Estamos sendo lembrados de que somos tão vulneráveis que, se cortarem nosso ar por alguns minutos, a gente morre. - Ailton Krenak
ISSN 1678-0701 · Volume XXI, Número 86 · Março-Maio/2024
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16/03/2012 (Nº 39) ESTUDO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS COM A UTILIZAÇÃO DO PROCESSO DE COGERAÇÃO PARA AS CULTURAS DE MANDIOCA, MILHO E CANA-DE-AÇÚCAR
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ESTUDO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS COM A UTILIZAÇÃO DO PROCESSO DE COGERAÇÃO PARA AS CULTURAS DE MANDIOCA, MILHO E CANA-DE-AÇÚCAR

JOHNSON PONTES DE MOURA1

BRUNO GIMENEZ FERNANDES2

1ENGENHEIRO QUÍMICO, DOUTORANDO EM ENGENHARIA MECÂNICA-UFPE; DISCENTE DO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIAS RENOVÁVEIS COM ÊNFASE EM BIOGÁS-UNILA.

2ENGENHEIRO MECÃNICO, MESTRANDO EM ENGENHARIA MECÂNICA-UNICAMP.

EMAIL: johnsonmoura@gmail.com

  1. RESUMO

No Brasil, tem-se cada vez mais a busca de soluções alternativas para a obtenção de biocombustível com a biomassa. Sendo este país o maior produtor de cana-de-açúcar mundial, tem-se esta biomassa como primeira escolha para uma usina de pequeno porte (2500 ton/dia – TCD – Tonelada Cana por Dia) com a produção calculada em base de 83 l/TC (litros de álcool hidratado, 6,5 % de água). Sistemas de cogeração de eletricidade, juntamente com a produção do etanol, podem ser utilizados com o bagaço sendo fonte de energia para alimentação de turbinas.              Para segunda biomassa escolhida tem-se a mandioca. É necessária a elaboração de planos para auto-suficiência energética no Brasil, considerando desta forma aspectos sociais e ecológicos para tais, criando sistemas de produção sustentáveis para o curto e longo prazo. A pesquisa de produção de etanol em escalas menores vem aumento em diversos lugares do Brasil, criando desta forma operações de pequenas destilarias autônomas.  Nestas a produção de álcool não será a única atividade, no presente projeto também se pode direcionar a produção, de biofertilizanes, aproveitamento do vinhoto, uso do bagaço ou sabugo excedente para cogeração.  

Como foco deste artigo está o ciclo de vida total da biomassa, desde o solo, processos, subprodutos e interferências geradas ao meio pela sua produção. Estas interferências podem estar relacionadas com a biomassa utilizada para alimentação (sendo esta humana ou animal), os subprodutos devem ser tratados e reutilizados de outra forma, evitando assim a poluição ambiental (mares, rios, solo e ar).                                                                                                                                 Algumas características dessas biomassas são importantes para avaliação de suas escolhas, como balanço energético total, custos para sua produção, clima e solo, adequação à agricultura familiar, subprodutos e possíveis impactos ambientais.         

Palavras-chave: Processos de cogeração; biocombustíveis; sustentabilidade.

1 – INRODUÇÃO

A energia convertida em biomassa é proveniente da energia solar. Para está tem-se a baixa eficiência de 0,1 %, a energia é convertida em nutrientes do solo e processos de fotossíntese para crescimento das plantas. Começando com 0,1% de rendimento solar, multiplicando por todos os rendimentos dos processos finais, tem-se algo muito baixo, na ordem de 0,001% (energia solar para obtenção de combustível, concentrado na produção possui pior eficiência). Alguns tipos de procedimento devem ser totalmente evitados, como queima da biomassa e fazer aquecimento direto.                                                                                      Quando se tem a utilização desta opção como obtenção de energia (para obtenção de biocombustível), deve-se tomar alguns cuidados com relação a  três fatores principais:

1 – Equilíbrio Ambiental;

2 – Não interferir na produção de alimentos para sobrevivência (humana e animal);

3 – Fonte de energia, plantação que vêm com subprodutos ou paralelo. Sendo que estes podem ser ofensivos ao ambiente, não pode interferir com a vegetação natural da área.

