Perspectivas para novos produtos da cana de açúcar Seminário de Bioeletricidade “A segunda revolução energética da cana de açúcar” INEE, Rio de Janeiro, 24-25/11/2005 Perspectivas para novos produtos da cana de açúcar Isaias C Macedo NIPE / UNICAMP

Tecnologias e reduções de custo Próximos anos: implementação de tecnologias comerciais (expansão do uso) Tecnologias novas (agricultura de precisão, processos de separação, processos integrados para CCT, automação industrial) Sub-produtos: energia excedente (já iniciado); etanol de bagaço e palha Produtos derivados da sacarose (nesta década) Perspectivas a médio – longo prazo de modificações genéticas da cana de açúcar

Diversificação: energia Geração elétrica (a US$ 40. / MWh) Ciclos a vapor convencionais Somente bagaço + 16% faturamento Bagaço + 25% palha + 23% Bagaço + 50% palha + 30% Ciclo com gasificação + 55% Palha para a produção de etanol (a US$ 200. / m3) SSF, celulose + hemicelulose 25% palha + 17% 50% palha + 34% Considerações: Tecnologias; Investimentos; Modularização I Macedo, “As fontes de energia para G D”, Seminário sobre Geração Distribuida, INEE, Rio, 2004

Diversificação: usos da sacarose Os custos da sacarose atingidos são muito competitivos, mesmo contra glucose de cereais Alguns produtos (L-lisina; MSG; extratos simples de leveduras; ácido cítrico; sorbitol) são produzidos comercialmente no Brasil. Em fase pré-comercial: PHB. Possibilidades para produtos de “escala maior” (~1 M t/ano) ou menor (10 – 50k t/ano) estão em avaliação para plantas anexas a usinas. Alcoolquímica: re-avaliação; etileno e derivados

Observações Há um grande potencial para maior competitividade. Tecnologia deve continuar a ter um papel importante. A expansão do uso de tecnologias comerciais usará a forte base de variedades, maior mecanização, otimização dos transportes e melhores técnicas de gerenciamento da produção. Variedades transgênicas e uso de imagens de satélites no planejamento e controle da produção deverão ser usadas em alguns anos. Ganhos a curto prazo ocorrerão com a melhoria de processos convencionais, mas também com sub-produtos; energia é uma área promissora. Finalmente, diversificação dos usos da sacarose poderá tornar-se importante nos próximos anos.

Outros produtos: material celulósico Cana de açúcar, Brasil, 2005: 60 M t sacarose; 120 M t material celulósico. Com 30% excedentes de bag + 50% palha = 48M t celulósico “livre”, com custo muito baixo (~1 $/GJ, palha) Mundo: biomassa para energia (GHG): (resíduos, plantações energéticas) considera hoje 3 - 2 €/GJ e espera 1.5 €/GJ , futuro Processos: além de combustão, pirólise, co-firing: Celulose → hidrólise (açúcares, etanol: comercial ~ 2010 a 2020) Celulose → gasificação (energia elétrica ou combustíveis de síntese: etanol, DME, gasolina, diesel; 2015 a 2025) Ambos: precisam de tecnologias + eficientes e biomassa + barata.

Gasificação Estágio de desenvolvimento; 10 – 100 MW(t); de pequenos motores automotivos até turbinas a gás em CC; e síntese de combustíveis. Muitas tecnologias em desenvolvimento com centenas de experimentos nos últimos 40 anos. Dois ítens importantes são: a geração de potência com processos BIG-CC; e recentemente a síntese de biocombustíveis. Todas precisam de redução de custos significativa para competir com óleo a $30./bbl, ou energia elétrica “convencional”. P&D: alimentação da biomassa; gasificação (gás de PC médio, com gasificação usando ar); limpeza do gás; turbinas para gás de baixo PC; reatores de síntese em fase líquida para DME, por exemplo.

