Produção de bioetanol
75 típicas no Centro-Sul brasileiro (utilizando metade da cana para açúcar e metade para bio-
etanol), a aplicação da vinhaça representa cerca de 15 mm a 20 mm em 30% do canavial e praticamente elimina a necessidade da irrigação. Os valores apresentados para aplicação da vinhaça e torta de filtro se referem aos valores recomendados em condições típicas para o Estado de São Paulo, de acordo com a legislação ambiental.
(a) (b) Colheita da cana: (a) manual com queima e (b) mecanizada sem queima.
O período da colheita da cana varia de acordo com o regime de chuvas, de modo a tornar possíveis as operações de corte e transporte e para permitir alcançar o melhor ponto de maturação e acumulação de açúcares. Na Região Centro-Sul do Brasil, a colheita é de abril a dezembro, enquanto, na Região Nordeste, é realizada de agosto a abril. O sistema tradicional de colheita, ainda utilizado em cerca de 70% das áreas cultivadas com cana-de- açúcar no Brasil, envolve a queima prévia do canavial e o corte manual da cana inteira. Esse procedimento, no entanto, vem sendo aos poucos substituído pela colheita mecanizada da cana crua picada (sem queima), por conta das restrições ambientais às práticas da queima. Com os recentes acordos firmados entre governo e produtores, espera-se que até 2020 toda a cana seja colhida mecanicamente, sem a queima prévia do canavial.
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Tabela 7 – Principais parâmetros agrícolas da cana no Centro-Sul brasileiro
Indicador Valor
Produtividade 87,1 tc/ha
Colheita de cana crua (sem queimar) 30,8%
Colheita mecanizada 49,5%
Pol % cana (teor de sacarose) 14,22
Fibra % cana (teor de bagaço) 12,73
Fertilizantes P2O5
Cana-planta 120 kg/ha
Cana-soca sem vinhaça 25 kg/ha
K2O
Cana-planta 120 kg/ha
Cana-soca sem vinhaça 115 kg/ha
Nitrogênio
Cana-planta 50 kg/ha
Cana-soca com vinhaça 75 kg/ha
Cana-soca sem vinhaça 90 kg/ha
Calcário 1,9 t/ha (apenas no plantio)
Herbicida 2,20 kg/ha (valor recomendado)
Inseticida 0,12 kg/ha (valor recomendado)
Outros defensivos 0,04 kg/ha
Aplicação de torta de filtro 5 t (base seca)/ha
Aplicação de vinhaça 140 m3/ha
Fonte: Macedo (2005a) e CTC (2005).
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Figura 9 – Distribuição das 350 usinas de processamento de cana-de-açúcar no Brasil
Fonte: CGEE (2006).
Após o corte, a cana é transportada o mais cedo possível para a usina, a fim de evitar perdas de sacarose. Exceto por poucas empresas que utilizam algum transporte fluvial, o sistema de transporte é baseado em caminhões, com diversas possibilidades – caminhão simples, duplo (Romeu-Julieta), treminhão, rodotrem –, cuja capacidade de carga varia de 15 a 60 tone- ladas. Vale mencionar que, nos últimos anos, a logística da cana, envolvendo as operações integradas de corte, carregamento e transporte, vem passando por uma contínua evolução, com a finalidade de reduzir os custos e diminuir o nível de compactação do solo.
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Transporte de cana-de-açúcar com treminhão no Brasil.
A cana não pode ser armazenada por mais do que poucos dias e, independentemente do tipo de instalação, as usinas só operam durante o período de safra, sendo as etapas iniciais do processamento para bioetanol basicamente as mesmas empregadas para a produção de açúcar, como mostrado na Figura 10. Uma vez na usina, a cana, em geral, é lavada (somente a cana inteira) e segue para o sistema de preparo e extração, que no Brasil é baseado em moendas, isto é, a extração do caldo se realiza sob pressão de rolos, montados em conjuntos com quatro a sete sucessivos ternos de moenda. No conjunto de rolos da moenda, o caldo, que contém a sacarose, é separado da fibra (bagaço), que segue para a planta de energia da usina, na qual é usada como combustível. Em algumas novas unidades implantadas no Brasil, tem sido adotada a extração por difusão, com expectativas de vantagens do ponto de vista energético. Nos difusores, a cana picada e desfibrada passa por sucessivas lavagens com água quente, cedendo por lixiviação seus açúcares, e, ao final, passa por um rolo de secagem, de onde sai o bagaço a ser utilizado nas caldeiras. Produzido na moenda ou no difusor, o caldo con- tendo os açúcares da cana pode, então, ser destinado à produção de açúcar ou bioetanol.
