena Central Hidroelétrica PCI Poder Calorífico Inferior PIS Programa de Integração Social PROINFA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia RCE Redução Certificada de Emissões SIN Sistema Interligado Nacional tco 2 eq Tonelada de Gás Carbônico Equivalente TIR Taxa Interna de Retorno TJLP Taxa de Juros de Longo Prazo TMA Taxa Mínima de Atratividade TWh Terawatt hora VPL Valor Presente Líquido

7 7 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A MATRIZ DE ENERGIA ELÉTRICA BRASILEIRA DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS DE CO-GERAÇÃO Micro Central Termoelétrica A Casca de Arroz como Combustível Caldeira de Vapor Turbina a Vapor Gerador Elétrico O PROTOCOLO DE QUIOTO E O MERCADO DE CARBONO Mitigação das Emissões ANÁLISE DE INVESTIMENTO Método do Valor Presente Líquido (VPL) Método da Taxa Interna de Retorno (TIR) Método do Tempo de Retorno de Capital Descontado METODOLOGIA PESQUISA CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA ETAPAS DA PESQUISA ESTUDO DE CASO APRESENTAÇÃO DA EMPRESA PESQUISADA PROCESSO PRODUTIVO ANÁLISE DA SITUAÇÃO ATUAL VIABILIDADE ECONÔMICA Investimentos Energia Elétrica Gerada Redução na Emissão de Gases do Efeito Estufa Custo Operacional Benefício Fiscal Financiamento... 33

8 Demonstrativo de Resultados Fluxo de Caixa Valor Presente Líquido Taxa Interna de Retorno Modificada Tempo de Retorno de Capital Descontado CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS APÊNDICES... 42

9 9 1 INTRODUÇÃO A partir da Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente Humano realizada em Estocolmo, 1972, começou-se a discutir o impacto das atividades humanas no meio ambiente. Essa discussão resultou em uma série de iniciativas dentre as quais se destacam a ECO-92 e o Protocolo de Quioto, 1997 (UNFCCC, 2011). A primeira das iniciativas tinha como objetivo conciliar o desenvolvimento socioeconômico e a conservação do meio ambiente e o foco da segunda era a redução da emissão dos gases do efeito estufa (GEE). Nesse contexto de desenvolvimento sustentável os processos produtivos muitas vezes representam um inimigo em potencial ao meio ambiente, pois na ausência de uma gestão de resíduos correta a produção pode contaminar o solo, lençóis freáticos, ar, trabalhadores, comunidades vizinhas ou ainda emitir gases que agravam o efeito estufa. O beneficiamento do arroz, assim como a maioria dos processos produtivos, pode causar impactos ambientais seja pela tecnologia empregada no processamento do produto ou pelo tratamento incorreto dos resíduos gerados pelo processo. Dos poluentes gerados pelos engenhos, a casca do arroz é o item que mais demanda atenção, pois sua decomposição no meio ambiente é demorada e a geração de volumosos montes do resíduo não é difícil devido a sua baixa densidade. Atualmente os pequenos engenhos vendem o excedente de casca de arroz para utilização em hortas e cama de frango, no entanto o destino mais indicado para a casca é a utilização para produção do vapor necessário na secagem e no beneficiamento e geração de energia elétrica através de um ciclo a vapor, caso haja excedente. A geração de energia termoelétrica a partir de biomassa não é novidade no setor. Diversos engenhos já utilizam essa opção para dar um tratamento correto ao resíduo de final de processo, se adequar as obrigações ambientais exigidas por lei e ainda melhorar os resultados operacionais. Portanto, o objetivo geral deste estudo é analisar a viabilidade econômica da implantação de uma central de geração termoelétrica a partir de biomassa em um engenho. Nessa perspectiva, os objetivos específicos são os seguintes: Apresentar fundamentação teórica sobre a matriz energética brasileira, conceitos de geração de energia a partir de biomassa, mercado de carbono e análise de

10 10 investimentos de modo a possibilitar a compreensão do empreendimento assim como justificá-lo; Coletar dados para realizar a projeção do potencial de geração de energia elétrica do engenho; Levantar o custo do investimento e projetar os resultados da central termoelétrica; Analisar a viabilidade econômica do investimento em geração de energia. Este trabalho limita-se a estudar o conceito de geração termoelétrica a partir de biomassa e analisar a viabilidade econômica do empreendimento em um engenho de arroz. A participação do autor foi realizar a análise da bibliografia disponível, coletar dados com o engenho, fabricantes de equipamentos e prestadores de serviços de modo a compor uma estimativa do investimento para posterior análise de viabilidade. Não faz parte desse estudo o balanço de massa, visto que os valores estimados de produção de vapor e energia mecânica são fornecidos pelos fabricantes da caldeira e da turbina respectivamente. O trabalho está dividido em cinco capítulos sendo eles: Introdução, Fundamentação Teórica, Metodologia, Estudo de Caso e Considerações Finais. O primeiro capítulo aborda a introdução ao assunto e é dividido em: apresentação do tema, objetivo geral, objetivo específico, justificativa, delimitação do estudo e estrutura do trabalho. No segundo capítulo é apresentada a fundamentação teórica sobre a matriz energética brasileira, conceitos de geração de energia, mercado de carbono e, finalmente, métodos de análise de investimentos. O terceiro capítulo aborda a metodologia de pesquisa e descreve os materiais e métodos utilizados na coleta e análise dos dados. No quarto capítulo são apresentados dados do estudo de caso, bem como a proposta de investimento, projeções e análise financeira do empreendimento. Por último, o quinto capítulo traz as considerações finais do autor sobre o tema do trabalho.

