Energia da Cana de Açúcar no Brasil

Sustentabilidade na Geração e uso de Energia no Brasil:os Próximos vinte anos

Academia Brasileira de Ciências / Unicamp18 / 20 Fevereiro, 2002

Isaias C Macedo - Unicamp

Agro-Indústria da Cana no Brasil

• Produção de Cana 311 M t /ano (1998); 25% do mundo 50% para etanol (13.7 M m3) ~2.5 M ha; (0.8% da terra arável)

• O Centro - Sul produz 269 M t/ano (200 M t em S. P.)• 324 usinas, de 0.6 a 6.0 M t cana / ano

60 mil fornecedores de cana• Sem controles do governo (produção, preços) após 1999

• Ganhos em produtividade, eficiência de conversão e gerenciamento:

o menor custo de produção de açúcar, no mundo custo do etanol inferior ao da gasolina

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79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99

YEAR

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330

Ethanol Total Sugar Export Sugar Sugar Cane

E-94Ethanol car

Growth inC-S Export

SupplyProblems 22% Blend

Lower Demand

Free Prices

Ethanol (Mm3)Sugar (M ton)

Cane (M ton)

Considerações sobre a sustentabilidade

Situação atual e tendências

• Clima global: redução das emissões de GHG• Impactos na poluicão local: centros urbanos• Uso de fertilizantes minerais na produção agrícola• Uso de pesticidas e herbicidas• Proteção do solo• Captação e uso industrial de água• Sustentabilidade econômica: custos e competitividade• Geração de empregos (volume e qualidade)

Produção / utilização da biomassa da cana

• 1 t cana .14 t(MS) bagaço 90% para energia na usina .14 t(MS) palha queimada no campo

.15 t(MS) açúcar açúcar; etanol; outros• Bagaço é equivalente a 11.0 M t óleo combustível

25% da palha: 3.2 M t óleo (não usada hoje)• Auto-consumo: 12 + 16 kWh/tc 2.4 GW inst.

330 kWh/tc (e. térmica)• Energia produzida/Energia fóssil usada: 9.2 (média)

Objetivos:- Aumento da eficiencia no uso do bagaço- Desenvolver colheita/utilização da palha- Buscar produtos de fermentações do açúcar

C o - g e r a ç ã o d e e x c e d e n t e s e m u s i n a s d e a ç ú c a r

• B r a s i l : 3 0 8 u s i n a s , 3 0 0 M t c a n a / a n o ; 0 . 6 - 6 . 0 t c a n a / a n oC o - g e r a ç ã o c o n v e n c i o n a l ( C - E , 8 0 b a r , 4 4 0 0 h / a n o )

• A ç ã o e m m u i t a s u s i n a s ; c a l d e i r a s , t u r b o - g e r a d o r e s , e t cU s o d e p a l h a e / o u c o m b u s t í v e l s u p l e m e n t a rT e c n o l o g i a s a v a n ç a d a s ( B I G - G T ) : p r a z o s e c u s t o s

C o n s u m o n o sp r o c e s s o s k g v / t c

5 0 0 3 4 0 B r a s i l , 8 0 %G W

C o - g e r a ç ã o , C - EB a g a ç o k W h / t c

5 7 6 9 3 . 0 – 3 . 6

C o - g e r a ç ã o , C - EB a g a ç o + 2 5 % k W h / t c

8 8 1 0 0 4 . 8 – 5 . 4

C o - g e r a ç ã o , C - EB a g a ç o + 5 0 % k W h / t c

1 2 0 1 3 0 6 . 6 – 7 . 0

1. Redução nas emissões de GHG

Fluxos de energia na produção/uso de cana, etanol e bagaço (MJ/t cana)*

Média Melhores Valores

Insumo Produção Insumo Produção

Produção de Cana ** 189.9 175.5Produção de etanol ** 46.1 36.4Uso do etanol 1 996.4 2 045.3Uso do bagaço excedente 175.1 328.5

Totais (fluxos externos) 236.0 2 171.5 211.9 2 373.8

Produção/Insumo 9.2 11.2

* Uso direto de comb. e eletricidade; energia para produzir insumos, prédios, * Uso direto de comb. e eletricidade; energia para produzir insumos, prédios, equipamentos, etc. (1996)equipamentos, etc. (1996)** Só energia “externa”; não inclui bagaço para uso próprio.** Só energia “externa”; não inclui bagaço para uso próprio.

