3 Biomassa. 3.1 Gestão sustentável da cadeia de suprimento dos biocombustíveis

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1 3 Biomassa Neste item, serão apresentadas pesquisas desenvolvidas em programas da Coppe/UFRJ sobre a temática biomassa. Alguns resultados parciais desta linha temática são: processos e produtos para utilização de resíduos da agroindústria em biorrefinaria; processo de produção de biodiesel por rota enzimática; caracterização de motores diesel-móveis e diesel-elétricos (GGDS) com biodiesel; produção e uso de biogás como combustível; e impactos socioambientais dos biocombustíveis. 3.1 Gestão sustentável da cadeia de suprimento dos biocombustíveis O Brasil é, hoje, o segundo maior produtor de etanol do mundo e caminha para ser um dos maiores produtores de biodiesel. O país já possui mercado externo para esses produtos e, no caso do etanol, mercado já consolidado, com crescente exportação para vários países. No mercado internacional, é grande a pressão por produtos ambientalmente sustentáveis. No caso dos biocombustíveis brasileiros, observa-se que, ao mesmo tempo em que são fontes de energia potencialmente benéficas para o meio ambiente, a cadeia logística não segue o mesmo caminho. Constata-se que a quase totalidade de biocombustíveis produzidos no país é transportada pelo modo rodoviário para distribuição interna, contrariando estudos já realizados que mostram que este não é o modo mais adequado do ponto de vista ambiental (no caso de emissões de gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos) e nem o mais econômico. Para o caso das exportações, tem-se a mesma situação, já que os biocombustíveis produzidos seguem, em sua maioria, via malha rodoviária até os portos. Adicionalmente, a situação da frota brasileira de veículos rodoviários, aliada à 1

2 precariedade de estrutura de terminais intermodais para a utilização de outros modos mais adequados, potencializa os problemas relacionados às questões ambientais. Em face dessa situação, torna-se necessário acrescentar um componente que garanta a sustentabilidade ambiental à prática da gestão da cadeia de suprimentos para o caso dos biocombustíveis, determinando uma prática ainda incipiente no Brasil e no mundo, que poderia ser denominada logística sustentável, logística verde ou logística de baixo carbono, contribuindo para aprimorar o enfoque logístico tradicionalmente adotado. O recente conceito de logística sustentável parece envolver a consideração de objetivos mais amplos, indo além dos aspectos econômico-financeiros, para incluir aspectos sociais e ambientais, que também devem fazer parte do planejamento das atividades logísticas. Quando se considera o conceito de logística verde, maior enfoque é dado ao aspecto ambiental; porém, o aspecto social não deve ser desconsiderado. Já o conceito de logística de baixo carbono considera a prática da logística verde visando necessariamente diminuir as emissões de CO2 1, principalmente no setor de transporte, onde essa questão é uma das mais problemáticas. Nesse sentido, o desenvolvimento específico de ferramentas internacionalmente consagradas de gestão, mas ainda pouco empregadas no Brasil, como a análise da cadeia de suprimento, a análise da cadeia de valor, a análise energética, a análise de ciclo de vida e a análise de desempenho, parece se adequar à prática da logística verde 2 na atividade de produção e distribuição de biocombustíveis. 1 O dióxido de carbono (CO 2 ) é considerado o principal gás de efeito estufa (GEE), mas outros gases normalmente emitidos pela utilização de combustíveis fósseis, como os óxidos de nitrogênio e o metano, têm potencial significativamente maior de aquecimento global, em termos de equivalentes CO 2 por unidade de massa. 2 Termo escolhido nesta proposta para sintetizar a diversidade de abordagens apresentadas até este ponto. 2

3 Objetivos Gerais Esta proposta tem como objetivo geral desenvolver uma estrutura de procedimentos que apresente respaldo teórico e aplicação prática e que possa ser implementada na forma de um aplicativo sistemático software ou plataforma informatizada para a gestão sustentável da atividade logística da cadeia de suprimento dos biocombustíveis. O desenvolvimento desse aplicativo permitirá a prática da gestão sustentável e a introdução de aspectos ambientais na gestão da atividade logística da cadeia de suprimento dos biocombustíveis, tratando-se de prática inovadora. Os objetivos específicos e os produtos parciais esperados são os seguintes: - Entender quais as peculiaridades da aplicação do conceito de logística verde à cadeia de suprimento dos biocombustíveis banco de informações; - Investigar um conjunto de práticas associadas à logística verde e como adaptá-las à realidade das atividades da cadeia de suprimento dos biocombustíveis banco de informações; - Investigar e selecionar ferramentas que apoiem a prática da logística verde na cadeia de suprimento dos biocombustíveis banco de softwares; - Investigar e selecionar atributos que qualifiquem a prática da logística verde na cadeia de suprimento dos biocombustíveis banco de informações; - Projetar e desenvolver banco de dados nacionais para a implementação de aplicativo sistemático para a gestão sustentável da cadeia de suprimento dos biocombustíveis banco de dados; - Desenvolver mão-de-obra qualificada para apoiar a implementação de aplicativo sistemático para a gestão sustentável da cadeia de suprimento dos biocombustíveis formação profissional; 3

