CREEM Energia de Biomassa. I C Macedo NIPE/UNICAMP. UNESP, Ilha Solteira 22/26 Agosto 2005

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1 CREEM 2005 Energia de Biomassa I C Macedo NIPE/UNICAMP UNESP, Ilha Solteira 22/26 Agosto 2005

2 Energia de biomassa no mundo 45±10 EJ/ano (~16 comercial; 7 moderna ); em ~400 EJ Pode crescer para no século, ( M ha) sem conflitos com alimentos ou preservação ambiental (Cenário WEC) Tecnologias: fontes e processos locais Combustão (convencional; ~40 GWe, 200 GWt) Combustão mista Gasificação (eletricidade; metanol; outros combustíveis) Carvão Vegetal, Pirólise Etanol (açúcares ou celulose) Biodiesel Motivação: segurança no suprimento; descentralização; empregos e desenvolvimento regional; melhoria ambiental (local e global); balança comercial.

GWt) Combustão mista Gasificação (eletricidade; metanol; outros combustíveis) Carvão Vegetal, Pirólise Etanol (açúcares ou celulose)

3 Suprimento de energia: tendências

4 Energia de biomassa na Brasil Brasil: 41% renovável, contra 13,8% no mundo (2002) Biomassa: ~ 27,2% do total Cana de açúcar: etanol e bagaço Madeira (incluindo carvão vegetal) Outros resíduos agricolas. Evolução 1970: biomassa era 53% de 74 Mtep 1999: biomassa era 27% de 183 Mtep Transição para energia comercial (plantações energéticas) Redução no uso doméstico; aumento em transportes e indústria

5 Biomassa Processos Moléculas Novas Bio Processos Química Modificada Química Atual Resíduos, Subprodutos Partes de Culturas Cullturas Dedicadas Genética Modificada Biomassa, Processos: Disponibilidade e Custos Ano 2020 Fronteira Tecnológica 1997 Plant/Crop Renewable Resources 2020 EUA ~60 empresas (química, agro-negócios, florestal, outros)

Biomassa, Processos: Disponibilidade e Custos Ano 2020 Fronteira Tecnológica 1997

6 Custos de biomassa Desejável ter custos abaixo de US$ 1.5 / GJ, para operar com tecnologias mais avançadas: Gasificação + ciclo combinado (energia elétrica) Gasificação + sintese de combustiveis liquidos Hidrólise e fermentação (5C e 6C) (etanol) Biomassa de plantações dedicadas, EUA UE; prospecção 2000: 2.4 $/GJ 2010: : 1.4 (grandes avanços em bio-tecnologia vegetal) Brasil: Eucaliptus (Centro Sul): 2000: 1.16 $/GJ Futuro: 1.03 Palha de cana (recuperação de 50%; ~20M t M.S.) Tecnologias em teste: 0.6 a 1.0 $/GJ O Brasil tem a melhor tecnologia do mundo para implantação, manejo e exploração de florestas de eucaliptus.

e fermentação (5C e 6C) (etanol) Biomassa de plantações dedicadas, EUA UE; prospecção 2000: 2.4 $/GJ 2010: 1.8 2020: 1.

7 Custos de biomassa Etanol necessita custos de açúcares relativamente baixos para competir com gasolina; (óleo a $25. / barril gasolina a $0.23/l) Custos de açúcares fermentáveis (US$/kg, 2003) Açúcares de ligno-celulose (pentoses + hexoses) Hoje, não comercial (caldo) 0.14 (2020: 0.09) Hidrólise de amido Milho, EUA (glucose) 0.13 Trigo, Alemanha 0.17 Sacarose de beterraba, Alemanha 0.19 Cana, Centro-Sul do Brasil Açúcar no caldo 0.07 (Cristal: 0.11) O Brasil tem a melhor tecnologia do mundo para a produção de cana; e os menores custos em açúcar e etanol

14 (2020: 0.09) Hidrólise de amido Milho, EUA (glucose) 0.13 Trigo, Alemanha 0.17 Sacarose de beterraba, Alemanha 0.

8 Produção de etanol no Brasil Cana: 412 M t / ano (2005, estimativa) 50% para etanol (16,9 M m3) 308 usinas, de 0.6 to 6.0 M t cana / ano média: ~35% terra própria; 35% arrendada 45 mil fornecedores de cana Controles governamentais (cotas de produção e exportação, preços) foram eliminados na década de 90; apenas a mistura de 24% etanol na gasolina é regulamentada. Aumentos de produtividade, eficiência de conversão e melhor gerenciamento levaram ao menor custo de produção de açúcar, no mundo. O custo de produção de etanol (Centro Sul; sustentável; usinas mais eficientes) era de R$ 0.52 / l, 2003

preços) foram eliminados na década de 90; apenas a mistura de 24% etanol na gasolina é regulamentada.

