A Produção de Etanol Em Microdestilarias - UNICAMP - 2006

8/14/2019 A Produção de Etanol Em Microdestilarias - UNICAMP - 2006

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A PRODUÇÃO DE ETANOL EM MICRO E MINI-DESTILARIAS.

Enrique Ortega, Marcos Watanabe, Otavio Cavalett.Laboratório de Engenharia Ecológica

FEA, Unicamp, Caixa Postal 6121

Campinas, SP, Brasil CEP 13083-862

Resumo

A avaliação sistêmica “emergética” que inclui os valores dos insumos ambientais, adiminuição no oferecimento de serviços ambientais e o aumento das externalidadesnegativas dos projetos para produção de álcool combustível revela uma realidade muitodiferente da imagem da indústria da cana difundida pela mídia. Por meio da analisesistêmica é possível descobrir que a economia de escala desaparece e, ao mesmo tempo,perceber que sistemas agrícolas ecológicos integrados com pequenas destilarias de álcoolpodem ter um ótimo desempenho econômico e sócio-ambiental. Para chegar a essa

conclusão é necessário incluir parâmetros ambientais e sociais. Além disso, hoje, a escolhada modalidade de produção exige uma análise da conjuntura global, pois o modelo dedesenvolvimento depende tanto das potencialidades locais quanto dos arranjos políticosregionais e internacionais e do equacionamento da problemática climática e social global.

1. INTRODUÇÃO:

A produção de etanol combustível pode realizar-se de vários modos. Lamentavelmente aescolha tecnológica ocorre em função dos interesses econômicos e políticos unicamente,ficando de fora os objetivos sociais e ambientais. Na época de implantação do Pró-Álcool aopção por usinas grandes (120 000 litros/dia ou seus múltiplos), não era mais do que umaentre diversas possibilidades existentes [Bueno, 1980]. A opção adotada implicou nodesgaste de recursos humanos (“bóias-frias”), naturais (solo, flora, fauna) e financeiros(possibilidade da aplicação do dinheiro em outros investimentos). A opção pela grandeescala de produção resultou em uma monocultura danosa, pouca possibilidade de interaçãocom a pecuária e a destruição da diversidade ecológica e das pequenas economias noslocais onde as grandes usinas se instalaram [Paschoal, 1983; San Martin, 1985]. Hojesabemos que também afetou a qualidade da atmosfera global.

Nesta década se repete a situação vivida na década de 70, porém com a possibilidade deafetar áreas rurais ainda maiores, pois a relação benefício/custo desconsidera asexternalidades negativas e as perdas de serviços ambientais. Não se levam em conta os

estudos que indicam o possível agravamento dos problemas sócio-ambientais e não sãoouvidas as reflexões críticas dos movimentos sociais ao modelo de produção e consumovigente nem as implicações do uso de grandes volumes de fertilizantes químicos,pesticidas e herbicidas (derivados do petróleo) nas mudanças climáticas.

Ao optar pelos modelos de monocultura extensiva, os planejadores e os tomadores dedecisão desconsideram a perda dos serviços ecossistêmicos na lavoura homogênea etambém os custos do impacto ambiental dos agro-químicos aplicados na lavoura, custosque são repassados indevidamente às comunidades e aos governos locais (“socializaçãodos custos”). E não se trata de valores pequenos; o valor dos serviços ambientais perdidose das externalidades negativas produzidas são da ordem de 300 a 500 dólares/ha. Trata-se

de um subsídio aos grandes produtores que explica a economia de escala.



Hipótese:Se fossem contabilizados os valores das perdas dos serviços ambientais e asexternalidades negativas das indústrias de álcool, seria possível descobrir que aeconomia de escala desaparece e, ao mesmo tempo, perceber que podem existirsistemas agro-ecológicos integrados à micro-destilarias de álcool, economicamente

viáveis em instalações de porte pequeno (100, 1000 litros/dia) e médio (5000,20000 l/d), denominadas “micro-usinas” e “mini-usinas”, respectivamente.

2. JUSTIFICATIVA:

A Humanidade evolui a partir do uso de fontes de energia que consegue usar, cabe entãoesperar que ela mesma, devido ao declínio dos recursos energéticos e da perda dabiodiversidade, dos problemas da poluição e da crise social, consiga mudar de rumo e seadaptar a um novo leque de fontes de energia, no qual caberá a biomassa um papelfundamental [Odum e Odum, 1976; 2001].

Da biomassa podem-se obter vários tipos de combustíveis (sólidos, líquidos e gasosos) decaráter renovável, entre os quais o álcool etílico é um dos mais nobres, pois não é tóxico, éde fácil transporte e pode substituir, em parte, o consumo de gasolina.

