ACV do biodiesel de algas

A análise de Monte-Carlo indicou que as emissões de GEE do ciclo de vida do biodiesel de algas são de 24 ± 3,5 gCO2e/MJ de combustível (μ ± σ) (Figura 4.4). O intervalo dos resultados

varia de 15 a 40 gCO2e/MJ de combustível. Valores divulgados na literatura reportaram emissões

de GEE de 43 a 79 gCO2e/MJ de biodiesel de algas (Batan et al., 2010; Delrue et al., 2012). Grande

parte dessas emissões de GEE está relacionada ao consumo de energia e de vapor no cultivo e processamento das algas. Neste estudo de ACV, essa demanda energética não foi contabilizada no inventário do biodiesel de algas pois a mesma é suprida pelo sistema de cogeração da planta de etanol. Essa demanda foi descontada da disponibilidade de vapor e da oferta de eletricidade excedente da usina de etanol. Esse é o principal motivo pelo qual os resultados tanto de emissões de GEE quanto de consumo de energia fóssil diferem dos dados divulgados na literatura.

Figura 4.4. Emissões de GEE para o sistema biodiesel de algas.

De acordo com a análise de sensibilidade (caso base), que avalia, de forma independente, os impactos que cada variável exerce sobre o resultado final, foi identificado que os parâmetros que mais afetam os resultados de emissões de GEE são a taxa de aplicação de nitrogênio, as emissões

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diretas de N2O devido ao manejo do solo e o consumo de glicerol pelas algas (Figura 4.5). As

emissões de N2O estão relacionadas ao ciclo de vida do etanol, uma vez que esse álcool é utilizado

no processo de transesterificação.

Figura 4.5. Análise de sensibilidade das emissões de GEE no ciclo de vida do biodiesel de algas.

Nota: Somente parâmetros com variação superior a 0,1%. As unidades dos parâmetros com “*”

estão identificadas no APÊNDICE A, Tabela A 2.

Para o entendimento dos resultados, é importante destacar três condições adotadas no modelo: 1) a taxa de aplicação de nitrogênio deve atender, no mínimo, à relação de Redfield (conforme item 4.4.1.1); no entanto, devido às incertezas no cultivo das algas, foi adotado um limite superior que corresponde ao desvio padrão de 50% sobre o valor médio (Tabela A 2), 2) o consumo de glicerol pelas algas depende da concentração máxima de biomassa no meio de cultura, e 3) a taxa de alimentação de glicerina é constante. Com o aumento da concentração de biomassa, por exemplo, aumenta-se a disputa por esse substrato e, por conseguinte, as algas reduzem o consumo de glicerol por kg de biomassa. Ao reduzir esse consumo, as algas passam a usar taxas maiores do CO2 da fermentação para suprir a demanda por carbono. Aumentando o uso de dióxido

de carbono por biomassa de algas, há redução na produção de biodiesel, pois CO2 é um fator

limitante no modelo, já que sua disponibilidade está restrita à produção de etanol. No entanto, ao se consumir mais dióxido de carbono, elemento esse disponível na própria unidade integrada e ao

221 2,77% 0,187 86,9% 90 0,0229 0,74 59% 93 0,44% 0,117 61,7% 13 0,0018 0,14 35% 10 15 20 25 30

Taxa aplicação de N - algas (g/kg biomassa) Emissões diretas de N2O - manejo do solo* Consumo de glicerol - algas (g/g biomassa) Conteúdo de glicerol na glicerina (%) Taxa aplicação de P - algas (g/kg biomassa) Emissões indiretas de N2O - FE volatilização* Emissões indiretas de N2O - fração lixiviada* Conteúdo de óleo nas algas (%)

g CO₂e/MJ biodiesel

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qual não foi atribuída nenhuma carga ambiental, há uma redução na aquisição de glicerina no mercado externo. Dessa forma, a resposta é a redução nas emissões de GEE e consumo de energia fóssil, já que uma carga ambiental está atrelada a essa glicerina externa. Com esse comportamento seria possível concluir que usar apenas o CO2 da fermentação, ou adicionar o da cogeração,

melhoraria a sustentabilidade do sistema. No entanto, sistemas mixotróficos resultam em maior produtividade e, consequentemente, maior produção de biomassa. Essas duas variáveis podem ser decisivas em uma avaliação econômica. Maior produtividade e aumento da produção de biomassa podem resultar em uma melhor rentabilidade econômica, pois essas variáveis estão relacionadas ao tempo de retorno e a uma menor área de cultivo. Além disso, há disponibilidade de glicerina na própria unidade integrada. O consumo local desse substrato evitaria os efeitos adversos do transporte da glicerina para outro destino final.

