ASPECTOS DA VIABILIDADE ECONÔMICA DE UMA PLANTA DE PIRÓLISE RÁPIDA DE BIOMASSA

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1 ASPECTOS DA VIABILIDADE ECONÔMICA DE UMA PLANTA DE PIRÓLISE RÁPIDA DE BIOMASSA O. PAGLIARDI A, J.M. MESA PÉREZ A, J.D. ROCHA B, E. OLIVARES GÓMEZ B, L.A.B. CORTEZ A A FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA - FEAGRI/UNICAMP; CIDADE UNIVERSITÁRIA ZEFERINO VAZ, BARÃO GERALDO, CP 6011, CEP , CAMPINAS SP, BRASIL B NÚCLEO INTERDISCIPLINAR DE PLANEJAMENTO ENERGÉTICO, NIPE/UNICAMP CIDADE UNIVERSITÁRIA ZEFERINO VAZ, BARÃO GERALDO, CP 6011, CEP , CAMPINAS SP, BRASIL 1. RESUMO O objetivo deste artigo foi mostrar a viabilidade econômica de uma planta para a produção do bio-óleo operando com o processo de pirólise rápida utilizando resíduos agrícolas. A planta piloto, que exigiu um investimento de quase R$ 400 mil, mostrou-se viável ao operar com a uma eficiência de 60%, com uma alimentação de 200 kg/h e com dois turnos (12 horas) diários de trabalho. Foram consideradas as ferramentas mais comuns de análise econômica, a saber, o payback, a taxa interna de retorno e valor presente líquido. A empresa Bioware Tecnologia, incubada pela INCAMP - Incubadora de Empresas de Base Tecnológica da Unicamp, está buscando parceiros para a comercialização da tecnologia. 2. ABSTRACT The aim of this article was to show the economic viability of a plant to produce bio-oil that works with fast pyrolysis process, wherein biomass is converted to liquids and char. The pilot plant has an investment of about R$ 400,000 and its potential economic occurs if it operates with efficiency of 60%, feed rate of 200 kg/h, operating in two shifts (12 hours) per day. It was used the pay back, the internal rate of return and the net present value to analyze the economic viability of the process. Bioware a spin-off company at UNICAMP is looking for co-operation to put the technology into the market. 3. INTRODUÇÃO O presente artigo visa avaliar economicamente uma planta operando com o processo de pirólise rápida, a qual transforma determinados produtos agrícolas e agro-industriais em bio-óleo (produto principal) e carvão em pó. Para sua realização, foram utilizados dados amostrais extraídas da planta de pirólise rápida com reator de leito fluidizado da UNICAMP, Campinas-SP, a qual se encontra instalada em áreas do Centro de Tecnologia Copersucar - CTC, em Piracicaba-SP. A unidade foi operada com capim elefante (variedade Pennisetum purpureum) como fonte de insumo de biomassa, devidamente condicionado para os testes. O

2 condicionamento deste material incluiu o corte e trituração do material até um tamanho médio de partícula variando entre 1000 µ m e 2000 µ m, e a sua secagem até teores de umidade de aproximadamente 10% a 12% base úmida (umidade de equilíbrio). O processo transcorreu em temperaturas que variavam entre os 450 o C e 500 o C. A avaliação econômica foi realizada considerando-se que a capacidade máxima de alimentação de biomassa da planta é de 200 kg/h (base seca). Na figura 1 se mostram detalhes do reator de.leito fluidizado Figura 1 - Reator de Leito fluidizado da UNICAMP A prioridade da planta de biomassa para o processo de pirólise rápida analisada neste trabalho está em obter o principal produto, o bio-óleo, em substituição ao fenol, que é um produto nocivo à saúde. O bio-óleo é um líquido inerte e, portanto, pode ser considerado um produto ecologicamente correto, o que constitui um ponto positivo para o projeto (ver Figura 2).

