COMPARAÇÃO DA PRODUÇÃO DE ENERGIA COM DIESEL E BIODIESEL ANALISANDO TODOS OS CUSTOS ENVOLVIDOS

Transcrição

1 COMPARAÇÃO DA PRODUÇÃO DE ENERGIA COM DIESEL E BIODIESEL ANALISANDO TODOS OS CUSTOS ENVOLVIDOS Miguel Edgar Morales Udaeta Riardo Laerda Baitelo Geraldo Franiso Burani José Aquiles Baesso Grimoni GEPEA-USP Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétrias da Esola Politénia da Universidade de São Paulo Av. Prof. Luiano Gualberto, travessa 3, 158; CEP: ; São Paulo - SP Brasil udaeta@pea.usp.br RESUMO Este trabalho tem omo objetivo um estudo omparativo entre duas fontes de energia: diesel e biodiesel. Para a análise omparativa, é utilizada a Análise de Custos Completos, uma ferramenta de análise omparativa, que engloba todos os fatores inorridos num determinado empreendimento; não somente aspetos ténios e eonômios, omo também ambientais e soiais. A partir dos resultados obtidos neste estudo, onlui-se que os dois ombustíveis se equiparam, obtendo pratiamente a mesma pontuação. Contudo, o diesel é mais viável do ponto de vista ténio-eonômio, enquanto o biodiesel se mostra bastante promissor dos pontos de vista ambiental e soial. ABSTRACT This paper presents the result of a study omparing two energy resoures: diesel and bio-diesel. For the omparative analysis, the full ost aounting is used, a tool that enompasses all the fators involved in a speifi projet, inluding not only tehnial or eonomial aspets, but also environmental and soial aspets. Aording to the results, it is pointed that both fuels are omparable, sine both of them obtained similar sores. However, diesel fuel has more tehnial and eonomial advantages, whereas biodiesel proves to be superior in terms of soial and environmental areas. 1. INTRODUÇÃO A rise energétia brasileira gerou questões em disussão quanto à disponibilidade de reursos energétios e a oferta de energia. Várias propostas foram debatidas e o governo adotou medidas emergeniais de investimento no setor elétrio para onter a falta de oferta em algumas regiões do Brasil. Um dos setores da indústria que destaou neste período foi a produção de grupos geradores, pois, para atingir as metas de raionamento sem prejudiar a produção, as indústrias reorreram aos grupos geradores para fugirem do merado spot. O prinipal ombustível utilizado para a geração de eletriidade é o óleo diesel, subsidiado pelo governo, sendo aproximadamente 15% da quantidade onsumida naionalmente importada. É derivado do petróleo, ombustível fóssil não-renovável e

2 prinipal fonte poluidora de gases responsáveis pelo aqueimento global; questão problemátia nas prinipais metrópoles do mundo. Vários países têm feito pesquisas que visam a substituição do óleo diesel pelo biodiesel, dentre eles a Alemanha, que já produz biodiesel a ustos igualitários ao óleo diesel. No Brasil existem entros de pesquisa que estudam a viabilidade de produção do bioidiesel no país, projetos piloto em alguns estados e o PROBIODIESEL, Programa naional de inentivo ao Biodiesel, riado em Dada a ampla disponibilidade de óleos vegetais e álool etílio de ana-de-açúar, esta tenologia representa um grande potenial omo alternativa energétia para o Brasil. Assim, o esopo deste trabalho é foalizar a produção de energia elétria utilizando estes dois ombustíveis e fazer uma análise omparativa através da ferramenta de ustos ompletos, inorpora todos as dimensões de análise relevantes a tal empreendimento. 2. GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM DIESEL A geração de energia elétria om óleo diesel é enontrada prinipalmente em entrais termelétrias, regiões isoladas da rede elétria e indústrias que utilizam grupos geradores omo sistemas de emergênia e operação na ponta, visando aumentar a onfiabilidade da planta e eonomizar a fatura de energia. O foo deste trabalho foi direionado à utilização de grupos geradores operando na ponta, por se tratar de seu uso mais freqüente nas indústrias. A implantação de grupo gerador requer um estudo minuioso de operação, onexão om a rede e proteções do sistema elétrio, exigidas pela onessionária no paralelismo. Dependendo do tipo de utilização, o usto de instalação varia de 10 a 30% do equipamento e sua vida útil é de 20 a 25 anos, om usto de manutenção a R$ 0,30/ kw, hegando a um usto de geração pós raionamento (fim de 2002) de R$280,00/MW para óleo diesel e R$340,00 para biodiesel, e de R$480,00/MW e R$ 610,00/MW (valores atualizados de 2004). Tais quantias podem sofrer variações intimamente ligadas ao usto do ombustível. Do ponto de vista ténio-eonômia, india-se o óleo diesel omo fonte mais vantajosa, pois o prazo de retorno de apital investido é de 2 a 2,5 anos operando na ponta de indústrias om fatores de arga e demanda típias. O biodiesel ainda não é viável eonomiamente, no entanto apresenta vantagens ambientais om baixas emissões de poluentes e a possibilidade de tornar-se um produto promissor para o setor agríola. 3. BIODIESEL O Biodiesel (éster de áidos graxos) é um substituto do diesel, de ombustão mais limpa, feito de fontes naturais renováveis tais omo óleos vegetais e animais. Assim omo o diesel mineral, o biodiesel opera em motores de ombustão-ignição. Pode ser usado omo um substituto, mistura ou aditivo ao óleo diesel. Misturas de até 20% de biodiesel (a 80% de diesel onvenional) podem ser usadas em pratiamente qualquer equipamento diesel e são ompatíveis om a maioria dos equipamentos de armazenamento e distribuição. Tais misturas (20% ou menos) não requerem nenhuma modifiação de motor e podem proporionar performanes próximas às do diesel. Misturas mais elevadas, ou até o biodiesel puro (100% biodiesel, ou B100), podem ser usadas em muitos motores om pequenas alterações, posto que as propriedades físias do Biodiesel são muito semelhantes às do Diesel. O uso do Biodiesel em um motor onvenional a diesel reduz substanialmente as emissões de hidroarbonetos não queimados, monóxido de arbono, sulfatos, hidroarbonetos aromátios poliílios, e material partiulado. Tais reduções aumentam onforme a quantidade de biodiesel misturado ao diesel. As maiores reduções são obtidas usando-se o B100 (biodiesel puro). Há ainda

