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AULA 4 BIOENERGIA Prof. Marcos Baroncini Proença 2 INTRODUÇÃO Biomassa versus bioenergia Anteriormente, fizemos um apanhado geral do que é a biomassa e a bioenergia. Na segunda, aprofundamos conhecimentos sobre a biomassa no mundo e no Brasil, explanando os principais tipos e como são usados para geração de energia. Discorremos, também, sobre os tipos de biocombustíveis e de bioenergia que podem ser produzidos pela biomassa. Mais uma vez, foi possível visualizar o potencial de protagonismo do Brasil, no cenário mundial, referente a bioenergia e bioeconomia. Nesta aula, iremos traçar um comparativo entre a biomassa disponível e os biocombustíveis e bioenergia gerados, buscando relacionar capacidade produtiva com produção real, a fim de que, posteriormente possamos ter subsídios para tratar da situação econômica e do potencial do Brasil, bem como da gestão da biomassa e biocombustíveis e bioenergia. TEMA 1 – APANHADO GERAL – BIOMASSA, BIOCOMBUSTÍVEIS E BIOENERGIA NO MUNDO E NO BRASIL Segundo relatório da World Bioenergy Association (WBA, 2018), embora a matriz energética mundial ainda dependa quase que na totalidade de combustíveis não renováveis, se verificou um aumento consistente, em torno de 1% ao ano, da participação da energia proveniente da biomassa, chegando esta a representar quase 14% da energia consumida globalmente, conforme pode ser visto na Tabela 1 e o Gráfico 1. A África é o continente em que há a maior participação desse tipo de energia, chegando a representar 50% da energia que seus habitantes consomem. No lado oposto está a Europa, com pouco mais de 10% de sua energia consumida sendo gerada pela biomassa. Em termos gerais, a energia proveniente da biomassa atingiu, em 2016, a quantidade de 55,6 EJ, constituindo 70% do total da energia renovável consumida globalmente, sendo, dessa energia, 1,05 EJ forma na forma de calor, 571 TWh de eletricidade e 3,43 EJ de energia na forma de combustíveis líquidos e gasosos (WBA, 2018). 3 Tabela 1 – Produção global de energia, em EJ, por continentes Total Carvão Petróleo Gás Natural Nuclear Renováveis Renováveis % África 34,8 4,53 8,29 4,83 0,16 17,0 48,8% América 141 16,9 55,2 40 10,6 17,8 12,7% Ásia 276 114 80,8 42,7 5,18 32,6 11,8% Europa 119 18,5 37,4 37,9 12,5 12,5 10,5% Oceania 6,26 1,88 2,04 1,62 0,00 0,72 11,5% Mundo 576 156 184 127 28,5 80,6 13,6% Fonte: Adaptado de WBA, 2018, p. 9. Gráfico 1 – Participação, em percentuais, dos tipos de energia consumida no mundo Fonte: Adaptado de WBA, 2018, p. 9. É inegável que, em função da evolução tecnológica que hoje atinge áreas urbanas e rurais, incluindo o uso em larga escala de veículos automotivos, a energia elétrica se constitui na maior fonte de energia consumida e seu consumo só tende a crescer. Segundo a Bioenergy International (2019), plantas de geração de energia por meio da biomassa tiveram um acréscimo de 300 unidades em 2018, sendo que hoje há 3,8 mil unidades dessas plantas no mundo, gerando cerca de 60 GW de eletricidade. Ainda segundo essa publicação, se espera até 2027 a construção de mais 1,9 mil unidades, incrementando a produção da 4 energia em 25 GW, com destaque para a Ásia, onde se estima que 50% dessa capacidade será instalada, em especial na China e na Índia. O Brasil, os Estados Unidos e o Canadá são apresentados como mercados promissores e a Europa como um mercado em declínio para investimento nesse tipo de geração renovável de energia (Bioenergy International, 2019). No Brasil (2018b), as projeções de produção de biomassa e potencial energético