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Recursos Energéticos e Meio Ambiente
Professor Sandro Donnini Mancini
19 - Etanol
Sorocaba, Maio de 2016
Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba
Biomassa
Toda matéria orgânica, de origem animal ou vegetal, que pode
ser utilizada na produção de energia. Fonte indireta de energia
solar, convertida em energia química pela fotossíntese.
Possui saldo de emissões de gases de efeito estufa igual a
zero, pois todo o carbono que irá gerar CO2 na futura queima
veio da fotossíntese durante a vida da planta.
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ATLAS de Energia Elétrica do Brasil. Agência Nacional de Elétrica do Brasil. 1a Edição. Brasília, 2003. Disponível em www.aneel.gov.br
Terminologia
Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC)
teor mínimo de álcool = 99,3%usado misturado na gasolina (27%, desde mar 2015) – efeito antidetonante
Álcool Etílico Hidratado Combustível (AEHC)
teor de álcool entre 92,6% e 93,8%
álcool comprado na bomba de combustível
Álcool de limpeza – adicionadas substâncias tóxicas para evitar consumo
até 2002 ~ 10% água
após 2002 ~ 46% de água
Álcool Gel- 70-90% de álcool
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1975 – Programa Nacional do Álcool – Proálcool
1a fase – adição de álcool anidro à gasolina
2a fase – incentivo à produção de álcool hidratado
à construção de destilarias
desenvolvimento de motores apropriados
criação de rede de distribuição
Subsídio ao combustível produzido (fim em 1999)
(Custo ficou semelhante ao da gasolina/km rodado)
Crise do Petróleo: preços subiram muito
80% do petróleo era importado
Sucesso até ~ 1990
Declínio Posterior:produção do petróleo crescente
Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad.
F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson, 2003
produção de álcool oscilante
“demora” do carro popular.
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2002 – Total: 1.576.418 veículos
56.594 à álcool
Fonte: http://www.anfavea.com.br/tabelas.html
2003 – Total: 1.561.285 veículos
84.183 à álcool
2004 – Total: 1.682.187 veículos
583.519 à álcool
PRODUÇÃO DE VEÍCULOS LEVES NO BRASIL (LICENCIAMENTOS)
Novidade:
2005
2.530.840 veículos
51.476 à álcool
857.899 flexíveis
�Carros flexíveis.
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2007- Total de veículos: 2.970.818
http://www.anfavea.com
.br/tabelas2010/autoveiculos/tabela10_producao.pdf
2010 - Total de veículos: 3.664.034
à gasolina: 660.182
à diesel: 358.760
flexível: 2.625.092
à gasolina: 769.913
à diesel: 267.000
flexível: 1.933.902
à álcool: 3
2013 - Total de veículos: 3.579.903
à gasolina: 189.112
à diesel: 221.189
flexível: 3.169.111
elétrico: 491
http://www.anfavea.com
.br/tabelas2015.html
2014 - Total de veículos: 3.333.479
à gasolina: 184.481
à diesel: 207.275
flexível: 2.940.508
elétrico: 855
2015 - Total de veículos: 2.480.529
à gasolina: 136.150
à diesel: 149.513
flexível: 2.194.020
elétrico: 846
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Safra 1989/1990 – “auge” do Proácool
220 milhões de t de cana
26.000 km2 de plantação
11,5 bilhões de L de hidratado
Fontes:http://www.unica.com.br/dadosCotacao/estatistica/http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/indicadores/agropecuaria/lspa/lspa_200805_4.shtmhttp://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/11_01_06_09_14_50_boletim_cana_3o_lev_safra_2010_2011..pdf
Esmagamento da cana-de-açúcar:
Safra 2010/11 – 625 milhões t de cana
39 milhões t de açúcar
8,1 bilhões de L de anidro
19,6 bilhões de L de álcool hidratado
~80.000 km2 de plantação (AL+ DF+SE = 55.000 km2)
(só em SP = 43.000 km2 – 17% da área do estado)
Safra 2014/15 – 672 milhões t de cana
39,5 milhões t de açúcar
12,8 bilhões de L de anidro
15,5 bilhões de L de álcool hidratado
Safra 2015/16 – 655 milhões t de cana
37,3 milhões t de açúcar
