caderno do professor estudo Municípios canavieiros 2013 - BioeLetricidade
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O aproveitamento da biomassa
Energia que vem das plantas é uma das fontes mais econômicas e limpas que existem
Os vegetais são usinas naturais fantásticas, capazes de produzir seu próprio alimento. Fazem isso usando a luz solar, que gera reações químicas entre o dióxido de carbono e a água, fornecendo a glicose, substância que as plantas usam para o seu crescimento. Além disso, elas fazem uma faxina na atmosfera, removendo o gás carbônico, que é o principal responsável pelo aumento do efeito estufa no planeta.
Mas, além de produzirem a energia que preci-sam, os vegetais em si, ou parte deles, podem gerar energia quando queimados. É a bioeletricidade. Essa geração já acontece na maioria das usinas pro-dutoras de açúcar e etanol, que usam uma parte da palha e o bagaço da cana para gerar eletricidade: 80% da bioeletricidade do país vem da indústria
sucroenergética. A maior parte é destinada para consumo da própria usina, na produção de açúcar e etanol, sendo o excedente vendido para o sistema elétrico nacional (veja o infográfico sobre a
pro-dução de bioeletricidade nas próximas páginas).
Em 2011, a energia vendida pelas usinas de açúcar e etanol para grandes consumidores (como indústrias) e empresas distribuidoras de energia elétrica foi o equivalente ao abastecimento anual de 5 milhões de residências. Mas há palha e baga-ço suficientes para colocar a bioeletricidade como a segunda maior fonte geradora do país, atrás só da hidreletricidade. Mesmo sem explorar todo esse potencial, a bioeletricidade gerada em 2011 economizou 5% da águas dos reservatórios das hidrelétricas nas regiões Sudeste e Centro-Oeste.
A energiA dAs plAntAs
As fontes de biomassa se diferenciam de acordo com suas características ou origens. Considera-se biomassa primária aquela obtida de produtos originados diretamente da natureza, como a lenha e a cana-de-açúcar. Já a biomassa secundária é um produto resultante de algum processo de conversão dos combustíveis ener-géticos primários.
E podem ter origens diversas, sendo divididas em três tipos de fontes: vegetais não lenhosos, vegetais lenhosos e resíduos orgânicos. Veja, abaixo, alguns dos produtos que permitem a obtenção de energia a partir do aproveitamento da biomassa. Esse aproveitamento pode ser ob-tido tanto por queima direta quanto por meio de processos termoquímicos ou biológicos.
De onde vem a biomassa
Principais tipos de biomassa para gerar energia
Vegetais não lenhosos 1. sacarídeos 2. celulósicos 3. amiláceos 4. aquáticos 5. oleaginosas 1.madeiras 1. agropecuários 2. urbanos 3. agroindustriais Vegetais lenhosos resíduos orgânicos
Fonte: Centro Nacional de Referência em Biomassa/IEE/USP
cana milho capim algas girassol esterco bagaço lixo eucalipto C o Rt ESI a UNIC a/t ad EU FESSE l Ima g ENS : IS to C kP ho to, a CER vo ho RI zo N tE , Jo ão P RU d EN tE /PU lS a R Ima g ENS
O mapa das usinas e da exportação
caderno do professor estudo Municípios canavieiros 2013 - BioeLetricidade
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tudo é
aproVeitado
além da produção de açúcar e etanol, a bioeletricidade pode ser gerada a partir da cana-de-açúcar. saiba comocolheita Cada tonelada de cana gera, em média, 250 quilos de bagaço e 200 quilos de palha transporte
A cana segue para ser moída. O caldo se transformará em açúcar e etanol. A palha e o bagaço que restam da moagem nas usinas seguem para queima numa caldeira
caldeira
O calor transforma água em vapor, que é usado como fonte de dois tipos de energia: mecânica, que movimenta os equipamentos da usina, e térmica, empregada para aquecimento no processo produtivo do etanol e do açúcar usina de açúcar usina de etanol Vapor água caldeira distribuição
O excedente de energia elétrica é vendido para o sistema elétrico nacional em leilões, ou para grandes consumidores capacidade Em 2011, as usinas que processam cana-de-açúcar no Brasil produziram bioeletricidade suficiente para abastecer 5 milhões de residências por um ano
transporte de açúcar
TUDO É
APROVEITADO
A bioeletricidade pode ser gerada
transporte de etanol turbina energia mecânica energia térmica rede de transmissão açúcar etanol processamento
Parte do vapor gerado pela caldeira é levada para uma turbina, que transforma energia mecânica em eletricidade, usada pelas próprias usinas
De olho
na caldeira
O Brasil da cana-de-açúcar
Na usina de biomassa movida a baga-ço e palha da cana-de-açúcar, os resíduos abastecem o forno responsável pelo aque-cimento da caldeira. A água em ebulição produz grande quantidade de vapor, que é conduzido por uma tubulação até a turbina. Esta, por sua vez, é movimentada pelo vapor sob pressão, fazendo com que o gerador produza eletricidade. A eletricidade gerada irá abastecer a usina de açúcar e etanol e o excedente irá para a rede elétrica, porque não pode ser armazenado.