4 - Desenvolver parcerias que apoiem a implementação de aplicativo sistemático para a gestão sustentável da cadeia de suprimento dos biocombustíveis rede de relacionamento. Como resultado esperado, considera-se: implementação de aplicativo sistemático software ou plataforma informatizada para a gestão sustentável da cadeia de suprimento dos biocombustíveis. A seguir são apresentadas as linhas de pesquisa e os respectivos programas ou institutos da Coppe/UFRJ envolvidos neste projeto. Linha de Pesquisa 1: Gestão do transporte na cadeia de suprimentos Linha de Pesquisa 2: Transporte, energia e meio ambiente Linha de Pesquisa 3: Transporte e mudanças climáticas Linha de Pesquisa 4: Desenvolvimento e aplicação de metodologias de avaliação de impactos ambientais Linha de Pesquisa 5: Desenvolvimento e aplicação de metodologias de avaliação de custos ambientais Linha de Pesquisa 6: Análise e gestão do ciclo de vida dos insumos, produtos e atividades na cadeia direta e reversa de produção de biocombustíveis Resultados Esperados - Caracterização de práticas, prospecção ferramental; 4

5 - Prospecção ferramental, identificação de atributos, modelagem conceitual e desenvolvimento de aplicativo; - Modelagem conceitual, estabelecimento de bancos de dados, desenvolvimento de aplicativo; - Aplicação e validação. O projeto pode fomentar a criação de pelo menos duas empresas spin-off: uma dedicada à gestão da cadeia de suprimento dos biocombustíveis sob o enfoque sustentável e outra dedicada à produção de aplicativos e softwares para gestão logística sob enfoque sustentável. 3.2 Uso de resíduos da agroindústria dentro do conceito de biorrefinaria Os resíduos da agroindústria e do setor florestal, que são atividades industriais e econômicas fundamentais no Brasil, constituem-se em matérias-primas essenciais para a produção de etanol celulósico, de diversos insumos para a indústria química e de energia. A utilização desses materiais, já disponíveis, depende de desenvolvimento tecnológico e é desejável para prevenir contaminação ambiental em larga escala de rios e lençóis freáticos. No Brasil, as agroindústrias da cana-de-açúcar ( ha), milho ( ha), arroz ( ha), mandioca ( ha), trigo ( ha), frutas cítricas ( ha), coco ( ha) e forrageiras ( ha) ocupam uma área total de ha (Faostat, gerando 597 milhões de toneladas de resíduos anualmente. Embora existam procedimentos gerais para o processamento da biomassa lignocelulósica, cada tipo de material necessita ser estudado separadamente. Entretanto, o conhecimento acumulado com um tipo de material já será útil para o estudo dos demais na produção de etanol de segunda geração, entre outros biocombustíveis, além de produtos de química fina e energia. 5

6 Considerando apenas a agroindústria da cana-de-açúcar, as mais de 350 usinas em operação processam em torno de 650 milhões de toneladas de cana por ano, produzindo o etanol mais barato do mundo e o mais favorecido em termos de consumo energético (energia renovável gerada/energia fóssil consumida = 8.9). O país produz mais de 430 milhões de toneladas de resíduos dessa gramínea (200 milhões de toneladas de bagaço e 230 milhões de toneladas de palha). Embora 88% do bagaço seja queimado nas usinas para cogeração (19400 KJ/Kg), o bagaço excedente e a palha cuja queima está sendo eliminada por força da lei (50% deve ficar no campo, para proteger o solo) já justificam desenvolvimento tecnológico para o seu aproveitamento. Considerando que a partir de uma tonelada de cana-de-açúcar são produzidos 80 litros de etanol de primeira geração, e que 36,5 litros poderiam ainda ser produzidos pela conversão do bagaço e da palha, a produção aumentaria para 116,5 l/t de cana-de-açúcar, sem aumentar a área plantada. Adicionalmente, a queima da lignina geraria mais de 1385 MJ/t de cana. Considerando o total de etanol de segunda geração a ser produzido dos resíduos da cana (23.7 bilhões de litros) e, ainda, o etanol a partir também de resíduos de milho (4.4 bilhões de litros) e da palha de trigo (0.6 bilhões), seria possível dobrar a produção de etanol no Brasil, sem aumentar a área plantada. Objetivos Gerais Esta proposta tem como objetivo geral desenvolver o conhecimento empírico e consolidar as inovações tecnológicas que permitam ampliar a base primária da produção de biocombustíveis e outros produtos de maior valor agregado, além de energia, sem ampliar a demanda de água doce e de uso do solo por cultivos terrestres não alimentícios. Linha de Pesquisa 1: Caracterização de biomassa ïn natura e prétratada 6

