UNIVERSIDADE FEDERAL FACULDADE DE ENGENHA
CURSO DE
CRISTIANO HENRIQUE
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
“USINAS FLEX”
CRISTIANO HENRIQUE RIBEIRO BORGES
Uberlândia – MG 2012
DE UBERLÂNDIA RIA QUÍMICA
RIBEIRO BORGES
UNIVERSIDADE FEDERAL FACULDADE DE ENGENHA
CURSO DE
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
“USINAS FLEX”
CRISTIANO HENRIQUE RIBEIRO BORGES
Monografia de graduação
Universidade Federal de Uberlândia como parte dos requisitos necessários
aprovação na disciplina de
Graduação do curso de Engenharia Química
Uberlândia – MG 2012
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DE UBERLÂNDIA RIA QUÍMICA
CRISTIANO HENRIQUE RIBEIRO
raduação apresentada à Universidade Federal de Uberlândia como parte dos requisitos necessários para a aprovação na disciplina de Projeto de Engenharia Química
3 MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA MONOGRAFIA DA DISCIPLINA DE PROJETO DE GRADUAÇÃO DE CRISTIANO HENRIQUE RIBEIRO BORGES APRESENTADA À UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÃNDIA, EM 23 DE JANEIRO DE 2013.
BANCA EXAMINADORA
____________________________________________
Professor Eloízio Júlio Ribeiro
Orientador (FEQ/UFU)
____________________________________________
Professora Líbia Diniz Santos Marquez
FEQ/UFU
____________________________________________
Doutoranda Bruna Vieira Cabral
FEQ/UFU
4
Agradecimentos
A DEUS pela realização desse sonho de me formar em ENGENHARIA QUÍMICA. Ao meu orientador, professor Eloízio, que se disponibilizou para me orientar nesse projeto de graduação, e por tudo que colaborou com minha formação profissional. Agradeço também a minha família e a meus amigos pelo apoio, incentivo e compreensão.
5 Sumário
FOLHA DE ROSTO...2
FOLHA DE ASSINATURAS...3
AGRADECIMENTOS...4
LISTA DE FIGURAS...6
LISTA DE TABELAS...7
LISTA DE ABREVIATURAS...8
RESUMO...9
1 - INTRODUÇÃO...10
2 - FERMENTAÇÃO ALCÓOLICA...11
2.1 - MATÉRIAS – PRIMAS BÁSICAS PARA A FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA...14
2.1.1 - DIRETAMENTE FERMETESCÍVEIS...14
2.1.2 - INDIRETAMENTE FERMETESCÍVEIS...14
2.2 - MATÉRIAS – PRIMAS UTILIZADAS NA PRODUÇÃO DE ETANOL NO MUNDO...15
2.2.1 – MILHO...15
2.2.1.1 – PROCESSAMENTO VIA SECA...16
2.2.1.2 – PROCESSAMENTO VIA ÚMIDA...16
2.2.2 – MANDIOCA...17
2.2.3 – TRIGO...18
2.2.4 – BETERRABA...18
2.2.5 – SORGO...19
2.3 – SELEÇÃO DA MATÉRIA – PRIMA...19
3 - USINAS FLEX...20
3.1 - A UTILIZAÇÃO DO MILHO PELAS USINAS FLEX...20
3.1.1 - POR QUE O ETANOL DE MILHO É INVIÁVEL?...21
3.1.2 - POR QUE O ETANOL DE MILHO SE TORNOU VIÁVEL?...21
3.2 – BENEFÍCIOS DAS USINAS FLEX...22
3.3 – USIMAT FLEX – A 1ª USINA FLEX DO BRASIL...22
3.4 – A UTILIZAÇÃO DO SORGO PELAS USINAS FLEX...23
3.5 – COMPARAÇÃO ENTRE AS MATÉRIAS – PRIMAS...24
3.6 – ADAPATAÇÕES TÉCNICAS DAS USINAS FLEX...25
3.7 – PROCESSO USIMAT FLEX...26
3.7.1 – MISTURA E LIQUEFAÇÃO...27
3.7.2 – PRÉ FERMENTAÇÃO E FERMENTAÇÃO...27
3.7.3 – SEPARRAÇÃO DOS SUBPRODUTOS...27
4- RISCOS E DESAFIOS DAS USINAS FLEX...28
5- CONCLUSÃO...29
6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...29
6 Lista de Figuras
Figura 1 – Seqüência das reações enzimáticas da fermentação alcoólica...13
Figura 2 – Rotas tecnológicas para produção de Bioetanol...15
Figura 3 – Processo via seca para produção de bioetanol de milho...16
Figura 4 – Processo via úmida para produção de bioetanol de milho...16
Figura 5 – Processo de produção de etanol de cereais USIMAT FLEX...26
Figura 6 – Processo de separação dos subprodutos USIMAT FLEX...28
7 Lista de Tabelas
Tabela 1 – Composição do milho...15
Tabela 2 – Rendimento de alguns componentes do milho...17
Tabela 3 – Equipamentos da usina de cana utilizados para o processamento de cereais...25
Tabela 4 – Equipamentos adaptados a usina de cana par o processamento de cereais...26
8 Lista de Abreviaturas
ATP...Trifosfato de adenosina.
DDGS...Dried Destillers Grains with Solubles.
EUA...Estados Unidos da América.
MT...Estado do Mato Grosso.
NADH... nicotinamida adenina dinucleótido hidreto.
9 Resumo
O período de entressafra da cana-de-açúcar era sinônimo de usina ociosa, mas está realidade está mudando com implantação das “usinas Flex”, que são usinas que produzem etanol tanto de cana-de-açúcar quanto de cereais, como o milho e sorgo. As “usinas Flex”
utilizam os equipamentos já instalados para moagem de cana, mas necessitam de algumas adaptações para fabricar etanol de grãos, sendo que a maior parte está na fase de recepção, armazenamento e na hidrólise dos grãos.
