VIRTUAL  SUGARCANE  BIOREFINERY:    A  TOOL  TO  COMPARE  THE  SUSTAINABILITY  OF  DIFFERENT  

TECHNOLOGICAL  ALTERNATIVES  

Antonio  Bonomi  Technological  Assessment  Program  

CTBE  –  Brazilian  Bioethanol  Science  and  Technology  Laboratory  Campinas,  São  Paulo  –  BRAZIL  

PASI  2011  –  Process  Modeling  and  OpQmizaQon  for  Energy  and  Sustainability  Angra  dos  Reis,  RJ,  Brazil  –  July  2011  

Concept  

Virtual  Sugarcane  Biorefinery  (VSB)  

Institutions NET

Basic  routes  to  be  designed  and  technically  assessed:  Route  1:  ethanol  (1st  genera.on),  sugar,  electricity;  Route  2:  ethanol  (2nd  genera.on)  –  hydrolysis;  Route  3:  liquid  fuels  –  synthesis  gas;  Route  4:  alcoholchemistry;  Route  5:  sugarchemistry;  Route  6:  lignocellulosechemistry;  Route  n:  other  routes.  

In  all  routes  sugarcane  agricultural  technologies  

are  included  

VSB  

1G  Ethanol,  sugar  and  electricity  producEon  from  sugarcane  

(annexed  disEllery)  

Biorefinery  today  

Biorefinery  of  the  future  

SimulaEon  

SimulaEon  and  parameters  of  the  first  generaEon  ethanol  producEon  (1G)  

SimulaEon  –  1G  flowsheet  

•  Autonomous  disEllery  •  Aspen  Plus  

•  Sugar  producEon  •  Aspen  Plus  

SimulaEon  –  1G  flowsheet  

SimulaEon  –  models  used  in  Aspen  Plus  

OperaEon   Model   Model  descripEon  

Stream  Spli@er   FSplit  Splits  one  or  more  streams  into  two  or  more  streams;  flow/ra.o  is  

provided  by  the  user  

Stream  Mixer   Mixer  Combines  two  or  more  streams,  calcula.ng  flow  and  composi.on  of  

outlet  stream  Pumps   Pump   Calculates  the  power  required  to  raise  the  pressure  of  a  stream  

Valves   Valve   Calculates  proper.es  of  the  outlet  stream  for  a  given  pressure  change  

Cleaner,  mills,  filters,  se@ler,  screens,  centrifuges,  etc  

Sep  Separates  the  feed  into  two  or  more  streams  according  with  the  

component  split  specified  by  the  user  Lime  making,  liming,  fermenta.on,  burner,  

pretreatment,  hydrolysis  RStoic  

Reactor  on  which  products  are  released  according  to  reac.on  stoichiometry  and  conversion  specified  by  the  user  

Hea.ng  and  cooling  opera.ons  

Heater   Models  the  heat  exchange  between  a  process  stream  and  a  u.lity  

Regenera.ve  hea.ng   HeatX   Models  the  heat  exchange  between  two  process  streams  

Flash  opera.ons,  evaporators   Flash2  Calculates  phase  separa.on  (liquid  and  vapor)  according  to  the  

opera.ng  condi.ons  specified  by  the  user  

Turbogenerators   Compr  Calculates  the  electricity  output  in  the  turbogenerator  and  the  

proper.es  of  the  outlet  stream,  for  given  pressure  change  and  efficiency  Dis.lla.on  and  absorp.on  

columns  RadFrac   Calculates  the  separa.on  according    to  vapor-­‐liquid  equilibrium  

