Panorama atual e desafios na geração de energia da partir da biomassa O Mercado Brasileiro de Biomassa Suani Coelho Colaboradores: Cristiane Cortez; Renata Grisoli; Vanessa Pecora; Javier Escobar CENBIO/IEE/USP São Paulo, 27 de novembro de 2012
1. BIOCOMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS Biocombustíveis para Aviação - Tecnologias de segunda geração 2. GERAÇÃO DE ENERGIA - uso de biomassa para fins térmicos - pellets - cogeração de energia a partir de biomassa - aproveitamento energético de resíduos urbanos e rurais
http://www.nipeunicamp.org.br/sabb/index.php?option=c om_content&view=frontpage&itemid=1
Produção mundial de etanol (1ª e 2ª geração)
UNICA, 2012
Entrada de energia/cosnumo de energia (de combustíveis fósies) Ethanol Energy Balance for Different Crops 14 12 10 8 6 4 2 0 Cana Milho Trigo Beterraba Mandioca Resíduos lignocelulósicos* Matéria-s-primas * Estimativa teórica, tecnologia em desenvolvimento Fontes: Dai et al, 2006; EBAMM, 2005; IEA, 2004; Macedo et al, 2007 e Nguyen et al, 2007
Ethanol Energy Balance from Sugarcane 2C 2 H 5 OH + 11/2 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O Diesel oil CO 2 SOLAR ENERGY AGRICULTURE OPERATIONS FERTILIZERS ETHANOL TRANSPORT OTHERS BIOELECTRICITY (sugarcane bagasse)
Emissões de Gases de Efeito Estufa 66.5 a 73% * Estimativa teórica, tecnologia em desenvolvimento Fontes: Dai et al, 2006; EBAMM, 2005; IEA, 2004; Macedo et al, 2007 e Nguyen et al, 2007
Carbon balance for transportation sector (GEA, 2012 Khan Ribeiro et al)
Agro-environmental zoning of São Paulo State (2008) Adequate Adequate with environmental limitations Adequate with environmental restrictions Inadequate
Agroecological Zoning Brazil Palm
Agroecological Zoning Brazil Sugar cane
Tecnologias de segunda geração Rota termoquímica - Gás de síntese, síntese catalítica ou fermentação Rota bioquímica em desenvolvimento no Brasil - Pré-tratamento, hidrólise, fermentação
Matéria-prima lignocelulósica Culturas energéticas - Acúmulo biomassa, perenes, rotação, alto rendimento Resíduos Cana Madeira Agricolas
Projeto CENBIO Potential for Sustainable Production of 2nd-Generation Biofuels Levantar informações brasileiras sobre os biocombustíveis de primeira geração, além da disponibilidade de matérias-primas para produção de biocombustíveis de segunda geração, a fim de subsidiar o relatório publicado em 2010, que trata da situação dos principais países emergentes e em desenvolvimento. www.iea.org/papers/2010/second_generation_biofuels.pdf
Projeto CENBIO Levantamento georreferenciado de resíduos da cana-de-açúcar em potencial no país, visando à sua utilização para produção de álcool combustível através da tecnologia de hidrólise enzimática Levantar o potencial de biomassa residual da cultura de cana-deaçúcar (considerando apenas resíduos de palhas/pontas e bagaço da cana-de-açúcar) Elaborar mapas georreferenciados do potencial de resíduos (safra 2007/2008)
Custos de produção do etanol celulósico Custo matéria-prima - 45% a 65% do custo de produção Custo capital - Escala comercial Custo de operação e manutenção - Pré-tratamento e hidrólise
Cenário brasileiro Custo de oportunidade bagaço Trade-off Cogeração de energia Custo oportunidade: incremento bruto total em relação a outros produtos da sacarose - R$ 44/ tms: cogeração - R$ 13/ tms: etanol celulósico (SEABRA, 2008)
Iniciativas etanol lignocelulósico no Brasil Início Iniciativa Financiador/ Responsável 1981 Iniciativa com eucalipto Fundação de Tecnologia industrial (FTI) - Lorena/SP 1987 Patenteamento: Dedini Hidrólise Rápida (DHR)/ planta demonstração Dedini - Piracicaba/SP 2006 REDE BIOETANOL - Produção de Etanol via Hidrólise Enzimática da Biomassa da Cana-de Açúcar Ministério de Ciência e Tecnologia 2004 Unidade experimental/ planta semi industrial (2010) CENPES/ Petrobras 2008 Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN) FAPESP Projeto CANEBIOFUEL ( Seventh Research Framework 2009 Programme of the European Commission FP7) Novozymes, CTC e UFPR Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol Ministério de Ciência e 2009 (CTBE) Tecnologia
1. BIOCOMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS Biocombustiveis para Aviação - Tecnologias de segunda geração 2. GERAÇÃO DE ENERGIA - uso de biomassa para fins térmicos - pellets - cogeração de energia a partir de biomassa - aproveitamento energético de resíduos urbanos e rurais
Geração de Energia a partir de Biomassa Usos finais: Energia térmica/pellets Energia elétrica/cogeração Vantagens Tecnologias comercializadas no país. Combustível e equipamento nacionais. Vantagens ambientais (substituição de outros combustíveis fósseis e grandes hidrelétricas). Cogeração processo mais eficiente (produção simultânea de calor e energia elétrica).
