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Em parceria com a Professora Helena Abascal, publicamos os relatórios das pesquisas realizados por alunos da fau-Mackenzie, bolsistas PIBIC e PIVIC. O Projeto ARQUITETURA TAMBÉM É CIÊNCIA difunde trabalhos e os modos de produção científica no Mackenzie, visando fortalecer a cultura da pesquisa acadêmica. Assim é justo parabenizar os professores e colegas envolvidos e permitir que mais alunos vejam o que já se produziu e as muitas portas que ainda estão adiante no mundo da ciência, para os alunos da Arquitetura - mostrando que ARQUITETURA TAMBÉM É CIÊNCIA.


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  • 1. Universidade Presbiteriana MackenzieCOGERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DO APROVEITAMENTO DO PALHIÇODA CANA-DE-AÇÚCARThales Sicchieri Volpe Manfrin (IC) e Silvia Velazquez (Orientadora)Apoio: PIBIC MackenzieResumoDiante do risco de desabastecimento energético, provocado pelos choques do petróleo, houveinteresse mundial em pesquisar e desenvolver novas fontes de energia. No Brasil, foramestabelecidas metas e, também, criados diversos incentivos para expandir a produção e o uso deetanol da cana-de-açúcar combustível, inicialmente, incrementando a adição de etanol anidro àgasolina. Foi criado o Programa Nacional do Álcool (PROALCOOL), em 1975, estabelecendo linhasespecíficas de financiamento e estipulando uma paridade de preço entre o etanol e o açúcar,estimulando a produção do etanol que, até então, era um subproduto menos valorizado. Após esseperíodo, os preços do petróleo caíram e houve desestruturação dos programas de substituição dosseus derivados e de uso eficiente da energia em todo o mundo. No Brasil, o período coincidiu com umperíodo de escassez de recursos públicos para subsidiar os programas de estímulo aos energéticosalternativos, resultando numa diminuição dos investimentos na produção interna de energia.Entretanto, o consumo era incentivado gerando uma crise de abastecimento. Desde 2003, asindústrias montadoras introduziram os motores flex fuel no mercado, que podem ser movidos agasolina, etanol ou uma mistura dos dois combustíveis em qualquer proporção. As vendasacumuladas, desde o seu lançamento até abril de 2009, somam 7,7 milhões de veículos. Hoje,mais de trinta anos após o início do PROÁLCOOL, o Brasil vive uma nova fase de expansãocanavieira, podendo produzir etanol em larga escala, pois desde a década de 70, ficou clara aimportância da cogeração de energia nas usinas de cana, por meio da queima do bagaço paracomplementar a matriz energética nacional. Atualmente, além do bagaço, considera-se outro resíduoproveniente da produção de açúcar e álcool, que é o palhiço (palha e pontas), um assunto novo,objeto desta pesquisa, visando queimá-lo em caldeiras para gerar energia elétrica que, somada àenergia já gerada pela queima do bagaço, pode representar um avanço muito importante para ossetores sucroalcooleiro e energético brasileiros.Palavras-chave: etanol, cogeração, eletricidade,bagaço de cana-de-açúcar, palhiçoAbstractFacing the the risk of energy shortage caused by oil crisis and collisions, there was worldwide interestin researching and developing new energy sources. In Brazil, several incentives to expand productionand use of ethanol ,sugar cane fuel. A Program named National Alcohol Program (PROALCOOL)created in 1975, established specific llines of financing and stipulated the equivalence in pricebetween ethanol and sugar, stimulating ethanol production . Back then, Ethanol was considered only asub product and was way less worthy than sugar. After this period, oil prices dropped down anddisruption programs for the replacement and efficient use of its products were implemented worldwide.In Brazil, that was a period when there were no public resources to sponsor incentive programs for theproduction of alternative energy sources, resulting in the decrease of investments in domestic energyproduction. However, consumption was highly promoted and encouraged generating some sort ofsupply crisis. Since 2003, the auto industry introduced the so called “flex fuel engines” to the market.Such engines can be run on gasoline, ethanol or a mix of both fuels in any proportion. Cumulative 1
  • 2. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011sales since its launch by April 2009, add up to 7.7 million vehicles. Nowadays, more than thirty yearsafter the beginning of PROÁLCOOL, Brazil is experiencing a new phase of sugarcane cultureexpansion, which enables the production of ethanol in large scale, as soon as, it was clear howimportant it was the energy cogeneration in the cane power plants in through the burning of bagasseto complement the energy national energy matrix. Nowadays, not only the bagasse, but also anotherresidue from the production of sugar and alcohol, which we refer as called “straw mix” (in this case amix straw and its ends), is a new subject. That is the main purpose of this research. And it proposesthe generation of electricity by burning the straw in boilers and combined with the burning of thebagasse can represent a major step forward for sugarcane and energy sectors in Brazil.Key-words: ethanol, cogeneration, electricity, bagasse cane sugar, straw mix 2
