O aproveitamento da biomassa

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1 A energia das plantas De onde vem a biomassa As fontes de biomassa se diferenciam de acordo com suas características ou origens. Considera-se biomassa primária aquela obtida de produtos originados diretamente da natureza, como a lenha e a cana-de-açúcar. Já a biomassa secundária é um produto resultante de algum processo de conversão dos combustíveis energéticos primários. E podem ter origens diversas, sendo divididas em três tipos de fontes: vegetais não lenhosos, vegetais lenhosos e resíduos orgânicos. Veja, abaixo, alguns dos produtos que permitem a obtenção de energia a partir do aproveitamento da biomassa. Esse aproveitamento pode ser obtido tanto por queima direta quanto por meio de processos termoquímicos ou biológicos. Principais tipos de biomassa para gerar energia 1. Sacarídeos cana Vegetais não lenhosos 2. Celulósicos 3. Amiláceos capim O aproveitamento da biomassa Energia que vem das plantas é uma das fontes mais econômicas e limpas que existem 4. Aquáticos 5. Oleaginosas algas milho Os vegetais são usinas naturais fantásticas, capazes de produzir seu próprio alimento. Fazem isso usando a luz solar, que gera reações químicas entre o dióxido de carbono e a água, fornecendo a glicose, substância que as plantas usam para o seu crescimento. Além disso, elas fazem uma faxina na atmosfera, removendo o gás carbônico, que é o principal responsável pelo aumento do efeito estufa no planeta. Mas, além de produzirem a energia que precisam, os vegetais em si, ou parte deles, podem gerar energia quando queimados. É a bioeletricidade. Essa geração já acontece na maioria das usinas produtoras de açúcar e etanol, que usam uma parte da palha e o bagaço da cana para gerar eletricidade: 80% da bioeletricidade do país vem da indústria sucroenergética. A maior parte é destinada para consumo da própria usina, na produção de açúcar e etanol, sendo o excedente vendido para o sistema elétrico nacional (veja o infográfico sobre a produção de bioeletricidade nas próximas páginas). Em 2011, a energia vendida pelas usinas de açúcar e etanol para grandes consumidores (como indústrias) e empresas distribuidoras de energia elétrica foi o equivalente ao abastecimento anual de 5 milhões de residências. Mas há palha e bagaço suficientes para colocar a bioeletricidade como a segunda maior fonte geradora do país, atrás só da hidreletricidade. Mesmo sem explorar todo esse potencial, a bioeletricidade gerada em 2011 economizou 5% da águas dos reservatórios das hidrelétricas nas regiões Sudeste e Centro-Oeste. Vegetais lenhosos Resíduos orgânicos 1. Madeiras 1. Agropecuários 2. Urbanos 3. Agroindustriais Fonte: Centro Nacional de Referência em Biomassa/IEE/USP 18 Estudo Municípios Canavieiros BIOELETRICIDADE 19 imagens:, acervo horizonte, João Prudente/pulsar imagens eucalipto esterco bagaço lixo girassol

2 Tudo é aproveitado Além da produção de açúcar e etanol, a bioeletricidade pode ser gerada a partir da cana-de-açúcar. Saiba como COLHEITA Cada tonelada de cana gera, em média, 250 quilos de bagaço e 200 quilos de palha Transporte A cana segue para ser moída. O caldo se transformará em açúcar e etanol. A palha e o bagaço que restam da moagem nas usinas seguem para queima numa caldeira Caldeira O calor transforma água em vapor, que é usado como fonte de dois tipos de energia: mecânica, que movimenta os equipamentos da usina, e térmica, empregada Vapor Água para aquecimento no processo produtivo do etanol e do açúcar Caldeira Usina de etanol Usina de açúcar Açúcar Etanol Turbina PROCESSAMENTO Parte do vapor gerado pela caldeira é levada para uma turbina, que transforma energia mecânica em eletricidade, usada pelas próprias usinas Rede de transmissão Transporte de etanol Edson Silva/Folhapress O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com 490 milhões de toneladas anuais (safra 2011/2012), sendo também o principal exportador deste produto e o segundo