A “usina Flex” só é viável, desde que se utilize uma estrutura já instalada e a usina tenha bagaço armazenado da produção de etanol da cana, pois o insumo mais caro para produção de bioetanol é a energia. A primeira “usina Flex” é a Usimat Flex, que está localizada no estado de Mato Grosso, e que utiliza o excedente de milho da região para fabricar etanol. Dentre os principais benefícios de uma usina Flex pode-se destacar a redução do período de ociosidade das usinas, redução de custos fixos e estabilidade do preço do milho.
As “usinas Flex” terão alguns desafios como uma usina de cana normal, dentre estes questões como vender o milho ou bagaço ou fazer etanol?
A implementação das usinas Flex é uma opção pioneira, oportuna e viável que se coloca para manter em pleno e integral funcionamento o parque industrial sucroalcooleiro com positivas implicações socioambientais e econômicas.
10
1 – Introdução
Falta de matéria-prima é igual à indústria ociosa. É o que muitas usinas sucroenergéticas brasileiras têm passado nos últimos anos com a crise nos canaviais. Além do investimento em tratos culturais e plantio de cana, as equipes de desenvolvimento tecnológico das usinas ainda tiveram que pensar em como aumentar a produção de combustíveis, reduzir a ociosidade de entressafra e ainda, aumentar a sua receita. E o que eles tiveram como resposta aos períodos ociosos de entressafra é que o plantio de outras culturas como o sorgo e o milho para produção de etanol de primeira geração podem ser uma boa solução.
Pensando exatamente nisso, surgiu a Usina Flex, que é uma usina que produz etanol a partir de cana-de-açúcar e de cereais, como, por exemplo, o milho e o sorgo. Segundo Sérgio Barbieri, diretor Geral da usina, os testes com milho começaram há pouco mais de um ano E a ideia surgiu através de um projeto piloto com as empresas Coapar de Campos de Júlio e Novozymes, visando aproveitar o grande excedente de produção de milho da região. O objetivo é processar o milho e o sorgo durante a entressafra da cana-de-açúcar para produção de etanol.
A Aprosoja realizou um estudo para avaliar a viabilidade da produção de etanol com milho e constatou que não o seria por diversos fatores, entre eles o alto custo para manter a usina. Porém, segundo alguns especialistas, quando já se tem a usina em funcionamento, a produção pode se tornar viável. Grande parte dos equipamentos da usina de cana seria utilizada na entressafra para produzir o etanol a partir do milho. Um dos insumos mais caros para a produção do etanol de milho é a energia.
Uma alternativa para reduzir o custo seria usar o bagaço que sobra da moagem da cana para fornecer a energia necessária tanto para o processo de destilação quanto para a secagem do DDGS, um subproduto que sobra da produção do etanol de milho.
O projeto ganhou corpo no início do ano passado, depois de um encontro entre Barbieri e Mario Cacho, gerente de Vendas da Novozymes. “Fomos convidados pela Aprosoja para discutir a viabilidade de implantação de uma usina de etanol de milho no MT.
Foi então que, durante nossa primeira viagem ao MT, em julho de 2010, juntamente com Eder Bordin (especialista da área técnica da Novozymes), discutimos com os diretores da Aprosoja a possibilidade de usar as plantas existentes de etanol de cana-de-açúcar como unidades produtoras de etanol de cereais. Depois fizemos um estudo dos potenciais candidatos para apresentar a ideia, no qual englobamos a avaliação da capacidade produtiva instalada de etanol de cana na usina, a quantidade excedente de bagaço para utilizar como fonte de energia
11 na produção de etanol de cereais, os preços de cereais na região e os preços do etanol de cana- de-açúcar. A Usimat surgiu como um ótimo candidato, pois tem conhecimento sobre cereais e tem uma usina com excesso de bagaço. No entanto, o mais importante foi fazê-los enxergar uma oportunidade de negócio inovador e a acreditarem no projeto. Tanto que hoje são a primeira “usina flex” do País”, conta Cacho.
No Mato Grosso o período normal de colheita acontece entre os meses de abril e outubro. Nos outros meses, essas indústrias ficavam ociosas e com o custo fixo muito alto.
Segundo Barbieri, a solução permite que as indústrias trabalhem 11 meses durante o ano.
Num cenário mundial em que não se admite nenhum desperdício, é fundamental a otimização dos processos, e as usinas flex passam a ter um papel importante nesse contexto.
2 - Fermentação Alcoólica
A fermentação alcoólica é um processo biológico que transforma substratos açucarados em etanol e dióxido de carbono, através da ação de leveduras que são adicionadas ao mosto. A levedura na presença de sacarose elabora uma enzima que catalisa a hidrólise da sacarose e produz glicose e frutose. Em seguida, o microorganismo elabora outra enzima, que catalisa a transformação da glicose e da frutose em álcool etílico.
Essa reação é bastante exotérmica e libera gás carbônico, o que dá ao s i s t e m a u m a s p e c t o d e f e r v u r a , d a í o n o m e f e r m e n t a ç ã o atribuído por Pasteur.
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
O principal agente da fermentação alcoólica é a levedura, um microrganismo facultativo. O metabolismo do açúcar pela levedura ocorre de duas formas, na respiração em presença de oxigênio e na fermentação em ausência de oxigênio. As leveduras mais utilizadas na fabricação de álcool são Saccharomyces cerevisiae (e espécies relacionadas) e Schizosaccharomyces pombe. Elas metabolizam um açúcar diretamente fermentescível, mas na ausência de açúcares, podem utilizar ácidos orgânicos e até o próprio etanol. As leveduras se utilizam do açúcar para obter energia, e não para produzir etanol, portanto a fabricação deste é uma conseqüência da fermentação, e não a finalidade.