            Deve-se se atentar para todo o ciclo de vida da biomassa, sendo assim devem-se tratar todos os seus subprodutos, como o Vinhoto (sendo que este quando jogados nos rios, absorve o oxigênio da água, matando os peixes que ali estão). Em uma usina de cana – de – açúcar de pequeno porte (8000 ton/dia moída) tem-se uma quantidade estimada de 12 litros de vinhoto por litro de etanol. Este subproduto encontra-se no fundo da coluna de destilação, sendo resfriado e utilizado como fertilizantes em lavouras. A obtenção de biocombustível com a utilização de biomassa deve melhorar o desenvolvimento humano, tendo uma área de biomassa diversificada sem degradar o ambiente, áreas longe de controle ambiental sem plantas parasitas, rodízio de plantação (não ficar utilizando o solo para o mesmo produto).Os resíduos devem voltar para a terra na forma de adubo, sistemas para ciclos fechados. Toda a parte de cogeração (queima de resíduos da biomassa, como bagaço para o caso da cana-de-açúcar), para obtenção de energia elétrica com ciclos termodinâmicos, deve-se tomar cuidado com o tratamento dos gases provenientes da caldeira.         

2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA- DESCRIÇÕES DOS PROCESSOS

2.1 – Etanol a partir da cana-de-açúcar

         Para a cana-de-açúcar, utilizada como biomassa para extração do etanol tem-se os processos de forma resumida envolvendo sua extração, fermentação, destilação e cogeração (este processo utilizado para geração de energia elétrica utilizado para o próprio processo e a energia excedente utilizada para uso residencial de pequenas comunidades).                                                           Tendo-se como primeiro processo a extração da cana-de-açúcar, optou-se por utilizar a colheita mecanizada. Esta biomassa é dividida em três componentes principais, sendo o palhiço, bagaço e caldo. O palhiço não será utilizado nos demais processos, sendo que este será utilizado para geração de eletricidade na usina.                                                                                                     Neste caso não será utilizado à queima de canaviais, como operação de limpeza, sendo que essa prática gera impactos ao ambiente e a saúde das pessoas. Como finalização da extração tem-se moagem da cana, onde o caldo extraído será utilizado para a obtenção do etanol.             Como próxima etapa do processo após a extração da cana-de-açúcar tem-se a fermentação. Está consiste em ser um processo biológico em que um açúcar é convertido em CO2 e etanol, dado este pela adição principalmente de leveduras (sendo que constitui parte do metabolismo destes organismos). As condições ótimas do caldo para a fermentação, devem ser o mesmo está livre de impurezas como areia ou bagacilhos, preservação de nutrientes, açúcares e aminoácidos.  Este processo não é feito em apenas um estágio, o fermento do ciclo anterior é tratado e utilizado novamente no tanque de fermentação, com a adição do mosto (mistura de água, melaço e caldo) enche-se o tanque, após medidas de densidade e temperatura, durante algumas horas tem-se a separação da levedura constituída pela parte sólida e o vinho, conduzido para a destilação.                                                                                                                                          Para a destilação do vinho, tem-se como objetivo concentrar o etanol até os valores determinados para seu uso, ou mesmo eliminação de concentração de diversos contaminantes, sendo um processo de separação dos componentes que estão em uma mistura no estado líquido, devido às diversas volatilidades presentes. Como subproduto desta etapa tem-se o vinhoto ou vinhaça, sendo que este poderá ser utilizado como fertilizantes nas próximas plantações, não sendo este jogado em mares ou rios.                                                                                                            A instalação do sistema de destilação geralmente é realizado em duas colunas, a primeira coluna opera com seção de esgotamento do vinho e a segunda com enriquecimento e retificação da flegma (produto principal da destilação constituído por uma mistura impura de água e álcool).         O vinho é alimentado na primeira coluna, em uma temperatura aproximada de 90 °C, tendo-se uma evaporação utilizada no fundo da coluna, correntes de vinhaça ficarão armazenadas no fundo da coluna. Desta forma a flegma é submetida à operação de retificação para separação de alcoóis superiores e concentração do destilado até o grau de aproximadamente 97% (álcool hidrato). 