  • 3. Universidade Presbiteriana Mackenzie1 INTRODUÇÃONo contexto da crise do petróleo na década de 70, foram estabelecidas metas de produçãoe, também, criados diversos incentivos para expandir a produção e o uso de etanolcombustível, inicialmente, incrementando a adição de etanol anidro à gasolina (BNDES,2008).A primeira fase do programa foi dirigida à produção de álcool anidro para adicionar 22% àgasolina, com o objetivo de diminuir a importação de petróleo. Em 1978, surgiram osprimeiros veículos movidos exclusivamente a etanol e, neste mesmo ano, teve início aexportação de etanol para o Japão e EUA.Em 1979, o Governo e a Associação Nacional de Fabricantes de Veículos Automotores(ANFAVEA) assinaram protocolo no qual os fabricantes de automóveis deveriam buscarnovas tecnologias para produção em série de veículos a etanol. O preço máximo do etanolfoi limitado em 64,5% do preço da gasolina e o IPI para os veículos movidos a etanol foireduzido (QUEIROZ, 2008).Nesse mesmo ano, o Governo Federal lançou a segunda etapa do PROÁLCOOL, em que oetanol não se apresentava mais como um complemento a ser adicionado à gasolina (oálcool anidro), mas combustível em si mesmo (álcool hidratado). O Programa estava maisousado, propondo uma fonte energética alternativa à gasolina, por meio da adoção doetanol como combustível para os veículos de passeio (GOLDEMBERG; MOREIRA, 1990).Devido ao segundo choque do petróleo, houve a necessidade de substituir uma quantidademaior do consumo da gasolina. Nessa época, o Governo Federal estabeleceu novas metasde produção e ANFAVEA firmou com o Governo compromisso de produção de 900 veículosa etanol entre 1980 e 1982.A partir de 1986, período denominado “contrachoque do petróleo”, os preços do barril deóleo bruto caíram de US$ 30 a 40 para US$ 12 a 20, fato que desestruturou os programasde substituição dos derivados do petróleo e de uso eficiente da energia em todo o mundo(IICA, 2007).Na política energética brasileira, os efeitos foram sentidos a partir de 1988, época quecoincidiu com um período de escassez de recursos públicos para subsidiar os programas deestímulo aos energéticos alternativos, resultando numa diminuição dos investimentos naprodução interna de energia. Dessa maneira, a oferta de etanol não pôde acompanhar ocrescimento da demanda, pois as vendas de veículos movidos a etanol atingiram níveissuperiores a 95,8% das vendas totais de veículos de ciclo Otto, em 1985. 3
  • 4. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Ao final desse ano, os preços pagos aos produtores de etanol eram baixos, porconseqüência da queda dos preços internacionais do petróleo, e impediram a elevação daprodução interna de etanol. Por outro lado, a demanda pelo etanol por parte dosconsumidores continuou sendo estimulada por meio da manutenção de preço relativamenteatrativo, se comparado ao da gasolina, e de menores impostos cobrados sobre os veículos aetanol, também, se comparados aos preços dos veículos a gasolina. De um lado havia odesestímulo à produção de etanol e pelo outro o estímulo à sua demanda, provocados pelosfatores de mercado e pela intervenção governamental, gerando, assim, uma crise deabastecimento na entressafra 1989/1990 (IICA, 2007).Tal crise, ao final dos anos 80, afetou a credibilidade do PROÁLCOOL, que, juntamente coma redução de estímulos ao seu uso, provocou, nos anos seguintes, um significativodecréscimo da demanda e das vendas de automóveis movidos por esse combustível, queentre 1998 e 2000, apresentou produção em torno de 1% (BIODIESELBR, 2008).Em março de 2003, as indústrias montadoras introduziram a tecnologia dos motores flex fuelno mercado, que podem ser movidos a gasolina, etanol ou uma mistura dos doiscombustíveis em qualquer proporção (BIODIESELBR, 2008).Em 2007, os veículos flex fuel representavam aproximadamente 85% dos veículos vendidos,passando em 2008, a 94%. As vendas acumuladas, desde o seu lançamento até abril de2009, somam 7,7 milhões de veículos (JOSEPH JR., 2009).A partir de então, os preços do álcool anidro e hidratado encontravam-se liberados, regidospelas condições de oferta e procura.Hoje, mais de trinta anos após o início do PROÁLCOOL, o Brasil vive uma nova fase deexpansão canavieira, podendo produzir etanol em larga escala. A ampliação de unidades econstrução de novas usinas é movida por decisões da iniciativa privada, convicta de que oetanol terá um papel cada vez mais importante como combustível no Brasil e no mundo, aocontrário do que ocorreu na década de 70, em que o movimento foi comandado pelogoverno para enfrentar o aumento do preço do petróleo.Desde a crise do petróleo ficou clara a importância das usinas que cogeravam energia pormeio da queima de um subproduto da cana-de-açúcar, o bagaço, e, assim,complementavam a matriz energética nacional.Para utilizar o bagaço da cana-de-açúcar como combustível nas caldeiras, as usinasinstalaram turbinas a vapor e tornaram as caldeiras aptas para o processo, o que lhespermitiu gerar sua própria energia e ainda vender a energia excedente do processo(RACHED, 2009). 4
  • 5. Universidade Presbiteriana MackenzieAtualmente, além do bagaço de cana, considera-se outro resíduo proveniente da produçãode açúcar e álcool, que é o palhiço (palha e pontas).O aproveitamento do palhiço é um assunto novo, que objeto desta pesquisa, visandoqueimá-lo nas caldeiras para gerar energia elétrica que, somada à energia que já é obtidapela queima do bagaço, pode ser um avanço muito importante para as usinas e tambémpara a agricultura.2 SETOR SUCROALCOOLEIROO cultivo da cana-de-açúcar, no início do século XIX, foi prejudicado pela expansão docultivo da beterraba na Europa, do qual também se extrai o açúcar; pela grande distânciaentre o Brasil e os consumidores e também pelo baixo nível técnico de produção. Em 1914com o início da Primeira Guerra Mundial, as plantações de beterraba foram destruídas naEuropa o que ocasionou um aumento do preço do açúcar do mercado mundial e assimincentivou a construção de novas usinas no Brasil, principalmente em São Paulo, onde osmuitos fazendeiros de café desejavam diversificar sua produção (LIBONI, 2009).Com o início da participação dos governos estaduais por meio de leis e decretos quepermitiam antigos senhores de engenho pudessem ampliar a escala de produção em