ANÁLISE DE DECISÃO SOBRE O APROVEITAMENTO DA BIOMASSA CANAVIEIRA, PARA FINS DE COGERAÇÃO

Transcrição

1 XLIII CONGRESSO DA SOBER 1 ANÁLISE DE DECISÃO SOBRE O APROVEITAMENTO DA BIOMASSA CANAVIEIRA, PARA FINS DE COGERAÇÃO Hermas Amaral Germek - CPF Professor Dr. Centro Universitário Barão de Mauá - CUBM de Ribeirão Preto e Faculdade de Tecnologia de Taquaritinga FATEC-TQ Rua: Marechal Deodoro, 1222, Tel (19) , CEP PIRACICABA-SP hermasag@ig.com.br Elias José Simon CPF Professor Dr. Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu FCA/UNESP Rua: Jorge Tibiriçá, 128- Tel (14) , CEP BOTUCATU-SP ejsimon@fca.unesp.br Tomaz Caetano Cannavam Rípoli CPF Professor Dr. Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz ESALQ/USP Rua: Dr. Alvin, 1523, apt. 12- Tel (19) , CEP PIRACICABA-SP ccripoli@esalq.usp.br Marco Lorenzzo Cunali Ripoli CPF Engenheiro Agrônomo, Dr. Firma: John Deere Rua Heitor Penteado, Tel ( 19 ) CEP Piracicaba SP ripolimarco@johandeere.com.br Engenheiro Agrônomo, Professor DR. Nilson Augusto Villa Nova da ESALQ/USP CPF: residente na rua XV de novembro, 140 apto. 54 CEP Tel. (19) de PIRACICABA-SP Área Temática - 02 Forma de Apresentação - Apresentação em sessão sem debatedor

2 XLIII CONGRESSO DA SOBER 2 ANÁLISE DE DECISÃO SOBRE O APROVEITAMENTO DA BIOMASSA CANAVIEIRA, PARA FINS DE COGERAÇÃO Resumo O estudo aborda as novas tendências da gestão ambiental quanto às reduçôes da poluição, de queimadas e o aproveitamento de resíduos agrícolas para fins de geração de energia alternativa, de ciclo limpo, com o emprego de biomassa, atendendo às recomendações da Agenda 21 e do Protocolo de Kyoto na redução de fontes poluidoras e melhoria da qualidade de vida e da saúde da população, com o emprego de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo - MDL. Mostra que a modelagem matemática de simulação de processos operacionais é um instrumento eficaz de gerenciamento auxiliando na tomada de decisões, possibilitando ao setor sucroalcooleiro introduzir este instrumento de gestão, ainda pouco empregado pelo mesmo, reduzindo com isto riscos e custos na definição de rotas tecnológicas de processos e de cenários pelas empresas. Determinou-se, por equações lineares, que o palhiço pode contribuir com o incremento da disponibilidade energética adicional ao bagaço dependendo das características do canavial e do percentual de recolhimento adotado, além do que o aproveitamento do palhiço e resíduos vegetais canavieiro permite gerar recursos financeiros adicionais na produção sucroalcooleira. PALAVRAS-CHAVE: Cogeração; Energia alternativa, Biomassa.

