OPORTUNIDADES DE NEGÓCIO DO PROTOCOLO DE QUIOTO PARA O SEGMENTO DE PAPEL E CELULOSE

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1 OPORTUNIDADES DE NEGÓCIO DO PROTOCOLO DE QUIOTO PARA O SEGMENTO DE PAPEL E CELULOSE Silvia M. S. G. Vélazquéz, IEE/USP Suani Teixeira Coelho, CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa, IEE/USP Américo Varkulya Jr., CENBIO/USP São Paulo - SP - Brasil RESUMO O segmento de papel e celulose corresponde, juntamente com o de açúcar e álcool, aos maiores consumidores de biomassa no setor industrial. Ao mesmo tempo, estão entre os segmentos altamente intensivos em consumo energético, apresentando perfis energéticos adequados para processos mais eficientes de cogeração e mesmo geração de excedentes, como já discutido em inúmeros estudos. Por outro lado, há as perspectivas do Protocolo de Quioto, estabelecendo as possibilidades de desenvolvimento dos Clean Development Mechanisms, com os países desenvolvidos que necessitam reduzir suas emissões de carbono. Desta forma, a auto-suficiência energética deste segmento industrial (ou mesmo a geração de excedentes para venda) pode ser uma oportunidade importante para investimentos de capital estrangeiro, através deste mecanismo em vista do balanço de carbono quase nulo referente à sua geração de energia, pelo fato de que a mesma é efetuada a partir de biomassa, e de forma sustentável. Dentro deste contexto, o presente trabalho se propõe a analisar a redução nas emissões de carbono decorrentes da substituição dos combustíveis fósseis consumidos no setor por biomassa (e subprodutos do processo, como a lixívia), sendo esta substituição proposta através da introdução de tecnologias de cogeração mais eficientes e da substituição dos combustíveis utilizados por biomassa e/ou gás natural, com menores emissões de carbono. A partir dos resultados obtidos, e considerando alguns dos valores previstos para as taxas de carbono, os créditos correspondentes às reduções de carbono são avaliados para diferentes cenários. Os resultados obtidos são então discutidos visando a viabilidade econômica do empreendimento. Palavras chave: cogeração, emissões de carbono, Protocolo de Quioto. 1. Introdução O segmento de papel e celulose é um dos segmentos industriais com maior consumo de energia, tendo sido responsável em 1997 por 8% do consumo no setor industrial, correspondente à eletricidade comprada pelas indústrias. Assim, apesar da grande quantidade de subprodutos de processo existentes nas indústrias integradas e de celulose, verifica-se que o setor ainda apresenta reduzida capacidade de auto-geração, devendo comprar das concessionárias significativas quantidades de energia. Por outro lado, observou-se nos últimos anos um aumento significativo no consumo de fósseis, principalmente óleo combustível, em detrimento de combustíveis renováveis e, conseqüentemente, uma maior emissão de poluentes. Neste contexto, o presente trabalho analisa um grupo de empresas, correspondendo a aproximadamente 47% da produção total do país, visando a introdução de tecnologias mais eficientes e com menor impacto ambiental. A partir de levantamentos efetuados, em estudos anteriores (Vélazquéz et al., 1999, Coelho et al., 1996) foi analisada a situação atual dos sistemas de cogeração existentes, sendo avaliado o potencial com a introdução de tecnologias mais eficientes. Foram então considerados combustíveis com menores emissões poluentes, como a biomassa e/ou gás natural. Verificou-se então que a cogeração no setor pode ser uma opção importante na contribuição para a oferta de energia. Entretanto, apesar das vantagens ambientais pela utilização de combustíveis menos poluentes, o processo não se viabiliza pelas dificuldades econômicas. O custo da energia elétrica 1