11 11 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Este capítulo apresenta a teoria que fundamenta o presente trabalho e que posteriormente permitirá analisar os dados coletados e entender a solução proposta. O capítulo dividi-se basicamente em quatro partes. A primeira faz uma explanação sobre o panorama energético mundial e a posição privilegiada do Brasil. Na sequencia é abordada a definição e conceitos básicos de co-geração. A terceira parte contém a explanação sobre o mercado de carbono. E a última parte trata dos métodos de análise de investimento que serão aplicados ao trabalho. 2.1 A MATRIZ DE ENERGIA ELÉTRICA BRASILEIRA Segundo a International Energy Agency (IEA, 2011) a matriz elétrica mundial (Tabela 1) ainda depende, e muito, de fontes de energia poluentes como o petróleo, carvão e gás que juntos representam 67,5% dos ,8 TWh gerados em todo o mundo. Tabela 1 Eletricidade Gerada no Mundo em 2008 Fonte GWh % Fonte: IEA (2011) Carvão ,78% Gás Natural ,23% Hidrelétrica ,22% Nuclear ,48% Petróleo ,49% Eólica ,08% Biomassa ,97% Outras ,75% Total

12 12 Nesse cenário o Brasil ocupa um lugar de destaque, pois devido aos seus recursos hídricos a matriz energética brasileira (Tabela 2) é predominantemente composta por fontes renováveis e os empreendimentos outorgados e em construção indicam que a expansão da oferta de energia elétrica no país manterá a matriz energética predominantemente verde. Tabela 2 Composição da Matriz Elétrica Brasileira em 2011 Tipo Capacidade (kw) % Total (kw) % Hidro , ,31 Gás Petróleo Biomassa Natural ,28 Processo ,46 Óleo Diesel ,16 Óleo Residual ,28 Bagaço de Cana ,39 Licor Negro ,01 Madeira ,29 Biogás ,06 Casca de Arroz , , , ,77 Nuclear , ,63 Carvão Mineral , ,58 Eólica , ,87 Importação , ,65 Fonte: ANEEL (2011) Total Apesar da ampliação da matriz energética manter a predominância das fontes de energia renováveis deve-se pensar em maiores incentivos para o futuro. Com o passar dos anos os grandes potenciais hídricos estão se tornando escassos ou ambientalmente inviáveis e com isso surge a necessidade de aumentar a oferta de outras fontes para atender a demanda de energia que, segundo o Plano Decenal de Expansão de Energia 2020 elaborado pelo Ministério de Minas e Energia (2011), aumentará 4,6% ao ano entre 2010 e 2020 e demandará investimentos na ordem de R$ 190 bilhões no período de 2011 a No caso das usinas a biomassa muitas vezes o investimento se mostra bastante atrativo devido à possibilidade de manter a capacidade produtiva no máximo durante o horário de ponta (18 às 21 horas) sem aumentar a fatura de energia e a proximidade entre a geração e

13 13 unidades consumidoras resulta em menores investimentos em linhas de transmissão e distribuição (em casos de comercialização do excedente gerado). 2.2 DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS DE CO-GERAÇÃO Segundo a ANEEL (2008) co-geração é a produção de dois ou mais energéticos a partir de um único processo para geração de energia, ou seja, a partir da queima da biomassa numa caldeira gera-se vapor que fornecerá energia térmica para o processo produtivo e energia elétrica a partir da conversão da energia mecânica em energia elétrica através do conjunto turbina a vapor e gerador elétrico. A tecnologia de co-geração possui uma aplicação importante nas indústrias que produzem combustível residual do processo produtivo, tais como: sucroalcooleiro, papel e celulose, siderurgia e alimentício. Mais que dar um destino adequado a biomassa residual, evitando a emissão de gases do efeito estufa, a co-geração permite que essas indústrias produzam energia elétrica o que barateia os custos de produção e ainda pode gerar receitas caso haja excedente de energia para comercialização Micro Central Termoelétrica Uma Micro Central Termoelétrica (MCT) é um sistema de geração confiável e compacto com capacidade de produção de eletricidade inferior a 1 MW e que pode estar conectado ou não a rede elétrica da concessionária e é utilizado por diferentes indústrias que produzem resíduo orgânico (biomassa) em suas atividades. Mesmo com a capacidade instalada muito inferior aos grandes produtores, uma MCT de 1 MW, por exemplo, é suficiente para atender a demanda de aproximadamente pessoas além de ser uma alternativa para locais isolados (sem acesso ao Sistema Interligado

14 14 Nacional SIN) e também uma forma de reduzir a fatura e a dependência da eletricidade comercializada pela concessionária no caso de interrupções no fornecimento. Os equipamentos principais que constituem uma MCT são: caldeira de vapor, turbina a vapor e gerador elétrico. Como elementos secundários, mas nem por isso desnecessários e de baixo custo podese citar: quadros elétricos de proteção, distribuição e manobra, sistema de controle e supervisão e, em alguns casos, transformadores A Casca de Arroz como Combustível A casca de arroz é classificada como biomassa, ou seja, é um composto vegetal gerado através de fotossíntese e os seus derivados que contém energia química proveniente da transformação da radiação solar e pode ser liberado diretamente por combustão (LORA e NASCIMENTO, 2004). Segundo o IBGE (2011) o arroz ocupa a quinta posição na produção agrícola do Brasil ficando atrás apenas da cana-de-açúcar, soja, milho e mandioca. Para a safra 2010/11 é esperado um crescimento de 15,4% do cultivo de arroz na comparação com o resultado anterior. Isso significa que a produção de arroz em casca atingirá 13,461 milhões de toneladas sendo que 73,37% do total é produzido nos estados de Santa Catarina e principalmente Rio Grande do Sul (ANUÁRIO DO ARROZ, 2011). O beneficiamento gera como resíduo a casca do arroz que representa 20% do peso total (MAYER, 2009), ou seja, segundo as estimativas serão gerados 2,7 milhões de toneladas desse combustível em Devido ao baixo teor de umidade atingido após a secagem (aproximadamente 13%) o poder calorífico inferior (PCI) da casca de arroz chega a kcal/kg (COELHO, PALETTA e FREITAS, 2000) superando o PCI de outras biomassas (cana de açúcar, madeira, por exemplo) tudo isso a um custo muito baixo e sem diminuir a produção de alimentos. Segundo Mayer (2009) o uso da casca de arroz para secagem do grão consome entre 15 e 20% do total produzido desse resíduo. No caso de haver parboilização no engenho é necessário para a produção de vapor o consumo de 25 a 30% a mais da casca produzida.