Ao metabolizar anaerobicamente o açúcar, gera uma forma de energia (trifosfato de adenosina, ou ATP), que será utilizada na realização de vários trabalhos fisiológicos, tais como absorção, excreção, além daqueles de biossíntese, necessários à manutenção da vida, crescimento e multiplicação celular.
12 Portanto a fermentação alcoólica corresponde a uma má utilização de energia, assim, a levedura necessita transformar muito açúcar em álcool, para assegurar suas necessidades energéticas. Nessas condições a multiplicação da levedura é pequena e o rendimento de transformação de açúcar em álcool é grande, em relação ao peso da levedura. Apesar de não ser o único microorganismo capaz de produzir álcool, as propriedades específicas das leveduras, como tolerância a altas concentrações de álcool e gás carbônico, o crescimento rápido e a capacidade de fermentação as tornam, os microrganismos, mais adequados para a operação em escala industrial. Conhecendo as propriedades biológicas das leveduras e suas exigências nutricionais, torna-se simples fazer o tratamento dos mostos para obter fermentações regulares, homogêneas e puras. Visto que fatores como temperatura e pH, afetam o rendimento da fermentação, ou seja, a eficiência da conversão de açúcar em etanol.
Na fermentação, cada molécula de glicose produz duas de ATP, e na respiração são produzidas 38 moléculas de ATP. Portanto em termos energéticos, a respiração é muito mais favorável para a levedura do que a fermentação.
A transformação do açúcar em etanol envolve 12 reações químicas (a partir da sacarose) em seqüência ordenada, no citoplasma da célula da levedura, sendo cada reação catalisada por uma enzima específica, conforme pode ser visualizado na Figura 1.
As enzimas envolvidas na fermentação alcoólica são denominadas enzimas glicolíticas e a via metabólica que leva o açúcar até o piruvato é denominada glicólise ou via glicolíticas.
A atividade de tais enzimas é influenciada por uma série de fatores, tais como concentrações de substratos, inibidores, pH, temperatura, entre outros.
Os açúcares que são substratos para fermentação podem ser endógenos, os quais são constituintes da levedura, como material de reserva, tais como glicogênio e trealose e açúcares do meio, denominados exógenos, tais como glicose, frutose e sacarose. Assim, no metabolismo anaeróbio das leveduras, forma-se juntamente com etanol e gás carbônico, produtos como glicerol, ácidos succínico, acético, pirúvico e outros álcoois. superiores, acetaldeído, acetoína, butileno glicol, entre outros em menores quantidades.
Simultaneamente, ocorre o crescimento celular. Estima-se que 5% do açúcar metabolizado pela levedura sejam desviados para gerar tais produtos secundários da fermentação, resultando num rendimento de 95% em etanol, conforme observado por Pasteur em condições adequadas de fermentação (com mostos sintéticos). Em condições industriais, nas quais fatores químicos, físicos e microbiológicos afetam a levedura, rendimentos da
13 ordem de 90% são normalmente obtidos, o que implica em desvios de 10% do açúcar processado para a formação de outros produtos que não o etanol.
Figura 1 – Seqüência das reações enzimáticas da fermentação alcoólica.
Fonte:
A formação do glicerol, o composto secundário encontrado em maior quantidade, está acoplada à manutenção do equilíbrio redox (NADH produzido é igual ao NADH consumido), equilíbrio este alterado pela produção de ácidos orgânicos, biomassa e devido à presença de sulfito no mosto. Quando a célula forma compostos oxidados, tais como os ácidos orgânicos, ou mesmo a biomassa, gera NADH, e a formação de glicerol consome o excesso de NADH gerado nas oxidações celulares. O glicerol atua como regulador do redox celular em anaerobiose e como protetor do estresse osmótico.
O principal ácido formado pela levedura é o succínico (butanodióico). Sua síntese pela levedura não é totalmente conhecida. Acredita-se que seja formado a partir do piruvato pela
14 ação de enzimas respiratórias, quando a mitocôndria está reprimida em anaerobiose. O ácido succínico em ação sinérgica com o etanol tem atividade antibacteriana.
Dentre os produtos secundários da fermentação alcoólica tem-se o óleo fúsel que é o nome dado a uma mistura de substâncias, na qual predominam os álcoois amílico e isoamílico.
A produção de etanol por via fermentativa pode ser dividida em três fases: o preparo do substrato, a fermentação e a destilação.
2.1 – MATÉRIAS – PRIMAS BÁSICAS PARA A FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
As matérias primas básicas para a fermentação alcoólica são os carboidratos, que são classificados em:
2.1.1 -
Diretamente fermentescíveis:Glicose: polpa de frutas, hidrolisados amiláceos e celulósicos.
Frutose: polpa de frutas, hidrolisados de polímeros de frutose.
Sacarose: cana de açúcar, beterraba, colmo de sorgo sacarino.
2.1.2 -
Indiretamente fermentescíveis:o Amiláceas (amido): milho, mandioca, batata doce, grãos de cereais, mesocarpo do babaçu, batata inglesa, tubérculos em geral.
o Lignocelulósicas (celulose e hemicelulose): madeira, bagaço de cana, resíduos agrícolas.
As matérias-primas indiretamente fermentescíveis (Amiláceas e Lignocelulósicas) não são fermentadas diretamente pelas leveduras, necessitando um tratamento prévio, que consiste em um processo de hidrólise química ou enzimática do polissacarídeo, gerando açúcares menores, tais como o monossacarídeo glicose. Este processo aumenta o custo de produção do etanol a partir destas matérias primas.[1]
15 Figura 2 – Rotas tecnológicas para produção de Bioetanol
Fonte: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2008).