3 XLIII CONGRESSO DA SOBER 3 ANÁLISE DE DECISÃO SOBRE O APROVEITAMENTO DA BIOMASSA CANAVIEIRA, PARA FINS DE COGERAÇÃO 1. INTRODUÇÃO: A visão do futuro está unida aos princípios de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MDL, com os quais os empreendimentos se comprometem a alcançar o crescimento econômico com responsabilidade social, minimizando os impactos ambientais e equilibrar prioridades com as partes envolvidas. Estes princípios, segundo a ONU (1992), estão baseados nas recomendações da Agenda 21 que destacam o uso de energia alternativa e de ciclo limpo e a redução da dependência dos recursos da natureza, a eliminação das queimadas e a melhoria da qualidade de vida da população. Para Cançado (2003) o particulado, ou seja os carvãozinhos, resultante das queimadas dos canaviais são responsáveis pela poluição ambiental que aumenta os problemas das doenças respiratórias das populações das regiões canavieiras. Nos últimos anos a busca tem sido a consolidação destes princípios e que estão se tornando fundamentais com a efetivação do Protocolo de Kyoto a partir de fevereiro de O Brasil domina a tecnologia de produção de álcool que é considerada uma fonte energética alternativa de ciclo limpo ( Koblitz, 2004). Possui terras agricultáveis a serem cultivadas para a geração de combustível alternativo visando a atender a demanda mundial e o comércio de crédito de carbono, de acordo com Alcoobras (2003), como commodity ambiental. Segundo Germek (1985) a cana-de-açúcar precisar ser melhor aproveitada operando as unidades industriais como ilhas energéticas e não meras produtoras de açúcar e de álcool, tendo em vista a potencialidade de uso de outros produtos e sub-produtos do setor sucroalcooleiro. A demanda internacional e uso de veículos que usam o sistema de bi-combustível, está revivendo a fase da década de 80 ultrapassando os níveis atingidos no auge do Proálcool com uma produção recorde de 15 bilhões de litros de álcool em Com o Protocolo de Kyoto entrando em vigor e estabelecendo metas de redução da emissão de gás carbônico para os países industrializados, vem forçar os Estados Unidos, a União Européia, o Japão e a China a reverem suas emissões e propiciar condições ao uso do álcool na mistura com a gasolina como forma barata de se alcançar estes objetivos. A União Européia eliminou os subsídios dados à produção de açúcar de beterraba, criando um espaço para o comércio do açúcar brasileiro. Frente à demanda por álcool e açúcar no comércio internacional, e o domínio tecnológico brasileiro de produção a um custo baixo para os padrões internacionais, novas unidades sucroalcooleiras estão sendo implantadas no Brasil. A demanda mundial tem sido resultante de programas em implementação de redução da queima de combustíveis fósseis na França, no México, no Canadá, na Suécia, na Austrália, na Índia, na Colômbia entre outros. Destaca-se também a proibição nos Estados Unidos do uso do aditivo, originário do petróleo, MTBE (Metil-Tércio-Butil-Eter), na gasolina como antidetonante. Atualmente para consolidar a colheita manual tem sido aplicada a pré-operação de queimar os canaviais o que acarreta na perda de energia contida nesta fração da biomassa denominada palhiço, segundo Ripoli (1991) e Ripoli (1992) e fere os princípios de conservação ambiental preconizados nas recomendações da Agenda 21 e do Protocolo de Kyoto.

