Potencial dos subprodutos do setor vitivinícola

O potencial dos resíduos do setor vitivinícola pode ser calculado tendo em consideração variados valores de referência. Neste caso os subprodutos estudados para as três unidades vitivinícolas foram apenas o bagaço de uva e as borras de vinho, por serem os resíduos obrigatórios de entrega à Prestação Vínica3_. Quanto ao potencial dos subprodutos vitivinícolas no Alentejo, foram tidos em consideração três deles: engaço, bagaço de uva e borras de vinho.

3.3.4.1. Potencial de produção de calor e energia elétrica

A partir de uma experiência realizada e escrita no artigo científico por P. Burg, D. Ludin e outros, com o nome “Calorific evaluation and energy potencial of grape”, obtiveram-se diferentes poderes

3 _{“A prestação vínica consiste na obrigação de proceder à eliminação controlada dos subprodutos da vinificação}

caloríficos do bagaço de uva, para diferentes amostras e castas, onde, em traços gerais os resultados obtidos estão apresentados na tabela (3.4) [36]:

Tabela 3.4 - Potencial do poder calorífico obtido na experiência.

Tipo de resíduo Poder calorífico (mínimo valor obtido) [MJ/kg]

Poder calorífico (máximo valor obtido) [MJ/kg]

Bagaço de uva 16,07 18,97

Bagaço de uva sem grainhas 14,60 17,75

Apenas grainhas 19,78 21,13

Estes valores foram obtidos para valores de humidade compreendidos entre 8 e 10 %. Os valores médios de humidade do bagaço de uva estão compreendidos entre 60 e 65 %, com um respetivo poder calorífico de 6,75 MJ/kg [36].

Este estudo inclui também um esquema de balanço de massas e energia para o bagaço de uva produzido na República Checa, onde a eficiência de produção de energia elétrica é de 14 % e para a produção de calor é de 65 %. Aplicando o mesmo esquema e valores às herdades em estudo, obtém-se as energias térmica (equação 3.25) e elétrica (equação 3.26) produzidas, para os mesmos valores de eficiência. A equação (3.25) traduz que para o input de 30 mil toneladas de bagaço de uva com humidade compreendia entre 60 e 65 %, é possível obter 28 GWh de calor. Por outro lado, para a mesma quantia de bagaço de uva, é possível produzir ainda 6,4 GWh de energia elétrica (equação 3.26).

𝐸𝑡ℎ [𝑘𝑊ℎ] = 𝑃𝑏𝑎𝑔𝑎ç𝑜[𝑡𝑜𝑛] . 28 [𝐺𝑊ℎ𝑡ℎ] 30.000 [𝑡𝑜𝑛] (3.25) 𝐸𝑒𝑙𝑒𝑡[𝑘𝑊ℎ] = 𝑃𝑏𝑎𝑔𝑎ç𝑜[𝑡𝑜𝑛] . 6,4 [𝐺𝑊ℎ𝑒𝑙𝑒𝑡] 30.000 [𝑡𝑜𝑛] (3.26)

onde 𝐸𝑡ℎ é igual ao potencial de produção útil de calor, 𝐸𝑒𝑙𝑒𝑡 corresponde ao potencial de produção de

energia elétrica e 𝑃𝑏𝑎𝑔𝑎ç𝑜 é igual à produção de bagaço de uva obtido num determinado ano.

Para o subcapítulo (6.3.1), para além do estudo dos subprodutos de bagaço de uva e borras de vinho, ainda será feita uma análise para o engaço produzido na região do Alentejo. Para o caso desta região é ainda possível determinar, aproximadamente, o potencial de produção de energias térmica e elétrica através do engaço. O engaço tem um poder calorífico entre 9,4 MJ/kg ou 2,6 kWh/kg e 17,8 MJ/kg [37], [38]. É possível, portanto, calcular a produção de calor através da equação (3.27):

𝐸𝑓𝑜𝑟𝑛[𝑀𝑊ℎ] = 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑎ç𝑜[𝑘𝑔] . 9,4 [ 𝑀𝐽 𝑘𝑔] .

