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Grupo Energia/Projeto Grupo Energia/Projeto EtanolEtanol
Grupo Energia - Projeto Grupo Energia - Projeto Etanol (MCT/NIPE)Etanol (MCT/NIPE)
O Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol.
Transformações após o Protocolo de Kioto
Carlos Eduardo Vaz Rossell
Engenheiro Químico.Mestre e Doutor em Engenharia de Alimentos, UNICAMP.Grupo Energia-Projeto Etanol (MCT/NIPE)Caixa Postal 6192 - CEP 13084-971Campinas- SPFone (0xx19) 3512-1121
e-mail: [email protected]
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Protocolo de Kioto
Redução das emissões de gazes em 5% abaixo de 1990 até 2008-2012, pelos paises industrializados.•Redução das suas emissões em nível doméstico.•Redução através de "mecanismos flexíveis" (Comércio de Emissões, o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo e a Implementação Conjunta).
O Protocolo de Kioto não impõe novos compromissos para os países em desenvolvimento além daqueles estabelecidos na Convenção sobre o Clima das Nações Unidas de 1992.
•Oportunidade para o Setor Sucroalcooleiro se afirmar como produtor de etanol, energia e outros produtos a partir de matérias primas agrícolas de origem renovável, operando dentro de um ciclo verde.
•Seqüestro efetivo do CO2 (Macedo et all).
•Balanço entre energia utilizada na agroindústria e a produzida é netamente positivo (Macedo et all).
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
•Computando as emissões efetuadas no ciclo de produção de etanol a partir da cana de açúcar e as evitadas através do etanol carburante e o bagaço substitutivos de combustíveis de origem fóssil, chega-se a um seqüestro efetivo de CO2.
Emissões líquidas evitadas:
Na produção de AEAC: 0,221 Ton CO2 equiv./ TC
Na produção de AEHC: 0,147 Ton CO2 equiv./ TC
Etanol Anidro (AEAC) 2,6 a 2,7 Ton CO2 equiv./ m3 etanolEtanol hidratado (AEHC) 1,8 a 1,9 Ton CO2 equiv./ m3 etanol
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Seqüestro de dióxido de carbono (segundo Macedo et all)
Balanço energético (agricultura e industria)
Consumida ProduzidaAgricultura 201.80 Industria 49.40 Etanol produzido 1921.30
Bagaço excedente 168.70
Totais 251.20 2090.00 (7300 MJ estão
disponíveis na cana colhida)
Produção/Consumo 8.3
(MJoule/TC)
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
• Estágio atual: Usina com destilaria anexa para produção de açúcar e etanol com auto-suficiência energética.
• Próximo estagio: Produção máxima de etanol, geração de excedente de energia com aproveitamento máximo do bagaço e a palha de cana;
• Estagio futuro: Biorefinaria que produz, açúcar, etanol, energia e novos produtos a partir da cana
Expectativa de evolução
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
RECEPÇÃO/PREPARO EXTRAÇÃO
GERAÇÃO DEVAPOR e
ELETRICIDADEPROCESSO
ÁLCOOL
PROCESSOAÇÚCAR
AÇÚCAR
ÁLCOOL
VINHAÇA
MELAÇO
CANA
BAGAÇO
CALDO
PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL.
