AVALIACÃO TÉCNICO-

ECONÔMICA DA BIODIGESTÃO

ANAERÓBIA DE VINHAÇAS

MSc. Karina Ribeiro Salomon

NEST / IEM / UNIFEI

II GERA: Workshop de Gestão de Energia e Resíduos

na Agroindústria Sucroalcooleira

SUMÁRIO

1.Introdução

2. A Vinhaça

3. Biodigestão Anaeróbia

4. Custo do Biogás

5. Avaliação Técnica – Econômica

6. Análise de Sensibilidade

7. Avaliação Ambiental

8. Conclusão

9. Referências Bibliográficas

INTRODUÇÃO

• Processo de produção do álcool VINHAÇA

• Biodigestão Anaeróbia BIOGÁS

• Custo do biogás

• Aplicações

Objetivo: Determinar a viabilidade econômica da implantação

de diferentes projetos que utilizam biogás

proveniente da biodigestão da vinhaça em usinas sucroalcooleiras.

A VINHAÇA

NORMA CETESB – P.4231

Dose:

Considera teor de K, não ultrapassando 5% CTC do solo.

Quando limite for atingido – aplicação ficará restrita a reposição considerada

a extração como 185kg de K2O/ha/corte.

Processo

ExtraçãoPreparo

Fermentação

Alcoólica

Biodigestão

Anaeróbia

CANA CALDO

ALCOOL

FERTIRRIGAÇÃO

Doses aplicáveis de 100 a 300 m3/ha de

acordo com a concentração de K. Biogás

A VINHAÇA

Tabela 1: Características físico-químicas da vinhaça – Usina São Martinho.

Parâmetro Vinhaça

(antes da biodigestão)

Vinhaça

(depois da biodigestão)

pH 4,0 6,9

DQO (mg/l) 29.000 9.000

N total (mg/l) 550 600

N Amoniacal (mg/l) 40 220

Fósforo P2O5 (mg/l) 17 32

Sulfato (mg/l) 450 32

Potássio K2O ( mg/l) 1.400 1.400

Fonte: Cortez et al, 1998.

BIODIGESTÃO ANAERÓBIA

Aminoácidos, açúcares Ácidos graxos voláteis, álcoois

Ácidos Graxos de cadeia longa

Butirato, Propianato, etc.

Hidrogênio

Dióxido de Carbono

Acetato

Metanogênese

Hidrogenotrópica

Metanogênese

Acetoclastica

Metano

Dióxido de carbono

Hidrólise

Acidogênese

Acetogênese

Polímeros Complexos

(Matéria Orgânica)

Proteínas – Carboidratos – Ácidos Graxos

Redução

Sulfato Redução

Sulfato

Sulfito de Hidrogênio

Dióxido de carbono

Redução Sulfato

Condições:

pH

Temperatura

Nutrientes

Toxicidade

Impermeabilidade

TRH

Hidrólise

BIODIGESTÃO ANAERÓBIA

Benefícios:

Saneamento- Redução de DQO

Geração de Biogás – Metano

Efluente – Fertilizante (componentes valiosos N, P, K.)

CUSTO DO BIOGÁS

O custo do biogás pode ser calculado levando em

consideração os custos anualizados da planta de biodigestão,

a redução dos gastos com adubação mineral nitrogenada,

devido a fertirrigação utilizando o efluente da biodigestão e a

quantidade de biogás produzido.

Custo anual da planta de Biodigestão – Custo anual adubação nitrogenada

Custo do Biogás =

Quantidade de Biogás Gerado

R$0,014/kg

R$0,06/m3

CUSTO DO BIOGÁS

Adubação Nitrogenada

Guagnoni, 2003, apresentou um estudo de custos de aplicação

da vinhaça e outros adubos minerais por hectare.

Para o estudo em questão, o autor considerou uma quantidade 183 kg

de nitrato por hectare a um valor de R$ 122,51,

a uma distancia ideal para aplicação de vinhaça de 40km.(GUAGNONI, W.C ; NAKAO, S. H. ; RIBEIRO, M. S .