2.2 –  Etanol a partir do milho

         Para o milho, utilizado como biomassa na extração do etanol tem-se os processos de forma resumida envolvendo sua extração, hidrólise, sacarificação, fermentação, destilação e cogeração (este processo utilizado para geração de energia elétrica usado no processo da usina e a energia excedente utilizada para uso residencial de pequenas comunidades).                                           As operações envolvendo o processo de extração, são as seguintes: dessecação, manutenção do solo, colheita mecanizada, manutenção e transporte (interno de insumos e transporte externo de grãos).  O consumo energético referente à produção do milho, envolve o preparo de área, plantio, insumos, condução da lavoura e transporte até a indústria.                        O plantio do milho é feito na região Sudeste do Brasil, geralmente o mês de plantio mais indicado é Setembro, pelo aproveitamento de chuvas neste. Sua adubação deve ser feita conforme análise d solo, sendo o controle de pragas feito apenas caso seja necessário. Este é cultivado em 3,6 milhões de propriedade rurais no Brasil.                                                                                      Sua colheita é realizada de forma mecanizada para o presente projeto, as colheitadeiras possuem unidades de separação de grãos anexas, cortam o milho próximo à base, separam os grãos da espiga com rolos de metal e armazenam apenas os grãos.                                                                    A hidrólise e sacarificação incluem as operações de esteira, diluição e bomba, misturadores, bombas de transferência, resfriamento e agitadores. No processo de fermentação considera-se o consumo de energia dos agitadores e da bomba de transferência do vinho para as dornas. Na destilação, considerou-se a transferência e agitadores do vinho, transferência do mesmo para a coluna, bombas de acionamento da flegma, bombas da vinhaça e bombas do álcool fino, agitador e carregamento da vinhaça, exaustor, bombas d’água.                                             Os valores encontrados (convertidos em megajoules) para 1000 kg de milho, são de 330 litros de etanol, para hidrolisar essa quantia de grãos, foi necessário 1.851 MJ, na destilação adotou-se 2 kg de vapor para cada litro de etanol destilado.

 

2.3 –  Etanol a partir da mandioca

         Para a mandioca, utilizada como biomassa para extração do etanol tem-se os processos de forma resumida envolvendo sua extração são lavagem, descascamento das raízes, lavagem novamente, hidrolise, sacarificação, fermentação e destilação da mesma.                                                            Nas etapas referentes à moagem, tem-se a pesagem, transporte e preparo do mosto para a bomba de transferência. A hidrólise bem como a sacarificação inclui as operações de misturadores, bombas de transferência e resfriamento. Para a fermentação além do processo em si (já explicado no tópico 2.1), consideração o consumo de energia dos agitadores e da bomba de transferência do vinho para as dornas.                                                                                                          Na etapa de destilação considera-se a transferência do vinho para a coluna de destilação, bomba de acionamento da flegma, bomba de vinhaça e bomba do álcool fino. Para hidrolisar 1000 kg da raiz foram necessários 1.236,07, segundo SALLAS (2010).                                      

3 – BALANÇO DE MASSA

         Segundo SALLA (2010) a biomassa entre as três utilizadas para o presente trabalho, que apresenta menor custo energético na produção por hectare é a mandioca, conforme pode ser visto na tabela 1. Para tal foi considerado o fechamento dos processos envolvidos e subprodutos gerados durante estes.

