Etanol de Primeira e Segunda Geração 1 Tatiane Fernandes Zambrano Brassolatti, 2 Paulenice Aparecida Hespanhol, 1 Marcela Avelina Bataghin Costa, 2 Marcelo Brassolatti 1 Instituto Federal de São Paulo (IFSP) 2 Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) tatianefzb@uol.com.br, p_hespa@hotmail.com, macosta.ufscar@gmail.com, mbrassolatti@uol.com.br Resumo: Este artigo tem o objetivo de apresentar uma revisão bibliográfica comparando a produção de etanol de primeira e segunda geração. Para completar esta revisão foram analisadas as informações disponíveis nos sites de duas empresas que utilizam tanto o etanol de primeira como de segunda geração. O etanol de primeira geração é o sistema tradicional, em que o etanol é produzido através do caldo da cana. O etanol de segunda geração é produzido a partir da palha e do bagaço da cana. Abstract: This article aims to present a review comparing the production of first and second generation ethanol. To complete this review we analysed the information available on the websites of two companies using both the first and second-generation ethanol. The first generation ethanol is the traditional system, in which ethanol is produced by sugarcane juice. The second generation ethanol is produced from straw and sugarcane bagasse. 1. Introdução O etanol é uma alternativa viável aos problemas ambientais e energéticos, visto que o mundo começa a sentir a escassez dos combustíveis fósseis e a poluição devido a sua queima. Este artigo tem o objetivo de apresentar uma revisão bibliográfica comparando a produção de etanol de primeira e segunda geração. Para completar esta revisão foram analisadas as informações disponíveis nos sites de duas usinas que utilizam tanto o etanol de primeira como de segunda geração. Estas usinas foram nomeadas A e B. O etanol de primeira geração é o sistema tradicional, em que o etanol é produzido através do caldo da cana. O etanol de segunda geração é produzido a partir da palha e do bagaço da cana. As usinas A e B têm investido na implantação de novas tecnologias para um aumento na produção de etanol e esperam começar a obter resultados em quatro anos. Esse aumento, do ponto de vista dessas empresas, pode ocorrer de duas formas: por aperfeiçoamentos das tecnologias para produção de etanol de primeira geração, a partir da sacarose da cana; ou pela produção do etanol lignocelulósico, chamado de segunda geração, produzido a partir da palha e do bagaço. A estimativa é que o aproveitamento do bagaço e parte das palhas e pontas da cana-de-açúcar eleve a produção de álcool em torno de 50%, para uma mesma área plantada, é preciso uma grande melhoria do processo atual e que se estabeleça a produção de etanol lignocelulósico.
O desenvolvimento tecnológico do etanol de segunda geração não exclui em momento algum a produção do etanol de primeira geração, ao contrário, ambas irão conviver de modo a se complementar. A produção de etanol com alta eficiência será resultado da integração e otimização de ambos os processos: primeira e segunda geração. De acordo com a Empresa A (2015), têm -se os benefícios da produção de etanol de segunda geração: Aproveitamento da cana-de-açúcar e seus subprodutos; Utilização de insumos já disponíveis nas unidades, apresentando uma vantagem logística; Aumento da fabricação de etanol em até 50% sem ampliar a área de cultivo; Produção do biocombustível mesmo durante a entressafra da cana; Redução da emissão de carbono durante a produção, gerando um combustível mais limpo. 2. Método de Pesquisa O método de pesquisa utilizado foi uma revisão bibliográfica sobre o etanol de primeira e segunda geração através de informações disponíveis em livros, revistas, artigos e no site de duas empresas que o produzem. 3. Revisão Bibliográfica Neste item são apresentados os conceitos do etanol de primeira e segunda geração. 3.1 Etanol primeira geração O volume de produção do etanol tende a crescer não só no mercado interno, mas é um produto que está em expansão no mundo, pois os mercados externos têm muito interesse neste biocombustível, e com isso o Brasil vem conquistando seu lugar de destaque. Um ponto importante a considerar é que toda a gasolina comercializada nos postos do país tem 25% de etanol anidro em sua composição, este fator é importante para uma contribuição significativa na redução das emissões de dióxido de carbono na atmosfera. Atualmente pesquisas comprovam que o biocombustível emite até 90% menos gases causadores do efeito estufa, quando comparados à gasolina. 3.2 Cana-de-açúcar como a melhor opção Sabe-se que o etanol pode ser produzido a partir de diversas qualidades de planta cultivadas no Brasil, dentre elas: milho, beterraba, trigo e mandioca. Segundo dados Embrapa (2015), a produtividade varia de seis a oito mil litros de etanol por hectare. O custo de obtenção do etanol a partir da cana-de-açúcar é o mais baixo do mundo. A eficiência de conversão dos açúcares em etanol tem aumentado muito com as descobertas de novas bactérias que auxiliam a fermentação. Na Tabela 1 é apresentado um balanço de energia obtido com a produção de etanol a partir de determinadas matérias-primas.