2.2 - MATÉRIAS – PRIMAS UTILIZADAS NA PRODUÇÃO DE ETANOL NO MUNDO
As principais matérias – primas utilizadas na produção de etanol no mundo são: milho, mandioca, trigo, beterraba e sorgo.
2.2.1 - Milho
É um dos cereais mais cultivados no mundo, originário da América, foi levado para a Europa por Cristovão Colombo. Pode ser processado por via - seca e por via - úmida.
Tabela 1 – Composição do milho
COMPONENTE COMPOSIÇÃO (%)
AMIDO 60-65
FIBRAS 12-14
PROTEINA 7-9
ÓLEO 4-5
Cinzas 0,5-1
Água 10-14
Fonte: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2008).
16 2.2.1.1 - Processamento via - seca: processamento físico e separação parcial componentes.
Figura 3 – Processo via seca para produção de bioetanol de milho.
Fonte: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2008).
2.2.1.2 - Processamento via - úmida: processamento físico-químico e separação mais eficiente dos componentes.
Figura 4 – Processo via úmida para produção de bioetanol de milho.
Fonte: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2008).
17 Tabela 2 – Rendimento de alguns componentes do milho
Produto Rendimento/ t milho
Óléo de Milho 34 38 Kg
Proteína 20% 306 Kg
Proteína 60% 68 Kg
CO2 308 Kg
Bioetanol 440 Kg
Fonte: Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (2008).
Como no caso do bioetanol de cana, na fermentação, a glicose é transformada em bioetanol pela ação da levedura e o vinho produzido segue para a destilação. A vinhaça produzida nessa etapa segue para um conjunto de centrífugas, no qual é separada a vinhaça fina, que pode ser recirculada no processo. A parte restante da vinhaça é normalmente concentrada em evaporadores, produzindo um xarope com cerca de 50% de umidade. Este xarope é combinado com os sólidos retirados na centrífuga e secado até aproximadamente 10% de umidade, dando origem ao DDGS mencionado anteriormente.
As demais etapas da destilação são equivalentes ao processo utilizado para o bioetanol de cana no Brasil, com a diferença de que, nos EUA, a desidratação com peneira molecular já é o processo mais utilizado para a produção do bioetanol anidro. Quanto aos rendimentos, são obtidos por tonelada seca de milho cerca de 460L de bioetanol anidro e 380 kg de DDGS [2].
2.2.2 – Mandioca
Para a produção de bioetanol, as raízes de mandioca são descascadas, lavadas e moídas, passando então a cozedores e, sucessivamente, aos tanques para sacarificação do amido, em processos similares aos empregados para o bioetanol de milho.
Com índices de produtividade industrial semelhantes aos adotados para o milho, uma tonelada de mandioca in natura, com cerca de 30 % de amido, permite produzir 170L de bioetanol. Nessas condições, considerando a produtividade agrícola média encontrada em plantações bem cuidadas no Brasil, em torno de 18 toneladas por hectare, resultaria uma produtividade agroindustrial de 3060L de bioetanol por hectare. Além da vinhaça, efluente do processo de destilação, não se identificou co-produtos de valor significativo nesse processo [3].
18 2.2.3 - Trigo
O Trigo, outro cultivo fornecedor de amido, tem sido empregado, nos últimos anos, para a produção de bioetanol em alguns países europeus, como Inglaterra e Alemanha, mediante um processo industrial bastante similar ao utilizado para o milho.
Nesse caso, a produtividade agrícola e a produtividade industrial típicas são 7.5 toneladas por hectare e 240L de bioetanol por tonelada de grãos processados [4], são produzidos cerca de 320 kg de co-produtos com valor para a alimentação animal por tonelada de trigo processado.
Bastante semelhantes com o trigo, as culturas de cevada e centeio, também têm sido adotadas, em pequena escala, para a produção de bioetanol combustível em países da Europa.
2.2.4 - Beterraba
Entre os cultivos que produzem diretamente açúcar, além da cana, a beterraba açucareira tem sido utilizada para a fabricação de bioetanol, utilizando o mel residual (melaço) sempre disponível na produção industrial de sacarose.
Essa hortaliça tem uma raiz tuberosa, na qual acumula quantidades elevadas de açúcar, apresentando produtividade entre 50 e 100 toneladas por hectare e teores de sacarose da ordem de 18%, podendo alcançar índices de produtividade agroindustriais bastante elevados, da ordem de 7500L de bioetanol por hectare cultivado, similares à cana.
O processamento industrial da beterraba se inicia com sua limpeza e fracionamento em fatias finas, que seguem para um difusor, no qual são, sucessivamente, lavadas em água quente, cedendo seu açúcar. O líquido resultante dessa operação contém aproximadamente16% de sólidos solúveis extraídos da beterraba, sendo então processado de forma análoga ao caldo de cana, para açúcar ou bietanol. Com uma tonelada de tubérculos, são produzidos 86L de bioetanol e 51 kg de uma torta fibrosa que pode ser utilizada para alimentação animal. Observa-se que, apesar de apresentar elevada produtividade, a beterraba depende de energia externa para seu processamento.
2.2.5 - Sorgo
Embora ainda não exista uma produção significativa de bioetanol com base no sorgo sacarino, esse cultivo tem sido frequentemente proposto como uma potencial fonte de
19 matéria-prima. Em particular, a utilização do sorgo para a fabricação de bioetanol poderia ser integrada à agroindústria canavieira, estendendo o período usual de safra com um cultivo mais rústico que a cana e com diversas semelhanças quanto ao processamento.
Os colmos de sorgo doce podem ser processados em moendas, produzindo um caldo açucarado, com um conteúdo de sacarose inferior ao caldo de cana, que pode, por sua vez, ser submetido a um processo industrial similar para produzir méis e bioetanol.
