Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar
BVC
Mateus F. Chagas
Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do BioetanolDivisão de Avaliação Integrada de Biorrefinarias
18 de novembro de 2015
Sessão 5 - Avaliação técnica, econômica e ambiental de biorrefinarias
1º Workshop sobre o Estado da Arte da Tecnologia de Produção de Etanol: de Olho na Segunda Geração
Divisão de Avaliação Integrada de BiorrefinariasBiorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar
Otimizar conceitos e processos presentes em uma biorrefinaria
Avaliar os aspectos da sustentabilidade (econômica, ambiental e social) de diferentes alternativas de biorrefinarias
Analisar o estágio de desenvolvimento de novas tecnologias
A Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC) foi desenvolvida para suprir a
necessidade de uma ferramenta de simulação que permitisse avaliar as novas
tecnologias e inovações na produção e processamento de biomassa.
Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC)
Integração de modelos
Simulação de processos
Modelos matemáticos
Ambiental
SocialEconômico
$
Impactos na Sustentabilidade
• Modelo de desenvolvimento próprio, baseado em
planilhas eletrônicas, integrado com as outras
ferramentas de simulação e avaliação da BVC.
• Cálculos do custo de produção e inventários para
a avaliação do ciclo de vida.
• Pode ser adaptado para avaliar outras biomassas
integradas à cadeia da cana, como milho, soja,
sorgo, cana energia...
Modelagem e simulação agrícola
Tamanho da usina
Dispersão das áreas de
cana
Produtividade
Tipo de plantio
Tipo de colheita
...
Inventário do ciclo de
vida
Resultados sociais
Bancos de dados
Tipo de maquinário
Eficiências de campo
Consumo de diesel
Mão de obra
Fatores de emissão
...
Operações
agrícolas
Sistema de
produção de cana
Cálculos
integrados
Definição do cenário
Investimento inicial
Vida útil
Potência
Peso
...
Maquinário
Implementos
Caminhões
Preços
Composição
...
Fertilizantes
Agroquímicos
Resíduos
industriais
Áreas de aplicação
Fatores de emissão
...
Uso de insumos
Custos de produção
Respostas
Modelagem e simulação agrícolaCanaSoft – Estrutura do modelo
Mecanização Palha Vinhaça Cana energia
Adubação verdeMecanização de Baixo
ImpactoIrrigação
Agricultura de precisão
Modelagem e simulação agrícolaCanaSoft – Exemplos de aplicação
• Simulação e avaliação técnica de diferentes rotas
tecnológicas para transformação da biomassa em
produtos.
• Foco na produção de etanol de 1ª e 2ª geração a partir
da cana-de-açúcar.
• Adaptado para incluir outras biomassas e outros
produtos.
• Uso de simuladores de processo, como o Aspen Plus,
SuperPro e EMSO.
Modelagem e simulação industrial
Destilaria
autônomaUsina anexa
Processo
integrado
1G2G
Processo 2G
independente
Uso de sorgo
na entressafra
Rota
sucroquímica
(butanol)
Aspen Plus® Inventários econômico,
social e ambiental
ü Dados de insumos e matéria
prima
ü Dados de produção (etanol,
eletricidade, açúcar, etc)
ü Dados de subprodutos e
resíduos
ü Dados de emissões
ü Dados para cálculo de
Investimento
ü Outras informações
Componentes
Preparo e extração do caldo
Tratamento do caldo e
concentração
Fermentação
.
.
.
Destilação e desidratação...
Dados de entrada
(usuário)
Fluxograma de
processo
Relatórios de saída
Cenários
avaliados
Etapas de processo (depende dos cenários)
Dados das correntes
de entrada
Dados de operação
dos equipamentos
Cogeração
.. .
Dados experimentais ou literatura
Simulação de processos industriais
Simulação de processos industriaisExemplos de aplicação
Etanol 1G / 2G1G - otimização
energética e água
Integração com outras biomassas
Biodigestão
Butanol PLACombustíveis de
aviaçãoQuímica verde
Modelagem e simulação da distribuição e uso
• Simulação e quantificação dos parâmetros mais importantes da logística de distribuição – transporte e comercialização – e uso de produtos de biorrefinaria.
• Foco nos sistemas de distribuição de combustíveis líquidos e no uso do etanol.
Transporte Comercialização Uso
Biorrefinaria Consumidorfinal
Log&UsoSoft
Uso de energia Toxicidade (humana)
Uso da terraPotencial de aquecimento global
Eutrofização
Impactos globais Impactos locais
Metodologias de avaliação da sustentabilidadeAvaliação Ambiental
Avaliação do Ciclo de Vida
Extração de recursos
Manufatura dos insumos
Transporte dos insumos
Produção da biomassa
Produção do biocombustível Uso final
Transporte Distribuição
Metodologias de avaliação da sustentabilidadeAvaliação Social
Métricas Sociais
Empregos gerados Perfil salarial
Perfil educacional
Perfil de gênero
Acidentes
ü Simulação de processos
ü Estimativas de uso de mão-de-obra
ü Matriz Insumo-Produto
ü Bases de dados setoriais
Metodologias de avaliação da sustentabilidadeOtimização e risco
Modelos de otimização Análise de Risco
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Pro
bab
ility
de
nsi
ty
Global Warming Potential (kg CO2 eq / MJ)
1G2G 1G
• Planejamento de experimentos
• Seleção de variáveis
• Construção de metamodelos(representação simplificada de modelos complexos)
• Intervalos para as variáveis de entrada
• Simulações de Monte-Carlo
• Curvas de probabilidade para as respostas
Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar
Resumo
ü Integração de toda a cadeia produtiva, i.e. etapas agrícola, transporte,
conversão industrial, uso dos produtos e disposição dos resíduos;
ü Plataformas integradas para avaliação da sustentabilidade: modelagem
de processos, análise de ciclo de vida, métricas sociais, OPEX, CAPEX,
avaliação da rentabilidade, etc;
ü Modelos de processos customizados e otimização multi-objetivo;
ü Incerteza e análise de risco.
Antonio Bonomi (coordenador) Alexandre Souza Antônio Djalma Jr. Bruna Moraes Bruno Klein Charles Jesus Diego Ordonez Edvaldo Moraes Elmer Rivera Isabelle Sampaio
José Bohórquez Lucas Pereira Luz Adriana Toro Marcelo Cunha (Unicamp) Marcelo Zaiat (USP) Marcos Watanabe Marina Dias (Unifesp) Mateus Chagas Moises Alves Mylene Ferreira
Otavio Cavalett Paulo Mantelatto Renato Neves Ricardo Silva Rubens Maciel (Unicamp) Tassia Junqueira Terezinha Cardoso Vera Gouvêia Victor Geraldo
Divisão de Avaliação Integrada de Biorrefinarias (CTBE)