12,7 bilhões de L de anidro
16,5 bilhões de L de álcool hidratado
~90.000 km2 de plantação (AL+ DF+SE = 55.000 km2)
(só em SP = 47.000 km2 – 18% da área do estado)
SP concentra 52% da cana plantada no pais
http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/15_04_13_09_39_02_boletim_cana_portugues_-_1o_lev_-_15-16.pdf
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Safra 2016/17 – 691 milhões t de cana
37,5 milhões t de açúcar (299.10 6t de cana)
11,7 bilhões de L de anidro (156.10 6t de cana)
18,6 bilhões de L de álcool hidratado (236.10 6t de cana)
~90.000 km2 de plantação (AL+ DF+SE = 55.000 km2)
(só em SP = 47.000 km2 – 18% da área do estado)
SP concentra 52% da cana plantada no pais
http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/16_04_18_14_27_15_boletim_cana_portugues_-_1o_lev_-_16.pdf
http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/16_04_18_14_27_15_boletim_cana_portugues_-_1o_lev_-_16.pdf
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Brasil Área total = 8.514.876.599 de km2 = 851 milhões de ha
Fonte: http://www.bndes.gov.br/conhecimento/seminario/EduardoSampaio.pdf
2002/2003 – Segundo o Ministério da Agricultura
Área agricultável disponível = 152,5 milhões de ha
Área agricultável utilizada = 62,5 milhões de ha
Lavouras permanentes: 15,0 milhões de ha
Lavouras temporárias: 42,5 milhões de ha
Florestas plantadas: 5 milhões de ha
Pastagens: 177 milhões de ha
Florestas Nativas e Reservas Ambientais: 440 milhões de ha
Amazônia: 351 millhões de ha
1 km2 = 100 ha
2008Área
(106 ha)
2008Produção
(103 t)
2012Área
(106 ha)
2012Produção
(103 t)
2014Área
(106 ha)
2014Produção
(103 t)
Cana 7,50 585.617 9,41 671.756 9,89 688.672
Soja 21,21 59.841 24,9 65.701 30,23 86.420
Milho 14,46 58.279 14,2 71.296 15,23 78.723
Arroz 2,86 12.173 2,4 11.391 2,35 12.160
Feijão 3,78 3.500 2,7 2.821 3,19 3.308
Trigo 2,56 5.162 1,9 4.380 2,80 6.164
Mamona 0,17 150 0,08 25 0,06 36
Safras 2008 – 2012 - 2014
Fonte: http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/indicadores/agropecuaria/lspa/defaulttab.shtm
Cana = 5% do campo brasileiro (2008); 6% (2012); 6,5% (2014)
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Tecnologia Disponível
Hinrichs, R.A. e Kleinbach, M. Energia e Meio Ambiente. Trad. F.M. Vichi e L.F.Mello. São Paulo, Ed. Thomson, 2003
Moagem
Tratamento do caldo
Decantação – sólidolíquido
Pré-evaporação
Fermentação
adição de água (até 30% em volume do caldo a ser formado), para facilitar a diluição do açúcar e obter caldo com até 96% do açúcar da cana. O Bagaço vai ser queimado para gerar vapor.
Evaporação concentra em açúcar, aquecendo a ~105oC
filtrado, gerando sólido (adubo) e líquido
a ~115oC (ajuda a matar bactérias e fungos concorrentes). Forma-se o Mosto, que é resfriado a 30oC
Levedura (fungos como Saccharomyces cerevisae, uvarum...) hidrolisam a sacarose (C12H22O11) na presença da enzima invertase, produzindo Glicose + frutose (C6H12O6) e na presença da enzima zimase produzem o álcool.C6H12O6 2 (CH3CH2OH) + 2 CO2
28-30oC, por até 8h em dornas fechadas (calor e CO2 tendem a arrastar o álcool formado).
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Centrifugação -sólidolíquido
Destilação
Leveduras são recuperadas
~12% álcool
Obtém-se o Vinhoto ou Vinhaça (água + N+P+K ), usado na fertirrigação da própria cana e o Álcool hidratado (93-94% de álcool)
destilação azeotrópicaciclohexanoPeneiras moleculares - zeólitasPrecipitação química - CaO
Álcool anidro
Aposta: etanol celulósico (hidrólise do bagaço)
Açúcar – ao caldo é adicionado S e CaO (floculantes)Decantação e formação do caldo clarificado
Evaporação para formar xarope
Xarope em tachos de cozimento para cristalizar o açúcar
Centrifugação, secagem e ensacamento
Cachaça – mosto fermentado é decantado
líquido é destilado e envelhecido em tonéis de
madeira para oxidar de parte do álcool
(38-54% v.v. de etanol).
