Análise da Influência da Indústria de
Fertilizantes no Mercado de CO
2
Amanda Vilhena Dias de Azevedo
Projeto Final
de
Curso
Orientador
Prof Armando Lucas Cherem da Cunha, D.Sc.
ii
Análise da Influência da Indústria de Fertilizantes no
Mercado de CO
2Amanda Vilhena Dias de Azevedo
Projeto Final de Curso submetido ao Corpo Docente da Escola de Química, como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de bacharel em Engenharia Química.
Aprovado por:
_____________________________________ Tatiana Fernandes de Oliveira, D.Sc.
_____________________________________ Ladimir José de Carvalho, D.Sc.
_____________________________________ Carlos André Vaz Junior, D.Sc. Orientado por:
____________________________________ Armando Lucas Cherem da Cunha, D.Sc.
Rio de Janeiro, RJ – Brasil Fevereiro de 2020
iii Azevedo, Amanda Vilhena Dias
Análise da Influência da Indústria de Fertilizantes no Mercado CO2 / Amanda
Vilhena Dias de Azevedo. Rio de Janeiro: UFRJ /EQ, 2020. vi, 67p.; il.
(Monografia) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Química, 2019. Orientador: Armando Lucas Cherem da Cunha.
1.Dióxido de Carbono. 2.Fertilizantes. 3. Variação de custos CO2. 4. Monografia.
(Graduação - UFRJ /EQ). 5. Armando Lucas Cherem da Cunha. I. Análise da Influência da Indústria de Fertilizantes no Mercado CO2.
iv Para minha mãe, minha inspiração e maior incentivadora dos meus sonhos Vilma Lúcia Vilhena Dias
v
AGRADECIMENTOS
Os agradecimentos aqui feitos se estendem não somente a este trabalho, mas a todo o tempo de vida e de graduação, que não se concretizaria se eu não tivesse ao meu lado pessoas tão incríveis.
Agradeço primeiramente a Deus, por me capacitar e me permitir realizar tantos sonhos. Agradeço à minha mãe pelos valores e coragem que me foram passados, por sempre priorizar a minha educação e por todo amor e carinho, estaremos juntas sempre. Agradeço à minha avó Vilma pelo acolhimento e amor, obrigada pela compreensão, incentivo e por ser minha companheira incansável. O diploma deveria vir com o nome de vocês duas. Agradeço ao Lucas pela amizade, amor, paciência e compreensão durante tantos anos de convivência e por me ajudar não apenas na graduação, mas também a ser uma pessoa melhor a cada dia. O agradecimento é estendido à sua família pelo acolhimento, atenção e suporte.
Agradeço ao meu tio Antônio e meu avô Manoel por sempre estarem presentes na minha educação e, principalmente, por serem inspiração para mim. Agradeço aos meus primos Renata e Rodrigo, vocês foram meus primeiros amigos e são a certeza de nunca estarei sozinha.
Agradeço ao Túlio pelo companheirismo e ajuda mútua durante os anos de graduação, com certeza, teria sido muito mais difícil sem a sua amizade.
Agradeço à White Martins por todo o aprendizado e pelas informações cedidas para este trabalho.
Agradeço aos membros banca, pela generosidade em aceitarem esse convite e especialmente ao meu orientador, por toda a disponibilidade, atenção e ajuda na elaboração deste trabalho.
Por fim, agradeço à Universidade Federal do Rio de Janeiro e à Escola de Química e ao seu corpo docente, fico muito feliz e honrada de ter cursado Engenharia Química na Escola de Química da UFRJ.
vi Resumo da Monografia apresentada à Escola de Química como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Engenheira Química.
Análise da Influência da Indústria de Fertilizantes no Mercado de CO2 Amanda Vilhena Dias de Azevedo
Fevereiro, 2020 Orientador: Prof. Armando Lucas Cherem da Cunha, D.Sc.
A indústria de Fertilizantes tem grande representatividade em nível mundial no desenvolvimento
socioeconômico das mais diferentes culturas, principalmente por suportar a vida da população em
números em que ela se encontra hoje em dia. Recentemente, esse setor, principalmente o nacional,
vem sofrendo com o aumento do custo de seus insumos sem conseguir reverter isso em vendas
devido ao fato de não ser viável a competição perante a amônia importada, isso se reverte em um
alto endividamento do segmento. Esse cenário teve seu auge com a hibernação das Fábricas de
Fertilizantes Nitrogenados do Nordeste, que tem como subproduto o gás carbônico, afetando
diretamente a indústria de gases, que, diferentemente dos outros gases que são oriundos de uma
compressão do ar atmosférico, dependem de fontes para comercializar o CO2. Para vislumbrar
melhor a complexidade do mercado de CO2, foi feita uma contextualização bem como a
apresentação de sua importância para seus consumidores e a descrição das diversas fontes das
quais ele pode ser obtido. Em busca de analisar a relação entre essas duas indústrias, foi feita uma
linha do tempo para correlacionar os eventos que envolveram desde o anúncio de paralização
até a hibernação em si com a variação de custos do CO2 . Em seguida, para entender a dinâmica
do setor de gases industriais, com um olhar especial para o CO2, sob o ponto de vista
mercadológico foi feita uma análise no viés das Cinco Forças de Porter. Nesse sentido, apesar de
historicamente serem recentes acontecimentos, foi possível vislumbrar o poder de negociação que
1
SUMÁRIO
1. Introdução ... 5 1.1 Relevância do Tema ... 7 1.2 Objetivos ... 7 1.3 Limitações do Trabalho ... 81.4 Método de pesquisa e estrutura do trabalho ... 8
2. A Indústria de Fertilizantes ... 9
2.1 Contextualização ... 9
2.2 Histórico: Surgimento da Indústria Nacional de Fertilizantes ... 13
2.3 Hibernação e Paralização da FAFEN ... 18
2.4 CO2 como subproduto da indústria de fertilizantes ... 21
3. O mercado do CO2 Industrial ... 23
3.1 Contexto e Aplicações ... 23
3.2 Panorama Mercado de CO2 Industrias ... 25
3.3 Fontes consolidadas de CO2 ... 30
3.3.1 Fertilizantes ... 30 3.3.2 Calcinação ... 33 3.3.3 Combustão ... 34 3.3.4 Óxido de Etileno... 36 3.3.5 Reformador de Gás Natural... 37 3.3.6 Cogeração ... 38 3.3.7 Fermentação ... 39
3.4 Novas Fontes de CO2 Industrial ... 40
3.4.1 Captura de CO2 da atmosfera ... 40
2
3.4.3 Biogás ... 42
3.4.4 Siderurgia ... 43
4. Novo Cenário CO2 ... 45
4.1 Panorama do Novo Cenário do CO2 ... 45
4.2 Variação dos Custos do CO2 – Estudo de Casos White Martins ... 48
4.3 As Cinco Forças de Porter para o mercado de CO2 Industrial ... 54
4.3.1 Ameaça de Novos Entrantes ... 55
4.3.2 Ameaça de Produtos Substitutos ... 57
4.3.3 Rivalidade Entre os Concorrentes Existentes ... 57
4.3.4 O Poder de Barganha dos Clientes ... 58
4.3.5 O Poder de Barganha dos Fornecedores ... 59
5. Conclusão ... 60
3
INDÍCE DE FIGURAS
Figura 1: Market Share baseado na capacidade de produção (t/ano). ... 6
Figura 2: Cadeia Produtiva de Fertilizantes. ... 11
Figura 3: Produção de Grãos, Área plantada e Consumo de NPK no Brasil. ... 12
Figura 4: Participação da Produção Nacional no Total de Fertilizantes NPK Entregues ao Consumidor Final. ... 13
Figura 5: Faturamento Líquido do Setor de Adubos e Fertilizantes (1990 – 2007). ... 16
Figura 6: Endividamento Geral – Intermediários para Fertilizantes. ... 17
Figura 7: Balanço de oferta e demanda de Fertilizantes Nitrogenados 1990-2016 (em milhões de toneladas de nutrientes – N). ... 17
Figura 8: Dados de produção e faturamento setor fertilizantes anos 2016 e 2017. ... 18
Figura 9: Fluxograma explicativo da produção de Fertilizantes Nitrogenados. ... 22
Figura 10: Aplicações do Gás Carbônico. ... 24
Figura 11: Cadeia de Processamento do Gás Carbônico. ... 24
Figura 12: Margem Operacional de algumas grandes empresas da Indústria Química, 2013. ... 25
Figura 13: Market Share Estimado para o mercado antes e depois da fusão. ... 26
Figura 14: Market-Share Brasil 2016. ... 27
Figura 15: Market-Share Nacional do CO2. ... 27
Figura 16: Fontes do CO2 comercializado pela White Martins em 2018. ... 28
