AVALIACÃO TÉCNICO- ECONÔMICA DA BIODIGESTÃO ANAERÓBIA DE VINHAÇAS

(1)

AVALIACÃO

TÉCNICO-ECONÔMICA DA BIODIGESTÃO

ANAERÓBIA DE VINHAÇAS

MSc. Karina Ribeiro Salomon

NEST / IEM / UNIFEI

II GERA: Workshop de Gestão de Energia e Resíduos

na Agroindústria Sucroalcooleira

(2)

SUMÁRIO



1.Introdução



2. A Vinhaça



3. Biodigestão Anaeróbia



4. Custo do Biogás



5. Avaliação Técnica – Econômica



6. Análise de Sensibilidade



7. Avaliação Ambiental



8. Conclusão

(3)

INTRODUÇÃO

• Processo de produção do álcool

VINHAÇA

• Biodigestão Anaeróbia

BIOGÁS

• Custo do biogás

• Aplicações

Objetivo: Determinar a viabilidade econômica da implantação

de diferentes projetos que utilizam biogás

(4)

A VINHAÇA

NORMA CETESB – P.4231

Dose:

Considera teor de K, não ultrapassando

5% CTC

do solo

.

Quando limite for atingido – aplicação ficará restrita a reposição considerada

a extração como

185kg

de K

₂

O/ha/corte.

Processo

Extração

Preparo

Fermentação

Alcoólica

Biodigestão

Anaeróbia

CANA

_CALDO

ALCOOL

FERTIRRIGAÇÃO

Doses aplicáveis de 100 a 300 m

3

_{/ha de}

(5)

A VINHAÇA

Tabela 1: Características físico-químicas da vinhaça – Usina São Martinho.

Parâmetro

Vinhaça

(antes da biodigestão)

Vinhaça

(depois da biodigestão)

pH

4,0

6,9

DQO (mg/l)

29.000

9.000 N total (mg/l)

550

600 N Amoniacal (mg/l)

40

220 Fósforo P

₂

O

₅

(mg/l)

17

32 Sulfato (mg/l)

450

32 Potássio K

₂

O ( mg/l)

1.400

(6)

BIODIGESTÃO ANAERÓBIA

Aminoácidos, açúcares

Ácidos graxos voláteis, álcoois

Ácidos Graxos de cadeia longa

Butirato, Propianato, etc.

Hidrogênio

Dióxido de Carbono

Acetato

Metanogênese Hidrogenotrópica Metanogênese Acetoclastica

Metano

Dióxido de carbono

Hidrólise Acidogênese

Acetogênese

Polímeros Complexos

(Matéria Orgânica)

Proteínas – Carboidratos – Ácidos Graxos

Redução Sulfato Redução Sulfato

Sulfito de Hidrogênio

Dióxido de carbono

Redução Sulfato

Condições:

pH

Temperatura

Nutrientes

Toxicidade

Impermeabilidade

TRH

Hidrólise

(7)

BIODIGESTÃO ANAERÓBIA

Benefícios:

Saneamento- Redução de DQO

Geração de Biogás – Metano

(8)

CUSTO DO BIOGÁS

O

custo

do

biogás

pode

ser

calculado

levando

em

consideração os custos

anualizados da planta de biodigestão

,

a

redução dos gastos com adubação mineral nitrogenada

,

devido a fertirrigação utilizando o efluente da biodigestão e a

quantidade de biogás produzido

.

Custo anual da planta de Biodigestão

– Custo anual adubação nitrogenada

Custo do Biogás =

Quantidade de Biogás Gerado

R$0,014/kg

R$0,06/m

3

(9)

CUSTO DO BIOGÁS

Adubação Nitrogenada

Guagnoni, 2003, apresentou um estudo de custos de aplicação

da vinhaça e outros adubos minerais por hectare.

Para o estudo em questão, o autor considerou uma quantidade

183 kg

de nitrato por hectare a um valor de

R$ 122,51

,

a uma distancia ideal para aplicação de vinhaça de 40km.