7 diferentes procedimentos Linha de Pesquisa 2: Pré-tratamento da biomassa lignocelulósica por Linha de Pesquisa 3: Produção e formulação de enzimas para a sacarificação da biomassa Linha de Pesquisa 4: Hidrólise enzimática da biomassa Linha de Pesquisa 5: Caracterização dos xaropes de biomassa Linha de Pesquisa 6: Fermentação alcoólica Linha de Pesquisa 7: Desenvolvimento e consolidação de processos alternativos para o aproveitamento de biomassas residuais Linha de Pesquisa 8: Atividades acessórias (desenvolvimento de reatores, processos de separação, formulação de preparações enzimáticas, microbiologia e biologia molecular de leveduras e fungos) Alguns dos projetos em andamento são citados abaixo: - Proethanol 2G - Integration of Biology and Engineering into an Economical and Energy-Efficient 2G Bioethanol Fazem parte do projeto Proethanol 2G renomadas instituições nacionais (UFRJ, UFPE, UFSC, UFMG, Furb e INT/MCT) e internacionais (LNEG-Portugal, Ciemat- Espanha, Universidade de Lund-Suécia, Instituto Frauhofer-Alemanha, Universidade de Gent-Bélgica, Universidade Técnica da Dinamarca, Universidade de Lausanne-Suíça, 7

8 entre outras), além de duas empresas nacionais e três empresas internacionais, destacando-se a participação da empresa dinamarquesa Inbicon. - Escalonamento da produção de enzimas celulolíticas e acessórias e sua utilização na hidrólise da biomassa da cana e outras biomassas pré-tratadas Bioetanol 2 (Ref. Finep ) Este projeto inclui a construção de uma unidade semipiloto para o estudo da tecnologia de produção de etanol de biomassa na UFRJ. Parceria com a empresa brasileira Biomm. - Colaboração Brasil Japão (Recursos Jica E JST) Projeto entre a UFRJ e o Aist (The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), maior instituto de pesquisa japonês, por meio de seu centro de pesquisa em biomassa (Biomass Technology Research Center/BTRC). - Participante do programa Paiss do BNDES, por meio de parceria no projeto proposto pela empresa ETH, do grupo Odebrecht Implantação de uma biorrefinaria pela integração da produção competitiva de etanol celulósico à produção de uma usina altamente eficiente. - Projeto Sage/Coppe-PEP, Instituto de Química/UFRJ, UTE Norte Fluminense e Promon Projeto em curso de desenvolvimento tecnológico (inclusive engenharia de planta-piloto) para captura de gases de exaustão de uma usina termelétrica a gás natural e sua reciclagem química e bioquímica (microalgas). 8

9 Resultados Esperados - Caracterização de biomassa ïn natura e pré-tratada; - Pré-tratamento da biomassa lignocelulósica por diferentes procedimentos; - Produção e formulação de enzimas para a sacarificação da biomassa; - Hidrólise enzimática da biomassa; - Caracterização dos xaropes de biomassa; - Fermentação alcoólica; - Atividades acessórias (desenvolvimento de reatores, processos de separação, formulação de preparações enzimáticas, microbiologia e biologia molecular de leveduras e fungos). 3.3 Processos de produção, caracterização e avaliação de biodiesel A Coppe realiza estudos e pesquisas para a produção e uso de biocombustíveis, em especial de biodiesel, desde 1999, em escala laboratorial, e, a partir de 2002, em escala-piloto. Para a produção de biodiesel, são utilizadas diversas matérias graxas, sejam elas residuais como gordura animal, óleo residual de fritura, gordura da escuma de esgoto ou oriundas de oleaginosas como soja, algodão, babaçu, dendê, mamona, girassol, entre outras. Para tanto, foram desenvolvidas unidades-piloto multipropósito, dimensionadas de forma a avaliar o potencial desses insumos, utilizando a tradicional tecnologia catalítica homogênea de transesterificação e/ou esterificação, via rota metílica ou etílica. Além das unidades-piloto (três unidades: uma com capacidade variável de 30 a 300 litros por bateladada; e duas outras com capacidade de e litros por batelada), a Coppe dispõe ainda de um Centro de Pesquisas e Caracterização de Petróleo e Combustíveis (CoppeComb). O centro é responsável pela caracterização de petróleo, seus derivados e de biocombustíveis e pelo desenvolvimento de novos 9