Fonte: REN21.Renewables 2012 Global Status Report [Produção mundial de pellets] 2000-2011
Produção de Pellets de madeira no Brasil Dispõe de vinte plantas industriais de pellets em funcionamento, além de novos projetos anunciados, a maioria localizada na região Sul. A produção, o consumo, a exportação e a importação brasileira de pellets ainda são reduzidas.
Forecast of electric energy supply in Brazil (GW) Sources 2010 2020 2030 Hydroelectrics (with Itaipu) 82.9 115.1 148.6 Thermo-electric 17.5 28.9 42.6 Natural Gas 9.2 11.7 17.5 Nuclear 2.0 3.4 7.4 Coal 1.8 3.2 4.9 Others 4.5 10.6 12.9 Alternatives 9.1 27.0 40.8 Small hydroelectric plants (PCHS) 3.8 6.4 9.0 Wind 0.8 11.5 13.5 Biomass 4.5 9.1 22.3 Total 109.6 171.1 232.0 PDEE, 2020 e PNE, 2030.
Atlas de Bioenergia 2009 2012
Resíduos de cana-de-açúcar Resíduos florestais Resíduos agrícolas Oleo de palma nas regiões Norte e Nordeste; Biogás proveniente do tratamento de efluentes líquidos gerados na criação de suínos; Biogás proveniente do tratamento de efluentes líquidos domésticos e comerciais; e Biogás proveniente da disposição de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários. Atlas de Bioenergia Panoramas dos potenciais de geração de energia a partir de biomassa
Cogeração com Biomassa Açúcar/álcool (bagaço de cana palha/pontas) Papel/Celulose (licor negro/resíduos de madeira) Serrarias/Movelarias (resíduos de madeira) Beneficiamento de arroz (casca de arroz) Biogás
Geração de Eletricidade a partir de Biomassa 10000 Potencia instalada (MW) - Dados ANEEL 2012 1000 100 10 1 Casca de arroz Bagaço de cana Licor negro Res Madeira Biogas Fonte: Banco de Informações de Geração, ANEEL, 2012
Tecnologias para geração de eletricidade a partir de biomassa (1/2) Tecnologias comercialmente disponíveis: Ciclos a vapor de grande escala setores açúcar e álcool, papel/celulose e madeira (serrarias e movelarias) Caldeiras de alta pressão Caldeiras de leito fluidizado (setor de papel e celulose) Turbinas a vapor de contra-pressão (multiplo estagio) Turbinas a vapor de condensação e extração Turbinas a vapor de pequena escala pequenas comunidades (200 kw-1 MW)
Cogeração setor sucroalcooleiro Fonte: CENBIO (Usina Santa Adélia São Paulo Brasil)
Cogeração - setor de papel/celulose Fonte: www.cenibra.com.br
Cogeração em indústrias de celulose e integradas Caldeiras de leito fluidizado para biomassa Aracruz (ES) e Klabin (Telêmaco Borba, PR) Caldeira de Leito Fluidizado Princípios Combustível Gases Areia Ar para fluidização Cinzas Fonte: GASPARIM, 1999.