Considerando uma produtividade industrial de 40L de bioetanol por tonelada de sorgo processado e os valores de produtividade agrícola de 50 toneladas por hectare, observados em áreas plantadas com o cultivar BR505, desenvolvido pela EMBRAPA, visando à produção de bioetanol, tem-se uma produtividade de 2500L de bioetanol por hectare.
Não obstante, o emprego do sorgo ainda apresenta dificuldades que precisam ser superadas antes de sua efetiva adoção, principalmente sua reduzida resistência à degradação após a colheita, a limitada base de germoplasma, a pouca adaptabilidade ambiental e a baixa resistência a pragas e doenças.
A matéria prima mais viável economicamente, considerando-se volume de produção, rendimento e custo advém da cana. Para cada hectare da cana plantada podem ser produzidos em torno de 7800 litros de álcool. Nos Estados Unidos, o álcool é feito de milho, e cada hectare gera em média 3200 litros de álcool, sendo este país o maior produtor mundial de etanol na última safra. Nestes cálculos não está incluído o volume de etanol que poderia ser produzido se houvesse hidrólise do bagaço de cana para fabricação de etanol.
2.3 - Seleção da Matéria-Prima
Na seleção de um cultivo como fonte de matéria-prima para a fabricação de bioetanol, cabe priorizar os cultivos que minimizem os requerimentos de terra, água, e aportes externos de agroquímicos entre outros aspectos.
Além disso, a viabilidade econômica deve ser levada em conta, havendo pouco sentido em propor o uso de cultivos nobres e de bom valor de mercado como fonte de bioenergia. A matéria-prima representa entre 60 e 70% do custo final do bioetanol e a busca de alternativas de baixo custo é fundamental.
A existência de co-produtos e subprodutos, de valor alimentício, industrial ou energético, é importante, à medida que pode conferir uma desejável flexibilidade na produção bioenergética, associando a disponibilidade de biocombustíveis a outras fontes de valor econômico.
20 Outro ponto relevante é o balanço energético de cada biomassa, ou seja, a relação entre a energia produzida e a demanda de energia direta e indireta para produzir tal energia.
Desse modo, apesar das perspectivas interessantes de alguns cultivos não convencionais para a produção de bioetanol, é importante ter claro seu caráter inovador e a necessidade de estudos agronômicos mais densos para ter seu emprego recomendado de forma extensiva.
Deve ser reiterado que a produção de bioetanol não pode ser considerada substituta da produção agrícola atual, mas uma nova atividade, destinada a utilizar terras marginais em um processo de expansão e diversificação das práticas agrícolas.
3 – USINAS FLEX
Dentro desse cenário, surgem as “Usinas Flex”, que são as mesmas usinas que produzem etanol a partir da cana-de-açúcar, mas que com pequenas modificações técnicas podem produzir etanol, durante o período de entressafra da cana-de-açúcar, a partir de outras matérias-primas, como por exemplo, o milho e o sorgo.
3.1 – A UTILIZAÇÃO DO MILHO PELAS USINAS FLEX
A produção de etanol de milho já é uma realidade nos Estados Unidos assim como é para nós o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar. Na última safra americana, 120 milhões de toneladas de milho foram transformadas em etanol, esse montante representa um terço do total de milho produzido no país. O milho é o cereal mais produzido e consumido no mundo, com quase 900 milhões de toneladas por safra, e tem a responsabilidade de ser a principal fonte de energia para a humanidade, seguida pelo trigo e pelo arroz.
O processo de produção do etanol de milho ainda é caro e seria pouco competitivo em regiões onde o cereal não é uma cultura local ou é utilizado para outras finalidades, como alimentação animal e humano. Mas, para usinas que compram o milho dos produtores vizinhos é uma boa oportunidade.
3.1.1 - POR QUE O ETANOL DE MILHO É INVIÁVEL?
A Aprosoja realizou um estudo para avaliar a viabilidade da produção de etanol com milho e constatou que não o seria viável por diversos fatores, entre eles o alto custo de
21 instalação, cerca de R$ 40 milhões, o alto custo para manter a usina e o alto custo com
energia, o insumo mais caro para a produção do etanol de milho.
(Fonte: http://revistagloborural.globo.com/ Revista/Common/0,,ERT287639-18283,00.html) 3.1.2 - POR QUE O ETANOL DE MILHO SE TORNOU VIÁVEL?
A partir desses números, era impossível se falar em produzir etanol à base de milho no Brasil. Mas, hoje essa realidade mudou, uma vez que usinas de álcool de cana podem vir a usar o milho como uma segunda matéria-prima, devido a grande quantidade de milho excedente disponível para produção de etanol.
Como alternativa para reduzir o custo com energia, as usinas estão utilizando o bagaço que sobra da moagem da cana para fornecer a energia necessária tanto para o processo de destilação quanto para a secagem do DDGS, um subproduto da produção do etanol de milho.
O DDGS pode ser usado ainda na ração animal, pelo alto valor energético e protéico, tornando-se um subproduto de alto valor agregado dentro desse processo.
Segundo alguns especialistas, quando já se tem a usina em funcionamento, a produção se torna viável, pois grande parte dos equipamentos da usina de cana é utilizada na entressafra para produzir o etanol a partir do milho, reduzindo os custos de capital de investimento inicial e o tempo de ociosidade da usina. Ou seja, a viabilidade dessas usinas está atrelada à otimização de todos os processos e à utilização da usina durante o ano todo, bem como sua produção de energia via bagaço.
É interessante ver a evolução que a indústria alcooleira tem mostrado no aproveitamento de todos os seus subprodutos, que há pouco tempo eram tidos como lixo.
Hoje, o vinhoto é utilizado como fertilizante, além de outros subprodutos. No futuro, veremos usinas de álcool de cana produzindo não só energia, mas também proteína, agregando confinamentos de gado para aproveitar os subprodutos que ficam da produção do etanol.