10 processos voltados para melhoria da qualidade dos combustíveis no Brasil. Com cerca de 700 m 2 de área construída e uma equipe formada por profissionais altamente qualificados, o CoppeComb é um conjunto de laboratórios preparados para a realização das análises de especificação de biocombustíveis e de suas misturas segundo as normas da ANP. Além da produção experimental e do controle de qualidade do biodiesel produzido, a Coppe vem realizando pesquisas e testes em motores veiculares e estacionários, com a finalidade de avaliar desempenho e durabilidade do biodiesel e suas misturas. Dentre os testes de campo realizados pela Coppe, podem-se destacar: - utilização de B5 em caminhões da frota Comlurb (em 2003) e da Engemix (2007); - utilização de B5 em ônibus urbano da Viação Real (2006); - utilização de B20 em locomotivas da Vale (2006); - utilização de B20 em caminhonetes 4 x 4 teste para Faperj (2009); - utilização de B20 e B50 em grupo gerador no Ivig (2010). Algumas pesquisas e testes mencionados deram suporte técnico para a implantação do Programa Rio-Biodiesel e para a consolidação do Programa Nacional de Produção do Biodiesel (PNPB), contribuindo para o aumento gradativo do percentual de biodiesel (atualmente 5%) adicionado ao diesel mineral que é comercializado em todo território nacional. Objetivos Gerais Um dos objetivos da Coppe no setor de biocombustíveis é desenvolver um processo otimizado para a obtenção de biodiesel a partir do processo enzimático com a tecnologia desenvolvida pela Universidade de Tsinghua/China e sua comparação ao processo catalítico homogêneo utilizado atualmente no Brasil. O acordo de cooperação tecnológica já foi assinado entre as partes e tem como principal característica a 10

11 viabilização de um biocombustível a partir de matérias- primas oriundas de resíduos ou óleos de alta acidez e elevado teor de água. Outro objetivo neste setor é desenvolver a produção de biodiesel a partir de óleos vegetais residuais, inclusive quanto aos aspectos de logística reversa sustentável. enzimática Linha de Pesquisa 1: Processo de produção de biodiesel por rota Essa pesquisa visa, principalmente, à caracterização à viabilização de um biocombustível a partir de matérias-primas oriundas de resíduos ou óleos de alta acidez e elevado teor de água, privilegiando o uso de álcool etílico no lugar do metanol, tradicionalmente utilizado, e o estudo da eficiência da conversão de várias matériasprimas com diferentes índices de acidez usando metanol ou etanol. Também serão avaliados a durabilidade das enzimas com essas matérias-primas, a caracterização dos ésteres produzidos e os resíduos gerados. Será realizado, ainda, um estudo técnicoeconômico comparativo entre os processos catalítico convencional e enzimático. Esse processo, que ainda não foi testado na Coppe, tem, segundo pesquisadores chineses, um grande potencial de utilização com matérias-primas de alta acidez e umidade, sem necessidade de um pré-tratamento, atingindo percentuais de conversão superiores aos do processo catalítico. Ainda de acordo com o relato dos pesquisadores chineses, o processo enzimático possui maior eficácia, em relação ao processo catalítico, nos seguintes itens: - Processamento de óleos residuais de baixa qualidade e com alto teor de ácidos graxos livres sem necessidade de pré-tratamento; - Maior conversão; - Redução dos resíduos gerados no processo, não necessitando de tratamento; - Uso preferencial da rota etílica; 11

12 - Possibilidade de uso de etanol hidratado, o que torna o biocombustível totalmente renovável quando comparado à rota metílica; - Baixo consumo energético; - Redução nos custos de produção. Os aspectos econômicos e ambientais também são favoráveis, já que o processo praticamente não gera resíduo e o glicerol formado como coproduto é de melhor qualidade, aumentando seu valor de mercado e facilitando sua posterior utilização em processos químicos. Para se testar esse processo nas instalações da Coppe, propõe-se uma adaptação da nova unidade-piloto já existente, aproveitando parte dos tanques e vasos, para que a mesma possa processar tanto o processo catalítico quanto o enzimático. Essa adaptação permitirá avaliar o processo enzimático, bem como compará-lo com o processo catalítico para cada insumo testado. Entende-se que, ao fim do estudo, os processos catalíticos e enzimáticos talvez possam ser acoplados, possibilitando o processamento de qualquer tipo de matériaprima com vantagem. Linha de Pesquisa 2: Desenvolvimento da produção de biodiesel a partir de óleos vegetais residuais, inclusive quanto à sua logística reversa sustentável Resultados Esperados - Caracterização à viabilização de um biocombustível a partir de matériasprimas oriundas de resíduos ou óleos de alta acidez e elevado teor de água; - Produção de biodiesel a partir de óleos vegetais residuais. 12