4 XLIII CONGRESSO DA SOBER 4 Neste sentido é necessário determinar rotas tecnológicas para o aproveitamento deste resíduo da colheita e a otimização das tecnologias de produção sucroalcooleiras de cogeração. A Lei estadual de 02 de maio de 2000 que estabelece regras para a execução das queimadas, o Decreto no de 22 de junho de 2001 que regulamenta a queima da palha da cana-de-açúcar e a Lei Estadual no de 19 de setembro de 2002 que prevê a partir do ano de 2020 a abolição da pré-operação de queimada dos canaviais, são meios legais que procuram gerir o crescimento e o desenvolvimento do Estado de São Paulo de acordo com as recomendações da Agenda 21 e do Protocolo de Kyoto, que o Brasil é signatário na Organização das Nações Unidas ONU. Porém, o prazo é muito longo para a eliminação total das queimadas e as perdas de energia economicamente viáveis existentes nos canaviais não podem causando poluição atmosférica com prejuízos à saúde da população pela queima inadequada. O Brasil produz energia elétrica para o uso nas moradias e no parque industrial de fontes hídricas na razão correspondente de 95%, exigindo disponibilidade de chuvas regulares nas regiões das bacias hidrográficas. Como a safra canavieira é realizada em épocas carentes de chuvas em que as represas de geração de energia hidráulica estão com seus mais baixos níveis, causando problemas e falta da disponibilidade de energia para as concessionárias comercializarem na rede pública, o aproveitamento da biomassa ( no caso o palhiço) deve ser uma alternativa adequada. O resíduo da colheita denominado palhiço e que concentra boa parte da energia atualmente perdida nas queimadas foi definida por Ripoli (2004) como sendo material remanescente sobre a superfície do talhão após a colheita, principalmente, a mecanizada, constituída de folhas verdes, palhas, ponteiros e ou suas frações: fração de colmos (industrializáveis ou não); eventualmente frações de raízes e partículas de terra a elas aderidas. O Brasil conta atualmente com 307 centrais energéticas das quais 128 estão instaladas no Estado de São Paulo que responde por cerca de 85% da produção do país. A área plantada subiu de 4,5 milhões de hectares para 5,5 milhões de hectares o que corresponde a menos de 1% da área agriculturável brasileira e o processamento desta matéria-prima permite a produção de 55% do álcool e 45% do açúcar segundo a ÚNICA (2005). Além disso, a cana-de-açúcar é produzida nas regiões Centro-sul e no Norte-nordeste permitindo duas safras anuais e segundo Vieira (2003) o rendimento agrícola paulista foi na safra de 2003 de 71,3 t/ha. Segundo a Alcoobras (2005) na safra 2005/06 o Estado de São Paulo processou 327,14 milhões de toneladas de cana-de-açúcar resultando em 13,54 bilhões de litros de álcool e 22,05 milhões de toneladas de açúcar e com o fechamento da safra na região Norte-Nordeste os resultados esperados serão de 385 milhões de toneladas de cana-de-açúcar possibilitando produzir 14 bilhões de litros de álcool e 26 milhões de toneladas de açúcar. O Estado de São Paulo aumentou a área planta na última safra 2004 que passou a representar 2,24 milhões de hectares, pois estão sendo estabelecidas novas unidades produtivas, na região noroeste, além da ampliação das existentes para possibilitar atender a demanda mundial por combustíveis naturais, limpos e renováveis. E segundo Eston (1990) o álcool é este combustível. Quanto à tomada de decisão gerencial, o uso de simulação matemática segundo Silva (2003), SCTDE/ICIDA (1992) e Wagner (1986), tem sido um instrumento de gestão e de otimização de processos tecnológicos empregados nas pesquisas operacionais de modo a reduzir risco e custo no estabelecimento de processos reais e também reduzem o tempo dos estudos e a fabricação de protótipos.

5 XLIII CONGRESSO DA SOBER 5 Este estudo procurou determinar, por meio de simulação matemática, cenários para o aproveitamento dos resíduos da colheita e otimização das rotas de produção sucroalcooleiras de cogeração, tendo em vista ao incremento de geração que será oferecida pelo palhiço com relação ao bagaço na produção de energia elétrica, para ser comercializada junto às concessionárias privadas. Assim, os objetivos deste estudo foram: Verificar se a utilização da modelagem matemática poderia ser empregada na avaliação do melhor sistema operacional a ser adotado, reduzindo os custos, riscos e tempo de testes. Determinar a potência gerada pelo palhiço quanto ao incremento de energia potencial que existe nele em relação ao bagaço, devido a sua importância na matriz energética de fontes alternativas do tipo biomassa. 2. METODOLOGIA: A abordagem metodológica foi caracterizada como pesquisa quantitativa. Partindo-se de uma conceituação básica do campo da pesquisa operacional, foram desenvolvidas a função objetivo e as equações de restrição para cada rota tecnológica alternativa, com o palhiço recebido na unidade industrial em diferentes formas em função dos diagramas de processo e simulação. Os sistemas de equações de cada modelo foram analisados com as técnicas de pesquisa operacional da planilha eletrônica de cálculo Microsoft excel visando determinar a rota mais econômica. O método adotado, foi aquele que, via computacional, visou fornecer a melhor modelagem dos modelos alternativos do processamento do palhiço para fins de cogeração. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO: Para avaliar se é vantajoso o aproveitamento do palhiço como fonte energética complementar ao bagaço e remunerar a aquisição dos equipamentos para compor o processo tecnológico de adequação do tamanho do palhiço para ser agregado ao bagaço, como combustível tipo biomassa nas caldeiras, bem como investimento no complexo de cogeração considerando-se a vantagem da melhoria da qualidade ambiental pela queima controlada do resíduo da colheita ao invés da pré operação de queimada no canavial, foi desenvolvida a equação (1). Et = Ep +Eb = (TCH/3600) x 4,18 { [TP/TC x frp x Qp] + [Tb/TC x U x Qb] } x r (1) sendo: Et = Energia gerada, em MWh