suasunidades de processamento se iniciou a modernização do setor canavieiro, e essasunidades de produção foram chamadas de usinas (VIANA, 1999).Surge assim o conceito de agroindústria, agricultura e indústria, que se baseava no cultivoda cana-de-açúcar e na produção de álcool e seus subprodutos.Com a crise econômica de 1929, foi criado o Instituto de Açúcar e Álcool (IAA), cuja funçãoera controlar a produção para manter os preços em um nível adequado, protegendo oproduto brasileiro do mercado mundial. Foi estabelecido um sistema de cotas que eramdistribuídas entre as diferentes unidades produtoras. Que só poderiam produzir umaquantidade determinada de açúcar (COPERSUCAR, 2010).Com a produção e preços controlados só havia uma maneira de tornar o negócio maislucrativo, reduzir os custos e aumentar a produtividade.Nesse contexto, o álcool ainda era visto como um subproduto da cana-de-açúcar, suaprodução era muito limitada e voltada para o mercado interno que era insignificante(FISHER, 1992), e, segundo Liboni (2009), passou a ter mais importância e ser visto comofator de equilíbrio para a balança comercial brasileira e de recuperação para o setoragroindustrial que nos anos 30 passava por uma crise de superprodução. Para o mercadoaçucareiro, o álcool, era visto com um mecanismo de defesa e uma opção de mercado. 5
  • 6. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011O álcool combustível, durante muito tempo, foi usado como um regulador da oferta deaçúcar em momentos de superprodução e o grande beneficiado foi São Paulo, pois tinha omercado interno de álcool às suas portas (VIANA, 1999).O grande motivo da expansão da cultura da cana-de-açúcar na região Sudeste,principalmente em São Paulo, foi o crescimento da produção de etanol devido àsdificuldades para a importação do petróleo durante a Segunda Guerra Mundial (LIBONI,2009).Em meados de 1973 o mundo se viu ante o risco de desabastecimento energético, devidoao primeiro choque do petróleo que reacendeu o interesse mundial em pesquisar edesenvolver novas fontes de energia e levando vários países a buscar alternativas deacordo com as peculiaridades nacionais (BIODIESELBR, 2009).Entre intensos debates e opiniões propostas, o Programa Nacional do Álcool(PROALCOOL) foi criado em 14 de novembro de 1975, pelo decreto n° 76.593, firmado pelopresidente Geisel, com o objetivo de incentivar a utilização do álcool derivado da cana-de-açúcar (puro ou misturado na gasolina). Esse decreto estabeleceu linhas específicas definanciamento e estipulou uma paridade de preço entre o etanol e o açúcar cristal standard,estimulando a produção do etanol que, até então, era um subproduto menos valorizado(BNDES, 2008).O Proálcool, com investimentos apoiados pelo Banco Mundial, diversificou a atuação daindústria açucareira, possibilitando a ampliação do cultivo da cana-de-açúcar e aimplementação de destilarias de álcool. A experiência ajudou a diminuir a vulnerabilidadeenergética do país, devido à crise do petróleo (LIBONI, 2009).Antes do Proálcool, o Brasil importava 70% do petróleo que consumia. Com a crise dopetróleo e o surgimento do Proálcool houve o incentivo à produção e o consumo do álcoolcomo combustível em substituição à gasolina, ajudando a alavancar regiões como Paraná,Goiás, Mato Grosso e Mato Grosso do Sul. Em menos de cinco anos a produção de mais de300 milhões de litros ultrapassou a cifra de 11 bilhões de litros, caracterizando-o como omaior programa de energia renovável já implantado em termos mundiais, economizandomais de 30 bilhões em divisas (LIBONI, 2009).A primeira fase do programa foi regulamentar a quantidade de álcool anidro misturado agasolina, que chegava à época aos 20% no país para reduzir a importação de óleo cru eevitar uma possível crise (UNICA 2007).Para incentivar a compra de carros à álcool, na segunda fase do programa, o governo fixouo preço do álcool como sendo 50% do preço da gasolina, além de reduzir os impostos e ter 6
  • 7. Universidade Presbiteriana Mackenzieconcedido financiamento subsidiado. Segundo Viana (1999), em 1980 o total de vendas decarros a álcool era de 65% e em 1985 a produção destes era de 95%.Desde 1999, sem a intervenção do Estado, as empresas do setor sucroalcooleiro tiveramque buscar novas estratégias competitivas visando à redução de custos e aumento decompetitividade, o que ajudou muito na industrialização do setor, como, por exemplo, aprocura das usinas de açúcar e destilarias de álcool melhorarem seu balanço energético noprocesso de fabricação para poder comercializar a energia elétrica excedente cogerada.O Brasil, atualmente, é líder mundial na produção de cana-de-açúcar e seus produtosaçúcar e álcool, e experimenta uma nova fase de expansão em função do aumento dasdemandas interna e externa por álcool combustível, para a mistura com a gasolina utilizandoo álcool anidro e para os veículos bicombustíveis utilizando o álcool hidratado.O total de área plantada de cana-de-açúcar na região Centro-Sul, na safra de 2008/09, foide 6.749.738 ha, com um total de cana processada de 504.962.891 t, produção de açúcarde 26.749.819 t e 26.101.963 m3 de etanol. Para expressar a importância dessa região nopaís, o quadro 1 apresenta os dados da mesma safra para o Brasil. Safra 2008/09 no Brasil Produção de cana-de-açúcar 569.062.629 toneladas Produção de açúcar 31.049.206 toneladas Produção de etanol 27.512.962 m3 Quadro 1 Dados da safra 2008/2009 para o Brasil Fonte: UNICA (2010)O setor sucroalcooleiro brasileiro tem 423 usinas cadastradas no Departamento Da Cana-de-açúcar e Agroenergia, sendo que 16 usinas são produtoras de açúcar, 159 de álcool e248 mistas (açúcar e álcool). São Paulo, por sua vez, possui 195 usinas cadastradas, sendoque 61 produzem álcool, seis são produtoras de açúcar e 128 são usinas mistas (MAPA,2009).Devido ao cenário internacional estar atualmente favorável pelo aumento da demanda deetanol e do potencial agrícola do país, além do grau de maturidade da indústriasucroalcooleira nacional, fica claro que não só há oportunidades de exportações do álcool,mas também de tecnologia e equipamentos (VELÁZQUEZ, 2006).A grande exposição internacional do setor sucroalcooleiro levanta questões ambientais quepreocupam os órgãos brasileiros e também os investidores estrangeiros, obrigando o setor a 7