até 2050 ultrapassam os 530 Mtep, como mostra o Gráfico 2. Gráfico 2 – Potencial de geração de energia em função da biomassa, projetado até 2050 Fonte: Brasil, 2018b, p. 95. TEMA 2 – RESÍDUOS AGRÍCOLAS E DA AGROINDÚSTRIA VERSUS ETANOL, BIODIESEL, BIOGÁS E ENERGIA ELÉTRICA Podemos afirmar que, por ser um país proeminentemente agrícola e pecuário, sendo esses setores em que o Brasil tem excelência, na área agrícola e agroindustrial destacamos o potencial do país de transformar a biomassa gerada em biocombustíveis de primeira e segunda geração, com destaque para o etanol, mas com consolidada produção, também, de energia elétrica e potencial participação do biogás. Não há como iniciar este tema que não seja pela agroindústria da cana-de- açúcar. Além da obtenção direta do etanol de primeira geração, que ocupa importante posição estratégica na matriz energética nacional, diretamente da 5 cana, do seu bagaço residual se obtém o etanol de segunda geração e a biomassa para geração de energia elétrica e calor, sendo ele, em quase sua totalidade, utilizado pelas próprias usinas e seu excedente negociado com o Sistema Interligado Nacional (SIN). A vinhaça vem sendo usada para obtenção de biogás e biofertilizante. Segundo Nota Técnica PR 09-18 da Empresa de Pesquisa Energética (EPE) (Brasil, 2018c), a projeção da oferta de etanol considera uma série de premissas, tais como: melhorias no ciclo da cana, a expansão da capacidade produtiva das usinas e a otimização da produtividade agrícola em toneladas de cana por hectare (tc/ha), melhoria da qualidade da cana (ATR/tc) e avanços na tecnologia de produção do etanol de segunda geração. Segundo a mesma nota técnica (Brasil, 2018c), a produção do etanol com base no milho vem ganhando incentivos e passará a contribuir nessa produção. Ainda segundo a nota, há uma projeção, até 2050, de estarem instaladas e funcionando mais de 37 usinas de produção de etanol de primeira geração, além das já existentes, que, segundo a União dos Produtores de Bioenergia, somam 411, bem como da implementação de 80 unidades de produção de etanol de segunda geração. Por sua vez, a capacidade de moagem, projetada para ter um aumento de capacidade de até 90%, permitirá o processamento, até 2050, de 1,03 mil megatoneladas de cana. A cogeração de energia elétrica e calor contribuirá significativamente para a sustentabilidade dessa produção (Brasil, 2018c). A Nota Técnica PR 04/18 da EPE abre mais esses dados (Brasil, 2018b). Segundo essa nota, a utilização do bagaço, da palha e da ponta para produção de etanol de segunda geração e também para produção de energia elétrica e calor, além do uso da vinhaça, junto com outros resíduos da usina, para produção do biogás, vêm surgindo como novas e boas oportunidades de negócios para o setor sucroalcooleiro. A produção de cana-de-açúcar chegará a pouco mais de 1,002 bilhão de toneladas até 2050, sendo que cerca de 304 mil toneladas se transformarão em bagaço, cerca de 443 toneladas se converterão em caldo para etanol e 175 toneladas se tornarão ponta e palha, como pode ser visto no Gráfico 2 (Brasil, 2018b). Isso irá gerar, até 2050, uma energia equivalente a pouco mais de 140 megatoneladas equivalentes de petróleo, conforme projeção apresentada no Gráfico 3. Com relação ao milho, o etanol é produzido com base no amido presente no grão, que primeiro será convertido em açúcar. Sua produção gera vinhaça rica 6 em proteínas que, após centrifugada, gera o farelo destinado à alimentação do gado, o óleo de milho, que é comercializado, e água suja, que pode ser usada como adubo líquido