(

GUAGNONI, W.C ; NAKAO, S. H. ; RIBEIRO, M. S .

Investment decisions and environment in the sugar-alcohol sector. In: Third International Conference of Iberoamerican

Academy of Management Proceedings, São Paulo-Brasil, 2003)

Tempo de Operação do Biodigestor

180 dias/ano

Total de vinhaça gerada por ano

900.000 m

3

_/ano

Total de vinhaça digerida a ser aplicada

900.000 m

3

_/ano

Aplicação da vinhaça

150 m

3

_/ha

(10)

Parâmetros da Planta de Biodigestão

Item

Valor

Unidades

Produção diária de álcool

500 m

3

_/dia

Vazão Diária de vinhaça

5.000 m

3

_/dia

Produção diária de biogás

73.125 Nm

3

_/dia

Produção anual de Biogás (Qb)

27.537.589,29

m

3

_/ano

Composição do biogás

CH

₄

60 %

CO

₂

40 %

H

₂

S

>1

%

PCI

21.320 kJ/Nm

3

Densidade do biogas

0,784

kg/N m

3

PCI

27.193,9

kJ/kg

Fator de Conversão DQO - Biogás

0,45

m

3

_{de biogás/kg DQOr}

Consumo de potência elétrica

250 kW

Custo total anualizado

872.189,59

R$/ano

(11)

Avaliação Técnico-Econômica



Cenário I: Geração de energia elétrica com

Motor de Combustão Interna;



Cenário II: Geração de energia elétrica com

Microturbinas a gás;



Cenário III: Geração de energia elétrica com o bagaço

“substituído” a partir da queima conjunta com o biogás

nas caldeiras;

(12)

Avaliação Técnico-Econômica

Premissas Adotadas



A Taxa Mínima de atratividade é de 15 % ao ano;



O horizonte estudado foi de 10 anos;



A taxa de juros foi de 9,25, ao ano, sendo a TJLP (taxa de juros de longo

prazo

– 6,85% a.a.) mais spread do BNDES (1,4% a.a.) mais spread de

risco e do agente financeiro (1,0 % a.a.) (BNDES, 2007);



Tempo de vida útil dos equipamentos: 18 anos;



Horas efetiva de produção e geração com biogás 4.320 horas/ano;



Para fins comparativo o valor de venda de energia gerada com biogás de

aterro sanitário foi fixado pelo PROINFA em R$ 169,08 / MWh (MME,

mar/2004);



Custo de venda com certificados de emissões evitadas, pela metodologia

aprovada pelo órgão da

“executive board” de MDL (Clean Development

Mechanism - CDM) da ONU (UNFCCC), para geração de energia elétrica a

partir de bagaço de cana (Percorá, 2006). US$ 10/tCO

₂

eq)

Total de CO2eq. Evitado (tCO

₂

eq./ano) = Total de energia elétrica gerada (MWh/ano) x

Fator de Intensidade de carbono (tCO

₂

eq/MWh)

Total de U$ (ou R$) em certificados = Total de CO

₂

eq. Evitado (tCO

₂

eq./ano) x

Valor de Certificado de emissões evitadas (CEE) (US$/tCO

₂

eq)

(13)

Parâmetros para os cenários III e IV

1 tonelada de cana

0,150

ton de

bagaço

Lora et al, 1997

PCI bagaço com 50% de umidade

9,6

MJ/kg

Lora et al, 1997

Energia gerada por tonelada de cana processada

100 kWh/tc

Pellegrini, 2002

Consumo de bagaço na caldeira (sem uso biogás)

23,15

Kg/s

calculado

Energia produzida somente pelo bagaço

44 MW

calculado

Consumo diário de biogás

0,663

Kg/s

calculado

Energia produzida somente pelo biogás

3,61

MW

calculado

Sobra de bagaço

0,38

Kg/s

calculado

Sobra de bagaço

5.846,34

ton/safra

calculado

Total de energia elétrica gerada com a sobra do bagaço

3.118,05

MWh

calculado

Valor normativo de venda da eletricidade a partir de bagaço

93,77

R$/MWh

Proinfa, 2004

(14)

