Alguns pesquisadores como Juárez e outros (2014), Guerra e outros (2015), Sorrell (2015), Shariatzadeh, Mandal e Srivastava (2015), embora apresentem diferentes visões sobre o uso da energia, são unânimes em evidenciar a tendência de crescimento de seu consumo energético. Até mesmo porque a disponibilidade energética traz progresso para a economia e eleva o bem-estar social, sendo, portanto, um insumo indispensável para a humanidade (IDDRISU; BHATTACHARYYA, 2015).
Assim, visando garantir o suprimento da demanda energética, principalmente em grandes centros urbanos, os governos têm buscado diferentes alternativas. Em função disso, a redução da dependência de combustíveis fósseis, assim como a manutenção de sua sustentabilidade, tornaram-se objetivos estratégicos da maioria das cidades no mundo (PINCETL, 2012; SCHELL; CLARO; FISCHBECK, 2015). Deste modo, a geração de energia a partir de fontes renováveis, em especial da fonte biomassa, tornou-se amplamente difundida (ZHENG; PAN, 2014).
Ao contrário dos recursos energéticos de origem mineral, como o carvão, o petróleo, o gás natural e o urânio, que constituem reservas físicas limitadas, o emprego da biomassa como combustível ocorre devido às diversas atividades urbanas e rurais
como: agricultura, pecuária, atividades florestais e industriais (EPE, 2016a; FORBES et al., 2016; KILPELAINEN et al., 2016; PINHEIRO et al., 2012; SALOMON; LORA, 2009; CHEN; HO, 2015). Assim, decorrentes dessas atividades, pode-se perceber distintos tipos de biomassa, conforme apresentado na Figura 4.
A variedade dos tipos de biomassa também amplia a diversidade de conceitos. No Quadro 1 apresentam-se alguns dos conceitos encontrados.
Figura 4 - Tipos de Biomassa
Fonte: Elaborado a partir de MME (2014).
Quadro 1 - Conceitos de biomassa
CONCEITO FONTE
Biomassa é todo material orgânico oriundo de plantas, que abrange desde a vegetação na terra (árvores, colheitas) como à base de água
(algas), bem como todos os resíduos orgânicos.
(CHEN; HO, 2015) Biomassa é a energia solar recolhida pelas plantas durante o processo
de fotossíntese. Esse processo consiste basicamente na captação do dióxido de carbono e conversão em materiais celulósicos.
(BILGILI; OZTURK, 2015) Biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica, seja de
origem animal ou vegetal, que pode ser utilizado para produção de energia.
(CENBIO, 2016) Biomassa é qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em
energia mecânica, térmica ou elétrica. (ANEEL, 2008)
Fonte: Elaboração própria.
Hoogwijk e outros (2003) classificam os resíduos de biomassa em: 1) primários, gerados na agricultura e silvicultura; 2) secundários, produzidos em indústrias de alimentos, bebidas, papéis, etc. durantes o processo produtivo; 3) terciários, aqueles
resultantes após o uso dos resíduos secundários e correspondem a fração orgânica dos RSU. Assim, como esta pesquisa evidencia os resíduos terciários, no caso os RSU como fonte de energia, obviamente, os assuntos aqui tratados serão aqueles que utilizam esse tipo de biomassa.
Como para este trabalho será adotado o conceito de biomassa utilizado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2008), a classificação das fontes desse recurso também será aquela adotada por esse órgão. No Quadro 2 apresenta-se a classificação das fontes de biomassa segundo a ANEEL.
Quadro 2 - Classificação das fontes de biomassa segundo ANEEL
ORIGEM FONTE NÍVEL 1 FONTE NÍVEL 2
BIOMASSA
Agroindustriais Bagaço de Cana de Açúcar; Biogás-AGR; Capim Elefante; Casca de Arroz. Florestas Lixívia; Lenha; Gás de Alto Forno; Biomassa Resíduos Florestais; Carvão Vegetal; Biogás - Floresta. Resíduos Sólidos
Urbanos Biogás - RU
Resíduos Animais Biogás - RA
Biocombustíveis Líquidos Etanol; Óleos Vegetais.
Legenda: RU (Resíduos Urbanos); RA (Resíduos Animais). Fonte: ANEEL – BIG (2016).
Dentre as fontes apresentadas no quadro 2 destacou-se para esta pesquisa o grupo de resíduos sólidos urbanos (RSU), aqui considerada a partir dos rejeitos orgânicos dispostos em aterros sanitários, pela geração de biogás.
