O PAPEL DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA NA EVOLUÇÃO DA CULTURA DA CANA NO BRASIL José Roberto Postali Parra Esalq/USP novembro de 2005

6 milhões de hectares com cana-de-açúcar BRASIL 6 milhões de hectares com cana-de-açúcar lidera o “ranking” mundial de produção e exportação do setor

Modernas plantas de usinas de açúcar e de destilarias de álcool BRASIL Modernas plantas de usinas de açúcar e de destilarias de álcool liderança mundial hoje e nas próximas décadas

POR QUE 1 2 3 este horizonte promissor ? Condições climáticas, disponibilidade de terra, produtividade dos canaviais e emprego de tecnologias de ponta nas lavouras e na indústria sucroalcooleira; Decisão da OMC (Organização Mundial do Comércio) de condenar a UE (União Européia) pelos subsídios concedidos à produção e à reexportação do açúcar; Aumento da demanda mundial por agroenergia, especialmente o álcool. 2 3 RODRIGUES (2005)

DEMANDA Açúcar Álcool dos próximos 10 anos aumento de 40 milhões de toneladas Álcool aumento de 80 bilhões de litros

BRASIL produção de cana-de-açúcar e marcos históricos PROÁLCOOL Exportações de álcool carburante Carros FLEX produção de cana-de-açúcar e marcos históricos Fim da regula-mentação no setor 1999 Início da desregulamentação do setor 440 383 350 PROÁLCOOL Carros a Álcool 303 263 149 91 (1.000.000 t) 1975 1980 1990 1995 2003 2004 2005 Fonte: UNICA – União da Indústria Canavieira do Estado de São Paulo

A competitividade do Brasil no mercado internacional de açúcar e álcool é devida, em grande parte, ao baixo custo de produção da cana-de-açúcar. O custo de produção da cana necessária para produzir um metro cúbico de álcool combustível é de aproximadamente US$80, representando aproximadamente 1/3 do custo de produção de milho e beterraba açucareira para produzir o mesmo volume de álcool.

PRODUÇÃO DE AÇÚCAR NO MUNDO 2004/2005 UE - 19,9 EUA - 7,8 (1.000.000 t) Cuba - 2,3 China - 10,6 Índia - 15,9 Tailândia - 6,8 Brasil - 27,0 Fonte: USDA

A COMPETITIVIDADE BRASILEIRA NO MERCADO DO AÇÚCAR Custo de Produção de Açúcar US$/t Brasil Estado de São Paulo Região Centro-Sul Região Norte- Nordeste 165 180 210 Mundo (média) Cana Beterraba 320 612 Maiores exportadores (média) Cana (Brasil inclusive) Beterraba HFCS (Hight Fructose Corn Syrup) 268 565 309 Fonte: UNICA/LMC International, in Carvalho, 2001.

Previsão 2005/2006: pelo menos 1.000.000 t a mais BRASIL Previsão 2005/2006: pelo menos 1.000.000 t a mais produção de açúcar 26,52 24,82 22,57 19,39 19,22 17,94 14,88 16,25 13,66 12,65 (1.000.000 t) 1995/1996 1996/1997 1997/1998 1998/1999 1999/2000 2000/2001 2001/2002 2002/2003 2003/2004 2004/2005 Fonte: UNICA

BRASIL exportação de açúcar 1996 5,42 1997 6,38 1998 8,37 1999 12,12 2000 6,51 2001 11,17 2002 13,37 2003 2004 12,91 15,76 (1.000.000 t) Fonte: SECEX – Secretaria de Comércio Internacional - BRASIL

MERCADO INTERNACIONAL DE AÇÚCAR 2004/05 BRASIL 36% Resto do mundo 53% UE 11% Exportação de açúcar/ produção de açúcar (%) Brasil 10 20 30 40 50 60 70 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 99/00 00/01 01/02 02/03 03/04 Fonte: UNICA