Tabela 1 - Demonstrativo do custo energético (MJ ha-1) para a produção de um hectare da matéria-prima.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image001.jpg

         Destaca-se em maior custo inicial a mandioca no que diz respeito ao preparo da área, sendo que nos outros processos, está apresenta menores valores durante os outros processos envolvendo a sua produção agrícola.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image002.png

Figura 1 - Demonstrativo gráfico do custo energético (MJ ha-1) para produção de um hectare da matéria prima.

Fonte: Sallas (2010)

 

            Para a demonstração do custo energético na produção de 1 litro de etanol, a mandioca também apresentou menor custo final, segundo SALLAS (2010) conforme se pode ver na tabela XX, sendo o custo final da mesma de 1,54 MJ l-1, sendo que a cana-de-açúcar e o milho apresentaram 1,99 MJ l-1 e 7,9 MJ l-1 respectivamente.

Tabela  2 - Demonstrativo do custo energético (MJ l-1) para produzir 1 litro de etanol nas principais operações agronômicas de produção da matéria-prima

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image003.jpg

            Da mesma forma, a biomassa que apresenta o menor custo energético, para  produção de 1 litro de etanol, continua sendo a mandioca. Pode-se visualizar no gráfico da figura 2, que os maiores custos para tratamentos de insumos estão para o milho, enquanto que a somatória total é de 1,54 MJ l-1 para a mandioca.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image004.jpg

Figura 2 - Demonstrativo gráfico do custo energético (MJ ha-1) para produzir 1 litro de etanol nas principais operações agronômicas de produção da matéria-prima.

Fonte: Sallas (2010)

 

3.1 –  Balanço para cana-de-açúcar

         Para o balanço de massa, da cana-de-açúcar como biomassa, têm-se as estimativas iniciais utilizadas para os cálculos, as quantidades de litros de etanol por tonelada de cana, vinhaça, quantidade de bagaço segundo LEITE R. C. C. (2007), desta forma com uma quantia estimada de 2500 TC/dia – Tonelada Cana por Dia, com a produção calculada em base de 83 l/TC, obtém-se com a equação 1 a quantidade de TC/h com uma estimativa de 12 horas de funcionamento por dia da usina, em toda semana.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image005.png 

(1)

            Sendo mCANA , a quantia estimada de TC/dia e hDIA a quantia de horas em um dia de trabalho da usina. O total de l/h de etanol produzidos na usina, é dado conforme equação 2

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image006.png 

(2)

            Sendo ProdLITROS a quantia em litros de etanol estimada por TC.  No calculo da quantia de vinhaça, tem-se a estimativa de 12 l/l etanol (assim conforme equação 3 é dada a estimativa de sua quantidade.

 Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image007.png 

(3)

            Sendo mL_VINHAÇA a quantia de vinhaça em litros por litro de etanol. A quantidade de bagaço gerada neste processo, que irá ser utilizada para o processo de cogeração, explicado detalhadamente no tópico 4, é dado conforme a equação 4. Onde nesta a estimativa da quantidade de bagaço é de 270 kg_bagaço/TC segundo REIN (2007).

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image008.png 

(4)

            Desta forma na tabela 3, tem-se os valores calculados para uma usina de pequeno porte, com a quantia de 2500 TC/dia.

Tabela 3 – Variáveis envolvidas no balanço de massa para cana-de-açúcar

Variáveis retiradas da literatura

Quantidade

Unidade

 

Variáveis calculadas

Quantidade

Unidade

Quantidade de Cana

2500

TC/dia

 

Massa (m1)

208,3

TC/h

h trabalho / dia

12

Dia/h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quantidade de etanol

83

l/TC

 

Massa de etanol (metanol)

17.288,90

l/h

 

 

 

 

 

 

 

Quantidade de vinhaça

12

l/letanol

 

Massa de vinhaça (mvinhaça)

207.466,80

l/h

 

 

 

 

 

 

 

Quantidade de bagaço

270

kg_bagaço/TC

 

Massa de bagaço (mbagaço)