3 Figura 2 - Bio-óleo obtida na planta de pirólise rápida da UNICAMP Além deste importante aspecto, as centrais produtoras de insumos de biomassa, como as grandes serrarias, ou mesmo as grandes agro-empresas, como as ligadas à plantação de arroz, têm sérias dificuldades para dar um destino final ao pó de madeira ou à casca de arroz. Estes resíduos são insumos utilizados no processo de produção do bio-óleo, o que torna o projeto bastante atraente. Neste sentido, a solução do problema do destino de certos produtos indesejáveis pelas empresas, amenizando o impacto ambiental, pode perfeitamente lhes valer o chamado selo verde. Assim, a pirólise rápida se apresenta como uma alternativa para o impacto ambiental. Além da baixa emissão de poluentes, permite também, um equilíbrio entre a utilização da biomassa e sua produção de gás carbônico. Contudo, a matéria prima considerada é a de cana-de-açúcar, que neste caso tem um valor de mercado e portanto sua demanda representa um custo não desprezível. Cabe ainda observar para o fato de que o fenol é produzido no Brasil quase que unicamente pela empresa multinacional Rhodia, a qual produz 120 mil t/ano e cuja importação também é controlada pela empresa. As 23 empresas de resinas fenólicas, totalizando uma capacidade instalada de 225 mil t/ano, são clientes compradoras do fenol, atingindo 60 mil t/ano (Abiquim, 2003). Supondo uma substituição de 40% de fenol pelo bio-óleo cerca de 24 mil t/ano de fenol petroquímico poderia deixar de ser produzidos para a produção de resinas. O fenol tem apenas um produtor no Brasil. Portanto, o projeto pode se subordinar às agências de desenvolvimentos que tem uma lista de prioridades para a concessão de benefícios para projetos com baixo impacto ambiental, geração de novos empregos, que auxilie no equilíbrio do balanço de pagamentos. Ainda, o carvão em pó tem grande aplicação na mineração para pelotização de minério de ferro como pré-tratamento, cuja capacidade anual de produção atinge 12 milhões de toneladas (com 1% de carbono em cada pelota). A qualidade do

4 carvão vegetal produzido por esta tecnologia, a partir dos resíduos vegetais, supera em todos os aspectos o carvão coque. (Figura 3) Figura 3 - Finos de carvão obtidos na planta de pirólise rápida 4. METODOLOGIA Os métodos tradicionais de avaliação econômica da viabilidade de um empreendimento requerem a estimativa dos custos capitais fixos, dos custos operacionais e do preço de venda dos produtos. A partir destas informações, o período de retorno do investimento (pay-back), a taxa interna de retorno (TIR) e o valor presente líquido (VPL) são calculados. Todos os três métodos têm sua importância e conseqüentemente devem ser avaliados. O primeiro deles, o pay-back que é simplesmente o tempo de retorno do investimento realizado, trata-se do mais ingênuo dos três métodos apresentados por considerar nula a taxa de juros do projeto. Contudo, sua virtude está em estimar o tempo de recuperação do capital investido. Assim, esse projeto, devido suas características ambiental e talvez estratégica para a economia, possa gozar de benefícios e incentivos governamentais. O valor presente líquido, por sua vez, que deve ser positivo (ou nulo), é obtido do fluxo de caixa do projeto quando se utiliza a taxa de desconto, que representa o custo de médio ponderado de capital da empresa. Por último, a taxa interna de retorno é a taxa de desconto do fluxo de caixa que torna o valor presente nulo. Embora a TIR represente a taxa relacionada ao projeto, sua deficiência está em considerar possíveis reaplicações a esta mesma taxa, o que nem sempre é verdadeiro. Neste item, são apresentados e discutidos alguns parâmetros financeiros necessários à elaboração do fluxo de caixa referentes ao projeto apresentado de pirólise rápida em leito fluidizado. Inicialmente apresenta-se os custos do plano de investimentos.

5 5. PLANO DE INVESTIMENTO O plano de investimento de um projeto industrial é a descrição detalhada das necessidades de capital requerido para a materialização do mesmo. Os investimentos são os dispêndios com que os investidores hão de se defrontar para a execução do projeto, sem o que isto, no momento, se relacione com os canais ou mecanismos para o financiamento dessa soma. Os investimentos de um projeto se destinam a dois fins: um deles refere-se aos investimentos fixos e outro ao chamado capital de giro ou capital de trabalho como também é conhecido. Os investimentos fixos realizam-se no período de instalação do projeto e são utilizados durante a vida útil dos bens correspondentes. Estes investimentos compreendem bens que estão sujeitos a depreciação, tais como máquinas, veículos, edifícios, terreno, móveis, etc. Compreendem também investimentos não ponderáveis, também passíveis de amortização, tais como estudo do projeto, gastos organizacionais (assessorias técnica e jurídica, gastos com viagens, dentre outras despesas). Tabela 1 Investimento fixo (investimento inicial) na planta piloto Descrição do Equipamento Custo R$ Vida Útil (anos) Depreciação Anual (R$) Dosador de biomassa 7.287, ,00 Motovariador de velocidade da rosca , ,00 Reator de Pirólise (mais 1 ciclone) , ,00 2 Ciclone 5.226, ,00 Válvula de amostragem de sólidos 3.002, ,00 Queimador de gás de Pirólise ou Flare 915, ,00 Esteira de dosagem de biomassa 6.533, ,00 Resfriador-Condensador de vapores de gases 9.150, ,00 Sistema de resfriamento de água 4.944, ,00 Sistema de recuperação de bio-óleo , ,00 Ventilador Radial CR , ,00 Bomba de vácuo 5.607, ,00 Instrumentação e controle , ,00 Instalações Elétricas 2.702, ,00 Serviços de apoio 5.331, ,00 Planta de tratamento de água , ,00 Transportador de biomassa , ,00 2 Galpões , ,00 Tanque armazenamento do bio-óleo , ,00 TOTAL , ,00 O capital de giro, por sua vez, corresponde aos investimentos que a empresa deve dispor para a tender suas necessidades operacionais durante um ano de trabalho da planta, em dois turnos, totalizando 12 horas e operando durante 25 dias do mês, para produzir o bio-óleo, seu produto mais importante. Será interessante dividir esse capital de trabalho (capital de giro) em dois componentes: um fixo relativo principalmente a manutenção da planta e outro variável, envolvendo prioritariamente o insumo utilizado no processo.

