Tecnologia BIG-GT: energia a partir da gaseificação da biomassa da cana

            Fenômenos como a série de furacões que passaram pelo Golfo do México, importante região extratora de petróleo, trouxeram mais uma marca da frágil dependência mundial na economia baseada em combustível fósseis, tanto em temos de suprimento quanto em termos ambientais. Esses fenômenos comprometeram, mesmo que temporariamente, um quarto da extração de petróleo norte-americano, o que trouxe impacto na economia mundial, dada a forte demanda daquele país, que importa 64% do seu consumo1, ou o equivalente a US$100 bilhões.
            A demanda por energias alternativas tem viabilizado diversas iniciativas, das quais o álcool de cana-de-açúcar é a mais proeminente em termos de sustentabilidade, capacidade de oferta e custo de produção. Os Estados Unidos investiram em 87 usinas de álcool desde 1976, enquanto nenhuma nova refinaria de petróleo foi instalada. Além disso, estão criando um grande programa de incentivo à produção e comercialização de álcool e biodiesel a partir da biomassa de grãos.2 Esta falta de expansão da oferta de derivados do petróleo pressiona os preços para cima devido ao limite de capacidade de produção.
            Outro fator é que em poucos anos será alcançado o pico da produção mundial de petróleo (Pico de Hubbert)3, que sinaliza uma urgência na mudança da matriz energética do mundo, substituindo fontes não-renováveis por fontes renováveis. Para tal substituição, o álcool brasileiro se coloca em primeiro lugar em termos de custo de produção (tabela 1).

Tabela 1 - Custos médio de produção de álcool em 2004 (US$/m3)

Brasil
EUA*
China
Europa
170
460
450 
  560**
*custo médio de venda no mercado americano
**custo de produção de álcool à partir da beterraba
Fontes: Unica, Secex, Cepea/ESALQ/USP e Coimex

            A evolução da redução dos preços (gráfico 1), de 1989 a 2005, e a redução dos custos de produção de cana-de-açúcar (gráfico 2), de 1983 a 2004, que se devem ao investimento em pesquisa, incorporação tecnológica e aprendizagem, têm mostrado a resposta à demanda por energias alternativas. O Brasil produziu 14,9 bilhões de litros de álcool e exportou 2,4 bilhões de litros na safra 2004/2005, buscando resolver gargalos logísticos para levar o álcool até os portos para sua exportação4. A eficiência energética do álcool etílico da cana-de-açúcar varia de 5,2 a 11,2 de retorno de energia renovável5, enquanto o álcool de milho varia entre 1,3 a 2,2.6

Gráfico 1 - Índice de preço da cana-de-açúcar pago pela indústria (Base 06/1989)

 

Fonte: Elaborados com dados do FGVDADOS (preço deflacionado pelo IGP-M)

Gráfico 2 - Produtividade da cana-de-açúcar (t/ha), em São Paulo 1983-2004

Fonte: Elaborado com dados do IEA

            A tabela 2 apresenta o potencial de produção e aproveitamento de biomassa para São Paulo em comparação com outras regiões do Brasil, o que é função da área plantada, das condições climáticas e da incorporação tecnológica.

Tabela 2 - Potencial de biomassa seca de resíduos da colheita de cana-de-açúcar no Brasil (folhas verdes, secas e ponteiros), safra 04/05

Local
Produção de Colmos
Potencial de Resíduos (massa seca)
milhões de t
São Paulo
230
32,2
Centro-Sul
329,3
46,1
Norte–Nordeste
59
8,3
Brasil
388,3
54,4