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PLANTAÇÃO – monocultura
queimada antes da colheita
facilita colheita e “melhora” o solo
gases de combustão (completa ou não)
fuligem
impermeabilização do solo
perda de matéria orgânica...
IMPACTOS AMBIENTAIS
“Solução”: mecanização da colheita – Lei 11241/02 –SP
Regulamentada pelo Decreto 47.700/03 – 100% de colheita
mecanizada em 25 anos.
Acordo em 2007 antecipou para 2017.
PLANTAÇÃO
IMPACTOS AMBIENTAIS (continuação)
1 colheitadeira ~ U$ 200 mil, substituem 80 cortadores
Palha fica no solo, facilitando a incorporação de matéria orgâ-
nica e impedindo sementes de ervas daninhas de brotar.
Planos para recolhimento parcial e queima para gerar calor
2009/10 - 56% da colheita paulista é mecanizada
2015/16 – 91,3% da colheita paulista deve ser mecanizadahttp://www.canalrural.com.br/noticias/cana/colheita-mecanizada-cana-atinge-913-mostra-protocolo-agroambiental-61838SP
SSP ~52% da cana nacional, ou seja, no mínimo 47% da colheita nacional é
mecanizadahttp://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/15_04_13_09_39_02_boletim_cana_portugues_-_1o_lev_-_15-16.pdf
Safra 2006/07 – 34% da colheita paulista era mecanizada
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IMPACTOS AMBIENTAIS (continuação)
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL
1) utilização de recursos hídricos (caldo, vapor para termelétrica e
troca de calor para resfriamento do mosto, reaproveito do vapor
termelétrico, colunas de destilação).
2) energia necessária, principalmente calor (para evaporação do
caldo, vapor termelétrico, destilação - normalmente advém do vapor feito
pela queima do bagaço, que já pode vir pré-aquecido da corrente dos
trocadores de calor para resfriamento do mosto e condensação do álcool -
pode ainda gerar eletricidade e oferecer excesso para as distribuidoras).
IMPACTOS AMBIENTAIS (continuação)
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL
3) manipulação de microorganismos
4) calor gerado (termelétrica, fermentação)
6) resíduos sólidos - cinzas (geração de vapor)
filtros (aproveitado na agricultura)
5) Gases de combustão completa e incompleta
(termelétrica, fermentação)
7) efluentes líquidos – água quente (trocadores de calor)
vinhoto (aproveitado na agricultura)
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Álcool de milho x Álcool de cana
http://ecen.com/eee59/eee59p/cana_melhor_conversorl.htm
GEE = Gases de Efeito Estufa: Gasolina = 96,9 gCO2/MJ
Amido → maltose + glicose Sacarose → glicose + frutose
US$ 0,42/L Custo de Produção US$ 0,28/L
3.000 L /ha Produtividade 7.500 L/ha
1:-1,29 Balanço energético (input:output) 1:3,24
US$ 0,92/L Preço de Venda US$ 0,42/L
84,9 gCO2/MJ Emissão de GEE 33,6 gCO2/MJ
Bagaço gera o calor necessário
2025: Para substituir 10% da gasolina seriam necessários 205
bilhões de litros de etanol/ano, o que seria possível numa área
de 24 milhões de hectares (soja 2012).
Brasil (2016/2017) : 30,3 bilhões de litros (etanol + anidro), em
5,1 milhões de hectares.
Etanol Hidratado no mundo (2010): 83 bilhões de litros
Consumo de Gasolina no Mundo (2006): 1,22 trilhões de litros
http://sociedadesustentavel.terra.com.br/integra.php?id=1087http://ultimosegundo.ig.com.br/brasil/producao+de+etanol+do+brasil+deve+subir+para+274+bi+l/n1237588151803.htmlhttp://www.cgee.org.br/noticias/viewBoletim.php?in_news=759&boletim=26