15 15 Com base nesses valores estimados sobra entre 50 e 60% do total de resíduo resultante do beneficiamento do grão para produção de vapor destinado a geração de energia. Outro aspecto positivo da utilização da casca de arroz como combustível é que ao final do processo de combustão na caldeira se obtém um produto de valor comercial. Do combustível utilizado na caldeira aproximadamente 25% vira cinza cuja utilização mais comum é para correção do ph do solo ou como isolante térmico, mas dependendo do grau de pureza da sílica obtida após a queima o resíduo pode ser usado na composição de asfalto e cimento. Como características que dificultam a utilização da casca de arroz para produção de vapor Mayer (2009) ressalta três pontos: A primeira dificuldade é encontrada no sistema de combustão da caldeira devido ao alto teor de sílica da casca (15% podendo chegar a 20%) que limita a temperatura do sistema em 750ºC devido ao baixo ponto de fusão do combustível e ainda é agravado pela característica abrasiva da sílica que tem que ser compensado com a redução da velocidade dos gases na tubulação; Outro item a ser considerado é a dificuldade na queima. Para que a casca não se feche e fique com carbono não queimado dentro dela, a queima inicial tem que ser feita com pouco oxigênio. O restante do oxigênio necessário para a queima total é fornecido em uma parte mais alta da caldeira quando o carbono do interior da casca já foi queimado; e Por último existe a dificuldade de transporte da casca de arroz em função da baixa densidade o que limita o seu aproveitamento para geração de energia somente em locais próximos ao beneficiamento Caldeira de Vapor As caldeiras de vapor são equipamentos que utilizam a energia química liberada pela combustão de um combustível para promover a mudança de fase da água do estado líquido para o gasoso (LORA e NASCIMENTO, 2004).

16 16 O registro mais antigo que se tem da utilização de caldeiras data do século XVIII. Durante todo esse período os projetos foram aprimorados para se adaptar a diferentes segmentos (geração de energia, indústrias e navios) que utilizavam diferentes combustíveis. Atualmente as caldeiras para co-geração operam com vapor na faixa de 340 a 440ºC, pressões entre 21 e 81 bar e vazão de vapor na faixa de 40 a 140 t/h (LORA e NASCIMENTO, 2004). Para classificá-las normalmente utiliza-se o critério de circulação dos gases que pode ser de dois tipos. Flamotubular: os gases fluem por dentro de tubos imersos em água. Com esse tipo de caldeira é possível atender aplicações de pequeno porte com pressão e vazão relativamente baixa resultando em pouco excedente para geração; Aquotubular: a circulação de água se dá no interior dos tubos e os gases trocam calor pela parede dos mesmos. Esse tipo de caldeira se torna inviável para pequenas aplicações, pois sua construção mais robusta permite operar com maior pressão e vazão aumentando o rendimento e conseqüentemente o custo Turbina a Vapor Uma turbina a vapor é um motor térmico rotativo no qual a energia térmica do vapor é convertida em energia cinética devido à sua expansão através dos bocais. Por sua vez essa energia é transformada em energia mecânica de rotação devido à força do vapor atingindo as pás rotativas (LORA e NASCIMENTO, 2004). Com base nessa definição o primeiro registro de turbina data de 150 a.c., porém George Westinghouse ( ) foi o primeiro a desenvolver uma turbina a vapor comercial com potência de 400 kw para acionar um gerador (LORA e NASCIMENTO, 2004). A classificação das turbinas a vapor pode ser realizada por princípio de funcionamento e por arranjo dos estágios. Quanto ao de princípio de funcionamento existem dois tipos fundamentais: De ação: o princípio de funcionamento é devido a queda de pressão do vapor nos bocais e consequentemente a queda da energia do vapor (entalpia). A queda de

17 17 energia do vapor é convertida em energia cinética aumentando a velocidade do vapor que incidirá sobre as palhetas convertendo a energia cinética em mecânica; De reação: Utilizam a pressão do vapor e a sua expansão. A queda de pressão do vapor ocorre por meio de sucessivas fileiras de palhetas móveis e fixas diminuindo as perdas. Parte da energia térmica do vapor é convertida em energia cinética pelas palhetas fixas e parte pelas palhetas móveis. Na classificação simplificada levando em consideração os arranjos dos estágios podese dividir as turbinas em três grupos: Contrapressão: o vapor na saída da turbina encontra-se a 1,5 bar e em temperaturas superiores a 100ºC. Esse tipo de turbina é amplamente utilizado nas usinas de açúcar e álcool, pois o vapor atinge as condições necessárias para atender a demanda de calor dos processos; Condensação: a exaustão do vapor para o condensador ocorre a uma pressão menor que a atmosférica aumentando a eficiência térmica do ciclo. Esse tipo de turbina, em comparação com a de contrapressão, é fisicamente maior, possui melhor rendimento e consequentemente é mais cara; Com extração/sangria: nessa variação existe a extração de vapor em um dos estágios da turbina. Essa extração tem como finalidade suprir a necessidade de energia dos equipamentos do processo que necessitam de pressões diferentes da disponibilizada na exaustão da turbina Gerador Elétrico O gerador elétrico é o dispositivo responsável pela conversão da energia mecânica fornecida pela turbina a vapor em eletricidade. Atualmente as termoelétricas a biomassa operam com geradores na faixa de 0,38 a 15 kv, potências até 150 MW, 4 pólos (1500 ou 1800 rpm), excitação brushless (sem escovas) e rendimento superior a 95% no entanto é possível encontrar equipamentos mais antigos de 2 pólos e com excitação estática (com escovas).