Figura 17: Fontes do CO2 comercializado pela Air Liquide em 2018. ... 29
Figura 18: Fontes do CO2 comercializado pela Carbo Gas em 2018. ... 29
Figura 19: Classificação das Fontes de CO2 por Concentração do gás. ... 30
Figura 20: Etapas da produção de amônia a partir do gás natural. ... 31
4
Figura 22: Processo de Produção de CaC2 e posterior recuperação de CO2. ... 34
Figura 23: Processo Industrial de Combustão com Captura de CO2. ... 35
Figura 24: Representação do Triângulo das Reações de Oxidação de Etileno. ... 36
Figura 25: Esquema de Cogeração a partir do Gás Natural. ... 38
Figura 26: Fluxograma Representativo de Fermentação por meio de diferentes Substratos. ... 40
Figura 27: Tecnologia ClimeWorks de Captura do CO2 do Ar Atmosférico. ... 41
Figura 28: Emissão de Finos de Coque por Siderúrgica. ... 44
Figura 29: Origens do CO2 Industrial e sua Disponibilidade em cada unidade industrial de cada fornecedor. ... 45
Figura 30: Participação das Principais Fontes no Abastecimento Nacional. ... 46
Figura 31: Matérias de 2020 do GASWORLD. ... 47
Figura 32: Mapa do Brasil com com Status das plantas de CO2 White Martins em 2019. ... 48
Figura 33: Resumo dos Eventos envolvendo FAFENs. ... 49
Figura 34: Variação de Custos do CO2 no ano de 2017. ... 50
Figura 35: Variação de Custos do CO2 no ano de 2018. ... 51
Figura 36: Variação de Custos do CO2 no ano de 2019. ... 52
Figura 37: Participação das Fontes no Fornecimento White Martins em 2017, 2018 e 2019. ... 53
5
1. Introdução
O dióxido de carbono (CO2) é um gás incolor, inodoro e não inflamável sendo mais pesado que o ar e solúvel em água (AIR PRODUCTS, 2020). No estado sólido, (-78ºC) o CO2, também conhecido como gelo seco, é uma fonte fria que pode ser utilizada como conservação de tecidos e também para combate a incêndio, visto que não é comburente. Geralmente é fornecido sob pressão em cilindros de aço ou refrigerado em recipientes (tanques) isolados termicamente. Comercialmente, o CO2 é fornecido para várias aplicações como: Bebidas e Alimentos, Medicinal, Petróleo e Gás, Papel e Celulose, Tratamento de Água e Efluentes, Metal – Mecânica, Setor Automotivo e Metalurgia. O CO2 apresenta efeito nocivo ao meio ambiente visto que é responsável pelo aquecimento global devido ao efeito estufa. A captura, o transporte e a fixação (biológica, geológica ou química) de carbono são alvos de estudos de novas e tradicionais tecnologias, as quais visam mitigar sua disposição na atmosfera e, por consequência, reduzir impactos ambientais relacionados. Uma maneira efetiva de aumentar significativamente o consumo de gás carbônico é a partir do desenvolvimento de rotas alternativas para produtos químicos de larga demanda no mercado, onde o CO2 possa ser utilizado como insumo (J.Marques, 2016).
Diferentemente da maioria dos gases industriais que são oriundos, em seu primeiro estágio de fabricação, de uma compressão do ar atmosférico, o CO2 para ser produzido em níveis comercializáveis, é dependente de uma fonte. Com isso, um fator importante quanto à inserção desse gás no mercado é a sua origem e a estabilidade quanto ao fornecimento. Além disso, a dependência de uma matriz para gerá-lo leva à uma extrema dependência mercadológica do status dessa fonte. Em relação à qualidade do gás, existem técnicas de purificação avançadas com capacidade para atender as limitações de impurezas exigidas pelo mercado, independentemente de sua fonte, no entanto, a fonte de origem ainda poderá interferir no desenvolvimento e aceitação do produto no mercado (PROBIOGÁS, 2015).
Uma indústria em potencial como fonte de CO2 é a de fertilizantes nitrogenados. A ureia, principal adubo nitrogenado usado mundialmente devido aos custos mais baixos de obtenção e à alta concentração de nitrogênio (46%), é um derivado da amônia, produto este que tem 90% da produção mundial dependente do gás natural como fonte primária (J.Marques, 2016).
6 No Brasil, durante muitos anos, a principal fonte consolidada de CO2 foi a indústria de fertilizantes nitrogenados, que gera o gás no processo de síntese da amônia, que, para ser produzida, necessita de H2, que por sua vez é gerado a partir da reforma de gás natural cujo principal subproduto é o CO2.
O mercado de fertilizantes no Brasil é dominado por grandes empresas como Yara Brasil, Mosaic Fertilizante, Heringer, Mitsui Adubos, Copebras, Petrobras, entre outras. Em relação aos fertilizantes nitrogenados, a Petrobras é a maior empresa neste segmento, atuando na produção de amônia e ureia, como pode ser verificado na figura 1 abaixo, que mostra a representatividade dessa empresa desde a primeira década dos anos 2.000.
Figura 1: Market Share baseado na capacidade de produção (t/ano).
Fonte: Elaboração própria, baseado em dados de Consultoria Legislativa, 2007.
No período recente a Petrobras vem realizando uma série de políticas de desinvestimentos que incluem a venda de ativos e, em alguns casos, o fechamento de algumas plantas industriais. O objetivo desta política seria conseguir a redução do endividamento da empresa e focar em negócios de menor risco e maior rentabilidade. Entre 2017 e 2018, a Petrobras esperava atingir 21 bilhões de dólares em desinvestimentos. Para alcançar esta meta, a empresa anunciou, em março de 2018, o fechamento de algumas de suas plantas industriais, incluindo as suas fábricas de fertilizantes, localizadas na Bahia e em Sergipe (CERQUEIRA, 2019). UltraFertil 39% Petrobras 61%
MARKET SHARE 2004
7 Devido à importância estratégica dessas fábricas como principais produtoras nacionais de fertilizantes e de CO2 como subproduto, a sua hibernação gerou grande conturbação na indústria de gases desde que fora anunciada. Como apresentado acima, o CO2 é estritamente dependente de uma fonte produtora e, por isso, sem as fábricas de fertilizantes nitrogenados (FAFENs) se fez necessária uma grande reorganização da indústria e do mercado no que diz respeito aos fornecedores e suas fontes e nos custos associados ao processo de produção, estoque e distribuição de CO2.
1.1 Relevância do Tema
A paralização das Fábricas de Fertilizantes Nitrogenados gerou uma subsequente crise no mercado nacional de CO2, pois sua principal fonte cujo custo de produção era estável e cuja distribuição de produto era geográfica e logisticamente já organizada estava sendo descontinuada. Tendo em vista essa criticidade do cenário nacional, é possível dimensionar a importância de prospecção e estabelecimento de novas fontes rentáveis e confiáveis desse gás.
Desse modo, as principais indústrias nacionais de gases se encontraram em uma situação de verdadeira necessidade de diversificação de fontes e fornecedores, além da necessidade de se adaptar aos novos custos de CO2 e repassar essa nova realidade de preço aos seus clientes.
1.2 Objetivos
O trabalho tem como principal objetivo realizar uma análise do mercado de CO2 de forma paralela ao mercado nacional de fertilizantes focando nas consequências da hibernação e parada das Fábricas de Fertilizantes Nitrogenados para a indústria de gases.
A análise consistirá na descrição de do mercado de fertilizantes contemplando a história e importância estratégica de seu estabelecimento no Brasil. Paralelamente, devido ao forte entrelaço, será feita a descrição tanto do mercado quanto das fontes já consolidadas e das novas fontes de CO2.
Além disso, será realizado um estudo de casos de modo a identificar as potenciais novas fontes de CO2 e o poder de barganha de novos fornecedores. Para isso, foi escolhida como principal player da indústria de gases nacionais a White Martins afim de protagonizar as mudanças e adaptações necessárias ao longo da crise do CO2 e no novo cenário nacional.
