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Apresentação do CTBE

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Apresentação de Marco Aurélio P. Lima realizada no "Workshop sobre Procedimentos que Regem o Relacionamento do CTBE com a Indústria"

Data: 1 de junho de 2010
Local: CTBE, Campinas, Brasil
Website do evento: http://www.bioetanol.org.br/workshop6

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  1. 1. Substituir 10% da gasolina mundial por etanol brasileiro em 2025Projeto Etanol (Unicamp e CGEE/MCT)Produzir 250 bilhões de litros anuais de etanolsignifica ao Brasil:-  Mais de 9 milhões de novos empregos (diretos, indiretos e induzidos).-  Aumento de 13% no PIB atual do país.-  Criação de 1000 novas destilarias.Estratégia: Criar um laboratório nacional atuante noaprofundamento científico do ciclo do bioetanol, capazde enfrentar os gargalos tecnológicos.
  2. 2. Um Laboratório Nacional sobre bioetanol Realizar pesquisa, Disponibilizar Produzir tecnologia desenvolvimento e Infraestrutura a e informações promover a inovação grupos externos estratégicas para a indústriaNúmeros:. Investimento Federal: R$ 69 milhões. Área Construída: 8.722,28 m2. Equipe de Pesquisa até 2013 (biólogos, físicos, químicos e engenheiros): 170 profissionais
  3. 3. Localização que Estimula a Produção Cientifica O CTBE integra o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), do MCT (30 mil m2 de área construída) juntamente com outros dois importantes Laboratórios Nacionais. Laboratório Nacional de Laboratório Nacional Luz Síncrotron de Biociências Único Lab. da América Latina que Realiza estudos e análises diversas possui uma fonte de luz síncrotron. na área de biociências.-  Catalisadores para alcoolquímica - Bioinformática-  Microscopia aplicada à biologia celular - Caracterização de macromoléculas-  Análise de estruturas de macromoléculas - Genômica, proteômica e metabolômica da cana-  Revestimentos de reatores industriais
  4. 4. Programas de Pesquisa Ciência Industrial: Sustentabilidade Básica Planta Piloto Bioetanol Agrícola: Mec. Baixo Impacto p/ Plantio Direto Biorrefinaria Virtual de CanaGestão de Negócios
  5. 5. Programa Industrial Diretor Industrial: Carlos Eduardo Vaz Rossell. Desenvolvimento de tecnologias de etanol celulósico (aumento estimadode 40% na produção de etanol).. Complexo de desenvolvimento tecnológico aberto a grupos externos.. Ampliação na escala dos experimentos (indústria).. Aprofundamento científico dos gargalos tecnológicos do setor produtivo.
  6. 6. Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (em construção) 26 de Abril, 2010 9 de Abril, 2010 Fevereiro, 2010 Novembro, 2009 NovembroProgramas de Pesquisa
  7. 7. Hidrólise Enzimática do Bagaço⏏
  8. 8. Conversão do Bagaço a EtanolEtapas Críticas- Tratamento físicoquímico do bagaço;- Um complexo enzimático (hidrolases) paraconversão do material celulósico em açúcaresfermentescíveis;- Desenvolvimento da sacarificação enzimática- Microorganismos para fermentação das pentosesa etanol.⏏
  9. 9. Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP)Layout ⏏
  10. 10. Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP)Vista Frontal ⏏