Investment decisions and environment in the sugar-alcohol sector.

In: Third International Conference of Iberoamerican

Academy of Management Proceedings,

São Paulo-Brasil, 2003)

Tempo de Operação do Biodigestor 180 dias/ano

Total de vinhaça gerada por ano 900.000 m3/ano

Total de vinhaça digerida a ser aplicada 900.000 m3/ano

Aplicação da vinhaça 150 m3/ha

Área de Aplicação da vinhaça 6.000 ha/ano

Parâmetros da Planta de Biodigestão

Item Valor Unidades

Produção diária de álcool 500 m3/dia

Vazão Diária de vinhaça 5.000 m3/dia

Produção diária de biogás 73.125 Nm3/dia

Produção anual de Biogás (Qb) 27.537.589,29 m3/ano

Composição do biogás

CH4 60 %

CO2 40 %

H2S >1 %

PCI 21.320 kJ/Nm3

Densidade do biogas 0,784 kg/N m3

PCI 27.193,9 kJ/kg

Fator de Conversão DQO - Biogás 0,45 m3 de biogás/kg DQOr

Consumo de potência elétrica 250 kW

Custo total anualizado 872.189,59 R$/ano

Avaliação Técnico-Econômica

Cenário I: Geração de energia elétrica com

Motor de Combustão Interna;

Cenário II: Geração de energia elétrica com Microturbinas a gás;

Cenário III: Geração de energia elétrica com o bagaço “substituído” a partir da queima conjunta com o biogás nas caldeiras;

Cenário IV: Venda do bagaço “substituído”.

Avaliação Técnico-Econômica

Premissas Adotadas

A Taxa Mínima de atratividade é de 15 % ao ano;

O horizonte estudado foi de 10 anos;

A taxa de juros foi de 9,25, ao ano, sendo a TJLP (taxa de juros de longoprazo – 6,85% a.a.) mais spread do BNDES (1,4% a.a.) mais spread derisco e do agente financeiro (1,0 % a.a.) (BNDES, 2007);

Tempo de vida útil dos equipamentos: 18 anos;

Horas efetiva de produção e geração com biogás 4.320 horas/ano;

Para fins comparativo o valor de venda de energia gerada com biogás deaterro sanitário foi fixado pelo PROINFA em R$ 169,08 / MWh (MME,mar/2004);

Custo de venda com certificados de emissões evitadas, pela metodologiaaprovada pelo órgão da “executive board” de MDL (Clean DevelopmentMechanism - CDM) da ONU (UNFCCC), para geração de energia elétrica apartir de bagaço de cana (Percorá, 2006). US$ 10/tCO2eq)

Total de CO2eq. Evitado (tCO2eq./ano) = Total de energia elétrica gerada (MWh/ano) x

Fator de Intensidade de carbono (tCO2eq/MWh)

Total de U$ (ou R$) em certificados = Total de CO2eq. Evitado (tCO2eq./ano) x

Valor de Certificado de emissões evitadas (CEE) (US$/tCO2eq)

Parâmetros para os cenários III e IV

1 tonelada de cana 0,150 ton de

bagaço

Lora et al, 1997

PCI bagaço com 50% de umidade 9,6 MJ/kg Lora et al, 1997

Energia gerada por tonelada de cana processada 100 kWh/tc Pellegrini, 2002

Consumo de bagaço na caldeira (sem uso biogás) 23,15 Kg/s calculado

Energia produzida somente pelo bagaço 44 MW calculado

Consumo diário de biogás 0,663 Kg/s calculado

Energia produzida somente pelo biogás 3,61 MW calculado

Sobra de bagaço 0,38 Kg/s calculado

Sobra de bagaço 5.846,34 ton/safra calculado

Total de energia elétrica gerada com a sobra do bagaço 3.118,05 MWh calculado

Valor normativo de venda da eletricidade a partir de bagaço 93,77 R$/MWh Proinfa, 2004