Sistemas de biomassa em pequena escala microturbinas a vapor (<1,5 MW) Projeto Enermad CENBIO 200 kw - FINEP Município de Breves Ilha de Marajó Pará/Brasil
Sistemas de biomassa em pequena escala Projeto Conjunto Brasil-Índia gaseificador de biomassa para fornecimento energético em vilas remotas cascas de cupuaçu Vila amazônica - Aquidabam 700 pessoas - 180 residências; Área plantada com cupuaçu: 100 ha; Energia para atividades econômicas Antes da usina de gaseificação Frutos de cupuaçu vendidos in natura (pouco valor agregado) Após a usina de gaseificação produção de polpa congelada de cupuaçu (maior valor agregado) Gaseificador de biomassa instalado no IPT/USP para adaptação e testes
Tecnologias para geração de eletricidade a partir de biomassa (2/2) Tecnologias em desenvolvimento/plantas piloto Gaseificadores de biomassa em grande escala/sistemas de turbina a gás Dificuldades com alimentação de biomassa e Sistema de limpeza de gás para turbinas a gás Todas as usinas existentes fechadas Gaseificadores/motores de biomassa em pequena escala Em desenvolvimento Necessidade de maior P&D Algumas plantas piloto em comunidades isoladas não completamente comercializados Óleos vegetais in natura em motores adaptados precisa de P&D
PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos X RESÍDUO DESTINAÇÃO FINAL REJEITO DISPOSIÇÃO FINAL reutilização reciclagem compostagem recuperação aproveitamento energético
Baixada Santista - Litoral Norte EMAE, 2010
BIOGÁS Biogás a partir de Tratamento de Esgoto Biogás a partir de Aterros Sanitários Biogás a partir de Resíduos Rurais
Aterro Sanitário Tecnologias de Conversão de biogás no Brasil Vazão de metano (m 3 /ano) Estrutura do sistema de captação de biogás Flare Motor ciclo Otto Microturbina
Geração de Energia em Aterro Sanitário São Paulo ATERRO BANDEIRANTES Potência instalada: 20 MW Aterro encerrado em maio de 2007 Previsão de geração de biogás: + 25 anos após o encerramento das atividades ATERRO SÃO JOÃO Potência instalada: 22 MW Aterro encerrado em outubro de 2007 Previsão de geração de biogás: + 15 anos após o encerramento das atividades
Tecnologias de pequena escala para Conversão de Biogás no Brasil Tecnologias avançadas: Microturbina a Biogás Biogás de Tratamento de Esgoto na Estação de Tratamento de Esgoto da SABESP, São Paulo Microturbina a Gás Projetos CENBIO Eletricidade a partir de Biogás Esgoto do Conjunto Residencial da USP - SP Biodigestor modelo RAFA: Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Motor Ciclo Otto Motor e sistema de controle
Biogás a partir de Tratamento de Esgoto PEQUENA ESCALA TECNOLOGIA ADAPTADA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO OURO VERDE DA SANEPAR FOZ DO IGUAÇU PARANÁ / BRASIL GRANDE ESCALA TECNOLOGIA AVANÇADA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO DA COPASA MINAS GERAIS / BRASIL Potência instalada: 30 kw Tecnologia de conversão energética: motor ciclo Otto adaptado Potência instalada: 2,4 MW Tecnologia de conversão energética : microturbina a biogás Energia térmica: aquecimento de biodigestores
Tratamento de Dejetos Animais Granja Colombari Foz do Iguaçu Paraná / Brasil 30 kw instalados Contrato com a COPEL Metodologia para estimar a redução de GEE a partir de biodigestão de resíduos animais Fotos: CENBIO, 2011
BIOGÁS A PARTIR DE ATERROS/ESGOTO/MEIO RURAL Grande escala aterros vendendo eletricidade para a rede Tecnologia Motores: bem conhecidos Turbinas a gás para biogás: poucos fabricantes Sistemas de conversão de biogás não fabricados no Brasil Sistema de limpeza de biogás para alimentar o motor a ser aperfeiçoado 57
BIOGÁS A PARTIR DE ATERROS/ESGOTO/MEIO RURAL Gargalos Tecnologia motores não fabricados no Brasil (apenas motores adaptados) Turbinas a gás importadas poucos exemplos no lugar Limpeza de gás a ser aperfeiçoada Conservadorismo stakeholders (rural) 2012 Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL - Incentivos para concessionarias Projetos de P&D em biogás 58
Incineração - Barreiras Forte rejeição da sociedade civil (falta de informação) Receio com relação à toxicidade dos gases de exaustão: falta informação sobre a existência de tecnologias adequadas para limpeza dos gases; Preocupações relativas aos impactos na reciclagem (desemprego de catadores): falta informação sobre a necessidade obrigatória de reciclagem antes do processo de incineração. Investimentos iniciais elevados. Custo de geração elevado. Falta de políticas públicas de incentivo às tecnologias para geração de energia elétrica a partir de RSU.
RSU Projeto Parceria São Paulo Baviera (Alemanha) SMA/SP SMA, Saúde Pública e Defesa do Consumidor (Baviera) 1ª Fase (2004) Capacitação na incineração de resíduos sólidos. 2ª Fase (2006): Inclusão de municípios: São Bernardo do Campo, Embu, Barueri e Santos e outras instituições públicas e privadas (SABESP, EMAE, LIMPURB, CIESP/FIESP, ABES). 3ª Fase (2009) SMA/SP, CETESB e Secretaria Estadual de Energia Resolução Nº 079, 4 Nov 2009 Condições gerais para operação e licenciamento de tratamento térmico de RSU Estudo de Caso para um município de SP viabilidade econômica de uma planta de incineração
RSU Projeto Parceria São Paulo Baviera GT - SSE/EMAE - Estudo de viabilidade econômica e modelagem para a implantação da URE Fonte: EMAE, 2010
Res. SMA 79 (04/11/2009) LE para URE (t mín de 850 o C) Baseados na Baviera MP, SOx, NOx, HCl, HF, HCT, CO, As, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Mn, Hg, Ni, Tl, V e seus compostos, dioxinas e furanos. Primeira verificação do cumprimento aos limites de emissão deverá ser realizada no mínimo na capacidade de plena carga e proceder à expedição da LO. Estabelece diretrizes e condições para a operação e o licenciamento da atividade de tratamento térmico de resíduos no estado de SP.