6 5.1. CUSTOS DE PRODUÇÃO Custos Fixos. Custos fixos são aqueles que não variam com o nível de atividade da empresa. Assim, os custos fixos independem da quantidade produzida. É evidente que eles oscilam periodicamente, seja em função de ajustes de estrutura de pessoal ou devido a uma melhor racionalização administrativa. Os custos fixos podem ser divididos em três categorias: pessoal, administrativo e financeiro e são apresentados de acordo com o modelo básico mostrado a seguir. Pessoal: Salário e pró-labore, encargos sociais, benefícios (plano de saúde, vale refeição e transporte, seguro de vida, etc.). Administrativo: Aluguel, impostos, contador, assessores (financeiro, advogado, ambiental, etc.), luz, telefone, manutenção de veículos e equipamentos, seguros destes equipamentos e veículos, propaganda, despesas com viagens, e outras despesas (incluídos juros e tarifas bancárias). Financeiro: Juros associados às instalações industriais. Cabe ressaltar que os impostos, neste trabalho, são considerados constantes e igual ao 23,93% da projeção de faturamento total. Este valor é devido ao fato da capacidade da planta de pirólise existente gerar um faturamento menor que um milhão e duzentos mil reais (R$1,2 milhão), limite estabelecido de acordo com o Sistema Unificado para Pagamentos dos Impostos (SIMPLES). Os impostos são os seguintes: Imposto sobre Circulação de Mercadoria e Serviço (ICMS); Programa de Integração Social (PIS); Contribuição para Financiamento Social (COFINS); e Imposto de Renda sobre Lucro Presumido. Os custos de operação, que corresponde a quase totalidade dos custos fixos operacionais (trabalhos de manutenção, despesas gerais, seguros, dentre outros), foram baseados em uma percentagem do investimento inicial (tabela 2). Tabela 2 Custos fixos operacionais anuais (período de 12 h/24 dias ao mês). Descrição % Investimento Inicial Valor (R$) Labores de manutenção Materiais de manutenção Despesas gerais Seguros Outros custos fixos 1% 3% 2% 2% 1% 4.813, , , , ,00 Mão-de-obra operacional 6 operários ,00 TOTAL ,00 Custos Variáveis. Os custos variáveis, ao contrario dos custos fixos, são aqueles que variam proporcionalmente ao nível de produção industrial e, também, à estrutura de vendas adotada pela empresa. Obviamente, o que determinará se um custo é fixo ou variável é a natureza das atividades da empresa e de seus processos produtivos. O modelo básico adotado neste trabalho para os custos variáveis considera os dispêndios com matéria-prima, embalagens, comissão de vendas e impostos diretos sobre as vendas. Os custos variáveis de operação mais importantes para este estudo serão a matéria prima utilizada (bagaço de cana-de açúcar), eletricidade, areia sílica e carvão, listados a seguir na tabela 3.