Análise do ciclo de vida; evolução de GHG

Emissões líquidas de CO2 (equiv.) na produção/uso de cana-de-açúcar no Brasil , 1996 (Medidas como C)

101066tC (equiv.)/anotC (equiv.)/ano

Comb. fossil usado na agricultura + 1.28Comb. fossil usado na agricultura + 1.28Emissões de metano na queima de cana + 0.06Emissões de metano na queima de cana + 0.06Emissões de NEmissões de N22O + 0.24O + 0.24Substituição de Gasolina por etanol - 9.13Substituição de Gasolina por etanol - 9.13Substituição de óleo combustível por bagaçoSubstituição de óleo combustível por bagaço(ind. química, alimentos) - 5.20 (ind. química, alimentos) - 5.20 Contribuição líquida (redução nas emissões, C) - 12.74Contribuição líquida (redução nas emissões, C) - 12.74

Tendências da relação produção/insumo de energia e emissões de CO2 (equiv.)

• Redução nas áreas de queima de cana Redução de emissões da queima da palha (kg CO2/t cana)

Uso da biomassa excedente como combustível (kg CO2/t cana)

Metano 0.03 a 1.20Metano 0.03 a 1.20CO 1.8 a 4.1CO 1.8 a 4.1NONOx x 0.1 a 0.3 0.1 a 0.3

Rota Diesel na Subst. de Diferença nas Rota Diesel na Subst. de Diferença nas Agricultura comb. fossil emissões Agricultura comb. fossil emissões

A + 2.3 - 87.5 - 85.A + 2.3 - 87.5 - 85.

Rota A: 50% de palha recuperada; fardos. Total: ~25 Mt CORota A: 50% de palha recuperada; fardos. Total: ~25 Mt CO22/ano/ano

2. Redução da poluição em centros urbanos

Os usos do etanol em mistura (E22) ou puro (E100) resultaram em:

• Eliminação total dos aditivos com Pb (desde 1990)• Redução de SOX, particulados de Carbono e Sulfato

100% nos E100~22% nos E22

• VOCs com menor toxicidade e reatividade• Redução de CO (comparação com E0)

~70% nos antigos E100~40% nos E22

Há estimativas do custo social evitado em cenários futuros.(Ref. 10)

3. Uso de fertilizantes minerais

Uso de fertilizantes minerais/ha equivalente ao milho e soja Redução (potencial e real) com reciclo eficiente de resíduos

Potencial da “agricultura de precisão” e cultivo “orgânico” Área, Nutrientes (2) Área, Nutrientes (2) 101066ha N - P ha N - P - K- K 1 000t 1 000t

Cana (1) 4.9 940.Cana (1) 4.9 940.Milho 13.6 1 900.Milho 13.6 1 900.Soja 11.5 1 500. Soja 11.5 1 500. (1) (1) RecicloReciclo de vinhoto (33% da soca) e torta; (2) Médias, IAC-BTC de vinhoto (33% da soca) e torta; (2) Médias, IAC-BTC 100/1996100/1996

Potencial de reciclagem de resíduosPotencial de reciclagem de resíduos

Nutrientes (N - P - K) DisponibilidadeNutrientes (N - P - K) Disponibilidade kg/ton resíduo total (1 000t)kg/ton resíduo total (1 000t)

Torta de filtro (1) 2.16; 10.10; 2.79 50. Torta de filtro (1) 2.16; 10.10; 2.79 50.

Vinhoto (1) 0.11; 0.10; 2.33 430.Vinhoto (1) 0.11; 0.10; 2.33 430.

Palha (2) 0.72; 0.21; 5.17 280.Palha (2) 0.72; 0.21; 5.17 280.

(1) Reciclados; possível otimizar; (2) Total para 3.4 x 10(1) Reciclados; possível otimizar; (2) Total para 3.4 x 1066ha sem queimarha sem queimar

4. Uso de herbicidas e pesticidas

• HerbicidasHerbicidas/ha (4.5kg/ha) é menor que na soja (5.7) e

maior que para o milho (1.1) Palha residual no solo: testes para redução de herbicidas

• Pesticidas Cana (0.36 kg/ha); Soja (1.17); Milho (0.26) Uso em larga escala de controle biológico (broca da

cana) Uso de pesticidas para pragas de solo e formigas

• Possibilidades

Perspectiva das variedades transgênicas e práticas de cultivo “orgânico”

Aplicação seletiva

5. Proteção do solo e águas

• Características positivas: crescimento rápido, ciclo de 5 cortes, prática da rotação de culturas

• Tecnologias específicas (drenagem) para reduzir erosão• Implementação das áreas de preservação permanente,

com re-vegetação (em curso; deve ser promovida)

• Uso de água na indústria: promover a redução das médias de captação de 5 m3 / t cana para ~1-2 m3 / t cana (sistemas comerciais).