Avaliação Técnico-Econômica

Resultados

Cenário I

Cenário II

Cenário III

Cenário IV

Características dos sistemas

Potência (kW)

5.413

5.774 -

-Eficiência elétrica (%)

30

32

20

20 Consumo de combustível (kg/s)

0,464

0,663

Custo da energia elétrica gerada

(R$/MWh)

64,64

157,76

-

-Valor de venda de energia elétrica

(R$/MWh)

169,08

93,77

Custos de Investimento (R$/ano)

Sistema de Geração de eletricidade

812.859,65

a

_1.354.340

b

-Sistema Limpeza dos gases

c

₀

_1.125,275

_1.125,27

Custos inst.& eng.& outros

156.765,78

206.301,9

1.428,89

d

_1.428,89

d

Sistema de interconexão elétrica

232.245,61

19.880,22

-

-Investimentos Anualizados

1.201.871,05

1.581.648

Brasmetano, 2007.;Tiangco, V., 2006.; USEPA, 1997b.; Custos de dutos de biogás até a caldeira, USEPA, 1997b.; Os custos da planta de biodigestão estão inseridos no custo do biogás.; Depreciação (10% em 10 anos).

(15)

Avaliação Técnico-Econômica

Cenário I

Cenário II

Cenário III

Cenário IV

Custos de O&M (R$/ano)

Sistema de Geração de eletricidade

200.000

2.218.752 -

-Sistemas de Limpeza dos gases

0

21.400

21.400 Custo com combustível

e

_95.235

_97.912,46

_136.049,58

Custos anuais O&M

295.234,71

2.338.064,46

157.449,58

Depreciação

388.888,89

647.944,44

219,95

f

_219,95

f

Receitas Anuais

Venda de Energia Elétrica

3.953.999,20

4.879.124,64

4167,38

0 Venda de Bagaço

0

0 204.622,03

Venda de CEE

250.223,51

266.905,68

33.363,13

0 Total de Receitas Anuais

4.204.222,72

5.146.029,72

375.30,52

204.622,03

Avaliação econômica

TIR (Taxa Interna de Retorno) (%)

31,17

1,81

-

213 VPL (Valor Presente Líquido) (R$)

11.994.311,01

4.091.572,35

3.064.979,73

276.041,96

(16)

Avaliação Técnico-Econômica

Resultados

Cenário I: Viável

TMA – 15% -R$106,8/MWh – Redução de 26,83%

Cenário IV: Viável.

TMA de 15% - R$27,73/tonelada de bagaço. Redução 22,85%

Cenário III: Inviável.

TMA de 15% - 621MWh gerados. Acréscimo de 1.400%

Cenário II: Inviável.

(17)

Analise de Sensibilidade

Cenário I

Analise de Sensibilidade do Cenário I

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

Variação (%)

TIR (Taxa Interna de Retorno)

Investimento

Custo do Biogas

Preço de Venda de EE

Preço de Venda de CEE

(18)

Analise de Sensibilidade

Cenário II

Analise de Sensibilidade do Cenário II

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

Variação (%)

T IR ( T a x a I n te r n a d e R e to r n o )

Investimento

Custo do Biogas

Preço de Venda de EE

Preço de Venda de CEE

TMA = 15%

(19)

Avaliação Econômico-Financeira considerando

Financiamento



A Taxa Mínima de atratividade é de

15 % ao ano

;



O horizonte estudado foi de

10 anos

segundo o período de financiamento. Isto significa que o

investidor deseja que a remuneração do projeto seja tal que, para a taxa de atratividade adotada,

o valor presente líquido do fluxo de caixa seja zero no ano 10. Portanto no ano 10 o

financiamento já foi amortizado e o capital próprio já retornou;



Porcentagem do capital financiado pelo

BNDES de 70%;

(BNDES, 2007)



Período total do financiamento

10 anos

;



Período de carência de 1 ano

, pois o projeto opera apenas 6 meses/ano. Assim a carência real

acaba sendo de um ano pois o BNDES considera que a planta deve estar produzindo para iniciar

o pagamento do financiamento;



A

taxa de juros foi de 9,25, ao ano

, sendo a TJLP (taxa de juros de longo prazo – 6,85% a.a.)

mais spread do BNDES (1,4% a.a.) mais spread de risco e do agente financeiro (1,0 % a.a.)

