Custos Monetários Unitários

O custo monetário ou exergoeconômico é calculado considerando o custo monetário do combustível consumido, assim como os custos de instalação e operação da planta, Z (US$/h) que também é chamado de custo horário. Diante disso, o custo monetário unitário define a quantidade de dinheiro necessário para a produção de 1 MWh de produto, sendo que para este estudo os principais produtos são eletricidade, biodiesel e BJF (PALACIO, 2010; RENÓ, 2011). O custo horário de cada um dos processos, que formam as configurações de biorrefinarias, é calculado conforme os seguintes parâmetros: o investimento total na planta, a vida útil dela, as horas de funcionamento anual, a taxa de juros de trabalho e os custos fixos e variáveis. Os custos fixos, por sua vez, estão associados aos custos de manutenção da planta e aos custos de mão-de- obra. Já os custos variáveis são aqueles alocados de acordo com o custo da matéria-prima e dos reagentes dentro dos processos (WATANABE et al., 2016).

Assim, o cálculo do custo horário (Z) para utilização no vetor de valorização (vide 5.2) externa se dá pela Equação 5.132.

𝑍 =

[ 𝑗 .(1+ 𝑗 )𝑛 (1+ 𝑗 )𝑛

−1].𝐼𝑇 + 𝐶𝑂 𝐹+ 𝐶𝑂𝑉

𝑁 (5.132)

Tal que IT é o investimento total na planta, em milhões de US$; COFe COV são, respectiva-

mente, os custos fixos e variáveis de operação, ambos em US$; N é a quantidade anual de horas em que a biorrefinaria está em operação; j é a taxa de juros e n é a vida útil da planta, em anos. A fim de estimar o investimento necessário a cada processo que compõe a biorrefinaria, utiliza-se de dados de investimento abordados nos estudos de Alves et al. (2017) e Gebremariam & Marchetti (2018). Portanto, os valores são aplicados a uma relação matemática que os adequa as dimensões e capacidade da planta trabalhada neste trabalho. A chamada equação de custo capacidade é dada pela Equação 5.133.

C𝑢𝑠𝑡𝑜2= 𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜1.

𝐶 𝑎 𝑝 𝑎 𝑐𝑖 𝑑𝑎 𝑑𝑒₂ 𝐶 𝑎 𝑝 𝑎 𝑐𝑖 𝑑𝑎 𝑑𝑒₁

𝛼

(5.133) A relação de dimensões tem um fator 𝛼 que é utilizado para balanço do custo em função da capacidade. Tanto plantas geradoras quanto plantas de processamento apresentam esse índice, tipicamente, com o valor de 0,6 (JÚNIOR et al., 2019).

Os custos relativos ao investimento dos estudos de Alves et al. (2017) e Gebremariam & Marchetti (2018) não estão em concordância com o ano deste trabalho. Logo, faz-se necessária a correção desses custos por meio de um índice que leve em conta a inflação. O índice selecionado para esse estudo é o CEPCI (Chemical Engineering Plant Cost Indexes), adotado para plantas de processamento de reações química. Trata-se de um fator adimensional com o propósito de corrigir custos de investimento entre diferentes datas. Os custos de diferentes anos foram corrigidos conforme o último CEPCI, divulgado em outubro de 2019, que tem valor de 607,5 (ENGINEERING, 2019).

O custo de investimento de cada biorrefinaria foi obtido a partir de dados levantados na lite- ratura e são apresentados na Tabela 5.5. Por meio da equação de balanço de custo, cada processo estudado tem seu valor de investimento calculado de acordo com sua respectiva capacidade.

Tabela 5.5: Parâmetros para estimativa de investimento das biorrefinarias estudadas.

Adaptado de Alves et al. (2017)

Processo Custo de Re- ferência (M US$)

Capacidade Ano CEPCI

Extração 9,2 5,6 tóleo/h 2006 499,6 R&Ta 7,415 4,6 tóleo/h 2008 575,4 Usina E2G Fermentação 14,1 3333,3 tbiomassa/h 2010 550,8 Destilaria 10,7 34,7 tEtanol/h 2010 550,8 HEFA 800 69,4 tóleo/h 2013 567,3 ATJ 75 1,1 tBJF/h 2013 567,3

a _{Fonte: Gebremariam & Marchetti (2018).}

Portanto, pela Equação 5.133 e o uso dos dados da Tabela 5.5, foi calculado o investimento necessário para cada processo de cada biorrefinaria estudada, em milhões de dólares, e os valores são apresentados na Tabela 5.6.

Tabela 5.6: Investimento calculado para cada processo em cada estudo de caso em milhões de dólares.

CB C1 C2 C3 Cogeração $ 325,57 $ 325,57 $ 325,57 $ 325,57 Extração $ 80,22 $ 80,22 $ 80,22 $ 80,22 R&T $ 24,27 $ 16,02 $ 16,02 $ 16,02 HEFA - $ 341,58 - $ 341,58 E2G - - $ 3,59 $ 2,93 ATJ - - $ 41,61 $ 89,13 Investimento Total $ 430,07 $ 763,39 $ 467,02 $ 855,46

A Figura 5.6 apresenta o investimento total, em milhões de dólares, para cada caso estudado, separado por processos.

