Consumo de água na produção de etanol

A primeira etapa da avaliação constitui-se na identificação dos processos dentro da usina que consomem água e os volumes dos respectivos fluxos mássicos, considerando eles em circuito aberto dentro dos respectivos processos, ou seja, sem o reaproveitamento dos seus efluentes.

5.2.1. Etanol de primeira geração

A avaliação do consumo de água na destilaria autônoma simulada é apresentada na Tabela 5.3, na qual um valor de 13,68 m3/t cana foi atingido, que é menor aos 15 m3/t cana reportado por Elia Neto (2008) para o mesmo produto. A principal diferença decorre da adoção de um sistema de limpeza a seco da cana-de-açúcar, o qual consome menores quantidades de água quando

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comparado a um sistema de lavagem de cana com água. Outra razão é pela consideração de condensadores barométricos na concentração do caldo em vez de condensadores multijato. Pode- se observar que as maiores necessidades de água encontram-se na água utilizada nos condensadores das colunas de destilação e desidratação, respondendo por pouco mais do 31% do consumo total, seguidos pela água necessária para o resfriamento do mosto e das dornas no sistema de fermentação, com 27% e 15% respectivamente.

Tabela 5.3: Usos de água na destilaria autônoma considerando circuito aberto – Caso Base

Processo Usos de água L/t cana %

Sistema de Embebição 300 2,2%

Preparação e Extração Resfriamento de mancais 50 0,4%

Resfriamento do óleo de lubrificação 400 2,9%

Tratamento do caldo Preparo do leite de cal (calagem) 8 0,1% Condensador do filtro rotativo 214 1,6%

Lavagem da torta do filtro 30 0,2%

Preparo do polímero (decantação) 15 0,1%

Concentração do caldo Condensador de evaporação do caldo 619 4,5%

Fermentação Resfriamento do mosto 3.741 27,3%

Resfriamento das dornas 2.000 14,6%

Diluição do fermento (preparo do pé-de-cuba) 141 1,0%

Lavagem dos gases CO2 da fermentação 27 0,2%

Destilação Condensador da coluna de Destilação 2.606 19,0%

Condensador da coluna de Retificação 815 6,0%

Desidratação Condensador da coluna Extrativa 667 4,9%

Condensador da coluna de Recuperação 108 0,8%

Resfriamento do solvente 65 0,5%

Resfriamento do Etanol Anidro 91 0,7%

Sistema de cogeração Consumo de água na caldeira 501 3,7% Resfriamento dos turbogeradores 200 1,5%

Lavagem de gases da caldeira 1.002 7,3%

Outros Limpezas gerais 50 0,4%

Usos potáveis 30 0,2%

No sistema de cogeração, os volumes de a água para lavagem dos gases da caldeira e da água para caldeira, encontram-se na relação de dois a um, sendo responsáveis por uma grande captação de água quando não fechados os seus circuitos.

Em resumo, os maiores processos que consomem água são os circuitos de resfriamento, portanto, uma primeira ação para economizar a captação de água seria o fechamento deles, devido a que o alto consumo de água afeta drasticamente aos recursos hídricos.

5.2.2. Etanol de primeira e segunda geração

O processo de produção de etanol de segunda geração implica um maior consumo de água decorrente do seu uso nos processos de hidrólise enzimática e durante a lavagem do bagaço pré- tratado para remoção das pentoses. Além disso, a maior quantidade de mosto gerado a ser fermentado incrementa o consumo de água para o resfriamento do primeiro bem como para o resfriamento das dornas na etapa de fermentação.

Concentração do licor de glicose a través do sistema de evaporação de múltiplo efeito

Quando considerada a concentração do licor de glicose por um sistema de evaporação, se obtém que a média do consumo total dos três casos EV5, EV8 e EV10 é significativamente maior àquele consumo do processo padrão em aproximadamente 72% (Figura 5.1).

Na Figura 5.1 é mostrado o perfil de consumo hídrico, no qual o processo de fermentação responde por uma significativa parcela do consumo total, com uma média de 18% para o processo de resfriamento do mosto, e uma média de 20% para o resfriamento das dornas de fermentação decorrente dos maiores volumes de mosto a serem tratados. Em consequência disto, as etapas de destilação e desidratação também apresentam altos consumos com uma média de 20% do consumo total. Já os processos de concentração do caldo e do licor de glicose respondem entre 15% a 21% do consumo, fundamentalmente devido a água necessária nos condensadores barométricos dos sistemas de evaporação. Sendo assim que as quatro demandas descritas representam 75% do consumo total de água da usina integrada. Uma descrição detalhada dos fluxos pode ser encontrada na Tabela A.1 do Apêndice A.

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Figura 5.1: Consumo de água na produção de etanol de segunda geração com concentração do licor de glicose via sistema de evaporação de múltiplo efeito considerando circuito aberto Concentração do licor de glicose a través do sistema de separação por membranas

No caso da concentração do licor de glicose através do sistema de membranas, é atingida uma demanda média total de 21,15 m3/t cana. A Figura 5.2 descreve que o perfil do consumo de água não muda, sendo a etapa de fermentação o principal consumidor de água, com uma média de 21% para o resfriamento do mosto e de 23% para o resfriamento das dornas de fermentação. Da mesma forma, a demanda de água nos condensadores das colunas de destilação e desidratação representa uma parcela considerável com uma média de 23%.

Um maior consumo global no caso anterior é alcançado devido a que existe um requerimento adicional de água para o condensador barométrico do sistema de evaporação, o qual penaliza o consumo entre 2.730 e 4.430 litros de água por tonelada de cana processada. Maiores detalhes dos fluxos mássicos de água são apresentados na Tabela A.2 do Apêndice A.

Figura 5.2: Consumo de água na produção de etanol de segunda geração com concentração do licor de glicose mediante sistema de membranas considerando circuito aberto

Por fim, de igual forma que na produção convencional, o fechamento dos circuitos de resfriamento, em torres de resfriamento ou em lagoas de aspersão, bem como o fechamento dos circuitos de água para caldeira e da água para lavagem dos gases da caldeira, apresentam-se como opções de grande potencial para a redução da captação de água, sendo, portanto mandatórias.