2 gerada não é competitivo com as tarifas oferecidas pela concessionária (R$43-45/MWh, em média), havendo necessidade de outros mecanismos. Um destes mecanismos poderia ser com base no carbono evitado, dentro das oportunidades do Protocolo de Quioto. Assim, neste trabalho são avaliadas as reduções nas emissões decorrentes do uso de combustíveis menos poluentes (como a biomassa e o gás natural). E, a partir de valores (conservadores) para a taxação de carbono, é discutida a contribuição que este mecanismo teria para a introdução de processos de cogeração mais eficientes no setor de papel e celulose, em particular com a possibilidade de investimentos de países desenvolvidos. 2. Perfil Energético do Grupo de Empresas Escolhido O segmento de papel e celulose está incluído entre os mais eletro-intensivos do setor industrial. Produzindo 6,3 milhões de toneladas de celulose e 6,5 milhões de toneladas de papel em 1997, com programação de expansão de mais 2,25 milhões de toneladas de celulose até 2002 (BRACELPA, 1998), é um dos segmentos industriais com maior consumo de energia, tendo comprado em 1997 mais de GWh de eletricidade, 8% do consumo no setor industrial (BEN, 1998). A auto produção no setor de papel e celulose é ainda reduzida: apenas 27% das indústrias possuem geração própria, correspondendo a 47% da energia total consumida (média brasileira e dependente do tipo de indústria). A maioria das empresas de papel não tem geração própria: apenas 15% do total, no Brasil, possui geração própria, sendo a grande maioria com hidreletricidade. O contrário é observado nas indústrias integradas e de celulose, onde mais de 65% possuem geração própria (BRACELPA, 1996), pela disponibilidade de utilização de subprodutos do processo. Nas indústrias de celulose e nas integradas, são consumidos todos os resíduos de biomassa, além da lixívia 1 produzida, o que reduz substancialmente o consumo de outros combustíveis (Larson, 1990, Bonomi, 1985). Mesmo assim, ocorre significativo consumo de óleo combustível, em particular nos fornos de cal, tendo inclusive ocorrido aumento significativo neste consumo recentemente (24% de 1996 para 1997, BRACELPA, 1998), provavelmente devido aos preços reduzidos deste combustível. A biomassa consumida corresponde aos resíduos disponíveis após o processamento da madeira (cavacos, cascas e resíduos florestais em geral). Segundo a Eletrobrás (GCPS, 1999), o potencial técnico 2 de geração de eletricidade nestas indústrias deve atingir 1740 MW instalados até 2003, o que corresponde a um considerável aumento (se ocorrer) com relação à atual potência instalada, de 718 MW. Este potencial seria obtido através da utilização de resíduos, com a complementação de gás natural, segundo este estudo. Por sua vez, nas indústrias de papel o consumo se concentra na lenha e no óleo combustível, pela não disponibilidade de combustível produzido na própria planta. A geração de energia deve ser efetuada, portanto, com a compra destes combustíveis e em alguns casos a partir de gás natural. Assim, a cogeração não é viável economicamente, pois o custo de geração não é competitivo com as baixas tarifas cobradas pelas concessionárias de energia elétrica (Coelho et al., 1995, Coelho et al., 1993). É por isso que a parcela de eletricidade auto gerada nestas indústrias é ainda reduzida. Era esperado que, com o gás da Bolívia, ocorresse um deslocamento no tipo de combustível consumido, substituindo principalmente o óleo combustível. Porém, a partir de Janeiro de 1999, em vista da elevação dos preços do gás natural (cotado em dólares), em conseqüência da elevação da taxa de câmbio, há sinalização da inviabilidade da geração termelétrica a partir desse combustível. Neste trabalho foi selecionado um grupo de empresas integradas, que apresenta uma produção de t/mês de celulose e t/mês de papel, correspondente a 47% da produção nacional. Em média, a energia elétrica produzida por cogeração (315 MW) corresponde a 55% do consumo do grupo ( MWh/mês). Na maior parte dos casos, as instalações de cogeração incluem as configurações usuais: caldeiras de média pressão (45 a 60 bar), definida pela pressão da caldeira de recuperação de lixívia. 1 Subproduto inevitável do processo Kraft ou sulfato de fabricação de celulose, poluente, que é queimado na caldeira de recuperação, gerando o vapor, com PCI médio de kj/kg. 2 Potencial técnico é a parcela do potencial termodinâmico, teórico, possível de ser aproveitada. Segundo o GCPS, 1999, o potencial de mercado é estimado em 1189 MW. 2

