ENERGIA DA CANA DE AÇÚCAR NO BRASIL
Isaias C. Macedo
Universidade Estadual de Campinas, S. Paulo, Brasil
Introdução
O Brasil produziu 311 milhões de toneladas de cana em 1998 (25% da produção mundial) em 5 milhões de ha, com concentração no Sudeste e Nordeste (~60% em S. Paulo). Há
50 mil produtores de cana e 308 unidades de processamento industrial, todas privadas, levando a 17.7 milhões de toneladas de açúcar e 13.7 milhões de m3 etanol por ano. A indústria da cana no Brasil mantém o maior sistema de produção de energia comercial da biomassa, no mundo, através do etanol (substituindo cerca de 40% da gasolina) e do uso quase total do bagaço (equivalente a 11 milhões t de óleo) como combustível. A área ocupada para a produção de etanol corresponde a 0.8% da terra própria para agricultura, no Brasil. Depois de mais de vinte anos de uso em larga escala do etanol como combustível automotivo, o conhecimento adquirido sobre os impactos ambientais, sociais e econômicos do sistema agro-industrial permite analisar com certa segurança o ciclo completo e a sua sustentabilidade. Alguns aspectos analisados neste trabalho são:
• Os balanços energéticos para o ciclo (produção agro-industrial e usos finais), e as relações entre combustível fóssil utilizado e energia renovável resultante, para 1985 e 1996, mostrando as tendências e impactos de novas tecnologias. São vistas as emissões de CO2
(e emissões evitadas); a análise para 1996 mostra que são evitadas emissões equivalentes a 18% das emissões de todos os combustíveis fósseis usados no país. São incluídas as emissões de CH4 e N2O no ciclo.
• Considerando a legislação atual (eliminando gradualmente a queima de cana no campo) são avaliados os impactos na redução de poluentes atmosféricos (particulados, CH4, NOx,
CO) nos próximos 12 anos; o aumento da disponibilidade de biomassa para energia é base para estimativa de emissões evitadas de CO2, adicionalmente.
• A redução da poluição local em centros urbanos
• O uso de herbicidas e pesticidas hoje é quantificado e comparado com outros sistemas agrícolas importantes no Brasil (soja e milho).
• Proteção do solo, e a legislação existente para re-florestamento são consideradas para a produção de cana no Estado de S. Paulo (o maior produtor brasileiro).
• A captação e uso industrial de água nas usinas de açúcar é quantificada, assim como metas propostas para o futuro próximo.
• Custos atuais de produção, tendências para o futuro e competitividade com combustível convencional são analisados.
• A geração de empregos (volume e qualidade) é quantificada na sua evolução em dez anos, e tendências para os próximos anos.
Os resultados já obtidos e as possibilidades de melhoria indicam a grande evolução ocorrida, e o interesse em um esforço continuado para uma agro-indústria sustentável baseada na cana de açúcar, com a produção simultânea de alimentos e energia.
Benefícios ambientais globais: Produção e uso de energia renovável
Os principais resultados (1,2) considereando a produção agro-industrial e uso final (1996) estão resumidos na Tabela 1, e referem-se essencialmente ao Estado de S. Paulo.
Houve melhoria na situação entre 1985 (1) e 1996, principalmente pelo aumento de produtividade da cana e extensão do ciclo produtivo; otimizações no setor de transportes; mecanização da colheita; aumentos na conversão industrial (de 73 para 85 l etanol / t cana); e melhor uso do bagaço nos sistemas de co-geração. Espera-se ainda uma aumento na relação output/input de energia nos próximos anos com a possibilidade de uso de parte da palha da cana para geração de energia.
Tabela 1. Energia na Produção de açúcar e etanol (MJ/t cana)*
Médias Melhores valores
Produção de cana (total) 189.87 175.53
Operações agricolas 30.10 30.10 Transporte de cana 34.92 31.87 Fertilizantes 66.96 56.09 Calcáreo, herbicidas,etc 19.06 19.06 Mudas 5.76 5.34 Equipamentos 33.07 33.07
Produção de álcool (total) ** 46.08 36.39
Eletricidade (comprada) 0.00 0.00
Químicos e lubrificantes 7.34 7.34
Prédios 10.78 8.07
Equipamentos 27.96 20.98
Fluxos externos de energia, (agricultura + indústria) ***
Input Output Input Output
Agricultura 189.87 175.53
Indústria 46.08 36.39
Etanol Produzido 1996.37 2045.27
Excedente de bagaço 175.14 328.54
Totais (fluxos externos) 235.95 2171.51 211.92 2373.81
Output/Input 9.2 11.2
(*) Três níveis de uso de energia são considerados: combustível e energia elétrica adquirida; energia usada na produção de insumos; energia para a produção e manutenção de prédios e equipamentos.