18 O PROTOCOLO DE QUIOTO E O MERCADO DE CARBONO Apesar de não ser consenso da comunidade científica que as emissões de dióxido de carbono e outros gases são responsáveis pela elevação da temperatura do planeta a preocupação com o meio ambiente está evidente nos diversos movimentos de preservação. Nesse ponto a iniciativa mais relevante é o chamado Protocolo de Quioto adotado em 1997 durante a Convenção-Quadro das Nações Unidas Sobre Mudança do Clima. A meta inicial dos países signatários era reduzir, até 2012, as emissões dos gases do efeito estufa (GEE) em 5,2% abaixo dos índices registrados em 1990 e para auxiliar no cumprimento desse objetivo sem prejudicar a economia dos países desenvolvidos foram definidos três mecanismos de flexibilização (UNFCCC, 2011): Comércio Internacional de Emissões (CIE): realizado entre países Anexo I de modo que o país que conseguiu reduzir os GEE acima de sua meta transfere o excesso para outro que não cumpriu o objetivo; Implementação Conjunta (IC): implantação de projetos de redução de emissões entre países com meta de redução ( Anexo I ); Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL): realizado em países Não-Anexo I onde os países Anexo I financiam projetos de redução e compram as emissões evitadas. O Brasil faz parte dos países Não-Anexo I e pode utilizar apenas o MDL através da comercialização de Redução Certificada de Emissões (RCE) emitidas por pessoas ou empresas que reduziram a emissão de gases do efeito estufa. Através da compra das RCE os países com alto grau de eficiência no sistema geração de energia conseguem utilizar esse crédito na sua meta de redução. Esse mecanismo além de promover o desenvolvimento sustentável estimulando os países em desenvolvimento a utilizar tecnologias mais limpas evita que os países desenvolvidos tenham prejuízo na economia em função dos cortes que seriam obrigados a realizar para atingir a meta.

19 Mitigação das Emissões Através da autoprodução de eletricidade é possível mitigar as emissões dos GEE e assim obter RCEs para serem comercializadas na modalidade MDL. As emissões evitadas se dão de duas formas: Substituição da eletricidade da rede; Mitigação do metano (CH4) emitido durante a decomposição da biomassa. Segundo Mayer (2009), nas mais variadas faixas de potência de geração a principal redução de emissões é resultante da mitigação do metano (tabela 3). Tabela 3 Emissões Evitadas (em tco2eq) Potência instalada na MCT 300 kw 400 kw 500 kw 700 kw 800 kw Emissão evitada por eletricidade substituída Emissão evitada por mitigação de CH 4 818, , , , , , , , , ,86 Total de emissões evitadas 7.073, , , , ,20 Fonte: Mayer (2009) 2.4 ANÁLISE DE INVESTIMENTO A aquisição de ativos de longo prazo requer uma análise minuciosa da capacidade do projeto de gerar renda econômica. A fim de auxiliar o processo decisório foram criadas diversas técnicas, métodos, convenções e critérios para medir a rentabilidade e a viabilidade econômica das alternativas de investimento. No presente trabalho a análise de viabilidade do investimento será auxiliada pelos seguintes indicadores: Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Tempo de Retorno de Capital Descontado (pay-back descontado).

20 Método do Valor Presente Líquido (VPL) A finalidade do método VPL é avaliar a rentabilidade absoluta de um projeto a determinado custo de capital. Esse método é utilizado para calcular, com valor presente, o impacto de eventos futuros das alternativas de investimento. O VPL é definido pela seguinte equação (SAMANEZ, 2007): VPL = I + FC n t t t = 1 (1 + K ) I Investimento total; FC t Fluxo de caixa no t-ésimo período; K Custo do capital. Segundo esse método de análise o investimento se torna viável quando o VPL é positivo, ou seja, o empreendimento vale mais do que custa. Caso se esteja analisando mais de uma alternativa, a melhor é aquele que apresenta o VPL mais elevado Método da Taxa Interna de Retorno (TIR) Diferentemente do VPL que avalia a rentabilidade absoluta do investimento, o objetivo desse método é encontrar uma taxa intrínseca de rendimento e compará-la com a taxa mínima de atratividade (TMA). Essa taxa é encontrada quando o custo do investimento anula os fluxos de caixa, ou seja, o VPL é zero. Em termos matemáticos a TIR é o valor do custo do capital i que satisfaz a seguinte equação (SAMANEZ, 2007): I + n t = 1 FC t t (1 + i) = 0 O critério de decisão: investir no projeto se a TIR for superior a TMA.