SimulaEon    Basic  parameters  –  1G  

Parameters   Value  Plant  opera.on  -­‐  sugarcane  processed  (TC/h)   500                                                            -­‐  opera.on  (days/year)   167  Sugarcane  quality  -­‐  fibers  content  (%)   13                                                                    -­‐  TRS  content  (%)     14.5                                                                    -­‐  trash  produced  in  the  fields  (kg/TC)   140                                                                    -­‐  bagasse  moisture  (%)     50                                                                    -­‐  trash  moisture  (%)     15  Efficiencies  -­‐  extrac.on  of  sugars  in  the  mills(%)   96                                            -­‐  fermenta.on  (%)   90                                            -­‐  22/90  bar  boilers  (%)   75/87                                            -­‐  turbines  –  high/intermediate  pressure/condensa.on  (%)   72  /  81  /  70  Sugarcane  bagasse/trash  LHV  (wet  basis)  (MJ/kg)   7.5/15.1  Energy  demand  –  electricity  (mechanical/electric  drivers)  (kWh/TC)   12/30  Steam  –  process/molecular  sieves  –  pressure  (bar)   2.5  /  6                            –  demand  azeotropic  dis.lla.on/molecular  sieves  (kg/L  EtOH)   2.0  /  0.6  Anhydrous  ethanol  purity  (wt%)   99.6  VVHP  sugar  specifica.on:  purity/moisture  (%)   99.6/0.1  

Investment  

Plant  for  first  generaEon  ethanol,  sugar  and  electricity  producEon  

Technological  improvements  (opEmized  1G):  

  +  40  %  on  dis.lla.on  sector  (molecular  sieves)  

  +  40  %  on  cogenera.on  sector  (90  bar  boilers)  

  +  10%  on  dis.lla.on  sector  (heat  exchanger  network)  

Investment  fracEon  by  sector  :  

1G  Investment  data  provided  by  Dedini:  Autonomous  dis.llery:    Total  investment  R$  300  million  (US$  150  million;  US$75/TC  or  R$  150/TC)  

  2,000,000  TC/year    22  bar  boiler    Azeotropic  dis.lla.on  

Transmission  lines  –  electricity  credit  

  Costs  (R$/km):  R$  480,000/km  

   Length:  40  km  

  R$  19.2  million  for  transmission  lines  Process  step   FracEon  (%)  

Recep.on,  cleaning,  extrac.on   15  

Juice  treatment,  fermenta.on,  dis.lla.on  

17  

Produc.on  of  steam  and  electricity  

30  

Buildings,  laboratories,  etc   5  

Control  system,  etc   7  

Packing,  transporta.on   3  

Set  up,  etc   20  

Engineering,  services,  etc   3  

Item   FracEon  (%)  

Equipment   60  

Electro  mechanic  set  up   7  

Building   13  

Electric  fijngs   8  

Instrumenta.on/Automa.on   2  Engineering,  services,  insula.on  and  pain.ng  

10  

Total   100  

Process  step   FracEon(%)  

Produc.on  of  steam   20  

Recep.on  and  extrac.on   25  

Dis.lla.on   30  

Sugar  processing   0  

Produc.on  of  electricity   10  

Others   15  

Total   100  

1G  Investment  data  provided  by  UNICA  (Sousa  and  Macedo,  2010)  Autonomous  dis.llery:  US$  75/TC  (R$  150/TC)  

Source:  Elaborated  by  Markestrat  from  data  provided  by  Procknor  Engenharia  

Equipment  investment  fracEon  by  sector  :  Investment  fracEon  by  item  :  

Process  step  Dedini  Investment  

(mi  R$)  UNICA  Investment  

(mi  R$)  

Recep.on,  cleaning,  extrac.on   45   45  

Juice  treatment,  fermenta.on,  dis.lla.on   51   54  

Produc.on  of  steam  and  electricity   90   78  

Buildings,  laboratories,  etc   15   27  

Control  system,  etc   21   21  

Packing,  transporta.on   9   -­‐  

Set  up,  etc   60   60  

Engineering,  services,  etc   9   15  

Total   300   300  

US$  1  =  R$  2  

Comparison  –  Dedini  X  UNICA    For  a  dis.llery  processing  2  MTC/year  

Source:  Elaborated  by  Markestrat  from  data  provided  by  Procknor  Engenharia  

Item   FracEon  (%)  

Equipment   60  

Electro  mechanic  set  up   7  

Building   13  

Electric  fijngs   8  

Instrumenta.on/Automa.on   2  Engineering,  services,  insula.on  and  pain.ng  

10  

Total   100  

Process  Step   FracEon(%)  

Produc.on  of  steam   25  

Recep.on  and  extrac.on   20  

Dis.lla.on   15  

Sugar  processing   15  

Produc.on  of  electricity   10  

Others   15  

Total   100  

1G  Investment  data  provided  by  UNICA  (Sousa  and  Macedo,  2010)  Annexed  dis.llery:  US$  85/TC  (R$  170/TC)  