  11. 11. Justificativas para a PPDP - Os processos envolvidos na hidrólise são extremamente complexos; - A pesquisa no Brasil é realizada apenas em escala laboratorial por falta de recursos, sendo necessário dispor de facilidades que reproduzam a escala industrial; - A maioria dos processos envolvem um sistema heterogêneo com fases sólido e fluido, aumentando a complexidade e dificultando o escalonamento; - Uma análise técnica e econômica somente poderá ser feita após colheita de dados de balanços (massa e energia) e parâmetros de processo obtidos em escala piloto.⏏
  12. 12. Objetivos da PPDP - Desenvolver a conversão de bagaço a bioetanol; - Escalonar processos físicos, químicos e biológicos relacionados à hidrólise; - Validar resultados experimentais de laboratório; - Obtenção de dados precisos de balanços de massa e energia e parâmetros cinéticos da hidrólise; - Otimização dos processos; - Obtenção de dados para especificação de materiais de construção; -  Obtenção de dados para o projeto conceitual de unidade industriais.⏏
  13. 13. Projeto Conceitual  Unidade multipropósito;  Alto grau de flexibilidade. Dividida em módulos independentes que permitem combinar diversos arranjos de processos físicos, químicos e biológicos;  Escala compatível com a instalação e operação num centro de Pesquisa e que permita reproduzir com fidelidade condições de operação em escala industrial.;  Apta para incorporar novos processos e ou a reformulação e melhoramento dos existentes;  Alto nível de instrumentação, automação, aquisição e transferência de dados.⏏
  14. 14. Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP) Bagaço/ Palha PPDP 2PPDP 1 PrétratamentoPrétratamento físico físicoquímico PPDP 4 PPDP 6 Hidrólise enzimática Ferment. a etanol PPDP 3-Biosíntese de hidrolases PPDP 5 Separação e Purificação Lignina Xilose Bioetanol ⏏
  15. 15. Unidades da PPDP⏏
  16. 16. Modelo de Atuação Grupos de Pesquisa (incluído o CTBE) UDP Unidade Piloto LDP PPDP de demonstração Laboratório de Planta Piloto para de processosDesenvolvimento desenvolvimento de Processos de Processos Etapas sem envolvimento direto do CTBE Unidade Comercial ⏏
  17. 17. Suporte aos Grupos de PesquisaO CTBE estabeleceu um procedimento para os grupos de Pesquisaterem acesso ao Laboratório de Desenvolvimento de Processos(físicóquímicos e biológicos) e às unidades da PPDP: Treinamento e suporte para execução de experimentos no LDP e aPPDP; Execução de experimentos por encomenda.Outros tipos de Suporte: Fornecimento de materiais, produtos ecorrentes intermediarias de processo para apoio a pesquisa em outrasinstituções tais como bagaço pré-tratado, complexos enzimáticos,hidrolisados de hemicelulose e celulose, lignina, etc. ⏏
  18. 18. Potenciais Usuários da PPDP - Instituições envolvidas em P&D relacionada a conversão de bagaço em bioetanol; - Usinas de açúcar e destilarias; - Fornecedores de equipamentos (Metalúrgicas); - Companhias de Engenharia; - Companhias dos Setores de Energia e combustíveis, públicas e privadas; - A Indústria Química, Petroquímica e de Alimentos (Biorefinarias).⏏
  19. 19. Ampliação da PPDP – Novos Módulos Separação do etanol empregando novas tecnologias; Unidade de Alcoolquímica; Unidade de Termoconversão; Protótipo de Pré-tramento por Plasma a frio Unidade de Downstream Upgraded Recobrimento de filme de diamante para reatoresProgramas de Pesquisa
  20. 20. Programa Agrícola Diretor Agrícola: Oscar Braunbeck . Auxiliar a implantação do sistema de plantio direto em cana (maior proteção ao solo e redução de custos). Desenvolver mecanização para reduzir área trafegada sobrecanavial de 60% para 13%. Realizar testes de campo sob a orientação da Embrapa(Brasil é líder mundial no sistema de plantio direto de grãos)