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com 490 milhões de toneladas anuais (safra 2011/2012), sendo também o principal exportador deste produto e o segundo pro-dutor mundial de etanol. Atualmente, as principais regiões produtoras são a Sudeste (onde a cultura da cana-de-açúcar foi introduzida, ainda no século 16) e a Centro-Oeste, onde ela vem se expandindo na última década. a queima da biomassa
Forno da caldeira é alimentado com o bagaço e a palha da cana-de-açúcar
0,5% 16,5% 11,2%
Norte
Nordeste
Centro-Oeste
Sudeste
Sul
7,3% 64,5% Participação regional na produção de cana-de-açúcar Usinas Portos exportadores Exportação de açúcar Exportação de etanolFontes: Unicadata e maPa
Confira a localização das principais usinas processadoras de cana-de-açúcar do país e os portos de onde saem o açúcar e o etanol brasileiros para exportação
(dados relativos à safra 2011/2012)
SUAPE (PE) 1% 4% CABEDELO (PB) 2% RECIFE (PE) 2% MACEIÓ (AL) 8% 9% VITÓRIA (ES) 1% RIO DE JANEIRO (RJ) 2% SANTOS (SP) 72% 67% PARANAGUÁ (PR) 15% 15% Ed So N S Il va/F olha PRESS
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caderno do professor22
Estudo Municípios canaviEiros 2013 - BioELEtricidadEA biomassa e o aquecimento global
Combustível verde
Saiba por que a energia que vem das plantas ajuda o planeta
No ciclo completo, a emissão de CO
2pelo etanol é 89% menor que a da gasolina
A biomassa e outras fontes de energia renová-veis, como a eólica e a solar, são uma alternativa às fontes não renováveis – petróleo, gás natural e carvão mineral – para reduzir a emissão dos gases que reforçam o efeito estufa.
Efeito estufa é um fenômeno natural que man-tém a temperatura média na Terra em torno de 14 graus, condição essencial para o desenvolvi-mento e para a manutenção da vida no planeta. Quando os raios do Sol chegam à Terra, cerca de 70% da radiação solar é absorvida pelo ar, pela terra e pelas águas dos oceanos, evitando que todo o calor se dissipe e o planeta congele.
No entanto, de acordo com os cientistas do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáti-cas (IPCC, na sigla em inglês) da Organização das Nações Unidas (ONU), os milhões de toneladas de gás carbônico jogadas pela ação humana na atmosfera desde a Revolução Industrial, princi-palmente da queima de carvão, petróleo e gás natural, que ainda dominam a matriz energética mundial, ampliaram o efeito estufa e vêm provo-cando aquecimento global. Com um aumento na temperatura média da Terra entre 0,3 e 0,6 grau, o século 20 foi o mais quente dos últimos 500 anos – e as últimas décadas do século foram as que tiveram as maiores médias de temperatura.
Com uma matriz energética mais limpa que o resto do mundo, o Brasil emite 1,4 tonela-da de dióxido de carbono (tCO2) por tonelada equivalente de petróleo (TEP), no mundo esse indicador é de 2,4 tCO2/TEP; e nos países com forte presença de óleo, gás e carvão mineral em suas matrizes, esse indicador ultrapassa 3 tCO2/ TEP (veja definição de TEP na pág. 7).
Para 2020, estudos do Ministério de Minas e Energia mostram que a biomassa deve passar de 35% de participação na matriz brasileira. A cana-de-açúcar, hoje a segunda maior fonte de energia, deve ser a principal indutora do cresci-mento no período.