21 Método do Tempo de Retorno de Capital Descontado Para saber quantos anos decorrerão até que os fluxos de caixa previstos se igualarão ao investimento utiliza-se o método do tempo de retorno descontado que também é conhecido como pay-back descontado. O método pay-back descontado consiste em encontrar um valor de T que satisfaça a seguinte expressão (SAMANEZ, 2007): I = FC T t t t = 1 (1 + K )

22 22 3 METODOLOGIA Neste capítulo é apresentada a metodologia aplicada à pesquisa do presente trabalho bem como suas etapas. 3.1 PESQUISA A pesquisa é um procedimento racional e sistemático de construção de conhecimento que tem como finalidade dar respostas aos problemas propostos. Segundo Gil (2010), a pesquisa é utilizada quando não se tem informações suficientes para responder ao problema ou então a informação disponível se encontra em tal grau de desordem que não é possível relacioná-la ao problema. Para iniciar uma pesquisa é necessário identificar um problema ou ter uma indagação. No presente trabalho a problemática motivadora foi: é viável economicamente investir em uma micro central termoelétrica que utiliza casca de arroz para dar um tratamento adequado a esse resíduo e ainda produzir vapor e energia para o processo? 3.2 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA As pesquisas podem ser classificadas segundo vários critérios. Quanto à finalidade o presente trabalho pode ser considerado uma pesquisa aplicada, pois a aquisição de conhecimento visa aplicação a uma situação específica. Classificando segundo os objetivos trata-se de uma pesquisa exploratória cujo propósito é tornar o problema mais familiar de modo a torná-lo explicito ou construir hipóteses. De acordo com os métodos empregados é uma pesquisa bibliográfica e também um estudo de caso, pois busca suas bases em material já

23 23 publicado (característica da pesquisa bibliográfica) e consiste no estudo profundo e exaustivo de um ou poucos objetos (característica do estudo de caso). 3.3 ETAPAS DA PESQUISA A realização deste trabalho se deu em duas principais etapas: a pesquisa bibliográfica sobre geração de energia com ênfase na utilização de casca de arroz como combustível e o estudo de viabilidade econômica de um engenho localizado na região norte do Estado de Santa Catarina. De acordo com Gil (2010) praticamente toda pesquisa acadêmica requer em algum momento a realização de trabalho de pesquisa bibliográfica. Para a realização dessa etapa de pesquisa bibliográfica inicial, da qual depende muito a qualidade do estudo de caso, foram definidas as seguintes etapas: Escolha do tema; Levantamento bibliográfico preliminar; Formulação do problema; Elaboração do plano provisório do assunto; Busca de fontes; Leitura do material; e Organização lógica do assunto. A segunda parte da pesquisa consiste num estudo de caso. Essa modalidade de pesquisa é caracterizada por não ter procedimentos metodológicos rígidos e com frequência o que foi desenvolvido numa etapa altera a seguinte tornando o planejamento mais flexível (GIL, 2010). Dessa forma para compor o estudo foram definidos os seguintes passos: Contato com o engenho para discutir a possibilidade de execução da pesquisa; Coleta dos dados no engenho (processo produtivo, capacidade produtiva, quantidade de resíduo gerado, demanda contratada e informações sobre as operações); Processamento das informações para poder para obter uma visão da situação atual;

24 24 Elaboração da proposta de investimento em máquinas, equipamentos e instalações através de pesquisa aos respectivos fornecedores; Projeção do Demonstrativo de Resultados de Exercício, Fluxo de Caixa e indicadores de viabilidade econômica (VPL, TIR e payback descontado); e Análise dos indicadores de viabilidade econômica.

25 25 4 ESTUDO DE CASO Este capítulo tem como finalidade aplicar os conceitos apresentados na fundamentação teórica bem como atingir os objetivos definidos na fase inicial do trabalho analisando a viabilidade econômica da co-geração de energia. O capítulo apresenta basicamente informações referentes à empresa pesquisada, seu processo produtivo e situação atual e, por fim, o estudo de viabilidade econômica. 4.1 APRESENTAÇÃO DA EMPRESA PESQUISADA O engenho de arroz estudado está situado na região norte do estado de Santa Catarina. Fundada na década de 50, o engenho se tornou uma das principais arrozeiras de Santa Catarina e do Sul do Brasil e está instalada em uma área com mais de m². 4.2 PROCESSO PRODUTIVO O processo produtivo engenho pode ser dividido basicamente em quatro etapas: Recebimento: O arroz recebido da lavoura é pesado e analisado pelo controle de qualidade que verifica a umidade, impurezas e o rendimento do grão. Secagem e armazenamento do arroz: Após aprovado pelo controle de qualidade o grão segue para a descarga onde é realizada a pré-limpeza e a secagem do arroz.

26 26 A secagem dos grãos ocorre por transferência de calor direta através da queima da casca de arroz gerada pelo engenho. Durante o período de safra (15 de janeiro a 15 de maio) toda casca de arroz gerada é utilizada nesse processo. Durante a secagem o arroz é aquecido até a umidade ser reduzida para aproximadamente 13%. Quando atinge esse grau de umidade os grãos são transferidos para os silos de armazenagem (que possuem controle de umidade e temperatura) e serão processados durante o resto do ano. Beneficiamento: O processo de beneficiamento consiste em transformar o arroz em casca em arroz parboilizado para comercialização. A parboilização começa com o encharcamento do arroz em casca com água mineral a 70ºC tornando a absorção mais fácil. Esse processo dura seis horas e tem como objetivo aumentar o teor de umidade do grão para possibilitar a gelatinização do amido. A gelatinização é realizada em uma fornalha e tem como finalidade colar os grãos quebrados e fazer com que os nutrientes, vitaminas e sais minerais encontrados na parte externa sejam transferidos para o interior aumentando o valor nutritivo do arroz. Após o processo de parboilização os grãos passam novamente pela secagem, depois seguem para o descasque e finalmente para o brunimento onde através de fricção entre os grãos são retiradas películas escuras e finas do arroz. Por mês o engenho produz toneladas de arroz e gera 880 toneladas de resíduo (casca). Durante os quatro meses da safra todo resíduo produzido é utilizado como fonte energética para os processos do engenho e durante os outros oito meses (entre 15 de maio e 15 de janeiro) sobram 250 toneladas por mês de resíduo. Seleção e embalagem: A seleção eletrônica faz o controle de qualidade do arroz beneficiado e somente os grãos uniformes e livres de impurezas são selecionados para a fase de empacotamento e enfardamento.