  • 8. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011melhorar cada vez mais suas práticas ambientais e tornando-as sustentáveis (TORQUATO,2007).3 SETOR ENERGÉTICODesde o início do setor elétrico brasileiro, a participação do capital privado era predominantee somente na década de 30 a energia elétrica passou a ser tratada como serviço público.Pode-se dizer que o modelo estatal só foi consolidado em 1964, durante os governosmilitares (VELÁZQUEZ, 2006).O Ministério das Minas e Energia (MME) foi criado 22 de julho de 1960, pela lei nº 3.782 eantes disso os assuntos de minas e energia eram competência do Ministério da Agricultura.Em 1962, foi constituída a Eletrobrás, com a finalidade de ser a empresa federalresponsável pelo suprimento de energia elétrica nacional, que tornou-se o principal ícone naexpansão da indústria elétrica. Apesar de ter sido importante para o desenvolvimento dopaís, anos mais tarde foi responsável por um desequilíbrio financeiro o que restringiu ofinanciamento de projetos (VELÁZQUEZ, 2006).Em 2003, a Lei n° 10.683/2003 definiu as competências do MME e, entre elas as áreas decombustível e energia elétrica. A estrutura do MME foi regulamentada pelo decreto n° 5.267,de 9 de dezembro de 2004, que criou as secretarias de Planejamento e DesenvolvimentoEnergético, de Energia Elétrica, de Petróleo, Gás Natural e Combustíveis Renováveis,Geologia, Mineração e Transformação Mineral (MME, 2011).Desde meados dos anos 70, devido ao alto preço do petróleo e seu impacto no balanço depagamentos, as empresas do setor, então estatais, foram utilizadas como veículo deendividamento externo. Como conseqüência, a crise do setor elétrico foi se agravando emum longo processo de contenção de tarifas públicas para reprimir a alta de preçosdecorrentes da crise do petróleo (VELÁZQUEZ, 2006).Na década de 90, o setor passou por uma reestruturação e modificação na sua legislaçãoiniciando, assim, o processo de privatização. O processo foi introduzido devido à crisefinanceira e agravado ao longo do tempo (COELHO, 1999). O objetivo era reduzir o papel doEstado aumentando o investimento do capital privado para incentivar a competição nomercado de eletricidade (VELÁZQUEZ, 2006).Neste cenário, então, foi criada em 26 de dezembro de 2006 a Agência Nacional de EnergiaElétrica (ANEEL), cuja missão é garantir condições favoráveis para que o mercado deenergia elétrica se desenvolva com equilíbrio entre os agentes em benefício da sociedade(ANEEL, 2010). 8
  • 9. Universidade Presbiteriana MackenzieA maior parte do sistema de geração de energia no Brasil é interligada por meio de umsistema de transmissão, chamada Sistema Interligado Nacional (SIN) que garante atransmissão da energia e é formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte. Segundo o Operador Nacional do Sistema (ONS),em 2009, apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país encontrou-sefora do SIN, em pequenos sistemas isolados principalmente na região da Amazônia (ONS,2010).Neste contexto introduz-se o tema deste trabalho, que é a energia cogerada com a queimado bagaço da cana-de-açúcar, matéria-prima renovável, e a viabilização da queima da palhada cana-de-açúcar.O Brasil apresenta uma matriz de geração de origem predominantemente renovável, sendoque a geração interna hidráulica responde por mais de 70% da oferta (MME, 2011).Somando-se as importações, que essencialmente também são de origem renovável, pode-se afirmar que 80% da eletricidade no Brasil são de origem renovável, sem considerar queparte da energia térmica é gerada a partir da queima de biomassa. Na média mundialapenas 15,6% da energia é gerada a partir de fontes renováveis (BEN, 2009).O problema de o país contar com energia elétrica proveniente do setor hidrelétrico em maisde 70% é que o combustível (água) depende do clima. Na crise energética dos anos 2000 e2001, com os níveis dos reservatórios baixos e situação agravada com um atípico períodode seca na região sudeste, foi imposto à população o racionamento de energia elétrica coma intenção de reduzir o consumo nacional. Durante a crise, depois de decretar medidas decontenção, o governo anunciou um plano para aumentar a oferta de energia elétrica queincluía a construção de 15 novas térmicas, entretanto, o grande problema era a falta depolíticas para a área energética (VELÁZQUEZ, 2006).Apesar dos avanços no sentido de aumentar o uso da biomassa como fonte de energia,verificava-se que com as mudanças introduzidas na legislação do setor elétrico, aindaexistiam várias barreiras à sua implementação em larga escala (VELÁZQUEZ, 2006).Em 2002, na tentativa de diversificar a matriz energética do país, foi criado o Programa deIncentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA), Lei 10.438 de 26 de abril de 2002,visando aumentar a participação da energia elétrica produzida com base em fontes depequenas centrais hidrelétricas, eólicas e de biomassa no SIN (MME, 2011).A primeira fase do programa visava contratos com a Eletrobrás de 20 anos de compra deenergia gerada (até 3.300 MW de potência instalada) por fontes renováveis, divididas entrebiomassa, pequenas centrais hidrelétricas e eólica. O programa não atingiu as expectativas 9