(**) Somente energia externa; não inclui a energia do bagaço, usada na própria usina
(***)Inputs externos de energia são principalmente de combustiveis fósseis (diesel, oleo); embora no Brasil a maior parte da energia elétrica seja renovável, ela é computada aqui pelo seu uso na produção de equipamentos, prédios e insumos.
A contribuição líquida para a evolução de CO2 em todo o ciclo, já cancelados os efeitos de
fixação e liberação de carbono pela planta, processos e produtos, é:
• Aumento no CO2 atmosférico pelo uso de combustiveis fósseis e insumos na produção
agrícola / industrial de açúcar e etanol;
Tabela 2. Emissões líquidas , CO2 equivalente, na produção e uso da cana de açúcar no Brasil
(1966) (medida em Carbono)
106 t C (equiv.)/ano
Uso de combustíveis fósseis na agricultura e indústria + 1.28
Emissões de metano (queima da cana) + 0.06
Emissões de N2O + 0.24
Substituição de gasolina por etanol - 9.13
Substituição de óleo combustível por bagaço (indústrias) - 5.20
Contribuição líquida (emissão evitada, carbono) - 12.74
As emissões evitadas (CO2 equivalente) correspondem a cerca de 20% de todas as emissões
de combustiveis fósseis no Brasil.
Quanto às tendências para a relação output/input de energia e as emissões evitadas de CO2,
nota-se o início de mobilização para uso da palha da cana e de ciclos de geração mais eficientes.
Com tecnologias comerciais, e usando somente o bagaço, é possível gerar excedentes de cerca de 3 GW de energia elétrica, no país; a utilização de parte da palha e de ciclos mais eficientes (não comerciais: gasificação) poderia levar este potencial para 5 GW (4).
Legislação Federal e Estadual (E. S. Paulo) têm estabelecido limites progressivos para a queima de cana antes da colheita. Embora haja diferenças entre as determinações legais, foi utilizado um cenário plausível para a redução na área de cana queimada para estimar os efeitos nas emissões de gases de efeito estufa e na produção de energia.
Considera-se o uso de uma fração da palha da cana para a produção de energia em ciclos de alta eficiência (3). A situação de hoje , em média , corresponde a 100% de cana queimada; 10 t (MS) palha / ha; auto suficiência energética da usina.
A situação futura (horizonte de 12 anos) corresponderia a 55% de cana sem queimar; recolhimento de 50 a 100% da palha, dependendo da rota tecnológica e de condições agronômicas locais.
A análise completa das rotas tecnológicas disponíveis e em desenvolvimento, o conjunto de hipóteses correspondentes, e os balanços energéticos para os ciclos (diferentes consumos de fósseis, eficiências de conversão e volumes de biomassa) são apresentados em (3). Incluem o transporte de cana inteira com toda a palha (Rota 1); cana picada sem extração da palha e transporte de 100% (Rota 2); cana picada com extração total da palha e enfardamento de 50% (Rota 3); cana picada com extração parcial da palha e limpeza a seco na usina.
Tabela 3 – Diferenças na emissão de CO2, (Futura – Hoje)
Uso Parcial de palha e maiores eficiências de conversão
Rotas Diesel usado na agricultura (kg CO2/t cana) Combustivel substituido (kg CO2/t cana) Diferença nas emissões (kg CO2/t cana) Brasil: 300 x 106 t cana/ano (106 t CO2/ano) R1 + 2.1 - 139. - 137. - 41.1 R2 + 7.3 - 139. - 132. - 39.6 R3 + 2.3 - 87.5 - 85. - 25.5
Os valores devem ser considerados apenas como indicativos; são reduções (hipotéticas) que seriam obtidas com o uso de tecnologias de gasificação da biomassa e turbinas a gás; esta tecnologia ainda é experimental.
Benefícios ambientais locais: redução da poluição
Quando instituído, em 1975, o programa do etanol visava principalmente reduzir os custos com a importação de petróleo e evitar perdas com os baixos preços do açúcar no mercado internacional. Grandes benefícios na redução da poluição nos centros urbanos ficaram
evidentes (e importantes) a partir de 1980 (8). Resumidamente, pode-se dizer que os usos do etanol, em mistura (E 22) ou nos motores a etanol puro (E 100) proporcionaram, neste período:
Eliminação total dos aditivos com Pb (desde 1990)
Eliminação de 100% do SOX, particulados de Carbono e Sulfato nos E 100. e de
~22% nos E 22
VOCs com menor toxicidade e reatividade
CO: redução de ~70% nos antigos E 100 e até 40% nos E 22, comparados com EO O custo social evitado associado a estas reduções tem sido preliminarmente estimado
(incluindo CO2) para os próximos anos em cerca de US$ 500. milhões por ano, em cenários
que incluem um crescimento modesto da frota de carros a álcool ( ~100 mil carros / ano). (10).