8
1.3 Limitações do Trabalho
É importante ressaltar que, historicamente, a hibernação e subsequente paralização das Fábricas de Fertilizantes é recente e dificilmente será possível fazer uma projeção de sua situação futura, ainda mais se considerarmos o reaquecimento da economia nacional mesmo que modesto por enquanto. Nesse sentido, cabe também ressaltar a dificuldade encontrada na pesquisa de pareceres técnicos confiáveis em relação às consequências desse evento.
Quanto à análise do impacto sofrido pelo mercado de CO2, serão apresentadas informações de cunho confidencial obtidas por concessão da empresa White Martins afim de contribuir para o desenvolvimento acadêmico e tecnológico do país. Mesmo assim, por razões de confidencialidade contratual alguns valores vão ser apresentados como incógnitas e suas variações percentuais serão fidedignas à realidade.
1.4 Método de pesquisa e estrutura do trabalho
O principal método de pesquisa para a elaboração do trabalho foi uma revisão bibliográfica para compreender como o mercado de CO2 industrial se comportou perante à paralização das Fábricas de Fertilizantes e quais seriam os desdobramentos desse cenário para as novas fontes de CO2. Além disso, será realizado um estudo de caso de uma empresa que esteve inserida nessa situação. Como o tema é relativamente recente, não há muita literatura formal disponível. A busca foi feita principalmente por meio de artigos e reportagens de revistas e jornais. Também foi realizada uma breve pesquisa da caracterização mercadológica da indústria de gases para compreender a necessidade e o comportamento dos fornecedores e novas fontes de CO2 em escala industrial e como eles se comportam diante desse novo cenário.
No primeiro capítulo do trabalho é realizada uma introdução e contextualização do assunto, bem como a descrição dos objetivos, limitações e método de pesquisa adotado. O segundo capítulo dedica-se à descrição da indústria de fertilizantes no Brasil bem como uma narração dos sucessivos eventos que levaram à hibernação das fábricas em Sergipe e na Bahia.
9 O terceiro capítulo analisa o comportamento da indústria e do mercado de CO2 antes e depois da crise nacional. Além de descrever as diferentes fontes desse gás bem como suas vantagens e desvantagens e esboçar as novas fontes que despontam como alternativas. O quarto capítulo apresenta o estudo de casos mencionado anteriormente e busca retratar a variação dos custos do CO2 industrial de acordo com o anúncio de hibernação, a paralização das FAFENs e, como forma de complementar há uma breve análise do comportamento do mercado segundo o viés das Cinco Forças de Porter.
O quinto capítulo é dedicado à conclusão sobre o cenário do mercado de Gases Industriais, mais especificamente o CO2, e quais as necessidades e oportunidades oferecidas pelo setor para as novas fontes no atual contexto.
2. A Indústria de Fertilizantes 2.1 Contextualização
O agrônomo alemão, Carl Sprengel (1787-1859) foi o primeiro a publicar a Lei do Mínimo, em 1837, que afirma que a produtividade da planta é proporcional à quantidade disponível do nutriente mais limitante, e, se essa deficiência for corrigida, a produtividade aumenta até o ponto do próximo nutriente mais limitante no solo. Já o químico alemão, Justus von Liebig (1803-1873) desenvolveu o primeiro fertilizante mineral a ser usado como parte de sistemas sustentáveis de produção agrícola.
Os fertilizantes estão definidos, na legislação brasileira (Decreto 86.955, de 18 de fevereiro de 1982), como substâncias minerais ou orgânicas, naturais ou sintéticas, fornecedoras de um ou mais nutrientes das plantas. Eles têm a função de suplementar e repor os elementos retirados em cada colheita, com a finalidade de manter ou mesmo ampliar o seu potencial produtivo. Sua participação é fundamental para o aumento do rendimento físico e produtividade da agricultura (Dias e Fernandes, 2006).
O uso adequado de fertilizantes minerais é um dos principais fatores para promover a segurança alimentar global nos tempos atuais. Mais de 48% dos 7 bilhões de pessoas hoje, estão vivendo por causa do aumento da produção das culturas obtido pela aplicação de fertilizantes nitrogenados. Sem fertilizantes, o mundo poderia produzir somente cerca da
10 metade dos alimentos básicos, e mais áreas sob florestas teriam que ser convertidas em áreas para a produção com culturas (ANDA, 2017).
Hoje em dia, busca-se as melhores práticas de utilização de fertilizantes no solo para que a meta de gestão da produtividade, lucratividade e sustentabilidade do sistema de produção seja atingida (DIAS, 1997).
Nitrogênio, Fósforo e Potássio são os três macro nutrientes requeridos pelas plantas relativamente em grandes quantidades. Nitrogênio como gás N2 forma 78% da atmosfera da Terra e não é reativo. Ele precisa ser convertido em formas reativas quimicamente (amônio e nitrato) para ser utilizado pelas plantas. Esta conversão é feita por microrganismos no solo, por bactérias simbióticas vivendo em associações com as plantas ou por reações químicas e é fator primordial no aumento da produtividade agrícola. O fósforo (P), usualmente é encontrado em grandes quantidades nos minerais do solo e na matéria orgânica, e precisa ser convertido para íons de fosfato inorgânico (H2PO4- ou HPO42-) para serem usados pelas plantas. O potássio (K) existe em grandes quantidades em minerais e é adsorvido na forma iônica (K+) nas partículas do solo e da matéria orgânica (ANDA, 2017).
As deficiências mais comuns são desses três nutrientes, daí a fórmula básica dos fertilizantes, NPK, que indica o percentual de nitrogênio na forma de N elementar, o teor percentual de fósforo na forma de pentóxido de fósforo, P2O5, e o conteúdo percentual de potássio na forma de óxido de potássio, K2O (BNDES, 2006). Por exemplo, uma fórmula de fertilizante 7-28-14 contem 7% de N, 28% de P2O5 e 14% de K2O (TAIZ, 2017).
A cadeia produtiva de fertilizantes vai desde a extração da matéria-prima até o agricultor, podendo ser dividida nos seguintes elos: Matérias- Primas Básicas, Matérias-Primas Intermediárias, Fertilizantes Básicos, Granulação e Mistura de Formulação NPK e Distribuição e Comercialização . Na Figura 2, é exibido um fluxograma da cadeia de produção.
11
Figura 2: Cadeia Produtiva de Fertilizantes.
Fonte: Empresa de Pesquisa Energética (EPE), 2019.
A Figura 2 reproduz, esquematicamente, toda a cadeia produtiva de fertilizantes, cujo complexo produtor envolve atividades que vão desde a extração da matéria-prima até a composição de formulações aplicadas diretamente na agricultura.
O segmento fornece as matérias-primas básicas dos fertilizantes, principalmente o gás natural, o rasf (resíduo asfáltico do petróleo) e a nafta, além da rocha fosfática, do enxofre e das rochas potássicas (BNDES, 2006).
Com base nesses insumos, obtêm-se então as matérias primas intermediárias, sobretudo o ácido sulfúrico, o ácido fosfórico, a amônia anidra e os fertilizantes simples, dos quais resultam os fertilizantes básicos, como a ureia, o sulfato de amônio, o MAP, o superfosfato simples e o cloreto de potássio, que, por fim, originam os fertilizantes granulados e as misturas de formulação NPK, complexos (DIAS e FERNANDES, 2006). O final da cadeia contempla o processo de granulação e mistura dos fertilizantes, que origina os fertilizantes finais, mais conhecidos como NPK. Por fim, estes são distribuídos e comercializados no quinto elo, sendo utilizados pelo produtor rural na agricultura.
12 Dessa forma, o potencial agrícola proporcionado pelo uso de fertilizantes faz com que essa indústria esteja fortemente relacionada ao agronegócio. O crescimento da população mundial, que veio acompanhado pela elevação da renda em mercados emergentes e mudança na dieta das pessoas, criou uma demanda crescente na produção de alimentos. Além desses fatores, a tendência de substituição de combustíveis derivados do petróleo por biocombustíveis também vem pressionando a elevação da produção agrícola. Como os recursos agrícolas são limitados e as áreas disponíveis para o plantio cada vez mais escassas, o aumento da produção via expansão da fronteira agrícola já não é a melhor opção, tornando-se necessária a elevação do rendimento por hectare plantado (produtividade) (Costa e Silva, 2012)..
