Geração de Energia a partir da biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais)

1. Geração de Energia a partir da biomassa(exceto resíduos do lixo e óleos vegetais) Energia e Meio Ambiente

2. Tecnologias de geração • Tecnologias de produção de eletricidade a partir da biomassa (Walter et al., 2000 apud Coelho e Goldemberg, 2000): • Necessidade ou não de conversão de biomassa antes de sua combustão • Combustão direta da biomassa – baseiam-se no ciclo a vapor (exclusivamente biomassa ou queima conjunta com um combustível fóssil, co-firing) • Queima de combustíveis derivados da biomassa – beseiam-se na gaseificação, na biodigestão e na pirólise de biomassa)

3. Tecnologias de geração - Brasil • Brasil: larga experiência na produção de geradores de vapor a biomassa, principalmente bagaço de cana de açúcar (Coelho e Goldemberg, 2000): • Bagaço de cana: em 2000, 100 ton/hora, gerando vapor a 4,2 MPA e 300-320oC (possível até temperaturas na faixa 380-400oC) • Madeira: 200 ton/hora, mesmas condições vapor gerado • Queima de resíduos e chips de madeira: resslata-se o gerador de vapor à biomassa de leito fluidizado • Cogeração nas fábricas em que a celulose é extraída pelo processo kraft, é função da necessidade de recuperação de substâncias existentes no licor negro* com tecnologia similar aos sistemas de cogeração com turbinas a vapor de extração-condensação *subproduto do processo de digestão da madeira, mistura de lignina e inorgânicos. Além do licor negro, esses sistemas empregam resíduos de madeira para complementar a geração de calor.

4. Interferência primária da biomassa • Processos físico-químicos: moagem, secagem, prensagem, extração, etc. • Processos microbiológicos: fermentação para obtenção de álcool etílico, digestão anaeróbias, etc. • Processos termoquímicos: podem ser precedidos* dos processos anteriores e incluírem combustão direta, gaseificação, pirólise, etc. • Fonte: Coelho e Goldemberg, 2000. *por não estarem em condições adequadas ao transporte, manipulação ou em granulometria adequada, a obter uma boa eficiência de reação associada ao processo selecionado com melhor alternativa tecnológica.

6. Bioenergia e biocombustíveis Fonte: NOGUEIRA (2008)

7. Fundamentos da bioenergiaFonte: NOGUEIRA (2008) • Energia química: bioenergia→ toda e qualquer forma de energia associada a formas de energia química acumulada mediante processos fotossintéticos recentes • Biomassa: recursos naturais que dispõem de bioenergia e que podem ser processados para fornecer formas bioenergéticas mais adequadas e elaboradas para o uso final • Resíduos de serraria e lenha, biogás da digestão anaeróbia de RS e outros resíduos sgropecuários, biocombustíveis líquidos (bioetanol e biodiesel) etc.

8. Fundamentos da bioenergiaFonte: NOGUEIRA (2008) • Ciclos fotossintéticos de maior interesse: Ciclo de Calvin (C3) e o Ciclo de Hatch-Lack (C4) • Relevantes para o desenvolvimento de sistemas bioenergéticos, pela grande diferença de produtividade entre os ciclos em favor do Ciclo C4 • Ciclo C3: maioria das plantas conhecidas usa o ciclo C3 • Ciclo C4: algumas gramíneas tropicais (ex. cana-de-açúcar, cevada e sorgo) • Elevada taxa fotossintética de saturação (absorve mais energia solar), ausência de perdas por fotorrespiração, alta eficiência na utilização da água, maior tolerância salina e baixo ponto de compensação para o CO2 (responde melhor sob menores concentrações desse gás)

9. Fundamentos da bioenergiaFonte: NOGUEIRA (2008)

10. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • Produção de bioetanol usando celulose ainda está em nível de laboratório e plantas-piloto, ainda sem significado real no contexto energético, com obstáculos tecnológicos e econômicos por superar

11. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • Tecnologias industriais impílícitas no gráfico, para conversão de açúcares e amido em bioetanol, podem ser consideradas maduras e disponíveis, exceto as referentes à hidrólise de materiais lignocelulósicos (em desenvolvimento) adotadas para obtenção de bioetanol da parte celulósica da cana

12. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • No conjunto de rolos da moenda, o caldo, que contém a sacarose, é separado da fibra (bagaço), que segue para a planta de energia da usina, na qual é usada como combustível • Açúcar: caldo é peneirado e tratado quimicamente para coagulação, floculação e precipitação das impurezas • Mel final pode ser usado como matéria-prima para produção de bioetanol (fermentação) • Bioetanol: fermentação tanto do caldo da cana quanto de misturas de caldo e melaço

13. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • No caso da agroindústria de bioetanol com base na cana, a totalidade da energia consumida no processo pode ser provida por um sistema de produção combinada de calor e potãncia (sistema de co-geração) instalado na própria usina, utilizando apenas o bagaço como fonte de eenergia • Brasil: usinas auto-suficientes e ainda conseguem exportar excedentes cada vez mais relevantes para a rede pública

14. Produção de bioetanolFonte: NOGUEIRA (2008) • Com uma tonelada de cana, é possível obter 86 litros de bioetanol hidratado • Objetivo de produção de açúcar: além de 100 kg de açúcar, é possível produzir 23 litros de bioetanol hidrato por tonelada de cana por meio de melaço

15. Tabela: Oferta interna de energia 2007/2008. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

16. Figura: Oferta interna de energia 2007/2008. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

17. Tabela: Oferta interna de energia - participação. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

18. Figura: Oferta interna de energia - participação. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

19. Figura: Consumo interno de energia. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

20. Figura: Consumo final energético por setor. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

21. Figura: Consumo final energético no setor de transportes. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

22. Figura: Consumo final energético no setor industrial. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

23. Tabela: Cadeias energéticas – cana-de-açúcar. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

24. Tabela: Emissões de CO2. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009). Figura: Emissões de CO2. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

25. Figura: Evolução das emissões de CO2 no Brasil. Fonte: BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA - EPE I MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME (2009).

26. Geração de Energia a partir da biomassa(exceto resíduos do lixo e óleos vegetais)

27. Setor sucro-alcooleiro • Na produção de açúcar e álcool a partir da cana-de-açúcar, para cada litro de álcool obtido no processo de destilação, são gerados cerca de 14 litros de vinhoto ou vinhaça (efluente) • DQO: ~29.000 mg/l, além de nuttrientes como N, P e K, etc. • Coeficiente de geração de energia elétrica a partir do vinhoto é estimado em 20 kWh/ton de cana processada (BioDieselBr apud Bley Jr. et al., 2009) • Potencial de gerção em 2008 de 6,32 TWh devido a safra de 310 a 312 milhões de ton de cana (Conab apud Bley Jr. et al., 2009)

28. Setor sucro-alcooleiro • Ex (Bancor apud Bley Jr. et al., 2009): • Em São Martinho o vinhoto é processado por biodigestão contínua, capturando-se o biogás que funciona como combustível auxiliar queimado diretamente nas caldeiras, e em spray-driers, usados na secagem de leveduras do processo de fermentação das dornas. • Obtém-se sobras de bagaço de cana, transformado em briquetes (substituem lenha ou carvão) e leveduras que são comercializadas • Características do vinhoto tratado: DQO 9000 mg/l; Ntotal: 600 mg/l; Ptotal: 32 mg/l; K: 1.400 mg/l; e Sulfato: 32 mg/l; pH entre 6,0 e 6,9, além de deixar de ter o forte odor e atrair insetos.

29. Setor sucro-alcooleiro • Ex (Bancor apud Bley Jr. et al., 2009): • Avaliação econômico-financeira do investimento de uma usina de álcool, em dimensões entre 192.000 e 480.000 litros de álccol por dia: • Taxa Interna de Retorno (TIR): 18 %; • Indicadores por 1.000 litros de álcool produzido: • Gera 125 m3 de biogás; • Entre 386 e 462 kg de briquetes de bagaço; • 6 kg de leveduuras secas; • Créditos de carbono (RCEs) de 556 kg/ano.

30. Setor sucro-alcooleiroFonte: Bley Jr. et al., 2009 Sistema de cogeração com turbinas de contrapressão: nestra configuração, geração de vapor a 300oC e demanda de vapor equivalente a 500 kg/tc, o sistema gera 14,2 kWh/ton de cana-de-açúcar processada

31. Setor arrozeiro • Características físico-químicas favoráveis, com poder calorífico alto (quando comparado à outras formas de biomassa) e um teor de umidade baixo • As cascas de arroz possuem propriedades que as tornam de difícil queima • Prejudicial a uma combustão completa e eficiente; alto teor de cinzas, características extremamente abrasivas, baixa massa específica e formato das partículas; • Cinética da reação de combustão das cascas de arroz é extremamente delicada e complexa, com controle rigoroso de diversos parâmetros: temperatura, tempo de resid~encia, regime de fluxo de gases e a dosagem de ar.