  21. 21. Galpão da Estrutura de Tráfego Controlado (ETC)Programas de Pesquisa
  22. 22. Sumário Programa Agrícola 1. Plantio Direto Mecanização Agrícola de Baixo Impacto – Estrutura de Tráfego Controlado 2. Agricultura de Precisão TI na Gestão Agrícola - Aquisição de Dados e Modelagem Agrícola 3. Recuperação da Palha Recuperação do palhiço – Qualidade e custos 4. Plantio Mecanizado Qualidade das mudas e da distribuição no sulco⏏ ⏏
  23. 23. Plantio DiretoEfeito da Compactação – Colheita Mecanizada(Bitola ajustada) ⏏
  24. 24. Plantio DiretoCultivo Mínimo ⏏
  25. 25. Mecanização de Baixo Impacto Tráfego sobre 60 % da áreaAtual Proposto Tráfego sobre 7 % da área ⏏
  26. 26. Mecanização de Baixo ImpactoImportância da Colheita e Transporte da Cana CEPEA / Esalq ⏏
  27. 27. Mecanização de Baixo ImpactoMecanização com ETC ⏏
  28. 28. Agricultura de Precisão⏏
  29. 29. Recuperação da PalhaRecuperação do Palhiço – Qualidade e Custos Sistemas MáquinasFardo Cíclico ENFARDADORAGranel FORRAGEIRAIntegral ESTAÇÃO DE LIMPEZAFardo Gigante PRENSA DE ALGODÃOBriquetagem BRIQUETADORAPeletização PELETIZADORA ⏏
  30. 30. Mecanização de Baixo ImpactoMecanização com ETC ⏏
  31. 31. Plantio Mecanizado Qualidade das Mudas e Distribuição do Solo Distribuição de mudas no plantio mecanizado e manualProgramas de Pesquisa
  32. 32. Programa de Sustentabilidade Diretores de Sustentabilidade: Manoel Regis Lima Verde Leal Arnaldo Walter . Avaliação da sustentabilidade do etanol, considerando tecnologias atuais e futuras. . Criar subsídios para políticas públicas. . Foco de atuação: ▫ balanço de energia e emissão de GEE; ▫ mudança direta e indireta no uso da terra; ▫ mudança do estoque de C no solo e emissões de N2O; ▫ impactos socioeconômicos; ▫ impactos sobre qualidade e disponibilidade de recursos hídricos.Programas de Pesquisa
  33. 33. Programa de Ciência Básica Diretor Científico: Marcos Buckeridge . Foco no processo de produção de etanol de 2ª geração: retirada controlada dos açúcares que compõem a celulose do bagaço e palha da cana para produzir etanol. . Além da agenda de pesquisa própria, apoiar os demais programas do CTBE. . Megaexperimento.Programas de Pesquisa
  34. 34. Ciência e tecnologia para o etanol celulósico⏏ ⏏
  35. 35. Etapas do desenvolvimento científico para o etanol celulósico no Brasil Rota  termoquímica   gasificação,  pirólise   2 Engenharia   Genoma    de  enzimas    da  cana   Genoma  fúngico   5 4 4 4 Enzimas   2 Parede  celular   Cana  Rotas  para  o  etanol  celulósico  –  Marcos  Buckeridge,  msbuck@usp.br   3 Gasolina  verde   2 2,  3  e  4   1 acido   glucose,  xilose     e  arabinose   1 BIOETANOL   Sacarose   ⏏
  36. 36. Parede celular da cana (Glucurono?) and mixed linkabe beta-glucan⏏
  37. 37. Atividade enzimática sobre o bagaço⏏ ⏏ dos Santos et al. 2009
  38. 38. HPAEC Arabinoxylan PACE Mass Spectrometry Arabinoxylan HPAEC Beta-glucan⏏
  39. 39. FISIOLOGIA DA CANA⏏
  40. 40. Folhas de cana: como o CO2 vira açúcar? CO2 CO2 CO2 CO2⏏
  41. 41. De Souza, A.P., et al. (2008). Plant Cell & Environment 31: 1116-1127. 30% menos transpiração Productivity Ambiente Elevado Ambiente Elevado2005 50% a mais de biomassa1 ano em CO2 elevado ⏏