O aumento de produtividade pode ocorrer por meio da adoção de técnicas apropriadas de cultivo e manejo, como a utilização de agricultura de precisão, rotação de culturas, correção de acidez do solo, manejo integrado de pragas, uso de defensivos agrícolas, mas principalmente, pela correta aplicação de fertilizantes (ZAMBOLI, 2018). Isso é demonstrado na figura 3 abaixo, na qual a área plantada se mantem constante enquanto que a produção de grãos aumenta em resposta ao maior uso de fertilizantes NPK, ambas as curvas apresentam tendência similar, evidenciando sua intrínseca relação.
Figura 3: Produção de Grãos, Área plantada e Consumo de NPK no Brasil.
13 O Brasil ocupa importante posição na produção agrícola mundial, a primeira nas exportações de café, cana-de-açúcar e suco de laranja, e o segundo lugar no complexo de soja. No entanto, a indústria de fertilizantes no Brasil ainda não atendia à demanda crescente do país na época em a indústria química nacional era incipiente e , hoje em dia, ainda se encontra déficit como mostra a figura 4.
Figura 4: Participação da Produção Nacional no Total de Fertilizantes NPK Entregues
ao Consumidor Final.
Fonte: Elaboração própria, com base em Gonçalves, 2008; Comissão de Agricultura do Senado, 2018.
2.2 Histórico: Surgimento da Indústria Nacional de Fertilizantes
As primeiras fábricas de fertilizantes no Brasil surgiram nos anos 1940, com o processo de industrialização do país. Dedicavam-se exclusivamente à mistura NPK com base em fertilizantes simples importados. Isso permitiu que as formulações NPK se adaptassem melhor às condições dos solos brasileiros, com as primeiras unidades instaladas próximas a portos marítimos, como Cubatão (SP) e Rio Grande (RS).
Algumas das grandes empresas do setor já atuavam no mercado no fim da década de 1940 e início da década de 1950, Trevo (1930), Quimbrasil (1945), IAP (1945), Copas (1945), Manah (1947), Fertisul (1948), Elekeiroz (1949) e Solorrico (1956).
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1950 1953 1956 1959 1962 1965 1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Importado Nacional
14 As importações atendiam à demanda interna de matérias-primas para fertilizantes até o início da década de 1960, pois a produção local restringia-se à exploração de uma mina de fosfato pertencente ao Grupo Bunge (Serrana), descoberta nos anos 1940, no estado de São Paulo, às unidades de amônia, ácido nítrico, nitrato de amônio e nitrocálcio da Petrobras e à atuação de alguns produtores pioneiros de superfosfato simples, tais como Elekeiroz (1949), Fosfanil (1952), Quimbrasil (1954), CRA (1958) e Ipiranga – Fertisul (1959).
Em 1971, teve início a utilização no país do gás natural como matéria-prima para a produção de amônia e ureia. A fábrica, localizada em Camaçari (BA), deu origem à Nitrofertil (hoje Fafen),que, posteriormente, com a construção de outra unidade em Laranjeiras (SE), consolidou a indústria de fertilizantes nitrogenados no país, tendo como insumo básico o gás natural. A partir deste mesmo ano, a demanda de fertilizantes teve considerável impulso, embora limitada pela necessidade de importações adicionais a custos crescentes.
Por causa dessa situação, foi então criado o 1º Programa Nacional de Fertilizantes e Calcário Agrícola (PNFCA), que vigorou entre 1974 e 1980, com o objetivo maior de ampliar e modernizar a indústria de fertilizantes e calcário agrícola. Com esse programa – parte do II Plano Nacional de Desenvolvimento – surgiu uma nova fase de substituição de importações, que estimulou a implantação de vários complexos industriais destinados à produção interna de matérias-primas e fertilizantes.
A imediata transferência do aumento dos preços do petróleo, em 1973, acentuou dramaticamente a vulnerabilidade do país no setor de insumos básicos, o que se refletiu no déficit da balança comercial daquele ano. O governo decidiu então adotar uma política de desenvolvimento do setor de insumos básicos, por meio de programas setoriais definidos – incluindo-se aí o de fertilizantes –, na qual a criação da Fibase (subsidiária do BNDES, mais tarde BNDESPAR), em 1974, serviu de mecanismo financeiro de apoio para a iniciativa privada, principalmente na forma de participação societária.
O 2º Plano Nacional de Fertilizantes, no período de 1987 a 1995, permitiu a concretização dos seguintes projetos principais: ampliação da capacidade de produção de rocha fosfática da Arafertil, em Araxá (MG), a partir de 1989; instalação de uma unidade de SSP da Fertibras em SP, iniciado em 1988; ampliação da capacidade de produção de rocha fosfática da Fosfertil, em Tapira (MG), a partir de 1988; ampliação da capacidade de
15 produção de rocha fosfática da Serrana, em Jacupiranga (SP), a partir de 1988; e instalação de unidade de ácido nítrico da Ultrafertil, em Cubatão (SP), a partir de 1988. Neste 2º PNF, os investimentos realizados atingiram o valor aproximado de US$ 1 bilhão, metade com a participação do BNDES.
Considerando-se os dois PNFs, com investimento global de US$ 3,5 bilhões, o BNDES teve uma participação financeira em torno de US$ 1,5 bilhão, o que contribuiu para substituição de importações, geração de renda, emprego e, ao mesmo tempo, melhoria da eficiência e da produtividade nos seus aspectos agronômicos, tecnológicos e logísticos. A abertura da economia exigiu a reestruturação das empresas nos moldes da que houve na petroquímica, durante a década de 1990. A privatização da indústria brasileira de fertilizantes se deu entre os anos de 1992 e 1994, ocorrendo cinco leilões de venda de dois tipos bem distintos: venda de participações minoritárias (Indag e Arafertil) e venda de controle acionário (Fosfertil, Goiasfertil e Ultrafertil). A privatização dessas cinco empresas foi concluída, estendendo-se para o setor como um todo. Foi criada a principal holding do segmento, a Fertifós, para controlar, ao mesmo tempo, duas centrais de matérias-primas básicas e intermediárias e de fertilizantes básicos, que foram a Ultrafertil (nitrogenados) e a Fosfertil (fosfatados), hoje reunidas numa só identidade corporativa: Fosfertil.
Durante o período de forte presença estatal no setor, a Petrobras Fertilizantes S.A. (Petrofertil, criada em 1976) figurava como um dos principais players, ela representava , conforme demonstram Fernandes, Guimarães e Matheus (2009), uma tentativa de reduzir a vulnerabilidade da indústria nacional ao aumento dos preços do petróleo, em 1973, com o objetivo de produzir nacionalmente matérias-primas nitrogenadas e fosfatadas. Foi por meio dessa subsidiária que a Petrobras adquiriu a Ultrafertil e, mais tarde, criou a Fosfertil e a Nitrofertil.
Na década de 1990, com o Plano Nacional de Desestatização (PND), promovido pelo Governo Collor, a maior parte das empresas que pertenciam ao controle da Petrofértil foram privatizadas, com exceção da Nitrofértil, que, em 1993, foi incorporada à Petrobras, recebendo a alcunha atual de Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados (FAFEN), comunidades em Sergipe e na Bahia. Atualmente, a área de fertilizantes da Petrobras conta com três fábricas, localizadas na Bahia (FAFEN-BA), Sergipe (FAFEN-SE) e, mais recentemente, no Paraná (FAFEN-PR) (PETROBRAS, 2018).
16 A partir de então, o setor de fertilizantes apresentou um crescimento considerável, como se pode ver pelo aumento do faturamento líquido do setor (Figura 5). O processo de privatização impulsionou os investimentos no setor e gerou uma reformulação na gestão das empresas.
Figura 5: Faturamento Líquido do Setor de Adubos e Fertilizantes (1990 – 2007).
Fonte: Elaboração Própria, baseado em dados da ABIQUIM.
Contudo, como pode ser observado na Figura 6, o grau de endividamento das empresas elevou-se, em resposta aos processos de expansão do período, por conta, principalmente, da importação de intermediários necessários à fabricação dos produtos finais (inclusive NPK), como enxofre (para fabricação do ácido sulfúrico) e cloreto de potássio. Além disso, na década de 2000, a produção da indústria química brasileira de um modo geral não acompanhou a evolução do consumo interno e esse cenário foi extremamente crítico para a indústria de fertilizantes.
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2003 2004 2005 2006 2007 U S$ B ilh õe s
17
Figura 6: Endividamento Geral – Intermediários para Fertilizantes.