Diversos pesquisadores como Hoogwijk e outros (2003), Faaij (2006), Smeets e outros (2007), Dutra e Szklo (2008), Sikkema e outros (2014), Bilgili e Ozturk (2015), Chen e Ho (2015), Ahmed, Uddin e Sohag (2016), Forbes e outros (2016), confirmam que a energia da biomassa, pelo fato de ser renovável, tem sido aceita como uma fonte alternativa de energia promotora do crescimento e do desenvolvimento sustentável em todo o mundo.
Nesse aspecto, a intensificação no desenvolvimento e implementação de fontes alternativas de energia provocou uma alteração na matriz energética mundial, a qual passou a inserir de maneira mais significativa as fontes renováveis. No ano de 2013, as fontes renováveis correspondiam a 19,1% do consumo final de energia mundial, dos quais a biomassa tradicional representou 9% e os biocombustíveis representaram 0,8%, conforme apresentado na Figura 5.
Figura 5 - Proporção de energia renovável no consumo final mundial em 2013
Fonte: Elaborado a partir de VEIGA (2016).
Faaij (2006) afirma que a biomassa é uma das fontes de energias renováveis capaz de realizar uma grande contribuição para o abastecimento de energia mundial. Embora o real papel da bioenergia dependa de competitividade com os combustíveis fósseis e fatores políticos em todo o mundo, espera-se que sua contribuição evolua cada vez mais neste século. Para Lebre e outros (2010), do ponto de vista socioeconômico, a exploração de fontes renováveis de energia possui o objetivo de fazer o melhor uso da energia local, utilizando as principais características da região. Para Oliveira, Henriques e Pereira (2010), assim como para Ge e outros (2014), a abundância de biomassa em ambientes favoráveis como no Brasil torna esta fonte renovável extremamente promissora. Segundo o BEN (2016), considerando-se como referência a energia elétrica no Brasil, cuja base sustenta o modelo de crescimento atual, o indicador de fontes renováveis do país é bem elevado, correspondente a 75,5% da oferta interna de eletricidade. Desse total, a biomassa é responsável por cerca de 8% da energia elétrica nacional e de acordo com a EPE (2016b) vem apresentando grande potencial prospectivo6. Neste trabalho, evidenciou-se a
6 O cálculo de sua oferta potencial relacionado à geração centralizada (modelo convencional de produção de energia a partir de grandes centrais) pode atingir 380 TWh, o que representa 51.000 MW de capacidade. Na forma de geração distribuída (produção de energia por meio de pequenas centrais situadas junto ou próximas dos consumidores) a capacidade pode chegar a 67 TWh, o que significa 9.000 MW de capacidade (com fator de capacidade de 85%) até o ano de 2050 (EPE, 2016b).
biomassa de RSU, caracterizada pela sua fração orgânica, que uma vez disposta em aterros torna-se geradora do biogás, um combustível amplamente versátil para fins energéticos. Na Figura 6 destaca-se a representatividade da biomassa na matriz elétrica brasileira, na qual o biogás de RSU é responsável por 0,0726%.
Figura 6 - Proporção da biomassa na matriz elétrica brasileira
Fonte: Elaboração própria a partir de ANEEL/BIG (2016). Nota: RU (Resíduos Urbanos); RA (Resíduos Agroindustriais).
De acordo com a EPE (2016a), a principal biomassa empregada para geração elétrica no Brasil é o bagaço de cana. Por isso nota-se a grande proporção na matriz elétrica (6,90%)7.
No caso do Biogás, Bley Jr. (2015) aponta que os setores de produção de alimentos e sucroalcooleiro juntos, possuem um potencial de produção de 20 bilhões de m3/ano de biogás. Neste campo, a Abiogás (2015) realizou um estudo para levantar a estimativa de potencial energético do biogás e biometano no Brasil, cujo resultado foi de 23 bilhões de m³/ano. Desse total, 12 bilhões de m3/ano provém de cana-de-açúcar, 8 bilhões de m3/ano de alimentos e 3 bilhões de m3/ano de resíduos. Esse montante equivale a cerca de 11 milhões de tep8 ao ano, ou 12 bilhões de litros equivalente de diesel ao ano (ABIOGÁS, 2015). Godoi (2016) acrescenta que esse potencial estimado de biogás poderia suprir 12% da matriz energética do Brasil, o que representa a produção de 37 milhões de MWh. Nesse aspecto, a biomassa é considerada "uma fonte renovável de energia que pode ser produzida em escala
7 A quantidade de energia elétrica gerada com a utilização de outras fontes de biomassa agroindustriais é menos representativa. Verificar na Tabela 2 a casca de arroz (0,0290%) e o capim elefante (0,0421%) como exemplo.
suficiente para desempenhar um papel expressivo na matriz energética nacional" (EPE, 2016b, p.189).