7 Tabela 3 Custos variáveis operacionais (período de 16 h/24 dias ao mês). Insumos Preço unitário Eletricidade R$0,25/kW (e 20 kw de potência instalada) Bagaço de cana-de-açúcar R$25,00/t Areia Sílica R$0,35/kg Carvão R$250,00/t Nota.Para o funcionamento do reator, utiliza-se 1,5 t/mês de areia sílica. A seguir simula-se os custos variáveis segundo a eficiência da planta, operando 12 horas diárias (dois turnos) durante 24 dias do mês. Assim, a simulação é feita para o mesmo reator porém com diferentes vazões de alimentação. Considera-se (inicialmente) a eficiência da planta de 60% em três situações: alimentação de 200 kg, de 150 kg e de 100 kg, conforme a tabela 4 a seguir. Tabela 4 - Custos variáveis de operação segundo alimentação e 60% de eficiência. Descrição Alimentação:100 kg Alimentação:150 kg Alimentação:200 kg Bagaço de cana Carvão Energia elétrica Tambores R$ ,00 R$ 1.440,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 1.440,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 R$ 1.440,00 R$ ,00 R$ ,00 TOTAL R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 Convém observar que a matéria-prima utilizada na confecção da planilha de custos, que é o bagaço de cana (na experiência foi utilizado o capim elefante), tem custos cujos valores são iguais para as alimentações 100 kg e 150 kg, crescendo exatamente 1/3 na avaliação da alimentação de 200 kg. A seguir são apresentadas algumas simulações referentes às vendas realizadas e a renda líquida obtida na operação (tabela 5). Assume-se que a planta opera com 60% de eficiência e que toda a produção é vendida ou tem destino segundo os interesses da empresa. O rendimento em bio-óleo estimado por kg de biomassa seca alimentada foi de 60% e o preço de venda R$ 1.000,00 a tonelada. Considerou-se também que, junto ao bio-óleo, eram obtidos 0,1 kg de finos de carvão vegetal por kg de biomassa seca, cujo preço de venda foi considerado como sendo de R$ 250,00 a tonelada, e que o mesmo devia ser incluído dentro da projeção de faturamento. O preço de venda do bio-óleo, de R$ 1.000,00 a tonelada, foi considerado levando-se em consideração a sua aplicação mais promissora, como substituto imediato do fenol petroquímico na formulação de resinas fenólicas. A fração fenólica do bio-óleo pode substituir o fenol petroquímico em até 50% em massa. Neste caso, o preço do bio-óleo foi levantado em relação ao preço do fenol, o qual é, atualmente, de aproximadamente US$1.000,00 a tonelada. Considerou-se, portanto, um preço de venda para o bio-óleo de aproximadamente US$ 400,00 (para uma taxa cambial de US$1=R$2,5).

8 Para o caso dos finos de carvão vegetal assumiu-se como preço de venda o custo de produção por quilograma de carvão vegetal obtido na análise econômica preliminar realizada (Olivares et al., 2001). Realizando-se uma comparação, vê-se que o preço do carvão vegetal no mercado consumidor varia desde US$ 60-80/t para o carvão vegetal siderúrgico até US$ 400,00/t para o carvão para churrasco no mercado varejista. Tabela 5 Vendas e renda líquida anual presumida para uma planta operando com eficiência de 60% (em reais). Descrição Alimentação:100 kg Alimentação:150 kg Alimentação:200 kg Receita das vendas (*) Bio-óleo Carvão vegetal -Custo operacional variável -Custo operacional fixo (+admin.) -Depreciação =Renda operac. Líquida (LAJIR) -Juros da dívida =Ganhos antes Impostos (LAIR) -Impostos (23,93%) =Renda Líquida , , , , , , , ,00 978, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00 Obs. As despesas com administração foram incluídas no custo operacional fixo, já que é pequena (R$5.200,00 anuais) pois a empresa utiliza a estrutura já montada, não havendo necessidade de criar novo departamento para a produção do bio-óleo. (*) Produc. anual bio-óleo = alimentação x rendim. (60%) x 12 h/dia x 24 dias/mês x 12 meses/ano. Produc. anual carvão = alimentação x rendim (15%) x 12 horas/dia x 24 dias/mês x 12 meses/ano. É importante destacar que se assume que toda a produção obtida para o bioóleo e para o carvão é efetivamente vendida, conseguindo-se receita máxima. A taxa de juros da dívida, por sua vez, foi fixada em 40% anuais. 6. ANÁLISE DOS RESULTADOS A partir dos resultados obtidos, pode-se tecer algumas considerações quanto a viabilidade econômica do projeto, cuja depreciação da planta deve ocorrer em 10 anos. Considerando que a planta irá operar com eficiência de 60%, a tabela 6 apresenta os parâmetros econômicos do projeto. Como a taxa de atratividade do setor químico em geral é de 10% anuais, esta foi considerada para efeito de cálculo do valor presente líquido, já que a empresa não possui informações suficientes para determinar seu custo médio ponderado de capital. Tabela 6 Viabilidade econômica da planta com eficiência de 60%. Descrição Alimentação:100 kg Alimentação:150 kg Alimentação:200 kg Payback Taxa Interna de Retorno (TIR) Valor Presente Líquido 128 anos negativa R$ ,00 6,28 anos 9,48% anuais R$ ,00 3,18 anos 28,90% anuais R$ ,00 Percebe-se que o projeto é inviável se a planta operar abaixo de alimentação de 150 kg. Operando com 150 kg, a empresa se mostra deficitária, porém está bem

