Análise econômica, técnica e ambiental do processamento da vinhaça MSc. Manuel Moreno Ruiz Poveda Universidade de São Paulo Ribeirão Preto, Outubro 2015

O que é a vinhaça? Limpeza, preparação e Moagem ou Difusão Tratamento químico – nem sempre Filtração Evaporação Cozimento/ cristalização Centrifugação Secagem Fermentação Destilação Desidratação Torta de filtro Álcool hidratado Álcool anidro Vinhaça Açúcar Melaço Bagaço Cana Legenda Processo Matéria Prima Resíduo/co-produto Produto

O problema: Estimativa da produção nacional de vinhaça. Fonte de dados: ÚNICA, 2013.

Características da vinhaça GRANDE VARIABILIDADE Parâmetro Melaço Caldo Misto MEDIA TEMPERATURA 80-100ºC 90°C pH 4,2 – 5,0 3,7 – 4,6 4,4 – 4,6 4,3 DBO mg/l 25.000 6.000 – 16.500 19.100 11.000 DQO mg/l 65.000 15.000 – 33.000 45.000 31.000 Sólidos Totais mg/l 81.500 23.700 52.700 3 % Nitrogênio mg/l 450 – 1.600 150 – 700 480 – 710 350 Fósforo mg/l P2O5 100 – 290 10 – 210 9 – 200 32 Potássio mg/l K2O 3.740 – 7.830 1.200 – 2.100 3.340 – 4.600 2600 Cálcio mg/l CaO 450 – 5.180 130 – 1.540 1.330 – 4.570 900 Magnésio mg/l MgO 420 – 1.520 200 – 490 580 – 700 400 Sulfato mg/l SO4-2 6.400 600 – 760 3.700 – 3.730 2000 Matéria Orgânica mg/l 63.400 19.500 38.000 20.000 PRESENÇA de ANTIBIÓTICOS ATIVOS (TERMOESTÁVEIS) Fonte: Elia Neto & Nakahodo, 1995; Elia Neto e Zotelli, 2008, CETESB (1982), BRASMETANO (2011), OMNIS BIOTECHNOLOGY (2013) e USINA SÃO MARTINHO (2013).

Soluções passadas e legislação Portaria MINTER n° 323 de 29/11/1978: Proíbe o lançamento (direto ou indireto) da vinhaça nos mananciais superficiais. Obriga as destilarias a apresentar projetos para implantação de sistemas de tratamento e/ou utilização da vinhaça. http://www.cptnacional.org.br/

A solução atual: FERTIRRIGAÇÂO http://moscadoestabulo.blogspot.com.br 2012 http://irrigaservice.com/ 2012 http://www.jureia.com.br/ (2012) Fonte: ANA (2009).

Problemas ambientais da fertirrigação CONCENTRAÇÃO DE NUTRIENTES Destilaria AREA fertirrigada FONTE: SILVA , 2012

Problemas ambientais da fertirrigação LIXIVIAÇÃO DE NUTRIENTES ? Valor de Prevenção  Tendência das concentrações de nitrato no Aquífero Bauru, no período de 1998 a 2012. Fonte: CETESB (2013).

Problemas ambientais da fertirrigação EMISSÕES DE GEE CH4 http://cib.org.br/

Temperatura de Decomposição ºC Problemas ambientais da fertirrigação: CONSEQUÊNCIAS DA DISPERSÃO DE ANTIBIÓTICOS NO MEIO AMBIENTE Produto Classificação Temperatura de Decomposição ºC Kamoran® Termoestável 120 Kamoran WP® 110 Spectran 100E ® HJ Gold® AB 1030 Corstan ® Tipos de antibióticos utilizados na fabricação do etanol Fonte: Brasmetano Ind. Com. Ltda. (2011). Resistência a penicilina, virginiamicina e ampicilina. Lima, T. C. S. De, Grisi, B. M., & Bonato, M. C. M. (1999). Bacteria isolated from a sugarcane agroecosystem: their potential production of polyhydroxyalcanoates and resistance to antibiotics. Revista de Microbiologia, 30, 214–224.