Em 2016, o biogás proveniente da biomassa de RSU reuniu um total de 15 usinas termelétricas, com capacidade instalada de 113.246 kW. Neste setor, a produção de energia em usinas agroindustriais com o bagaço da cana lideraram em quantidade, com 395 plantas e potência instalada de 10.756.760 kW. Na Tabela 1, apresenta-se a Matriz de Energia Elétrica brasileira, com evidencia nas usinas termelétricas por tipo de fonte.
Apesar do biogás de RSU apresentar-se com uma pequena parte do total de produção de energia elétrica (0,0726%), atualmente representa uma importante fonte para diversificar a matriz energética brasileira. Embora ainda incipiente, esse potencial tem crescido9 cada vez mais, principalmente pela importância da bioenergia na matriz energética nacional. Além disso, Salomon e Lora (2009) reforçam que a recuperação do biogás de RSU, além de prover o aumento da geração de energia, também reduz impactos ambientais e contribui para melhorar as condições do sistema de saneamento como um todo no país.
Tabela 1 - Usinas Termelétricas por tipo
(Continua) Tipo Usinas Termelétricas N° Usinas Capacidade Instalada (kW) %
Origem Fonte Nível 1 Fonte Nível 2
Biomassa
Agroindustriais
Bagaço de Cana de Açúcar 395 10.756.760 6,9033%
Biogás - AGR 3 1.822 0,0011%
Capim Elefante 3 65.700 0,0421%
Casca de Arroz 12 45.333 0,0290%
Biocombustíveis
Líquidos Óleos vegetais 2 4.350 0,0027%
Florestas
Carvão Vegetal 8 54.097 0,0347%
Gás de Alto Forno - Biomassa 10 114.265 0,0733%
Lenha 2 14.650 0,0094%
9Ao considerar uma produção de 141.700 toneladas por dia de resíduos sólidos urbanos e uma taxa de 50 Nm3 de CH4 por tonelada de RSU enviado para aterros sanitários regulamentados, é possível estimar que o Brasil possua um potencial de cerca de 660 MW de energia elétrica, considerando 30% de eficiência na conversão de energia (LEME et al., 2014).
Tabela 1 - Usinas Termelétricas por tipo (Conclusão) Tipo Usinas Termelétricas 1 N° Usinas Capacidade Instalada (KW)2 %
Origem Fonte Nível 1 Fonte Nível 2
Biomassa
Resíduos Animais Biogás - RA 10 1.924 0,0012%
Resíduos Sólidos Urbanos Biogás - RU 15 113.246 0,0726% Fóssil Carvão Mineral Calor de Processo - CM 1 24.400 0,0156% Carvão Mineral 13 3.389.465 2,1752% Gás de Alto Forno - CM 9 199.130 0,1277% Gás Natural Calor de Processo - GN 1 40.000 0,0256% Gás Natural 152 12.998.611 8,3420% Outros Fósseis Calor de Processo - OF 1 147.300 0,0945%
Petróleo Gás de Refinaria 7 339.960 0,2181% Óleo Combustível 40 4.055.973 2,6029% Óleo Diesel 2.149 4.672.803 2,9988% Outros Energéticos do Petróleo 17 955.928 0,6134%
Hídrica Potencial Hidráulico Potencial Hidráulico 1224 95.622.078 61,366%
Nuclear Urânio Urânio 2 1.990.000 1,2771%
Solar Radiação Solar Radiação Solar 40 22.962 0,0147%
Eólica Cinética do Vento Cinética do Vento 384 9.368.830 6,0125%
Importação 8.170.000 5,2455%
Total 4568 155.820.248 100,0%
Fonte: ANEEL – BIG (2016).
Nesse aspecto, alguns empreendimentos no Brasil apresentam-se como uma opção viável e confirmam ganhos econômicos e ambientais, associados à visão de sustentabilidade e valorização dos resíduos. Até o final de 2016, das 15 Usinas Termelétricas (UTEs) presentes na Tabela 1, sete estão localizadas no Estado de São Paulo, quatro em Minas Gerais e as demais estão situadas na Bahia, Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná. A maior parte dessas usinas começou a operar recentemente. Só nos últimos cinco anos 11 unidades entraram em operação. O Quadro 3 apresenta as usinas mencionadas, organizadas em ordem crescente por potência instalada.