Equipment  investment  fracEon  by  sector  :  Investment  fracEon  by  item  :  

Source: Elaborated by Markestrat from data provided by Procknor Engenharia

1G  Investment  data  provided  by  UNICA  (Sousa  and  Macedo,  2010)  Annexed  dis.llery:  US$  85/TC  (R$  170/TC)  

Process  step  UNICA  Investment  

(mi  R$)  

Recep.on,  cleaning,  extrac.on     41  Juice  treatment,  fermenta.on,  dis.lla.on     31  Sugar  produc.on     31  Produc.on  of  steam  and  electricity     71  Others   31  Buildings   44  Control  system,  etc     6.8  Set  up,  etc     51  Engineering,  services,  etc     34  Total     340  

For  a  dis.llery  processing  2  MTC/year  

Results  Parameters  –  economic  analysis  

Parameter   Value  Sugarcane  cost  (R$/TC)a   38.81  Sugarcane  trash  cost  (R$/t)   30.00  Electricity  price  (R$/MWh)   141.00  Anhydrous  ethanol  price  (R$/L)  b   1.00  Hydrated  ethanol  price  (R$/L)  b   0.92  Sugar  price  (R$/kg)  b   0.69  

Costs  and  prices  adopted  in  the  simulaEon    

Parameter   Value  Project  life.me  (years)   25  Salvage  value  of  equipment   -­‐  Construc.on  and  start-­‐up  (years)   2  Linear  deprecia.on  (years)   10  Tax  rate  (%)   34  

Economic  analysis  parameters  

a  6  years  moving  average  of  sugarcane  prices  paid  to   the   producer   (Dec   2009   values)   in   São   Paulo  state   (SP),   from   July   2000   to   December   2009  (UDOP,  2009);    b   6   years   moving   average   of   ethanol   and   sugar  prices   paid   to   the   producer   (Dec   2009   values)   in  SP,   from   July   2000   to   December   2009   (CEPEA,  2009).  

ValidaEon  

Methodology  for  validaEon  of  the  data  used  in  the  simulaEon  

Data  type   ValidaEon  methodology  1G  process  data   Literature  /  Specialists  /  Industry  

1G  investment  data   Literature  /  Industry  

2G  process  data   Specialists  /  Literature  /  Laboratory  /  Pilot  /  Industry  

2G  investment  data   Literature  /  Industry  

SelecEon  of  technological  

level  

MeeEngs  to  define  cooperaEon  agreements  

Inventory    definiEon  and  correcEon    

Flowsheet  definiEon   Mass  &  Energy  

balances  Excel+Aspen  

SimulaEon  in  Aspen  Plus  

Comparison  of  results  

Adjustment  in  Aspen  simulaEon  

Aspen  recalculaEon  Final  evaluaEon  

DefiniEon:  Autonomous  X  Annexed  

Process  data  

SelecEon  of  industrial  plant  

EvaluaEon  report  

Case  study  1  

OpEmizaEon  of  annexed  and  autonomous  disElleries  

Parameter    “Basic”  plant   OpEmized  plant  

Boiler  pressure   22  bar   90  bar  

Des.na.on  of  surplus  bagasse   Sell   Burnt  

Surplus  electricity  sell   None   Sold  

Drivers   Mechanic   Electrified  

Use  of  50%  of  the  trash   No   Yes  

Scenarios:  

•      Autonomous  dis.llery  –  Basic  and  Op.mized  

•      Annexed  dis.llery  (50%  of  juice  for  sugar  produc.on)  –  Basic  and  Op.mized  

Parameter  Basic  

Annexed  OpEmized  Annexed  

Basic  Autonomous  

OpEmized  autonomous  

OpEmized  annexed  AE  

OpEmized  autonomous  

AE  

Hydrated  ethanol  produc.on  (L/TC)   54   54   87   87   0   0  

Anhydrous  ethanol  (AE)  (L/TC)   0   0   0   0   52   82  

Sugar  produc.on  (kg/TC)   51   51   0   0   51   0  

Surplus  electricity  (kWh/TC)   0   192   0   195   184   184  

Bagasse  sold  (kg/TC)   60   0   75   0   0   0  

Investment  (million  R$)   330   427   288   347   438   392  

13.5%  

16.6%  

13.4%  

18.4%  

16.6%   16.8%  

0.50  

0.55  

0.60  

0.65  

0.70  

12%  

14%  

16%  

18%  

20%  

Basic  Annexed   Op.mized  Annexed   Basic  Autonomous   Op.mized  Autonomous  

Prod

ucEon

 costs  (R

$/L)  

