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CAMPETRO Energy 2016: Oportunidades para bioeletricidade da cana na matriz brasileira

O CIESP-Campinas, com o apoio da FIESP – Federação das Indústrias do Estado de SP, realizou no dia 29 de novembro, o Campetro Energy 2016. O evento, realizado no Expo D. Pedro em Campinas/SP, é o maior do interior paulista para o setor de gás, petróleo e energias renováveis, e apresentou diversas inovações do setor energético.
Foram realizadas palestras-chaves, Sala de Crédito com bancos e agências de fomento e Rodada de Negócios, com empresas renomadas da região.
Zilmar de Souza, Gerente em Bioeletricidade da UNICA (União da Indústria da Cana de Açúcar) apresentou “A bioeletricidade e o setor sucroenergético brasileiro: oportunidades e desafios”.

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O especialista da UNICA, salientou que o melhor proveito de resíduos agrícolas (bagaço e palha de cana) para a geração de bioeletricidade, além do emprego de novas tecnologias na utilização da vinhaça, um biofertilizante, para a produção de biogás, que posteriormente é convertido em eletricidade limpa e renovável, são avanços que podem aumentar ainda mais a presença da indústria canavieira no mercado elétrico.
A Cogeração é a produção simultânea de duas ou mais utilidades – calor de processo e energia eletromecânica, a partir de uma mesma fonte energética.
“Devem ser colhidas, 667 milhões de toneladas de cana-de-açúcar na safra 2015/16.Desde 2013, o setor sucroenergético produz mais bioeletricidade para o Sistema Interligado Nacional (SIN) do que para o autoconsumo. Em 2015, 60% foram destinados ao SIN. Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), até julho de 2016, existiam 175 unidades sucroenergéticas exportando excedentes de bioeletricidade para a rede. Aproximadamente, metade das usinas podem ser retrofitadas”, afirmou Zilmar.
Sobre a evolução da atividade de geração de bioeletricidade:
• Em 2015, a biomassa da cana gerou para a rede 20,4 TWh (89% da geração da biomassa – 23 TWh).
• Equivalente a ter atendido mais de 10 milhões de residências e reduzido as emissões de CO2 em 8,6 milhões de toneladas.
• Manteve a 3ª posição: O volume de bioeletricidade da cana (20,4 TWh) ficou abaixo apenas da quantidade gerada pelas hidrelétricas e térmicas a gás, que entregaram 351,9 TWh e 61,8 TWh ao Sistema Interligado Nacional (SIN), respectivamente.
A geração de biomassa é maior durante a época de colheita da cana. No entanto, apesar das características sazonais da produção, Souza disse que já existe tecnologia disponível para gerar eletricidade o ano inteiro. “Existem turbinas de condensação que permitem operar até 365 dias ininterruptos e inclusive na entressafra. A bioeletricidade é sazonal, mas não é considerada intermitente. Para isso, é preciso estocar biomassa por períodos maiores e ampliar o uso da tecnologia em mais usinas”. De acordo com Souza, quase 20% das turbinas instaladas no setor sucroenergético atualmente já são de condensação.

Potencial técnico de oferta da bioeletricidade sucroenergética para a rede elétrica (TWh)

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• Evitar retornar à política do stop and go: promove-se algum avanço nas condições institucionais e depois não há continuidade ou ocorrem retrocessos
• Segurança e estabilidade das regras: para estimular novamente o retorno da bioeletricidade aos leilões regulados e no mercado livre, de forma consolidada e contínua.

Retrato do stop and go para a bioeletricidade

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Zilmar de Souza finalizou, afirmando que o ano de 2017 é propício para elaborarmos uma política setorial estimulante, clara e de longo prazo para a bioeletricidade, e concatenada com uma visão específica para o papel do etanol na matriz energética brasileira. Também destacou o papel da bioeletricidade nas metas assumidas pelo governo do Brasil no Acordo de Paris (2015), em documento aprovado por quase 200 países. De acordo com as metas brasileiras, de 2014 até 2030, estima-se que a fonte de biomassa deverá aumentar 322% alcançando 76 TWh na oferta para o Sistema Interligado Nacional (SIN).