Quadro 3 - Usinas Termelétricas operando com biogás de RSU no Brasil
USINA PROPRIETÁRIO LOCAL OPERAÇÃO ANO DE POTÊNCIA (kW) DESTINO
Sao Joao Biogás Sao Joao Energia Ambiental S.A.
São Paulo -
SP 2008 24.640 kW PIE
Termoverde
Caieiras Termoverde Caieiras Ltda
Caieiras -
SP 2016 29.547 PIE
Termoverde
Termoverde Salvador S.A.
Salvador -
BA 2010 19.730 PIE
Biotérmica Recreio BioTérmica Energia S.A
Minas do
Leão - RS 2015 8.556 PIE
Guatapará Guatapará Energia S.A
Guatapará -
SP 2014 5.704 PIE
Bandeirantes Biogas Energia Ambiental S.A
São Paulo -
SP 2014 4.624 REG
Asja BH Consorcio Horizonte Asja
Belo Horizonte -
MG 2010 4.278 REG
CTR Juiz de Fora Valorgas - Energia e Biogas Ltda
Juiz de
Fora - MG 2013 4.278 REG
Curitiba Energia Curitiba Energia SPE Ltda
Fazenda Rio Grande
- PR 2016 4.278 REG
Tecipar Tecipar Engenharia e Meio Ambiente LTDA
Santana -
SP 2015 4.278 REG
Uberlândia Energas Geração de Energia Ltda
Uberlândia - MG 2011 2.852 REG Arrudas Companhia de Saneamento de Minas Gerais Belo Horizonte - MG 2011 2.400 REG Ambient Ambient Serviços Ambientais de Ribeirão Preto S.A Ribeirão Preto - SP 2011 1.500 REG
Itajaí Biogás Itajaí Biogás e Energia S.A. Itajaí - SC 2013 1.065 REG
Energ-Biog Biomass Users Network do Brasil
Barueri -
SP 2002 30 REG
Fonte: Elaborado a partir de ANEEL – BIG (2016).
Nota: PIE (Produtor Independente de Energia); REG (usinas sujeitas a Registro).
Conforme pode ser percebido no Quadro 3, das UTEs atuais cadastradas no BIG (Banco de Informações de Geração) da ANEEL, 66,66% estão como REG, reunindo um total de dez usinas nesta categoria. De acordo com a EPE (2016b), esta divisão “REG” indica que são usinas sujeitas à Registro, com capacidade reduzida de produção, ou seja, até 1MW para hidráulicas e até 5MW para as demais fontes, incluindo o biogás de RSU. Assim, a usina pode gerar energia para consumo próprio ou pode vender no mercado livre, conforme seu interesse e possibilidade. O percentual de 33,33% restantes, corresponde à categoria PIE (Produtor
Independente de Energia Elétrica), que representa um total de cinco empreendimentos cadastrados. Nesta divisão, a pessoa jurídica ou um conjunto de empresas reunidas em consórcio recebem concessão ou autorização do poder concedente para produzir energia elétrica destinada ao comércio de toda ou parte da energia produzida, por sua conta e risco.
Os benefícios desse processo vão muito além do aspecto de tratamento adequado dos resíduos, uma vez que eles tornam-se matéria prima para as usinas termoelétricas (ZGLOBISZ et al., 2010). Assim aplicado, é possível obter ganhos econômicos, ambientais e sociais. Até mesmo porque, na visão de Piechota, Ski e Buczkowski (2013), os preços ainda elevados e os recursos limitados de combustíveis fósseis, em conjunto com o progresso tecnológico, tornam a utilização do biogás como uma boa maneira de produzir energia verde, barata e “limpa”.
Desta forma, o estudo atual contemplará dois tipos de aplicações do biogás de RSU, tanto para geração de energia elétrica como combustível. Assim, embora o viés econômico também seja importante, buscar-se-á enfatizar mais adiante as questões técnicas e regulatórias que envolvem o setor. Optou-se por esta forma porque mesmo quando há viabilidade econômica de um empreendimento do tipo, tanto o viés técnico quanto o regulatório podem inviabilizar o negócio e, portanto, são imprescindíveis nas decisões de investimento.
Com relação à biomassa no Estado do Espírito Santo, há que se evidenciar o interessante potencial energético, especialmente a partir de RSU. Na sequência, apresenta-se brevemente o potencial capixaba da biomassa na região.