  • 10. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011de geração com biomassa, cujo valor econômico não foi considerado atrativo pelo setor,além dos problemas com as licenças ambientais (ESPARTA, 2008).Durante o período de licitação foram selecionadas 27 usinas de biomassa (701 MW), 54parques eólicos (1.423 MW) e 63 pequenas centrais hidrelétricas (1.191 MW). Até dezembrode 2007, apenas 31,6% desses 3.315 MW estavam em operação comercial. Estimava-seque, até final de 2010, 68 empreendimentos estariam em operação, o que representaria umacréscimo de 1591,77 MW no sistema. Seriam mais 23 pequenas centrais hidrelétricas(414,30 MW), 2 usinas de biomassa (66,50 MW) e 43 usinas eólicas (1.110,97 MW) (MME,2011).A geração de energia elétrica no Brasil atingiu 463,1 TWh, em 2008, resultado 4,2% superiorao ano de 2007. As importações líquidas, 42,9 TWh, somadas à geração interna, permitiramuma oferta interna de energia elétrica de 503,3 TWh. A geração de autoprodutoresapresentou, em 2008, um crescimento de 8,4% em relação a 2007, considerando oagregado de todas as fontes utilizadas (BEN, 2009).4. A COGERAÇÃOSegundo Dantas (2010), a cogeração é a principal responsável pelo suprimento de energiatérmica e eletromecânica nas usinas de cana-de-açúcar espalhadas pelo mundo. É umprocesso no qual uma fonte de energia primária alimenta uma máquina ou aparelho térmicaque, pela reação de combustão, transforma a energia química do combustível em mecânicade eixo, que é convertida em energia elétrica por meio de geradores elétricos. SegundoMoran e Shapiro (2002), cogeração é o método que produz, seqüencialmente, potência(energia elétrica e/ou mecânica) e transferência de calor (energia térmica ou vapor doprocesso) para certo uso.A utilização da queima do bagaço da cana-de-açúcar como combustível para cogeraçãodata da primeira década do século XX, devido à necessidade de independência energéticadiante das crises que passaram a ser comuns no setor. A importância da cogeração é tãogrande que levou a União Européia (UE) a estabelecer, como meta para 2010, atingir 18%de energia cogerada, pois em países como Holanda e Finlândia, esta forma de energiarepresenta mais de 40% da potência instalada (DANTAS, 2010).No Brasil, a cogeração foi regulamentada com o decreto-lei 1.872, 21 de maio de 1981, quepermitia aos concessionários de serviço público de eletricidade adquirir energia elétricaexcedente gerada por autoprodutores, a partir de combustíveis preferencialmenterenováveis, sendo explorada pelo setor industrial, focado na auto-suficiência energética,devido aos ganhos econômicos resultantes. Os ramos industriais que mais empregam a 10
  • 11. Universidade Presbiteriana Mackenzietecnologia de cogeração são o sucroalcooleiro, o de papel e celulose, o siderúrgico e o derefino de petróleo (OLIVEIRA, 2007).Cada tonelada de cana processada requer, em média, 12 MWh, o que é facilmente geradonos sistemas convencionais de cogeração instalados nas usinas. O aumento do preço daenergia vendida pelo governo, que conduziu as usinas à auto-suficiência e à valorização dobagaço para a venda e para outros fins, foi o que motivou as indústrias a explorar maisintensamente a comercialização de excedentes de energia gerada (DANTAS, 2010).Segundo Souza (1987), as tecnologias de cogeração disponíveis a partir do bagaço para aprodução de excedentes de energia por parte das usinas paulistas, poderiam ter suprido odéficit de toda região sudeste, durante o racionamento na crise de 2001 e 2002. SegundoDantas (2010), a biomassa proveniente da cana-de-açúcar tem capacidade de adicionar aosistema elétrico brasileiro até 2020, aproximadamente, 15.000 MW de eletricidade, o queseria equivalente a incorporar uma nova Itaipu ao parque gerador nacional. Esses dadosmostram que o setor poderá contribuir muito para suprir a crescente demanda de energia nopaís.Para cogerar energia nas usinas, caldeiras e turbinas trabalham seqüencialmente com osgeradores de energia elétrica. Hoje, quase todas as usinas e destilarias possuem umsistema de geração de vapor que opera a partir da queima do bagaço e algumas delas jávêm adicionando a palha à queima devido ao seu grande potencial energético. O bagaçoainda é o combustível mais utilizado pois, praticamente, metade da quantidade da palhapermanece nas lavouras. onde é usada como adubo (DANTAS, 2010), embora haja atendência de mudar esse conceito por questões ambientais.O potencial de geração de energia elétrica pelo setor sucroalcooleiro está relacionadodiretamente à tecnologia empregada, devido aos custos unitários (R$/kW instalado) sereminfluenciados pelo efeito escala. Grande parte das usinas utiliza caldeiras de média pressão(22 bar, 300 ° apesar de estarem disponíveis caldeiras de 40 a 100 bar, que elevariam de C),forma significativa a eficiência energética (COELHO, 1999).4.1 O PALHIÇO DA CANA-DE-AÇÚCARSegundo Ripoli e Ripoli (2004), o nome correto para este resíduo da colheita da cana-de-açúcar, sem queima prévia, é palhiço e não palha. Não se constitui apenas de folhas decana com baixo grau de umidade, mas sim de folhas verdes, palhas, ponteiros, colmos ousuas frações e rebolos ou suas frações, com terra a eles agregados. 11