13 3.4 Caracterização de motores diesel-móveis e diesel-elétricos (GGDS) com biodiesel Os benefícios do uso de biodiesel como substituto de diesel mineral em motores móveis são conhecidos: menor evasão de divisas, geração de empregos, menor emissão de poluentes e gases de efeito estufa. Recentemente, tem se notado um uso crescente de sistemas estacionários em hospitais, hotéis, pousadas, shows etc., para assegurar disponibilidade de energia elétrica durante a alta temporada e horários de pico. Grupos geradores diesel (GGD) proporcionam segurança no fornecimento, diferentemente de energias alternativas, como a solar e a eólica. No entanto, emitem mais CO2 que as alternativas mais empregadas no país (hidro, nuclear, GN). GGDs movidos a biodiesel constituem a única fonte confiável e renovável de energia elétrica. Seu alto fator de capacidade se encaixa em estratégias de sistemas distribuídos de geração, podendo ajudar a regular o fornecimento num momento de crescente oferta de energia intermitente, como a eólica e, mais recentemente, a solar, além de atender a demanda nos horários de ponta. Experiências conduzidas por conta do convênio Finep , findo em 2010, permitiram à Coppe concluir que misturas de B20 e B50 com biodiesel produzido a partir de óleo de soja, palma e residual de fritura tiveram desempenho satisfatório em um grupo-gerador diesel de 100KVA, tanto em termos de consumo específico quanto em termos de emissões. No entanto, não foi possível, na ocasião, fazer outras avaliações que complementariam os resultados descritos no relatório, contribuindo para preencher as lacunas na base de conhecimento deste tema, dada a vocação natural do Brasil para a produção de bioenergia e a carência de parcela de nossa população quanto ao acesso de fontes modernas de energia. 13

14 Objetivos Gerais Trata-se primeiro de buscar o melhor conhecimento das características de matérias-primas alternativas, tanto resíduos lignocelulósicos como algais, para a produção de biodiesel adequado aos sistemas de geração elétrica em tela. Também se pretende desenvolver e consolidar as tecnologias de combustão e geração de energia elétrica a partir de biodiesel pelos sistemas em tela. Linha de Pesquisa 1: Avaliação de um leque mais amplo de matériasprimas graxas para a produção de biodiesel A relevância está na necessidade de o Brasil não depender da oferta de óleo de soja para a produção de biodiesel, visto esta estar atrelada à demanda por farelo, por sua vez determinada pela demanda por carne. Sebo bovino O Brasil possui o maior rebanho bovino comercial do planeta. Não à toa, essa gordura é a segunda fonte mais empregada para a produção de biodiesel. No entanto, ainda existem muitas lacunas no tocante a pesquisas aplicadas ao biodiesel desse importante insumo, principalmente quanto à capacidade de diminuir o seu ponto de entupimento, por conta de sua relativa escassez nos países industrializados. Escuma de esgoto A Coppe firmou uma parceria com a Companhia de Águas e Esgotos do Rio de Janeiro (Cedae) para pesquisar a utilização das gorduras presentes na escuma de esgoto extraída da Estação de Tratamento de Esgotos de Alegria como insumo de biodiesel para uso próprio (veicular). Dada a contínua e inesgotável produção desse insumo, que não requer terras e tratos agrícolas, seria de extrema relevância aprofundar pesquisas sobre a adequabilidade do biodiesel dessa fonte como substituto do diesel mineral. Pinhão manso A Jatropha curcas tem sido divulgada mundialmente nos últimos anos como uma alternativa para fornecimento de matéria-prima para biodiesel, 14

15 com base na expectativa de que possua alta produtividade de óleo, tenha baixo custo de produção (por ser perene) e seja resistente ao estresse hídrico, o que seria uma alternativa, principalmente na região semi-árida do país, à mamona. No entanto, a Embrapa (Recomendação Técnica sobre o Plantio de Pinhão Manso no Brasil), que vem trabalhando com essa oleaginosa nativa das Américas, entende tratar-se de uma cultura sobre a qual o conhecimento técnico ainda é muito limitado. Assim, existe um amplo campo de pesquisas pela frente no que toca à caracterização dessa potencialmente importante oleaginosa. Macaúba Essa palmácea (Acrocomia aculeata) é uma planta nativa brasileira, que ocorre naturalmente no cerrado, principalmente em Minas Gerais e Goiás. Pesquisas da Embrapa apontam para um potencial de produtividade semelhante à da palma (dendê), a oleaginosa mais produtiva do planeta. Em processo de domesticação, ainda demandará muita pesquisa agronômica. No entanto, sabe-se que é uma planta rústica, adaptada às condições de clima seco definido, e que pode ser consorciada com pastagens e culturas como o milho e o feijão. Uma das maiores barreiras para a sua escolha como insumo é a extrema rapidez com que seu óleo se acidifica, tornando-se inviável a sua conversão em biodiesel pela rota catalítica convencional. No entanto, pode se revelar uma excelente alternativa de insumo, caso a rota enzimática (descrita acima) se revele de fato tecnicamente e economicamente viável. Micro e macroalgas A Coppe, em parceria com o IQ/UFRJ, está desenvolvendo projeto de P&D para a UTE Norte Fluminense que contempla a reciclagem de CO2 visando à produção de bicarbonato de sódio e microalgas. Linha de Pesquisa 2: Misturas mais ricas em biodiesel Para que as características de cada tipo de biodiesel possam ser ressaltadas, será importante aumentar o teor de misturas. Testes com B20 e B50 já foram efetuados. Sugerimos a utilização de B70 e B