Tabela 1. Balanço da energia com a produção de etanol. Matérias-primas Energia renovável / energia fóssil usada Etanol de cana (Brasil) 8,9 Etanol de sorgo sacarino (África) 4,0 Etanol de beterraba (Alemanha) 2,0 Etanol de trigo (Europa) 2,0 Etanol de milho (USA) 1,3 Etanol de mandioca 1,0 Fonte: Macedo (2016). Observa-se na cana-de-açúcar uma matéria-prima com aproveitamento superior. No Brasil, esta tecnologia vem sendo desenvolvida desde os anos 70, é possível constatar no balanço energético que a unidade de energia obtida em relação à unidade de energia necessária para a produção do etanol de cana chega a ser oito vezes maior que o associado ao etanol de milho, por exemplo. As estimativas indicam que os mercados potenciais, tanto interno como externo, vão necessitar de cerca de 35,7 bilhões de litros de etanol, sendo que sete bilhões são para a exportação (EMBRAPA, 2015). O Brasil tem capacidade para aperfeiçoar as tecnologias em uso e atingir grandes ganhos na produção de etanol, sem a necessidade de expansão das áreas cultivadas com cana-de-açúcar. 3.3 Etanol de segunda geração No Brasil, esta nova tecnologia permite a obtenção de etanol a partir da celulose presente no bagaço da cana-de-açúcar (excedente da produção de energia para a usina) bem como da palha descartada na colheita. Estudos apontam que apenas um terço da cana, ou seja, o caldo é aproveitado para a produção de açúcar e etanol, o restante constitui-se do bagaço e da palha. A tecnologia da hidrólise ácida enzimática, aplicada à celulose desta biomassa, propicia em ganhos produtivos de etanol até 50% (EMBRAPA, 2015). Esta tecnologia esta sendo implantada no setor sucroalcooleiro para aumentar a produtividade. A palha é uma das biomassas capazes de gerar mais etanol, é obtida pela colheita da cana crua. Atualmente a queima da cana-de-açúcar é proibida pela Lei da Queima da Cana (Lei nº 11.241/2002), desta forma, tem-se um aumento da colheita da cana crua. Conforme Robson Cintra de Freitas (Diretor de Negócios de Etanol Celulósico do CTC), o etanol celulósico já é uma realidade, também conhecido como etanol de segunda geração ou simplesmente E2G. Os benefícios do etanol de segunda geração são: É mais sustentável, aproveita melhor a matéria-prima e seus subprodutos, consome menos combustíveis fósseis no processo; Gera retorno financeiro mais rapidamente ao investidor, visto que, em 2 anos, é possível implantar uma planta de E2G operando a capacidade plena, enquanto uma nova usina de primeira geração leva de 6 a 7 anos para atingir sua maturidade de geração de caixa.