Previsão 2005/06: 17 milhões de m3 BRASIL produção de álcool Previsão 2005/06: 17 milhões de m3 15,28 15,4 14,37 14,72 13,87 13,02 12,59 12,62 11,54 10,59 1.000.000 m3 1995/1996 1996/1997 1997/1998 1998/1999 1999/2000 2000/2001 2001/2002 2002/2003 2003/2004 2004/2005 Fonte: UNICA

BRASIL exportação de etanol 1998 116.68 1999 407.22 2000 227.26 2001 345.67 2002 759.02 2003 2004 757.37 2.400.000 1.000.000 m3 Fonte: SECEX – Secretaria de Comércio Internacional - BRASIL

BRASIL produção de cana-de-açúcar (milhões de ton) CANA-DE-AÇÚCAR 400 350 300 250 (milhões de ton) CANA-DE-AÇÚCAR 200 150 100 50 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 DATAGRO: 2005

PRODUÇÃO DE ETANOL E AÇÚCAR ETANOL AÇÚCAR 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 ETANOL (milhões de M3) 5 15 20 25 30 AÇÚCAR (milhões de ton) DATAGRO: 2005

CAPACIDADE DE EXPANDIR a produção milhões de hectares Território nacional ~ 850,00 Total de área agricultável 320,00 Área cultivada – todas as culturas 60,40 com cana-de-açúcar 5,34 para álcool 2,66 Fonte: Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

PRODUÇÃO DE ETANOL Economia Emprego Ambiente 141 70.000 agricultores impacto no Brasil Economia Emprego Ambiente 141 bilhões de dólares com óleo importado e juros 70.000 agricultores 395 destilarias 1 milhão de pessoas 16 milhões de carros movidos com gasolina e 25% etanol 2,0 milhões com álcool hidratado 0,5 milhões flex-fuel

MERCADO POTENCIAL de álcool carburante Outros países também deverão adotar programas Austrália, México, Canadá e Colômbia

Todos esses 31 bilhões de litros poderiam ser supridos dobrando-se a área cultivada com cana no Brasil, com a tecnologia atual.

NOVAS PLANTAS INDUSTRIAIS (aproximadamente 50) novos projetos

AUMENTO DO USO DE ETANOL no mundo Produção de álcool no mundo - 36 bilhões de litros - 60% destinam-se ao uso de combustível - Brasil e Estados Unidos são os principais produtores e consumidores. O mercado mundial possui enorme capacidade de expansão em função de: Conscientização para o combate às substâncias responsáveis pelo efeito estufa e à poluição local que resultou em substituição do MTBE como aditivo da gasolina em regiões específicas (Ex: Califórnia); Diminuição das reservas de petróleo (aumento de preços); Incremento da atividade agrícola, que permite criação de emprego.

gerando ganhos em produtividade agrícola e industrial Ciência e Tecnologia gerando ganhos em produtividade agrícola e industrial

CANA-DE-AÇÚCAR ganhos em produtividade (Centro-Sul) 80 53 1977 2003 (em t/ hectare - média de cortes economicamente viáveis) 1977 53 2003 80 Fonte: Amorim e Lopes - 2005

CANA-DE-AÇÚCAR porcentagem de açúcar (Centro-Sul) 14% 9,5% 1977 2003 Fonte: Amorim e Lopes - 2005

AUMENTO DA PRODUTIVIDADE no campo Foi decorrente de diversos fatores, podendo-se citar: desenvolvimento de novas variedades de cana; controle de pragas (controle biológico) e doenças; um melhor manejo do solo; sistema de colheita adequado; uso de insumos modernos.

Programas de melhoramento genético (CTC e Fapesp) - GENOMA DA CANA Busca-se com os programas de melhoramentos genéticos atuais gerar variedades mais produtivas, sem aumentar o uso de insumos, de forma a reduzir os custos de produção. Estima-se que cada variedade nova deva representar um aumento de produtividade de 10 a 15% em relação à cultivar substituída. O objetivo é garantir a sustentabilidade do Brasil no comércio internacional de derivados da cana-de-açúcar. Programas de melhoramento genético (CTC e Fapesp) - GENOMA DA CANA Objetivo: identificar 50 mil genes da cana em busca de variedades mais produtivas e que assegurem maior rentabilidade.