1

3600 [𝑠] (3.27)

onde 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑎ç𝑜 corresponde ao engaço produzido num determinado ano agrícola, em toda a região do

Alentejo e 9,4 MJ/kg o poder calorífico utilizado de modo a obter uma subvalorização. É importante salientar que, neste caso, 𝐸𝑓𝑜𝑟𝑛 corresponde à energia total fornecida pela queima do engaço, que é

diferente da 𝐸𝑡ℎ da equação (3.25).

Para o cálculo da energia elétrica, possível de se produzir, teve-se em consideração uma eficiência de produção de eletricidade, para uma central termoelétrica a biomassa, que está compreendida entre 20 e 25 % [39]. A energia elétrica é dada pelo produto entre a energia térmica e a eficiência de uma central termoelétrica a biomassa (equação 3.28):

onde 𝐸𝑓𝑜𝑟𝑛 é dada pela equação (3.27) e 𝜂 a eficiência de 20 % de modo a obter um valor subvalorizado.

3.3.4.2. Potencial de produção de etanol

É fácil perceber que o biocombustível que se pode obter em maior quantidade através dos subprodutos vínicos é o etanol, uma vez que tanto o bagaço de uva, como as borras de vinho têm grandes percentagens de álcool puro. Na obtenção de etanol, é possível obter-se mais de 50 gramas de álcool puro por quilograma de bagaço [40]. Por outro lado, é possível obter biodiesel, por exemplo, através da gordura presente nas grainhas (que corresponde a 10-20 % da constituição das mesmas [41]). Contudo as grainhas apenas representam entre 7 e 20 % do bagaço de uva [42], o que daria 7 a 40 gramas de óleo por um quilograma de bagaço de uva. Como este valor é significativamente inferior às quantidades de etanol obtido por subproduto vínico, apenas se realizou o estudo para a produção de etanol, por ser tanto possível através do bagaço, como das borras de vinho.

O cálculo do potencial de obtenção de etanol a partir do bagaço de uva (equação 3.29) é dado pelo produto entre a quantidade de subproduto obtida num determinado ano e a quantidade média de álcool bruto presente por quilograma de bagaço:

𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙[𝑙] = 𝑃𝑏𝑎𝑔𝑎ç𝑜[𝑘𝑔] . 5 [ 𝑙

100 𝑘𝑔] (3.29)

onde 𝑃𝑏𝑎𝑔𝑎ç𝑜 é igual à produção de bagaço de uva obtida num determinado ano e 5 l de álcool bruto por

100 kg de bagaço o valor médio fornecido pela CVRA. Outros estudos indicam valores de 6,7 litros de álcool bruto por 100 kg de bagaço [40]. Contudo para um potencial subvalorizado, mais uma vez, e atualizado optou-se pelo valor mais pequeno e cuja média é da região do Alentejo.

Para o cálculo do potencial de produção de etanol a partir das borras de vinho, teve-se em consideração o valor mínimo admitido pela lei da Prestação Vínica) de 4 litros de álcool bruto por 100 quilogramas de borras de vinho [43]. Sendo assim a equação (3.30) corresponde ao produto entre a quantidade de borras de vinho obtida e o volume mínimo de álcool bruto que deve estar presente em 100 kg de borras de vinho.

𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙[𝑙] = 𝑃𝑏𝑜𝑟𝑟𝑎𝑠[𝑘𝑔] . 4 [ 𝑙

100 𝑘𝑔] (3.30)

onde 𝑃𝑏𝑜𝑟𝑟𝑎𝑠 é igual à produção de borras de vinho obtidas.

Por último, é importante analisar, a redução das emissões de CO2, a partir da extração de etanol e aquando a substituição do mesmo por gasolina. É possível fazer-se vários tipos de abordagem: num deles admitiu-se que os fatores de emissão de CO2 serão apenas relativos à combustão de cada combustível (ou seja, não se tem em conta o ciclo de vida dos produtos); noutra abordagem pode-se considerar os fatores de emissão tendo em conta a avaliação do ciclo de vida (ACV).