  • 12. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Esta matéria-prima interessa aos canavieiros e usineiros, pois o equivalente energético dopalhiço gira em torno de 1,2 barris de petróleo por tonelada de material. Dependendo dacultura da cana, da variedade plantada, idade e condições edafoclimáticas, um hectare decanavial oferece entre 11 a 33 equivalentes de barris de petróleo (MELLO, 2009).Grande parte do palhiço acaba permanecendo no campo, pois não há tecnologias queviabilizem o processo de retirada do campo, além do alto custo de transporte, já que opalhiço ocupa um grande volume (RIPOLI, 1990).A tendência é as usinas começarem a buscar formas de viabilizar o processo de retirada dopalhiço do campo, de transporte para a indústria e de queima, mesmo porque, pela leiestadual n° 11.241, de 2002, do Estado de São Paulo, até 2021 será proibida a queima dopalhiço na área mecanizável e até 2031 na área não mecanizável (DANTAS, 2010).Entretanto, o governo do Estado assinou um Protocolo Agroambiental com o compromissode antecipar a extinção da queima até 2014 na área mecanizável e até 2017 na área ondenão é possível o trabalho com máquinas (COPLANA, 2008). Com o cumprimento doprotocolo haverá grande quantidade de palhiço disponível, que antes era queimado epoderá ser usado como combustível, bastando apenas um estudo mais completo deviabilidade e adequamento dos equipamentos rurais e industriais.O palhiço possui algumas vantagens quando deixado sobre o solo. Entre elas, pode-se citarmanutenção da umidade do solo, controle da erosão, matéria orgânica e microrganismos econtrole de gramíneas anuais.Como desvantagem, segundo diretor da Santal, José Roberto Santo André, tem-se o fatorda palha reduzir a temperatura do solo entre 0,3 a 0,8 ° retardando a brotação da soqueira, Cmaior nível de injuria pela geada, redução da produtividade em regiões mais frias, condiçõesfavoráveis ao ataque da cigarrinha, aumento da intensidade da infestação de broca eaumento da infestação de plantas daninhas folhas largas.5 MÉTODOÉ apresentada a situação do setor sucroalcooleiro, iniciando pelos anos 70, com a criaçãodo PROÁLCOOL, apresentando a sua evolução, acompanhada pelas políticas públicas deincentivo da época, a adoção dos veículos movidos exclusivamente a álcool, até afabricação dos veículos flex fuel. São apresentados, também, os dados de produção econsumo de álcool no país, bem como dados de exportação, além das dificuldadesenfrentadas para vencer as barreiras protecionistas impostas à exportação do álcoolbrasileiro. 12
  • 13. Universidade Presbiteriana MackenziePara atingir o objetivo que se propõe, este trabalho está estruturado para, inicialmente,apresentar a situação atual do setor energético do país, destacando a quantidade debiomassa utilizada para a geração de energia renovável, na maior parte proveniente dosetor sucroalcooleiro.É realizado o levantamento do “Estado da Arte” da Tecnologia de Cogeração, buscando astecnologias em uso e disponíveis comercialmente.Devido à ascensão dos preços do petróleo e ao compromisso da redução das emissões degases de efeito estufa assumidos pelos países desenvolvidos, junto ao Protocolo de Quioto,a demanda por etanol tem aumentado. Portanto, são avaliados os aspectos ambientaisrelacionados às usinas de cana-de-açúcar, desde a plantação e colheita da cana, passandopela produção de açúcar e álcool, finalizando no processo de geração de energia elétrica,que é o foco deste trabalho.Como se trata de um assunto inovador, a parte técnica do trabalho é baseada,principalmente, no acompanhamento de empresas pioneiras que estão investindo empesquisas para desenvolvimento dos equipamentos necessários ao processo. Por meio deum Estudo de Caso, é realizado o levantamento de dados em uma usina que já cogeraenergia elétrica e está estudando uma maneira de viabilizar o processo de cogeração pormeio da queima da palha.São realizados cálculos para determinação do potencial de palha a ser produzida e, pormeio dela, os cálculos da potência disponível e da capacidade de geração de energiaelétrica na usina em questão. É verificada a possibilidade de aproveitamento do vaporexcedente gerado, proveniente do processo da queima da palha, para gerar energia elétricae a utilização dessa energia na própria planta ou sua venda para a concessionária local. Écomparada a utilização da palha com a do bagaço da cana, que já é habitual, identificandoas vantagens e desvantagens produtivas e financeiras.6 RESULTADOS E DISCUSSÕESPara este estudo, foi selecionada a Destilaria TGM, uma das empresas do Grupo TGM,localizada em Cerqueira César – SP. Os dados fornecidos apresentam as tecnologiasempregadas e as características-padrão para uma planta que cogera energia elétricautilizando o bagaço da cana-de-açúcar.A planta que, atualmente, mói, em média, 500.000 t de cana-de-açúcar por safra, tempotencial para gerar até 2,5 MWh e não precisaria comprar energia elétrica. Porém, existeum acordo com a Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL) no qual a planta compra uma 13
  • 14. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011quantidade de energia elétrica mensal a troco do abastecimento emergencial, caso a plantafique sem energia auto-gerada.Atualmente, a planta utiliza apenas o bagaço da cana-de-açúcar como combustível para acaldeira, isso porque a planta ainda está crescendo e tem muito a crescer. Estudos estãosendo realizados para adequar os equipamentos atuais à queima do palhiço e também paraviabilizar o transporte do mesmo.A principal dificuldade para se utilizar o palhiço para cogerar energia é a questão logística.Muitos estudos estão sendo feitos no Brasil e no exterior, pois o poder calorífico do palhiço ébem superior ao do bagaço e a deterioração do palhiço na lavoura representa perdas debiomassa e conseqüentemente perdas financeiras. A maioria das usinas já começou aestudar a viabilidade do transporte do palhiço da lavoura até a indústria, pois a dificuldadese encontra na retirada do palhiço do solo. Algumas usinas preferem enfardar o palhiço naforma cilíndrica e outras na forma de um quadrado, o objetivo é achar uma maneira em queo volume e a densidade dos fardos compensem o transporte.Segundo Mello (2009), devido à baixa densidade do palhiço seco, é necessário umadensamento em que o volume inicial seja reduzido em até 15 vezes, com finalidade dediminuir os custos do transporte. O enfardamento é o método mais usual nas usinas. Aindanão é viável, para a maioria das usinas, realizar a queima do palhiço, principalmente se tiverque buscar a cana a grandes distâncias.Hoje, a destilaria estudada é auto-suficiente em energia elétrica e pretende ampliar seupotencial energético e industrial. A previsão é começar a produzir açúcar em 4 anos. Nasafra de 2010 foi obtido um lucro de cerca de 10% do valor bruto que é, em média, R$48.000.000,00 e espera aumentar esses números, pois a destilaria é auto-suficiente tambémno cultivo da cana e possui sua própria frota de caminhões e maquinários.Nos Quadros 1 e 2, são apresentados cenários em que modificações térmicas sãosugeridas para aumento da produção de energia. 14