Figura 5.6: Investimento nas biorrefinarias em milhões de dólares (US$).

Fonte: Elaborado pelo autor.

O processo que demanda o investimento mais alto é a unidade HEFA, o investimento requerido para esta unidade é de 341,6 milhões de dólares, logo as biorrefinarias que contam com esse processo tem os maiores investimentos dentre os casos estudados. O processo de obtenção do biojet fuel pela conversão do etanol, o ATJ, também demanda quantidade significativa de investimento, para os casos 2 e 3 são necessários 41,6 e 89,1 milhões de dólares, respectivamente, a diferença entre os casos estudados se dá pela quantidade de insumo processada em cada um. A mesma variação acontece quanto ao investimento na planta de etanol celulósico nos mesmos casos 2 e 3, sendo 3,59 e 2,93 milhões de dólares, respectivamente.

Para a planta de produção de biodiesel por transesterificação, o investimento é de 24,3 milhões de dólares para a biorrefinaria do Caso Base e 16 milhões de dólares para as demais plantas, que tem a capacidade de produção de biodiesel reduzida em 50 %. Para a cogeração e a unidade de extração o investimento calculado se mantém em todos os casos estudados. Para a cogeração, o investimento exigido é de 325,6 milhões de dólares para a potência mecânica de 55 MW. E para a extração processar 150 toneladas de CFF por hora, o investimento é de 80,22 milhões de dólares.

O custo horário de investimento e operação de cada estudo de caso foi calculado considerando os seguintes parâmetros: 6000 horas anuais de operação; taxa de juros de 4,25 %; e vida útil

de 25 anos, pela Equação 5.132. E com isso, os custos horários (Z) para cada unidade são apresentados na Tabela 5.7.

Tabela 5.7: Custo horário (US$/h) de cada unidade para as configurações de biorrefinaria estudada

CB C1 C2 C3 Cogeração $5.393,89 $5.393,89 $5.393,89 $5.393,89 Extração $ 922,73 $ 922,73 $ 922,73 $ 922,73 R&T $2.097,44 $1.093,32 $ 184,18 $1.093,32 HEFA - $4.509,15 - $4.509,15 E2G - - $ 41,30 $ 33,75 ATJ - - $ 521,32 $1.081,18

A partir dos modelos exergoeconômicos construídos, os custos monetários unitários de cada fluxo produzido e dos principais produtos obtidos nas biorrefinarias podem ser calculados ao utilizar os custos Z no vetor de valorização externa da Equação 5.2. A Tabela 5.8 apre- senta os custos monetários unitários dos principais produtos obtidos em cada configuração de biorrefinaria estudada.

Tabela 5.8: Custo monetário unitário dos principais produtos das biorrefinarias estudadas.

Produto CB C1 C2 C3

Eletricidade gerada 83,46 69,88 83,45 65,53 US$/MWh

- R&T

Biodiesel (Via R&T) $ 0,33 $ 0,33 $ 0,28 $ 0,33 US$/L

Glicerol $ 27,69 $ 27,63 $ 23,29 $ 27,44 US$/t

Etanol - - $ 1,46 $ 1,37 US$/L - HEFA

BJF (via HEFA) - $ 0,49 - $ 0,51 US$/L

HVO - $ 0,02 - $ 0,02 US$/L

Nafta - $ 0,09 - $ 0,09 US$/L

- ATJ US$/L

ATJ-BJF - - $ 5,15 $ 3,56 US$/L

SIP (via ATJ) - - $ 0,11 $ 0,07 US$/L

Os maiores custos monetários relativos à geração de eletricidade ocorrem nas biorrefinarias do Caso Base e do Caso 2. Por outro lado, o custo da produção de biodiesel via transesterificação é menor no Caso 2, explica-se essa ocorrência pela maneira com que a reação é procedida, por rota etílica sem necessidade de aquisição de um insumo externo, como nos demais casos. Já no

Caso Base, em que é produzido o dobro de biodiesel quando comparado aos demais casos, a variação entre a produção por rota metílica é de apenas 0,04 US$/L.

O custo monetário de produção do etanol de segunda geração apresenta variação menos sensível, quanto ao volume de produção, em comparação ao custo exergético. O Caso 2 produz mais etanol e tem maior custo monetário, porque o investimento requerido numa planta de maior capacidade é mais elevado. Em contrapartida, o Caso 3 produz mais BJF ao utilizar o etanol como matéria-prima e demanda maior investimento em ATJ. Porém, nota-se menor destruição de exergia para a planta ATJ e maior eficiência exergética, nesse caso, o que, por conseguinte, justifica um menor custo monetário para os produtos da tecnologia ATJ no Caso 3.

O processo HEFA é idêntico no Caso 1 e no Caso 3, o balanço de massa e energia é o mesmo, considerando insumos e produtos. Com isso, os custos monetários desses casos apresentam valores muito próximos, de 0,508 e 0,513 US$/L, respectivamente, para a produção de biocombustíveis aeronáuticos. Esse comportamento é semelhante para os subprodutos da estação HEFA, o nafta e o HVO. A mínima variação é decorrente das diferentes maneiras de se organizar a estrutura produtiva.

5.3

Indicadores econômicos