16 Linha de Pesquisa 3: Testes de durabilidade O uso continuado de B50 no sistema motor-gerador diesel da Coppe tem mostrado um desgaste (carbonização) anormal, conforme relato de empresa especializada. A realização de testes por um período mais prolongado, com misturas ricas de biodiesel, permitirá melhor identificar desgastes ao sistema, que não foram detectados por época do referido convênio Finep. Isso demandará recursos para manutenção, além da oportunidade da realização (por empresas especializadas) de uma análise completa do motor, fato que trará informações adicionais para a avaliação da adequabilidade dos citados biocombustíveis para uso continuado com sistemas projetados para diesel mineral. A boa prática determina que os testes sejam realizados por um período mínimo de 500 horas. Em parceria com Amyris Brasil, Fetranspor e Mercedes Benz, encontra-se em andamento o acompanhamento do uso de diesel de cana (30%) em mistura com diesel de petróleo, em frota de 40 ônibus da viação Saens Pena (2012). Estão sendo estudados aspectos de qualidade do combustível fornecido, bem como seu desempenho em duas linhas de ônibus que trafegam normalmente no Rio de Janeiro. Resultados Esperados - Melhor conhecimento das características de matérias-primas alternativas, tanto resíduos lignocelulósicos como algais, para a produção de biodiesel. 16

17 3.5 Produção e uso de biogás como combustível para geração de energia elétrica com motores de combustão interna O biogás, produto de tratamento de esgoto e /ou resíduos sólidos, quando aproveitado em motores-geradores para produção de energia elétrica, ocasiona uma redução no potencial de produção de poluição do meio ambiente, uma vez que é composto por acentuada concentração de gás metano (CH4), que causa efeito estufa 24 vezes superior ao CO2. Ou seja, permite uma destinação mais nobre de resíduos líquidos ou sólidos que poluem o meio ambiente. O biogás e uma mistura principalmente de CH4, CO2 e H2S (altamente corrosivo), daí a necessidade de sua purificação. Para que seja utilizado como combustível em motores, é necessário identificar-se sua vazão, composição química, poder calorífico e outros parâmetros que determinam o seu real potencial de produção de energia elétrica, além de permitir dimensionar os processos de pré- tratamento (como remoção do H2S) e da umidade, com o propósito de evitar danos aos equipamentos da instalação. Objetivos Gerais Estudar, especificar e construir um protótipo de sistema composto de motor diesel operando na forma diesel-gás e gerador para utilização de biogás, produzido a partir de resíduos de esgoto ou lixo. O sistema possibilitará realizar ensaios de desempenho, emissões e durabilidade do diesel gerador, obtendo-se dados do motor funcionando com biogás purificado ou não, e os resultados poderão ser comparados com aqueles obtidos com o diesel gerador utilizando gás natural. Deverão ser estudadas as diversas etapas de produção do biogás, purificação, condicionamento e armazenamento, além de alimentação dos motores. Linha de Pesquisa 1: Estudo da bibliografia existente sobre o assunto e o estado da arte atual 17

18 Linha de Pesquisa 2: Estudo da tecnologia disponível para produção e purificação do biogás. Especificação e teste da instalação biogás Linha de Pesquisa 3: Estudo do transporte e armazenamento do Linha de Pesquisa 4: Estudo e especificação dos motores geradores e sua ligações com quadro elétrico e sistemas de controle e monitoração da instalação Linha de Pesquisa 5: Realização de ensaios de desempenho, emissões e durabilidade do sistema gerador Resultados Esperados - Protótipo de sistema composto de motor diesel operando na forma dieselgás e gerador para utilização de biogás. 3.6 Identificação de impactos socioambientais dos biocombustíveis Recentemente, a visão benigna dos biocombustíveis sofreu um retrocesso: há hoje uma percepção em setores dos países industrializados de que os biocombustíveis de primeira geração são ambientalmente insustentáveis, pois: i) competem com cultivos alimentares; ii) são uma opção cara de segurança energética, demandando subsídios governamentais; iii) causam impactos ao solo e aos recursos hídricos, com uso excessivo de defensivos, fertilizantes e irrigação; iv) pouco mitigam emissões de GEEs, devido às emissões na mudança de uso de solo, induzindo desflorestamento em países tropicais. 18