3.2 - BENEFÍCIOS DAS USINAS FLEX
As Usinas Flex trazem consigo uma série de benefícios tanto tecnológicos quanto sócio- econômicos, dentre os quais podemos destacar:
Aproveitamento da produção excedente de milho;
22 Geração de subprodutos com alto valor agregado (DDG e Óleo);
Geração de empregos durante o período de entressafra da cana-de-açúcar;
Redução do período de ociosidade das usinas, na entressafra da cana-de-açúcar, de 4 meses para apenas 1 mês;
Proporcionará estabilidade nos preços do milho e segurança aos produtores;
Aumento na oferta de farelo para a composição de ração ou emprego direto na alimentação animal, especialmente de ruminantes.
Flexibilidade na utilização do bagaço de cana;
Otimização do processo;
Aumento na oferta total do etanol (anidro e hidratado);
Estocagem de cereais e seu processamento industrial por razoável tempo, permitindo a sua aquisição em épocas de concentração da oferta, em geral com preços mais atrativos, enquanto que a cana tem que ser industrializada quase que imediatamente ao seu corte.
Aumento na demanda regional do milho, que certamente reduzirá também o deslocamento de parcela do produto para outros centros consumidores e/ou portos, contribuindo para diminuir os riscos e gastos com o transporte do cereal.
3.3 - USIMAT FLEX – A 1ª USINA FLEX DO BRASIL
A Usimat Flex é a primeira usina que produz etanol a partir de cana-de-açúcar e milho. Ela fica localizada no município de Campos de Júlio, Mato Grosso, e já vinha
produzindo etanol da cana-de-açúcar desde 2006.
(http://revistaideanews.com.br/publicacoes/arquivos/1/140/18062012Ed140RoteirofinalGrafic arev02web.pdf)
Para produtores de grão, a usina se torna uma alternativa de mercado, principalmente quando os estoques estão cheios e o preço do milho cai, como ocorreu em 2010.
(http://revistaideanews.com.br/publicacoes/arquivos/1/140/18062012Ed140RoteirofinalGrafic arev02web.pdf)
O diretor-executivo do Sindicato das Indústrias Sucroalcooleiras de Mato Grosso (Sindalcool/MT), Jorge dos Santos, disse em entrevista que um dos problemas do etanol de milho é que o custo de produção é superior ao custo da transformação da cana-de-açúcar e que isso pode tornar o combustível economicamente inviável. “Nos Estados Unidos, o etanol
23 de milho só vale a pena porque há muito subsídio do governo. Aqui a usina flex se justificaria em épocas de supersafra de milho”. Fonte:
(http://revistaideanews.com.br/publicacoes/arquivos/1/140/18062012Ed140RoteirofinalGrafic arev02web.pdf).
Foram investidos quase R$ 20 milhões em novos equipamentos e adaptações, que podem levar 4 anos para se pagar, no entanto esse tempo pode ser reduzido em função do aprimoramento das tecnologias envolvidas na produção. Além disso, grande parte das máquinas usadas no processamento da cana também servirá para a moagem e fermentação do milho.
O custo para produzir 1 litro de etanol de milho fica em R$ 1,23 e o de cana sai por R$
1,10. Com o processamento diário de 300 t de milho, a usina obtém 400 L de etanol, 220 kg de resíduos que podem ser utilizados na composição de ração e 20 kg de óleo. Em comparação, uma tonelada de cana resultaria em 90 L de etanol. Mesmo com essa vantagem de produção, o custo da transformação do milho em etanol supera levemente o da cana.
(http://revistaideanews.com.br/publicacoes/arquivos/1/140/18062012Ed140RoteirofinalGrafic arev02web.pdf).
3.4 – A UTILIZAÇÃO DO SORGO PELAS USINAS FLEX
O Sorgo granífero (sorghum bicolor (L) Moench) é considerado, pela Destilaria USIMAT, o substituto ideal do milho, porque, segundo a literatura específica e observação empírica, produz melhor farelo/nutriente animal do que o similar sacarino. Destacado como ingrediente alternativo e com produção industrial no mesmo nível do milho, agronomicamente o sorgo granífero também pode – e deve – ser produzido no ciclo de safrinha (2ª safra), com emprego de alta tecnologia, por ser mais tolerante a seca (estresse hídrico), portanto, com menor risco de perda em lavoura, e contar com cultivares de bom potencial de rendimento médio (entre 45/55 sacos/ha) e custo de produção inferior ao do milho.(http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/12_03_28_12_11_19_007a- 12_-_proc_simplificado_-_prod_etanol_-_milho-_mt.pdf).
Com a iminente generalização do novo processamento industrial de produção de etanol é providencial incentivar a ampliação do plantio do produto, que ostenta boa adaptabilidade ao regime climático e de chuvas da região Centro-Oeste e particularmente de Mato Grosso.
Na safra em curso (2011/2012) a produção estadual de sorgo está estimada em 273,4
24 mil toneladas (CONAB – 6º LAS – março/12). O processamento do sorgo granífero é o mesmo utilizado para o processamento do milho.
A produção da Usimat tem chamado a atenção de produtores de milho e etanol de cana de todo o País. Usar o milho em outras regiões talvez seja seria economicamente inviável por conta do custo elevado nos outros estados, que não produzem milho. "O etanol de milho é uma solução fantástica para a região Centro-Oeste", diz Pedro Luiz Fernandes, presidente da Novozymes no Brasil. "Alternativas estão sendo consideradas para as demais regiões produtoras"( http://revistadinheirorural.terra.com.br/secao/agronegocios/etanol-do-que).