IRR  (per  year)  

IRR  -­‐  HE   IRR  -­‐  AE   HE  Cost   AE  Cost  

LCA  Comparison  between  

environmental  impacts  on  each  stage  (agriculture,  transport  and  

biorefinery)  for  the  basic  annexed  dis.llery  

Environmental  impacts  on  each  

scenario  –  industrial  stage,  hydrated  ethanol  

produc.on  

ADP:  abio.c  deple.on;  AP:  acidifica.on;  EP:  eutrophica.on;  GWP:  global  warming  poten.al;  ODP:  ozone  layer  deple.on;  HTP:  human  toxicity;  FWAET:  fresh  water  aqua.c  ecotoxicity  ;  MAET:  marine  aqua.c  ecotoxicity  ;  TET:  terrestrial  ecotoxicity  ;  POP:  photochemical  

oxida.on  poten.al  

Case  study  2  

Flexibility  in  the  annexed  disEllery  

Scenarios:    

E100  -­‐100%  of  sugarcane  juice  for  ethanol  producEon  (autonomous  disEllery)  

E70  -­‐    70%  of  sugarcane  juice  for  ethanol  producEon  (annexed  disEllery)  

E50  -­‐  50%  of  sugarcane  juice  for  ethanol  producEon    

E30  -­‐  30%  of  sugarcane  juice  for  ethanol  producEon    

E30,  70:70  -­‐  30%  of  sugarcane  juice  for  ethanol  producEon  in  the  flexible  plant  (70:70)  

E70,  70:70  -­‐  70%  of  sugarcane  juice  for  ethanol  producEon  in  the  flexible  plant  (70:70)  

Flex  70:70  –  flexible  plant  operaEng  for  maximum  revenues  (prices  from  past  10  years)  

1G  OpEmized  plant  (50%  of  trash  used  in  the  industry,  90  bar  boilers,  sell  of  surplus  electricity,  reduc.on  on  steam  consump.on,  molecular  sieves)  

16.8%  

16.0%  16.3%  

16.6%  16.9%  

17.4%  

15.5%  

16.6%  16.9%  

14%  

15%  

16%  

17%  

18%  

E100   E70   E60   E50   E40   E30   E70,  70:70  

E30,  70:70  

Flex  70:70  

IRR  (per  year)  

16%  

18%  

20%  

22%  

24%  

26%  

28%  

30%  

+100%  ethanol  

+80%  ethanol  

+60%  ethanol  

+40%  ethanol  

+20%  ethanol  

0   +20%  sugar  

+40%  sugar  

+60%  sugar  

+80%  sugar  

+100%  sugar  

IRR  (per  year)  

Increase  on  prices  

E50   Flex  70:70  

2G  SimulaEon  

SimulaEon  and  parameters  of  the  second  generaEon  ethanol  producEon  (2G)  

Block  flow  diagram  -­‐  Integrated  1st  and  2nd  generaEon  bioethanol  producEon  from  sugarcane  

SimulaEon  1G  2G  

•  Autonomous  disEllery  integrated  with  2G  •  Aspen  Plus  

SimulaEon  1G  2G  -­‐  convergence  

Calcula.on  of  Process  Demand  

(steam)  

Calcula.on  of  LM  available  for  

2G  

Calcula.on  of    energy  generated  

Itera&ve  calcula&ons  un&l  energy  generated  =  process  demand  

1G  Process  

Cogenera.on  

2G  Process  Concentra.on,  Fermenta.on  and  Purifica.on  

Sugars  

Unreacted  solids  

Surplus  bagasse,  trash  

Steam  

Bagasse  

Trash  

Ethanol  

SimulaEon    

Economic  parameters:  