O Brasil foi sempre deficitário em petróleo e hoje apresenta um saldo positivo, porémtemporariamente. O país ainda é suscetível às variações de oferta e preço do petróleo nomercado internacional e a situação pode-se complicar, pois as previsões apontam oesgotamento das reservas de petróleo em menos de três décadas e um aumento de preço dobarril de petróleo aos níveis que atingiu durante as crises de 1972 e 1983 ou maiores.Nessa conjuntura, o uso dos combustíveis da biomassa constitui uma alternativa que podecolaborar na solução do “efeito estufa” se bem planejada [Cerqueira Leite, 1988, 2006;

Vasconcelos e Vidal, 2002].

É necessária a elaboração de planos de auto-suficiência energética para o país,considerando neles tanto o curto, o médio e longo prazo. Porém, para serem realmenteviáveis no longo prazo, deveriam considerar os aspectos sociais e ecológicos [Wiesner,1984; Minc, 1987; Ortega, 1987; Bacic et al, 1988].

Vários pesquisadores (ESALQ; Embrapa; USP/São Carlos, ITAL) se interessaram noestudo da produção de álcool em escalas menores, havendo a instalação e operação depequenas destilarias autônomas em diversos lugares do país [Folha de São Paulo, 1985].Podem ser destacadas as de Jundiaí [Solnik, 1984] e São Carlos [Corsini, 1981]. Nelas a

produção de álcool não é a única atividade, ela está articulada à produção de forragens paragado bovino, biogás, biofertilizante, aproveitamento do vinhoto, uso do bagaço excedentecomo combustível e outras atividades que poderiam aumentar a lucratividade doempreendimento. Foi sugerido designar este modelo como “Sistema Integrado de Produçãode Alimentos e Energia” ou SIPEA [La Rovere e Tolmasquim, 1984].

Como nos anos seguintes o preço do petróleo caiu muito, esses empreendimentos foramdesativados, pois não podiam competir com um combustível de alta qualidadedisponibilizado a um preço que era mantido baixo para subsidiar o sistema industrialglobal. Mas o petróleo é finito e causa um grande impacto na natureza, na sociedade e naatmosfera, portanto as pesquisas e os empreendimentos em mini-usinas integradas

voltaram a ser realizados.



3. TECNOLOGIA:

Quando se planeja uma destilaria de álcool, se determina o futuro da região, poderíamospensar em uma relação escala de produção vinculada ao sistema social (ver tabelas 1 e 2).As escalas de 4000 até 40 000 hectares permitem produzir álcool concentrado (99%) eeletricidade de forma eficiente com vapor a alta pressão. As escalas de 4 até 400 hectaresapresentam atualmente limitações na produção de etanol absoluto permitindo apenasproduzir álcool hidratado de 94% sem co-geração de eletricidade. Assim, ter-se-ia somentea auto-suficiência de combustível líquido.

Tabela 1. Escalas e modelos sócio-políticos.

Modalidade de organizaçãosocial

Área da lavoura (ha) etoneladas de cana por

dia (TCD)

Litros/dia de etanol eMegaWatt/ano de

eletricidade

Modelo altamente concentrador 40 000 ha

5000 TC

5 000 000 l/dia

~730 000 MW/ano Modelo com ajustes sócio-ambientais

4 000 ha500 TC

500 000 l/dia73 000 MW/ano

Assentamentos rurais grandes 400 ha50 TC

50 000 l/dia-

Assentamentos rurais médios 40 ha.5 TC

5 000 l/dia-

Assentamentos rurais pequenos 4 ha.0,5 TC

5 00 l/dia-

Tabela 2. Escalas e modelos tecnológicos.

Modalidade de organização Lavoura Outrascaracterísticas

Modelo altamente concentrador Monocultura extensiva eagro-química.

Terreno plano,mecanização.

Modelo com ajustes sócio-ambientais

Monocultura orgânica eprodução pecuária

Terreno plano,mecanização.

Assentamentos rurais pequenos,médios e grandes (OrganizaçõesComunitárias)

Policultura ecológica Possibilidade de terterreno ondulado,sem mecanização.

Se os benefícios e as despesas sócio-ambientais fossem incluídos no cálculo darentabilidade dos empreendimentos rurais, a rentabilidade mudaria em favor dos sistemascom melhores características ecológicas e sociais. Até agora, esta inclusão não tem sidoefetuada por falta de conhecimento para determinar os valores dos serviços ambientais edas externalidades negativas. A divulgação destes valores pode permitir que a sociedade seauto-organize para apoiar os sistemas verdadeiramente mais econômicos.