3 diminuição da fração de arbono sólido de material partiulado (já que o oxigênio do biodiesel possibilita uma ombustão mais ompleta do CO 2 ) e reduz a fração de sulfatos (biodiesel ontém menos de 24 ppm de enxofre), mantendo onstante ou aumentando a porção solúvel de material partiulado. Assim, o biodiesel funiona bem om novas tenologias omo atalisadores (que reduzem a fração solúvel de partíulas diesel, mas não a fração de arbono sólido) e reirulação de gases de esape. Emissões de óxidos nítrios, no entanto, aumentam de aordo om a onentração do biodiesel no ombustível e o tipo de biodiesel usado. A maior desvantagem do biodiesel é ainda o seu usto de geração, mais elevado que o do diesel, analisado mais adiante neste trabalho. Subsídios do governo seriam esseniais para possibilitar a produção do biodiesel. O potenial de substituição do diesel onvenional é ainda pequeno, já que a quantidade de óleo vegetal neessária para servir à produção de biodiesel teria que ser suplementar à utilizada para a indústria de alimentação e demandaria grandes volumes de safra para atender ao merado de ombustíveis. 3.1 Produção de Biodiesel O biodiesel é uma evolução na tentativa de substituição do diesel por biomassa, iniiada pelo aproveitamento de óleos vegetais in natura. É obtido por transesterifiação ou aloólise, proesso que onsiste na reação de óleos vegetais om um intermediário ativo, formado pela reação de um álool (normalmente o metanol) om um atalisador. A reação traz omo produtos um éster metílio (biodiesel) e glierol. Os ésteres têm propriedades físio-químias muito semelhantes às do diesel, onforme dados olhidos de inúmeras experiênias realizadas mundialmente. A produção do biodiesel a partir de óleos e gorduras pode ser feita a partir de três reações básias: Transesterifiação do óleo a partir de atalisação básia; Transesterifiação direta do óleo a partir de atalisação áida; Conversão do óleo para áidos graxos e depois para biodiesel. A maioria do biodiesel produzido internaionalmente é feita a partir da reação de atalisação básia por uma série de motivos: Sua baixa temperatura e pressão; Alta onversão (98%) om baixo tempo de reação; É uma onversão direta ao biodiesel sem formação deompostos intermediários; Não é neessária a utilização de materiais de onstrução estranhos. O proesso geral onsiste num óleo ou gordura reagindo om um álool, omo etanol, na presença de um atalisador, produzindo glierina e ésteres metílios ou etílios (biodiesel). O metanol ou etanol é arregado em exesso para ajudar na rápida onversão, sendo reuperado para reutilização. O atalisador usado normalmente é o sódio ou o hidróxido de potássio, já misturado ao álool. 3.2 Motivações para o Uso Naional do Biodiesel A substituição do diesel pelo biodiesel se mostra mais interessante em situações omprovadas de benefíios eonômios e eológios. A meta de uma possível indústria de biodiesel não é tampouo substituir o diesel, mas extender sua utilidade. O papel do biodiesel é trazer benefíios nos ampos eonômio, soial, ambiental e polítio, ontribuindo ainda para a longevidade e efiiênia dos motores Diesel usados em geradores, atendendo a merados que requisitem um ombustível mais limpo e seguro. No ampo ambiental, apesar do aumento da emissão de ompostos nítrios, o biodiesel proporiona a redução de poluentes omo materiais partiulados, monóxido de arbono,