27 ANÁLISE DA SITUAÇÃO ATUAL Para atender a necessidade de energia elétrica do processo produtivo o engenho tem uma demanda contratada de 900 kw e possui um gerador a diesel de 400 kw. A utilização do grupo diesel é estratégica e limitada ao horário de ponta (18 às 21 horas exceto sábados, domingos e feriados) de modo a evitar a compra de energia no horário de maior tarifação. Essa estratégia só é possível em virtude da paralisação do processo produtivo para realização da limpeza e manutenção diária dos equipamentos. Em relação ao processo produtivo do engenho é importante destacar as paradas diárias para manutenção e o baixo aproveitamento do potencial energético da casca de arroz que fica evidenciado pela baixa quantidade de resíduo excedente gerado ao longo do ano. Hoje, considerando a utilização do excedente anual, somente de toneladas de casca de arroz estariam disponíveis para gerar eletricidade, ou seja, aproximadamente 81% do resíduo gerado é utilizado no processo de secagem e beneficiamento enquanto que os engenhos que utilizam vapor no processo geram 40% de resíduo combustível que pode ser utilizado na geração de eletricidade. 4.4 VIABILIDADE ECONÔMICA Para a realização do estudo de viabilidade de geração do engenho existem duas possíveis configurações. A primeira delas é uma opção de menor investimento onde seria utilizado somente o excedente de casca (aproximadamente toneladas por ano) para a geração de energia. Nessa condição seria necessário o investimento na aquisição de um locomóvel (equipamento adaptado das antigas locomotivas a vapor) e o processo produtivo continuaria inalterado, ou seja, com baixo aproveitamento do potencial da casca de arroz. Porém, em virtude do alto custo de manutenção desse equipamento, da falta de confiabilidade na geração e da oportunidade de propor uma melhoria global na eficiência do engenho optou-se por desconsiderar essa alternativa.

28 28 A segunda alternativa consiste num conjunto de geração composto por caldeira, turbina, gerador e automação (quadros de distribuição e manobra e sistema de controle). Ainda, para adaptar o processo produtivo a co-geração é necessário adquirir trocadores de calor para o processo de secagem e autoclaves para o processo de parboilização Investimentos O conjunto de geração central é composto por uma caldeira flamotubular com vazão de cinco toneladas de vapor por hora a 310ºC e 21 bar, turbina de condensação de 400 kw com extração de 3,5 toneladas de vapor para o processo de secagem e parboilização, gerador de 500 kva além dos equipamentos destinados a automação da micro central geradora. Além disso, também é necessário contabilizar os valores dos equipamentos destinados a adequar o processo produtivo a utilização de vapor, construção civil, montagem e instalação elétrica. Na tabela 4 consta a relação detalhada dos itens necessários ao empreendimento assim como a estimativa de preço global do escopo de fornecimento de cada fabricante obtido através de consulta aos representantes comerciais. Na relação dos itens necessários ao investimento não foi considerado o valor do terreno, pois o engenho já dispõe da área necessária para a MCT. Já os gastos com licenças ambientais/aneel não foram considerados em virtude do seu baixo custo em relação ao investimento em equipamentos e instalação.

29 29 Tabela 4 Estimativa de Investimentos Item Valor* (R$) Caldeira Caldeira Centro de controle de motores ,00 Sistema de controle e supervisão Turbina Turbina Redutor Acoplamentos ,00 Painel de instrumentos Condensador Gerador ,00 Automação Painel de comando e proteção do gerador Carregador e conjunto de baterias ,00 Sistema de controle e supervisão Aquecedor de água Alteração do processo Autoclave produtivo Leito fluidizado ,00 Radiadores Obra civil Caldeira Casa de força ,00 Montagem e instalação elétrica Materiais Mão-de-obra ,00 TOTAL ,00 * Incluso ICMS, PIS, COFINS e IPI (onde aplicável) Fonte: Dados da pesquisa, Energia Elétrica Gerada Devido à alta confiabilidade do sistema de geração e à dificuldade de partida e parada da caldeira e turbina considera-se que a MCT irá gerar energia 24 horas por dia durante 330 dias por ano sendo que os períodos de parada correspondem às férias coletivas de final de ano (20 dias) e manutenção do conjunto de geração (15 dias).

30 30 Assim, a disponibilidade é de horas por ano o que resulta em um fator de utilização de 0,9. Considerando essa disponibilidade e a potência instalada (400 kw) é gerado anualmente MWh, porém como o consumo necessário para manter a MCT em funcionamento é de aproximadamente 60kW a economia real de energia é reduzida para 2.692,8 MWh por ano. Considerando a tarifa vigente em dezembro de 2011 a economia anual obtida com a MCT seria de R$ , Redução na Emissão de Gases do Efeito Estufa De acordo com a tabela 2, a substituição da eletricidade comprada da concessionária por eletricidade gerada na MCT do engenho evita anualmente a emissão de tco 2 eq. Considerando o valor da tonelada de dióxido de carbono equivalente a 4,50 e uma taxa de câmbio de 1,00=R$ 2,40, as emissões evitadas convertidas em RCEs negociadas em bolsa de valores ou diretamente com investidores geram anualmente R$ ,80. No entanto, para conseguir vender as RCEs é necessário submeter o projeto da MCT a um processo de certificação junto a um órgão internacional e monitorar as emissões durante um ano para comprovar a redução de emissão de GEE. Para o presente estudo foi considerado o período de obtenção créditos com duração de 10 anos, sem possibilidade de renovação (FRONDIZI, 2009). Segundo a empresa de fontes de energia renováveis consultada, a etapa de certificação e monitoramente tem um custo aproximado de ,00 (R$ ,00) cada e, devido à quantidade de emissões evitadas, isenta da taxa de registro. Apesar da dificuldade burocrática e do custo financeiro envolvido no processo de certificação dos créditos de carbono optou-se por considerar o seu valor no estudo em virtude de sua importância ambiental e comercial que tende a ganhar mais notoriedade no médio prazo.