É importante lembrar que há uma relação direta entre o aumento da produção e da produtividade com o consumo de nutrientes (N, P e K). No modelo, o consumo de fertilizantes está atrelado ao conteúdo elementar das algas. Ou seja, ao se aumentar a produção, há um acréscimo proporcional no consumo de fertilizantes. Um aspecto importante do uso do processo mixotrófico pode ser o aumento na concentração de lipídios. No entanto, não foram encontrados estudos que retratassem os efeitos do crescimento mixotrófico sobre o conteúdo de óleo em microalgas N. salina. Com esses dados seria possível correlacionar o consumo de glicerol com o conteúdo de óleo na simulação de Monte-Carlo. Mesmo sem essa informação, foi avaliada a sensibilidade do conteúdo lipídico sobre os resultados finais e concluiu-se que essa variável não causa impacto relevante. Portanto, a ausência desse dado não prejudicou os resultados.

Embora o conteúdo de nitrogênio, carbono e fósforo das microalgas tenha sido determinado pela razão de Redfield (Redfield, 1958), a aplicação real de nitrogênio e de fósforo não é, necessariamente, a quantidade sugerida por essa razão, conforme explicado acima (Página 58). Por esse motivo, aplicou-se distribuição de probabilidade a essas variáveis, sendo o valor mínimo igual ao próprio valor médio, já que não seriam possíveis valores menores que a composição elementar das algas. Foram adotados valores de desvio padrão altos devido às incertezas no consumo desses insumos (Tabela A 2). Outro insumo que pode ser relevante para a análise de ciclo de vida é o uso de polímeros na etapa de secagem das algas. No entanto, devido à falta de informação relativa à quantidade e ao tipo de polímero, essa entrada não foi contabilizada neste estudo.

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Referente à concentração de glicerol na glicerina bruta, a variação está relacionada à composição dos ácidos graxos e aos tipos e quantidades de reagentes utilizados na produção de biodiesel. O valor médio adotado para o conteúdo de glicerol na glicerina foi de 84%, com valores mínimos e máximos de 59% e 88%, respectivamente (Oliveira et al., 2013). Neste estudo não foi avaliada a correlação entre a composição do ácido graxo, os reagentes e a glicerina devido à ausência de dados compatíveis com as considerações adotadas.

Outro ponto importante são as incertezas referente ao consumo de energia durante o cultivo das algas, que depende da tecnologia adotada. Embora o valor adotado seja referente à uma tecnologia específica, utilizada pela empresa SAT, assumiu-se um valor máximo igual ao dobro do valor médio (Tabela A 2) de forma a contornar prováveis alterações na tecnologia.

Quanto ao consumo de energia fóssil na produção de biodiesel de algas, a simulação de MC mostrou que 285 ± 15 kJ são consumidos para cada MJ de combustível (ou 4,7 MJ de biodiesel para cada MJ fóssil). O intervalo de variação é de 195 a 283 kJ/MJ de biodiesel (Figura 4.6). Valores superiores foram identificados na literatura, variando de 410 (Delrue et al. (2012) a 930 kJfóssil/MJ biodiesel (Batan et al. (2010). Essa diferença se deve ao elevado consumo de energia nas

etapas de produção das algas (PBR) e extração do óleo, lembrando que neste modelo toda a demanda de energia elétrica e de calor é suprida pela planta de cogeração.

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Figura 4.6. Uso de energia fóssil para o sistema biodiesel de algas.

Referente à análise de sensibilidade, a variável que mais afeta o resultado de balanço de energia fóssil-renovável é a aplicação de nitrogênio, que contribui com 80% da dispersão (Figura 4.7). Como explicado anteriormente, foi adotada uma elevada variação na taxa de aplicação de nitrogênio devido às incertezas atreladas ao cultivo de algas, refletindo elevada sensibilidade nos resultados.

Figura 4.7. Análise de sensibilidade do uso de energia fóssil no ciclo de vida do biodiesel de algas.

Nota: Somente parâmetros com variação superior a 0,1%.

221 0,187 90 86,9% 34 93 0,117 13 61,7% 8,2 100 200 300 400 500

Taxa de aplicação de N - algas (g/kg biomassa)

Consumo de glicerol - algas (g/g biomassa) Taxa de aplicação de P - algas (g/kg biomassa)

Conteúdo de glicerol na glicerina (%)

Taxa de aplicação de K - algas (g/kg biomassa)

kJ/MJ biodiesel

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Com o objetivo de avaliar o efeito do uso de outro método de alocação, aplicou-se alocação com base no preço. Nesse cenário, a simulação Monte-Carlo resultou em maiores emissões de GEE e consumo de energia fóssil; 41 ± 7 g CO2e/MJ de combustível para as emissões de GEE e

490 ± 80 kJ/MJ para o uso de energia fóssil (APÊNDICE D; Figura D 2 e Figura D 3). A razão para isso é porque o preço do biodiesel é quase duas vezes maior do que o preço da torta de algas. A amplitude entre os valores mínimo e máximo é cerca de duas vezes maior na alocação por preço quando comparada à alocação por massa. Devido às incertezas relacionadas ao preço, principalmente para a torta de algas, e aos critérios estabelecidos pelas normas ISO, conforme apontado no Capítulo 2, para o sistema integrado cana-algas tomou-se como base a alocação por massa.