Fonte: Elaboração própria, baseado em BNDES, 2006.
Tendo em vista a importância estratégica para o país, em 2012, as perspectivas e cenários favoráveis a consolidação do Brasil no mercado e na indústria de fertilizantes eram excelentes como pode ser observado na figura 7. Uma vez que o país tem reservas de fósforo e potássio, matérias primas para produção de fertilizantes com potencial de exploração, com a descoberta do pré-sal, a oferta de gás natural, que é insumo básico para produção de nitrogenados tinha previsão de aumento.
Figura 7: Balanço de oferta e demanda de Fertilizantes Nitrogenados 1990-2016 (em
milhões de toneladas de nutrientes – N). 24 31 44 48 46 50 59 61 63 59 59 65 63 64 66 52 56 00 10 20 30 40 50 60 70 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 em %
18 Fonte: Gonçalves, 2008. Nota: estimativa 2011-2016.
Contudo, para destravar investimentos e alavancar de vez o setor, são necessários investimentos em logística e formulação de políticas que solucionem impasses regulatórios, tecnológicos, tributários e ambientais, além da necessidade de reduzir a participação das importações no consumo nacional, elevando a produção interna. Essas condições não foram de fato efetivadas como é mostrado na Figura 8 e, com a mudança de visão relacionada à Petrobras e, consequentemente, as FAFENs (SE e BA). Essa situação atinge o mercado de forma generalizada, porque a Petrobras é a única produtora de ureia do país.
Figura 8: Dados de produção e faturamento setor fertilizantes anos 2016 e 2017.
Nota (1): Inclui matéria-prima para Fertilizantes. Fonte: Elaboração própria, baseado em ABIQUIM, 2017.
2.3 Hibernação e Paralização da FAFEN
Como demonstrado na seção anterior, o panorama da indústria de fertilizantes não se mostrou nada favorável à produção nacional. A extrema dependência de importações de matérias primas e o valor crescente associado a essa transação devido à desvalorização cambial levou à paralização de algumas fábricas. Nesse sentido, a Petrobras começou a buscar a venda de ativos deficitários de fertilizantes a partir de setembro de 2017, em meio a um plano de desinvestimentos que visava reduzir dívidas e focar na exploração de petróleo e gás.
2016
2017
2017 / 2016
Faturamento líquido (US$ bilhão)
8,6
9,1
5,8%
Faturamento líquido (R$ bilhão)
29,9
29,0
-3,0%
Volume de venda (mil toneladas)
34.083
34.083
0,0%
Produção Nacional (mil toneladas)
9.041
8.442
-6,6%
Exportação (US$ milhão FOB)
(1)213
134
-37,1%
Exportação (mil toneladas)
(1)549
330
-39,9%
Importação (US$ milhão FOB)
(1)6.153
6.828
11,0%
Importação (mil toneladas)
(1)24.485
26.163
6,9%
19 Em 20 de março de 2018, em comunicado ao mercado, a Petrobras decidiu suspender a produção das fábricas de fertilizantes de Sergipe e da Bahia, em mais um passo na sua estratégia de deixar as atividades de produção de fertilizantes. A principal justificativa dada foi que era preciso para estancar os prejuízos que totalizaram, conforme anunciado, R$ 800 milhões só em 2017. O processo de hibernação, que consiste na parada progressiva da produção, com conservação dos equipamentos e prevenção de impactos ambientais, tinha previsão de início até o primeiro semestre de 2018 (GlobalFert, 2018). As unidades em Três Lagoas, MS (UFN-III) e em Araucária, PR (ANSA) tembém estão no programa de desinvestimentos da empresa, reiterando seu posicionamento estratégico de sair integralmente dos negócios de fertilizantes, enquanto busca focar na exploração de petróleo no pré-sal. No entanto, a decisão de hibernar as duas fábricas do nordeste primeiramente foi para a companhia não ter mais prejuízos com a sua operação. Os fertilizantes nitrogenados produzidos pelas FAFENs não estavam conseguindo competir com os produtos importados. Os custos da matéria prima usada nas duas fábricas, Gás natural Liquefeito (GNL) importado não permitia que os preços dos fertilizantes produzidos fossem competitivos com os importados.
As FAFENs não têm acesso à matéria-prima barata e estão longe do mercado consumidor, o que se refletia em resultados negativos A parcela que do mercado que era atendida pela Petrobras passaria para o setor privado assim que as fábricas fossem vendidas.
Em 27 de março de 2018, a Petrobras adiou em 120 dias o prazo para iniciar a hibernação das fábricas de fertilizantes em Sergipe e na Bahia. O prazo do adiamento deveria contar a partir do dia 30 de junho de 2018, data prevista pela Petrobras para início da hibernação. Nesse período de quatro meses, seria criada uma comissão em cada estado com a participação da companhia, dos governos dos estados e das fundações das indústrias para avaliar a viabilidade de alternativas que mantivessem as plantas em funcionamento (GlobalFert, 2018).
No dia 30 de outubro de 2018, a Petrobras decidiu postergar, para 31 de janeiro de 2019, a hibernação das fábricas de fertilizantes localizadas em Sergipe (Fafen-SE) e na Bahia (Fafen-BA). Desde que anunciara a paralização a estatal vinha adiando essas paralisações, devido ao forte enfrentamento e resistência da Federação Única dos Petroleiros (FUP) (GlobalFert, 2018).
20 Nessa ocasião, a Petrobras anunciou que continuava a avaliar alternativas à hibernação em conjunto com representantes dos governos e federações das indústrias dos estados de Sergipe e da Bahia e demais participantes dos grupos de trabalho, de modo que se fazia necessário este tempo adicional para a conclusão da análise das alternativas à hibernação, uma vez que mantidos os níveis mínimos de rentabilidade da companhia. Dentre estas alternativas constaria um possível processo de arrendamento das fábricas a terceiros. Em 10 de janeiro de 2019, a Petrobras deu início a um processo em busca de interessados no arrendamento de suas fábricas de fertilizantes, localizadas em Sergipe (Fafen-SE) e na Bahia (Fafen-BA). A companhia explicou que, em relação às Fafens, estava dando início a um procedimento de pré-qualificação, visando habilitar as empresas que manifestarem interesse em participar de licitações futuras destinadas ao arrendamento das fábricas, incluindo os terminais marítimos de amônia e ureia no Porto de Aratu (BA). Além de produtoras de amônia e fertilizantes, ambas as unidades também exerciam um importante papel na comercialização de gás carbônico, como ressaltou a petroleira.
Em 29 de abril de 2019, petroleira estatal brasileira Petróleo Brasileiro SA informou que abriu as licitações para o arrendamento de suas fábricas de fertilizantes em Sergipe (Fafen-SE) e Bahia (Fafen-BA), e três empresas se classificaram para o leilão, que são a Proquigel Química S.A., a PJSC Acron e a Formitex Empreendimentos e Participações Ltda. Elas teriam até o dia 22 de junho para apresentar suas ofertas, conforme comunicado da Petrobras. Os leilões incluem os terminais de navios para amônia e ureia no Porto de Aratu na Bahia.
Em 11 de novembro de 2019, após várias prorrogações, encerrou o prazo para envio de propostas. A Petrobras confirmou que a empresa Proquigel Química S.A.foi a única a apresentar uma proposta para arrendamento das FAFENs de Sergipe e da Bahia. A partir de então, a proposta recebida foi analisada.
No dia 21 de novembro de 2019, foi assinado o arrendamento das fábricas de fertilizantes nitrogenados da Bahia (Fafen-BA) e de Sergipe (Fafen-SE) para a empresa Proquigel Química S.A, que terá o controle das unidades por um período de dez anos, renováveis por mais dez.
Além das fábricas, o arrendamento inclui os terminais marítimos de amônia e ureia no Porto de Aratu, na Bahia. O negócio envolve R$ 177 milhões e seguiu as etapas previstas
21 na Lei Federal 13.303/2016 (Lei das Estatais) e no Regulamento de Licitações e Contratos da Petrobras (FATOS E DADOS PETROBRAS, 2019).
O arrendamento das unidades vai permitir que as fábricas de fertilizantes, que estavam hibernadas, voltem a operar, gerando novos empregos e atraindo investimentos para os estados da Bahia e de Sergipe. Além de ser uma alternativa para a continuidade da operação das duas unidades, que se encontram hibernadas. A companhia buscou alternativas e estudou as melhores condições econômicas e de custos para a transferência das instalações ao futuro operador das fábricas (PETROBRAS, 2019).