Menor necessidade de investimento inicial, permitindo a expansão da produção com apenas uma fração do capital necessário do que seria usado para implementar uma nova usina. Permite o uso da palha da cana, por razões ambientais, não pode mais ser queimada. O etanol é a solução para atender à demanda nacional de combustíveis, mas se não houver a expansão do parque produtivo de etanol nacional, corre-se o risco de desabastecimento antes de 2020. Com a sinergia existente entre as duas usinas, de primeira e de segunda geração, possivelmente o Brasil terá um etanol celulósico mais barato que o etanol atual. O etanol celulósico fará parte da matriz energética nacional e será uma importante alavanca para a indústria nacional de etanol, garantindo a segurança energética brasileira. 3.4 Produção de etanol de primeira geração através da fermentação O processo de produção de etanol passa pelas etapas descritas na Figura 1. Figura 1. Ilustração do Processo etanol de 1º Geração. Fonte: Indústria hoje (2014). Uma grande vantagem nas usinas é que não há desperdício, a água utilizada no processo desde a lavagem até a desidratação volta para as lagoas, seguindo para as estações de tratamento para serem reaproveitas. Os resíduos sólidos, como o bagaço, podem ser reutilizados nas caldeiras para transformação em energia, e atualmente em algumas usinas como biomassa na fabricação do etanol de 2ª Geração.
O álcool utilizado para outros produtos, como bebidas, cosméticos, solventes, produtos de limpeza, etc, são obtidos da mesma maneira, passando posteriormente por outros processos. 3.5 Produção de etanol de segunda geração por hidrólise O bagaço da cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico e é um dos subprodutos da indústria da cana. Este material, constituído por celulose, hemicelulose e lignina, compõe em média, 28% do peso da cana de açúcar. Sua composição elementar é de: 44,6% de carbono; 5,8% de hidrogênio; 44,5% de oxigênio; 0,6% de nitrogênio; 0,1% de enxofre e; 4,4% de outros elementos (SIMÕES, 2005). O processo de conversão da biomassa lignocelulósica em açúcares fermentáveis para a produção de etanol celulósico envolve quatro etapas: Pré- tratamento, para romper a estrutura cristalina da celulose; Hidrólise enzimática, para hidrolisar os polissacarídeos em fermentescíveis; Fermentação, para converter os açúcares em etanol e; açúcares Destilação, que visa à separação de componentes de uma mistura, de acordo com a volatilidade relativa dos componentes (SANTOS et al., 2014). Na Figura 2, tem-se a ilustração do Processo etanol segunda geração.
Figura 2. Ilustração do Processo de etanol 2º Geração. Fonte: http://g1.globo.com/al/alagoas/noticia/2013/04/empresa-de-biotecnologia-vai-gerar-etanol-compalha-da-cana-em-alagoas.html (2013). 3.6 Benefícios em utilizar etanol Os benefícios em utilizar o etanol são: a redução de poluentes, a sustentabilidade, a bioeletricidade e o impacto na economia brasileira. Redução de poluentes - Segundo dados da Agência Internacional de Energia - IEA (2015), a utilização de etanol produzido através da cana-de-açúcar reduz em média 89% a emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (NO2) se comparado com a gasolina. O efeito estufa causa elevação da temperatura do planeta, o que contribui ao derretimento das calotas polares e, consequentemente, o aumento do nível dos oceanos e maior propensão do planeta a fenômenos como tufões, furacões e maremotos. Em todo o ciclo do combustível, o etanol lança menos CO2 à atmosfera pelo fato dele ser extraído da cana-de-açúcar. Durante a fotossíntese, as plantas absorvem o gás carbônico da atmosfera, acarretando que quase todo o gás seja absorvido pela própria cana. Em combustíveis fósseis, é lançado o CO2 extraído da terra (petróleo), ocasionando um aumento do teor desse gás presente na atmosfera. Além dos gases do efeito estufa, gasolina e diesel também lançam ao ar quantidades maiores de substâncias nocivas à saúde humana. Os combustíveis são os grandes responsáveis pela emissão de poluentes como óxidos nitrosos (NO e N2O), que