CALDO
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Composição da Cana de Açúcar após colheitaComposição da Cana de Açúcar após colheita
• Açúcar: 12-18%• Fibra: 12-14% (sem computar os resíduos de
colheita)• Cera 0,1-0,3%• Cinza: 2-3%
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Conversão da sacarose da cana da cana
Usina de açúcar•Açúcar: 120 kg/TC
•Ethanol do melaço: 7 l/TC
Açúcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)•Açúcar: 67 kg/TC•Etanol: 42 l/TC
Etanol (Destilaria Autônoma)•Etanol: 85 l/TC
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Lavoura de Cana
BagaçoCana
Torta
Açúcar
Vinhaça
Etanol
Unidade de Vapor e Eletricidade
FabricaçãoAçúcar
Fábrica de Etanol Unidade de
HidróliseAçúcares
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
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BAGAÇO INTEGRAL FIBRA MEDULA
CELULOSE % 46,6 47,7 41,2
HEMICELULOSE % 25,2 25,0 26,0
LIGNINA % 20,7 19,5 21,7
LIGNOCELULÓSICOS 45%SÓLIDOS INSOLÚVEIS 2-3%SÓLIDOS SOLÚVEIS 2-3%UMIDADE 50%
COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA
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Bagaço excedente
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS RESÍDUOS DA COLHEITA DE CANA (Palha)
CELULOSE 45,1%
HEMICELULOSE 25,6%LIGNINA 12,7%OUTRAS MATÉRIAS ORGÂNICAS 4,3%
CINZA 8,0%UMIDADE 9,7%
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Palha de cana
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Abolição da queima de cana
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
A HIDROLISE PODE SER FEITA EMPREGANDO DIVERSOS MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS
REQUERIMENTOS PARA AS MATERIAS PRIMAS BAIXO CUSTO
DISPONIBILIDADE
NO BRASIL A MATERIA PRIMA MAIS APROPRIADA É O BAGAÇO DE CANA
(FUTURAMENTE A PALHA)
NÃO REQUER PREPAROESTA DISPONIVEL EM GRANDES VOLUMES
ESTANDO DISPONIVEL NO LOCAL NÃO ENVOLE CUSTOS ADICIONAIS DE TRANSPORTE
SEU CUSTO É COMPARATIVAMENTE MENOR
COMPOSIÇÃO DO
BAGAÇO DE CANA HEMICELULOSE
CELULOSE
LIGNINA
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Kg Kg litroshidrolise fermentação
celulose 200 glicose 209 etanol 123hemicelulose 158
lignina 100 xiloseproteinas 17 arabinose 126 etanol 63
cinza 25agua 500 total 186
Potencial de conversão do Bagaço em etanol
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
PROCESSOS DE HIDRÓLISE
Hidrólise Química
Hidrólise Enzimática
Prétratamentos
Solventeorgânico
Ácidoconcentrado
Ácidodiluído
TECNOLOGIADHR
Processo DHR
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
• Processo para hidrólise de bagaço que combina pré-tratamento organosolv e hidrólise com ácidos diluídos;
• Características: dissolução total do bagaço, reação rápida num único reator a pressão de 20-25 Bar e 180-200 ºC;
• Estagio atual: testado em laboratório e bancada por vários anos, atualmente nos testes iniciais de uma unidade piloto que trata 1 tonelada de biomassa seca por hora para produção de 5000 litros por dia de etanol;
• No estagio atual o processo esta previsto para aproveitar unicamente as hexoses e operar anexo a destilaria, realizando a fermentação alcoólica num mosto formulado com caldo, xarope ou mel e o licor hidrolítico proveniente do DHR.
• Vantagens: licor hidrolítico comparativamente mais concentrado, alta taxa de conversão do celulósico, formação de inibidores controlada, flexibilidade para integração com tecnologia futuras (hidrólise enzimática)
PROCESSO - DHR
REATOR
TQ. PREPARO DE HIDROSSOLVENTE
COLUNA RECUP. DE ETANOL
FERMENTAÇÃO
BALÕES DE FLASH
CONDENSADORESETANOL
BAGAÇO
H2SO4
TANQUES LIGNINA
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INTEGRAÇÃO DHR
DESTILARIA DE ÁLCOOL OU USINA DE AÇÚCAR COM DESTILARIA ANEXA
(PROCESSO TRADICIONAL OTIMIZADO ENERGETICAMENTE)
DHR
ÁLCOOL
CANA
PALHA
EFLUENTE
BIOGÁS
PALHA ENERGIAVINHAÇA
ENERGIA EXCEDENTE
BAGAÇO + PALHA
HIDROLISADO
LIGNINA
ENERGIA
AÇÚCAR
BIODIGESTÃO CALDEIRA +TURBOGERADOR
ÁLCOOL
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
L Álc/t bag.
R$/L
110
120
130
140
150
160
170
180
100
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,45
0,40
Aperfeiçoamento da tecnologia
0,291
0,247
0,402
109
maio/021 US$=R$2,50
Custos versus Tecnologia
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Expectativas da Hidrólise
• Um aumento expressivo da produção do etanol sem aumentar a área de plantio
• A hidrólise de lignocelulósicos não têm atingido ainda viabilidade técnica e econômica;
• O sucesso para atingir um processo comercial está vinculado a melhorar: pré-tratamentos, otimizar a reação de hidrólise ácida ou enzimática.
• Desenvolver complexos enzimáticos eficientes e de baixo custo.
• Os processos devem ser rigorosos no que tange à agressão ao meio ambiente.