3 O vapor produzido expande em turbinas de extração/contra-pressão (salvo alguns casos isolados em que existe turbina de extração-condensação), indo para o processo. 3. Potencial de Cogeração para o Grupo de Empresas Selecionado: Em Vélazquéz et al., 1999, foi avaliado o potencial de cogeração do grupo de empresas selecionado, sendo consideradas duas configurações. A primeira configuração analisada visa manter a auto-suficiência térmica (vapor de processo), utilizando entretanto equipamentos mais eficientes que os atuais. Neste configuração, que corresponde aproximadamente à situação atual (à exceção das pressões de trabalho e das eficiências dos equipamentos), a geração de eletricidade é determinada pelo vapor disponível, que expande na turbina (de contrapressão) até as pressões do processo. Neste caso é utilizada (de forma mais eficiente) toda a biomassa (cascas, cavacos, etc.) disponível, além da caldeira de lixívia. No caso em que o vapor gerado não é suficiente, uma caldeira adicional (a lenha, por motivos ambientais) é prevista para substituir as caldeiras existentes, que (na maior parte dos casos) usam combustíveis fósseis (óleo, carvão). A segunda configuração objetiva a auto-suficiência térmica e elétrica de cada indústria, através da instalação de uma turbina a gás queimando gás natural, com caldeira de recuperação, gerando vapor para alimentar a turbina a vapor (condensação/extração), sendo mantidas as caldeiras de resíduos e de recuperação (lixívia). A Tabela 1 a seguir indica os resultados obtidos para cada configuração analisada. Tabela 1: Potencial de cogeração para o grupo de empresas selecionadas. Déficit/excedente de eletricidade Consumo adicional de combustível Situação atual MWh/mês vários Configuração MWh/mês t/d (lenha) Configuração MWh/mês Nm 3 /d (gás natural) Fonte: Vélazquéz et al., 1999 Em seguida à análise técnica, a análise econômica forneceu os resultados apresentados a seguir na Tabela 2. Nesta análise foi considerada apenas a segunda configuração (ciclo combinado com turbina a gás), pelo fato de que a primeira configuração não permite atingir a auto-suficiência. Para tal, foram adotadas diferentes condições financeiras, efetuando-se uma análise de sensibilidade para diversos preços do gás natural. Foram calculados os custos de capital, adotandose valores médios para o investimento (US$1.350/kW instalado), de combustível e de O&M (adotado US$ 3/MWh 3 ). Tabela 2. Custos de geração de eletricidade nas indústrias integradas de papel e celulose em ciclo combinado com gás natural (US$/MWh) Condições financeiras Preço do gás natural (US$/MMBTU) %,25 anos %,20 anos %,15 anos Fonte: Vélazquéz et al., Como pode ser observado, nem mesmo com condições financeiras dificilmente aceitas pelo setor privado e, mesmo com os menores valores adotados para o gás natural, os custos de geração não se mostram competitivos com as tarifas elétricas ofertadas pelas concessionárias (R$ 43-47/MWh em média), principalmente nos níveis atuais de taxa de câmbio (R$1,70/US$ em março de 1999). Os resultados obtidos indicam que, mantida a atual política de preços das concessionárias de energia elétrica (tarifas reduzidas para os grandes consumidores de energia), a introdução de tecnologias mais eficientes não se viabilizará, apesar dos benefícios estratégicos para todos os setores envolvidos e das vantagens ambientais para a sociedade (Coelho e Zylbersztajn, 1998). 3 Valor histórico 3

4 Apesar das dificuldades existentes para garantir a oferta de energia, não se verifica ainda por parte do setor elétrico uma política específica visando a implementação da cogeração de energia. Do ponto de vista do setor industrial envolvido, a única possibilidade de incentivo à autosuficiência estaria no risco de interrupções no fornecimento, como já tem ocorrido, uma vez que os custos envolvidos nestas situações (interrupção na produção, perda de qualidade no produto, etc.) são de fato muito superiores do que os custos da auto-produção de eletricidade. 4. Avaliação das Emissões de Carbono - Oportunidades do Protocolo de Quioto: As emissões de carbono devido à utilização de combustíveis fósseis são elevadas no segmento de papel e celulose. No Estado de São Paulo, por exemplo, as emissões correspondem a 10% da emissões do setor industrial, apesar do consumo de biomassa (resíduos do processo). Assim sendo, há espaço para a introdução de combustíveis menos poluentes, substituindo os fósseis utilizados. A tabela abaixo ilustra a participação significativa do óleo combustível nas emissões do setor. No caso da lenha, deve ser observado que, apesar das emissões contabilizadas, o valor líquido será aproximadamente nulo, se a mesma for produzida de forma sustentável, como discutido a seguir. É dentro deste contexto - a substituição do óleo diesel por combustíveis com menores emissões de carbono - que podem se situar as oportunidades do Protocolo de Quioto, como discutido a seguir. Tabela 3: Consumo de fósseis e emissões de carbono no setor de