1. Cultivo e Colheita
Tratores, colheitadeiras e insumos agrícolas emitem gás carbônico (CO2). A queima da palha na colheita manual também. emissão: 2.961 kg de CO2
4. BioeletriCidade
O uso do bagaço e da palha para geração de bioeletricidade evita novas emissões de gases de efeito estufa na atmosfera. emissão evitada: 225 kg de CO2
5. transporte
O etanol é levado aos postos de combustível em caminhões movidos a óleo diesel, que emitem gás carbônico no trajeto.
emissão: 50 kg de CO2
6. Motor dos autoMóveis
A queima do etanol nos veículos gera gás carbônico, mas em menor quantidade do que a emissão dos motores movidos a gasolina. emissão: 1.520 kg de CO2
2. CresCiMento
A cana-de-açúcar funciona como se fosse uma “esponja” natural, absorvendo grandes volumes de CO2 enquanto cresce. absorção: 7.650 kg de CO2
3. proCessaMento
A fermentação e a queima do bagaço e da palha para a geração de energia emitem gás carbônico.
emissão: 3.604 kg de CO2
eMissão de Co2 para Cada Mil litros de etanol produzido e ConsuMido
Absorção e emissão evitada (etapas 2+4) 7.878 kg de CO2 Emissão gerada 260 kg de CO2 89% menor que a da gasolina
Gasolina: emissões com uso equivalente ao do etanol 2.280 kg de CO2
BalanÇo Final de eMissão de Co
2do etanol e da Gasolina
reduÇão de eMissões de Gases
de eFeito estuFa
A biomassa da cana deve ser responsável, em 2020, por 35% da oferta de energia no Brasil
Veja a redução em diferentes biocombustíveis usados no mundo quando comparados com a gasolina
Fontes: Legislações para energias renováveis em vigor nos Estados Unidos (Padrão de Energia
Renovável - RFS2) e na União Europeia (Diretiva 2009/28/EC); Avaliação Econômica das
Políticas de Apoio aos Biocombustíveis, OCDE, 2008
Cana soja Milho trigo Beterraba
61% a 91% 31% a 57% 1% a 49% 16% a 69% 30% a 50%
-
=
etanol: Emissão gerada (etapas 1+3+5+6) 8.135 kg de CO2 BioeletriCidade A biomassa tem potencial para ser a segunda maior fonte de eletricidade do país. Assista ao vídeo que discute isso no DVD do kit educacional iS TOC kP h O TO ; S xC C ORTES iA U ni C A /T ADEU FESSEL C ORTES iA U ni C A /T ADEU FESSEL D iVUL g Aç ãO C ORTES iA U ni C A /T ADEU FESSEL iS TOC kP h O TO iS TOC kP h O TO25
caderno do professor24
ESTUDO MUniCíPiOS CAnAViEiROS 2013 - BiOELETRiCiDADEna Falta de uMa, teM-se a outra
No Brasil, a bioeletricidade complementa a oferta de energia das hidrelétricas nos períodos de estiagem
Energia gerada no futuro por bioeletricidade
Energia gerada no futuro por hidrelétricas em construção Energia gerada hoje pelas hidrelétricas em operação
A geração de eletricidade pelas hidrelétricas depende do volume de água dos rios. isso significa que nos meses de estiagem, se a seca for muito intensa, será preciso recorrer às termelétricas movidas a combustível fóssil. A bioeletricidade gerada da cana-de-açúcar pode compensar esse
desequilíbrio, pois o período de safra da cana coincide exatamente com os meses de menos chuva nas regiões Sudoeste e Centro-Oeste. São nessas regiões que se concentram a maior parte das usinas de etanol e açúcar e a maior demanda por eletricidade.
0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out nov Dez 20 40 60 80 100 120
Fonte: União da indústria de Cana-de-Açúcar, 2009
1.000 MW médio preMissa das projeÇões
açúcar para exportação: Manutenção da participação do Brasil de 50% do mercado mundial de açúcar até 2020/21.
etanol mercado doméstico: 50% de participação no total de energia consumida pelos veículos leves (ciclo Otto) em 2020/21.
etanol exportação: Crescimento gradativo das exportações de etanol, alcançando 3,5 bilhões de litros em 2015/16 e 13 bilhões de litros em 2020/21, considerando apenas o volume previsto no mandato americano de etanol avançado.
etanol para “outros fins”: Demanda de 5 bilhões de litros em 2020.
projeÇões para a indústria
de Cana-de-aÇúCar Brasileira
2010/11 2015/16 2020/21
Produção de cana-de-açúcar (milhões t) 620 875 1.206
Açúcar (milhões t) 38,0 44,8 51,1
Etanol (bilhões de litros) 27,4 44,3 69,7
Bioeletricidade (gW médio) 1,0 8,6 15,3
Bioeletricidade na matriz brasileira (%) 2 13 18
O potencial
de crescimento
da bioeletricidade
e suas vantagens
Tradicionalmente a biomassa inclui lenha, mas vem crescendo o uso de resíduos do agronegócio, como da cana-de-açúcar, e de indústrias de papel e celulose. Resíduos de madeira, estrume, lixívia, casca de arroz e até o lixo doméstico podem fun-cionar como fontes de biomassa. Hoje, cerca de 10% das necessidades mundiais de eletricidade são atendidas por fontes como essas, mas esse percentual pode chegar a 30% com programas de plantio de culturas especialmente voltadas a essa finalidade.