A Usina de açúcar com complexo Industrial para produção de novos produtos
• Matérias primas para produção de novos produtos : açúcar, álcool, xarope,melaço, bagaço, levedura seca, óleo de fusel, torta de filtro, dióxido de carbono, vinhoto;
• Energia térmica:vapor de baixa pressão para aquecimento(1,5-1,7 Kg/cm²) e alta pressão(20, 40, 60 Kg/cm²);
• Energia elétrica e mecânica proveniente de vapor de alta pressão (20, 40, 60 Kg/cm² );
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Sucroquímica (açúcar, xarope e melaço)
• Frutoligosacarídeos;• Polihidroxibutirato(PHB)• Ácido láctico e polilactinas;• Ácidos orgânicos: cítrico, glucónico, málico e
itacónico (outros ácidos);• Aminoácidos e MSG;• 1-3 propanodiol;• 2-3 butanodiol;• Xantana e Dextrana• Esteres de sacarose
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Produtos a partir de etanol (Alcoolquímica)Produtos a partir de etanol (Alcoolquímica)
• Rota fermentativa: Ácido acético• Rota Química:
– Rota do etileno: polímeros
– Rota do aldehído: ácido acético,acetatos
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Produtos a partir de bagaço(futuramente resíduos da colheita:pontas e folhas)
• Furfural,álcool furfurílico, resinas e derivados químicos a partir da rota do furfural
• xilose e xilitol• Hidrólise de bagaço para: hexoses fermenteciveis para
etanol, Sucroquímica, HMF e derivados• lignina e derivados de lignina• papelão e celulose de bagaço• aglomerados e MDF
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Dióxido de carbono
Dióxido de carbono de alta pureza e purificação final de baixo custo está disponível numa quantidade equivalente em peso ao volume de etanol produzido
• CO2 de alta pureza para sínteses químicasProdução de bicarbonatos e carbonatos
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A cera apresenta os seguintes níveis de concentração dependendo do tipo de solo, da idade da cana, do tipo de colheita (cana queimada ou crua), dentre outros:
•cera recuperável na torta está próxima de 0,1% da cana •entre 1,5 e 3,5 % na torta de filtro úmida;•entre 5 e 15 % na torta de filtro seca;
• Utiliza-se o processo de extração com solvente; • Na cera de cana-de-açúcar estão presentes fitosteróis e o policosanol (P.P.G), benéficos para a saúde.
Cera de Cana
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Vinhoto e torta de filtro: reciclados a lavoura para atender parte das necessidades de fertilizantes;
Consumo de água: reduzido a 3 m3/TC e numa meta futura a menos de 1 m3/TC;
Queima de cana : Cronograma de redução gradativa até eliminação da prática;
Pesticidas : substituídos por controle biológico de pragas;
Herbicidas: redução do emprego de químicos pela cobertura com colchão de palha
Redução do impactos negativos no meio ambiente
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
• Recirculação na fermentação: Biostil e outros (dificuldades operacionais)
• Concentração por membranas (custo elevado)• Concentração térmica (incrustações, consumo
energético elevado)• Biodigestão (baixa taxa de conversão, inibição
pelo sulfato)• Precipitação de sais (geração de resíduos sólidos)• Combustão do vinhoto concentrado (custo
elevado, fusão dos sais)
Rotas para tratamento do vinhoto
CONCLUSÕES• A agroindústria canavieira seqüestra CO2, contribuindo para
diminuir o aquecimento global.• O resultante entre a energia empregada na agroindústria e a
recuperada na produção de etanol e biomassa é positiva;• O setor vem a contribuir expressivamente com a oferta de
combustível líquido de origem renovável.• A otimização da utilização do bagaço como energético na
produção de etanol ira gerar excedentes de biomassa lignocelulósica com potencial para a produção de etanol e outros produtos.
• A recuperação dos resíduos da colheita ira a aumentar a disponibilidade de biomassa.
• Do aproveitamento da sacarose contida na cana e o bagaço como energético avança-se em direção a um aproveitamento integral da cana de açúcar.
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol. Transformações após o Protocolo de Kioto
•A hidrólise do bagaço torna-se uma meta estratégica para aumentar a oferta de etanol por hectare cultivado.
•Os processos hidrolíticos não têm atingido ainda viabilidade técnica e econômica, sendo necessário aperfeiçoar estes.
•Resíduos da Agroindústria irão constituir uma fonte importante de matérias primas para a Indústria química, por se tratarem de uma fonte de recursos renováveis de origem agrícola que não aumenta a emissão de CO2.
•O Setor que esta sendo impulsionado para altas taxas de crescimento da produção, devera continuar procurando práticas operacionais que evitem impactos ambientais negativos.
•Devera atender as metas previstas de abolição da queima de cana.
•Processos para redução do volume e tratamento do vinhoto geradodeveram ser implantados.