Hidrólise: etanol e “bio-refinarias” Açúcares (e etanol) de materiais ligno-celulósicos Intensa P&D e testes em escala piloto (e já semi-comercial) para reduzir custos; abriria uma grande oportunidade para aplicações no mundo todo. Futuros pré-tratamentos seriam físicos (explosão com vapor; água quente pressurizada) e os processos de hidrólise/fermentação seriam parcialmente acoplados, com o uso dos açúcares de 5 e 6 C. A tecnologia atual pode recuperar 35% da energia da biomassa; os processos “futuros” poderiam atingir 52% (com custos menores) Os custos são fortemente dependentes do custo da biomassa e do investimento (~75 - 80%) P&D: Demonstração de processos físicos de pré-tratamento; alimentação da biomassa; microorganismos e enzimas para os processos CBP, e mesmo para os mais simples. As técnicas “futuristas”.

Diversificação: usos da sacarose (ou de açúcares da hidrólise) Os custos da sacarose atingidos no Brasil são muito competitivos, mesmo contra glucose de cereais. Os derivados de hidrólise (5C ou 6C) ainda são muito mais caros, mas com tendência de custo declinante. Alguns produtos (L-lisina; MSG; extratos simples de leveduras; ácido cítrico; sorbitol) são produzidos comercialmente no Brasil. Em fase pré-comercial: PHB. Possibilidades para produtos de “escala maior” (~1 M t/ano) ou menor (10 – 50k t/ano) estão em avaliação para plantas anexas a usinas. Alcoolquímica: re-avaliação; etileno e derivados. Nos anos 80-90 mais de 30 produtos usaram até 0,5 M m3 etanol / ano; em 1993 a capacidade instalada para 14 produtos era superior a 100000 t / ano.

Produtos derivados de açúcares No mundo eles têm crescido nos últimos dez anos; alguns atingem produção de 1 M t / ano. 23% do mercado global de adoçantes (2002): frutose, glucose, polióis. Ácidos orgânicos (cítrico, gluconico, lático, ascórbico): 0.7 M t / ano (1998) Amino-ácidos (MSG, lisina, treonina): ~1.5 M t / ano Polióis: 1.4 M t / ano (48% sorbitol, 2001); glicerol (de todas as fontes) atingindo 0.8 M t / ano (2000). Enzimas: volumes pequenos, alto valor agregado; de todas as fontes, US$ 1.5 bilhão / ano, dobrando até 2008. Plásticos: promessas: PLA, PHAs, 3-GT; 10 M t / ano (plásticos de petróleo), somente para embalagem.

Análise para seleção de produtos Disponibilidade do processo; proteção industrial existente; aquisição de licença, desenvolvimento Qualidade do açúcar requerido (caldo, HTM, refinado ou bruto) Necessidade de operação anual (capital) Natureza do processo (custos) Escala de produção e facilidade de associação (anexa) com a usina de açúcar Viabilidade econômica: o mercado de exportação (quase sempre necessário); a taxa de câmbio Esquema de comercialização

Para produtos da sacarose no Brasil, em muitos casos temos: Matérias primas e sistemas auxiliares relativamente baratos (açúcar, energia, tratamento / disposição de efluentes). Uma usina “média”, usando 1/3 de sua cana, poderia “anexar” produtos usando até 70000. t sacarose : ano; neste nível, é possível obter auto-suficiência energética, e em muitos casos o uso dos sistemas de tratamento / disposição de resíduos da usina. Tecnologias são disponíveis (embora nem sempre as “melhores”) para licenciar, comprar, etc. A comercialização é a parte mais difícil, para uma usina. Associações e parcerias são em alguns casos necessárias, principalmente se consideramos exportação.

Observações Nos próximos anos o uso eficiente da biomassa da cana poderá aumentar muito os produtos e a renda do setor. Algumas tecnologias em fase final de desenvolvimento no mundo são importantes para isto: a hidrólise de ligno-celulósicos (e diversas fermentações), e a gasificação (para energia elétrica ou síntese de combustíveis). A cana de açúcar aparece como um insumo muito interessante para estas “bio-refinarias” do futuro, pelo baixo custo e por já conter um terço da biomassa como sacarose.