  • 15. Universidade Presbiteriana Mackenzie MOAGEM DE 1.800.000 TON DE CANA SAFRA Dias de Safra 253 diasAproveitamento tempo operacional 85%Dias efetivos de operação (safra) 215 dias Dias de safra parado (Chuva) 0 dias Geração de energia Elétrica TG 67/520 - contra pressão 29 MWh TG 67/520 - condensação 0 MWhDisponibilidade dos equipamentos 99% TOTAL GERADO NO PERÍODO 148.143,60 MWh/ano Consumo de energia da planta 10,50 MWh DISPONIVEL PARA VENDA 93.963,60 MWh Preço de energia vendida 145,00 R$/MW RECEITA NO PERÍODO 13.624.722,00 R$ Quadro 1: Moagem sem turbina de condensação. Fonte: TGM Destilaria, 2011 15
  • 16. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 MOAGEM DE 1.800.000 TON DE CANA SAFRA Dias de Safra 253 dias Aproveitamento tempo operacional 85% Dias efetivos de operação (safra) 215 dias Dias de safra parado (Chuva) 0 dias Geração de energia Elétrica TG 67/520 - contra pressão 29 MWh TG 67/520 - condensação 30.5 MWh Disponibilidade dos equipamentos 99% TOTAL GERADO NO PERÍODO 312.645,96 MWh/ano Consumo de energia da planta 10,50 MWh DISPONIVEL PARA VENDA 257.587,56 MWh Preço de energia vendida 145,00 R$/MWh RECEITA NO PERÍODO 37.350.196,20 R$ Quadro 2: Moagem com turbina de condensação. Fonte: TGM Destilaria, 2011No cenário um, apresentado no Quadro 1, é considerada a moagem de 1.800.00 tc, pois aplanta tem capacidade de processá-las, com as instalações existentes. Como resultado,tem-se um acréscimo de 130.623,60 MWh de energia gerada em relação a atual, que hoje éde 17.520 MW ao ano, que resulta em 93.963,60 MWh de energia excedente que pode sercomercializada a 145 R$MWh, gerando uma receita de R$ 13.624.722,00.No cenário dois, apresentado no Quadro 2, há a introdução de uma turbina de condensação,que aumenta a geração em 164.502,36 MWh no ano, em relação ao cenário um,disponibilizando 257.587,56 MWh excedente para a venda ao preço de 145 R$MWh. 16
  • 17. Universidade Presbiteriana MackenzieAs condições adotadas para tais cenários foram o aproveitamento do tempo operacional de85%, ou seja, haverá efetivamente 215 dias de moagem e durante o período de chuva, aplanta irá parar completamente a sua operação; a disponibilidade de palha deverá serconfirmada em função da variedade de cana, forma de colheita, forma de transporte e outrosfatores que possam impactar na quantidade disponível na indústria, assim como seu podercalorífico. Para a opção com palha, há uma reserva de bagaço durante o período deoperação normal de 3,8 th, para operação em dias de chuva.Nos fluxogramas 1 e 2, a seguir, são apresentados os resultados dos cálculostermodinâmicos para os cenários de queima de bagaço e da combinação entre bagaço epalha. Fluxograma 1: Balanço térmico de cogeração sem turbina de condensação. Fonte: TGM Destilaria, 2011 17
  • 18. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Fluxograma 2: Balanço térmico de cogeração com turbina de condensação e queima de bagaço e palha. Fonte: TGM Destilaria, 20117 CONCLUSÃOBaseado nos estudos realizados nas pesquisas, na troca de informações entre pessoalespecializado da área e técnicos da destilaria, conclui-se que há um grande potencialenergético a ser explorado no setor sucroalcooleiro do país. O setor energético depende dosetor sucroalcooleiro para crescer, e este, por sua vez, vem sendo analisado porinvestidores do mundo inteiro em busca de novas tecnologias para produção debiocombustíveis e energia gerada por fontes renováveis. Em busca de reduzir custos eaumentar a eficiência da indústria de açúcar e álcool, o palhiço aparece como uma novaoportunidade para este setor. Aliada a isso, está a questão ambiental, pois aregulamentação exige a colheita de cana crua, ou seja, a colheita sem a queima da palha nocampo. No Estado de São Paulo, a legislação vigente prevê um crescimento gradual dacolheita mecanizada, com a mecanização total a ser atingida até 2021 em áreas comdeclividade propícia à entrada das colheitadeiras mecânicas e dez anos depois, em áreascom terreno menos favorável. Esse tipo de colheita de cana vai permitir a recuperação dopalhiço que, por sua vez, proporcionará um grau de aumento na disponibilidade debiomassa para produção de energia no processo industrial. Na maior parte da regiãoNordeste (responsável por cerca de 30 por cento da produção brasileira), a colheita de canacrua não poderá ser aplicada, devido às condições topográficas. Cabe agora às usinas 18