Tabela 3. Estimativa sobre o valor dos benefícios e custos sócio-ambientais.

Efeito medidoModeloecológicoUS$/ha/a

Modeloagro-químicoUS$/ha/a

Geração e manutenção de emprego rural, umemprego cada 10 ha (salário mínimo) versus umposto de trabalho cada 300 ha (dois salários). [14]

180,00 12,00

Problemas sociais na periferia das cidades: infra-estrutura e serviços públicos para migrantes,desemprego, narcotráfico, criminalidade, etc.

0 -30,00

Geração e manutenção de solo. [17] 0 -13,60Assoreamento. [20] 0 -83,00Manutenção da cobertura vegetal e dabiodiversidade. [17]

0 -4,00

Geração de mudanças climáticas: dióxido decarbono, óxido nitroso e metano. [03][17] -10 -60,00Infiltração de água pela floresta preservada efiltração da água pela drenagem dos brejosPreservação da qualidade da água dos rios. [01]

180,00 22,50

Problemas de poluição hídrica. [17] 0 -39,70Preservação da qualidade de vida no meio rural eda paisagem (valor estético). [20]

3,7 0

Destruição do ecossistema (floresta, cerrado):custos de reposição da cobertura vegetal e dabiodiversidade. [14]

0 -98,38

Problemas de saúde provocados pelosagrotóxicos. [17]

0 -0,20

Totais 353,70 -303,38Diferença a favor 657,00

Tabela 3b. Estimativa das forças sociais, política e militares.Preservação da soberania nacional ? 0Destruição das estruturas sociais e dos recursosbiológicos, em escala local e nacional. [15]

0 -300,00

Diferença a favor 957,00

Tabela 4. Estimativa de serviços sócio-ambientais e externalidades por modelo político.

Modalidade de organização social Serviçosambientais

dólares/ha/a

Externalidadesnegativas

dólares/ha/a

Saldo

US$/ha

Modelo concentrador 25 -360 -335

Modelo com ajuste sócio-ambiental 50 -180 -130

Assentamentos rurais pequenos 100 -50 +50

Assentamentos rurais grandes 200 -10 +190



O planejamento de instalações pequenas integradas em rede de cooperativas poderia gerarum programa de auto-suficiência energética rentável ao produtor e ao país, comcapacitação da mão-de-obra rural, auto-suficiência de alimentos e energia, melhoraproveitamento dos recursos disponíveis, uso intensivo de técnicas (agrícolas, pecuárias eflorestais) mais racionais, diminuição notável da poluição no meio rural, etc. Neste caso, a

tecnologia seria aplicada com viabilidade técnica, função social, rentabilidade econômica esustentação ecológica [Sachs, 1988].

No final da década dos 80, várias universidades, centros de pesquisa e empreendedoresdesenvolveram esforços para estudar, construir e operar micro-usinas. Devido à criseinternacional do petróleo, em 1979, um grupo de pesquisa da Faculdade de Engenharia deAlimentos da Unicamp considerou a possibilidade de destilarias autônomas de pequenoporte que utilizariam cana-de-açúcar e sorgo sacarino e teriam uma capacidade deprodução de 1000 a 40000 litros de álcool etílico de 94ºGL por dia. Hoje, graças àcontinuidade desse esforço por parte de diversos empreendedores, a micro-usina de álcoolpode ser considerada viável técnica e economicamente; porém ainda é inviável social e

politicamente pelo fato de ser desconhecida. Mostra-se a seguir, o diagrama de blocos deum sistema integrado de produção de energia e alimentos ideal.

Recursos hídricos e nutrientes: Uso da Terra: Industrialização: Produtos: Mercados:

Captação, bombeamentoe reserva de água

Ferti-irrigação

Aplicação de compostosAdubos químicos eCorretores de solo

Reserva florestal

Gado semi-confinado

Criação de peixes

Beneficiadora florestal

Biodigestor

Cana de açúcar

Girassol, amendoim,colza, gergelim

Arroz, milho, feijãoCenoura e verdurasUva, morango, figo,frutas diversas

Tratamento de águaCaldeira e turbina

Silo subterrâneo

Fábrica de óleo

Unidade de limpeza,gradação, tratamento,secagem e armazenamento

Fábrica de alimentos

Indústria descentralizada

Unidade de tratamento deresíduos

Mini-usina de álcool

Madeira secaSerragemBiogásBiofertilizanteOvos, leite, carne

EletricidadeVapor BagaçoEtanol (94%)

VinhotoEnsiladoÓleo vegetalTorta protéica

Matérias-primasagroindustriaisResíduos agrícolasAlimentos

processados

Produtosindustriais

CompostosUnidade de serviços:administração geral,obtenção de insumos, etc.