19 Essa percepção de não-sustentabilidade ambiental tem gerado uma pressão para a criação de certificados de bioenergia sustentável. Deste modo, inúmeros atores (organizações multilaterais, governos, ONGs) têm debatido princípios e critérios de sustentabilidade de bioenergia, como Roundtable of Sustainable Biofuels, Roundtable of Responsible Soybean (RTRS), Global Bioenergy Partnership (envolvendo os países do G8 + Brasil, China, Índia, México e África do Sul) etc. As iniciativas de certificação de bioenergia se pautam, em geral, pelos seguintes temas: i) emissões de GEE na cadeia produtiva; ii) competição com alimentos e outras aplicações; iii) biodiversidade; iv) meio ambiente; v) prosperidade; vi) bem-estar social. Pesquisadores (Searchinger et al. 2009, Reinhardt et al. 2007) entendem que a variável-chave para a determinação da sustentabilidade na produção de bioenergia é a mudança de uso da terra, em particular no tocante às emissões de GEE. Hoje não há mais clima político na maioria das nações para justificar a certificação de sustentabilidade de um empreendimento agroenergético instalado em áreas previamente ocupadas, seja com cultivos agrícolas para fins alimentares ou com ecossistemas minimamente preservados. Mudança indireta do uso da terra (conhecido como ILUC, da sigla em inglês) ocorre quando o deslocamento de uma atividade prévia induz mudanças no uso da terra em outro local. Também conhecido como vazamento, é o resultado de uma ação ocorrendo num sistema que induz efeitos indiretos fora dos limites desse sistema. Entende-se que o deslocamento de áreas agrícolas produtivas para a produção de bioenergia pode gerar um uso mais intensivo de terras em outro local. Para determinar a mudança indireta do uso do solo, várias inter-relações, sujeitas a debate, têm que ser consideradas. Entre elas (Winrock International, 2009): - A resposta do aumento de produtividade em função de investimentos em tecnologia; - As condições de mercado dos coprodutos (por exemplo, farelo de soja); - A variação no valor da terra, que pode alterar decisões de alocação e uso; - O impacto do preço de fertilizantes na alocação e gestão da terra. 19

20 Apesar desses complicadores, vários órgãos reguladores pretendem incluir ILUC em seus critérios de sustentabilidade da cadeia de produção de biocombustíveis, apesar de uma carta assinada por 111 cientistas (Simmons et al. 2009), enviada ao governador da Califórnia, solicitando que ILUC não fosse incorporado nas avaliações dos biocombustíveis efetuadas pelo órgão ambiental do estado, pois, além das incertezas nas medições de ILUC, este não deve ser imposto a apenas uma cadeia de combustíveis. Della Vedova (2009), parlamentar italiano, entende não ser possível calcular precisamente e objetivamente as emissões devido ao ILUC, deixando espaço para ajustes com objetivos protecionistas. Em particular, o esforço em demonizar os biocombustíveis do sudeste asiático é o bom e velho protecionismo, mascarado de ambientalismo. Em suma, o Brasil possui condição ímpar para se consolidar como player dominante no mercado de biocombustíveis, mas se defronta com restrições barreiras não tarifárias travestidas de certificação ambiental por parte dos grandes mercados importadores, que podem ameaçar as iniciativas do país. Neste contexto, é mister continuar a analisar e, caso necessário, contestar, de forma tecnicamente sólida, critérios de sustentabilidade de bioenergia que possam esconder ações de cunho comercial que sejam prejudiciais aos interesses nacionais. Objetivos Gerais Avaliar o impacto socioambiental das cadeias produtivas de biocombustíveis produzidos no Brasil, devido ao uso da terra, levando em conta as oportunidades as vantagens comparativas do Brasil e as ameaças principalmente as restrições impostas pela certificação de bioenergia sustentável. Linha de Pesquisa 1: Revisão de literatura 20

21 Analisar estado da arte na mensuração do cálculo de balanço energético e de emissões de cana-de-açúcar (para produção de etanol), soja e dendê (oleaginosas com maior potencial de inserção no mercado externo no médio e longo prazo, respectivamente); idem quanto aos indicadores de sustentabilidade na produção de bioenergia. Linha de Pesquisa 2: Descrever estado da arte na contabilização de emissões indiretas de GEE devido ao uso do solo (ILUC) Análise dos modelos agroeconômicos de dinâmica de ocupação e uso do solo. Linha de Pesquisa 3: Fazer uma análise de entrada e saída de energia / emissões de GEE na produção de biodiesel Utilizando-se da planta de biodiesel do CETS/Ivig, para fins de cálculo a partir do processo de transformação de óleo in natura em biodiesel, comparando a rota etílica e a metílica, catalítica versus enzimática. Linha de Pesquisa 4: Estudo de caso 1 (cadeia produtiva de óleo de dendê): Marborges Dado o potencial de inclusão social do plantio de dendê na Amazônia, e para se ter uma perspectiva da realidade do pequeno e médio produtor, justifica-se visitar este produtor de óleo de dendê que já demonstrou interesse em trabalhar com a Coppe. A visita de campo também servirá para reforçar laços com pesquisadores da Embrapa (Belém) para entender a rápida expansão dos cultivos de dendê no nordeste do Pará, os parâmetros técnicos do cultivo e os impactos socioambientais. 21