Fonte: UNICA

            Dado o volume de biomassa disponível, outras alternativas tecnológicas para seu aproveitamento têm surgido com capacidade até mesmo superior ao potencial energético do álcool, ou da co-geração de energia a partir da queima do bagaço da cana com caldeiras de baixa pressão.
            Uma primeira oportunidade ao setor sucroalcooleiro é a de contribuir com uma oferta maior de energia elétrica a partir de tecnologia convencional de co-geração, com implantação de caldeiras de alta pressão.
            Em segundo lugar, a gaseificação da palha e do bagaço da cana mostra-se promissora na sua capacidade de extrair energia com maior rendimento, convertendo-se em energia elétrica7. São algumas das conclusões encontradas no estudo detalhado do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC), no Projeto Copersucar para Geração de Energia por Biomassa, Bagaço de Cana e Resíduos, pelo Programa das Nações Unidas para Desenvolvimento (PNUD).
            Este segundo sistema visa utilizar a tecnologia de gaseificação integrada a uma turbina a gás, operando em ciclo combinado (tecnologia BIG-GT, Biomass Integrated Gasification - Gas Turbine). O processo de gaseificação é a transformação de resíduo sólido em combustível de forma gasosa (gás), semelhante ao gás natural, por meio de reações termoquímicas que prevêem o estado de equilíbrio das reações básicas envolvidas na gaseificação pelos parâmetros de pressão, temperatura, umidade do combustível e o teor de oxigênio no agente gaseificador.8
            O sistema BIG-GT possibilita alta eficiência elétrica (acima de 40%) com gaseificação de biomassa no sistema de alta pressão, além de ciclo combinado que maximiza o uso do bagaço – diminuindo o consumo de vapor no processo da usina. No sistema convencional de ciclo a vapor de média pressão, a eficiência elétrica fica entre 15 e 30%. É integrado à usina, possibilitando geração e exportação de energia elétrica o ano todo com um excedente de 200 a 300 kwh por tonelada de cana. Se fosse usado todo bagaço de cana gerado (360 milhões de toneladas na safra 2003/04), isso corresponderia a 32% do consumo de energia no Brasil.
            Os custos operacionais estimados do sistema BIG-GT são de US$ 1,2 milhão por ano (safra e entressafra), utilizando-se bagaço e palha secos e enfardados levados para a usina. Excluem-se os custos de capital, de combustível e do bagaço (considerado como um resíduo do processo da usina de açúcar, sendo que em contrapartida, nenhum crédito foi dado para o vapor exportado para a usina de açúcar)9. Tais custos são observados na tabela 4.

Tabela 4 - Custo operacional do sistema BIG-GT

Item
US$ milhão
Manutenção
1.2
Palha
1.0
Pessoal
0.3
Materiais, combustíveis auxiliares etc.
0.4
Custo total anual, incluindo combustíveis 
2.9
Fonte: Hassuani, Leal e Macedo (2005)10