formam o ozônio (O3) e monóxidos de carbono (CO). O ozônio formado pelos óxidos nitrosos, por exemplo, causa desconforto respiratório, irritação nos olhos e envelhecimento precoce, enquanto o CO diminui a oxigenação no sangue podendo causar vertigens e tonturas. O álcool também lança essas substâncias, porém em quantidades menores, visto sua combustão no motor do automóvel ser muito maior. Sustentabilidade - Estima-se que em meados desse século estarão extintas todas as fontes de petróleo já descobertas. Mesmo que surjam novas fontes, é fato que um dia o petróleo acabará e, por consequência, os combustíveis como gasolina e diesel, o etanol, não há limite de tempo para sua existência. Bioeletricidade - Um grande benefício do etanol é que sua produção também gera outras fontes de energia. O bagaço e a palha, substratos da cana-de-açúcar com enorme poder de calorífico, produzem vapor que é transformado em energia térmica, mecânica e elétrica, chamada de bioeletricidade devido a sua matéria prima ser produtos orgânicos. A eletricidade é utilizada para abastecer a própria usina e seu excedente pode ser vendido ao sistema elétrico brasileiro. A produção anual de bioeletricidade da cana-de-açúcar já supera, por exemplo, a geração elétrica de Belo Monte, que produziria em média 4,5 mil Mh de energia. Há estimativas que, até 2021, a bioeletricidade consiga produzir energia equivalente a três usinas de Belo Monte. Impacto na economia brasileira - O Brasil possui características agrícolas que tornam extremamente viável a cultura do produto. Mesmo sendo o maior produtor mundial de etanol da cana-de-açúcar, e segundo maior de álcool, perdendo para os Estados Unidos, as terras cultiváveis no Brasil destinadas ao produto representam apenas 1% de toda área agricultável. Com o dobro dessa área, o país poderia abastecer toda a sua frota de veículos leves com o etanol. 4. Apresentação de Usinas que Produzem o Etanol de Segunda Geração Neste item será apresentado as experiências das usinas A e B como o etanol de segunda geração, descritas nos sites destas empresas. Conforme o vice-presidente da usina A, houve um investiu R$ 1,7 bilhão em replantio de cana, equipamentos e manutenção das usinas: temos usados um volume proporcionalmente menor de investimentos para manter a produtividade. No final do ano de 2015, a usina concluiu o plantio de uma nova qualidade de cana para etanol celulósico, fazendo com que os investimentos para a produção de etanol de segunda geração subam para R$ 2,2 bilhões. A cana comum possui 3,5 cm de diâmetro, enquanto esta nova qualidade de cana para etanol celulósico, denominada cana energia, possui 1,5 a 2 cm de diâmetro. A cana energia é três vezes mais produtiva do que a cana convencional e pode ser plantada em áreas degradadas. A usina A instalou, no interior do Estado de São Paulo, sua primeira usina para produção do etanol 2ª Geração, com capacidade para 40 milhões de litros por safra, colocando a usina para funcionar de maneira integrada à unidade de primeira geração do grupo, tornando possível a utilização dos recursos disponíveis como o uso do vapor e dos resíduos (palha e bagaço) da matéria-prima consumida na fase convencional de produção do etanol de primeira geração. A proximidade e a sinergia entre as duas
unidades conferem ganhos logísticos e de custo, proporcionando eficiência e competitividade a todo o processo produtivo, vice-presidente da usina A (2015). De acordo com a usina A, é possível alcançar ganhos de produtividade em torno de 50% sem a necessidade de expansão da área do canavial. O rendimento médio por hectare, atualmente na faixa entre 6,5 mil a 7,0 mil litros de etanol, pode subir para 10 mil litros com a segunda geração, nas estimativas do setor. Ainda acrescenta o vicepresidente que o processo reduz pela metade a emissão de gases do efeito estufa, na comparação com a primeira geração. O setor ainda passará por alguns desafios como ajustar os custos da produção do etanol de segunda geração para se equiparem aos da produção do etanol de primeira geração. Parcialmente financiado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), o primeiro projeto da usina A para a produção de etanol de segunda geração em escala comercial exigiu desembolsos de R$ 237 milhões. Esta operação teve início no ano de 2012, tendo como parceira uma empresa canadense de biotecnologia, que possui uma usina modelo para a produção de etanol celulósico. Dessa forma, a usina A acumulou o conhecimento necessário para tomar a decisão de instalar uma usina em escala comercial no Brasil. A empresa canadense e a usina A constituíram uma joint-venture com participação igualitária. Para