9 Cane, Sugar and Ethanol Production Ethanol (M m 3 ) and Sugar (M t) Year Ethanol Sugar Export Sugar Cane Sugar Cane (M t)

89 94 99 Year Ethanol Sugar Export Sugar Cane

10 100 Ethanol: Price paid to producers (J Goldemberg, 2003) Etanol (produtores BR) ( Out. 2002) US$ / GJ Gasolina (Rotterdam) Produção acumulada de Etanol ( 1000 m 3 )

2002) US$ / GJ 10 1980 1986 1990 1993 1996 2002 Gasolina

11 Tecnologia e custos Evolução, (S. Paulo): + 33% t cana/ha + 8% sacarose%cana + 14% conversão industrial para etanol + 130% produtividade na fermentação Reduções de custo esperadas: Próximos anos: implementação de tecnologias comerciais (expansão) Tecnologias novas (agricultura de precisão, processos de separação, processos integrados para CCT, automação industrial) Sub-produtos: energia excedente; etanol de bagaço e palha Produtos derivados da sacarose (nesta década) Perspectivas a médio longo prazo de modificações genéticas da cana de açúcar

esperadas: Próximos anos: implementação de tecnologias comerciais (expansão) Tecnologias novas (agricultura de precisão, processos de

12 Produção / utilização da biomassa da cana Brasil: ~400 M t cana; >300 usinas 1 t cana.14 t(ms) bagaço 90% para energia na usina.14 t(ms) palha queimada no campo.15 t(ms) açúcar açúcar; etanol; outros Bagaço é equivalente a 14,0 M t óleo combustível 25% da palha: 4,0 M t óleo (não usada hoje) Auto-consumo: kwh/t cana 2.8 GW inst. 330 kwh/t cana (e. térmica) Energia produzida/energia fóssil usada: 8.2 (média) Emissões evitadas de GHG: 12.7 M t C equiv. Objetivos: - Aumento da eficiencia no uso do bagaço - Desenvolver colheita/utilização da palha

15 t(ms) açúcar açúcar; etanol; outros Bagaço é equivalente a 14,0 M t óleo combustível 25% da palha: 4,0 M t óleo (não usada hoje)

13 Diversificação: energia Geração elétrica (a US$ 40. / MWh) Ciclos a vapor convencionais Somente bagaço + 16% faturamento Bagaço + 25% palha + 23% Bagaço + 50% palha + 30% Ciclo com gasificação + 55% Palha para a produção de etanol (a US$ 200. / m3) SSF, celulose + hemicelulose 25% palha + 17% 50% palha + 34% Palha e bagaço: combustíveis sintéticos Considerações: Tecnologias; Investimentos; Modularização I Macedo, As fontes de energia para G D, Seminário sobre Geração Distribuida, INEE, Rio, 2004

com gasificação + 55% Palha para a produção de etanol (a US$ 200.

14 Etanol / Cana: Perspectivas Exportação de açúcar; exportação e maior consumo de etanol Etanol, mundo: 38 M m3, 2005; M m3, 2010 Há áreas disponíveis Há capacidade (A e I) para implementar rapidamente os aumentos Há competitividade; pode melhorar Sustentabilidade da produção Ambiental, economica e social

Há capacidade (A e I) para implementar rapidamente os aumentos Há

15 Sustentablidade: abrangência Os impactos no uso de recursos naturais Energia; materiais; água Os impactos ambientais Qualidade do ar: cidades e área rural; clima global; ocupação do solo e biodiversidade; preservação dos solos agrícolas; uso de defensivos e fertilizantes Sustentabilidade da base de produção agrícola Impacto da produção em ações comerciais Impactos sócio-econômicos

biodiversidade; preservação dos solos agrícolas; uso de defensivos e fertilizantes

16 Lenha (2002) 23.5 Mtep (~75,9 Mt); 11.9% da energia primária 38,3% carvão vegetal; 80% ferro e aço 61,7% para energia 52% setor doméstico (cocção, aquecimento)) 35% industrial (alimentos; celulose; cerâmica) 11% agro-industria Usos domésticos (cocção) caindo sempre (53.5% do total de biomassa em 1970 para 12.9% em 1999) Geração de energia elétrica de madeira ainda é muito pequena

doméstico (cocção, aquecimento)) 35% industrial (alimentos; celulose; cerâmica) 11%

17 Energia Elétrica de resíduos: 1999 e perspectivas Energia gerada, 1999: 10.0 TWh (3% do total) Bagaço da cana 4.1 TWh; ~2.4 GW Lixivia (papel) 2.9 TWh Outros resíduos 3.0 TWh (arroz, coco, madeira) Potenciais estimados Para resíduos concentrados (bagaço, lixivia, arroz) ou resíduos coletados / transportados com custo < $1.5 / GJ: Bagaço + palha de cana 5.0 GW Celulose, lixívia e madeira 0.7 (hoje) 1.0 GW Palha de arroz 0.3 GW Tecnologia necessária para recuperar residuos de milho e soja: Mt O PROINFA: (financiamento e limitações)

0 TWh (arroz, coco, madeira) Potenciais estimados Para resíduos concentrados (bagaço, lixivia, arroz) ou resíduos coletados /

18 Eletricidade e combustíveis de plantações de madeira: tecnologias Necessidades: Produção e transporte de madeira < US$ 1.5 / GJ Tecnologias de conversão avançadas: Gasificação + ciclo combinado, para eletricidade: Madeira, Bahia CHESF + TPS Bagaço / palha da cana, Copersucar + TPS Gasificação e síntese de DME, Etanol, Metanol, F-T Hidrólise e fermentação (5C and 6C), para etanol Bagaço de cana Dedini + Copersucar Resíduos de madeira Outros processos Algumas destas tecnologias, em várias versões, serão provavelmente comerciais na Europa e EUA nas próximos cinco anos (Brasil?) A questão do custo da biomassa ($ / GJ) Hemisfério Norte: 2000: 2.4; 2010: 1.8;2020: 1.4 Brasil, hoje: palha de cana: ; madeira: ~1.2

síntese de DME, Etanol, Metanol, F-T Hidrólise e fermentação (5C and 6C), para etanol Bagaço de cana Dedini + Copersucar Resíduos de madeira Outros processos Algumas destas

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