Herbicidas, pesticidas e fertilizantes
O uso destes insumos pela industria de cana no Brasil é equivalente, e em alguns casos muito menor que o de outras culturas de grande volume.
É praticado o reciclo de resíduos (vinhoto e torta de filtro) para a lavoura, reduzindo a necessidade de fertilizantes externos (principalmente potássio). O uso médio de fertilizantes pela cana, soja e milho no Brasil é mostrado na Tabela 4. O valor total para os fertilizantes minerais é aproximadamente igual, por hectare. Um exercício mostra (Tabela 5) que a otimização no uso dos residuos (torta e vinhoto) e a possibilidade de deixar parte da palha no
Tabela 4. Área plantada e fertilizantes minerais usados em soja, cana e milho no Brasil (1977)
Cultura Área*
(Milhões ha) Nutrientes Totais, (1000 t)
Total ** (1000 t)
Nitrogenio Fosforo Potássio
Cana*** 4.9 317. 202. 415. 935.
Milho 13.6 406. 813. 677. 1897.
Soja 11.5 0 690. 805. 1495.
Fontes: *IBGE/1997
** Baseado em medias, IAC/BTC 100/1996 *** Vinhoto em 33% da area de cana soca
Tabela 5. Potencial para reciclo de nutrientes na cana de açúcar
Resíduos Nutrientes (kg/t) Volume de
Resíduos (Milhões t / ano)
Disponibilidade total (1000 t)
Nitrogenio Fosforo Potassio
Torta de filtro * 2,16 10,10 2,79 3.6 54.2
Vinhoto ** 0,11 0,10 2,33 168.3 427.6
Palha *** 0,72 0,21 5,17 45,9 280.4
762.3 * 12 kg/t cana (M S)
** Reciclado; pode ser otimizado (áreas, distâncias)
*** Hipótese: 3.4 milhões ha com cana sem queimar; palha deixada no campo.
O baixo nível de uso de pesticidas e herbicidas deve-se em parte a ter sido incorporado um extenso programa de controle biológico do principal predador da cana, a broca; introduz-se no momento o controle biológico da cigarrinha.
No caso de herbicidas, a posição atual com relação a outras culturas (Tabela 6) deve ser melhorada se o uso de palha no campo, após a colheita, for implementado com sucesso (o colchão de palha pode reduzir consideravelmente o uso de herbicidas).
Tabela 6. Herbicidas em milho, soja e cana de açúcar (1997)
Cultura Área (milhões ha) Herbicidas (1000 t)
Cana de açúcar 4.9 22.6
Milho 13.6 15.1
Soja 11.5 65.6
Fonte: IBGE, 1997; ANPEI, 1997
O uso de controle biológico para a broca da cana (prática comum na maioria das áreas) reduziu a infestação a niveis de 2-3%, contra valores iniciais (1980) de 10-11%. O uso total de inseticidas hoje atinge cerca de 0.36 kg/ha (5), contra 1.17 para soja e 0.26 para milho (IBGE e ANDEF, 1997). Inseticidas são usados em cana principalmente para insetos do solo e formigas. Há incertezas quanto ao aumento futuro de predadores das partes aéreas da planta, com a limitação de queima da cana; controles biológicos específicos estão sendo testados.
É possível que o uso de variedades transgênicas possa introduzir resistencia a insetos e reduzir ainda mais o uso de inseticidas. Por outro lado, o início da produção de açúcar “orgânico” em
médias para grandes áreas) têm mostrado a possibilidade de avançar muito em práticas que levarão à redução destes insumos.
Proteção do solo e águas; re-florestamento
O crescimento rápido da cana e a prática de culturas de rotação, assim como o ciclo de cinco cortes, permitem a proteção do solo na maior parte do tempo, reduzindo erosão. Têm sido desenvolvidas e utilizadas técnicas especiais de contenção de águas pluviais.
O Código Florestal (Lei 4771, 15-9-65) estabelece as obrigações quanto a re-florestamento e proteção de águas, definindo as áreas de preservação. Além disto, o conceito de “reserva legal” estabelecido na Lei 7803/89 (20% da área total deve ser re-florestada), depois da Lei Agrícola 8171, 17-1-91, está sendo analisado nas suas implicações (legais, ambientais e econômicas). Legislações Estaduais também estão em elaboração sobre o assunto.