  42. 42. Por Que o Etanol Celulósico é Importante?1)  PRODUZ MAIS ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL2)  DIMINUI O IMPACTO NO USO DA TERRA E DA ÁGUA3)  PODE DIMINUIR O IMPACTO SOBRE A BIODIVERSIDADE;4)  VAI LEVAR A DESCOBERTAS QUE DEVEM GERAR NOVAS EMPRESAS COM A UTILIZAÇÃO DOS SUBPRODUTOS DE ALTO VALOR AGREGADO ⏏
  43. 43. Agricultura de precisão Planta Piloto 7,000  m2,  vários   laboratórios  e  uma   planta  piloto  para   experimentação,  o   Microbi Biopro CTBE  deseja  realizar   Física e Química ologia cessos pesquisa   transdisciplinar  e   Biologia desenvolver  novas   Anfiteatro Celular Fisiologia Vegetal e tecnologiass  e   Biologia Molecular Matemática e processos  industriais   computação Ecofisiologia Estufa⏏
  44. 44. Abordagem Transdisciplinar em Pesquisa Física 2 2 1 Química Biologia 2 Ciências ambientais⏏
  45. 45. Ciência da Complexidade Física 2 2 1 Química Biologia 2 Ciências ambientais⏏
  46. 46. INDUSTRIA SIBRATEC US$ 5 mi PLANTA MEGAEXPERIMENTO PILOTO US$ 30 mi CTBE EMBRAPA 49 Labs US$ 20mi 29 Labs US$ 20 mi US$ 3miProgramas de Pesquisa
  47. 47. Programa de Avaliação Tecnológica Diretor de Avaliação Tecnológica: Antonio Bonomi . Avaliação do impacto de novas tecnologias do ciclo produtivo da cana e para otimização de processos. . Análise de prioridades e para planejamento de investimentos. . Explorar a biomassa de cana-de-açúcar como fonte de carbono.Programas de Pesquisa
  48. 48. Motivação Como medir o nível de sucessso em atividades de P&D&I? Maior Rentabilidade Ciência Básica Publicações Emissões reduzidas Geração de empregos Desenvolvimento Tecnológico ? Menor gasto de energia Menor investimento Mais sustentável Menor toxicidade Para solucionar este dilema, o CTBE decidiu construir a Biorrefinaria Virtual de Cana-de-Açúcar (BVC)⏏
  49. 49. Conceito Fluxograma da Biorrefinaria⏏
  50. 50. Conceito (1) Otimizar conceitos e processos. (2) Avaliar diferentes alternativas de biorrefinaria. (3) Avaliar o estágio de desenvolvimento de novas tecnologias.⏏
  51. 51. EscopoRotas básicas para desenvolvimentoavaliação técnica:Rota 1: etanol (1a geração), açúcar, eletricidade;Rota 2: etanol (2a geração) – hidrólise;Rota 3: combustíveis líquidos – gás de síntese;Rota 4: alcoolquímica;Rota 5: sucroquímica;Rota 6: lignocelulosequímica; Em todas as Rotas Estão incluídas asRota n: outras rotas. tecnologias agrícolas⏏
  52. 52. Rede de Simulagem e Simulação⏏
  53. 53. Resultados2010  - Biorrefinaria 1a Geração Consolidada - Biorrefinaria 2a Geração (Hidrólise) Preliminar2011  - Biorrefinaria 2a Geração (Hidrólise) Consolidada - Biorrefinaria 2a Geração (Hidrólise) Sucesso de Novas Tecnologias - Biorrefinairas – Novas Rotas (Preliminar)⏏
  54. 54. Resultados Preliminares Cenários  Características I   II   III   IV   V   VI   VII   VIII   IX  Produção de etanol de 1a geração X   X   X   X   X   X   X   X   X  Venda de eletricidade excedente X   X   X   X   X   X   X   X  Produção de etanol de 2a geração X   X   X   X   X  Caldeiras de 90 bar X   X   X   X   X   X   X   X  Desidratação com peneiras moleculares X   X   X   X   X   X   X   X  Eletrificação dos acionamentos X   X   X   X   X   X  Redução de 20% no consumo de vapor do processo X   X   X   X   X   X  Uso de 50% da palha na indústria X   X   X   X  Melhorias na 2G (rendimento da hidrólise 70%, 15%sólidos, deslignificação alcalina) X   X  Fermentação C5 – 80% de conversão a etanol X   Duas qualidades de cana-de-açúcar: Cenários I.1 a IX.1: cana com 12% fibra, 14% ART Cenários I.2 a IX.2: cana com 14% fibra, 15% ART ⏏
