Caminhos e possibilidades da biomassa no Brasil Prof. José Goldemberg 10 de junho de 2008 Salvador

USOS DO ETANOL COMO SUBSTITUTO DA GASOLINA Gasohol sob forma de 20 -25% etanol anidro 99.6 Gay-Lussac (GL) e 0,4% água (a mixture called gasohol) or Etanol puro sob a forma de etanol hidratada a 95.5 Gay-Lussac

Fluxograma do Processo de Produção de Açúcar e Etanol Evaporação Cristalização e Centrifugação Açúcar Preparo da cana Extração do caldo Tratamento do caldo Cana-de-açúcar Fermentação Destilação Etanol Bagaço Vapor Eletricidade Vinhaça

Programa Brasileiro do Álcool Segundo maior programa de uso comercial de etanol (18 bilhões de litros em 2007). Iniciado em 1975, pelo Governo Federal com o objetivo de reduzir importação de petróleo. Utilizado inicialmente para aumentar a octanagem da gasolina, em substituição ao MTBE. 1,3 milhões de carros utilizam etanol (hidratado) no Brasil. 2,6 milhões de veículos “flex-fuel” bicombustível (podem utilizar etanol e gasolina em qualquer proporção) toda gasolina tem de 20 a 26% em volume de etanol (anidro) A partir de 2004 o etanol é competitivo com a gasolina. Balanço energético altamente positivo (10:1) 3 bilhões de litros exportados em 2007. 4

Destilaria Padrão de Grande Porte Cana moída: 2 milhões de toneladas / ano Produção 200 milhões de litros de etanol / ano (1 milhão de litros por dia durante 6 meses – Abril a Novembro) Custo: US$ 150 milhões Área plantada 30.000 ha: em um raio de 10 km. EXPANSÃO 147 projetos 86 em execução (até 2015) 61 planejados DESTILARIAS (unidades) CANA MOIDA (milhões de toneladas) TAMANHO MÉDIO BRASIL 325 425 1,3 SÃO PAULO 148 264 (62% do total) 1,8 NORDESTE 74 53 0,7 6

Culturas de Cana-de-Açúcar Floresta Amazônica Cultura de cana-de-açúcar Pantanal Mata Atlântica

Chumbo: caiu de 1,4 ug/m3 em 1977 a menos de 0,10 ug/m3 em 1991. EFEITOS DO USO DO ETANOL NA QUALIDADE DO AR Concentração de poluentes na região metropolitana de São Paulo Chumbo: caiu de 1,4 ug/m3 em 1977 a menos de 0,10 ug/m3 em 1991. Enxofre: caiu de 50 ug/m3 em 1984 a 15 ug/m3 em 2003. Materia particulada: caiu de 90 ug/m3 em 1986 a 50 ug/m3 em 2003. 8

Energia contida na cana-de-açúcar

Balanço energético do etanol produzido a partir de diferentes matérias-primas Fração de Energia produzida / consumida Cana-de-açúcar Beterraba Palha de trigo Milho Madeira 10 Fontes: (Macedo et alii, 2004; UK DTI, 2003 and USDA, 1995)

Características da cogeração com bagaço Pressão das caldeiras Eletricidade produzida 1975 - 2000 22 bar 20 kwh/ton cana A partir de 2000 Até 80 bar 120 kwh/ton cana Presente 80 kwh/ton cana Futuro 300 kwh/ton cana

Potencial de cogeração do bagaço Safra 2015 /2016 Capacidade instalada (MW) Excedente para a rede 15.750 11.018 Nota: com caldeiras de 65 bars

A Competitividade Econômica entre Etanol e Gasolina 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 50000 100000 150000 200000 250000 300000 Produção acumulada (milhões de metros cúbicos) Preço pago aos produtores US$ / m3 (dólares de 2004) Etanol Preço da gasolina em Rotterdam Preço da gasolina no Brasil 2000 1990 1980 2005 2004 13

Comparação dos Custos de Produção de Etanol no Brasil, Estados Unidos e Alemanha   Custo em Euros / 1000 litros Estados Unidos (milho) Alemanha (trigo) (beterraba) Brasil (cana) Prédios 0,39 0,82 0,21 Equipamento 3,40 5,30 1,15 Mão-de-obra 2,83 1,40 0,52 Seguro, taxas e outros custos 0,61 1,02 0,48 Matéria-prima 20,93 27,75 35,10 9,80 Outros custos operacionais 11,31 18,68 15,93 2,32 Custo Total de Produção 39,47 54,97 59,57 14,48 Venda de sub-produtos 6,71 6,80 7,20 Subsídios do Governo 7,93 Custo Líquido de Produção 24,83 48,17 52,37

Produtividade da Produção de Etanol 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 + 3,77% por ano em 29 anos 5917 2024 Ano Litros por hectare