Custo do bagaço 35 R$/ton Fazenda 3J, 2006

Avaliação Técnico-Econômica

Resultados

Cenário I Cenário II Cenário III Cenário IV

Características dos sistemas

Potência (kW) 5.413 5.774 - -

Eficiência elétrica (%) 30 32 20 20

Consumo de combustível (kg/s) 0,464 0,464 0,663 0,663

Custo da energia elétrica gerada

(R$/MWh)

64,64 157,76 - -

Valor de venda de energia elétrica

(R$/MWh)

169,08 169,08 93,77 93,77

Custos de Investimento (R$/ano)

Sistema de Geração de eletricidade 812.859,65a 1.354.340b -

Sistema Limpeza dos gasesc 0 1.125,275 1.125,27 1.125,27

Custos inst.& eng.& outros 156.765,78 206.301,9 1.428,89d 1.428,89d

Sistema de interconexão elétrica 232.245,61 19.880,22 - -

Investimentos Anualizados 1.201.871,05 1.581.648

Brasmetano, 2007.;Tiangco, V., 2006.; USEPA, 1997b.; Custos de dutos de biogás até a caldeira, USEPA, 1997b.; Os

custos da planta de biodigestão estão inseridos no custo do biogás.; Depreciação (10% em 10 anos).

Avaliação Técnico-Econômica

Cenário I Cenário II Cenário III Cenário IV

Custos de O&M (R$/ano)

Sistema de Geração de eletricidade 200.000 2.218.752 - -

Sistemas de Limpeza dos gases 0 21.400 21.400 21.400

Custo com combustívele 95.235 97.912,46 136.049,58 136.049,58

Custos anuais O&M 295.234,71 2.338.064,46 157.449,58 157.449,58

Depreciação 388.888,89 647.944,44 219,95f 219,95f

Receitas Anuais

Venda de Energia Elétrica 3.953.999,20 4.879.124,64 4167,38 0

Venda de Bagaço 0 0 0 204.622,03

Venda de CEE 250.223,51 266.905,68 33.363,13 0

Total de Receitas Anuais 4.204.222,72 5.146.029,72 375.30,52 204.622,03

Avaliação econômica

TIR (Taxa Interna de Retorno) (%) 31,17 1,81 - 213

VPL (Valor Presente Líquido) (R$) 11.994.311,01 4.091.572,35 3.064.979,73 276.041,96

Tempo de Retorno (anos) 3,18 9,97 - 0

Avaliação Técnico-Econômica

Resultados

Cenário I: Viável

TMA – 15% -R$106,8/MWh – Redução de 26,83%

Cenário IV: Viável.

TMA de 15% - R$27,73/tonelada de bagaço. Redução 22,85%

Cenário III: Inviável.

TMA de 15% - 621MWh gerados. Acréscimo de 1.400%

Cenário II: Inviável.

TMA de 15% - R$217,80/MWh. Acréscimo de 28,81%

Analise de Sensibilidade

Cenário I

Analise de Sensibilidade do Cenário I

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

-50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50%

Variação (%)

TIR

(T

axa I

nte

rna d

e R

etorn

o)

Investimento Custo do Biogas Preço de Venda de EE Preço de Venda de CEE

TMA = 15%

Analise de Sensibilidade

Cenário II

Analise de Sensibilidade do Cenário II

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

-50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50%

Variação (%)

TIR

(T

ax

a I

nte

rn

a d

e R

eto

rn

o)

Investimento Custo do Biogas Preço de Venda de EE Preço de Venda de CEE

TMA = 15%

Avaliação Econômico-Financeira considerando

Financiamento

A Taxa Mínima de atratividade é de 15 % ao ano;

O horizonte estudado foi de 10 anos segundo o período de financiamento. Isto significa que o investidor deseja que a remuneração do projeto seja tal que, para a taxa de atratividade adotada, o valor presente líquido do fluxo de caixa seja zero no ano 10. Portanto no ano 10 o financiamento já foi amortizado e o capital próprio já retornou;