papel e celulose (1995) Consumo (1995) Emissões CO2 (Mt) (1995) Combustível Unidade São Paulo* Brasil** São Paulo* Brasil*** gás natural m ,160 0,191 carvão toneladas ,000 0,292 lenha**** toneladas ,820 1,989 óleo comb. m ,170 2,317 Fontes: * BEESP, 1996 **BEN, 1996 *** Calculadas a partir de SP Nota: ****Considerando-se o uso sustentável, as emissões líquidas são nulas. Considerando-se as novas configurações, no primeiro caso pode ser considerado que as emissões de carbono são nulas, pois o balanço de carbono no caso da biomassa é praticamente nulo quando a biomassa é produzida de forma sustentável (o CO 2 produzido na combustão é absorvido durante o processo de fotossíntese da planta no seu crescimento). Na verdade, mesmo apenas quando se considera o ciclo completo, incluindo os combustíveis fósseis consumidos direta ou indiretamente, ocorrem emissões de carbono 4. Assim, adotando-se as emissões da biomassa nulas e calculando-se as emissões referentes ao gás natural, obtém-se os valores apresentados na Tabela 4 a seguir, correspondentes à redução nas emissões de carbono com as tecnologias mais eficientes. Assim, dentro dos mecanismos do Protocolo de Quioto, a ser introduzido a partir do ano 2000, existe uma oportunidade para colaborar nos investimentos necessários à cogeração com tecnologias mais eficientes. De forma simplificada, o Protocolo de Quioto propõe que os países desenvolvidos - que devem reduzir suas emissões de carbono, causadoras do efeito estufa - poderiam investir nos países 4 Neste caso, os resultados disponíveis indicam, por exemplo, 0,046t de CO 2 por MWh gerado numa instalação de gaseificação de madeira/ciclo combinado (Mann e Spath, 1997), contra 0,87 e 0,38t de CO 2 /MWh nos casos de óleo combustível e gás natural, respectivamente, para tecnologias disponíveis, porém sem considerar o ciclo completo. Também no caso da cogeração no setor sucroalcooleiro, as emissões no ciclo completo correspondem a 0,057-0,11t de CO 2 /MWh (Coelho e Zylbersztajn, 1998). 4

5 em desenvolvimento, de modo que nestes países possa ocorrer o desenvolvimento necessário (e o subseqüente aumento no consumo de energia) sem aumentar suas emissões. Desta forma, os países desenvolvidos receberiam o crédito correspondente às emissões de carbono. Dentro desta idéia, existem inúmeros valores para comercializar as emissões de carbono, variando desde US$ 10 até US$ 100 a tonelada de carbono evitado. Dentro desta perspectiva, pode-se avaliar quais seriam os créditos correspondentes a esta redução de emissões. As Tabelas 4 e 5 apresentam os resultados obtidos, considerando-se valores conservadores para a taxa de carbono (US$ 10 e US$ 50 por tonelada de carbono evitado). Para o cálculo efetuado foram consideradas as emissões de carbono a partir do BEESP e a energia elétrica gerada em cada configuração; a partir destes dados, foram calculadas as emissões (e as reduções) de carbono por MWh gerado. Tabela 4: Emissões de carbono evitadas e abatimento nas emissões com as novas configurações: Emissões de carbono (toneladas de C/MWh gerado) Abatimento de carbono (toneladas de C/ano) Configuração atual 0,337 não há Configuração 1 5 aprox. nulas Configuração 2 0, Fonte: Cálculo dos autores Notas: Emissões específicas (BEESP), conforme segue: 1. Gás Natural 53,3 t de CO2/TJ 2. Óleo Combustível: 73,5 t de CO2/TJ 3. Carvão: 93,4 t de CO2/TJ Tabela 5: Créditos de Carbono Correspondentes ao Abatimento das Emissões (configuração 2-TG/CC 6 ) Taxa de Carbono US$/tC Créditos US$/ano Abatim.custo de geração 4,17% 8,34% 20,84% Fonte: BEESP. Cálculo dos autores. Considerando que o investimento para a configuração 2 seja US$ ,00 (total para a amostra) a ser amortizado pela eletricidade gerada, a análise econômica anterior indica um custo de geração em torno de US$ 40 a 60/MWh (para as condições da Tabela 2). A título de exemplo, para US$ 50/MWh, a Tabela 5 indica a influência dos créditos de carbono na análise econômica. 