  • 19. Universidade Presbiteriana Mackenzieinvestir em pesquisas para desenvolver equipamentos mais eficientes e adequar astecnologias já existentes, para tornar viável a retirada do campo e queima desta matéria-prima, aumentando, conseqüentemente, a eficiência térmica do sistema.REFERÊNCIASANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. A missão da Aneel. 2010.Disponível em <http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=635&idPerfil=3> Acesso em: abr.2011.BEN – BALANCO ENERGETICO NACIONAL. Relatórios Preliminares, Ano Base 2008.Disponível em https://ben.epe.gov.br/downloads/Resultados_Pre_BEN_2009.pdf. Acessoem janeiro, 2011.BIODIESELBR. A verdadeira historia do Proálcool. 2009. Disponível em<http://www.biodieselbr.com/proalcool/historia/proalcool-historia-verdadeira.htm> Acessoem: 2009.BIODIESELBR. PROÁLCOOL – Programa Brasileiro de Álcool. 2008. Disponível em<http://www.biodieselbr.com/proalcool/pro-alcool.htm> Acesso em: dez. 2008.BNDES - BANCO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E SOCIAL.Bioetanol de cana-de-açúcar – Energia para o desenvolvimento sustentável.Organização BNDES e CGEE. Rio de Janeiro. 2008. Disponível em: <http://www.bioetanoldecana.org/> Acesso em: 10 de set. 2009.COELHO, S.T. Barreiras e Mecanismos para Implementação de um Programa de LargaEscala de Cogeração a Partir de Biomassa. Uma Proposta para o Estado de São Paulo.1999. Tese (Doutorado em Energia) - Programa Interunidades de Pós-Graduação emEnergia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1999.COPERSUCAR (2010). Cooperativa de Produtores de Cana-de-Açúcar, Açúcar e Ácool doEstado de São Paulo. Memória copersucar. Disponível em: www.copersucar.com.br Acessoem 08/10/2010.DANTAS, Djolse Nascimento. Uso da biomassa da cana-de-açúcar para geração deenergia elétrica: análise energética, exergética e ambiental de sistemas de cogeraçãoem sucroalcooleiras do interior paulista. 2010. Mestrado – Escola de Engenharia de SãoCarlos, São Carlos, 2010.ESPARTA, Adelino Ricardo Jacintho. Redução de Emissões de Gases de Efeito Estufano Setor Elétrico Brasileiro: A Experiência do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo deProtocolo de Quioto e uma Visão Futura. 2008. Tese (Doutorado – Programa Interunidadesde Pós-Graduação em Energia) – EP/FEA/IEE/IF da Universidade de São Paulo, São Paulo,2008.GOLDEMBERG, José; MOREIRA, José Roberto. O Programa Nacional do Álcool. RevistaBrasileira de Energia. v. 11. Rio de Janeiro, 1990.IICA - INSTITUTO INTERAMERICANO DE COOPERAÇÃO PARA AGRICULTURA. Informesobre a situação e perspectivas da agroenergia e dos biocombustíveis. Brasília, 2007.Disponível em: <http://vm-sharepoint.sestsenat.org.br:9002/Downloads/Publica%C3%A7%C3%B5es%20externas/Biodiesel/IICA-%20biocombustibles.pdf> Acesso em: 10 de set. 2009.JOSEPH JR., Henry. New advances on flex fuel technology. Volkswagen do Brasil.Powertrain Development. Ethanol Summit 2009. São Paulo, 2009. 19
  • 20. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011LIBONI, Lara Bartocci. Perfil da Mão-de-Obra no Setor Sucroalcooleiro: Tendências ePerspectivas. (Tese de Doutorado) Universidade de São Paulo, 2009.MACHADO, Hermogenes Moura. Determinação da Variabilidade Espacial da Biomassada Cana-de-Açúcar por Meio de Dados Espectrais do Satélite Landsat 7/ETM+.Engenharia Agrícola, Universidade Estadual de Campinas, 2003. 70p. Dissertação(Mestrado em Planejamento Rural), Campinas, 2003.MAPA – MINISTÉRIO DA AGRICULTURA PECUÁRIA E ABASTECIMENTO. BalançoNacional da Cana-de-Açúcar e Agroenergia. Brasília, 2009.MELLO, Arthur Miola De. Desempenho de uma enfardadora prismática no recolhimentodo palhiço. Mestrado, Universidade de São Paulo – Escola Superior de Agricultura Luiz deQueiroz, Piracicaba, 2009.MME – Ministério de Minas e Energia. 2011. Disponível em:<http://www.mme.gov.br/mme/menu/institucional/ministerio.html> Acesso em: 02 de mar. de2011.MORAN, M.J., Shapiro, H.N., “Princípios de Termodinâmica para Engenharia”, LTCEditora 4ª Ed., Rio de Janeiro, 2002.OLIVEIRA, J.G. Perspectivas para a cogeração com bagaço de cana-de-açúcar:potencial do mercado de carbono para o setor sucro-alcooleiro paulista. 2007.Dissertação (Mestrado em área de concentração de Engenharia de Produção) – Escola deEngenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007.ONS – OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO. O que é o SIN – SistemaInterligado Nacional. Disponível em:<http://www.ons.org.br/conheca_sistema/o_que_e_sin.aspx> Acesso em: 22 de mar. de2011.QUEIROZ, Saulo de Tarso Prado. A Usinas de álcool – fatores influentes no processode escolha da localização de novas unidades. Dissertação (Mestrado). Faculdade deAgronomia e Medicina e Veterinária. Brasília, 2008.RACHED, Alia Zahi. Barreiras à exportação do etanol brasileiro. Qualificação deMestrado apresentada ao PIPGE – Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia,do IEE – Instituto de Eletrotécnica e Energia da USP – Universidade de São Paulo. SãoPaulo, 2009.RIPOLI, T.C; MOLINA Jr., W.F.; NOGUEIRA, M.C.S.; MATOS, J.R. Equivalente Energéticodo Palhiço de Cana-de-Açúcar. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIAAGRÍCULA, 19., Piracicaba. 1990. Anais. Piracicaba: FEALQ, SBEA, 1990b.SOUZA, J. R. A.. O que as indústrias querem saber sobre co-geração. EletricidadeModerna, São Paulo, 1987.TORQUATO, S. A.; PEREZ L.H. Evolução das Exportações Brasileiras de Álcool,período de 1996 a julho de 2005. Revista Informações Econômicas, São Paulo, v. 36, n. 3,mar. 2006. Disponível em: <http://www.iea.sp.gov.br/out/verTexto.php?codTexto=5006>.Acesso em: 14 jun. 2007.ÚNICA - UNIÃO DAS INDÚSTRIAS CANAVIEIRAS DE SÃO PAULO. Avaliação da área dacana. Disponível em <http:⁄⁄www.unica.com.br>. Acesso em dezembro de 2010.VELÁZQUEZ, Sílvia Maria Stortini González. Perspectivas para a Geração de EnergiaElétrica no Segmento de Papel e Celulose com a Utilização de Sistemas deGaseificação/Turbina a Gás. (Tese de Doutorado) Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, Universidade de São Paulo. São Paulo, 2006. 20
  • 21. Universidade Presbiteriana MackenzieVIANA JR, L. Cogeração - Desenvolvimento de Metodologia para Avaliação Energética:Estudo de Caso Aplicado à Indústria de Papel e Celulose. (Dissertação de Mestrado)PUC – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Minas Gerais, 1999.Contato: thales.manfrin@yahoo.com.br e velazquez@mackenzie.br 21