4 hidroarbonetos aromátios poliílios (ompostos anerígenos), óxidos de enxofre, e gás arbônio, em relação ao diesel mineral. O Brasil é um país de grande biodiversidade, muito rio em oleaginosas, ujas ulturas, porém, são restritas a fins alimentíios. Há um grande potenial a ser explorado, tanto em relação ao aproveitamento energétio de ulturas temporárias e perenes, omo em relação ao aproveitamento energétio do óleo residual proveniente da alimentação. A implementação de um programa energétio de biodiesel abre oportunidades para grandes benefíios eonômios e soiais. O aproveitamento do biodiesel traz o efeito eonômio benéfio de reversão no fluxo internaional de apitais além da omerialização internaional de ertifiados de redução de emissões de gases de efeito estufa. O Brasil importa era de 35% do diesel que onsome, 15% na forma de petróleo para refinar e 20% do diesel já refinado. O diesel orresponde a 42% dos derivados de petróleo usados no país, sendo a gasolina responsável por 26%. Com o programa Biodiesel o Brasil ompraria 33% a menos de petrodiesel, o que, de aordo om estudos, representaria uma eonomia nas importações brasileiras do petrodiesel próxima a US$ 75 milhões anuais (o álool, em quase três déadas, já permitiu uma eonomia aima de US$ 4 bilhões om a quantidade evitada de petróleo importado). Do ponto de vista soial, pode-se apontar benefíios deorrentes de um alto índie de geração de empregos (fala-se em empregos) por apital investido; aqueimento de eonomias regionais om o inremento da área de ultivo em hetares de ana-de-açúar (no aso de apliação do biodiesel etílio), hetares de girassol ou hetares de soja, (dependendo do óleo utilizado); valorização do ampo e promoção do trabalhador rural; e ainda demanda por mão de obra qualifiada para o proessamento e benefiiamento dos óleos vegetais. Como benefíio agríola podese ainda apontar o aumento da oferta da fração protéia das oleaginosas, importante insumo para a indústria de alimentos e ração animal, além de nitrogenar o solo durante o resimento, viabilizando o onsório do plantio de outras ulturas. 3.3 O uso naional do Biodiesel No Brasil, há diversas experiênias sobre o uso do biodiesel, proveniente de óleos novos e usados, puros ou misturados ao diesel. Porém, apenas em 98 a Agênia Naional de Petróleo, órgão regulador do setor, publiou a Resolução no. 180, sobre a neessidade de realização de testes préaprovados para a homologação de ombustíveis não espeifiados. Nos últimos anos foram onstatados diversos avanços em relação à implantação do Biodiesel no Brasil, omo o lançamento do programa do governo, o PROBIODIESEL, o projeto de se misturar entre 3 e 5% de biodiesel ao diesel usado em veíulos no país, em pareria om o MCT e universidades brasileiras, e o Projeto Biodiesel Brasil, da USP de Ribeirão Preto, que riou o primeiro biodiesel totalmente renovável do mundo, reduziu o tempo de reação de produção de 6 horas para 30 minutos e ujo laboratório onta om uma apaidade de produção iniial de 1000 litros por dia. Há projetos de implantação em diversos estados brasileiros. No Paraná o biodiesel já é uma realidade, sendo disutida sua expansão de uso; no Rio Grande do Norte, o primeiro projeto-piloto de produção de biodiesel da Petrobras está sendo desenvolvido a partir da mamona; no Rio de Janeiro, o governo estadual planeja produzir o ombustível a partir do girassol e o Are deve ser um dos primeiros estados amazônios a utilizar o biodiesel omo fonte energétia. Em relação ao uso de oleaginosas para a produção naional de biodiesel, há diversas possibilidades omo soja, girassol, milho, pequi, dendê, babaçu, maaúba, algodão, amendoim, entre outros. O Brasil é o maior produtor de soja do mundo, porém maior destaque também deve ser dado a outras oleaginosas, pois da soja são obtidos apenas 400 kg de óleo por hetare, enquanto o girassol e o amendoim rendem o dobro e têm uma extração mais simples do que a da soja, viável somente para grandes industrias. O rendimento das palmeiras é ainda mais superior, tendo omo prinipais