56,2

t_bagaço/h

 

3.2-  Balanço para mandioca

            Os resultados obtidos para o balanço de massa da mandioca, com uma quantia de 1000 kg da raiz segundo SALLA (2008), são gerados 187,8 l de etanol. Na realização da hidrólise, teve-se como primeira etapa um período de 2h, na temperatura de 90 °C, já na segunda etapa utilizou-se uma temperatura de 60 °C por 5h entre os ajustes de pH de 4,5 a 4,8. Para tanto foram necessários 1.236,07 MJ.                                                                                                                      Para o fechamento do balanço de massa, os aspectos levados em conta fora a extração, exportação e reciclagem dos macronutrientes que estão contidos durante o ciclo. Assim com a quantia de 40 t há-1 para as raízes de mandioca

             

4 – SISTEMAS DE COGERAÇÃO

 

Devido o aumento da demanda de eletricidade, para a matriz elétrica brasileira uma alternativa barata para gerar energia para pequenas e médias comunidades, pode provir da cogeração com bagaço ou mesmo outro tipo excedente de biomassa. Desta forma como alternativa, usinas que tenham esse excesso de energia (além do seu consumo interno, nos processos para geração do etanol). O investimento aplicado para utilização deste processo se pagaria em cinco anos, fora os benefícios relacionados com redução do consumo de combustível quanto na redução dos níveis de emissão dos contaminantes atmosféricos.                                          Sistemas de cogeração são empregados para produção conjunta, com processos seqüenciais, constituídos de equipamentos como caldeiras, turbinas, trocadores de calor, etc. Sendo estes integrados num determinado ciclo, podem obter um maior aproveitamento da fonte primária consumida.                                                                                                                                           Baseado na primeira lei da termodinâmica, como primeiro parâmetro tem-se o fator de utilização de energia (FUE), este considera a equivalência do calor e trabalho como produtos, conforme se tem na equação 5.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image009.png

(5)

 

Sendo para esta Weletr a eletricidade, Qu o calor útil fornecido e Ecomb a energia total fornecida pelo combustível. Outro índice de interesse é a Eficiência de Geração de Potência (hw) ou eficiência artificial, pode ser dada conforme equação 6, já que o critério anterior pode ser considerado insatisfatório por atribuir o mesmo peso para dois tipos de energia como calor útil e eletricidade.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image010.png

(6)

 

            A eficiência artificial (hw) considera que a energia do combustível é dada pela diferença entra sua demanda total e a fraca utilizada na geração de calor para um sistema convencional, como de uma caldeira.  Para um sistema de cogeração, a efetividade de custo de um sistema esta relacionada com a quantidade de potência elétrica que este possa produzir para uma quantidade de calor a processo. Sendo a razão potência/calor (RPH) um fator importante, expresso pela equação 7.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image011.png

(7)

           

Devem-se destacar quando o valor de RPH é alto, este indica altos valores de energia elétrica produzida, sendo assim o FUE diminui, assim está produção excedente de energia elétrica, estaria justificada com a venda para consumo de comunidades.  Assim os equipamentos e esquema de cogeração, utilizados para geração de energia elétrica para alimentação da própria usina e utilização em pequenas comunidades da energia excedente, pode ser visualizado conforme figura 2.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image012.jpg

Figura 2 – Esquema do sistema de cogeração.

Fonte: Ensinas (2008)

 

4.1 – Cogeração com bagaço da cana-de-açúcar

         Segundo ENSINAS (2008), a quantidade de mVAPOR_CANA gerada para a caldeira é de 500 kg_vapor/TC, desta forma conforme equação 8, tem-se o cálculo da massa vapor para o processo.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image013.png 

(8)

            No cálculo da Energia Elétrica gerada pelo processo (EEPROCESSO) segundo SEABRA (2008) tem-se uma quantia estimada de 12 kWh/TC (EETC), sendo assim conforme equação 9, pode-se obter a EEPROCESSO.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image014.png 

(9)

            Onde para se obter a quantia total produzida em um dia, tem-se a utilização da quantidade de horas de trabalho por dia, conforme equação 10.

 Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image015.png 

(10)

            Desta forma é possível obter o rendimento térmico da caldeira, com o PCI do bagaço próximo de 7580 kJ/kg (sendo este valor considerado com 50% de umidade, condição essa real, que o bagaço sai das moendas de cana), entalpia do vapor à 22 bar de 3017 kJ/kg (hvap) e entalpia de alimentação para 105 °C em torno de 442,1 kJ/kg (halim) segundo LEITE (2005). Assim conforme equação 11, tem-se o cálculo do rendimento da caldeira (ηcaldeira).

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image016.png 

(11)

            Desta forma na tabela 4, tem-se os valores calculados utilizados no processo de coegração da usina, para produção de energia elétrica.

Tabela 4 – Variáveis utilizadas para cogeração.

Variáveis retiradas da literatura

Quantidade

Unidade

 

Variáveis calculadas

Quantidade

Unidade

Quantidade de bagaço

270

kg_bagaço/TC

 

m_vapor_processo

104150

kg_vapor/h

hvap (22 bar)

3017

kJ/kg

 

EEprocesso

2,5

MW

halim

442,1

kJ/kg

 

Eehoras

30

MWh

PCI (bagaço)

7580

kJ/kg

 

ηcaldeira

75

%

 

4.2 – Cogeração com sabugo do milho

         Nesta parte é realizada a utilização do sabugo do milho para a cogeração de energia elétrica, sendo que está pode ser utilizada no processo para obtenção de etanol a partir do milho, ou utilização de energia elétrica para pequenas comunidades. A determinação das características químicas do sabugo de maior interesse são as seguintes: nitrogênio, teores carbono, fósforo, matéria combustível e orgânica e pH, segundo SCHIRMER (2006) essas quantidades bem como o PCI do sabugo (sendo este considerado em base seca, condição teórica utilizada, diferente da condição real do bagaço da cana-de-açúcar), podem ser vistos na tabela 5.

Tabela 5 – Características técnicas de diferentes tipos de biomassa em base seca.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image017.jpg

Fonte: SCHIRMER F. (2006).

            Pela tabela 5, nota-se que o PCI da cana-de-açúcar está com o valor superior ao utilizado no capitulo 4.1 de 7580 kJ/kg, sendo que este é considerado com 50% de umidade, motivo pelo qual se encontra abaixo de 17.330 kJ/kg (sendo este com base seca), segundo SCHIRMER (2006). Pode-se ver a composição elementar tanto do bagaço quanto do sabugo, sendo para estes os elementos em maior quantia de carbono e oxigênio. Desta forma com um PCI = 18.770 kJ/kg.                    

4.3 – Cogeração com mandioca

4.4 – Balanço de massa na combustão

Este passo é determinante, para o dimensionamento e à avaliação da eficiência de uma fornalha, bem como o controle de excesso de ar.  Para o cálculo da quantidade teórica de ar necessária na combustão, tem-se a equação 12, onde nesta equação geral um volume de ar é acrescentado em um determinado combustível.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image018.png

(12)

 

            Assim para cada uma das parcelas do lado direito da equação 12, tem-se para o primeiro termo Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image019.pngprodutos da oxidação completa, no segundo termo Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image020.png corresponde ar em excesso da combustão, umidade presente no ar e combustível, no terceiro termo Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image021.png corresponde aos produtos da oxidação incompleta.  Para o cálculo da quantidade de ar teórica, tem-se a estimativa de 1 kg de combustível com as devidas relações estequiométricas para o balanço de massa.