  55. 55. Resultados Preliminares 190   170   15%  Produção de AEAC/EE 150   excedente 10%   TIR (a.a.) 130   110   90   5%   70   50   0%   I.1   I.2   II.1   II.2   III.1   III.2   IV.1   IV.2   V.1   V.2   VI.1   VI.2   VII.1   VII.2   VIII.1   VIII.2   IX.1   IX.2   Produção de AEAC (L/TC) Produção de EE (kWh/TC) TIR - caso médio Item I.1 I.2 II.1 II.2 III.1 III.2 IV.1 IV.2 Investimento total1 306 308 389 406 466 520 397 413 Custos operacionais2 98 98 98 98 100 102 98 98 Receita2 146 159 164 182 167 186 168 185 TIR (% ao ano) 10,6 13,0 11,3 13,5 9,5 10,8 11,7 13,8 Item V.1 V .2 VI.1 VI.2 VII.1 VII.2 VIII.1 VIII.2 IX.1 IX.2 Investimento total1 513 564 438 453 645 672 567 584 546 573 Custos operacionais2 103 105 103 103 115 116 105 106 106 106 Receita2 174 194 191 208 204 219 197 215 225 249 TIR (% ao ano) 9,2 10,5 13,2 15,0 9,1 10,2 10,8 12,4 14,3 16,0 1 mi R$ 2 mi R$/ano ⏏
  56. 56. Resultados Preliminares Impacto da qualidade da cana-de-açúcar nos custos de produção do etanol anidro (para o caso “médio”) 0.70   Custo  etanol  (R$/L)  -­‐  Condições  médias   1   2   1   2  Custo  do  etanol  (R$/L  AEAC)   0.65   I   0,671   0,620   II   0,620   0,565   0.60   III   0,643   0,598   IV   0,610   0,557   0.55   V   0,642   0,596   VI   0,569   0,525   0.50   VII   0,630   0,594   VIII   0,590   0,545   0.45   IX   0,512   0,469   I   II   III   IV   V   VI   VII   VIII   IX   Cenário  Cenário 1: cana com 12% fibra, 14% açúcaresCenário 2: cana com 14% fibra, 15% açúcares ⏏
  57. 57. Gargalos do Programa -  Construção Banco de Dados 1a Geração -  Integração da Fase Agrícola - ACV da 1a Geração - Metodologia para agregação de impactos - Construção da Rede (financiamento projetos)Programas de Pesquisa
  58. 58. Relacionamento CTBE – indústria: procedimentos Gestora de Negócios: Rosana di Giorgio   Aproximação CTBE – indústria   Escopo dos trabalhos   Governança   Co-gestão   Regras claras e objetivas definidas no início (partilha PI e benefícios, sigilo)   Redirecionamento do projeto (resultados inesperados, distorções)   Descontinuação do projeto (inviabilidade)   Sigilo   Partilha de benefícios   Partilha da PI   As diferentes formas de cooperação com o CTBE   Execução e entregas   Cronograma: documento final, acordado com a indústria (15/05)Programas de Pesquisa
  59. 59. A produção intelectual do CTBEValor comercial para vários setores industriais, além dasindústrias atuantes na cadeia de cana-de-açúcar/etanol. Ex:   Química e Petroquímica   Alimentícia   Automotiva   Farmacêutica   Fornecedores de equipamentos   Empresas de Engenharia ⏏
  60. 60. ParceriasPesquisa e desenvolvimentocolaborativos:  Novos processos. Ex:   Hidrólise enzimática de cana-de-açúcar   Pré-tratamento de biomassa  Novos produtos e sub-produtos. Ex:   De alto valor agregado, derivados do álcool e bagaço   microorganismos e enzimas para conversão de bagaço em etanol   novos materiais (resistentes à corrosão, alta temperatura, etc.) ⏏
  61. 61. ParceriasPesquisa e desenvolvimento colaborativos:  Soluções para agricultura de cana-de-açúcar. Ex:   Agricultura de precisão (sensores para monitoramento do solo, planta e atmosfera, dosadores, despalhadores, etc)   Equipamento para operação em alto declive, recuperação da palha  Sistemas (Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar, etc)Transferência de Tecnologia e MateriaisLicenças (uso e exploração comercial) ⏏