(BNDES, 2007);



A taxa de Imposto de Renda adotada foi de

25% ao ano

. (CTC, 2004);



Sistema de Amortização Constante –

SAC

(BNDES, 2007);



Tempo de vida útil dos equipamentos:

18 anos

;



Horas efetiva de produção e geração com biogás 4.320 horas/ano;



A depreciação é linear ao longo da vida

(10%);



O valor residual não foi considerado, pois a análise econômica não avalia o fluxo de caixa até o

final da vida útil dos equipamentos;



Para fins comparativos o valor de venda de energia gerada com biogás de aterro sanitário foi

fixado pelo PROINFA em

R$ 169,08 / MWh

(MME, mar/2004);



Custo de venda com certificados de emissões evitadas, pela metodologia aprovada pelo órgão da

“executive board” de MDL (Clean Development Mechanism - CDM) da ONU (UNFCCC), para

geração de energia elétrica a partir de bagaço de cana,

R$231.120,00

por ano (Percorá, 2006).

(20)

Avaliação Econômico-Financeira considerando Financiamento

Resultados

• Cenário

I:

apresenta

viabilidade

econômica

considerando o valor de venda

da

energia

elétrica

homologado pelo PROINFA,

Programa

de

Incentivos

as

Fontes

Alternativas.

Os

resultados

da

analise

econômico-financeiro

foram

favoráveis

a

este

projeto

alcançando um valor de TIR

de

74,75%,

o VPL de R$

7.557.691,10

e um tempo de

retorno do investimento de

4 anos.

• Cenário II:

o valor de venda de

eletricidade

que

atingiu

a

viabilidade

econômica

do

projeto

foi

de

R$

191,45

R$/MWh

.

Ficando

13,23%

acima do valor do cenário

anterior. Com este valor de

venda de eletricidade a TIR se

igualou ao valor da TMA de

15% e um tempo de retorno do

investimento

de

aproximadamente

11 anos

.

(21)

155,00 160,00 165,00 170,00 175,00 180,00 185,00 190,00 195,00 MCI MT V a lo r d e v en d a d e el et ri ci d a d e R$/MWh PROINFA 169,08 R$/MWh

Comparação entre os valores de venda de energia elétrica nos

cenários I e II.

(22)

Avaliação Ambiental – Fatores de Emissões

Fatores de Emissão 0,0006 0,54 0,069 0,031 0,273 0,079 0,036 0,0772 0,0009 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550

MT MCI caldeiras a biomassa caldeiras a biogas

Fa tore s de E m is s ã o (k g/ G J ) NOx CO CO2 83.6 102 83.6 102

(23)

Conclusão



A geração de biogás e consequentemente de energia proveniente da

biodigestão da vinhaça são apresentadas como alternativa de tratamento

da vinhaça. Além de trazer benefícios como à utilização de uma fonte

alternativa de energia, valorização do resíduo e redução de gases de

efeito estufa.



A opção mais interessante do ponto de vista econômico para a

utilização do biogás de vinhaça na geração de energia elétrica, seria a

venda da sobra do bagaço obtido da queima conjunta do biogás e bagaço

nas caldeiras já existentes.



A utilização do biogás em motores de combustão interna visando a

geração de energia elétrica também apresenta viabilidade econômica,

tornando-se uma opção também interessante.



Como foi apresentado no cenário II a utilização de microturbinas,

possui um custo mais elevado, apresentando um resultado da analise

econômica

desfavorável,

mas

apresenta

vantagens

ambientais

relacionadas às menores emissões de poluentes. Uma microturbina emite

valores menores do que 9 ppm de NOx, garantido pelo fabricante.

(24)

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