Comparação entre tecnologias para aproveitamento energético de RSU Tecnologia Vantagens Dificuldades Aterro Sanitário Incineração Tratamento Mecânico Biológico Tecnologia conhecida/dominada (motores) Redução no volume de resíduos sólidos dispostos em aterros sanitários Redução no volume de RS dispostos em aterros sanitários Mercado de recicláveis Dificuldades para encontrar áreas disponíveis (ambientais e sociais) Motores elevadas emissões de NOx (necessários equipamentos low NOx ) Micro turbinas pouco usadas no BR Não há planta instalada com potência < a 1 MW no mundo Não há planta instalada no Brasil Custos elevados Não há planta instalada no Brasil Custos elevados Gaseificação Unidades de pequeno porte (<1 MW) planta piloto Não há plantas comerciais para biomassa (experiência de pequeno porte na Índia e no BR/Amazônia) Necessidade de mais informações/testes para RSU
Geração de eletricidade a partir de RSU Quantidade de RSU Potencial de geração de eletricidade 1200 t/d 20 MW (incineração) 60 t/d (município de 60 000 pessoas) 1 MW 5 t/d (município de 5 000 pessoas) 75 kw aprox (gaseificação) Incineração apenas plantas acima de 5 MW Gaseificação abaixo de 1 MW
AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA (ACV) COMPARATIVA ENTRE TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO ENERGÉTICO DE RESÍDUOS SÓLIDOS Projeto de P&D EMAE / ANEEL: 0393-00611 Objetivo: elaborar estudo comparativo por meio da (ACV) do potencial de geração de energia elétrica proveniente do aproveitamento energético de tecnologias de tratamento e disposição final de resíduos sólidos (de origem domiciliar, poda, varrição, comercial e industrial não perigoso), incluindo lodo proveniente de estação de tratamento de esgoto. Objetivos secundários: análises dos aspectos econômicos, mercadológicos e sociais das tecnologias de tratamento a serem avaliadas.
Resultados preliminares ACV Emissões não tóxicas para o cenário: RSU 90% e lodo 10% PECORA et al. COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO AMBIENTAL DE ALTERNATIVAS PARA A DESTINAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM APROVEITAMENTO ENERGÉTICO. III Congresso Brasileiro em Gestão do Ciclo de Vida de Produtos e Serviços, Maringá, 2012
Políticas para eletricidade a partir de Biomassa no Brasil (1/2) 2002 Programa Proinfa (Programa Federal de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica) contrato de 20 anos para aquisição de eletricidade 1000 MW biomassa 1000 MW energia eólica 1000 MW pequenas usinas hidroelétricas Resultados from PROINFA (tarifas de alimentação estabelecidas consideradas muito baixas para biomassa) Total Wind power Small hydropower plants Biomass 3300 MW 1423 MW 1191 MW (only ) 685 MW Fonte: Eletrobras, Agosto 2005 1.000 MW 685 MW = 315 MW contratos para as outras energias renováveis principalmente para eólica (mais cara!!)
Políticas para eletricidade a partir de Biomassa no Brasil (2/2) Leilões baseados nos menores preços 2006 - R$ 137,44/MWh (usinas termoelétricas todas as fontes de energia) 5,53% do total 2011 - R$105,12/MWh (apenas energia renovável) Fonte de energia Projetos contratados Potência Instalada (MW) Garantia Física (MWmédio) Preço médio(r$/mwh) Eólica 39 976,5 478,5 105,12 Biomassa 2 100 43,1 103,06 Hídrica 1 135 90,9 91,20 Total 42 1211,5 612,5 102,18 8,25% do total Não há políticas para bioenergia/biogás não competitivos Em discussão agora leilões para CADA tipo de renovável
Alguns Comentários Atualmente não há incentivos especiais para bioenergia como há para a eólica (isenção de impostos) É obrigatório para as concessionarias investirem 1% da receita em projetos em energias renováveis e eficiência energética Supervisão da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL 2012 chamada especial para projetos em biogás A mesma política poderia ser usada para outros tipos de bioenergia/comunidades remotas
Obrigada!! suani@iee.usp.br - Suani clcortez@iee.usp.br - Cristiane rgrisoli@iee.usp.br - Renata vpecora@iee.usp.br - Vanessa escobar@usp.br - Javier http://cenbio.iee.usp.br