Uso residencial

Transporte

Indústrias

Serviços

Agricultura

Mercadosregionais

Mercadosnacionais

Mercadoexterior

Consumo local

Consumo externo

Figura 1. Sistema integrado de produção de alimentos e energia (SIPAE)

4. ESTUDO DE CASO:

A Fazenda Jardim de Marcello Mello, em Mateus Leme, Minas Gerais, possui uma micro-usina desenvolvida pelo proprietário. A fazenda tem 300 ha, porém o sistema da micro-usina de álcool ocupa somente 20 ha, nesse espaço existe cana-de-açúcar (2 ha), umareserva de vegetação nativa dentro do vale da micro-usina (10 ha), plantações diversascomo bananal, eucaliptal, horta e pomar (1 ha) e áreas de pastagem para o gado (6 ha).Essa ocupação do espaço contribui para uma maior sustentabilidade, para a preservação dabiodiversidade do meio ambiente e para a existência de nascentes. Na figura 2 e nas fotoscolocadas a seguir, destacamos a mini-usina de álcool.



Corte manual e transporte em cangalha

Cana com folhas

vinhoto

Coluna de destilação para retificação

Dornas parafermentação em

batelada

Trocador decalor

Depósito

Triturador àfacas

caldodiluido

Prensa com umterno de rolos

Bagaço comrestos de açúcar

vinhoto palha

Cochos para alimentação de gado bovino

Resíduosagrícolas

Pilha de esterco fermentado

Adubo orgânico

Coluna decachaça

Álcool de 94%

Carne bovina em pé

Lenha de eucalipto

Fornalha evaporizador

Vapor alcoólico

Figura 2. Fluxograma de uma mini-usina de álcool, com difusor, fazendo parte de umSistema Integrado de Produção de Alimentos e Energia (SIPEA).



Vista da fazenda em Mateus Leme, MG. Oficina mecânica e da mini-destilaria.

Vista lateral Vista da moenda

Dorna de mistura de caldo Tanques para fermentação em batelada

Fornalha de lenha e caldeira Coluna de destilação



5. ANÀLISE EMERGÉTICA DA FAZENDA JARDIM:

Utiliza-se a metodologia emergética conforme proposta por H.T. Odum (1996).

Figura 3. Diagrama sistêmico da micro-usina integrada da Fazenda Jardim.

Mostram-se a seguir os diagramas dos subsistemas que compõem o sistema da micro-usinaem um vale de 20 hectares, contendo os dados necessários dos fluxos de materiais eenergia para fazer os cálculos dos fluxos de emergia.

Figura 4 . Diagrama do subsistema de mata nativa.

Micro-usina de álcool,agroindústria local eregional.

Vegetaçãonativa

Eucalipto

Cana-de-açúcar

Pastos, grãos,arbustos

Gado

Parcelaindividual

Pessoas

Álcool 94%

Esterco

Produtos eserviços dobosque nativo

Água, solo,biodiversidade,

micro-clima

Produtos da hortae do pomar

Consumo interno

Vinhoto

Gado gordo em pé

Sol,

vento,chuva

Mineraisdo solo

Nitrogênioatmosférico

Cinzas

Bezerrosmagros

Postes

Formicida Materiais,energia

Serviços

Mão-de-obra



Figura 5 . Diagrama do subsistema da horta e pomar.

Biomassavegetal

PastosSol, vento,

chuva

Natmosfera

Mineraisdo solo

CO2, Nox,SOx

Biomassa vegetal6,3 ton/ha/ano (massa seca)

albedo

1200 mm

80 kg

6 kg(200 kg/ha/ano)

1 ha

?

Esterco dogado

Figura 6 . Diagrama do subsistema de pastos e arbustos.

Figura 7 . Diagrama do subsistema de engorda de bezerros.



Estoques de biomassa emcrescimento

Eucalipto eoutras árvores

Sol, vento,chuva

Natmosfera

Mineraisdo solo

CO2, Nox,SOx

Madeira(10 ton/ha/ano)

Lenha(10 ton/ha/ano)

1 haalbedo

1200 mm

40 kg

8 kg

Formicidas

1 kg/ha/ano

?

Figura 8 . Diagrama do subsistema de eucalipto.

Figura 9 . Diagrama do subsistema de cana-de-açúcar.