produtor mundial de etanol. Atualmente, as principais regiões produtoras são a Sudeste (onde a cultura da cana-de-açúcar foi introduzida, ainda no século 16) e a Centro-Oeste, onde ela vem se expandindo na última década. O mapa das usinas e da exportação Confira a localização das principais usinas processadoras de cana-de-açúcar do país e os portos de onde saem o açúcar e o etanol brasileiros para exportação (dados relativos à safra 2011/2012) 20 energia Térmica O Brasil da cana-de-açúcar De olho na caldeira A QUEIMA DA BIOmassa Forno da caldeira é alimentado com o bagaço e a palha da cana-de-açúcar energia mecânica DISTRIBUIÇÃO O excedente de energia elétrica é vendido para o sistema elétrico nacional em leilões, ou para grandes consumidores Transporte de açúcar Na usina de biomassa movida a bagaço e palha da cana-de-açúcar, os resíduos abastecem o forno responsável pelo aquecimento da caldeira. A água em ebulição produz grande quantidade de vapor, que é conduzido por uma tubulação até a turbina. Esta, por sua vez, é movimentada pelo vapor sob pressão, fazendo com que o gerador produza eletricidade. A eletricidade gerada irá abastecer a usina de açúcar e etanol e o excedente irá para a rede elétrica, porque não pode ser armazenado. Capacidade Em 2011, as usinas que processam cana-de-açúcar no Brasil produziram bioeletricidade suficiente para abastecer 5 milhões de residências por um ano Estudo Municípios Canavieiros BIOELETRICIDADE SUAPE (PE) 1% 4% Participação regional na produção de cana-de-açúcar CABEDELO (PB) Norte Usinas Portos exportadores Nordeste 0,5% RECIFE (PE) 11, Centro-Oeste 16,5% MACEIÓ (AL) 8% 9% Sudeste 7,3% Exportação de etanol Fontes: Unicadata e MAPA VITÓRIA (ES) 1% RIO DE JANEIRO (RJ) 64,5% Sul Exportação de açúcar SANTOS (SP) 7 67% PARANAGUÁ (PR) 15% 15% 21

3 A biomassa e o aquecimento global Saiba por que a energia que vem das plantas ajuda o planeta Combustível verde No ciclo completo, a emissão de CO 2 pelo etanol é 89% menor que a da gasolina Emissão de CO 2 para cada mil litros de etanol produzido e consumido BIOELETRICIDADE A biomassa tem potencial para ser a segunda maior fonte de eletricidade do país. Assista ao vídeo que discute isso no DVD do kit educacional A biomassa da cana deve ser responsável, em 2020, por 35% da oferta de energia no Brasil A biomassa e outras fontes de energia renováveis, como a eólica e a solar, são uma alternativa às fontes não renováveis petróleo, gás natural e carvão mineral para reduzir a emissão dos gases que reforçam o efeito estufa. Efeito estufa é um fenômeno natural que mantém a temperatura média na Terra em torno de 14 graus, condição essencial para o desenvolvimento e para a manutenção da vida no planeta. Quando os raios do Sol chegam à Terra, cerca de 70% da radiação solar é absorvida pelo ar, pela terra e pelas águas dos oceanos, evitando que todo o calor se dissipe e o planeta congele. Redução de emissões de Gases de Efeito Estufa Veja a redução em diferentes biocombustíveis usados no mundo quando comparados com a gasolina Cana Soja Milho Trigo Beterraba No entanto, de acordo com os cientistas do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC, na sigla em inglês) da Organização das Nações Unidas (ONU), os milhões de toneladas de gás carbônico jogadas pela ação humana na atmosfera desde a Revolução Industrial, principalmente da queima de carvão, petróleo e gás natural, que ainda dominam a matriz energética mundial, ampliaram o efeito estufa e vêm provocando aquecimento global. Com um aumento na temperatura média da Terra entre 0,3 e 0,6 grau, o século 20 foi o mais quente dos últimos 500 anos e as últimas décadas do século foram as que tiveram as maiores médias de temperatura. Com uma matriz energética mais limpa que o resto do mundo, o Brasil emite 1,4 tonelada de dióxido de carbono (tco 2 ) por tonelada equivalente de petróleo (TEP), no mundo esse indicador é de 2,4 tco 2 /TEP; e nos países com forte presença de óleo, gás e carvão