orgânico (Brasil, 2018b). A maior vantagem de se produzir etanol do milho é que este grão pode ser estocado, garantindo biomassa para se produzir o ano inteiro. Em 2050, segundo Brasil (2018b), se estima alcançar uma produção considerável de 4 bilhões de litros de etanol com base no milho, sendo necessários para isso 10 milhões de toneladas desse cereal. Gráfico 3 – Projeção do crescimento de produção da cana-de-açúcar até 2050 Fonte: Brasil, 2018b, p. 83. Gráfico 4 – Projeção do crescimento da produção deenergia com base na indústria da cana-de-açúcar, até 2050 7 Fonte: Brasil, 2018b, p. 84. É sempre bom enfatizar que estamos analisando a produção do etanol como um todo, sem discriminar o etanol em anidro e hidratado, lembrando que o etanol anidro é usado como aditivo à nossa gasolina e também destinado às indústrias de perfume e fármacos e o etanol hidratado é usado diretamente no abastecimento de veículos a combustão, com motores a ciclo de Otto. Porém, é inegável que boa parte dessa expectativa de produção se deve ao crescimento no consumo de etanol hidratado. Segundo a Nota Técnica PR 09/18 da EPE (Brasil, 2018c), as empresas aéreas pretendem, a partir de 2020, promover um crescimento zero de carbono na indústria de aviação, sendo que, para atingir esse objetivo, entre outras medidas, elas devem utilizar combustíveis drop-in, obtidos por processos certificados na American Society for Testing and Materials (ASTM) e denominados bioquerosene de aviação (BioQAV) (Brasil, 2018c). Segundo o documento técnico intitulado Esquema de redução de emissões da Aviação Civil Internacional (Corsia/Icao): desafios e oportunidades para o Brasil, elaborado para o Instituto de Desenvolvimento da Amazônia (Idesam), aquela resolução, tomada na 39a Assembleia da Organização da Aviação Civil Internacional (Icao), foi denominada Carbon Offseting and Reduction Scheme for International Aviation (Corsia) e entrará em vigor entre 2021 e 2035 (Soares; Cenamo, 2018). Ainda no mesmo documento (Soares; Cenamo, 2018), há uma estimativa crescente do uso do BioQAV, como apresentado no Gráfico 5. Entre as rotas certificadas pela ASTM, há duas que usam a biomassa de resíduos agrícolas e três que usam diretamente produtos agrícolas ou da agroindústria para a produção daquele combustível, conforme apresentado no Quadro 1. 8 Gráfico 5 – Medidas Corsia/Icao para cumprimento das metas de redução de emissões de gás carbônico pela aviação internacional Fonte: Adaptado de Soares; Cenamo, 2018, p. 10. Quadro 1 – Rotas para a produção do BioQAV certificadas pela ASTM Nome da rota Matéria-prima Principal produto Mistura máxima Empresas produtoras HEFA-SPK gorduras, óleos e graxas Iso e N-parafinas 50% UOP, Neste e Syntroleum FT-SPK resíduos agrícolas e florestais, madeira e resíduos sólidos Iso e N-parafinas 50% Sasol, Shell e Syntroleum FT-SPK/A resíduos agrícolas e florestais, madeira e resíduos sólidos Iso, N-parafinas e aromáticos 50% Sasol, Shell e Syntroleum ATJ-SPK matérias-primas renováveis (cana-de-açúcar, milho ou resíduos florestais) Iso e N-parafinas 50% Gevo, Cobalt e Lanzatech SIP açúcares Parafinas 10% Amyris Fonte: Brasil, 2018c, p. 75. 