Technical  parameters:   Basic  parameters  –  2G  

Parameter   Value  

Sugarcane  bagasse/trash  cellulose  content  (dry  basis)  (%)   40.7  

Sugarcane  bagasse/trash  hemicellulose  content  (dry  basis)  (%)   26.5  

Sugarcane  bagasse/trash  lignin  content  (dry  basis)  (%)   21.9  

Steam  explosion  -­‐  temperature  (°C)   190  

                                                             -­‐  reac.on  .me  (min)   15  

                                                             -­‐  hemicellulose  hydrolysis  (%)   70  

                                                               -­‐  cellulose  hydrolysis  (%)   2  

LHV  (dry  basis)  –  cellulose  (MJ/kg)   15.8  

                                                     –  hemicellulose  (MJ/kg)   16.25  

                                                     –  lignin  (MJ/kg)   25.45  

Pentoses  Biodiges.on    –    COD  removal  (%)   70  

Pentoses  fermenta.on  –  conversion  to  ethanol  (%)   80  

Investment  

Investment  on  the  second  generaEon  ethanol  producEon  

Investment  basis  for  2G  plant:  Projeto  Etanol  (CGEE,  2009)  

 Integrated  1G  and  2G  process  (12,000  TC/day)  

 2G  plant  includes:  bagasse  collec.on,  storage  area,  conveying,  cleaning,  classifica.on,  transporta.on,  pretreatment  and  hydrolysis  opera.ons  

 Hydrolysis  product  fermented    together  with  1G  juice  

 U.li.es  provided  by  the  1G  plant  

 Enzymes  in-­‐house  produc.on  not  considered  

 2G  investment  includes  addi.onal  investment  required  on  1G  concentra.on  and  

fermenta.on,  dis.lla.on  and  ethanol  storage  capacity  

 2G  investment  is  equal  to  the  overall  investment  required  to  build  the  2G  plant  (including  

equipment,  installa.on,  automa.on,  etc.)  

Investment  basis  for  biodigesEon  plant:  Dedini  vinasse  biodigesEon  plant  

Parameter   Value  

Ethanol  produc.on   1,000  m³/dia  

Vinasse  produc.on   12  L/L  etanol  

Vinasse  COD   20,000  mg/L  

Vinasse  BOD   13,000  mg/L  

COD  load  in  the  reactor   20,000  mg/L  

COD  flow   240,000  kg/dia  

Biogas  produced   76,000  Nm³/dia  

Biogas  LHW   5,500  kcal/Nm³  

Biogas  methane  content   63%  

Biogas  CO2  content   35%  

Biogas  H2S  content   2%  

Investment  in  the  “turn  key”  plant   R$  22,000,000.00  

Investment    -­‐  2G  plant:  

  Current  technology:  R$  124  million  –  268,350(1)  t  bagasse/year                                      (R$924/t  dry  bagasse)  

  Future  technology:  R$  133  million  –  462,451(1)  t  bagasse/year                    (R$575/t  dry  bagasse)    

  Pentoses  biodiges.on(2):  R$  22  million  for  processing  76,000  Nm³  biogas/day  

Enzyme  costs:    Current  technology  :  R$  0,20/L  cellulosic  ethanol  

  Future  technology  :  R$  0,08/L  cellulosic  ethanol  

Investment  calculaEon  –  as  a  func.on  of  equipment  capacity  (steam  flow,  bagasse  processed  on  hydrolysis,  biogas  produced,  etc):  

(1)  Bioetanol  combusvvel:  uma  oportunidade  para  o  Brasil,  CGEE,  2009  (2)  Dedini  –  turn  key  s.llage  biodiges.on  unit  

Comparison  between  different  2G  technologies  

Parameter   “Current”  hydrolysis   “Future”  hydrolysis  

Solids  content  (%)   10   15  

Hydrolysis  yield  (%)   60   70  

Reac.on  .me  (h)   72   48  

Pentoses  des.na.on   Biodiges.on  Biodiges.on  or  fermenta.on  

Case  study  3  

2nd  generaEon  bioethanol  producEon  process  (2G) – comparison  between  different  hydrolysis  technologies  

0  

1G  -­‐  Standard   Azeotropic  dis.lla.on   No  surplus  electricity  

1  

1G  -­‐  OpEmized  

 Trash  use   Surplus  electricity   Reduc.on  on  steam            consump.on  

2  

1G2G  Current  

Technology  

 60%  hydrolysis  yield   10%  solids,       Pentose  biodiges.on   High  investment  and              enzyme  costs  