mineral em suas matrizes, esse indicador ultrapassa 3 tco 2 / TEP (veja definição de TEP na pág. 7). Para 2020, estudos do Ministério de Minas e Energia mostram que a biomassa deve passar 1. Cultivo e colheita Tratores, colheitadeiras e insumos agrícolas emitem gás carbônico (CO 2 ). A queima da palha na colheita manual também. Emissão: kg de CO 2 4. Bioeletricidade O uso do bagaço e da palha para geração de bioeletricidade evita novas emissões de gases de efeito estufa na atmosfera. Emissão evitada: 225 kg de CO 2 2. Crescimento A cana-de-açúcar funciona como se fosse uma esponja natural, absorvendo grandes volumes de CO 2 enquanto cresce. Absorção: kg de CO 2 5. Transporte O etanol é levado aos postos de combustível em caminhões movidos a óleo diesel, que emitem gás carbônico no trajeto. Emissão: 50 kg de CO 2 Etanol: - = de 35% de participação na matriz brasileira. A Emissão gerada Absorção e emissão evitada 61% a 91% 31% a 57% 1% a 49% 16% a 69% 30% a 50% cana-de-açúcar, hoje a segunda maior fonte de (etapas ) (etapas 2+4) Fontes: Legislações para energias renováveis em vigor nos Estados Unidos (Padrão de Energia Renovável - RFS2) e na União Europeia (Diretiva 2009/28/EC); Avaliação Econômica das energia, deve ser a principal indutora do crescimento no período kg de CO kg de CO 2 Políticas de Apoio aos Biocombustíveis, OCDE, Estudo Municípios Canavieiros BIOELETRICIDADE ; sxc Emissão gerada 260 kg de CO 2 89% menor que a da gasolina 3. Processamento A fermentação e a queima do bagaço e da palha para a geração de energia emitem gás carbônico. Emissão: kg de CO 2 6. Motor dos automóveis A queima do etanol nos veículos gera gás carbônico, mas em menor quantidade do que a emissão dos motores movidos a gasolina. Emissão: kg de CO 2 BALANÇO FINAL DE EMISSÃO DE CO 2 DO ETANOL E DA GASOLINA divulgação Gasolina: emissões com uso equivalente ao do etanol kg de CO 2 23

4 O potencial de crescimento da bioeletricidade e suas vantagens palha. Aproximadamente metade da palha permanece na própria zona de plantio, para preservar a umidade do solo. O restante da palha, que possui alto poder calorífico, será acrescentado ao bagaço para alimentar as caldeiras das usinas. Somente o bagaço e a palha que sobram do processamento feito pelas usinas de açúcar e etanol teriam potencial para gerar 15 mil megawatts médios o equivalente à geração elétrica de mais de três usinas hidrelétricas de Belo Monte. A bioeletricidade garante autossuficiência de energia das usinas Independência energética O bagaço é a matéria-prima principal usada nas caldeiras das usinas MW médio Na falta de uma, tem-se a outra No Brasil, a bioeletricidade complementa a oferta de energia das hidrelétricas nos períodos de estiagem Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Energia gerada no futuro por bioeletricidade Energia gerada no futuro por hidrelétricas em construção Energia gerada hoje pelas hidrelétricas em operação Fonte: União da Indústria de Cana-de-Açúcar, 2009 Tradicionalmente a biomassa inclui lenha, mas vem crescendo o uso de resíduos do agronegócio, como da cana-de-açúcar, e de indústrias de papel e celulose. Resíduos de madeira, estrume, lixívia, casca de arroz e até o lixo doméstico podem funcionar como fontes de biomassa. Hoje, cerca de 10% das necessidades mundiais de eletricidade são atendidas por fontes como essas, mas esse percentual pode chegar a 30% com programas de plantio de culturas especialmente voltadas a essa finalidade. No Brasil usa-se a cana-de-açúcar para gerar bioeletricidade desde a década de E o potencial de crescimento é muito grande, pois cada tonelada de cana colhida produzirá 250 quilos de bagaço, depois de moída, e outros 200 quilos de A geração de eletricidade pelas hidrelétricas depende do volume de água dos rios. Isso significa que nos meses de estiagem, se a seca for muito intensa, será preciso recorrer às termelétricas movidas a combustível fóssil. A bioeletricidade gerada da cana-de-açúcar pode compensar esse