Produtividade de cana de açúcar e etanol (Rodrigues, Unicamp 2005). 16

Desempenho das Usinas de Açúcar (ATR/ha) ATR % cana Produtividade de cana-de-açúcar (t/ha)

Eficiência das destilarias brasileiras 19

Eficiência das usinas de etanol Usinas atuais 75% Usinas novas 81% Usinas no “estado da arte” 88% Estima-se que usinas no “estado de arte” custariam cerca de 20% mais do que as “novas”. Os principais ganhos possíveis podem ocorrer nas seguintes áreas: Fermentação: atual de 85% podendo subir para 92% Extração: atual de 97.5% podendo subir para 98.6% Destilação e desidratação: atual de 99% podendo subir para 99.7%

Empregos nos diversos setores industriais 220 145 98 91 70 44 11 50 100 150 200 250 Indústria Química/Petroquímica Metalurgia Bens de capital Indústria Automobilística Indústria leve Bens de consumo Etanol Milhares de dólares por emprego gerado

Empregos por fonte de energia

Composição do bagaço de cana-de-açúcar 23

Reação de Fermentação C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 AÇÚCAR ETANOL 24

Polímero da Celulose A celulose é encontrada em matérias-primas de biomassa na forma de lignocelulose (10.000 moléculas de glicose). A lignina fornece estrutura e mobilidade aos vegetais aproveitando a rigidez da celulose. A lignina é formada pela remoção da água das moléculas de açúcar para criar estruturas aromáticas. Existem diversos possíveis monômeros de lignina, suas características dependem da natureza da fonte. 25

Cana de açúcar (Brasil)b PROJEÇÕES ANUAIS DA DEMANDA DE ETANOL Tecnologia de 1ª geração Milho (US)a Cana de açúcar (Brasil)b União Européia[i] Area usada milhões/ha Litros (bilhões) Galões Area milhões/ha Litros (bilhões) Litros (bilhões) 2006 5.1c 18.6 4.9 2.9d 17.8 4.7 - 2012/13 36 9.5 2015 13 56.8 15 2020e 3.9 Tecnologia de 2ª geração US Brasil União Européia ? 2022 79.5 21 produtividade em 2006: 3,647 l/ha milho produtividade em 2006: 6,138 l/ha cana de açúcar 18% da área total de milho no mundo. 13% da área total de cana de açúcar no mundo; 47% da área de cana de açúcar no Brasil Produção atual da União Européia: 2 bilhões de litros/ano principalmente de beterraba

Área (milhões de hectares) O uso do solo no Brasil Área (milhões de hectares) % Soja 21 7 Milho 12 4 Cana de açúcar 5.4 2 Outras culturas 17 6 (total) 60 20 Pastagens 237 80 Agricultura + pastagens 297 100 Fonte: CTC, 2007

TECNOLOGIAS DE 2ª GERAÇÃO Gaseificação da biomassa que permite obter combustíveis adequados para a geração eficiente de energia elétrica e/ou a síntese de combustíveis líquidos (biorefinarias). Hidrolise ácida e hidrólise enzimática ou processo combinado ácido/enzimático Variedades geneticamente modificadas de cana de açúcar que poderiam aumentar significativamente sua produtividade

ALCOOLQUIMICA 1. Processos de síntese de intermediários, monômeros e polímeros a partir de matérias-primas renováveis, derivadas de açúcares, etanol, biomassa, glicerol e outros intermediários e subprodutos da cadeia produtiva dos biocombustíveis. 1.1 Desenvolvimento de rotas de obtenção de eteno, propeno, buteno-1, hexeno-1 e octeno-1 a partir de matérias-primas renováveis. 1.2 Desenvolvimento de rotas de obtenção de ácido propiônico, isopropanol, n-butanol por via fermentativa de alto rendimento a partir de açúcares. 1.3 Produção de ácido d-láctico, I-láctico e DI-láctico por fermentação de açúcares. 1.4 Desenvolvimento de rotas químicas e ou bioquímicas de transformação de glicerol ou do ácido láctico em n-propanol e/ou isopropanol. 1.5 Polimeração de lactídeo – homopolímeros e copolímeros. 1.6 Identificação de substancias obtidas a partir de matérias-primas renováveis que tenham potencial para uso como comonômeros da polimerização do ácido láctico. 1.7 Obtenção de óleo a partir da pirólise de materiais lignocelulósicos. 1.8 Produção de gás de síntese a partir da gaseificação de materiais lignocelulósicos ou do seu óleo de pirólise. 1.9 Produção de gás de síntese a partir da gaseificação de glicerol. 1.10 Produção de propanol a partir de gás de síntese. 1.11 Produção de biopolímeros em plantas, bactérias e em fungos. 1.12 Catalisadores e cinética da hidroformilação do eteno para produção de n-propanol. 1.13 Catalisadores e cinética da desidratação de alcoóis a olefinas.