6 XLIII CONGRESSO DA SOBER 6 TCH = Tonelada de cana hora Tp = Tonelada de palhiço Tb = Tonelada de bagaço frp = Fração de recolhimento de palhiço, em décimos (30%; 50%; 70% e tendendo a 100%) U = Fração de bagaço excedente em relação ao consumo próprio Qp = Poder calorífico do palhiço, em 1500Mcal/t TC = Tonelada de cana Qb = Poder calorífico do bagaço, em 1800Mcal/t r = Rendimento global da transformação calorífica em eletricidade, em décimos (r = 0,20 a 0,25) Aplicando-se valores na equação (1) foi possível determinar situações máximas e mínimas de utilização de bagaço, de palhiço ou ambas em diferentes proporções. Para fins de exemplificação estão sendo apresentados na Tabela 1 os valores para uma unidade de processamento de 100TCH Tonelada de Cana Hora e a remuneração da comercialização da energia elétrica pela tabela do Proinfra para a região Sudeste de R$89,59/MWh. Neste caso o uso do palhiço e do bagaço podem gerar alternativas de potência, que são apresentadas: Tabela 01: Potência gerada (KW) para 100TCH, nos diferentes usos possíveis da biomassa. Aumento Potência Energia gerada Faturamento bruto Uso da biomassa Biomassa na safra safra (R$) (%) (MW) (MWh) Bagaço (50%)* 5, ,20 Palhiço (Mínimo) 11,1 0, ,75 Palhiço (Máximo) 111,33 5, ,64 Bagaço + Palhiço (Mínimo) 5, ,95 Bagaço + Palhiço (Máximo) 11, ,05 TCH = Tonelada Cana Hora *Considerando o bagaço excedente em relação ao consumo próprio Além dos valores apresentados na Tabela 1, a adoção do uso do palhiço como combustível renovável permitirá enquadrar a empresa no sistema MDL - Mecanismo de Desenvolvimento Limpo e desta forma criar condições para comercializar a commodity ambiental ou crédito de carbono para os países que não terão condições de minimizar suas emissões de CO 2 na atmosfera. Neste sentido, independentemente da quantidade de palhiço no campo, após a colheita, o disponível é bastante significativo o que justifica sua utilização para fins de cogeração não mais se recomendando a pré-operação de queima dos canaviais para a colheita permitindo,

7 XLIII CONGRESSO DA SOBER 7 assim, a aplicação da legislação brasileira que regulamenta as queimadas e até a sua antecipação para antes de 2020, sem implicar em perdas econômicas. Cabe ressaltar que, a disponibilidade deste tipo de biomassa palhiço e bagaço excedente, poderão estar acessíveis nos períodos de safra canavieira que corresponde à época de estiagem na região leste do país onde os reservatórios de água de hidroelétricas encontram-se nos seus níveis mínimos. Considerando que o Brasil produz cerca de 385 milhões de toneladas de cana-de-açúcar por ano (Alcoobras, 2005) ocupando uma área de 5,5ha, que a disponibilidade de palhiço é na faixa de 4 a 12 toneladas por hectare (Ripoli, 2003) e considerando o rendimento agrícola médio de 71,3t/ha (Vieira, 2003) é possível estimar qual seria a disponibilidade de energia elétrica a ser oferecida pelo setor canavieiro para as concessionárias, e remunerada pela tabela do Proinfra de 2003, gerando novos postos de empregos e garantindo o fornecimento energético para a implantação de empreendimentos nos diversos setores brasileiros. Mínimo: Et = Ep +Eb = 385 x 10 6 x 4,18 { [4 / 71,3 x 0,30 x 1.500] + [250 / 71,3 x 1.800] } x 0,20 Et = 385 x 10 6 x 4,18 {[0,056 x 0,30 x 1.500] + [ 3,51 x 1.800]} x 0,20 Et = 385 x 10 6 x 4,18 {25, } x 0,20 Et = 385 x 10 6 x 4,18 {6.343} x 0,20 Et = ,34 x 10 6 MJ/safra Et = ,34 x 10 6 MJ/safra x 0,278 = 5,7 x MWh/safra Máximo: Et = Ep +Eb = 385 x 10 6 x 4,18 { [12 / 71,3 x 0,90 x 1.500] + [250 / 71,3 x 1.800] } x 0,25 Et = 385 x 10 6 x 4,18 {[0,17 x 0,90 x 1.500] + [3,51 x 1.800]} x 0,25 Et = 385 x 10 6 x 4,18 {2227, } x 0,25 Et = 385 x 10 6 x 4,18 {6.547} x 0,25 Et = x 10 6 MW safra Et = x 10 6 MW/safra x 0,278 = 7,32 x MWh/safra Considerando que as 18 turbinas de 700MW da Hidroelétrica de Itaipu, no Rio Paraná, geram 12,6 MWh os valores potenciais que o setor canavieiro pode oferecer com sua biomassa na