            Os custos estimados para a construção do sistema BIG-GT somam US$62,7 milhões, o que equivale à construção de uma nova usina de açúcar e álcool. Esse investimento na unidade BIG-GT corresponde a 83,4% do custo total do investimento e participa em 50% no mínimo preço da energia.
            A análise do Projeto PNUD-CTC mostra que a redução do investimento na planta do BIG-GT, de US$100/kW instalados, causa uma diminuição de US$2,90/MWh no preço da energia vendida, ou seja, quando se reduz o custo do investimento em US$1.000/kW instalado, o preço da energia vendida cai para US$44/MWh.
            O fluxo de caixa estimado no Projeto PNUD-CTC mostra valores incrementais em comparação com o sistema atual, no qual o item 'vendas de energia elétrica' é 1.469MWh/ano. Já na alternativa BIG-GT o faturamento sobe para 197.577MWh/ano. Portanto, o valor adicional no faturamento de energia elétrica é de 196.108 MWh/ano.
            O custo de investimento na unidade tradicional de co-geração de energia elétrica (caldeira de alta pressão) para o ano de operação é de US$1.500/kW instalado, comparados com os US$2.500-2.000/kW instalado do BIG-GT. A tecnologia BIG-GT poderá chegar a US$1.400/kW instalado com a maturação tecnológica.
            Projetos recentes de co-geração de energia nas usinas de açúcar e álcool do Estado de São Paulo indicam custos totais do investimento abaixo de US$500/kW instalado (US$420-480/kW), usando caldeiras de baixa pressão com turbinas em operação apenas no período da safra. Estima-se que uma unidade geradora de 30 MW por ano custaria não mais que US$700/kW instalado se fosse fabricada no Brasil.
            Com exceção da turbina de gás, o custo total do investimento do BIG-GT construído no Brasil chegaria a US$ 1.000/kW instalado (considerando que a turbina de gás de baixo valor calorífico tenha atingido sua maturidade comercial), no médio prazo, e entre US$1.500 e1.800/kW instalado para a primeira unidade.11
            Este tipo de consideração encoraja acreditar que a tecnologia BIG-GT se tornará competitiva em relação às termoelétricas a base da queima do gás-natural de ciclo combinado. Desde que para isso tenha a oportunidade de se tornar madura, técnica e comercialmente, com a construção de um certo número de unidades geradoras (6 a 8 unidades) para progredir na curva de aprendizagem.
            Alguns problemas ainda precisam ser resolvidos, como os casos do impacto da integração do sistema à usina e da quantidade certa de colheita da palha da cana. Ou seja, o que é mais eficiente economicamente e com minimização de perdas agronômicas.
            Uma hipótese considerada pelo Projeto PNUD-CTC seria utilização de 100% do bagaço e 40% da palha. Estudos feitos pelo CTC, em relação à eficiência do recolhimento dos resíduos da colheita da cana-de-açúcar e separação do resíduo, mostram que há algumas alternativas para separação do resíduo, que poderá ser feita no campo ou na indústria ou com separação parcial no campo e na indústria.
            Também a implantação da tecnologia acarreta custos altos da energia (US$75/MWh). Melhoramentos na eficiência da unidade BIG-GT, na coleta de palha e em outros custos operacionais da usina poderão reduzir o preço da energia para US$40/MWh, perto do preço pleiteado pelas geradoras de energia a partir do gás-natural, no Brasil, para se tornarem economicamente viáveis. No caso das tecnologias convencionais, já existe esta maturidade, o que resulta em custos bem menores. Por outro lado, a utilização de energias renováveis gera benefícios e externalidades positivas.12

___________________
1 Estima-se que em 2025 essa dependência americana, a maior nação consumidora de petróleo, chegue a 75%.
2 F.O. Licht US Energy Bill Gives Significant Boost to Biofuels. Worlds Ethanol and Biofuels Report.Vol.3, n.24. 23/08/2005.
3 ROSA, S. E. S.; GOMES, G. L. O pico de Hubbert e o Futuro da Produção Mundial de Petróleo. REVISTA DO BNDES. RIO DE JANEIRO, v. 11, N. 22, P. 21-49, DEZ. 2004. Disponível na internet: http://www.bndes.gov.br/conhecimento/revista/rev2202.pdf . Acessado em outubro de 2005.     
4 Ver artigo registrado neste site sob n. HP60/2005: Torquato, Sérgio Alves. Avanços e Entraves na Logística de Exportação de Álcool. http://www.iea.sp.gov.br/out/verTexto.php?codTexto=2855
5 Para cada uma unidade de energia não renovável, produz-se até 11.2 unidade de energia renovável, considerando toda a energia necessária para instalação e início de operação do processo.
6 Apresentação da Allelyxs e Canaviallis do Fundo de Novos Negócios da Votorantim no 7o Fórum Nacional do Álcool na FENASUCRO. Sertãozinho/SP, 20/09/2005.
7 Hassuani, S. J.; Leal, M. R. L. V.; Macedo, I. C. Biomass power generation sugar cane bagasse and trash. Piracicaba PNUD-CTC , 2005. 216p. (Série Caminhos para Sustentabilidade)
8 SILVA, Marcelo J. M.; RUGGERO, Paulo A. Gaseificação. Texto disponível para o Curso de Termodinâmica I (313) da Faculdade de Engenharia Mecânica - UNICAMP. Campinas, 2005. Disponível na Internet <http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/gaseif/gaseif.html> Acessado em Setembro de 2005.
9 Idem nota 7.
10 Idem nota 7.
11 Idem nota 7.
12 Artigo registrado no CCTC-IEA sob número HP-97/2005

Data de Publicação: 03/11/2005

Autor(es): Sérgio Alves Torquato (storquato@iea.sp.gov.br) Consulte outros textos deste autor
Thomaz Fronzaglia (thomazfronzaglia@iea.sp.gov.br) Consulte outros textos deste autor