9 Dentre nossas biomassas para produção do BioQAV, se destacam a cana- de-açúcar, a soja, o babaçu, a macaúba e a palma. Da biomassa da agricultura também é produzido o biodiesel, sendo que, segundo Brasil (2018c), ele tem como sua principal matéria-prima as oleaginosas agrícolas, em especial o óleo de soja, sendo que, até 2050, terá como segunda matéria-prima o óleo de palma. A nota apresenta uma projeção pela qual, somando a produção do óleo de palma da Bahia e a da Amazônia Legal, haverá uma produção equivalente, a mais, de 19 Mtep, contra pouco mais de 34 Mtep de óleo de soja. Porém, a curva de crescimento do óleo de palma se apresenta mais ascendente do que a do óleo de soja, conforme apresentado no Gráfico 6. Gráfico 6 – Projeção da produtividade de biomassa e biodiesel até 2050 Fonte: Brasil, 2018b, p. 87. Com relação à energia elétrica, embora a participação percentual da biomassa na sua geração total venha diminuindo com o crescimento da hidráulica, conforme o boletim Informações gerenciais da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) (Brasil, 2018a), a participação da biomassa agroindustrial na geração de energia em termoelétricas é crescente e hoje supera os outros combustíveis, conforme apresentado nas Figuras 1 e 2. 10 Figura 1 – Energia gerada e participação por fonte, até março de 2018 2016 2017 2018 2017 2017 2017 2017 2018 Energia gerada em GWh Jan.- Dez. Jan.- Dez. Jan.- Mar. Jan.- Mar. Abr.- Jun. Jul.-Set. Out.- Dez. Jan.- Mar. Despachada ao SIN 536.567 547.360 139.903 145.377 132.425 131.174 138.384 139.903 Fora do Sistema Interligado 2.703 2.011 706 612 673 726 769 706 Total de Geração 539.270 549.370 140.609 145.989 133.097 131.899 139.153 140.609 Participação por fonte Renováveis 82,8% 80,9% 86% 85,9% 82,5% 77,1% 77,6% 86% Disto: Hidráulica 75,7% 72% 80,1% 80,8% 74,6% 64,8% 67,3% 80,1% Biomassa 1,4% 1,6% 0,7% 0,7% 1,8% 2,5% 1,8% 0,7% Eólica/Fotovoltaica 5,7% 7,2% 5,2% 4,5% 6,2% 9,8% 8,6% 5,2% Não renováveis 17,2% 19,1% 14% 14,1% 17,5% 22,9% 22,4% 14% Disto: Gás natural 8,3% 9,9% 6,7% 6,7% 8,8% 12,4% 11,9% 6,7% Óleo diesel/Combustível 1,5% 1,7% 1,1% 0,9% 0,9% 2,7% 2,3% 1,1% Carvão 2,9% 2,7% 2,3% 2,1% 2,6% 2,9% 3,3% 2,3% Nuclear 2,9% 2,9% 2,1% 2,7% 3,1% 2,8% 2,9% 2,1% Outras 1,6% 1,9% 1,8% 1,6% 2% 2% 2% 1,8% Fonte: Adaptado de Brasil, 2018a, p. 6. 11 Figura 2 – Participação das fontes de energia em termoelétricas Tipo Usinas termelétricas1 Quantidade Potência instalada (kW)2 % Biomassa Agroindustriais Bagaço de cana-de- açúcar 401 11.180.735 26,9% Biogás-AGR 2 948 0% Capim-elefante 2 31.700 0,1% Casca de arroz 12 45.333 0,1% Biocombustíveis líquidos Etanol 1 320 0% Óleos vegetais 2 4.350 0% Floresta Carvão vegetal 8 43.197 0,1% Gás de alto forno - biomassa 10 114.265 0,3% Lenha 4 23.900 0,1% Licor negro 18 2.542.616 6,1% Resíduos florestais 55 425.197 1% Resíduos animais Biogás - RA 14 4.481 0% Resíduos sólidos urbanos Biogás - RU 19 128.851 0,3% Carvão - RU 1 2.700 0% Fóssil Carvão mineral Calor de processo - CM 2 28.400 0,1% Carvão mineral 14 3.323.740 8% Gás de alto forno - CM 10 375.330 0,9% Gás natural Calor de processo - GN 1 40.000 0,1% Gás natural 165 12.953.699 31,2% Outros fósseis Calor de processo - OF 1 147.300 0,4% Petróleo Gás de alto forno - PE 1 1.200 0% Gás de refinaria 6 315.560 0,8% Óleo combustível 78 4.055.967 9,8% Óleo diesel 2.157 4.720.995 11,4% Outros energéticos de petróleo 18 1.028.328 2,5% Total 3.002 41.539.113 100% 1 Usinas em operação com outorga regularizada. 2 Sujeita à fiscalização da Aneel. Fonte: Adaptado de Brasil, 2018a, p. 5. 