Um dos grandes programas de controle biológico do mundo Diatraea saccharalis (broca-da-cana) Perdas de US$ 100 milhões/ano (São Paulo) Introdução e liberação de Cotesia flavipes em 1974 Perdas de US$ 20 milhões/ano (São Paulo) Produção em laboratórios de usinas Um dos grandes programas de controle biológico do mundo 300.000 ha/ano Dietas artificiais

Um dos grandes méritos do projeto é que aumentou a área plantada e que as variedades, hoje, são mais ricas em sacarose.

PROBLEMA RECENTE cana crua cigarrinha-da-raiz Metarhizium anisopliae (Mahanarva fimbriolata) cana crua Metarhizium anisopliae Nordeste - desde a década de 1970 contra Mahanarva posticata (cigarrinha-das-folhas) Sphenophorus levis Beauveria spp. M. anisopliae

RENDIMENTO INDUSTRIAL das fábricas brasileiras extração de açúcar da cana 95-98% 88% 1977 2003 Ganhos de até 17% no rendimento da fermentação no período. Fonte: Amorim e Lopes - 2005

EVOLUÇÃO DA FERMENTAÇÃO industrial Parâmetros 1977 2005 Rendimento da fermentação 75 - 80% 90 - 92% Rendimento da destilação 95% >99% Nível de bactérias no vinho 108-109/mL 105-106/mL Tempo de fermentação 18 - 22 h 6 - 10 h Recirculação de fermento ~70% >90% Teor de fermento no vinho 4-6% 8-17%

ESTOCAGEM DE CANA antes

ESTOCAGEM DE CANA hoje

IDENTIFICAÇÃO DE LEVEDURAS como era feita há 20 anos Morfologia das células e colônias; Características bioquímicas e fisiológicas; Classificação de espécies mas não de linhagens.

IDENTIFICAÇÃO DE LEVEDURAS como é feito hoje Cariotipagem: análise do DNA cromossômico das leveduras. Cada linhagem possui um padrão único de cromossomos (como um código de barras).

EFICIÊNCIA DAS LEVEDURAS selecionadas PARÂMETROS* LEVEDURAS PE-2 VR-1 CAT-1 PAN** RENDIMENTO (%) 91,0 90,5 91,2 88,1 GLICEROL (%) 3,38 3,20 3,54 4,70 TREALOSE (%) 9,5 10,6 10,3 6,0 VIABILIDADE FINAL (%) 94 95 97 61 * média de 6 ciclos fermentativos; ** levedura de panificação.

O uso de técnicas modernas na avaliação do desempenho da fermentação e da destilação quantificando o volume de álcool (avaliação do rendimento do álcool) pode ser citado como exemplo de iniciativa que visa redução de perdas. A automatização do processo, com equipamentos que controlam temperatura e pressão, ajudam na obtenção de resultados satisfatórios.

Síntese de ganhos nos setores agrícolas e industrial

ÁLCOOL ganhos em produtividade (Centro-Sul) 7.000 6.500 6.000 6.550 6.000 litros/ha 5.500 5.300 5.000 4.500 4.200 4.000 1980 1986/1988 2004 Fonte: UNICA

gerando subprodutos com valor econômico e ambiental Ciência e Tecnologia gerando subprodutos com valor econômico e ambiental

Aproveitamento de resíduos que passaram à categoria de valiosos insumos bagaço bagaço como combustível

ENERGIA proveniente de biomassa de cana-de-açúcar (MW) Eletricidade usada atualmente no processo de fabricação de açúcar e etanol Produção excedente atual vendida para o sistema elétrico Potencial de curto prazo – tecnologia atual Potencial de longo prazo. Novas tecnologias e aumento da produção de cana 1.500 620 6.000 a 8.000 15.000 a 22.000 Fonte: Aneel/Unica

GERAÇÃO DE ENERGIA através do bagaço Uma tonelada de cana gera cerca de 140 kg de bagaço, dos quais 90% são usados na produção de energia. A co-geração de energia utilizando bagaço coincide com o período de seca quando os reservatórios das usinas hidrelétricas estão em níveis baixos e, dessa forma, possui importante caráter complementar.

APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS que passaram à categoria de valiosos insumos Vinhaça e torta de filtro como fertilizantes Uma tonelada de cana moída gera aproximadamente 1.000 litros de vinhaça, produto que é valorizado como um fertilizante por causa de seu nível de potássio. A produção média de torta de filtro, produto rico em fósforo, é de 30 kg/t. Outros resíduos hoje aproveitados são: dextrana, xantan, sorbitol, glicerol, cera refinada de torta, antifúngicos, etc.

VINHAÇA E TORTA DE FILTRO Uma tonelada de cana moída gera proximadamente um metro cúbico de vinhaça (12 vezes o volume de álcool produzido em uma destilaria autônoma que é de 85 a 90 litros). No caso da fabricação do açúcar, o volume resultante é um pouco menor. “100 metros cúbicos de vinhaça por hectare fornece 125 quilograma de K2O que de outra forma seria comprado por US$ 75,00 para cada hectare. Entretanto, o volume de vinhaça que pode ser aplicado nas plantações varia de lugar para lugar; em regiões com água subterrânea próxima à superfície, por exemplo, muito menos vinhaça pode ser aplicada com segurança total (Zandbergen, 1993)”.

Plástico biodegradável – o PHB (polihidroxibutirato) é produzido pela bactéria Burkholderia sacchari (isolada em solo de plantação de cana) e sintetizado a partir do açúcar. Bagaço hidrolizado para alimentação animal, papéis, fármacos e produtos com grande número de aplicações na indústria química e farmacêutica (Ex: furfurol usado na síntese de compostos orgânicos).

No meio ambiente o plástico demora de seis meses a um ano para se decompor, transformando-se em gás carbônico, hidrogênio e água. (produzido a partir de açúcar e bagaço – 1 kg de plástico é produzido com 3kg de açúcar e 17,1 kg de bagaço).

Melaço pode gerar, além do álcool, a levedura, o mel, ácidos cítrico e lático e glutamato monossódico. A partir do etanol desenvolve-se a alcoolquímica – as várias alternativas de transformações incluem o polietileno, o estireno, cetona, acetoaldeído, o poliestireno, ácido acético, éster, acetona etc. Se destina à fabricação de fibras sintéticas, pinturas, vernizes, vasilhames, tubos, solventes, plastificantes etc.

BAGAÇO E PALHA na produção de álcool Prevê-se que uma mesma área de plantio de cana-de-açúcar deverá proporcionar daqui a alguns anos um aumento médio de 87% no rendimento industrial na produção do álcool (hidrólise rápida).

DHR Dedini Hidrólise Rápida Permite que o bagaço seja utilizado na fabricação do álcool e a palha na geração de energia. O DHR foi criado há 10 anos – uma planta semi-industrial está em funcionamento desde 2003 na Usina São Luiz pertencente ao Grupo Dedini em Pirassununga.

no gerenciamento da produção e comercialização Ciência e Tecnologia no gerenciamento da produção e comercialização

Ex: CANASAT - parceria INPE/UNICA/ESALQ. Sistema operacional de previsão e acompanhamento das safras canavieiras utilizando os recentes avanços das geotecnologias como imagens de sensoriamento remoto e Sistema de Informações Geográficas (GPS), entre outros. Ex: CANASAT - parceria INPE/UNICA/ESALQ.

Desenvolvimento de modelos matemáticos de otimização e programas computacionais para gerenciar as atividades de produção e escoamento dos produtos (logística). Controle de qualidade e criação de rede de laboratórios aptos a se inserirem no processo de avaliação de conformidade, visando evitar barreiras técnicas no âmbito do mercado internacional.

DESAFIOS O desafio é obter novos ganhos em produtividade no campo e na indústria para garantir a sustentabilidade brasileira no cenário internacional. Fim