CURSO INTERNACIONAL ENERGIA NA INDÚSTRIA DE AÇÚ ÇÚCAR E ÁLCOOL LCOOL A CANA COMO FONTE DE ENERGIA M. Regis L. V. Leal Copersucar
A CANA COMO FONTE DE ENERGIA M. Regis L. V. Leal Centro de Tecnologia Copersucar Energia na Indústria de Açúcar e Álcool Itajubá, 12 a 16 de julho 2004
Conversão de Energia na Cana CO 2 C X H Y O Z H 2 O
COMPOSIÇÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR! ÁGUA 65 75! AÇÚCARES 11 18! FIBRAS 8 14! SÓLIDOS SOLÚVEIS 12 23 %
Energia da Cana 1 t de colmos de cana Energia (MJ) 145 kg de açúcar 140 kg de fibra do colmo (bagaço) 140 kg de fibra na palha Total 2 300 2 500 2 500 7 300 (0.16 TEP) 1 ha 82 t cana 600 GJ (13 TEP) 1 ha 82 t cana 600 GJ (13 TEP)
POTENCIAL ENERGÉTICO DOS RESÍDUOS DA CANA Produção de cana Produção de bagaço (1) Produção de palha (1) Biomassa Total TEP (2) Notas: (1) 50% de umidade (2) Base PCS Mundo (10 6 t) 1 300 360 360 720 150 Brasil (10 6 t) 350 100 100 200 40
Alternativas Energéticas Açucar Etanol Fibra Energia Elétrica e/ou Etanol
350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 Produção de Etanol no Brasil Evolução da Produção Brasileira de Cana, Açúcar e Álcool 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 70/71 72/73 74/75 76/77 78/79 80/81 82/83 84/85 86/87 88/89 90/91 92/93 94/95 96/97 98/99 00/01 02/03 Safra Cana x 10 3 (t) Açucar (t ) e Álcool (m3) x 10 3 Cana Açúcar Álcool Total
Notas: 1- Fonte: SE2T International 2- Fonte: UNICA PRODUÇÃO MUNDIAL DE ÁLCOOL BILHÕES DE LITROS 2000 1 2003 2 Brasil 10,59 14,40 U.S.A. 6,50 10,64 China 3,00 UE 2,00 India 1,70 Rússia 1,30 Outros 7,91 TOTAL 33,00 37,8
MERCADO MUNDIAL DE ÁLCOOL BILHÕES DE LITROS! Bebidas 4,4! Industrial 10,0! Combustível 19,8 TOTAL 34,2 Fonte: SE2T International
Participação do Etanol nos Motores Ciclo Otto (Brasil) 60 50 40 30 20 10 0 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Ano (%)
MERCADO INTERNO DE ÁLCOOL CARACTERÍSTICAS! Anidro: reserva de mercado (20 25% na gasolina)! Hidratado: competitividade com a gasolina - Preço do petróleo - FFV - Estrutura tarifária! Industrial: crescimento vegetativo
MERCADO INTERNO DE ÁLCOOL PROJEÇÕES DE CRESCIMENTO Ano Hidratado Anidro Total Combustível Industrial Total Geral 2004 5.704 5.802 11.506 812 12.318 2007 6.762 6.128 12.890 904 13.794 2010 11.013 5.915 16.928 988 17.916 Fonte: Câmara Setorial de Açúcar e do Álcool Hipóteses: - Crescimento do PIB 4 a 3% a.a. - Crescimento das vendas de veículos leves: 6 a 5% a.a. - FFV: 67% dos carros novos a partir de 2007; 75% usando álcool.
PROJEÇÕES DA PRODUÇÃO DE ÁLCOOL NOS U.S.A. BILHÕES DE LITROS Ano Produção 2001 6,7 2002 10,6 2007 12,2 2010 16,3 2012 19,0 Fonte: RFA
Propriedades da Gasolina e Etanol como Combustível Poder calorífico (kj/kg) Número de octana (RON/MON) Calor de vaporização (kj/kg) Temperatura de ignição ( C) Relação estequiométrica ar/combustível Gasolina 34 900 91 / 80 370 500 220 14.5 Etanol 23 400 109 / 98 903 420 9
Condições Médias da Produção de Etanol no Brasil Produtividade da cana area colhida (t / ha) area cultivada (t / ha yr) Fermentação do etanol Eficiencia (%) Tempo de fermentação (hr) Pureza do melaço para a destilaria (%) Açúcar no mosto (%) 82 69 91 6 10 60 65 18 20
Fibra para Energia Elétrica Alternativas de Geração de Exedentes Condições de vapor Combustível Tipo TG Operação E.E. Exedente (kwh/tc) 22 bar / 300 C Bagaço Contrapressão Safra 0 10 82 bar / 480 C Bagaço Contrapressão Safra 40-60 22 bar / 300 C Bagaço + Palha Extração/ Condensação Ano todo 40-60 82 bar / 480 C Bagaço + Palha Extração/ Condensação Ano todo 100-150 Gaseificação Bagaço + Palha Extração/ Condensação Ano todo 200-300
Alternativas Geração de Potência > 62 bar / > 450 ºC 22 bar / 300 ºC Bagaço Bagaço 0,12 bar Processo 2,5 bar Processo 2,5 bar Safra Torres Resfriamento Condensado Para Caldeira Ano todo