5 representantes o babaçu (1600 Kg de óleo por hetare), a Maaúba (4000 Kg) e o Dendê (5900 Kg por hetare). No entanto, as grandes produções de biodiesel no Brasil deverão ser feitas iniialmente om óleo de soja, em função da maior apaidade produtiva atual desse setor; produtores de pequeno e médio porte poderão reorrer a ultivos de amendoim e girassol. Quanto ao uso do álool para a produção do Biodiesel, muitas vantagens podem ser obtidas se utilizado o etanol, posto que o metanol é um ombustível tóxio, não-renovável (derivado do petróleo) e de tenologia de produção importada. Já o etanol não é tóxio, tem origem vegetal e seria obtido naionalmente, já que o Brasil é o maior produtor mundial de ana de açuar. Tal uso resultaria na retenção de reursos eonômios no país, permitindo o inremento da área plantada, a geração de empregos e apliando uma tenologia totalmente naional, já desenvolvida e eonomiamente viável. As difiuldades anteriores observadas durante os proessos de separação de fases e purifiação foram ompletamente superadas, o proesso foi simplifiado e os ésteres etílios já são foram extraídos om rendimentos químios equivalentes àqueles obtidos na rota metília. Além do domínio naional na obtenção do Biodiesel, houve avanços onsideráveis na purifiação dos subprodutos do proesso, glierina e fertilizantes. 3.4 Avaliação de Custos Completos Englobando os oneitos de desenvolvimento sustentável e planejamento integrado de reursos, os ustos ompletos são uma ferramenta que trabalha questões omo o uso efiiente de energia aos aspetos naturais, eonômios e prinipalmente humanos propondo inorporar, na avaliação de um determinado empreendimento, todos os ustos inorridos em sua realização, impatos e ustos sóioambientais internos ou externos. 4. ANÁLISE COMPARATIVA É adotada uma abordagem qualitativa de avaliação, no intuito de evideniar os impatos assoiados a ada reurso. As etapas de avaliação onsistem em: estudo de possíveis impatos de ada reurso; montagem das Matrizes de Avaliação ; definição de pesos e valorações para ada item (impato) onsiderado; apliação da Matriz para ambos os reursos; disussão dos resultados globais. Para a avaliação, definimos quatro áreas de omparação de geração de energia elétria entre os dois ombustíveis: Ambiental, Ténio-Eonômia, Polítia e Soial. Cada área subdivide-se em ítens a serem avaliados. É atribuído um fator de influênia (FIR) exerido por ada indiador, om pesos de 1 (baixa influênia) a 4 (influênia determinante), onforme a importânia de um fator na tomada de deisão de um reurso. A ada item é atribuída uma lassifiação, om pontuações variando de 2 (ruim) a 10 (bom), onforme o desempenho de ada item. A valoração final de ada item é obtida multipliando-se a lassifiação pelo FIR atribuído ao item. Na matriz de avaliação tem-se a ordenação dos impatos assoiados a ada área de omparação. A pontuação de ada área é obtida a partir da somatória dos itens referentes à mesma. Após a omparação dentro de ada área, obtemos uma omparação unifiada dos dois reursos, através da normalização das pontuações de ada área, obtendo uma pontuação global. A pontuação global do reurso possibilita uma oneituação final para ada ombustível, sendo o reurso mais vantajoso aquele que obtiver uma maior pontuação.