22 Estudo de caso 2 (cadeia produtiva do óleo/biodiesel de soja) A ser determinado. Estudo de caso 3 (cadeia produtiva do etanol de cana-de-açúcar) A ser determinado. Resultados Esperados - Avaliação do impacto socioambiental das cadeias produtivas de biocombustíveis produzidos no Brasil Produção de biocombustíveis Internacionalmente, são reconhecidos alguns grandes desafios para a viabilização prática das biorrefinarias do futuro sustentável. Entre eles alinham-se: - O scale-up de tecnologias já desenvolvidas em laboratório; - O aproveitamento de matérias-primas vegetais que não concorram com a demanda de água doce e terras para outros usos nobres; - A busca por matérias-primas cuja produção implique menor impacto ambiental global, além de uma pegada de carbono mínima, e garantam sustentabilidade econômica e social; - A necessidade de incluir produtos de maior valor agregado e menor impacto ambiental global / pegada de carbono, além dos biocombustíveis, no mix de empreendimentos economicamente viáveis. - 22

23 Objetivos Gerais Busca-se aqui o desenvolvimento e a consolidação dos processos tecnológicos de escala industrial que integrarão as biorrefinarias do futuro, operando a partir de distintas biomassas, residuais ou algais, com múltiplos propósitos. Linha de Pesquisa 1: Avaliar a sustentabilidade na cadeia de produção de biocombustíveis atuais (cultivo, processamento, uso/conversão e destinação dos resíduos) A metodologia utilizada para esta avaliação é a avaliação do ciclo de vida das cadeias respectivas, isto é, a análise dos impactos ambientais e pegada de carbono a partir do inventário de todos os processos, com seus respectivos balanços de massa e energia ( LCA), a análise subsequente dos aspectos de custo e economicidade de cada cadeia (LCC) e, finalmente, a aplicação do método de gestão do ciclo de vida (LCM), que permite a avaliação da sustentabilidade de cada cadeia dos pontos de vista econômico, social e ambiental. Linha de Pesquisa 2: Projeto dos processos operacionais e de gestão de biorrefinarias para etanol de segunda geração Linha de Pesquisa 3: Desenvolvimento e consolidação dos processos tecnológicos, operacionais e de gestão de biorrefinarias a partir de outras biomassas 23

24 Resultados Esperados - Estudos preparatórios; - Projeto de biorrefinaria-piloto; - Construção da biorrefinaria-piloto; - Avaliação da sustentabilidade na cadeia de produção de biocombustíveis atuais. Equipe e Parcerias da Linha Temática Biomassa Equipe Beatriz Chaves Carlos Belchior Elba P. S. Bom Ilton Curty Leal Júnior João Alfredo Medeiros Jose Alberto Gemal Luiz Pinguelli Rosa Márcio de Almeida D Agosto Marcos Aurélio Vasconcelos Freitas Nei Pereira Jr. Rogerio Valle Unidades e Laboratórios da UFRJ envolvidos e Parcerias Programa de Engenharia de Transportes Programa de Planejamento Energético Laboratório de Transporte de Carga (LTC) Instituto Virtual Internacional de Mudanças Globais (Ivig) Laboratório Interdisciplinar de Meio Ambiente (Lima) Laboratório de Sistemas Avançados de Gestão da Produção (Sage) Centro de Pesquisas e Caracterização de Petróleo e Combustíveis (CoppeComb) Escola de Química da UFRJ Instituto de Química da UFRJ Usinas produtoras de etanol e biodiesel Empresas de transporte e operadores logísticos que atendem a cadeia produtiva dos biocombustíveis União da Indústria da Cana-de-Açúcar (Única) União Brasileira do Biodiesel (Ubrabio) Sindicato Nacional das Empresas Distribuidoras de Combustíveis e de Lubrificantes (Sindicom) Raízen Joint Venture da Shell e da Cozan; 24

25 Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) Ministério do Meio Ambiente (MMA) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (Ibama) Universidade de Tsinghua/China Amyris Brasil Fetranspor Mercedes Benz Viação Saens Pena UTE Norte Fluminense Instituições nacionais (UFRJ, UFPE, UFSC, UFMG, Furb e INT/MCT) e internacionais (LNEG- Portugal, Ciemat-Espanha, Universidade de Lund- Suécia, Instituto Frauhofer-Alemanha, Universidade de Gent-Bélgica, Universidade Técnica da Dinamarca, Universidade de Lausanne-Suíça, entre outras) Empresa dinamarquesa Inbicon Empresa brasileira Biomm Aist (The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) Biomass Technology Research Center/BTRC 25

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