André Elia Neto – Consultor de Meio Ambiente e Recursos Hídricos da UNICA (União da Indústria da Cana de Açúcar), comentou sobre “”Novas tecnologias para a vinhaça”.

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O especialista da UNICA abordou, o uso sustentável da vinhaça na fertirrigação dos canaviais, e novas tecnologias de biodigestão e de concentração de vinhaça cujo resíduo pode ser mais intensamente utilizando como adubo, na produção de energia renovável, e mesmo no reúso de água vinda da própria cana.

Definição:
• Vinhaça: líquido derivado da destilação do vinho, que é resultante da fermentação do caldo da cana de açúcar ou melaço. (NT.Cetesb P4.231/2006)
• Vinhaça: efluente líquido da destilação de uma solução alcoólica denominada vinho, obtida no processo de fermentação do caldo de cana-de-açúcar, do melaço ou da mistura dos dois. (NT.COPAM 164/2011)
• Conhecida conforme a região como: vinhaça, vinhoto, restilo, garapão
• Resíduo Sólido Classe II-A, Não Perigoso e Não Inerte (ABNT10.004): pelo fato de não ter tratamento convencional que possibilite o seu lançamento em corpos de água.
Segundo Elia Neto, a vinhaça é um resíduo com alto potencial poluidor, possui:
• Alto teor de matéria orgânica, impossibilitando o tratamento e lançamento em corpos de água (a quantidade de matéria orgânica de uma usina média equivale a de uma cidade grande)
• Altas concentrações de sais (potássio, nitrogênio e outros) que podem ser lixiviados e contaminar as águas subterrâneas
• Cheiro objetável no armazenamento e disposição no solo (matéria orgânica e enxofre, formando mercaptanas)
Tem como solução, o uso na fertirrigação da lavoura de cana, possibilitando:
• Substituição de parte da adubação química (potássio e nitrogênio)
• Ganhos agronômicos (solo e lavoura)
• Reciclagem parcial de recursos naturais (N, K e micronutrientes)

Vinhaça caracterização média:
 • PH 4
• Temperatura (s/ recuperação de calor) 90°C 90ºC
• Vazão de vinhaça 12 L/L etanol
• DBO5 14.833 mg/L
• DQO 23.801 mg/L
• Relação DBO5/DQO ~60 %
• Sólidos Totais 3,2 %
• Potássio 2.800 mg/L
• Carga orgânica 285 g DQO/L etanol

Fonte: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.

Sobre a aplicação tecnificada da vinhaça, Elia Neto destacou o alto custo no uso e no transporte (equipamentos e distâncias), restringindo a execução em área mais próxima da usina. Como impacto, o desperdício e saturação do solo.

Diminuição dos riscos da Fertirrigação:
• Uso racional com dosagens menores
• NT Cetesb P4.231/2006 (SP) e
• DN COPAM n° 164 de 03/2011
• Impermeabilização (tanque e canais);
• Monitoramento, plano anual de aplicação, análise de solo e da vinhaça, distanciamentos …

Impactos da Fertirrigação:

Negativos:
• Poluição das águas superficiais por acidentes (acidentes com barragens e transporte)
• Risco de contaminação das águas subterrâneas (armazenamento)
• Odores objetáveis
• Proliferação de insetos
• Saturação do solo (desperdício de potássio)

Positivos:
• Controle imediato da poluição hídrica
• Redução de uso de fertilizantes químicos
• Melhoria da estruturação do solo (incorporação de matéria orgânica – microfauna e flora – maior retenção de água)
• Aumento da produtividade agrícola (fertirrigação e irrigação de salvamento das soqueiras com água residuárias)

Modelo Tecnológico para o Maior Aproveitamento da Vinhaça

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A Concentração da Vinhaça, é uma tecnologia que possui como objetivo promover a vinhaça como fonte de adubo e água, visando a segurança ambiental do uso na fertirrigação e maior sustentabilidade ambiental do setor.

Benefícios econômicos: otimização da aplicação (transporte e distribuição) na lavoura.