6 T é n i o e o n ô m i a A m b i e n t a Fator Considerado 2 Ruim Custo total da Custo>400 energia gerada Domínio da tenologia neessária Disponibilidade do ombustível Performane Confiabilidade Vida Útil Motor/Comb. Perspetivas de viabilidade eonômia Emissões Impatos sobre a Saúde Humana Balanço Energétio Biodegradabilidade e Renovabilidade Segurança do ombustível l Ruído dos geradores P o lí ti a S o i a l Provisão estratégia do ombustível Programas governamentais Investimento atual em geração Obrigações ontratuais om o ombustível Desenvolvimento Loal Contribuição para a Qualidade de Vida Pouo Disponível Alto nível de emissões Não renovável Não há provisão omerial Níveis de Valoração Relativa 4 6 Insatisfatório Indiferente Custo entre 300 e 400 Prejudiial Baixo balanço Energétio Risos quanto a segurança Pouos programas de apoio Baixos Investimentos Experiênia média de operação Vida útil Moderada Perspetiva estaionária Emissões Médias 8 Satisfatório Efiiênia Satisfatória Equivalente para ambos e Durabilidade do motor Pouo Prejudiial 10 Bom Grande experiênia tenológia Amplamente disponível Boa efiiênia Bom potenial de viabilidade Futura Alto balanço energétio Renovável Combustível Seguro F I R Bio diesel Diesel 4 2*4=8 4*4=16 3 6*3=18 10*3=30 3 2*3=6 10*3=30 4 8*4=32 10*4=40 2 8*2=16 8*2=16 2 6*2=12 8*2= *2=20 6*2=12 4 6*4=24 2*4=8 3 8*3=24 4*3=12 2 4*2=8 10*2= *2=20 2*2=4 2 10*2=20 4*2=8 Ruído regular 1 6*1=6 6*1=6 Combustível parialmente Importado Não há obrigações ontratuais Sem alteração Signifiativa Programas efetivos de inentivo Investimentos do governo Positivo para omerio e indústria Energia gera desenvolvimento Melhorias na Qualidade De Vida 3 2*3=6 6*3=12 3 4*3=12 8*3=24 3 4*3=12 8 *3= *1=6 6 *1=6 3 10*3=30 8*3= *3=30 6*3=18

7 Após a valoração e a desrição de ada item e a omparação dos reursos dentro de ada área om a obtenção de onlusões espeífias, obtemos agora um panorama global dos reursos omparados. Como expliado no apítulo anterior, não podemos somar pontuações de áreas diferentes, sendo neessária uma ponderação, para que os quatro fatores sejam onsiderados em grau igualitário de importânia. Agregando-se as pontuações referentes a ada área, agora realuladas omo diferenças perentuais, atingimos uma pontuação global para ada reurso. As valorações perentuais, assim omo a valoração global obtida podem ser vistas na tabela abaixo: Área Reurso Ténio/Eonomia Ambiental Polítia Soial TOTAL Biodiesel ,5% % 36 54,5% % 326% Diesel % 58 57% % 42 70% 327% 5. CONCLUSÕES O resultado global india que ambos os reursos se equiparam, já que o diesel, omo visto anteriormente, é favorável a partir das análise ténio-eonômia e polítia, e o biodiesel apresenta vantagens ambientais e soiais. Temos, portanto, uma igualdade, om ada reurso exedendo-se em duas áreas. Assim, a esolha do reurso mais efiiente deve ser feita onforme a área que mereça maior ênfase. É importante salientar que o resultado obtido não é definitivo, podendo ser modifiado onforme os fatores de influênia e as valorações atribuídas a ada reurso, que podem variar a médio e longo prazo, om a produção do biodiesel no Brasil e o seu onseqüente aumento de disponibilidade. O desenvolvimento de programas e leis que favoreçam a difusão do biodiesel também podem ampliar a sua viabilidade eonômia e aumentar as suas apliações. Comparando os ustos de geração de ambos os ombustíveis em relação à rede elétria, para valores de tarifa referentes a 2002, onlui-se que a operação usando geradores a diesel somente é viável para horários de ponta. O biodiesel registrou, para essa mesma faixa de horário, usto semelhante ao da rede. Para valores atualizados, o usto do biodiesel (R$ 610/MW) supera em muito o usto de geração na ponta, de R$ 410, 00?MW, provandose inviável, pelo menos para tal apliação. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Lora, E.E.S Prevenção e Controle da Poluição nos Setores Energétio, Industrial e de Transporte, Brasília, DF : ANEEL, [2] Usinas Termelétrias de Pequeno Porte no Estado de São Paulo, São Paulo, CSPE, [3] Carvalho,C.E; Chian, C.C.T Avaliação dos Custos Completos dos Reursos Energétios na Produção Integrada de Termofosfatos na MPP, Projeto de Formatura, São Paulo, [4] Carvalho,C.E A Análise do Cilo de Vida e os Custos Completos no Planejamento Energétio, Tese de Mestrado,São Paulo, 2000.

8 [5] Boarati, J.H. Shayani R.A. Hidrelétrias e Termelétrias a Gás Natural Estudo Comparativo utilizando Custos Completos, Projeto de Formatura, São Paulo, [6] Normas e proedimentos ténios, Elektro. [7] Website: [8] Website da Petrobrás [9] Website do Biodiesel nos Estados Unidos [10] Website do XVII SNPTEE