A implementação de áreas de reserva permanente está sendo iniciada; as análises em curso deverão levar a um entrosamento adequado com o conceito de “reserva legal”. Vários milhares de hectares de áreas re-florestadas foram estabelecidos em áreas de cana, (proteção de cursos de água, encostas, etc); mas será necessário estimular avanços significativos nos próximos anos (9).
A captação e uso de água nas usinas de açúcar é muito elevada, hoje. Uma amostra de 36 usinas processando 60 milhões de t cana em São Paulo, indicou (CTC-Copersucar, 1997) uma média de 5 m3 de água captada / t cana processada (variando de 0.7 a 20.0). Espera-se para os próximos anos um programa de redução da captação de água, motivado por ações restritivas (inclusive cobrança pelo uso) e baseado essencialmente na otimização de processos e re-utilização interna. É possível buscar a meta de 1 m3 água / t cana.
Geração e qualidade de empregos; investimento
A geração de empregos (agrícolas e industriais) tem sido um dos pontos fortes da industria da cana. Há grandes diferenças regionais, e as características do emprego têm evoluído nos últimos dez anos; mas o fato é que o programa do álcool tem ajudado a reverter a migração para as áreas urbanas e melhorar a qualidade de vida em muitas localidades.
• Em 1991 estimou-se o número de empregos gerados em 800000. diretos e 250000. indiretos em todo o país (6); em S. Paulo 72% dos empregos diretos era na agricultura. Cerca de 30% do total eram trabalhadores especializados (lavoura e indústria); 10 % possuíam treinamento médio (motoristas, por exemplo), e 60% tinham pouca qualificação (cortadores de cana, entre outros). Nos 357 municípios com destilarias de etanol, estas proporcionavam 15 a 28% do total de empregos. Diferenças regionais em mecanização / automação e produtividade levavam a três vezes mais trabalhadores / unidade de produção no Nordeste, com relação ao Sudeste. Em S. Paulo o cortador de cana recebia mais que 86% dos trabalhadores agrícolas no país; mais que 46% dos trabalhadores industriais, e mais que 56% dos trabalhadores em seviços. A renda familiar média (cortadores de cana, dois trabalhadores por família) era superior a 50% das
• Alguns dados mais recentes (7), (2001) avaliam em cerca de 610. mil os empregos diretos e 930. mil os indiretos e induzidos. A redução de empregos diretos deve-se principalmente a terceirizações, aumento de produtividade e mecanização / automação. No Nordeste há cerca de quatro vezes mais trabalhadores / unidade de produto, evidentemente com perfis diferentes (7):
Anos de escolaridade
Brasil, % Sudeste, % Nordeste, %
> 8 13.2 17.4 8.9
4 a 7 28.0 36.4 14.7
1 a 3 27.3 29.1 27.6
< 1 31.5 17.1 48.8
Tomando como base a produção de petróleo no Brasil, a geração de empregos por unidade de energia equivalente é 4 vezes maior no carvão, 3 vezes com a energia hidroelétrica, e 150 vezes com o etanol (8).
A experiência com o etanol no Brasil indica ser possível para programas similares com biomassa ter impactos positivos e importantes na geração e qualidade de empregos; ajustes no numero de empregos / qualidade podem ser feitos para acomodar os mercados locais, usando tecnologia adequadamente. A tendência (irreversível) no Brasil é para melhor tecnologia e menos empregos com maior qualidade.
Custos de produção; competitividade
Ganhos de produtividade, eficiência de conversão e gerenciamento adequado conduziram a indústria da cana, no Centro – Sul do Brasil, aos menores custos de produção de açúcar no mundo (12). As avaliações mais recentes (10), 2001, (atualizando dados e metodologia da FGV, 1997), referentes a usinas com bom desempenho, na região Centro – Sul, em condições de produção sustentável a longo prazo, indicam um custo de US$ 0.18 / litro de etanol hidratado. Como referencia, o custo de produção de gasolina sem aditivos, com óleo a US$ 25. / barril, é de cerca de US$ 0.21 / litro (11). A equivalência técnica hoje é de ~0,75 l gasolina / l etanol hidratado, ou ~1.0 l gasolina / l etanol anidro, em mistura.
A implementação de tecnologias existentes (e praticadas em parte das usinas) nos próximos seis anos pode levar a cerca de 13% e redução nos custos médios (12); novas tecnologias (aproveitamento melhor da biomassa para energia, uso de variedades transgenicas) podem continuar a tendência declinante de custos para o futuro.