Benefícios ambientais – eliminação /diminuição dos impactos ambientais referentes a:

– Potencial de contaminação do lençol freático

– Proliferação de vetores

– Odores objetáveis

– Reúso da água da cana

– Maior reciclagem de nutrientes (K)

– Maior segurança na aplicação (menores volumes aplicados)

As novas tecnologias de concentração de vinhaça por vaporação (múltiplo efeito), apresentadas:

  • “Falling film” (Dedini-Volgelbush)
  • Nevoa turbulenta descendente (Citrotec, TASTE, …)
  • Concentrações até 10 vezes (Brix de 20% ou mais)

Pré – Concentração por membranas de Osmose Reversa

  • Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) testou, vários tipos de membranas
  • Na Índia a tecnologia é bem desenvolvida
  • Potencial de concentração de 2 a 4 vezes – Brix (escala numérica que mede a quantidade de sólidos solúveis em uma solução de sacarose) até 12º

Instalações de membranas de OR (ROCHEM – Índia) em destilaria da Petropar no Paraguai, observando o permeado a direita.

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Fonte: UNICA

Usina: Simbhaoli Sugars Ltd. Ghaziabad, Uttar Pradesh (Índia)

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Fonte: André Elia Neto

Elia Neto discorreu sobre o potencial do biogás da vinhaça. Para ele numa estimativa conservadora (dados safra 2013/14) equivale a 1,1% do consumo Nacional de eletricidade e 6,4% do consumo Nacional de gás natural. Se considerou 80% de eficiência de conversão da matéria orgânica da vinhaça e apenas a vinhaça do etanol de 1ª Geração.

No médio prazo, estima-se um potencial cerca de 2 a 3 vezes maior devido aos avanços tecnológicos para a biodigestão e a conversão do biogás (bioeletricidade ou biometano). Combinado com o crescimento do setor e a produção da vinhaça do etanol de 2ª Geração (mais vinhaça na mesma área) além de outras biomassas (bagaço, palha, torta e efluentes).

Rotas Potenciais de Produção de Bioeletricidade e Biometano da Biodigestão da Vinhaça

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1Consumo de gás natural no Brasil de 77 m3/dia x 103 tep (BEN – Balanço Energético Nacional, 2014)

Fonte: UNICA

Elia Neto finalizou a apresentação, com as seguintes conclusões sobre a biodigestão de vinhaça.

Restrições

Custo elevado, com a tecnologia atual:

  • Em 2010 o custo de produção de bioeletricidade da vinhaça foi estimado em R$ 200,00/MWh a R$ 350,00/MWh
  • Não se tem garantia de valores no mercado para contratos de médio e longo prazo, que estavam na ordem de R$ 100,00 a R$ 140,00/MWh, passando
  • Estudos mais recentes, vem apontando um menor custo de produção de biogás (2016, contrato biodigestão com a Raízen base R$251,00/MWh)
  • Quando se alia aos benefícios da vinhaça concentrada, os custos do biogás e do biometano podem ser competitivos
  • Ainda há necessidade de incentivos / desenvolvimento tecnológico para melhorar a atratividade como negócio

Avanços tecnológicos:

  • Motores mais eficientes a biogás (>40% de rendimento) e
  • Tecnologias mais baratas como biodigestores em lagos cobertas com lona (?), podem viabilizar a tecnologia.
  • Inovações tecnológicas com o uso de membranas e evaporação da vinhaça
  • Cobiodigestão com outros RS do setor

Impactos Ambientais:

  • Maior sustentabilidade para o setor devido a produção de energia renovável (inclusive no balanço de carbonopela substituição de energia fóssil de termoelétricas a gás ou mesmo de motores de combustão)
  • Uso do biometano no setor pode praticamente zerar o uso de energia fóssil melhorando mais ainda o balanço de carbono
  • Biodigestão é um passo em direção ao tratamento da vinhaça (remoção de 80% da matéria orgânica, pH neutro, N disponível)
  • A Biodigestão não soluciona os aspectos da vinhaça quanto ao odor, volume de distribuição e risco água subterrânea (porém combinada com a concentração estes aspectos são mitigados).

 

Gheorge Patrick Iwaki

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Responsável Técnico