Duas linhas de cana com soja intercalar

6. Geração de empregos: volume e qualidade

• Estimativas em 1991 (Borges, JMM - Ref 6)

800 mil empregos diretos; 250 mil indiretos (Brasil)Nos 357 municípios com usinas, elas proviam de 15 a 28% do

total de empregosSão Paulo:

72% dos empregos diretos no setor eram na agricultura30% especializados; 10% treinamento médio; 60% pouca

qualificaçãoSalário do cortador de cana:

> 86% dos trabalhadores agrícolas no país> 46% dos trabalhadores industriais

Renda familiar média maior que 50% das familias no paísCoef. de sazonalidade: 2.2 (1980); 1.8 (1990); 1.3 (1995)

Geração de empregos: volume e qualidade (2)

• Diferenças regionais e evolução no tempo

1997: 610 mil empregos diretos; 930 mil indiretos / induzidosNúmero de empregos / unidade de produto:

NE/SP ~3 (1991); ~4 (1997) (Guilhoto, JM - Ref 7) Investimento / emprego

SP: US$ 23. Mil NE: US$ 11. Mil Média, 35 maiores setores, Brasil, 1991: US$ 45. Mil

Número de empregos / energia gerada:Base: Petróleo (1); Carvão (4); Hídrica (3); Etanol

(150)

Geração de empregos: volume e qualidade (3)

• Programas deste tipo podem ter impactos positivos e importantes na geração de empregos; tecnologias podem ajudar a ajustar número / qualidade de empregos aos mercados locais.A tendência no Brasil é para maior nível tecnológico, menos empregos com maior qualidade.Anos de

EscolaridadeBrasil

%Sudeste

%Nordeste

%

> 8 13.2 17.4 8.9

4 a 7 28.0 36.4 14.7

1 a 3 27.3 29.1 27.6

< 1 31.5 17.1 48.8

8. Competitividade: custos de produção

• EstimativasAtualização: dados e metodologia da FGV

(1997) Custos reais para uma usina “eficiente” (1)Produção sustentável a longo prazo (2)

R$ 0.45/l (US$ 0.18/l) (hidratado)

• Fonte: FIPE (Fund. Inst. Pesq. Economicas) MB Associados Abril, 2001

(1) 85 t cana/ha; sacarose%cana = 14.5; 85 l etanol/t cana(2) Capital de longo prazo: 10% / ano; curto prazo, 14% / ano

Custos de Produção de Etanol

• Preços pagos ao produtor, sem taxas (1) 12 Meses 24 Meses

E Hidratado, US$/l 0.22 0.18E Anidro 0.26 0.22

• Custo US$ 0.18/l (2)• Gasolina sem aditivos, na refinaria

US$ 25./bbl US$ 0.21/l (3)• Equivalência Técnica, l gasolina / l etanol:

0.75 (hidratado); 1.0 (mistura)

(1) ESALQ, 2001, Setembro(2) FIPE ; MB, 2001(3) G Grassi, 2000

Possibilidades para redução de custos

• Próximos cinco anos: implementação de tecnologias

• “Co-produtos” : energia, etanol de bagaço / palha

• Perspectivas a longo prazo da biotecnologia

Implementação de tecnologias nos próximos 5 anos

% Redução de custo

Uso maior de novas variedades 2.5Uso de insumos especificos para o local;

(herbicidas, fertilizantes); melhores sistemas de transporte 5.0

Melhores processos e controles agronomicos aumentando sacarose / produtividade 3.5

Melhorias na Extração e Fermentação 1.1Redução de insumos industriais 0.4Gerenciamento e práticas: manutenção 0.6

Amostra: 36 usinas, 700000 ha, São Paulo

Suprimento de etanol, mercado brasileiro

• Principais variáveis externasPreços do petróleo, mercado internacionalPolítica de preços de combustíveis no BrasilPreços do açúcar no mercado internacional

influenciados pela exportação brasileira

Necessidade de mecanismos para garantir o suprimento de etanol em níveis definidos, consistentes com políticas visando a participação de carros a álcool na frota e níveis de mistura de etanol na gasolina.

Conclusões

• Na maioria dos aspectos relevantes, o nível de sustentabilidade é muito bom e pode melhorar, com uso de tecnologias comerciais

• Resultados excepcionais são a redução de GHG decorrente da relação output/input de energia (9.2), e a redução de poluentes em centros urbanos

• A geração de empregos é um ponto forte, com flexibilidade para adequar-se a diferenças regionais introduzindo gradualmente novas tecnologias

• O programa é sustentável economicamente mesmo sem considerar externalidades, com o etanol atingindo custos de produção equivalentes aos da gasolina (Centro-Sul)

• Neste contexto é adequado planejar a expansão da produção, inclusive visando novas tecnologias / mercados (aditivos para Diesel, motores flexíveis, células de combustível, exportação).