Com excelente posição competitiva, o equilíbrio no atendimento aos três mercados (açúcar para exportação e mercado interno, e etanol combustível) e possivelmente um quarto (etanol para exportação) depende de variáveis como os preços do petróleo, a política de preços de combustíveis no Brasil, os preços do açúcar no mercado internacional, e a dimensão da safra de cana. É necessário desenvolver mecanismos para assegurar a oferta de etanol em níveis compatíveis com as políticas visando a participação prevista de carros a álcool e o nível de mistura de etanol na gasolina.
Conclusões
A indústria da cana no Brasil é um exemplo importante de sistema de produção sustentável de energia, em larga escala, a partir da biomassa. Na maioria dos aspectos relevantes para a sustentabilidade, a situação hoje é em geral muito boa, e tende a melhorar; e não se observa
A relação output/input de energia (renovável/fóssil) é de 9.2, levando a um valor extraordinário de redução nas emissões de CO2 (quase 20% de todas as emissões de combustíveis fósseis no Brasil).
O uso do etanol trouxe benefícios importantes na redução da poluição em centros urbanos; a eliminação dos aditivos à base de Pb, reduções em SOX e particulados, emissões de VOCs
com menor toxicidade e reatividade.
O uso de fertilizantes minerais é menor que nas culturas de milho e soja; melhor gerenciamento do reciclo praticado hoje de resíduos (torta de filtro, vinhoto e alguma palha) pode levar ainda a uma substancial redução.
O uso de pesticidas e herbicidas é relativamente baixo, mesmo em função dos programas de controle biológico; a prática de deixar cobertura de palha em locais adequados, o uso de doses específicas para cada local, e técnicas derivadas dos cultivos “orgânicos” poderão melhorar ainda mais este quadro.
Na proteção de solos e águas, os problemas iniciais são atenuados pelo crescimento rápido da cultura, pelo uso de culturas de rotação e de vários cortes. Ainda assim é necessário aumentar a implantação de proteção a áreas de reserva permanente, e adotar técnicas (conhecidas) para a redução da captação de água para uso industrial.
A geração de empregos é um ponto forte do setor, atingindo cerca de 1.5 milhões (diretos e indiretos). É fator importante para a redução da migração do campo. Há fortes diferenças regionais, com flexibilização na relação qualidade /quantidade de empregos; a tendência geral é para maior nível tecnológico, menos empregos com maior qualidade.
A sustentabilidade econômica foi atingida, com o açúcar apresentando (Centro-Sul) o menor custo de produção do mundo e o etanol chegando aos níveis de custo da gasolina (petróleo a US$ 25. / barril). Destaca-se também a contribuição para a redução de importações.
Referências
(1) Macedo, I.C. – “The sugar cane agro-industry – its contribution to reducing CO2 emissions in Brazil”, Biomass and Bionergy, 1992. 3, 77-80.
(2) Macedo, I.C. – “Greenhouse Gas Emissions and Energy Balances in Bio-Ethanol Production and Utilization in Brazil (1996)”, Biomass and Bioenergy, 1998, 14.1, 77-81.
(3) Projeto BRA-96/G31,”Geração de Energia por Biomassa: bagaço de cana-de-açúcar e resíduos”; Report RLT-018, Centro de Tecnologia Copersucar, Março –1998.
(4) Macedo, I.C. – “Geração de energia elétrica a partir da biomassa no Brasil: situação atual, oportunidades e desenvolvimento”, Relatório para o MCT – Julho, 2001
(5) Donzelli, J. L. – Comunicação pessoal, Centro de Tecnologia Copersucar, 2002
(6) Borges, J. M. M. – “The effect of labor and social issues of electricity sales in the Brazilian sugar cane industry”, Int. Conference on Energy from Sugar Cane, Hawaii, 1991
(7) Guilhoto, J. J. M. – “Geração de empregos nos setores produtores de cana de açúcar, açúcar e álcool no Brasil e suas macro-regiões”, Relatório “Cenários para o setor de
(10) “Cenários para o Setor de Açúcar e Álcool” – M B Associados e FIPE, Abril 2001, S. Paulo
(11) Grassi, G. – “Seminar on Ethanol Fuel”, First World Conference and Exhibition on Biomass for Energy and Industry, Sevilla, June 2000
(12) Macedo, I. C. – “Commercial Perspectives of Bio-Alcohol in Brazil”, First World Conference and Exhibition on Biomass for Energy and Industry, Sevilla, June 2000