O Cenpes, da Petrobras, está em busca dessas alternativas. Sendo assim, o Sorgo sacarino representa uma alternativa promissora para a produção de etanol no Brasil, na época de entressafra da cana-de-açúcar. Plantado entre os meses de setembro e dezembro (dependendo da região produtora) trata-se de uma espécie de ciclo rápido, o sorgo sacarino pode fornecer matéria-prima de qualidade entre os meses de janeiro a abril, época em que as usinas de beneficiamento da cana ficam ociosas e a produção de etanol diminui consideravelmente no país. Sendo o processamento dos colmos o mesmo já utilizado para a cana-de-açúcar, sorgo sacarino representa uma alternativa importante para plantio em áreas de reforma de canaviais, sem a necessidade de ocupação de novas áreas. O grande desafio é encontrar as variedades adequadas a cada região produtora.
O sorgo sacarino possui um alto potencial forrageiro, apresenta colmos com caldo semelhante ao da cana, rico em açúcares fermentescíveis e pode servir para produção de etanol na mesma instalação utilizada pela cana-de-açúcar. Sua cultura é totalmente mecanizável (plantio por sementes, tratos culturais e colheita), apresenta alta produtividade de biomassa verde (60 a 80 t/ha), com altos rendimentos de etanol (3.000 a 6.000 l/ha), com bagaço utilizável como fonte de energia (vapor para industrialização e cogeração de eletricidade) ou forragem para animais, contribuindo para um favorável balanço energético.
(http://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/56043/1/BolfeAgroeRevis.pdf)
3.5 – COMPARAÇÕES ENTRE AS MATÉRIAS – PRIMAS
O resultado da produção física industrial do etanol de milho é superior ao obtido pelo processamento da cana-de-açúcar. Uma tonelada do grão resulta em até 395 litros de etanol, enquanto que o esmagamento da mesma quantidade de cana-de-açúcar produz, no máximo, 90 litros do biocombustível. Todavia, o resultado financeiro bruto (receita) do processamento
25 da cana-de-açúcar é muito superior ao proporcionado pelo milho, devido, seguramente, ao elevado rendimento médio da gramínea sacarídea, no Estado da ordem de 70,0 toneladas/ha, contra apenas 4,3 toneladas/ha do grão amiláceo. Assim, considerando o preço do etanol (hidratado) em R$1,58(posto indústria), temos:
1) – (70 t de cana x $ 1,58 x 90 litros)...= R$ 9.954,00 2) – (4,3 t de milho x $ 1,58 x 395 litros) = R$ 2.683,63 3) - Resultado:...=R$ 7.270,37
(http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/12_03_28_12_11_19_007a-12_- _proc_simplificado_-_prod_etanol_-_milho-_mt.pdf).
A supremacia do resultado financeiro da cana-de-açúcar provém, conforme demonstrado, do fato de sua produtividade média (t/ha) ser 16,27 vezes maior do que o rendimento médio do milho (t/ha). Essa singular situação, nas condições comparativas de hoje, e certamente também no longo prazo, permite inferir que a cana continuará prevalecendo pro-tempore como opção de primeiríssima grandeza na produção de etanol, haja vista que dificilmente o rendimento do milho terá crescimento em proporção capaz de igualar e muito menos superar o que, no momento, é oferecido pela matéria-prima canavieira.
O custo para produzir um litro de etanol de milho fica em R$ 1,23 e o de cana sai por R$ 1,10. Com o processamento de 1ton de milho, a usina obtém 395L de etanol, 220 kg de resíduos que podem ser utilizados na composição de ração e 20 kg de óleo.
Mesmo com essa vantagem de produção, o custo da transformação do milho em etanol supera levemente o da cana. “Ainda não temos como competir com os EUA, até pelos subsídios que seus produtores de milho recebem, mas vamos chegar lá”, diz Barbieri.
Glauber Silveira, presidente da Aprosoja Brasil, disse em entrevista que a oportunidade é única, uma vez que o milho mais barato do Brasil está no Mato Grosso. “Essa questão do etanol de milho é uma grande oportunidade. Ao invés de simplesmente exportar milho barato, você está produzindo etanol e agregando valor aqui dentro do Brasil”.
3.6 – ADAPATAÇÕES TÉCNICAS DAS USINAS FLEX
Para implementar a “usina flex” é necessário adicionar algumas etapas ao processo de produção de etanol de cereais que não existe no processamento da cana como, por exemplo, o recebimento dos cereais, a preparação do grão para processamento e também a etapa da
26 hidrólise do amido. Diferentemente da cana, que já possui o açúcar para fermentação livre, nos cereais é necessário transformar o amido em açúcar processável pela levedura.
No entanto, uma “usina flex” aproveita boa parte dos equipamentos utilizados para o processamento da cana-de-açúcar, os principais estão listados na Tabela 3.
Tabela 3 – Equipamentos da usina de cana utilizados para o processamento de cereais
Equipamento Função
Caldeira e Turbogerador Geração de Vapor e de Energia Pré-fermentadores e Dornas Fermentação
Colunas de Destilação Destilação de Etanol Torres de Resfriamento de água Água para o processo
Como já foi dito anteriormente, as principais adaptações efetuadas em usina de moagem de cana-de-açúcar para transformá-la em uma “usina flex” ocorreram no recebimento, armazenamento e processamentos dos cereais. Os principais equipamentos adaptados ao processe estão mostrados na Tabela 4.
Tabela 4 – Equipamentos adaptados a usina de cana par o processamento de cereais
Equipamento Função
Moega, tombadores, e elevadores de caneca. Recepção de cereais
Silos Armazenamento
Moinho de martelos Moagem dos grãos
Peneira Rotativa Pré-limpeza de grãos
Peneira Vibratória Pré-limpeza da farinha
Tanques de mistura e cozimento Hidrólise, degerminação e sacarificação.
Centrifuga Tridecanter Separação de subprodutos
3.7 – PROCESSO USIMAT FLEX
A seqüência operacional do processamento industrial de milho para produção de etanol, resumidamente, obedece aos procedimentos mostrados na figura 5.