Toda essa movimentação política e econômica de hibernação e arrendamento que durou cerca de dois anos, afetou não somente o mercado de fertilizantes, mas também gerou impactos negativos no grupo social de trabalhadores cujo emprego possivelmente estaria comprometido, na economia estatal com todo um rearranjo tributário de circulação de mercadorias e no mercado dos subprodutos do processo de fabricação dos fertilizantes. O principal subproduto afetado foi o CO2 industrial, que é totalmente dependente de uma fonte e tinha sua dinâmica de mercado ajustada para fornecimento, em quantidade majoritária, via FAFEN, que por sua vez, não estaria mais disponível por tempo, até então, indeterminado.
2.4 CO2 como subproduto da indústria de fertilizantes
Assim como outros processos industriais, a produção de fertilizantes gera subprodutos que são industrial e rentavelmente comercializáveis. Tendo em vista os acontecimentos relatados na sessão anterior o mercado desses subprodutos foi extremamente afetado pelo anúncio de hibernação e paralisação de fato das FAFENs.
De acordo com o fluxograma descrito na figura 9, para a produção de Amônia são necessários Nitrogênio e Hidrogênio, que por sua vez, pode ser obtido por três principais métodos: Eletrólise, Reforma a Vapor e Reforma autotérmica.
22
Figura 9: Fluxograma explicativo da produção de Fertilizantes Nitrogenados.
Fonte: White Martins, 2019.
A ureia é produzida através da reação da amônia com o CO2, de acordo com a equação 1.
2NH3 + CO2 ⇆ (H2N)2CO + H2O (Eq. 1)
Nas Fábricas de Fertilizantes Nitrogenados, a produção de H2 era somente via reforma a vapor do Gás Natural de acordo com a equação 2 (ALVES, 2005):
CH4 + H2O ⇆ 3H2 + CO (Eq. 2)
Esse Hidrogênio produzido reage com o Nitrogênio à pressão entre 100 e 250 bar e temperatura entre 350 e 550ºC, usando catalisadores a base de óxido de ferro, gerando amônia (NH3) conforme apresentado na equação 3 (MEERMAN, 2011).
N2 + 3H2 ⇆ 2NH3 (Eq. 3)
Para completar os reagentes da equação 1, a origem do CO2 precisa ser definida. O monóxido de carbono (CO) gerado na equação 2 vai ainda passar por um processo de conversão à CO2, com geração adicional de hidrogênio. A conversão de CO para produção de amônia consiste normalmente de um processo em duas etapas, a primeira a
23 alta temperatura (HTS) e a segunda a baixa temperatura (LTS). A reação de conversão de CO (também chamada de reação de shift) é representada pela equação 4:
CO + H2O⇆H2 + CO2 (Eq. 4)
Somando as equações 2 e 4, temos a reação global, representada pela equação 5. CH4 + 2H2O⇆4H2 + CO2 (Eq. 5).
Como, de maneira corriqueira, a amônia não é convertida 100% a ureia, a geração de um excedente de CO2, que do ponto de vista estratégico da indústria de gases é de extrema importância, se estabeleceu como principal fonte desse gás (ALVES, 2005).
3. O mercado do CO2 Industrial 3.1 Contexto e Aplicações
Industrialmente, o dióxido de carbono é produzido pelos seguintes processos de fabricação: Combustão, no qual O CO2 é gerado na queima de qualquer material, pela reação do carbono em combustão com o oxigênio do ar, e Subproduto, no qual CO2 é gerado como sub produto em algumas indústrias e captado/purificado pela indústria. O CO2 é um dos que mais contribui para o efeito estufa porque é gerado em grandes quantidades em: queimadas, processos de fermentação, motores de veículos e pela atividade fabril. A captação desse gás por outras indústrias é uma maneira eficaz e rentável de fixar o CO2.
Buscando principalmente esse aproveitamento, ao longo dos anos foram desenvolvidas e colocadas em prática muitas aplicações para o CO2 que são utilizadas por diversas indústrias. No ramo de bebidas e alimentos, em sua forma gasosa, é utilizado na carbonatação de bebidas (refrigerantes, cervejas, águas minerais), atua na conservação de alimentos por meio do congelamento. Pode ser utilizado também para inertização criando uma atmosfera protetora que permite realizar controle da proliferação de microorganismos presentes nos alimentos, como cereais ou pães, privando-os do oxigênio. Além disso, é usado em extintores de incêndio, resfriando as chamas e deslocando o ar. Por não deixar resíduo, é indicado para todo o tipo de fogo, com exceção de líquidos inflamáveis. Dentre outras aplicações que podem ser observadas na figura 10.
24
Figura 10: Aplicações do Gás Carbônico.
Fonte: ALMQVIST, 2003.
Todo esse processo de captura do carbono é apresentado na figura 11 como um esquema representativo da cadeia completa da produção, desde às fonte até suas aplicações.
Figura 11: Cadeia de Processamento do Gás Carbônico.
25
3.2 Panorama Mercado de CO2 Industrias
A indústria de gases pode ser considerada madura, competitiva e globalizada. Tendo em vista que os consumidores de gases industriais são, em sua maioria, outras indústrias, ou seja, o mercado de gases industriais é classificado como B2B (Business to Business). Nessa categoria, as empresas vendem bens ou prestam serviços à outras empresas e, de maneira geral, os clientes requerem frequentemente um bem específico ou adaptado às suas necessidades. No caso dos gases industriais, o produto entregue deve atender à pressão, pureza (concentração para blends), vazão e temperatura específicas (LINDE, 2020).
Nesse sentido, o aquecimento da economia e o bom desempenho dos mais diversos setores industriais são fatores que influenciam diretamente o seu crescimento. De um modo geral, esta indústria apresenta taxas de crescimento superiores a outros importantes indicadores macroeconômicos, margem operacional acima do mercado (demonstrado na figura 12), e teve comportamento resiliente mesmo frente a períodos de crise, como a recessão global de 2008 e 2009 e nacional que perdura desde 2014 até os dias atuais. Pode-se dizer, portanto, que se trata de uma indústria relativamente estável, resultado do estabelecimento de relações duradouras com clientes, da diversidade de indústrias que atendem e da forte inserção dos gases em diferentes setores da economia, além do constante desenvolvimento de aplicações.
Figura 12: Margem Operacional de algumas grandes empresas da Indústria Química,
2013.
26 Em termos de distribuição de fatia de mercado e competição, é um ramo consideravelmente concentrado. A nível global o mercado, em 2018, haviam quatro empresas atuantes: Praxair, Linde, Air Products e Air Liquide. Após um movimento de fusão e aquisição entre Linde e Praxair, essa concentração de mercado foi acentuada e, hoje, o mercado global é dividido entre três players: Linde plc, Air Liquide e Air Product. Na figura 13 abaixo, é apresentado o market share em 2016 e o market share estimado pós fusão.
Figura 13: Market Share Estimado para o mercado antes e depois da fusão.
Fonte: Elaboração Própria, baseado em dados White Martins.
Refletindo o mercado global, o mercado nacional também é bastante concentrado. Com a fusão, no Brasil, as operações da antiga Linde foram vendidas para a Messer. Por isso, a nível a nacional não é possível enxergar mudanças no pré e pós fusão e o market share apresentado na figura 14 tende a se manter o mesmo.
27
Figura 14: Market-Share Brasil 2016.
Fonte: Elaboração propria, baseado em dados White Martins.
Como é possível observar, nacionalmente, a empresa com a maior fatia do mercado é a White Martins. Observando-se sobre o panorama somente do CO2, esse destaque é, mais uma vez, evidenciado segundo a figura 15.
Figura 15: Market-Share Nacional do CO2.
Fonte: Elaboração própria, baseado em dados White Martins.
White Martins LINDE plc 57% Air Liquide 17% Messer (antiga Linde) 15% Air Products 7% Outros 4%
MARKET SHARE BRASIL
White Martins 45% Messer 5% Air Liquide 20% Carbo Gas 13% Vale Verde 3% Petribu GRB 3% Ecogen 4% Carboman 4% IBG3%
28 Pela observação da figura 16, é possível identificar 3 protagonistas no mercado: White Martins, Air Liquide e Carbo Gas. Conforme dito anteriormente, o CO2 é um gás que é dependente de uma fonte. A seguir, são apresentadas as origens do CO2 comercializado pelos principais players nacionais em 2018.