12 TEMA 3 – RESÍDUOS DA PECUÁRIA E DA AGROINDÚSTRIA VS. BIODIESEL E BIOGÁS Segundo a Nota Técnica PR 04/18 da EPE (Brasil, 2018b), em 2018, a produção de biomassa da pecuária confinada se aproximou de 250 milhões de toneladas de biomassa e gerou um potencial de produção de energia superior a 10 milhões de tep, tomando como base a geração de biogás e sua conversão em energia elétrica e calor, conforme apresentado no Gráfico 7, cuja parametrização tomou como base a média de produção de dejetos de bovinos, suínos e aves apresentada no Quadro 2, pois ela representa quase a totalidade da produção da pecuária confinada do Brasil. Quadro 2 – Produção média diária de biomassa para produção de biogás Tipo de gado Valor Unidade Vaca leiteira 15 kg de esterco/dia.animal Suínos 2,5 kg de esterco/dia.animal Aves 0,1 kg de esterco/dia.animal Fonte: Brasil, 2018b, p. 90. Gráfico 7 – Projeção de biomassa e bioenergia potenciais, até 2050 Fonte: Brasil, 2018b, p. 90. 13 É possível observar, no Gráfico 7, que a projeção de produção de biomassa da pecuária confinada deverá superar450 milhões de toneladas até 2050, com um potencial de geração de energia que superará os 18 milhões de tep. Com relação ao biodiesel, a pecuária é hoje a segunda maior fonte de biomassa para sua produção, respondendo, segundo Brasil (2018b), por 15% da oferta disponível – poderia fornecer 35%, se fosse usado todo o sebo disponível. A expectativa é de que, até 2050, sejam produzidos 2,2 milhões de toneladas de gordura proveniente da pecuária, com capacidade para geração de energia por biodiesel superior a 2,3 milhões de tep. TEMA 4 – RESÍDUOS URBANOS VS. BIOGÁS, ELETRICIDADE E CALOR A biomassa produzida de resíduos urbanos depende de uma série de fatores, dentre eles o nível econômico da região; sua localização, se mais para uma capital ou para o interior ou o litoral; a renda per capita da população e seus hábitos alimentares. Da biomassa gerada podem ser produzidos principalmente biogás e eletricidade, havendo também o caso dos óleos de cocção usados como uma boa matéria-prima para a produção do biodiesel. Segundo Brasil (2018b), tomando como base estudo feito a partir de 2014 no Brasil e também a situação da Europa e como parâmetro principal a expectativa de aumento do Produto Interno Bruto (PIB) e da população e sua relação com a produção per capita de resíduos urbanos sólidos e líquidos, bem como sua composição, há uma expectativa de produção de cerca de 1,38 kg/dia, per capita, totalizando quase 114 milhões de toneladas de resíduos orgânicos até 2050, conforme apresentado na Tabela 2. Ainda segundo Brasil (2018b), cerca de 30% desse resíduo será orgânico, 33% papéis e 22% plásticos. Esses números geram uma expectativa de potencial de energia que pode ser gerada de quase 19 GJ por tonelada de resíduos sólidos urbanos até 2050, conforme apresentado na Tabela 3. 14 Quadro 3 – Expectativa de geração de resíduos sólidos urbanos até 2050 Ano Produção de RSU (1.000 t) Produção diária per capita (kg/hab./dia) % Orgânico Papéis Plásticos Vidros Metais Outros 2013 73.300 0,99 56 20 13 3,3 2,2 5 2014 74.579 1 56 20 13 3,4 2,2 5 2015 75.855 1,01 55 20 14 3,4 2,3 5 2020 82.188 1,06 52 22 15 3,7 2,4 5 2025 88.380 1,11 49 24 16 3,9 2,6 5 2030 94.347 1,16 46 25 17 4,2 2,8 5 2035 100.019 1,21 42 27 18 4,5 3 5 2040 105.264 1,26 39 29 19 4,8 3,2 5 2045 109.933 1,32 34 31 21 5,2 3,5 5 2050 113.940 1,38 30 33 22 5,6 3,7 5 Fonte: Adaptado de Brasil, 2018b, p. 91. Quadro 4 – Expectativa de potencial de energia a ser gerada em função dos resíduos sólidos urbanos, até 2050 Ano Energia Primária GJ/t de RSU Energia Elétrica kWh/kg de RSU 2013 13,14 0,26 2014 13,26 0,26 2015 13,39 0,26 2020 14,07 0,28 2025 14,77 0,29 2030 15,51 0,31 2035 16,29 0,32 2040 17,11 0,34 2045 17,97 0,35 2050 18,87 0,37 Fonte: Adaptado de Brasil, 2018b, p. 92. Com relação ao esgoto domiciliar, em um estudo que leva em consideração a projeção da taxa de atendimento da sua coleta, para uma taxa de atendimento 15 prevista de 100% do esgoto domiciliar até 2050, a