Simulação de biorrenarias baseadas em cana-de-açúcar

A maior parte dos trabalhos apresentados nas seções anteriores foi conduzida por pes- quisadores estrangeiros e está relacionada principalmente à utilização do milho como ma- téria prima. Análises do uso da cana-de-açúcar como materia prima em biorrenarias também encontram-se disponíveis na literatura; alguns trabalhos relacionados à simulação do processamento da cana-de-açúcar são apresentados nessa seção.

ração utilizando bagaço da cana-de-açúcar com a primeira geração foi realizado utilizando- se o simulador Aspen Plus (PALACIOS BERECHE, 2011), considerando redução do con- sumo de vapor do processo por meio de aplicação da metodologia Pinch-Point, com ênfase na modelagem do sistema de cogeração. O autor mostra que a minimização do consumo de utilidades quentes do processo leva a um aumento signicativo da produção de etanol no processo integrado. Além disso, o autor também avaliou o uso de membranas para con- centração do licor hidrolisado, que apresenta consumo de energia consideravelmente menor do que evaporadores, permitindo assim ganhos na produção de etanol.

Seabra et al. (2010) compararam o processamento das frações lignocelulósicas da cana- de-açúcar por meio das rotas bioquímica e termoquímica em plantas adjacentes a unidades de processamento de cana-de-açúcar no Brasil, do ponto de vista técnico-econômico. Os modelos empregados foram baseados em modelos desenvolvidos pelo NREL em Aspen Plus e em destilarias autônomas otimizadas (eciente sistema de cogeração, com consumo de vapor reduzido e de capacidade de processamento elevada - 1000 TC/h). Foram compara- das plantas isoladas e clusters de destilarias, nos quais 2 ou 3 plantas fornecem material lignocelulósico para a produção de etanol de segunda geração em uma planta adjacente à destilaria. A produção de etanol pode aumentar signicativamente quando além do ba- gaço for utilizada também a palha como matéria prima, tanto na rota bioquímica quanto termoquímica. Nas duas rotas a eletricidade é um co-produto importante, mas maiores excedentes foram obtidos quando a rota bioquímica foi considerada. Análise econômica foi conduzida para estimar o preço mínimo de venda do etanol, que foi semelhante para as duas rotas.

Considerando-se que atualmente a fração lignocelulósica da cana-de-açúcar é utilizada como combustível para produção de eletricidade, Seabra e Macedo (2011) compararam o uso da fração lignocelulósica excedente para geração de eletricidade ou de etanol de segunda geração em plantas adjacentes a unidades convencionais de produção de etanol de primeira geração, do ponto de vista técnico, econômico e ambiental. Os autores mostram que as análises são fortemente dependentes das considerações técnicas e da região na qual

a planta está inserida, e por isso avaliações especícas devem ser conduzidas para avaliar o uso do bagaço no Brasil. Os modelos foram baseados em simulações desenvolvidas em Aspen Plus e incluem também o uso de parte da palha produzida no campo. Para a rota bioquímica considerou-se o modelo utilizado por Seabra et al. (2010), baseado no modelo desenvolvido pelo NREL (ADEN et al., 2002). Os autores vericaram que dentro das considerações assumidas no estudo, a produção de etanol de segunda geração leva a conversão mais eciente da energia e menores emissões de gases causadores do efeito estufa, quando comparada à produção de eletricidade, mas atualmente a produção de eletricidade é mais rentável.

Walter e Ensinas (2010) também analisaram a produção de eletricidade e biocombus- tíveis de segunda geração a partir de resíduos da cana-de-açúcar, mas o modelo compu- tacional empregado foi desenvolvido pelos autores. As rotas termoquímica e bioquímica foram analisadas em plantas adjacentes a destilarias autônomas processando dois milhões de toneladas de cana por ano. Dentro das condições do estudo vericou-se que a rota termoquímica, baseada em gaseicação da biomassa e conversão de Fischer-Tropsch (pro- dução de diesel e gasolina), é mais eciente, do ponto de vista de conversão de energia, do que a opção bioquímica.

Melhorias no processamento da cana-de-açúcar para produção de açúcar, etanol e ele- tricidade foram propostas por Ensinas et al. (2009) e Serra et al. (2009) usando simulações e análises exergéticas, utilizando para tanto o software EES. O foco destes trabalhos foi apontar os pontos de maior potencial de melhoria, com aumento da eciência energética do sistema. Os autores vericaram que a indústria brasileira de processamento de cana-de- açúcar apresenta um potencial signicativo para redução do consumo de energia e recursos naturais. Outros trabalhos disponíveis na literatura mostram a produção de etanol de se- gunda geração a partir do bagaço da cana-de-açúcar, mas não são relacionados à produção de etanol de primeira geração. Ojeda et al. (2011a), Ojeda et al. (2011b) comparam dife- rentes opções tecnológicas para a produção de etanol de segunda geração a partir do bagaço excedente de uma planta de primeira geração, mas sem integração a essa planta. Modelos

baseados em Aspen Plus foram construídos para representar o pré-tratamento, hidrólise, fermentação e puricação. Softwares desenvolvidos pelos autores foram empregados para realização de análise exergética, e SimaPro para análise do ciclo de vida.

2.5.4 Simulação do processo integrado de produção de etanol de