9 próxima de seu ponto de equilíbrio. Assim, algumas alterações nas despesas da empresa, como por exemplo utilizando capim elefante como matéria-prima em substituição ao bagaço de cana (como foi feito originalmente na planta piloto e desde que exista oferta suficiente), pode torná-la viável neste patamar de produção, isto em relação a taxa interna de retorno e ao valor presente líquido. Contudo, a limitação está no tempo de retorno do capital investido que é relativamente longo. Por sua vez, se a planta operar com alimentação de 200 kg por hora, ela se mostra eficiente e o projeto se apresenta como plenamente viável do ponto de vista econômico. Convém lembrar que os resultados obtidos se referem a uma planta para a produção do bio-óleo e do carvão vegetal, acoplada a uma estrutura administrativa já pronta para atender a atividade principal da empresa. Assim, está-se admitindo que a empresa tem um quadro administrativo capaz de suprir suas duas atividades. Caso haja o interesse em montar uma empresa unicamente para produzir o bio-óleo, certamente, haverá um custo maior do que o apresentado, a qual deve-se incluir os ativos fixos existentes nos escritórios. Possíveis custos relacionados às questões ambientais não foram considerados neste trabalho, assim como não estão incluídas as possíveis venda de outros produtos além dos dois citados. 7. CONCLUSÕES Freqüentemente se costuma fazer análises econômicas de tecnologias para diferentes escalas visando o estudo da viabilidade econômica em função do volume de produção. Esse processo é feito quase sempre sem considerar as mudanças que experimentam a qualidade dos produtos durante a mudança de escala. O uso de relações lineares na maioria dos casos leva à tomada de decisões técnicas e financeiras equivocadas. Esse fato se deve à relação existente entre a qualidade do produto e o preço de venda. Essa situação exige o conhecimento das verdadeiras relações de escala entre plantas de diferentes tamanhos visando conhecer as possíveis distorções entre as características de qualidade do produto ou processo nas diferentes escalas e sua influência nos parâmetros econômicos e financeiros. A análise de viabilidade econômica apresentada neste trabalho considerou que a capacidade da planta de pirólise pode ser ampliada sem alterar a estrutura geométrica dos equipamentos usados em cada operação unitária. Os resultados mostraram que é possível ter viabilidade econômica a partir da alimentação de 200 Kg/h de biomassa, com um investimento inicial de aproximadamente ,00 reais. Qualquer que seja a analise feita para este processo que situe acima de 200 Kg/h tem que levar em conta o efeito da mudança de tamanho dos equipamentos sobre a qualidade e rendimento do bio-óleo e os finos de carvão. O grupo de pesquisa e desenvolvimento da Unicamp julga que esse desenvolvimento tecnológico é uma forma de agregar valor aos resíduos agroindustriais e gerar renda e postos de trabalhos de forma economicamente viável e em sintonia com o meio ambiente. A BIOWARE, empresa incubada pela Unicamp, pretende desenvolver comercialmente esse sistema. Informações sobre o projeto e a empresa podem ser obtidos no site da empresa em

10 8. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao suporte financeiro aportado a esse desenvolvimento tecnológico provenientes do Ministério de Minas e Energia sob acordo de cooperação No. 007/2002-MME/FUNCAMP e da FAPESP sob números de processo 98/ , 01/ , 01/ e 02/ (PIPE). 9. BIBLIOGRAFIA Kaplan, S. Energy Economics Quantitative Methods for Energy and Environmental Decision. Mac Graw Hill, MAX S. PETERS AND KLAUS D. TIMMERHAUS. Plant Desing and Economics for Chemical Engineers, 4ed., McGraw-Hill, Inc., USA, OLIVARES-GOMEZ, E. (2002) Estudo da Pirólise Rápida de Capim-Elefante (Pennisetum purpureum) em Leito Fluidizado Borbulhante Mediante Caracterização dos Finos de Carvão. Tese de doutorado, FEAGRI/UNICAMP, Campinas, SP.