32. Variáveis ambientais das alternativas tecnológicas • Emissão de gás carbônico: apresenta balanço praticamente nulo (absorção de carbono pela fotossíntese) • Demais emissões: quando comparada aos combustíveis fósseis, emissões desprezíveis de SOx • Centrais termelétricas* devem possuir projetos acompanhados de um rigoroso planejamento de recursos hídricos locais • Resoluções CONAMA e legislação estadual para condições gerais e demandas *Principalmente as que empregam ciclos em condensação são grandes consumidoras de água

33. Análise da viabilidade econômica de projetos termelétricos para o sistema interligado de geração e distribuição de energia no Brasil Fonte: Coelho e Goldemberg, 2000

34. Critério principal • Alternativas (Coelho e Goldemberg, 2000): • Gerar exclusivamente o montante de energia que é consumido pela empresa; • Queimar todo o seu combustível através das tecnologias convencionais comercializando eventuais excedentes de carga; • Gerar o máximo de energia possível com o combustível existente, apesar dos custos associados; e • Desenvolver uum projeto compatível com um montante de recursos disponíveis definidos.

35. Viabilidade econômica • Análise de projetos segundo critérios como fluxo de caixa, o valor presente líquido e outros indicadores que condensem as informações quantitativas em um valor final, que pode ser comparado a um padrão pré-estabelecido (Coelho e Goldemberg, 2000): • Taxa Interna de Retorno (TIR); Valor Atual (ou presente) Líquido (VLP); Custo anula (ou mensal) equivalente; e o tempo de recuperação ou payback (exceção no que tange a um padrão prévio) • Podem ser calculados com base em um desconto a uma dada taxa de juros ou não Avaliação geral dos investimentos necessários

36. Equipamentos e custos associados • Dezenas de pequenos itens e componentes: sobretudo associados a tubulações (juntas de expansão, válvulas de segurança, etc.) (Coelho e Goldemberg, 2000): • Descrição dos equipamentos: preços de todos os equipamentos e utilidades necessários ao seu funcionamento, conforme especificações dos fabricantes e com os impostos incidentes na data de especificação dos equipamentos (Coelho e Goldemberg, 2000): • Variações nos custos dos equipamentos, devido por exemplo às características dos distintos combustíveis, relação calor/trabalho mecânico, layout da instalação etc.

37. Análise operacionalCustos variáveis e receitas(Hoofmann, 1999 apud Coelho e Goldemberg, 2000; Pretz, 1997 apud Coelho e Goldemberg, 2000) • Custo do combustível • Depreciação (taxa depende do item sobre o qual incide) • Custo de pessoal (especial ou parcialmente remanejado de outra atividade da empresa) • Custo de manutenção (cerca de 1% do valor total do investimento) • Tarifa de venda ou comercialização (receita direta e lucros não operacionais da energia consumida diretamente sem taxas)

38. Análise operacionalCustos variáveis e receitas(Hoofmann, 1999 apud Coelho e Goldemberg, 2000; Pretz, 1997 apud Coelho e Goldemberg, 2000) • Energia produzida (energia consumida, demanda de potência e produção de excedente) • Aspectos tributários (extremamente variáveis) • Composição do capital de giro (disponível, realizável. Exigível, taxa de inflação etc.) • Projeção de vendas e resultados (fator de utilização) • Custos evitados computados como resultados não operacionais (ligados ao descarte e tratamento da matéria-prima que será o combustível local) • Fluxo de caixa líquido (contém as principais informações na forma de planilha)

39. Definição das condições de financiamento adotadas • FINAME Especial: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), com condições de (Coelho e Goldemberg, 2000): • Período total de 8 anos e 2 de carência; • Encargos básicos à Taxa de Juros de Longo Prazo (TJLP); • E encargos adicionais 3,5%, mais um spread (ou del credere) do agente financeiro de 3,0% • Adotado o Sistema de Amortização Constante (SAC) • Spread básico: nível padrão: 2,5% a.a.; e • Spread de risco: entre 0,5% e 4,625%, para as operações diretas com o BNDES relativas às fontes alternativas de energia

42. Referências Bibliográficas • BLEY Jr. et al.Agroenergia da biomassa residual: perspectivas energéticas, socioeconômicas e ambientais. Foz do Iguaçu/Brasília: Itaipu Binacional, Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação, 2009. • BRASIL. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA / MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA – MME. Balanço Energético Nacional 2009 – Ano base 2008: Resultados Preliminares. Rio de Janeiro: EPE, 2009. 48 p. • COELHO, S. T.; GOLDEMBERG, J. (coord.) Geração de Energia a Partir da Biomassa (exceto resíduos do lixo e óleos vegetais. p.1-92.In:TOLMASQUIM, M. T. (org.). Fontes renováveis de energia nop Brasil. Rio de Janeiro: Interciência: CENERGIA, 2003. • NOGUEIRA, L. A. H. Bioetanol da cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. Rio de Janeiro: BNDES, 2008. 316 p.