Recursos Energéticos e Meio Ambiente. Professor Sandro Donnini Mancini Etanol. Sorocaba, Maio de 2016

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1 Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba Recursos Energéticos e Meio Ambiente Professor Sandro Donnini Mancini 19 - Etanol Sorocaba, Maio de 2016 Biomassa Toda matéria orgânica, de origem animal ou vegetal, que pode ser utilizada na produção de energia. Fonte indireta de energia solar, convertida em energia química pela fotossíntese. Possui saldo de emissões de gases de efeito estufa igual a zero, pois todo o carbono que irá gerar CO 2 na futura queima veio da fotossíntese durante a vida da planta. 1

2 ATLAS de Energia Elétrica do Brasil. Agência Nacional de Elétrica do Brasil. 1 a Edição. Brasília, Disponível em Terminologia Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC) teor mínimo de álcool = 99,3% usado misturado na gasolina (27%, desde mar 2015) efeito antidetonante Álcool Etílico Hidratado Combustível (AEHC) teor de álcool entre 92,6% e 93,8% álcool comprado na bomba de combustível Álcool de limpeza adicionadas substâncias tóxicas para evitar consumo até 2002 ~ 10% água após 2002 ~ 46% de água Álcool Gel % de álcool 2

3 1975 Programa Nacional do Álcool Proálcool Crise do Petróleo: preços subiram muito 80% do petróleo era importado Sucesso até ~ a fase adição de álcool anidro à gasolina 2 a fase incentivo à produção de álcool hidratado à construção de destilarias desenvolvimento de motores apropriados criação de rede de distribuição Subsídio ao combustível produzido (fim em 1999) (Custo ficou semelhante ao da gasolina/km rodado) Declínio Posterior:produção do petróleo crescente produção de álcool oscilante demora do carro popular. Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson,

4 PRODUÇÃO DE VEÍCULOS LEVES NO BRASIL (LICENCIAMENTOS) 2002 Total: veículos à álcool 2003 Total: veículos à álcool 2004 Total: veículos à álcool Fonte: Novidade: Carros flexíveis veículos à álcool flexíveis 4

5 2007- Total de veículos: à gasolina: à diesel: flexível: à álcool: Total de veículos: à gasolina: à diesel: flexível: Total de veículos: à gasolina: à diesel: flexível: elétrico: Total de veículos: à gasolina: à diesel: flexível: elétrico: Total de veículos: à gasolina: à diesel: flexível: elétrico: 846 5

6 Esmagamento da cana-de-açúcar: Safra 1989/1990 auge do Proácool 220 milhões de t de cana km 2 de plantação 11,5 bilhões de L de hidratado Safra 2010/ milhões t de cana 39 milhões t de açúcar 8,1 bilhões de L de anidro 19,6 bilhões de L de álcool hidratado ~ km 2 de plantação (AL+ DF+SE = km 2 ) (só em SP = km 2 17% da área do estado) Fontes: Safra 2014/ milhões t de cana 39,5 milhões t de açúcar 12,8 bilhões de L de anidro 15,5 bilhões de L de álcool hidratado Safra 2015/ milhões t de cana 37,3 milhões t de açúcar 12,7 bilhões de L de anidro 16,5 bilhões de L de álcool hidratado ~ km 2 de plantação (AL+ DF+SE = km 2 ) (só em SP = km 2 18% da área do estado) SP concentra 52% da cana plantada no pais 6

7 Safra 2016/ milhões t de cana 37,5 milhões t de açúcar ( t de cana) 11,7 bilhões de L de anidro ( t de cana) 18,6 bilhões de L de álcool hidratado ( t de cana) ~ km 2 de plantação (AL+ DF+SE = km 2 ) (só em SP = km 2 18% da área do estado) SP concentra 52% da cana plantada no pais 7

8 Brasil Área total = de km 2 = 851 milhões de ha 2002/2003 Segundo o Ministério da Agricultura Área agricultável disponível = 152,5 milhões de ha Área agricultável utilizada = 62,5 milhões de ha Lavouras permanentes: 15,0 milhões de ha Lavouras temporárias: 42,5 milhões de ha Florestas plantadas: 5 milhões de ha Pastagens: 177 milhões de ha Florestas Nativas e Reservas Ambientais: 440 milhões de ha Amazônia: 351 millhões de ha 1 km 2 = 100 ha Fonte: Safras Área (10 6 ha) 2008 Produção (10 3 t) 2012 Área (10 6 ha) 2012 Produção (10 3 t) 2014 Área (10 6 ha) 2014 Produção (10 3 t) Cana 7, , , Soja 21, , , Milho 14, , , Arroz 2, , , Feijão 3, , , Trigo 2, , , Mamona 0, , ,06 36 Cana = 5% do campo brasileiro (2008); 6% (2012); 6,5% (2014) Fonte: 8

