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Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar BVC Mateus F. Chagas Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol Divisão de Avaliação Integrada de Biorrefinarias 18 de novembro de 2015 Sessão 5 - Avaliação técnica, econômica e ambiental de biorrefinarias 1º Workshop sobre o Estado da Arte da Tecnologia de Produção de Etanol: de Olho na Segunda Geração

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Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar

BVC

Mateus F. Chagas

Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do BioetanolDivisão de Avaliação Integrada de Biorrefinarias

18 de novembro de 2015

Sessão 5 - Avaliação técnica, econômica e ambiental de biorrefinarias

1º Workshop sobre o Estado da Arte da Tecnologia de Produção de Etanol: de Olho na Segunda Geração

Divisão de Avaliação Integrada de BiorrefinariasBiorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar

Otimizar conceitos e processos presentes em uma biorrefinaria

Avaliar os aspectos da sustentabilidade (econômica, ambiental e social) de diferentes alternativas de biorrefinarias

Analisar o estágio de desenvolvimento de novas tecnologias

A Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC) foi desenvolvida para suprir a

necessidade de uma ferramenta de simulação que permitisse avaliar as novas

tecnologias e inovações na produção e processamento de biomassa.

Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC)

Integração de modelos

Simulação de processos

Modelos matemáticos

Ambiental

SocialEconômico

$

Impactos na Sustentabilidade

Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC)

• Modelo de desenvolvimento próprio, baseado em

planilhas eletrônicas, integrado com as outras

ferramentas de simulação e avaliação da BVC.

• Cálculos do custo de produção e inventários para

a avaliação do ciclo de vida.

• Pode ser adaptado para avaliar outras biomassas

integradas à cadeia da cana, como milho, soja,

sorgo, cana energia...

Modelagem e simulação agrícola

Tamanho da usina

Dispersão das áreas de

cana

Produtividade

Tipo de plantio

Tipo de colheita

...

Inventário do ciclo de

vida

Resultados sociais

Bancos de dados

Tipo de maquinário

Eficiências de campo

Consumo de diesel

Mão de obra

Fatores de emissão

...

Operações

agrícolas

Sistema de

produção de cana

Cálculos

integrados

Definição do cenário

Investimento inicial

Vida útil

Potência

Peso

...

Maquinário

Implementos

Caminhões

Preços

Composição

...

Fertilizantes

Agroquímicos

Resíduos

industriais

Áreas de aplicação

Fatores de emissão

...

Uso de insumos

Custos de produção

Respostas

Modelagem e simulação agrícolaCanaSoft – Estrutura do modelo

Mecanização Palha Vinhaça Cana energia

Adubação verdeMecanização de Baixo

ImpactoIrrigação

Agricultura de precisão

Modelagem e simulação agrícolaCanaSoft – Exemplos de aplicação

• Simulação e avaliação técnica de diferentes rotas

tecnológicas para transformação da biomassa em

produtos.

• Foco na produção de etanol de 1ª e 2ª geração a partir

da cana-de-açúcar.

• Adaptado para incluir outras biomassas e outros

produtos.

• Uso de simuladores de processo, como o Aspen Plus,

SuperPro e EMSO.

Modelagem e simulação industrial

Destilaria

autônomaUsina anexa

Processo

integrado

1G2G

Processo 2G

independente

Uso de sorgo

na entressafra

Rota

sucroquímica

(butanol)

Aspen Plus® Inventários econômico,

social e ambiental

ü Dados de insumos e matéria

prima

ü Dados de produção (etanol,

eletricidade, açúcar, etc)

ü Dados de subprodutos e

resíduos

ü Dados de emissões

ü Dados para cálculo de

Investimento

ü Outras informações

Componentes

Preparo e extração do caldo

Tratamento do caldo e

concentração

Fermentação

.

.

.

Destilação e desidratação...

Dados de entrada

(usuário)

Fluxograma de

processo

Relatórios de saída

Cenários

avaliados

Etapas de processo (depende dos cenários)

Dados das correntes

de entrada

Dados de operação

dos equipamentos

Cogeração

.. .

Dados experimentais ou literatura

Simulação de processos industriais

Simulação de processos industriaisProdução de etanol 1G

Modelagem e simulação da distribuição e uso

• Simulação e quantificação dos parâmetros mais importantes da logística de distribuição – transporte e comercialização – e uso de produtos de biorrefinaria.

• Foco nos sistemas de distribuição de combustíveis líquidos e no uso do etanol.

Transporte Comercialização Uso

Biorrefinaria Consumidorfinal

Log&UsoSoft

Metodologias de avaliação da sustentabilidadeAvaliação Econômica

Engenharia Econômica

Metodologias de avaliação da sustentabilidadeAvaliação Social

Métricas Sociais

Empregos gerados Perfil salarial

Perfil educacional

Perfil de gênero

Acidentes

ü Simulação de processos

ü Estimativas de uso de mão-de-obra

ü Matriz Insumo-Produto

ü Bases de dados setoriais

Metodologias de avaliação da sustentabilidadeOtimização e risco

Modelos de otimização Análise de Risco

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Pro

bab

ility

de

nsi

ty

Global Warming Potential (kg CO2 eq / MJ)

1G2G 1G

• Planejamento de experimentos

• Seleção de variáveis

• Construção de metamodelos(representação simplificada de modelos complexos)

• Intervalos para as variáveis de entrada

• Simulações de Monte-Carlo

• Curvas de probabilidade para as respostas

Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar

Resumo

ü Integração de toda a cadeia produtiva, i.e. etapas agrícola, transporte,

conversão industrial, uso dos produtos e disposição dos resíduos;

ü Plataformas integradas para avaliação da sustentabilidade: modelagem

de processos, análise de ciclo de vida, métricas sociais, OPEX, CAPEX,

avaliação da rentabilidade, etc;

ü Modelos de processos customizados e otimização multi-objetivo;

ü Incerteza e análise de risco.

Antonio Bonomi (coordenador) Alexandre Souza Antônio Djalma Jr. Bruna Moraes Bruno Klein Charles Jesus Diego Ordonez Edvaldo Moraes Elmer Rivera Isabelle Sampaio

José Bohórquez Lucas Pereira Luz Adriana Toro Marcelo Cunha (Unicamp) Marcelo Zaiat (USP) Marcos Watanabe Marina Dias (Unifesp) Mateus Chagas Moises Alves Mylene Ferreira

Otavio Cavalett Paulo Mantelatto Renato Neves Ricardo Silva Rubens Maciel (Unicamp) Tassia Junqueira Terezinha Cardoso Vera Gouvêia Victor Geraldo

Divisão de Avaliação Integrada de Biorrefinarias (CTBE)

[email protected]