5. Conclusões Como pode ser observado, quando se substitui os combustíveis mais poluentes (como óleo combustível) por biomassa ou gás natural, ocorre uma redução nas emissões de carbono e, conseqüentemente, há a oportunidade para que obtenção de créditos correspondentes às taxas de carbono, abrindo a oportunidade para que investidores de países desenvolvidos se interessem em participar de projetos conjuntos em cogeração, dentro das perspectivas do Protocolo de Quioto. Apesar das inúmeras controvérsias ainda existentes com relação ao Protocolo, não apenas na definição do caso base mas também na participação (ou não) de países em desenvolvimento na redução de emissões de carbono, esta parece ser uma oportunidade interessante para colaborar na viabilização da cogeração no país, em particular em vista das perspectivas de déficit de energia, como vem sendo sinalizado pelo setor elétrico. Esta possibilidade pode ser ainda mais significativa para a introdução de tecnologias mais eficientes, ainda em desenvolvimento, como os sistemas de gaseificador/turbina a gás, alimentados com madeira ou lixívia (Larson, 1990, Coelho, et al., 1996, Williams e Larson, 1992). Apesar da 5 O combustível é biomassa (resíduos do processo e lenha) 6 Turbina a gás em ciclo combinado, queimando com gás natural 5

6 viabilidade tecnológica já comprovada na maior parte dos testes, há as barreiras econômicas, as quais este mecanismo poderia colaborar para eliminar. Apesar do caráter preliminar da análise aqui apresentada, verifica-se que o segmento de papel e celulose, juntamente com o de açúcar e álcool (Coelho, 1999), são candidatos importantes para a implementação dos Clean Development Mechanisms, permitindo a implementação de tecnologias mais eficientes de cogeração e, mais ainda, colaborando para a garantia de energia das empresas, na eventualidade de interrupções no fornecimento de energia por parte das concessionárias. Referências BEN. Balanço Energético Nacional. Ministério de Minas e Energia, Brasília. Vários anos. BEESP. Balanço Energético do Estado de São Paulo. São Paulo. Vários anos. Bonomi, A. (Coord.), 1985, Conservação de Energia na Indústria de Celulose e Papel. Manual de Recomendações. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT. São Paulo. BRACELPA Associação Brasileira dos Fabricantes de Celulose e Papel, vários anos. Estatísticas, São Paulo. Coelho, S.T., Barreiras e Mecanismos para Implementação de um Programa de Larga Escala de Cogeração a Partir de Biomassa. Uma Proposta para o Estado de São Paulo. Instituto de Eletrotécnica e Energia da USP. Tese de Doutorado (em elaboração) Coelho, S.T., Zylbersztajn, D., 1998, Barreiras e Mecanismos de Implementação à Cogeração de Eletricidade a partir de Biomassa. (cd-rom). In: III CONGRESSO BRASILEIRO DE PLANEJAMENTO ENERGÉTICO. Anais. São Paulo. Coelho, S.T., Velázquéz, S.G., Zylbersztajn, D., 1996, Cogeneration in Brazilian Pulp and Paper Industry from Biomass Origin to Reduce CO 2 Emissions. In: DEVELOPMENTS IN THERMOCHEMICAL BIOMASS CONVERSION. Anais. Banff, Canada. Vol. III, pp Coelho, S.T., Ieno, G. O., Zylbersztajn, D., 1995, Aspectos Técnicos e Econômicos da Inserção da Cogeração de Eletricidade na Matriz Energética Brasileira. In: II Congresso Brasileiro de Planejamento Energético. Anais. Campinas, Dezembro de 1994, pp Republicado em Eletricidade Moderna, São Paulo, ano XXIII, n.255, pg. 70 a 75. Coelho, S.T., Ieno, G.O., 1993, Cogeração de Eletricidade nas Indústrias de Papel e Celulose. (mimeografado). Estudo realizado sob contrato com União Européia. IEE/USP. São Paulo. Cury, L.A.B. et al., 1997, O Desenvolvimento e as Perspectivas da Cogeração no Estado de São Paulo. In: XIV SNPTEE. Anais. Belém. Eletrobrás. Plano Decenal de Expansão. Brasília, vários anos. GCPS (Eletrobrás), 1999, Estimativa do Potencial de Cogeração no Brasil. Diretoria de Planejamento e Engenharia, Rio de Janeiro. Gasparim, M., Pesch, L.R., Breda, M.S., 1997, Experiência de Implantação e Operação da BFB em Monte Alegre. 30 o Congresso Anual de Celulose e Papel da ABTCP. Anais. São Paulo. Larson, E.D., 1990, Biomass-Fasifier/Gas-Turbine Applications in the Pulp and Paper Industry; an Initial Strategy for Reducing Electric Utility CO 2 Emissions. In: Biomass for Utility Applications. Anais. Tampa. Mann, M. K., Spath, P.L. Life Cycle Assessment of a Biomass Gasification Combined Cycle Power System. NREL, Colorado, Vélazquéz, S. G., Coelho, S.T., Varkulya, A, A Cogeração de Eletricidade do Setor de Papel e Celulose: Avaliação Técnica e Econômica. XV COBEM. Águas e Lindóia. (Resumo aceito) Williams, R.H., Larson, E.D., 1992, Advanced Gasification-Based Biomass Power Generation and Cogeneration. In: Renewables for Fuels and Electricity. Island Press. Wilson, D., Quantifying and Comparing Fuel-cycle Greenhouse-gas Emissions. Energy Policy., V. 18, N. 6, pp

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