Porcentagem do capital financiado pelo BNDES de 70%; (BNDES, 2007)

Período total do financiamento 10 anos;

Período de carência de 1 ano, pois o projeto opera apenas 6 meses/ano. Assim a carência real acaba sendo de um ano pois o BNDES considera que a planta deve estar produzindo para iniciar o pagamento do financiamento;

A taxa de juros foi de 9,25, ao ano, sendo a TJLP (taxa de juros de longo prazo – 6,85% a.a.) mais spread do BNDES (1,4% a.a.) mais spread de risco e do agente financeiro (1,0 % a.a.) (BNDES, 2007);

A taxa de Imposto de Renda adotada foi de 25% ao ano. (CTC, 2004);

Sistema de Amortização Constante – SAC (BNDES, 2007);

Tempo de vida útil dos equipamentos: 18 anos;

Horas efetiva de produção e geração com biogás 4.320 horas/ano;

A depreciação é linear ao longo da vida (10%);

O valor residual não foi considerado, pois a análise econômica não avalia o fluxo de caixa até o final da vida útil dos equipamentos;

Para fins comparativos o valor de venda de energia gerada com biogás de aterro sanitário foi fixado pelo PROINFA em R$ 169,08 / MWh (MME, mar/2004);

Custo de venda com certificados de emissões evitadas, pela metodologia aprovada pelo órgão da “executive board” de MDL (Clean Development Mechanism - CDM) da ONU (UNFCCC), para geração de energia elétrica a partir de bagaço de cana, R$231.120,00 por ano (Percorá, 2006).

Avaliação Econômico-Financeira considerando Financiamento

Resultados

• Cenário I: apresentaviabilidade econômicaconsiderando o valor de vendada energia elétricahomologado pelo PROINFA,Programa de Incentivos asFontes Alternativas. Osresultados da analiseeconômico-financeiro foramfavoráveis a este projetoalcançando um valor de TIRde 74,75%, o VPL de R$7.557.691,10 e um tempo deretorno do investimento de 4anos.

• Cenário II: o valor de venda deeletricidade que atingiu aviabilidade econômica doprojeto foi de R$ 191,45R$/MWh. Ficando 13,23%acima do valor do cenárioanterior. Com este valor devenda de eletricidade a TIR seigualou ao valor da TMA de15% e um tempo de retorno doinvestimento deaproximadamente 11 anos.

155,00

160,00

165,00

170,00

175,00

180,00

185,00

190,00

195,00

MCI MT

Va

lor

de

ven

da

de

elet

rici

da

de

R$/MWh

PROINFA

169,08

R$/MWh

Comparação entre os valores de venda de energia elétrica nos

cenários I e II.

Avaliação Ambiental – Fatores de Emissões

Fatores de Emissão

0,0006

0,54

0,069

0,031

0,273

0,079

0,036

0,0772

0,0009

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

0,550

MT MCI caldeiras a biomassa caldeiras a biogas

Fato

res d

e E

mis

são

(kg

/GJ)

NOx CO CO2

83.6 83.6102

102

Conclusão A geração de biogás e consequentemente de energia proveniente da

biodigestão da vinhaça são apresentadas como alternativa de tratamentoda vinhaça. Além de trazer benefícios como à utilização de uma fontealternativa de energia, valorização do resíduo e redução de gases deefeito estufa.

A opção mais interessante do ponto de vista econômico para autilização do biogás de vinhaça na geração de energia elétrica, seria avenda da sobra do bagaço obtido da queima conjunta do biogás e bagaçonas caldeiras já existentes.

A utilização do biogás em motores de combustão interna visando ageração de energia elétrica também apresenta viabilidade econômica,tornando-se uma opção também interessante.

Como foi apresentado no cenário II a utilização de microturbinas,possui um custo mais elevado, apresentando um resultado da analiseeconômica desfavorável, mas apresenta vantagens ambientaisrelacionadas às menores emissões de poluentes. Uma microturbina emitevalores menores do que 9 ppm de NOx, garantido pelo fabricante.

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