a fase de testes, foram enviadas ao Canadá mais de mil toneladas de bagaço de cana, usado para o aperfeiçoamento das técnicas utilizadas na produção do etanol de segunda geração. O grupo da usina A planeja até o ano de 2024, instalar no Brasil mais sete plantas de etanol de segunda geração, também integradas às usinas de primeira geração já em operação, como forma de multiplicar sinergias e ganhos de eficiência. Quando estiverem operando a plena capacidade, a expectativa é de que a produção de etanol celulósico se aproxime de um bilhão de litros por ano (Revista Safra, 2015). A Empresa A não é a única usina interessada nessa nova fatia de mercado. O Grupo usina B também inaugurou, em setembro de 2015, uma usina modelo em Alagoas que tem por objetivo produzir cerca de 84 milhões de litros por ano de etanol 2G. Esta unidade é a primeira do hemisfério sul a alcançar escala industrial. Até 2020 a Empresa B planeja investir R$ 4 bilhões em 10 novas unidades, para chegar a produzir um bilhão de litros. Com as usinas A e B em operação, o Brasil terá a capacidade para produzir 124 milhões de litros de etanol 2G por ano, equivalente a pouco mais de 1/5 da capacidade mundial, que é de cerca de 500 milhões de litros, que está concentrada nos Estados Unidos. 5. Conclusão O objetivo inicial deste estudo era apresentar uma revisão bibliográfica comparando a produção de etanol de primeira e segunda geração. De acordo com o estudo realizado, pode-se concluir que o objetivo inicial foi atingido. Diante do exposto, pode-se perceber que o etanol tem papel primordial na proteção ambiental e climática, e será decisivo na matriz energética futura. O Brasil necessita garantir a produção suficiente para atender a demanda. Para isto, é necessário que se somem esforços de melhoria do processo atual e com isso consiga-se uma redução de custos, para que se possa estabelecer a produção de etanol lignocelulósico, com viabilidade econômica comparável ao processo usual.
O etanol produzido pela fermentação do caldo da cana é um processo já conhecido, lucrativo e extremamente vantajoso para o Brasil, que dispõe de vasta área a ser disponibilizada ao cultivo de cana-de-açúcar sem comprometer a produção de alimentos. Dessa forma, se o objetivo for elevar os índices de produção de etanol, o país obteria mais benefícios em curto prazo se investisse no melhoramento desse processo. Entretanto, para que o país continue a se desenvolver nesta área, tanto em produção como disponibilização de tecnologias, é necessário que possa dominar também o conhecimento de produção de etanol de celulose (segunda geração). Devido ao agravamento da concentração de gases efeito estufa na atmosfera e as conseqüências do aquecimento global, o etanol de segunda geração produzido através do bagaço da cana de açúcar é uma das melhores opções para minimizar os impactos ambientais. Conclui-se que, a produção de etanol com alta eficiência e sustentabilidade será resultado da integração e otimização de ambos os processos: primeira e segunda gerações. O desenvolvimento tecnológico do etanol de segunda geração não exclui a tecnologia em uso, ambas podem coexistir e ser complementares. Referências EMBRAPA. Disponível em: <http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/ cana-deacucar/arvore/contag01_130_22122006154842.html>. Acesso em 16 Nov 2016 às 18h. INDÚSTRIA HOJE. Disponível em: <http://www.industriahoje.com.br/como-e-produzido-oetanol>. Acesso em: 06 Jan 2016 às 22h30min. MACEDO, I. C. Situação atual e perspectivas do etanol. Disponível em: <https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/repositorio/cana2_000g7quvbee02wx5ok0wtedt39 a3i8>. Acesso em: 10 Fev 2016 às 13h10min. REVISTA SAFRA. Disponível em: <http://revistasafra.com.br/usinas-estimam-aumento-deprodutividade-em-torno-de-50-com-etanol-segunda-geracao/>. Acesso em: 10 Fev 2016 às 21h00min. SANTOS et al. Otimização do pré-tratamento hidrotérmico da palha de cana-se-açúcar visando à produção de etanol celulósico. Química Nova, v. 37, n.1, p. 56-62, 2014. SIMÕES, M. S.; ROCHA, J. V.; LAMPARELLI, R. A. C. Indicadores de crescimento e produtividade da cana-de-açúcar. Scientia agricola, v. 62, n.1, p. 23-30, 2005. <http://g1.globo.com/al/alagoas/noticia/2013/04/empresa-de-biotecnologia-vai-gerar-etanolcom-palha-da-cana-em-alagoas.html>. Acesso em: 12 Jan 2016 às 19h50min.