Figura 16: Fontes do CO2 comercializado pela White Martins em 2018.
Fonte: Elaboração própria, baseado em dados White Martins.
A figura 16 acima mostra a forte participação e importância da indústria de fertilizantes dentro do fornecimento de CO2 pela White Martins, além da pequena diversificação de fontes desse gás da empresa. Desse modo, uma queda abrupta na produção nacional de fertilizantes tem grande potencial de desestabilizar o fornecimento de CO2 pela White Martins.
Na figura 17 abaixo, temos a atuação de cada fonte gás carbônico no cenário de abastecimento dos seus respectivos clientes pela Air Liquide, que possui uma diversificação de fontes maior que a apresentada anteriormente na figura 16, mas também tem cerca de um quinto da sua produção de CO2 dependente da indústria de fertilizantes.
Fertilizantes 69% Óxido de Etileno 18% Carbureto de Cálcio 13%
29
Figura 17: Fontes do CO2 comercializado pela Air Liquide em 2018.
Fonte: Elaboração própria, baseado em dados White Martins.
O terceiro player de maior importância nacional é a Carbo Gas que tem como única fonte a fermentação de a. Além de diversificação nula, essa origem do CO2 está totalmente atrelada ao setor sucroalcooleiro que, por sua vez, sofre com a falta de políticas públicas ao Proálcool.
Figura 18: Fontes do CO2 comercializado pela Carbo Gas em 2018.
Fonte: Elaboração própria, baseado em dados White Martins.
Fertilizantes 19% Fermentação 5% Cogeração 32% Reformador de H2 44%
FONTE DO CO2 - AIR LIQUIDE
Fermentação 100%
30
3.3 Fontes consolidadas de CO2
O CO2 industrial não é obtido diretamente do ar atmosférico como já citado anteriormente, mas está subordinado à existência e disponibilidade de uma fonte industrial que seja comercialmente rentável. Por questões ambientais, o CO2 comercializado tem que ser obtido, por exigência, como subproduto de algum processo (White Martins, 2020). Dentre as fontes aptas à gerar o CO2, temos aquelas que produzem com alta concentração e aquelas com baixa concentração como apresentado na figura 19.
Figura 19: Classificação das Fontes de CO2 por Concentração do gás.
Fonte: Elaboração própria, baseado em dados White Martins, 2018.
As fontes com baixa concentração de dióxido de carbono são unidades onde substância carbonácea, na forma líquida, gasosa ou sólida e, assim, produz CO2. De modo geral, Gás Natural é queimado em caldeira ou refervedor seguindo, então, processo de concentração, purificação e liquefação (White Martins, 2018).
A seguir são apresentadas aquelas cuja tecnologia já está consolidada e difundidas, bem como suas respectivas vantagens e desvantagens.
3.3.1 Fertilizantes
Conforme já mencionado na sessão 2.4, o CO2 é gerado como subproduto durante o processo de produção de fertilizantes nitrogenados. O processo é o mesmo para obtenção de Dióxido de Carbono e de Hidrogênio.
De forma geral, as etapas de produção de amônia a partir do gás natural compreendem as seguintes seções (Figura 20):
• Seção de reforma e purificação do gás: dessulfurização, reforma primária, reforma secundária, reação de conversão de CO.
• Remoção de CO2: absorção e desabsorção de CO2 para uso posterior. • Síntese de amônia: loop de síntese e área de refrigeração.
ALTA CONCENTRAÇÃO Indústria Química e
Petroquímica Fertilizantes e Alcooleiras BAIXA CONCENTRAÇÃO Fornos e Caldeiras Motores e Calcinadores
31
Figura 20: Etapas da produção de amônia a partir do gás natural.
Fonte: Franco e Neto, 2007.
O processo inicia-se com o recebimento de gás natural, que passa por um sistema de separação de líquidos e é então enviado para a remoção de enxofre, de forma a evitar o envenenamento do catalisador à base de níquel da reforma catalítica no reformador primário e dos catalisadores das etapas posteriores (Copetti, 2017).
A seção de purificação , em geral, consiste de pré-aquecimento de carga, hidrogenação de mercaptans e adsorção de enxofre como H2S, que é usualmente removido pela utilização de um adsorvente a base de óxido de zinco. No caso de plantas que, em vez de gás natural, usam carvão mineral como matéria prima, não há essa etapa nem a reforma a vapor a seguir. Em substituição, há uma unidade de gaseificação, seguida por uma seção de limpeza do gás gerado para separar cinzas, metais pesados e outros contaminantes, como o enxofre (Franco e Neto, 2007).
A etapa seguinte é a Reforma a Vapor converte hidrocarbonetos em óxidos de carbono e hidrogênio obedece às reações abaixo:
CH4 + H2O → CO + 3H2 (eq.6)
CnHm + nH2O → nCO + (n + m/2)H2 (eq.7) CO + H2O → CO2 + H2 (eq.8)
As reações 6 e 7 são endotérmicas e a reação 8 (reação de shift) é exotérmica. O balanço final é endotérmico, com grande consumo de energia. O desempenho da seção de
32 conversão de CO afeta fortemente a eficiência global da planta à medida que o CO não convertido gera uma perda de produção, além de consumir hidrogênio no metanador, aumentando a quantidade de gás inerte no loop de síntese.
O CO2, que não é o composto de interesse nessa etapa do processo, precisa ser removido para que o H2 gerado reaja com o N2 sob alta pressão na etapa de loop de síntese e forme a amônia, que já tem valor comercial (Franco e Neto, 2007).
A amônia, por sua vez, pode seguir duas rotas de processo como pode ser observado na figura 21: produção de Nitrato de Amônio ou produção de Ureia. Para essa última, o gás carbônico removido e recuperado anteriormente é reutilizado dentro do próprio processo de fabricação de fertilizantes e participa da síntese da ureia.
Figura 21: Fluxograma Explicativo da Produção de Nitrato de Amônio e de Ureia.
Fonte: White Martins, 2019.
A reação de sintetização da ureia que necessita de CO2 para reagir com a Amônia é a seguinte:
2 NH3 + CO2 = NH2CONH2 + H20 (eq.10)
Outro destino para o CO2 é a indústria de gases conforme já mencionado no trabalho, que captura, purifica e liquefaz deixando apto ao transporte e comercialização dentro das normas e especificações requisitadas por cada aplicação de destino.
A principal vantagem do CO2 oriundo da produção de fertilizantes é a alta concentração na qual ele é gerado, em torno de 98% e, mesmo, dentre as impurezas, a variação nos tipos de contaminantes é pequena. Por esses motivos, a comercialização é facilitada, uma vez que um dos custos mais impactantes no valor associado a esse gás são os diversos testes de contaminação aos quais ele tem que ser submetido para ser usado por algumas
33 indústrias. Cada setor tem seu nível de exigência de acordo com o produto fabricado, por exemplo, o setor bebidas e alimentos é o que apresenta maior restrição devido a fatores ligados a saúde humana. Desse modo, a alta concentração e baixa variação de contaminantes desse tipo de dióxido de carbono é uma vantagem competitiva para a indústria de fertilizantes fornecê-lo.
Além dessas vantagens, temos que, no Brasil, as grandes plantas de fertilizantes, que possibilitam essa extração em grande escala do CO2, localizam-se em áreas industrialmente vascularizadas. Logo, o custo de distribuição e transporte entre origem e destino é reduzido.
Entretanto, essa fonte é diretamente impactada pelo alto custo do gás natural, que é sua matéria prima, e pelo valor internacional dos fertilizantes, que faz com que a produção nacional aumenta ou diminua conforme o mercado. Além disso, analisando a figura 21, a disponibilidade do CO2 nesse processo advém da sobra do que não é utilizado na rota de produção da ureia. Portanto a priorização da produção de ureia impacta diretamente na quantidade de gás que consegue ser extraída do processo. Esse balanço é significativamente importante ainda mais se levarmos em conta a outra possibilidade de rota de produção do Nitrato de Amônio. Desse modo, a disponibilidade do gás carbônico, nesse caso, é muito variável.