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Figura 10 – Diagrama de fluxo da produção de açúcar e bioetanol de cana
Cana
Bagaço
Filtração Torta de filtro
Evaporação Melaço Fermentação
Cozimento Centrifugação Secagem Açúcar Destilação Retificação Vinhaça Desidratação Etanol (hidratado) Etanol (anidro) Tratamento químico Caldo Moagem Caldeiras Fonte: Seabra (2008).
Para a produção de açúcar, o caldo é inicialmente peneirado e tratado quimicamente, para coagulação, floculação e precipitação das impurezas, que são eliminadas por decantação. A torta de filtro, utilizada como adubo, resulta da recuperação de açúcar do lodo do decanta- dor através de filtros rotativos a vácuo. O caldo tratado é, então, concentrado em evaporado- res de múltiplo efeito e cozedores para cristalização da sacarose. Nesse processo, nem toda a sacarose disponível na cana é cristalizada e a solução residual rica em açúcar (mel) pode retornar mais de uma vez ao processo com o propósito de recuperar mais açúcar. O mel final, também chamado de melaço e que não retorna ao processo de fabricação de açúcar, con-
tém ainda alguma sacarosee um elevado teor de açúcares redutores (como glicose e frutose,
resultantes da decomposição da sacarose), podendo ser utilizado como matéria-prima para a produção do bioetanol mediante fermentação.
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Desse modo, a produção de bioetanol de cana-de-açúcar pode se basear na fermentação tanto do caldo da cana direto quanto de misturas de caldo e melaço, como é mais freqüen- temente praticada no Brasil. No caso de bioetanol de caldo direto, as primeiras etapas do pro- cesso de fabricação, da recepção da cana ao tratamento inicial do caldo, são semelhantes ao processo de fabricação do açúcar. Em um tratamento mais completo, o caldo passa pela calagem, aquecimento e decantação, assim como no processo do açúcar. Uma vez tratado, o caldo é eva- porado para ajustar sua concentração de açúcares e, eventualmente, é misturado com o melaço, dando origem ao mosto, uma solução açucarada e pronta para ser fermentada.
O mosto segue para as dornas de fermentação, onde é adicionado com leveduras (fungos unicelulares da espécie Saccharomyces cerevisae) e fermentado por um período de 8 a 12 horas, dando origem ao vinho (mosto fermentado, com uma concentração de 7% a 10% de álcool). O processo de fermentação mais utilizado nas destilarias do Brasil é o Melle-Boinot, cuja característica principal é a recuperação das leveduras do vinho mediante sua centrifu- gação. Assim, após a fermentação, as leveduras são recuperadas e tratadas para novo uso, enquanto o vinho é enviado para as colunas de destilação.
Usina de processamento de cana-de-açúcar no Brasil.
Na destilação, o bioetanol é recuperado inicialmente na forma hidratada, com aproximada- mente 96° GL (porcentagem em volume), correspondentes a cerca de 6% de água em peso, deixando a vinhaça ou vinhoto como resíduo, normalmente numa proporção de 10 a 13 litros por litro de bioetanol hidratado produzido. Nesse processo, outras frações líquidas também são separadas, dando origem aos álcoois de segunda e ao óleo fúsel. O bio- etanol hidratado pode ser estocado como produto final ou pode ser enviado para a coluna de desidratação. Mas, como se trata de uma mistura azeotrópica, seus componentes não podem ser separados por uma simples destilação. A tecnologia mais utilizada no Brasil é a desidra- tação pela adição do cicloexano, formando uma mistura azeotrópica ternária, com ponto de
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