31 Custo Operacional Após a realização do investimento inicial será necessário desembolsar mensalmente um determinado valor para manter a termoelétrica funcionando. Esse valor será chamado de custo operacional (tabela 5) e será utilizado posteriormente na análise financeira. O primeiro item engloba os custos fixos (salários de três operadores e encargos sociais, manutenção do prédio e manutenção dos equipamentos). Já o segundo item é o custo variável e abrange a receita anual proveniente da venda da biomassa excedente, consumo de eletricidade em caso de parada da MCT e tratamento da água da caldeira. Tabela 5 Custo Operacional Tipo Fixo Variável Fonte: Dados da pesquisa, Valor (R$) Salários e encargos sociais ,00 Manutenção ,00 Biomassa ,00 Eletricidade/ Tratamento de água ,00 TOTAL ,00 A casca de arroz foi considerada como custo porque apesar de ser um resíduo de final de processo possui valor comercial para o engenho, pois o excedente é vendido por um preço que varia de cinco a dez centavos de real por quilo dependendo da demanda (para efeito de estudo foi considerado o valor médio). Os custos com transporte da casca de arroz não foram considerados, pois não representam adicional para a empresa visto que atualmente já existem pessoas e equipamentos para manusear o resíduo.

32 Benefício Fiscal O Estado de Santa Catarina instituiu pela Lei nº e regulamentou pelo decreto nº 105 o Programa Pró-Emprego que tem como objetivo a geração de empregos no território catarinense por meio de tratamento tributário diferenciado aos empreendimentos de interesse sócio-econômico (SECRETARIA DO ESTADO DA FAZENDA, 2011). São classificados como empreendimentos de interesse sócio-econômico os projetos de implantação, expansão, reativação e modernização tecnológica que resultam em manutenção ou geração de empregos, bem como os que consolidam, incrementam ou facilitam exportações e importações. Nas estimativas de custos do projeto de geração do presente estudo, os equipamentos fabricados em Santa Catarina (caldeira e seus periféricos, gerador, automação, secadores e autoclaves) se enquadram nas regras do Programa Pró-Emprego garantindo a isenção da alíquota referente ao ICMS. Na prática o benefício fiscal representa uma redução um pouco maior que a alíquota do ICMS (tabela 6). Utilizando os conceitos de contabilidade, primeiro retira-se todos os impostos do produto (ICMS, PIS e COFINS) e depois se inclui o PIS e COFINS. Tabela 6 Alíquotas Item ICMS PIS Tributos COFINS Total Redução Caldeira 8,8% 1,65% 7,6% 18,05% 9,70% Gerador 17% 1,65% 7,6% 26,25% 18,73% Automação 17% 1,65% 7,6% 26,25% 18,73% Secador e Autoclave 5,6% 1,65% 7,6% 14,85% 6,17% Fonte: Dados da pesquisa, Dessa forma a redução concedida pelo Programa Pró-Emprego é de 6,01% sobre o valor total do investimento (tabela 7).

33 33 Tabela 7 Valores com o Benefício Pró-Emprego Item Valor* (R$) Caldeira ,48 Turbina ,00 Gerador ,41 Automação ,48 Alteração do processo produtivo ,36 Obra civil ,00 Montagem e instalação elétrica ,00 TOTAL ,74 * Valores com benefício fiscal Fonte: Dados da pesquisa, Financiamento O Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) possui a linha de financiamento FINAME Micro, Pequenas e Médias Empresas Aquisição de Bens de Capital MPME BK para financiar a aquisição de bens com até 90% da participação do BNDES para os casos em que o índice de nacionalização dos equipamentos é superior a 60% (BNDES, 2011). A taxa de juros dessa modalidade é composta pelo custo financeiro (Taxa de Juros de Longo Prazo TJLP 6% a.a.), remuneração do BNDES (0,9% a.a.) e remuneração da instituição financeira (2% a.a. sendo possível a negociação) totalizando 8,9% a.a. O prazo para amortização do financiamento é de cinco anos incluindo os meses de carência, quando houver. Neste estudo foi considerado o financiamento de 80% do valor dos bens de capital (caldeira, turbina, equipamentos elétricos e para o processo) com Encargo por Concessão de Garantia (ECG) de 4,95% do valor financiado a uma taxa de juros de 8,9% a.a. com 12 meses de carência e 60 meses de prazo de amortização (Apêndice 1). Nessas condições o capital necessário para instalação da MCT fica dividido em R$ ,18 oriundo de recursos próprios do engenho e R$ ,18 financiado pelo