CUSTO Norma CETESB P4.231 Proibição de áreas de sacrifício Impermeabilização de canais e lagoas Monitoramento do lençol freático Controle da dose de vinhaça através da concentração do potássio CUSTO

Custo da fertirrigação 2 Fonte: ELIA NETO et al. (2008).

Custo da fertirrigação Fonte: SILVA (2012).

Custo da fertirrigação R$ 4 - 8 / m³ de vinhaça 100.000 m³/ano de etanol 1.200.000 m³/ano de vinhaça R$ 6.000.000 / ano

1ª Alternativa: Concentração da vinhaça Viabilização na distribuição para áreas distantes (>30 km) Distribuição em terras descontínuas Adequação da distribuição de vinhaça à norma P4.231 Utilização econômica da vinhaça – fertilizante Reaproveitamento de água Fonte: Citrotec (2013)

Distribuição de vinhaça concentrada Fonte: Barganha (2010)

Custo da fertilização com vinhaça concentrada Fonte: G.SILVA (2012).

2ª Alternativa: BIODIGESTÃO ANAERÓBIA + ELETRICIDADE UASB. Reator anaeróbio de fluxo ascendente . Fonte: BIOPAQ (2012).

(antes da biodigestão) (depois da biodigestão) Vantagens BIOGÁS! Parâmetro Vinhaça (antes da biodigestão) (depois da biodigestão) pH 4,0 6,9 DQO (mg/l) 29.000 9.000 Nitrogênio total (mg/l) 550 600 Nitrogênio Amoniacal (mg/l) 40 220 Fósforo P2O5 (mg/l) 17 32 Sulfato (mg/l) 450 Potássio K2O (mg/l) 1400 Tabela 6. Características físico-químicas da vinhaça biodigerida – Usina São Martinho. Fonte: Cortez et. al. (1998).

Desvantagens e barreiras da biodigestão Não diminui o volume de vinhaça Não ajuda no cumprimento da norma P4.231 Os biodigestores tem que ser enormes (grande investimento inicial) Instabilidade do processo biológico Parada entressafra Diferente composição da vinhaça durante a safra e entre usinas Presença de antibióticos ativos

3ª Alternativa CONCENTRAÇÃO + INCINERAÇÃO

PURIFICAÇÃO + COMPRESÃO 4ª Alternativa BIODIGESTÃO + CONCENTRAÇÃO + USO VEICULAR DO BIOGÁS LAGOA USINA CANAL MOTOBOMBA CANAVIAL BIODIGESTOR PURIFICAÇÃO + COMPRESÃO CONCENTRADOR CAMINHÃO LIMPEZA Legenda de fluxos: - Vinhaça - Biogás - Agua condensada

RESULTADOS: Solo e Água Impacto 1. Concentração 2. Biodigestão 3. Incineração 4. Biodigestão + Concentração Menor salinização do solo e água Aumento da matéria orgânica no solo . Menor Alteração do pH do solo. Melhoria do Uso fertilizante. Fonte: Autor, 2014

RESULTADOS: Solo e Água Impacto 1. Concentração 2. Biodigestão + Eletricidade 3. Incineração + Eletricidade 4. Biodigestão + Concentração + Uso Veicular Menor Alteração da população microbiana. . Menor Compactação do solo Menor Movimento de terras Melhor Aproveitament o da água. Fonte: Autor, 2014

RESULTADOS: Emissões Fonte: Autor, 2014

RESULTADOS: Avaliação econômica Fonte: Autor, 2014

Conclusões Todas as alternativas melhoram o desempenho ambiental e a economia de energia. A opção que se mostra viável economicamente é o sistema de concentração => Mais implantação => Menor quantidade de água na vinhaça. As outras opções estão atualmente próximos da viabilidade econômica sendo necessário premiar monetariamente os serviços ambientais. A combinação da biodigestão com a concentração reúne o maior número de vantagens.

MSc. Manuel Moreno Ruiz Poveda Universidade de São Paulo MUITO OBRIGADO! MSc. Manuel Moreno Ruiz Poveda Universidade de São Paulo montemoreno@usp.br