Para a primeira abordagem (abordagem I) considerou-se as características para a gasolina e etanol em anexo, em “Internal Combustion Engine Fundamentals”, de J. Heywood [26]. A tabela (3.5) apresenta, por conseguinte, as características dos mesmos.

Tabela 3.5 - Características físicas e químicas da gasolina e etanol.

Combustível PCI (MJ/kg) Densidade (kg/L) Massa molar (g/mol)

Gasolina comum 44 0,72 – 0,78 ~ 110

Etanol 26,9 0,785 46,07

Sabe-se ainda que a combustão de uma molécula de gasolina (C8H18) origina oito moléculas de CO2 (J. Heywood, 1988). Do mesmo modo, a combustão de uma molécula de etanol (C2H6O) provoca a emissão de duas moléculas de CO2 (J. Heywood, 1988).

A quantidade de CO2 libertado por unidade de energia, devido à combustão de um combustível, é dada pela razão estequiométrica de 1:1 entre as moléculas de combustível e de CO2. A equação (3.31) resulta do quociente entre a massa molar (M) do produto de reação (CO2) e a massa molar do reagente (combustível), a dividir pelo poder calorífico inferior (PCI) do combustível em questão:

𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜𝐶𝑂2[ 𝑘𝑔 𝐶𝑂2 𝑀𝐽 ] = 𝑀(𝐶𝑂2) [_𝑚𝑜𝑙𝑔 ] 𝑀(𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙) [ 𝑔 𝑚𝑜𝑙] . 𝑃𝐶𝐼𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙[ 𝑀𝐽 𝑘𝑔] (3.31)

onde 𝑀(𝐶𝑂2) é aproximadamente 44 g/mol.

Substituindo os valores da tabela (3.5) na equação (3.31), obtêm-se os seguintes valores de fatores de emissão: de 72,7 kg CO2/GJ ou aproximadamente 2,4 kg CO2/l e de 71,0 kg CO2/GJ ou de 1,5 kg CO2/l, para a gasolina e etanol, respetivamente.

Outra abordagem (abordagem II) poderá ser ter em consideração os fatores de emissão de CO2 da avaliação do ciclo de vida dos combustíveis. Para tal, analisou-se a publicação da comunidade Covenant of Mayors for Climate and Energy (ou Pacto de Autarcas para o Clima e Energia) do anexo técnico: “Factores de Emissão” [25]. A tabela (3.6), apresenta os fatores de emissão de CO2 referenciados no anexo técnico, para ambos os combustíveis, de acordo com a avaliação do ciclo de vida (AVC). Tabela 3.6 - Fatores de emissão de CO2 da gasolina e etanol, tendo em conta o ciclo de vida do produto.

Combustível Fator de emissão AVC (kg CO2/kWh)

Gasolina comum 0,299

Etanol 0,206

Os valores anteriores também são equivalentes a 83,1 e 57,2 kg CO2/GJ, para a gasolina e etanol, respetivamente.

Por último o cálculo das emissões de CO2 evitadas pelo uso de etanol em substituição da gasolina, é igual ao produto entre a quantidade de energia contida no etanol e a diferença entre os fatores de emissão de dióxido de carbono (equação 3.32):

𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠õ𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑂2 𝑒𝑣𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎𝑠 [𝑡𝑜𝑛] = 𝐸𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙[𝐺𝐽] . (𝑓𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎− 𝑓𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) [ 𝑘𝑔 𝐶𝑂2

𝐺𝐽 ] . 1000 (3.32)

onde 𝐸𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 é igual ao produto entre o PCIetanol (26,9 MJ/kg) e a quantidade de etanol extraído (em massa) dos subprodutos e fcombustível é igual ao fator de emissão de CO2 do respetivo combustível, calculados anteriormente.