8 XLIII CONGRESSO DA SOBER 8 geração de energia elétrica para as concessionárias da rede pública é da ordem de 45 a 58% do potencial de Itaipu. Deve ser ressaltado que a geração de empregos pelo setor sucroalcooleiro é muito representativa, abrangendo pessoas nas diferentes classes de trabalhadores e que se distribuem geograficamente por todo o território nacional. O setor movimenta uma cadeia importante para o agronegócio no Brasil, envolvendo empresas produtoras de bens de capital, produtores de insumos, unidades de treinamento e aperfeiçoamento da mão-de-obra, instituições de pesquisas, transportadoras e muito mais que direta e indiretamente pode contribuir para a melhoria da qualidade de vida da população com competência ambiental e responsabilidade social. 4 CONCLUSÕES O potencial de incremento de energia de biomassa gerada pelo uso do palhiço adicional ao bagaço variou de 11,1% a 111,33% dependendo do percentual recolhido e da produção deste resíduo agrícola em função da variedade de cana-de-açúcar e das condições da cultura. O recolhimento de 30%, 50%, 70% e tendendo a 100% do palhiço não influenciou nos custos na indústria de adequação do particulado do palhiço para uso misturado com o bagaço nos sistemas de caldeiras de alta eficiência e pressão, recomendando-se que a adoção de um ou outro percentual seja definida por questões agronômicas: de tratos culturais; perfilhamento; índice de infestação de insetos, entre outros exigindo estudos específicos na área e que já estão sendo realizados conforme ficou evidenciado no levantamento bibliográfico. O faturamento bruto permite amortizar o custo de adequação do palhiço, para serem utilizados nas caldeiras juntamente com o bagaço, em menos de uma safra. As equações oferecidas pelo estudo permitem aplicar valores específicos de cada empreendimento permitindo ao usuário determinar os valores auxiliando na análise de decisão gerencial de cada situação. Deste modo, o uso de equações de simulação matemática atrelada à planilha de cálculo eletrônica do Microsoft excel, mostrou ser um instrumento simples de gestão na tomada de decisão gerencial do processo operacional. 5. RECOMENDAÇÕES Rever a equação de Pagamento de Cana pelo Teor de Sacarose- PCTS e incluir valor a fração fibra (biomassa) da matéria-prima, para fins de cogeração; Remunerar melhor o fornecedor de cana devido a comercialização à rede pública de energia elétrica cogerada pela termo-elétrica de biomassa; Remunerar melhor o cortador de cana pelo corte sem a pré operação de queimada; Eliminar as queimadas de cana-de-açúcar na busca de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MDL preconizados pelo Protocolo de Kyoto permitindo estruturar a comercialização do crédito de carbono; Rever o valor da remuneração pela rede pública à unidade de cogeração, que usa a biomassa, de modo a remunerar o capital investido na termo-elétrica e