 

5 – Sustentabilidades na produção

         Os processos utilizados, para todos os ciclos das biomassas devem atender ás necessidades da geração atual e manter possibilidades de gerações futuras, para todas as biomassas escolhidas. No que diz respeito a populações locais, mantendo uma economia estável, gerando empregos, não agredindo o meio ambiente em qualquer processo que ocorra, incluindo principalmente o solo e a água. Este sistema está divido nas três etapas seguintes, meio ambiente, econômico e social.  No que diz respeito ao petróleo, deve-se se atentar que este é uma fonte de combustível finita e causa um grande impacto na natureza (tanto na extração, quanto em sua utilização), na sociedade e no ambiente.

5.1 –  Meio ambiental

         Nas últimas décadas o consumo desenfreado do petróleo e do carvão para a geração em termelétricas, trouxe a eliminação de produtos tóxicos gasosos e particulados na atmosfera, gerando grande preocupação para o meio ambiente em nosso planeta.

          

5.2 – Econômico

Para sustentabilidade com referência aos custos e benefícios objetivados, tem-se o fechamento do ciclo em todo o seu processo, desde o corte e preparo da muda, insumo, controle de formigas, manutenção e transporte de máquinas.                                                                                          Segundo (Salla e Cabello 2010), a mandioca consome menos energia do que as outras biomassas escolhidas no presente trabalho (milho e cana-de-açúcar), para o processo de obtenção de etanol, deve-se atentar sempre a produção sustentável de energia a partir de biomassas. Assim levando em consideração o cultivo destas biomassas na região Paulistana, tem-se na tabela 6 a síntese dos resultados, agrupados na forma de custos (de cada um dos setores) por litro.

 

 

 

Tabela 6 – Custos agroindustriais, somatória, balanço energético do etanol para as biomassas selecionadas.

Description: C:\Users\j2\Documents\eatemp\html\potencial39_files\image022.jpg

Fonte: Sallas e Cabello, 2010.

Desta forma os melhores resultados são encontrados para a mandioca.

5.3 – Social

            Para a obtenção de um ciclo das biomassas utilizadas no presente projeto, que tenha sustentabilidade, com geração de combustível com fontes renováveis, tem-se o uso consciente e planejado de fertilizantes, preservação do solo, suprimento do solo e tratamento de todos os subprodutos gerados durante os processos. Desta forma tem-se a redução de impactos ambientais.       Como utilização do fertilizante para cana-de-açúcar, tem-se a vinhaça, que pode fornecer água, nutrientes, melhorar a estrutura do solo, aumento da capacidade de troca catiônica (fenômeno que ocorre, devido à retenção de cátions na superfície das partículas finas) e elevação do pH (este devido os solos agrícolas apresentarem alta acidez – pH < 5,5, diminuindo-se assim a produtividade).

            Deve-se atentar para o para a captação do volume de água utilizado pelas usinas, apesar do uso de elevados volumes, a captação dada pelas empresas vem diminuindo em função do aperfeiçoamento de controles internos bem como também o seu reuso para os processos. Desta forma, tem-se conforme a figura 3, a distribuição das plantações de cana-de-açúcar.

           

Description: Distribuição de Cana_Unica.JPG

Figura 3 – Participação dos estados na produção brasileira de cana-de-açúcar.

5.3.1. Mandioca

A mandioca é uma biomassa, onde se tem a mesma utilizada como alimento humano e animal, na forma de amido e seus derivados, farinha e outros produtos utilizados de forma indireta. O Brasil é responsável pela produção de 10% de mandioca mundial, em todo país tem-se a produto em pequenos mercados utilizadas de diversas formas, nos estados de São Paulo e Paraná, obtêm-se as maiores produções no país, sua produção pode ser vista na tabela 7.

Tabela 7 – Estados, área e produtividade de mandioca nos principais estados selecionados.

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Esta biomassa apresenta bom desempenho também em solo pobre, com baixo nível de nutrientes, onde outros tipos de cultivos de biomassa seriam inviáveis. Assim não se tem as necessidade de recorrer à fertilizantes derivados de petróleo. Tendo também uma boa resistência para a falta de chuva durante o plantio.                                                                                                Esta biomassa é voltada para a agricultura familiar na produção de energia, possuindo baixo consumo de capital, fluxo constante de caixa, novas variedades, equipamentos desenvolvidos por pequenos produtores, contratos de comercialização, geração de empregos, competências e renda.  Assim a mandioca possui grande potencial na geração de etanol por suas características biológicas, que diminuem os impactos sociais e ambientais.