desequilíbrio, pois o período de safra da cana coincide exatamente com os meses de menos chuva nas regiões Sudoeste e Centro- Oeste. São nessas regiões que se concentram a maior parte das usinas de etanol e açúcar e a maior demanda por eletricidade. Colheita mecanizada evita queimada Atualmente, as usinas hidrelétricas fornecem mais de 70% da energia elétrica no Brasil. O país optou inicialmente por esse tipo de fonte por causa, principalmente, do grande número de bacias hidrográficas, muitas delas com rios caudalosos. Mas, com o aumento da demanda por energia e as secas recorrentes em algumas regiões do país, as usinas termelétricas têm sido cada vez mais solicitadas, principalmente as movidas com os resíduos da cana. Isso acontece graças a uma coincidência no calendário: a bioeletricidade gerada a partir do bagaço, da palha e das pontas da cana acontece durante a colheita da safra, entre os meses de abril e novembro. E essa época coincide com o período de seca no país, quando o setor elétrico se encontra sobrecarregado por conta da redução da água nos reservatórios das usinas hidrelétricas (veja gráfico na página anterior). No Estado de São Paulo, que concentra a maior demanda de energia elétrica do país, a bioeletricidade fornecida para o setor elétrico já representa 5% da energia consumida no estado. O setor sucroenergético e o governo do Estado de São Paulo assinaram o Protocolo Agroambiental, que promove a antecipação dos prazos legais para o fim da queima da palha de cana até o ano de 2017, o que acrescentará mais biomassa disponível para a geração de energia elétrica. Além de a palha apresentar um poder calorífico quase duas vezes superior ao do bagaço, a medida contribuirá para a redução de 62 milhões de toneladas de CO 2, somente no Estado de São Paulo. Atualmente, a colheita mecanizada representa 8 da safra no Centro-Sul e 72,6% no estado de São Paulo, de acordo com dados do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), respectivamente. Além de buscar independência energética ou seja, ter capacidade de suprir suas necessidades energéticas dentro de seu território um país deve buscar diversificar suas fontes de energia, para não depender de poucas, que podem ter alguma restrição e criar uma crise de fornecimento que possa atrapalhar o crescimento da sua economia. Nos próximos dez anos, o Brasil precisará dobrar sua capacidade instalada de energia elétrica. Atualmente, das cerca de 400 usinas sucroenergéticas, apenas 40% exportam eletricidade para a rede elétrica as demais, por enquanto, são apenas autossuficientes em termos de uso da energia. Mas as estimativas mostram que essa oferta pode crescer, já que a produção em uma década (de 2010 a 2020) deve dobrar. projeções para a indústria de cana-de-açúcar brasileira 2010/ / /21 Produção de cana-de-açúcar (milhões t) Açúcar (milhões t) 38,0 44,8 51,1 Etanol (bilhões de litros) 27,4 44,3 69,7 Bioeletricidade (GW médio) 1,0 8,6 15,3 Bioeletricidade na matriz brasileira (%) Premissa das projeções Açúcar para exportação: Manutenção da participação do Brasil de 50% do mercado mundial de açúcar até 2020/21. Etanol mercado doméstico: 50% de participação no total de energia consumida pelos veículos leves (ciclo Otto) em 2020/21. Etanol exportação: Crescimento gradativo das exportações de etanol, alcançando 3,5 bilhões de litros em 2015/16 e 13 bilhões de litros em 2020/21, considerando apenas o volume previsto no mandato americano de etanol avançado. Etanol para outros fins : Demanda de 5 bilhões de litros em Estudo Municípios Canavieiros BIOELETRICIDADE 25