Figura 5 – Processo de produção de etanol de cereais USIMAT FLEX Fonte: USINA USIMAT FLEX(2012
O processo se inicia com a recepção dos cereais, que limpeza e moagem dos grãos.
3.7.1 – MISTURA E LIQUEFAÇÃO
Nessa etapa, ocorre a ligações α1-4 do amido cozimento.
3.7.2 – PRÉ
O processo de fermentação de-açúcar, durando cerca de 40 horas.
tecnologia de origem dinamarquesa, fabricada pela
Curitiba-PR. No processamento do milho as enzimas não são que ocorre com o igual tratamento da cana
3.7.3 – SEPARAÇÃO DOS SUBPRODUTOS Como produto da destilação obtém
para adição à gasolina) e subproduto a “vinhaça especial".
de produção de etanol de cereais USIMAT FLEX.
USINA USIMAT FLEX(2012).
inicia com a recepção dos cereais, que em seguida, passam por uma pré limpeza e moagem dos grãos.
MISTURA E LIQUEFAÇÃO
ocorre a adição de água e da enzima alfa amilase para quebra das e liberação do monossacarídeo α-glicose(hidrólise)
PRÉ-FERMENTAÇÃO E FERMENTAÇÃO
fermentação enzimática do milho é mais demorado açúcar, durando cerca de 40 horas. A enzima utilizada é a glucoamilase, tecnologia de origem dinamarquesa, fabricada pela NOVOZYMES, empresa
No processamento do milho as enzimas não são recuperadas, diferentemente do que ocorre com o igual tratamento da cana-de-açúcar.
SEPARAÇÃO DOS SUBPRODUTOS
Como produto da destilação obtém-se o etanol, que pode ser do tipo
para adição à gasolina) e hidratado (comercializado nos postos de combustíveis), e como subproduto a “vinhaça especial".
27 em seguida, passam por uma pré-
alfa amilase para quebra das (hidrólise). E ainda o
E FERMENTAÇÃO
enzimática do milho é mais demorado do que o da cana- a glucoamilase, produzida com
, empresa instalada em recuperadas, diferentemente do
pode ser do tipo anidro (usado (comercializado nos postos de combustíveis), e como
A “vinhaça especial”
gerando três outros materiais com naturezas de sólido, óleo e água.
Figura 6 – Processo
Fonte: USINA USIMAT FLEX (2012
A parte sólida, depois de secada, vira farelo/n (Dried Destillers Grains with Solubles)
milho, contém cerca de 30% de proteína e pode ser empregado na formulação utilizado diretamente na nutrição animal.
O óleo permanece em estado bruto e é comercializado com a indústria de refino para fabricação de óleo de milho.
A água residual é descartada armazenada para ser utilizad
fornecedora de fósforo.
4 – RISCOS E DESAFIOS DAS USINAS FLEX
As “usinas Flex”, hoje
terá que correr riscos e superar alguns desafios, de
“vinhaça especial” é submetida a um tratamento de separação por centrifugação gerando três outros materiais com naturezas de sólido, óleo e água. Figura6.
Processo de separação dos subprodutos USIMAT FLEX USINA USIMAT FLEX (2012).
depois de secada, vira farelo/nutriente animal e é denominado
(Dried Destillers Grains with Solubles). O DDGS, resultante do processamento industrial do contém cerca de 30% de proteína e pode ser empregado na formulação
retamente na nutrição animal.
O óleo permanece em estado bruto e é comercializado com a indústria de refino para fabricação de óleo de milho.
é descartada para a lagoa de depósito de líquido residual, onde será armazenada para ser utilizada como adubo orgânico na lavoura de cana, como fonte
RISCOS E DESAFIOS DAS USINAS FLEX
hoje, já são uma realidade no Brasil, porém, como toda inovação terá que correr riscos e superar alguns desafios, de agora em diante.
28 é submetida a um tratamento de separação por centrifugação
Figura6.
de separação dos subprodutos USIMAT FLEX.
utriente animal e é denominado DDGS O DDGS, resultante do processamento industrial do contém cerca de 30% de proteína e pode ser empregado na formulação de ração ou
O óleo permanece em estado bruto e é comercializado com a indústria de refino para
para a lagoa de depósito de líquido residual, onde será a como adubo orgânico na lavoura de cana, como fonte
já são uma realidade no Brasil, porém, como toda inovação agora em diante. Como estas usinas
29 utilizam o bagaço da cana e o excesso de milho para viabilizar sua implantação, perguntas como: “Vale mais a pena produzir mais etanol e pagar pela energia? Produzir menos álcool para não ter gastos com eletricidade? Diminuir a produção de etanol para exportar energia?
Exportar milho ou produzir etanol?”, terão que ser feitas pelos gestores das usinas todos os dias. A possibilidade de optar pelo produto que for mais conveniente para a saúde da empresa, como já acontece com o açúcar e o álcool, confere mais flexibilidade ao setor sucroalcoolerio e mitiga os riscos para a cadeia produtiva, no entanto é um grande desafio a ser superado pelas “usinas Flex”.
5 – CONCLUSÃO
A implementação das usinas flex é, portanto, uma opção pioneira, oportuna e viável que se coloca para manter em pleno e integral funcionamento o parque industrial sucroalcooleiro mato-grossense, com seguras possibilidades de ampliar a produção e a oferta de um biocombustível, renovável, limpo, sustentável e com positivas implicações socioambientais e econômicas. E que pode se constituir também em fator de indução para o crescimento da área plantada e da produção dos dois importantes cereais, ensejando, neste particular, como de antemão se presume necessário, investimentos no avanço das pesquisas agrícolas e tecnológicas no universo da cadeia produtiva do milho e do sorgo granífero
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6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
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