expectativa de volume de esgoto coletado é de mais de 14,5 bilhões de m3, dos quais quase 3 milhões de m3 compostos exclusivamente de fração orgânica, conforme apresentado na Tabela 4, gerando uma expectativa de produção de energia próxima a 1 milhão de tep. Quadro 5 – Expectativa de aumento da biomassa de tratamento de esgoto doméstico, até 2050 Ano Taxa de atendimento de esgoto domiciliar (%) Volume de esgoto coletado (mil m3) Fração orgânica (mil m3) 2013 67% 8.429.995 1.686 2014 68% 8.660.992 1.732 2015 69% 8.894.137 1.779 2020 75% 10.090.820 2.018 2025 81% 11.332.290 2.266 2030 88% 12.607.818 2.522 2035 95% 13.907.504 2.782 2040 100% 14.747.647 2.950 2045 100% 14.769.384 2.954 2050 100% 14.667.151 2.933 Ano Energia Primária GJ/t de RSU Energia Elétrica kWh/kg de RSU 2013 13,14 0,26 2014 13,26 0,26 2015 13,39 0,26 2020 14,07 0,28 2025 14,77 0,29 2030 15,51 0,31 2035 16,29 0,32 2040 17,11 0,34 2045 17,97 0,35 2050 18,87 0,37 Fonte: Adaptado de Brasil, 2018b, p. 93. 16 TEMA 5 – MADEIRA E RESÍDUOS DA INDÚSTRIA MADEIREIRA VS. CARVÃO VEGETAL, ENERGIA ELÉTRICA E CALOR Com o desenvolvimento de tecnologias voltadas à energia sustentável, a madeira ganhou novo destaque no cenário energético e de combustíveis internacional, passando de uma simples fonte para produção de carvão vegetal para uma ampla fonte não só de geração de carvão mas também de pellets, de biogás e, com o advento das florestas energéticas, para geração de eletricidade e calor. Segundo Brasil (2018b), a produtividade média florestal no Brasil está entre 35 m3 e 40 m3 de madeira por hectare. Com o melhoramento genético de espécies e de técnicas de produção, a expectativa é de chegar a quase 69 m3 por hectare, em 2050. Com isso, o potencial de geração de energia, como biogás, carvão, energia elétrica e calor, atingirá um valor próximo a 100 milhões de tep até 2050, com base em estudo realizado sobre a biomassa florestal a partir de 2014, que verificou que o potencial de geração de energia foi de 30 milhões de tep, ampliado para mais de 40 milhões de tep em 2018, conforme apresentado no Gráfico 8. Gráfico 8 – Expectativa de geração de energia com biomassa florestal até 2050 Fonte: Brasil, 2018b, p. 80. Segundo Brasil (2018c), essa produtividade da biomassa está diretamente relacionada com os setores estratégicos demandantes, tais como fábricas de papel e celulose, siderurgia e indústria madeireira. Mas, há uma crescente 17 plantação de florestas energéticas, com função específica de serem usadas em usinas de produção de calor e energia elétrica. 18 REFERÊNCIAS BIOENERGY INTERNATIONAL. Biomass power continues global growth trajectory amid support policy changes. Estocolmo, 28 jan. 2019. Disponível em: . Acesso em: 23 maio 2019. BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Agência Nacional de Energia Elétrica. Informações gerenciais. Brasília, mar. 2018ª. Disponível em: . Acesso em: 23 maio 2019. BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. Nota Técnica PR 04/18: potencial dos recursos energéticos no horizonte 2050. Rio de Janeiro, set. 2018b. _____. Nota Técnica PR 09/18: premissas e custos da oferta de biocombustíveis no horizonte de 2050. Rio de Janeiro, dez. 2018c. SOARES, P. G.; CENAMO, M. C. Esquema de redução de emissões da Aviação Civil Internacional (Corsia/Icao): desafios e oportunidades para o Brasil. São Paulo: Idesam, 2018. Disponível em: . Acesso em: 23 maio 2019. WBA – World Bioenergy Association. WBA global bioenergy statistics 2018. Estocolmo, 2018. Disponível em: . Acesso em: 22 maio 2019. INTRODUÇÃO Biomassa versus bioenergia