Fibra para Etanol 1 t de bagaço ou palha (matéria seca) Componentes Conteúdo (kg) Etanol (L) Combustível (MJ) Celulose 400 200 Hemicelulose 220 68 Lignina 200-4 800 Outros 180 -
Balanço energético na Produção de Cana e Etanol Níveis Energéticos Considerados Nível 1 apenas combustíveis e energia elétrica (entrada de energia direta). Nível 2 energia adicional consumina na produção de insumos e outros produtos utilizados (fertilizantes, cal, sementes, herbicidas, lubricantes, ácido sulfurico, etc.) Nível 3 energia adicional consumida na produção das máquinas, equipamentos, prédios e sua
Production de etanol (total) 49.40 Balanço energético na Produção de Cana e Etanol ise do Ciclo de Vida: Entrada de Energia não-renov (MJ/TC) Média Valores (MJ/TC) Produção da cana-de-açúcar (total) 201.80 192.00 Melhores Operations agrícolas 38.10 38.10 Transporte de cana 42.90 36.50 Fertilizantes 66.50 63.40 Cal, herbicidas, etc. 19.20 19.20 Sementes 5.90 5.60 Equipmento 29.20 29.20
luxos Externos de Enegia, (AGRICULTURA + INDUSTRIA Saída Entrada Saída Entrada Agricultura 201.80 192.00 Industria 49.40 39.70 Etanol produzido 1921.60 2051.10 Bagaço (excedente) 168.70 316.40 Total (external flows) 251.20 2090.30 231.70 2367.50 Nota: Etanol do milho = 1.34 (USDA, 2002) Saída/Entrada 8.3 10.2
Ciclo de Vida Emissões de GEE na Produção e Uso do Etanol Emissões Notas: Combustíveis fósseis Metane e N 2 O da queima de cana N 2 O de solo Total Emissões evitadas (deslocando combustíveis fósseis) Uso do excedente de bagaço Uso do etanol Emissões totais evitadas Emissões liquidas evitadas (A) Anidro (H) Hidratado Média 19.2 9.0 6.3 34.5 12.5 242.5(A) 169.4(H) 255.0(A) 181.9(H) 220.5(A) 147.4(H) kg CO 2 equiv./t cana Etanol Anidro 2.6 to 2.7 t CO 2 equiv./ m 3 etanol Etanol hidratado 1.8 to 1.9 t CO 2 equiv./ m 3 etanol Melhores Valores 17.7 9.0 6.3 33.0 23.3 259.0(A) 180.9(H) 282.3(A) 204.2(H) 249.3(A) 171.1(H)
Fluxo Comparativo de energia na Produção do PROCESSO Milho 1 Switchgrass 1 Cana 2 (GJ/ha.ano) (GJ/ha.ano) (GJ/ha.ano) Consumo de energia na produção agrícola 18.9 17.8 13.9 Energia da biomassa 149.5 3 220.2 297.1 4 Relação energética agrícola 7.9 12.3 21.3 Consumo de energia na produção de etanol 47.9 10.2 3.4 Energia contida no etanol 67.1 5 104.4 132.5 6 Relação de energia total 1.21 4.43 8.32 Notes: 1-Fonte: ORNL, 2- Fonte: Copersucar/UNICAMP, 3-Não inclui aproveitamento dos resíduos de milho, 4- Não inclui uso das folhas, 5- Inclui credito p/ co-productos, 6-Inclui credito p/ excedente de bagaço 8%
Sustentabilidade! ECONOMICA : curva de aprendizado! MEIO AMBIENTE: medidas mitigatórias / redução dos GEE! SOCIAL : empregos
Alternativas de Açúcar e Etanol (1 t de cana) Somente Açúcar Açúcar: Etanol residual: 120 kg 7 l Açúcar / Etanol (50/50) Açúcar: Etanol: 67 kg 42 l Somente Etanol Etanol: 85 l
Fonte: Goldemberg, J. - CURVA DE APRENDIZADO _ Etanol Brasileiro um Exemplo Importante de Biocombustível Custo do Álcool 1000 1980 US$/ 1998 100 1 10 100 1000 Consumo cumulatico de álcool (milhões de m³)
Medidas Mitigatórias do Meio Ambient! Vinhaça e torta de filtro : reciclados! Utilização de água : 5 m 3 /TC < 1 m 3 /TC! Queima da cana : interronpida por força da lei! Pesticidas : substituidas por controle biológico! Fertilizantes : vinhaça e torta de filtro! Herbicidas : palha
EMPREGOS EMPREGOS GERADOS NA PRODUÇÃO DE VEÍCULOS E COMBUSTÍVEIS Homens-ano por 1000 veículos Carro a Álcool Carro a Gasolina C 1 Carro a Gasolina A Produção dos veículos 51,3 51,3 51,3 Produção do combustível na vida média de 15 anos 1.482,0 369,9 18,8 Empregos Totais 1.533,4 421,2 70,1 Taxa de emprego por tipo de veículo 21,9 6,0 1 Nota: 1 Gasolina com 22% de álcool Fonte: Anfavea/ÚNICA/Petrobrás
Obrigado!