3.3.2 Calcinação
Carbureto de Cálcio, é o composto químico com a fórmula CaC2. O material é incolor, mas muitas amostras apresentam protuberâncias pretas a branco-acinzentadas, dependendo do grau de pureza. É uma alternativa ao uso do alumínio por se destacar devido ao produto de sua reação de desoxidação não prejudicar a limpidez dos aços (CARDOSO FILHO, 2013). Seu principal uso industrial é na produção de acetileno e é produzido industrialmente em um forno de arco elétrico carregado com uma mistura de cal e carvão a aproximadamente 2000 °C. Essa é uma tecnologia consolidada e antiga, e segue o princípio da equação 10:
CaO + 3C → CaC2 + CO (eq.10)
Para gerar o cal virgem (CaO), presente na equação 10 acima, é necessária uma reação química de decomposição térmica, usada para transformar o calcário (CaCO3) em cal
34 virgem (CaO), liberando gás carbônico (CO2), que é recuperado e liquefeito para distribuição. Esse processo é evidenciado na figura 22.
Figura 22: Processo de Produção de CaC2 e posterior recuperação de CO2.
Fonte: White Martins, 2019.
A White Martins é, nacionalmente, a detentora da tecnologia de produção de Carbureto de Cálcio industrial e, também por conseguinte, dessa fonte de CO2. Por essa fonte ser própria, o controle sobre disponibilidade e custos envolvidos na produção é da empresa. Além disso, o CO2 como subproduto do processo de produção do carbureto de cálcio é gerado em médias concentração (em torno de 29%), facilitando, assim, a comercialização. Contudo, entre as impurezas que, nesse caso, representam, cerca de 71% da corrente são consideravelmente variáveis, gerando altos custos associados a testes para viabilizar a comercialização para diferentes setores. Além disso, a fábrica de Carbureto de Cálcio da White Martins, localizada em Iguatama (MG), está distante do mercado consumidor contabilizando altos custos de transferência do produto.
3.3.3 Combustão
Combustão ou queima é uma reação química exotérmica entre uma substância (o combustível), que sofre oxidação completa e um gás (o comburente), geralmente o oxigênio, para liberar calor e luz. Materiais ou compostos são considerados combustíveis industriais quando sua oxidação pode ser feita com liberação de energia suficiente para aproveitamento industrial. Os principais elementos químicos que constituem um
35 combustível são Carbono, Hidrogênio e em alguns casos, Enxofre. Estes elementos reagem com oxigênio e liberam calor (BIZZO, 2003).
Considerando que o combustível é uma estrutura carbonácea, como petróleo, gás natural, carvão mineral e lenha, a reação de combustão sempre vai produzir CO2 e água, conforme equação 11 abaixo.
CH4 + O2 → CO2 + H2O + calor (eq.11)
A nível industrial o processo de produção e recuperação de CO2 é demonstrado na figura 23 a seguir.
Figura 23: Processo Industrial de Combustão com Captura de CO2.
Fonte: White Martins, 2019.
Durante a reação de combustão são formados diversos produtos resultantes da combinação dos átomos dos reagentes. No caso da queima em ar de compostos orgânicos (metano, propano, gasolina, etanol, diesel, etc) são formados centenas de compostos, por exemplo CO2, CO, H2O, H2,CH4, NOx, SOx, fuligem, etc, sendo que alguns desses compostos causam a chuva ácida, danos aos ciclos biogeoquímicos do planeta e agravam o efeito estufa.
Dentro da gravidade da questão ambiental amplamente discutida nos dias atuais, queimar gás natural, por exemplo, somente para reaproveitamento do CO2 como gás de interesse é inviável. Por isso, devido a normas ambientais, rodar esse processo deve estar atrelado
36 ao aproveitamento do calor gerado na combustão envolvendo então, uma indústria mais robusta com altos investimentos em ativos e custos associados a manutenção dos mesmos e mesmo assim, há emissão de CO2, NOx entre outros contaminantes para a atmosfera. Além disso, o gás em questão, dióxido de carbono, é gerado em baixas concentrações e com alta variação nos contaminantes, associando ainda mais custos para purificação e testes de comercialização para diferentes setores.
3.3.4 Óxido de Etileno
Industrialmente, a produção de óxido de etileno (H2C=CH2) é baseada na oxidação parcial do etileno (em fase gasosa) utilizando oxigênio como agente oxidante sobre um catalisador cuja fase ativa é prata metálica depositada sobre um suporte inerte de alumina a 200–300 °C, conforme equação 12 (MELLO, 2010).
H2C=CH2 + ½ O2 → C2H4O (Eq.12)
O rendimento, sob condições industriais, é 70-80%. Na reação acima, um intermediário (oxametalaciclo) é formado, principalmente com o passar do tempo, devido a perda da eficiência do catalisador. Duas diferentes marchas de reação pode então ocorrer. Formação de óxido de etileno, que é a reação principal e desejada (equação 12) e Formação de Acetaldeído, que é reação secundária (equação 13) (MELLO, 2010). H2C=CH2 + O → CH3CHO (eq. 13)
O último caminho é o primeiro passo na completa combustão resultando em CO2 e água: CH3CHO +5/2 O2 → 2CO2 + 2H2O (eq.14)
Além dessas, temos uma segunda reação secundária menos expressiva que é a oxidação do óxido de etileno produzindo CO2 e H2O, como mostrado na figura 24.
37 Fonte: Ribeiro, 2013.
Este CO2 formado nas reações secundárias deve ser continuamente purgado a fim de controlar sua concentração a um nível aceitável, uma vez que, concentrações desse componente superiores a 15% molar influenciam negativamente a atividade do catalisador, além de contribuir para a queda de seletividade (Ribeiro, 2013).
A eliminação de CO2 da corrente de gás é realizada por meio de um sistema de colunas de absorção e, desse modo, aproveitado pela indústria de gases.
As vantagens dessa fonte são que o CO2 é gerado em alta concentração com média variação de contaminantes. No Brasil, assim como os fertilizantes, é localizada próximo à demanda, pois está em uma área industrial. Além disso, suas detentoras são empresas privadas sólidas, esperando-se, então, certa estabilidade.
Entretanto, é um ramo impactado pelo alto custo do gás natural e, apesar de alta, a disponibilidade (11 meses por ano) é reduzida no final do ciclo molecular, pois operacionalmente não é viável a total recuperação do CO2 disponibilizado à indústria de gases. Esse fator fica na casa dos 85%.
3.3.5 Reformador de Gás Natural
O hidrogênio pode ser preparado por meio de vários processos mas, economicamente, o mais importante envolve a remoção de hidrogênio de hidrocarbonetos. A produção de hidrogênio a partir da reforma catalítica do gás natural é um processo bem conhecido e uma das mais simples e econômicas formas de produzir hidrogênio (Souza e Silveira, 2004).
A altas temperaturas (700-1100 °C), vapor de água reage com metano para produzir monóxido de carbono e Hidrogênio e pode ser descrito da seguinte forma:
CH4 + H2O → CO + 3 H2 (Eq.15)
Por consequência, a reforma catalítica faz-se tipicamente com excesso de H2O, o que faz continuar a reação do CO com H2O produzindo Dióxido de Carbono (CO2). Isso é interessante porque o monóxido de carbono tem que ser removido, uma vez que pode prejudicar o catalisador da reforma (SILVA, 2005). Normalmente esta reação é estimulada, devido ao fato da necessidade de gerar maior quantidade de Hidrogênio dentro do reformador:
38 CO + H2O → CO2 + H2 (Eq.16)
Essa é uma fonte que gera CO2 em alta concentração, o que diminui o custo para preparar o gás para seu destino e comprovar que ele está dentro das normas, possui alta disponibilidade, logo, seu custo não é afetado por sazonalidades e é localizado perto da demanda, ou seja, há benefícios no custo de distribuição.
Porém, é uma fonte impactada pelo alto custo da gás natural e a principal empresa que fornece CO2 via reforma do gás natural é Petrobras, que se encontra em processo de substituição dos reformadores atuais por novos cujo CO2 disponibilizado não está em concentrações comercialmente rentáveis.
3.3.6 Cogeração
É uma produção simultânea de duas ou mais formas de energia a partir de um único combustível. Os sistemas de cogeração são uma alternativa de geração de energia elétrica dentro do próprio negócio, não ficando restrito apenas ao fornecimento das Concessionárias de energia.
Consiste na geração de energia elétrica utilizando o gás natural, ou outro com poder calorífico mínimo, cuja queima possibilite a produção de energia, associada com a produção de vapor, água quente, CO2 e várias outras utilidades, que em conjunto conferem sustentabilidade aos projetos. O esquema dos produtos da cogeração está na figura 25.