A colheita da mandioca pode ocorrer durante todo ano, sendo está mais uma vantagem como escolha de biomassa, seu potencial máximo pode produzir até 90 t.ha-1.ano-1. Em seu cultivo tem-se o aproveitamento apenas das raízes, sendo sua massa verde utilizada para alimentação animal (principalmente ruminantes) ou mesmo abandonado no campo, apresenta alta capacidade para reciclagem de nutrientes, deixando assim o solo rico novamente para novas plantações ou outros tipos de biomassa que desejam ser utilizadas naquele local.                                     Para a utilização de insumo energético, a rama de mandioca não difere do padrão de outras biomassas, seu Pode Calorífico Superior (PCS) se encontra próximo de 15,1 MJ.kg-1, considerando para este 40% de umidade. O custo energético de produção de etanol ( a partir desta biomassa) está por volta de 82.400 MJ.ha-1 nestes parâmetros não estão computados custos de transporte ou qualquer outro custo agregado de forma dependente.          Em plantações com ambientes favoráveis a sua sustentação, a mandioca extrai mais nutriente que a cana-de-açúcar, mas exporta menos. Tem baixa necessidade de adubação nitrogenada. Na produção de etanol é interessante o desenvolvimento de variedades que acumulam açúcares diretamente em suas raízes (desta forma não se aplica o processo de sacarificação).            

Tabela 8 –Estudo do rendimento agrícola (t/há/ano) para as culturas estudadas.(Lorenzi e Monteiro, 1980)

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6 – Considerações finais

Para a obtenção de um ciclo das biomassas analisadas no presente estudo, que tenha sustentabilidade, com geração de combustível com fontes renováveis, tem-se o uso consciente e planejado de fertilizantes, preservação do solo, suprimento do solo e tratamento de todos os subprodutos gerados durante os processos. Desta forma tem-se a redução de impactos ambientais.

 

7 - Referências

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SEABRA J. E. A. Avaliação técnico-econômica de opções para o aproveitamento integral da biomassa de cana no Brasil, Tese de Doutorado, 2008.

PRIETO, M. G. S., Alternativas de Cogeração na Indústria Sucro-Alcooleira, Estudo de Caso, Tese de Doutorado, 2003.

FENASUCRO-AGROCANA, Fórum Internacional sobre o Futuro do Álcool. Disponível em:  http://www.riosvivos.org.br/dowloads/jank_unica.pdf, 2007.

SALLA D. A., CABELLO C., Análise energética de sistemas de produção de etanol de mandioca, cana-de-açúcar e milho, Revista Energia na Agricultura, 2010.

LEITE R. C. C., Bioetanol combustível: uma oportunidade para o Brasil, Editora CGEE, 2009.

ENSINAS A. V., Integração térmica e otimização termoeconômica aplicadas ao processo industrial de produção de açúcar e etanol a partir da cana-de-açúcar, Tese de Doutorado, 2008

CORTEZ L.A.B., Bioetanol de cana-de-açúcar, para produtividade e sustentabilidade, 1ª Ed. Editora Blucher, 2010.

CAVALETT, O., ORTEGA E., A produção de etanol em micro e mini-destilarias, Artigo FEA Unicamp, 2005.

HOLANDA M. R., Avaliação do potencial de co-geração a partir de resíduos sólidos municipais na região de Guarantingueta, Dissertação de Mestrado, 1998.

SCHIRMER F., Comparação de indicadores de eficiência energética e exergética em duas indústrias do setor sucroalcooleiro, Dissertação de Mestrado, 2006.

 

Ilustrações: Silvana Santos