  62. 62. ParceriasInfraestrutura:•  Planta piloto, laboratórios e escritórios, para condução de experimentos (ex: escalonamento de processos), suporte à realização de experimentos, fornecimento de insumos, produtos intermediários (ex: cepas) e finais (ex: hidrolases).Intercâmbio de recursos humanosCo-investimento (projetos de alto risco)Criação de empresas ⏏
  63. 63. Parcerias Relacionamento ganha-ganha: Divisão de riscos e benefícios Sigilo Agilidade⏏
  64. 64. O Nosso Desafio investimentos 1:10:100Produção das – Descobertainstituições de – Invenção pesquisa – Protótipo Valor – Engenharia risco para a indústria – Produção – Marketing e Vendas – Assistência Técnica ⏏
  65. 65. Políticas e ProcedimentosDocumento: Políticas e Procedimentos que regem orelacionamento do CTBE com a indústriaObjetivos:  Atrair parceiros capitalistas e do setor produtivo  Atrair e estabelecer relação adequada com instituições de pesquisa que atuem dentro da missão do CTBE  Possibilitar a maximização dos ganhos das partes envolvidas (relações ganha-ganha)  Transferir resultados de P&D para o setor produtivo e  Garantir que novas tecnologias cheguem ao mercado⏏
  66. 66. Políticas e Procedimentos (cont)Conteúdo (Regras do Jogo):  Política de Gestão da PI  Procedimentos da Operação Conjunta CTBE – indústria   Mapeamento das demandas da indústria   Seleção e priorização de oportunidades (governança, critérios)   Condições-macro de negociação (partilha da PI e de resultados, aportes intelectuais, etc)   Possibilidades de cooperação   Execução e entregas   Sigilo em projetos concorrentes   Tratamento da múltipla titularidade ⏏
  67. 67. Timing⏏
  68. 68. Programas de Pesquisa
  69. 69. Etanol Resiste às Flutuações do Preço do Petróleo Evolução da produção brasileira de etanol e do preço real do barril de petróleo Produção de etanol Preço do barril de petróleo 30 120.0 25 100.0(bilhões de litros) 20 80.0 (US$ de 2008) 15 60.0 10 Proálcool 40.0 5 20.0 0 0.0 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 Ano Fonte: BP e EPE
  70. 70. Venda Brasileira de veículos leves (1979-2008) Otimização Venda veículos leves novos no mercado interno - Brasil da combustão Corrosão Etanol Gasolina Flex fuel 2,500 2,000 Mil unidades 1,500 Motores flex 1,000 500 Proálcool 0 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 AnoFonte: ANFAVEA - Anuário da Indústria Automobilística Brasileira, 2009
  71. 71. Rendimentos e Custos de Produção do Etanol BrasileiroProjeto Etanol
  72. 72. Brasil: Produção Agrícola (2008) 1 ha = 2.471 acres ç çú é Fonte: IBGE, Levantamento Sistemático da Produção Agrícola, 2010A cana-de-açúcar ocupa 3% da área agriculturável disponível no Brasil (FAO) As outras culturas ocupam 23% (área total disponível: 263.5 Mha) Projeto Etanol
  73. 73. Área potencial para produção de cana: solo e clima – sem irrigaçãoAmazon RainforestPantanalAtlantic Forest High Average Other important preservation areas Low (World average) Above 12% slope Inapropriate area
  74. 74. Área potencial para produção de cana: solo e clima – com irrigação Brazil: 851 MhaAmazon Rain Forest: 400.0 MhaPantanal 3.5 Mha HighAtlhantic Forest 14.1 Mha Total 417.6 Mha AverageDeclivity > 12 % 75.6 Mha Low (World average) InapropriateArea Considered 361.6 Mha
  75. 75. Exportação de Etanol em 2025: 205.5 Mm3Projeto Etanol
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