No Brasil usa-se a cana-de-açúcar para gerar bioeletricidade desde a década de 1980. E o po-tencial de crescimento é muito grande, pois cada tonelada de cana colhida produzirá 250 quilos de bagaço, depois de moída, e outros 200 quilos de
Além de buscar independência energética – ou seja, ter capacidade de suprir suas necessidades energéticas dentro de seu território – um país deve buscar diversificar suas fontes de energia, para não depender de poucas, que podem ter alguma restrição e criar uma crise de fornecimento que possa atrapalhar o crescimento da sua economia. nos próximos dez anos, o Brasil precisará dobrar
sua capacidade instalada de energia elétrica. Atualmente, das cerca de 400 usinas sucroenergéticas, apenas 40% exportam eletricidade para a rede elétrica – as demais, por enquanto, são apenas autossuficientes em termos de uso da energia. Mas as estimativas mostram que essa oferta pode crescer, já que a produção em uma década (de 2010 a 2020) deve dobrar.
Independência energética
palha. Aproximadamente metade da palhaper-manece na própria zona de plantio, para preservar a umidade do solo. O restante da palha, que possui alto poder calorífico, será acrescentado ao bagaço para alimentar as caldeiras das usinas.
Somente o bagaço e a palha que sobram do processamento feito pelas usinas de açúcar e eta-nol teriam potencial para gerar 15 mil megawatts médios – o equivalente à geração elétrica de mais de três usinas hidrelétricas de Belo Monte.
Colheita mecanizada evita queimada
Atualmente, as usinas hidrelétricas fornecem mais de 70% da energia elétrica no Brasil. O país optou inicialmente por esse tipo de fonte por cau-sa, principalmente, do grande número de bacias hidrográficas, muitas delas com rios caudalosos. Mas, com o aumento da demanda por energia e as secas recorrentes em algumas regiões do país, as usinas termelétricas têm sido cada vez mais solicitadas, principalmente as movidas com os resíduos da cana.
Isso acontece graças a uma coincidência no calendário: a bioeletricidade gerada a partir do bagaço, da palha e das pontas da cana acontece durante a colheita da safra, entre os meses de abril e novembro. E essa época coincide com o período de seca no país, quando o setor elétrico se encontra sobrecarregado por conta da redução da água nos reservatórios das usinas hidrelétricas
(veja gráfico na página anterior). No Estado de
São Paulo, que concentra a maior demanda de energia elétrica do país, a bioeletricidade forne-cida para o setor elétrico já representa 5% da energia consumida no estado.
O setor sucroenergético e o governo do Estado de São Paulo assinaram o Protocolo Agroambien-tal, que promove a antecipação dos prazos legais para o fim da queima da palha de cana até o ano de 2017, o que acrescentará mais biomassa disponível para a geração de energia elétrica. Além de a palha apresentar um poder calorífico quase duas vezes superior ao do bagaço, a medida contribuirá para a redução de 62 milhões de toneladas de CO2, somente no Estado de São Paulo. Atualmente, a colheita mecanizada representa 82% da safra no Centro-Sul e 72,6% no estado de São Paulo, de acordo com dados do Centro de Tecnologia Cana-vieira (CTC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), respectivamente.
O bagaço é a matéria-prima principal usada nas caldeiras das usinas
A bioeletricidade garante autossuficiência de energia das usinas
C ORTES iA U ni C A /T ADEU FESSEL iS TOC kP h O TO
Estudo Municípios canaviEiros 2013 - BioELEtricidadE
O etanol celulósico, também chamado de segunda geração, é aquele produzido a partir do baga-ço e da palha da cana, por meio da ação de ácidos e enzimas. Essa nova tecnologia, que possibilita um au-mento de até 40% de produção na mesma área de plantio, vem sendo produzida, em pequena escala, em algumas usinas piloto do Nordeste e do Sudeste do país. O etanol de segunda geração deve começar a ser vendido no Brasil a partir de 2015. De acordo com os pesquisado-res envolvidos desde 2007 com essa nova tecnologia de vanguarda, o etanol celulósico é tão eficiente quanto o de primeira geração, feito a partir do caldo da cana. A diferença está na competitividade econômica e na vantagem ambiental. Como é produzido da celulose existente no
bagaço e na palha, o ciclo de vida do produto consome menos energia e emite menos gases que provocam aquecimento global.