9 XLIII CONGRESSO DA SOBER 9 permitir o repasse correspondente à participação do industrial, do fornecedor de cana e do cortador, estimulando o uso para atingir os 1.100MW previsto para a comercialização para a safra REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ALCOOBRÁS. Reportagem de Capa: Possibilidade de abertura do mercado de carbono estimula investimento em co-geração de energia. Revista Alcoobrás; São Paulo; ano VII - n o 80 jul./ago., ALCOOBRAS Procura por álcool demanda investimentos em novas usinas, Rev. ALCOOBRÁS, ed. 88 Nov./Dez CANÇADO, J.E.D. A poluição atmosférica e sua relação com a saúde humana na região canavieira de Piracicaba - SP p. Tese (Doutorado) - Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo, São Paulo, ESTON, N. E. Etanol o combustível despoluente. Revista. AEA - Associação Brasileira de Energia Alternativa n o. 3/4 v. 5 mai./jul GERMEK, H.A. Tecnologia e novos produtos, armas dos fabricantes de equipamentos no proálcool. p. 4-26, Revista do álcool, São Paulo set./out., ano 4, n. 31, GERMEK, H. A. Análise de decisão sobre o aproveitamento do palhiço posto na unidade industrial para fins de cogeração p. Tese (Doutorado) - Faculdade de Ciências Agrárias. Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Botucatu, KOBLITZ, L.O. Contra fatos não há argumentos. Jornal de Piracicaba. Caderno Opinião, 22 de jul RIPOLI, M.L.C. Ensaio de dois sistemas de obtenção de biomassa de cana-de-açúcar (saccharum spp) para fins energéticos p. Tese (Doutorado) Faculdade de Ciências Agrárias. Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Botucatu, RIPOLI, T. C. C. Utilização do material remanescente de colheita de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) : equacionamento dos balanços energético e econômico p. Tese (Livre-Docência) - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" Universidade de São Paulo, Piracicaba, RIPOLI, T.C.; MOLINA JR., W.F.; RIPOLI, M.L.C. Energetic potential of the sugar cane biomass in Brazil. Rivista di Ingegneria Agraria, Bologna, v.31, n.1, p.1-7, Feb, SÃO PAULO (estado) Decreto de 22 de junho de 2001 que regulamenta, no que concerne à queima da palha da cana-de-açúcar, a Lei no de 2/05/2000 que define procedimentos, proibições, estabelecendo regras de execução e medidas de precaução a serem obedecidas quanto do emprego do fogo em práticas agrícolas, pastoris e florestais, e dá outras providencias correlatas D.O. E., 22 de jun., 2001.

10 XLIII CONGRESSO DA SOBER 10 SÃO PAULO (estado) Lei no de 02 de maio de 2000 que define procedimentos, proibições, estabelecendo regras de execução e medidas de precaução a serem obedecidas quanto do emprego do fogo em práticas agrícolas, pastoris e florestais, e dá outras providencias correlatas. D.O. E., 03 de mai., SÂO PAULO (estado) Lei no de 19 de setembro de 2002 que dispõe sobre a eliminação gradativa da queima da palha da cana-de-açúcar D.O. E., 20 de set., SCTDE/ICIDA - Curso de modelagem e simulação de processos na produção de açúcar, álcool e derivados, (apostila). ESALQ/USP, SILVA, J.C,T. Pesquisa operacional. (apostila), Faculdade de Engenharia de Produção. Unesp. Bauru, S.Paulo, ÚNICA União da agroindústria canavieira de São Paulo. Cana de açúcar: origem da atividade. Site: acesso em 07 de março de VIEIRA. G. Avaliação do custo, produtividade e geração de emprego no corte de cana-de-açúcar, manual e mecanizada, com e sem queima prévia. 2003, 114p., Dissertação (Mestrado) FCA/UNESP Universidade Júlio de Mesquita Filho, Botucatu, WAGNER, H.M. Pesquisa operacional. Ed Guanabara, 2 o. Ed., Rio de Janeiro, 1986.