Evaluated  Scenarios    

3  1G2G  Future  Technology   70%  hydrolysis  yield   15%  solids     Pentose  biodiges.on   Lower  investment  and  enzyme            costs  

                               4  1G2G  Future  Technology   Idem  3  

 Pentose  fermenta.on  to  ethanol  

Results  -­‐1G  2G  1.  1G  -­‐  standard        

2.  1G  -­‐  op.mized  

3.  1G  +  current  hydrolysis,  pentose  biodiges.on  

4.  1G  +  future  hydrolysis,  pentose  biodiges.on  

5.  1G  +  future  hydrolysis,  pentose  fermenta.on  

0  

50  

100  

150  

200  

0  20  40  60  80  100  120  140  

1   2   3   4   5   Surplus  electricity  (kWh/TC)  

Etha

nol  (L/TC)  

ProducEon  Ethanol   Electricity  

0  100  200  300  400  500  600  700  

1   2   3   4   5  

Investment  (mi  R$)  

10%  

12%  

14%  

16%  

18%  

1   2   3   4   5  

IRR  (per  year)  

0.50  

0.55  

0.60  

0.65  

0.70  

0.75  

1   2   3   4   5  

Ethanol  producEon  cost  (R$/L)  

Case  study  4  

2nd  generaEon  ethanol  producEon  process  –  comparison  between  integrated  1G2G  and  stand-­‐alone  2G  

Comparison  between  1G,  integrated  1G  +  2G  and  stand-­‐alone  2G  1G:    op.mized  with  electricity  maximiza.on  

1G2G:  integrated  process  with  future  hydrolysis  

technology  and  pentose  fermenta.on  

1G-­‐LM:  1G  unit  producing  surplus  Lignocellulosic  material  

2G:  stand-­‐alone  2G  with  future  hydrolysis  technology  and  pentose  fermenta.on  

0  

50  

100  

150  

200  

0  

50  

100  

150  

1G   1G2G   1G  -­‐  LM   2G   1G  +  2G   Surplus  electricity  (kWh/

TC)  

Etha

nol  (L/TC)  

ProducEon  Ethanol   Electricity  

10%  

12%  

14%  

16%  

18%  

300  

400  

500  

600  

700  

800  

1G   1G2G   1G  -­‐  LM   2G   1G  +  2G  

IRR  (per  year  

Investmen

t  (mi  R

$)  

Investment   IRR  

Case  study  5  

Sugarchemistry  route:  Butanol  producEon  integrated  with  a  1G  annexed  plant  

Butanol  producEon  in  an  ethanol/sugar  mill    (OpEmized  1G)    

Sugar-­‐cane  crushing  

Co-­‐generaEon  

Sugar  mill  

Ethanol  plant   Butanol  

plant  

Ethanol  disEllaEon  

Sugar-­‐  cane  

ACETONE  

BUTANOL  

ANHYDROUS  ETHANOL  

SUGAR  

Butanol  plant:          simulated  scenarios  

•  FermentaEon  with  a  convenEonal  microorganism  strain  

•  FermentaEon  with  a  mutant  microorganism  strain                (higher  yield  on  butanol)  

SUGARCANE  

500  TC/h  

SUGAR  

12.8  ton/h   ANHYDROUS  ETHANOL  

18.4  ton/h  

ELECTRIC  ENERGY  

169  kWh/TC  

ACETONE  

1.2  ton/h  

BUTANOL  

convenEonal   mutant  strain   strain  

Butanol  producEon  (ton/h)   3.3   5.3  

Butanol  producEon   16.4   26.1    (MML  /  crop  season)  

Plant  energy  requirements  (MJ/kg  butanol)   47.5   29.8  

vinasse  /  butanol    (m3/m3)   87   43  

Butanol  plant:          Economic  analysis  

Chemical  a   Fuel  b  

1   2   1   2  

IRR  (per  year)   15.8%   18.3%   13.3%   15.1%  

Return  on  investment  (years)   5.2     4.4     6.1     5.4    

Anhydrous  ethanol  producEon  costs  (R$/L)   0.64   0.58   0.69   0.66  

Butanol  producEon  costs  (R$/kg)   1.61   1.47   1.11   1.06  

Acetone  producEon  costs  (R$/kg)   1.04   0.95   0.11   0.11  

Sugar  producEon  costs  (R$/kg)   0.45   0.41   0.49   0.47  

Electricity  producEon  costs  (R$/MWh)   90.33   82.51   98.18   93.48  

a  current  price  for  butanol  and  acetone  (use  as  chemical)  

b  butanol  price  propor.onal  to  that  of  fuel  ethanol  currently  in  Brazil  (on  an  energy  basis);  acetone  price  drops  90%  for  the  fuel  case  study  