Figura 10. Diagrama do subsistema de micro-usina.

Como se observa nas figuras dos subsistemas existe grande captura de recursos da natureza

que são gratuitos e renováveis, essa situação vai gerar bons índices de desempenho.



Figura 11. Diagrama-resumo do sistema.

Tabela 5. Fluxos de emergia.

ItemFraçãorenov. Fluxo Unidade seJ/unidade Ref

Emergiarenovável(seJ)

Emergianão renovável(seJ)

Emergiatotal(seJ) %

RenováveisSol 1 5,20E+09 J 1,00E+00 1 5,20E+09 0,00E+00 5,20E+09 0,0

Chuva 1 6,00E+10 J 3,06E+04 2 1,84E+15 0,00E+00 1,84E+15 18,6

Nitrogênio atm. 1 8,60E+01 kg 4,05E+13 4 3,48E+15 0,00E+00 3,48E+15 35,2

Minerais do solo 1 8,80E+00 kg 8,72E+11 4 7,67E+12 0,00E+00 7,67E+12 0,1

Não Renováveis Perda de solo 0 9,04E+08 J 1,24E+05 2 0,00E+00 1,12E+14 1,12E+14 1,1

MateriaisFormicida 0 5,00E-02 kg 2,48E+13 2 0,00E+00 1,24E+12 1,24E+12 0,0

Eletricidade 0,5 3,20E+07 J 3,36E+05 2 5,38E+12 5,38E+12 1,08E+13 0,1Uréia 0 4,38E+02 kg 3,12E+12 3 0,00E+00 1,37E+15 1,37E+15 13,8

Investimento 0,3 3,65E+02 US$ 3,70E+12 5. 4,05E+14 9,45E+14 1,35E+15 13,7

ServiçosMão de obra 0,5 4,64E+02 US$ 3,70E+12 5 8,58E+14 8,58E+14 1,72E+15 17,4

Emergia total 6,59E+15 3,29E+15 9,88E+15 100

Produtos Álcool 2,59E+10 J

Carne 4,39E+09 J

Madeira venda 7,10E+09 J

Aspargo venda 4,60E+08 J

Energia total 3,79E+10 J

1 - Definição; 2 - Ulgiati e Brown, 2004; 3 – Odum, 1996; 4 - Brandt-Williams, 2002; 5 - Coelho et al., 2003.

Tabela 6. Somatório dos fluxos de emergia

Fluxo Valor (seJ ha-1 ano-1)Renováveis (R) 6,59E+15Não renováveis (N) 1,12E+14Recursos da natureza (I) 6,71E+15Materiais (M) 2,32E+15Serviços (S) 8,58E+14Recursos da economia (F) 3,18E+15Emergia total (Y) 9,88E+15



Tabela 7. Indicadores de emergia calculados.

Índice Cálculo Valor UnidadeTransformidade Tr =Y/Ep 261025 seJ/JTaxa de Rendimento de Emergia EYR = Y/F 3,11 adimensionalTaxa de Investimento de Emergia EIR = F/I 0,47 adimensional

Taxa de Carga Ambiental ELR = (N+F)/R 0,50 adimensionalRenovabilidade %R = 100(R/Y) 66,7 %

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O sistema estudado mostra valores satisfatórios dos índices emergéticos. Especialmente oíndice de renovabilidade que indica que o sistema é 67% sustentável. O valor da emergiacapturada da natureza e disponibilizada para a cadeia produtiva é alto (EYR=3,1). Apressão exercida sobre o meio ambiente é baixa (EIR=0,47; ELR=0,5). Os cálculos dosistema estudado podem ser melhorados incluindo dados e indicadores econômicos esociais. E ainda, é possível considerar a opção de SIPEA de produção de leite e cachaça

com unidades regionais de destilação para obter álcool concentrado.

Por outro lado, seria muito conveniente realizar uma analise emergética para o modelo queestá sendo proposta na ampliação do Pró-Álcool (Cerqueira Leite, 2006) e comparar osindicadores das duas propostas, tanto em termos de unidades isoladas de produção quantode redes de produção nacional para discutir políticas públicas locais e globais.

AGRADECIMENTOS ESPECIAISA Marcello Mello pela entrevista concedida. A Mileine Zanghetin pela elaboração defiguras e pelas opiniões sobre o arranjo do texto. A Cezira Miluzzi e Edson Espósito pelarevisão gramatical. A Alexandre Souza e Marcus Grande pela ajuda na preparação de um

vídeo com a entrevista com Marcello Mello na qual descreve a Fazenda Jardim.

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Páginas 3-53.

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