5 A biomassa no mundo e a nova geração de biocombustível Consumidor abastece com etanol de milho nos EUA Atualmente, a biomassa é a quarta maior fonte de energia da matriz global, atrás apenas do petróleo, do gás e do carvão mineral. Mesmo com a crise econômica mundial que teve início em 2008, a indústria do etanol segue crescendo. Em 2012, a produção do biocombustível alcançou 85 bilhões de litros no mundo. De acordo com a Global Renewable Fuels Alliance, organização não governamental dedicada à promoção do biocombustível, a indústria do etanol oferece 1,4 milhão de empregos e contribui com US$ 277,3 bilhões para a economia mundial. Os Estados Unidos e o Brasil continuam sendo os maiores produtores de etanol, mas novas regiões do globo despontam como fronteiras agrícolas na produção de biocombustível (veja no mapa abaixo). Economia de baixo carbono As principais culturas utilizadas na produção do etanol são cana-de-açúcar, milho, trigo, beterraba e mandioca. Além delas, alguns materiais orgânicos crus, que incluem plantas e árvores como eucaliptos, podem ser utilizados na geração de calor e bioeletricidade. Se cana e milho são cultivos disseminados pelo mundo, o uso de culturas perenes para a bioeletricidade como certos tipos de gramíneas e outras culturas com celulose na sua massa corporal está aumentando porque essas não precisam ser replantadas após a colheita e exigem menos água do que culturas tradicionais. Outro tipo de fonte que vem sendo estudada intensivamente para a produção de biocombustíveis são as algas. Esses organismos fotossintéticos, encontrados na água doce e salgada, são conhecidos por seu rápido crescimento e alto conteúdo de energia. Em diversas partes do mundo, pesquisas envolvendo fontes renováveis, como as algas, vêm sendo patrocinadas por empresas e governos, rumo a uma economia de baixo uso do carbono. Laboratório da Amyris do Brasil: ciência a favor da produtividade na agroindústria Amyris do Brasil S.A. Etanol de segunda geração: a nova fronteira O etanol celulósico, também chamado de segunda geração, é aquele produzido a partir do bagaço e da palha da cana, por meio da ação de ácidos e enzimas. Essa nova tecnologia, que possibilita um aumento de até 40% de produção na mesma área de plantio, vem sendo produzida, em pequena escala, em algumas usinas piloto do Nordeste e do Sudeste do país. O etanol de segunda geração deve começar a ser vendido no Brasil a partir de De acordo com os pesquisadores envolvidos desde 2007 com essa nova tecnologia de vanguarda, o etanol celulósico é tão eficiente quanto o de primeira geração, feito a partir do caldo da cana. A diferença está na competitividade econômica e na vantagem ambiental. Como é produzido da celulose existente no bagaço e na palha, o ciclo de vida do produto consome menos energia e emite menos gases que provocam aquecimento global. Para se obter o produto, pequenas porções de palha e bagaço são tratadas com calor ou com ácido para exporem o material celulósico à ação de enzimas. Nessa etapa, a celulose é convertida em açúcares, que são submetidos à fermentação e à destilação em equipamentos já existentes nas usinas. Como se busca eficiência e baixo custo de produção, os resíduos da cana surgem como ótima opcão. No entanto, quaisquer plantas poderiam ser utilizadas na produção do etanol de segunda geração. No exterior, existem outras alternativas como, por exemplo, os resíduos das colheitas do milho, do trigo e do arroz. A biomassa no mundo Regiões produtoras de etanol e as matériasprimas utilizadas na sua produção CANADÁ A produção de energia a partir da biomassa cresce em todo o mundo, suprindo a necessidade dos países de substituírem os combustíveis fósseis por fontes renováveis e menos poluentes. Índia, Austrália, Argentina, Colômbia, Equador, África do Sul, Vietnã e Indonésia também têm na cana-de-açúcar a principal fonte de biomassa, enquanto na América do Norte a principal fonte é a que vem do milho. EUA união europeia índia china tailândia COLOMBIA Produção em milhões de litros Continentes / Ano Europa África América do Norte/Central América do Sul Ásia e Pacífico Mundo Fonte: Renewable Fuels Association, 2012 EQUADOR ARGENTINA BRASIL Africa do sul Legendas: cana-de-açúcar MILHO BETERRABA MANDIOCA indonésia austrália 26 Estudo Municípios Canavieiros BIOELETRICIDADE TRIGO 27

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