34 34 BNDES totalizando ,36 (já incluso o ECG e a certificação do empreendimento como projeto mitigador de GEE) Demonstrativo de Resultados Na tabela 8 consta o demonstrativo de resultados do exercício (DRE) dos primeiros dez anos de funcionamento da MCT. Foi considerado que início da operação ocorre um ano após o investimento inicial e seis meses antes do final do prazo de carência do empréstimo. Tabela 8 Demonstrativo de Resultados Itens 1º Ano 2º Ano 3º Ano 4º Ano 5º Ano Receita Bruta , , , , ,02 Energia elétrica gerada , , , , ,22 Créditos de carbono , , , , ,80 (-) Impostos* , , , , ,15 ICMS (12%) , , , , ,58 COFINS (7,6%) 7.740, , , , ,96 PIS (1,65%) 1.680, , , , ,60 (=) Receita Líquida , , , , ,87 (-) Custos Diretos , , , , ,00 Combustível , , , , ,00 Salários e encargos sociais , , , , ,00 (-) Custos Indiretos , , , , ,77 Depreciação , , , , ,77 Manutenção , , , , ,00 Energia elétrica/água , , , , ,00 (=) Lucro Bruto , , , , ,10 (-) Despesas Operacionais , , , , ,12 Despesas Comerciais ,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Despesas Administrativas 3.965, , , , ,61 Despesas Financeiras , , , , ,51 Juros , , , , ,39 Outros 793,12 793,12 793,12 793,12 793,12 (=) Lucro Líquido Antes do IR , , , , ,98 (-) Imposto de Renda* 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 IRPJ (15%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 CSLL (10%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 (=) Lucro Líquido Após IR , , , , ,98 * Incidente somente sobre os créditos de carbono Fonte: Dados da pesquisa, 2012.

35 35 Tabela 8 Demonstrativo de Resultados (continuação) Itens 6º Ano 7º Ano 8º Ano 9º Ano 10º Ano Receita Bruta , , , , ,02 Energia elétrica gerada , , , , ,22 Créditos de carbono , , , , ,80 (-) Impostos* , , , , ,15 ICMS (12%) , , , , ,58 COFINS (7,6%) 7.740, , , , ,96 PIS (1,65%) 1.680, , , , ,60 (=) Receita Líquida , , , , ,87 (-) Custos Diretos , , , , ,00 Combustível , , , , ,00 Salários e encargos sociais , , , , ,00 (-) Custos Indiretos , , , , ,77 Depreciação , , , , ,77 Manutenção , , , , ,00 Energia elétrica/água , , , , ,00 (=) Lucro Bruto , , , , ,10 (-) Despesas Operacionais 4.758, , , , ,73 Despesas Comerciais 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Despesas Administrativas 3.965, , , , ,61 Despesas Financeiras 793,12 793,12 793,12 793,12 793,12 Juros 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Outros 793,12 793,12 793,12 793,12 793,12 (=) Lucro Líquido Antes do IR , , , , ,37 (-) Imposto de Renda* 1.127, , , ,24 0,00 IRPJ (15%) 676,34 676,34 676,34 676,34 0,00 CSLL (10%) 450,90 450,90 450,90 450,90 0,00 (=) Lucro Líquido Após IR , , , , ,37 * Incidente somente sobre os créditos de carbono Fonte: Dados da pesquisa, Os créditos de carbono assim como os impostos incidentes sobre a fatura de energia elétrica fazem parte do lucro não operacional, porém optou-se por apresentá-los nas receitas de modo a ilustrar seus valores atuais bem como sua participação no empreendimento. No item depreciação foi considerada uma taxa de 4% para a obra civil e 10% para os demais itens da tabela 7. A incidência de ICMS, COFINS e PIS foi limitada ao resultado gerado pelos créditos de carbono visto que são comercializáveis ao contrário da energia elétrica gerada que é consumida no próprio engenho (a receita considerada provém da economia na fatura de energia e não de um produto vendido). De modo análogo o Imposto de Renda seria aplicado somente ao resultado dos créditos de carbono, no entanto após descontar os impostos, custos diretos e indiretos e despesas operacionais obtém-se um lucro líquido antes do IR negativo em alguns casos, ou seja, a comercialização de créditos de carbono não arrecada imposto de renda.

36 36 Apesar do resultado negativo, quando analisado separadamente, a comercialização de créditos de carbono contribui para a melhora do resultado do engenho, pois muitos dos gastos se manteriam iguais caso fosse optado somente pela produção de energia de maneira que a decisão de manter esse produto se dá pelo fato da receita extra (créditos de carbono) superar os gastos extras (impostos e despesas comerciais). O item despesas comerciais corresponde ao desembolso necessário para que seja efetuado o monitoramento das emissões do empreendimento. Como optou-se pelo período de obtenção de 10 anos sem renovação esse desembolso ocorre somente no primeiro ano Fluxo de Caixa O fluxo de caixa anual da tabela 9 ilustra o desempenho da MCT durante dez anos de operação. O fluxo de caixa mês a mês pode ser visualizado nos apêndices, de 2 a 11 deste estudo de caso. Tabela 9 Fluxo de Caixa PERÍODO 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano Receita (R$) , , , , ,02 Energia gerada , , , , ,22 Créditos de carbono , , , , ,80 Custos Variáveis (R$) , , , , ,15 Combustível , , , , ,00 Energia elétrica/água , , , , ,00 Impostos (ICMS, PIS, COFINS) , , , , ,15 Impostos (IRPJ, CSLL) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Custos Fixos (R$) , , , , ,00 Mão de obra , , , , ,00 Manutenção , , , , ,00 Custo Total (R$) , , , , ,15 Despesas (R$) , , , , ,73 Despesas comerciais ,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Despesas administrativas 3.965, , , , ,61 Despesas financeiras 793,12 793,12 793,12 793,12 793,12 SALDO DE CAIXA (R$) , , , , ,15 Fonte: Dados da pesquisa, 2012.