Para se obter o produto, peque-nas porções de palha e bagaço são tratadas com calor ou com ácido para exporem o material celulósico à ação de enzimas. Nessa etapa, a celulose é convertida em açúcares, que são submetidos à fermentação e à destilação em equipamentos já existentes nas usinas.
Como se busca eficiência e baixo custo de produção, os resíduos da cana surgem como ótima opcão. No entanto, quaisquer plantas poderiam ser utilizadas na produção do eta-nol de segunda geração. No exterior, existem outras alternativas como, por exemplo, os resíduos das co-lheitas do milho, do trigo e do arroz.
Etanol de segunda
geração: a nova fronteira
A biomassa no mundo
A biomassa no mundo e a nova
geração de biocombustível
Atualmente, a biomassa é a quarta maior fonte de energia da matriz global, atrás apenas do petróleo, do gás e do carvão mineral. Mesmo com a crise econômica mundial que teve início em 2008, a indústria do etanol segue crescen-do. Em 2012, a produção do biocombustível alcançou 85 bilhões de litros no mundo.
De acordo com a Global Renewable Fuels Alliance, organização não governamental dedicada à promoção do biocombustível, a indústria do etanol oferece 1,4 milhão de em-pregos e contribui com US$ 277,3 bilhões para a economia mundial. Os Estados Unidos e o Brasil continuam sendo os maiores produtores de etanol, mas novas regiões do globo despon-tam como fronteiras agrícolas na produção de biocombustível (veja no mapa abaixo).
Economia de baixo carbono
As principais culturas utilizadas na produ-ção do etanol são cana-de-açúcar, milho, trigo,
beterraba e mandioca. Além delas, alguns ma-teriais orgânicos crus, que incluem plantas e árvores como eucaliptos, podem ser utilizados na geração de calor e bioeletricidade.
Se cana e milho são cultivos disseminados pelo mundo, o uso de culturas perenes para a bioeletricidade – como certos tipos de gramíne-as e outrgramíne-as culturgramíne-as com celulose na sua mgramíne-assa corporal – está aumentando porque essas não precisam ser replantadas após a colheita e exi-gem menos água do que culturas tradicionais.
Outro tipo de fonte que vem sendo estu-dada intensivamente para a produção de bio-combustíveis são as algas. Esses organismos fotossintéticos, encontrados na água doce e salgada, são conhecidos por seu rápido cresci-mento e alto conteúdo de energia. Em diversas partes do mundo, pesquisas envolvendo fontes renováveis, como as algas, vêm sendo patroci-nadas por empresas e governos, rumo a uma economia de baixo uso do carbono.
Regiões produtoras de etanol e as
matérias-primas utilizadas na sua produção
Continentes / ano 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Europa 1.882 2.855 3.645 4.254 4.429 4.973 África 55 65 100 130 150 235 América do norte/Central 25.271 35.946 42.141 51.584 54.765 54.580 América do Sul 20.275 24.456 24.275 25.964 21.637 21.335 Ásia e Pacífico 2.142 2.753 2.927 3.115 3.520 3.965 Mundo 49.625 66.075 73.088 85.047 84.501 85.088
Fonte: Renewable Fuels Association, 2012
Produção em milhões de litros
A produção de energia a partir da biomassa cresce em todo o mundo, suprindo a necessidade dos países de substituírem os combustíveis fós-seis por fontes renováveis e menos poluentes. Índia, Austrália,
Argen-tina, Colômbia, Equador, África do Sul, Vietnã e Indonésia também têm na cana-de-açúcar a principal fonte de biomassa, enquanto na América do Norte a principal fonte é a que vem do milho.
Laboratório da Amyris do Brasil: ciência a favor da produtividade na agroindústria Consumidor abastece com
etanol de milho nos EUA
CanadÁ eua eQuador ColoMBia Brasil arGentina aFriCa do sul índia China tailândia indonésia austrÁlia união europeia Cana-de-aÇúCar Legendas: Milho BeterraBa MandioCa triGo
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CADERnO DO PROFESSOR26
ESTUDO MUniCíPiOS CAnAViEiROS 2013 - BiOELETRiCiDADEiS TOC kP h O TO A M yR iS DO B RAS iL S.A .