US$  1.00  =  R$  2.00  

VSB  Preliminary  Results  •  importance   of   integra.on   of   2nd   genera.on   ethanol   produc.on   to   1st   genera.on  

sugarcane  mills;  

•  iden.fica.on  and  quan.fica.on  of  the  main  technological  bo@lenecks  on  2nd  genera.on  

ethanol  produc.on;  

•  ethanol  (1st  and  2nd  genera.on)  produc.on  cost  is  reduced  using  current  2nd  genera.on  produc.on   technology   in   the   integrated   process,   although   profitability   is   decreased  

(lower  IRR);  

• maximizing  electricity  produc.on  in  the  biorefinery  using  technologies  available  today  is  

more  a@rac.ve  to  the  entrepreneur,  when  compared  with  the  integrated  2nd  genera.on  

ethanol  produc.on;  

•  it   is   possible   that   on   the  mid-­‐term   (5   to   10   years)   integrated   2nd   genera.on   ethanol  

produc.on  will  be  more  economically  a@rac.ve  than  bioelectricity  produc.on;  

• produc.on   of   high   aggregate   value   products   in   the   biorefinery   may   encourage   the  

adop.on  of  2nd  genera.on  ethanol  produc.on  technologies  in  sugarcane  mills;  

•  implementa.on  of  strategies  for  use  of  residues  on  energy  produc.on,  including  biogas  

produc.on   through   s.llage  biodiges.on   (previously   to   its   use   as   fer.lizer   in   the  field)  

and  the  use  of  2nd  genera.on  ethanol  produc.on  residues  as  fuel  in  boilers,  may  allow  

all   the   bagasse   and   trash   available   in   the   industry   to   be   used   as   feedstock   for   2nd  

genera.on  ethanol  produc.on;  

•  iden.fica.on  of    3   levels   for   the   increase  on  ethanol  produc.on  per   ton  of  sugarcane  when   integra.ng   2nd   genera.on   ethanol   produc.on   in   an   autonomous   dis.llery:   25%  

when   pentoses   are   not   converted   into   ethanol;   50%   when   pentose   conversion   is  

achieved  and  75%  when  all  the  vinasse  is  biodigested  and  the  biogas  is  used  for  energy  

produc.on  (along  with  2nd  genera.on  residues);  

VSB  Preliminary  Results  

•  the   agricultural   stage   has   a   strong   impact   on   both   environmental   and   economical  

impacts  of  ethanol  produc.on;  thus,  improvements  on  this  stage  may  lead  to  significant  

gains  for  the  process;  

• depending   on   the   way   the   environmental   impacts   are   allocated   for   electricity   or  

lignocellulosic  material,   environmental   gains   on   the   integrated   1st   and   2nd   genera.on  

ethanol  produc.on  may  exist;    

• A   mutant   microorganism   strain   has   significant   posi.ve   impacts   on   the   economics   of  

butanol   produc.on.   Investment   can   be  more   profitable   than   the   1G  op.mized     plant  

only  if  the  butanol  plant  runs  with  a  mutant  strain  and  the  fuel  market  is  the  target  (18.3  

%  IRR  against  16.6%).  However,  as  the  chemical  market   is  rela.vely  small,  butanol  and  

acetone  prices  can  be  depressed  if  many  plants  are  built.  

VSB  Preliminary  Results  

51  

THANK  YOU!  

(antonio.bonomi@bioetanol.org.br)  

     VSB  Team:    Adriano  P.  Mariano  

           Antonio  Bonomi  

           Carlos    E.V.  Rossell  

           Charles  D.F.  Jesus  

           Marcelo  P.  Cunha  

           Marina  O.S.  Dias  

           Otavio  Cavale@  

           Paulo  E.  Mantela@o  

           Rubens  Maciel  Filho  

           Tassia  L.  Junqueira  

           Terezinha  F.  Cardoso