9 Tecnologia Disponível Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson, 2003 Moagem Tratamento do caldo Decantação sólido líquido Pré-evaporação Fermentação adição de água (até 30% em volume do caldo a ser formado), para facilitar a diluição do açúcar e obter caldo com até 96% do açúcar da cana. O Bagaço vai ser queimado para gerar vapor. Evaporação concentra em açúcar, aquecendo a ~105 o C filtrado, gerando sólido (adubo) e líquido a ~115 o C (ajuda a matar bactérias e fungos concorrentes). Forma-se o Mosto, que é resfriado a 30 o C o C, por até 8h em dornas fechadas (calor e CO 2 tendem a arrastar o álcool formado). Levedura (fungos como Saccharomyces cerevisae, uvarum...) hidrolisam a sacarose (C 12 H 22 O 11 ) na presença da enzima invertase, produzindo Glicose + frutose (C 6 H 12 O 6 ) e na presença da enzima zimase produzem o álcool. C 6 H 12 O 6 2 (CH 3 CH 2 OH) + 2 CO 2 9

10 Centrifugação -sólido líquido Leveduras são recuperadas ~12% álcool Destilação Obtém-se o Vinhoto ou Vinhaça (água + N+P+K ), usado na fertirrigação da própria cana e o Álcool hidratado (93-94% de álcool) destilação azeotrópica ciclohexano Peneiras moleculares - zeólitas Precipitação química - CaO Álcool anidro Aposta: etanol celulósico (hidrólise do bagaço) Açúcar ao caldo é adicionado S e CaO (floculantes) Decantação e formação do caldo clarificado Evaporação para formar xarope Xarope em tachos de cozimento para cristalizar o açúcar Centrifugação, secagem e ensacamento Cachaça mosto fermentado é decantado líquido é destilado e envelhecido em tonéis de madeira para oxidar de parte do álcool (38-54% v.v. de etanol). 10

11 IMPACTOS AMBIENTAIS PLANTAÇÃO monocultura queimada antes da colheita facilita colheita e melhora o solo gases de combustão (completa ou não) fuligem impermeabilização do solo perda de matéria orgânica... Solução : mecanização da colheita Lei 11241/02 SP Regulamentada pelo Decreto /03 100% de colheita mecanizada em 25 anos. Acordo em 2007 antecipou para IMPACTOS AMBIENTAIS (continuação) PLANTAÇÃO Safra 2006/07 34% da colheita paulista era mecanizada 2009/10-56% da colheita paulista é mecanizada 2015/16 91,3% da colheita paulista deve ser mecanizada SSP ~52% da cana nacional, ou seja, no mínimo 47% da colheita nacional é mecanizada 1 colheitadeira ~ U$ 200 mil, substituem 80 cortadores Palha fica no solo, facilitando a incorporação de matéria orgânica e impedindo sementes de ervas daninhas de brotar. Planos para recolhimento parcial e queima para gerar calor 11

12 IMPACTOS AMBIENTAIS (continuação) FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 1) utilização de recursos hídricos (caldo, vapor para termelétrica e troca de calor para resfriamento do mosto, reaproveito do vapor termelétrico, colunas de destilação). 2) energia necessária, principalmente calor (para evaporação do caldo, vapor termelétrico, destilação - normalmente advém do vapor feito pela queima do bagaço, que já pode vir pré-aquecido da corrente dos trocadores de calor para resfriamento do mosto e condensação do álcool - pode ainda gerar eletricidade e oferecer excesso para as distribuidoras). IMPACTOS AMBIENTAIS (continuação) FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 3) manipulação de microorganismos 4) calor gerado (termelétrica, fermentação) 5) Gases de combustão completa e incompleta (termelétrica, fermentação) 6) resíduos sólidos - cinzas (geração de vapor) filtros (aproveitado na agricultura) 7) efluentes líquidos água quente (trocadores de calor) vinhoto (aproveitado na agricultura) 12

13 Álcool de milho x Álcool de cana Amido maltose + glicose Sacarose glicose + frutose US$ 0,42/L Custo de Produção US$ 0,28/L L /ha Produtividade L/ha 1:-1,29 Balanço energético (input:output) 1:3,24 US$ 0,92/L Preço de Venda US$ 0,42/L 84,9 gco 2 /MJ Emissão de GEE 33,6 gco 2 /MJ Bagaço gera o calor necessário GEE = Gases de Efeito Estufa: Gasolina = 96,9 gco 2 /MJ Etanol Hidratado no mundo (2010): 83 bilhões de litros Consumo de Gasolina no Mundo (2006): 1,22 trilhões de litros 2025: Para substituir 10% da gasolina seriam necessários 205 bilhões de litros de etanol/ano, o que seria possível numa área de 24 milhões de hectares (soja 2012). Brasil (2016/2017) : 30,3 bilhões de litros (etanol + anidro), em 5,1 milhões de hectares html 13