Artículo en el formato PDF
Como citar este trabajoAn. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006
Potencial de geração de excedentes de energia elétrica com o biogás produzido a partir da biodigestão da vinhaça na indústria sucro-alcooleira brasileira
Helcio Martins Lamonica
UNICAMP - Faculdade de Engenharia Mecânica - Departamento de Energia
RESUMO
O objetivo deste trabalho é determinar o possível potencial de geração de energia elétrica do setor sucro-alcooleiro brasileiro com a utilização do biogás obtido pela biodigestão da vinhaça em moto-geradores a combustão interna. O potencial de geração de energia elétrica com os dados de produção de álcool da safra 2004/05 é de 9.292 TJ/ano (2,6 TWh/ano), representando 0,75% do consumo nacional de energia elétrica no ano de 2003. Apesar deste potencial ser significativo o valor mínimo de venda obtido para a eletricidade produzida de R$ 89,98/GJ (R$ 323,92/MWh) é elevado para as condições atuais de mercado.
Palavras-chave: Biodigestão; vinhaça; cana-de-açúcar; açúcar; álcool; energia elétrica.
ABSTRACT
This work evaluates the electric power potential of the Brazilian sugarcane industry using the biogas produced by vinasse biodigestion in internal combustion engine driven generators. The electric power surplus based on crop 2004/05 ethanol production data is 9,292 TJ/year (2.6 TWh/year), 0.75% of the total electric power consumption in Brazil during the year of 2003. In spite of its considerable potential the determined minimum selling price for its produced energy of R$ 89.98/GJ (R$ 323.92/MWh) is expensive for present Brazilian electric power market price.
1. Introdução
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e moeu, na safra 2004/05, 383 milhões de toneladas, produzindo 26,5 milhões de toneladas de açúcar e 15,3 milhões de m3 de álcool (Unica, 2005).
A cana-de-açúcar é um dos principais produtos agrícolas do Brasil, sendo cultivada desde a época da colonização e da sua industrialização obtém-se como produtos principais o açúcar e o álcool, tendo como principais subprodutos o bagaço e a vinhaça, que é oriunda da fermentação do caldo da cana-de-açúcar, mel e melaço, sendo que estes últimos são subprodutos da fabricação de açúcar.
O bagaço é, em quase sua totalidade, utilizado como combustível pela própria usina, produzindo toda energia eletromecânica e térmica necessária ao processamento da cana-de-açúcar, sendo seus excedentes comercializados como combustível ou possibilitando ainda a geração de excedentes de energia elétrica para venda.
A vinhaça é um efluente altamente poluidor e, em geral, é rica em matéria orgânica e em nutrientes minerais como o potássio (K), o cálcio (Ca), o nitrogênio (N) e o enxofre (S), possuindo um pH entre 3,7 e 5,0 (Ludovice, 1997).
A figura 1 apresenta o diagrama simplificado básico para a produção de álcool e conseqüente geração de vinhaça e a figura 2 a etapa de fermentação anaeróbica para produção de metano.
2. Composição química da vinhaça
Várias são as citações bibliográficas sobre a composição química da vinhaça. Sua característica química depende de sua origem. Na tabela 1 encontram-se os resultados de análises químicas e a tabela 2 os principais usos da vinhaça, com as suas vantagens e desvantagens.
Atualmente a vinhaça é utilizada como fertilizante na lavoura de cana-de-açúcar, em dosagens controladas, trazendo benefícios econômicos na substituição total ou parcial da adubação mineral, melhorando as características físico-químicas do solo, aumentando a produtividade agrícola, e com isto eliminando o problema imediato de poluição hídrica superficial.
O CTC realizou levantamento em 64 amostras de vinhaça de 28 usinas do Estado de São Paulo, perfazendo uma média de 2,3 coletas por usina. As coletas foram feitas na vinhaça pura logo na saída da destilaria (Elia Neto e Nakahodo, 1995), a tabela 3 mostra um resumo dos dados obtidos e que serão utilizados no dimensionamento do sistema de biodigestão.
Na safra 2004/05 o CTC monitorou a produção de 19 usinas associadas que produziram um total de 1,8 milhões de m3 de álcool, gerando 19,8 milhões de m3 de vinhaça, com uma produção média de 11 m3 de vinhaça / m3 de álcool (CTC, 2005).
Embora haja diversas aplicações da vinhaça com diferentes finalidades, neste trabalho foi abordado somente o processo de biodigestão anaeróbica.
3. A Biodigestão
Nos últimos anos, o processo que tem gerado maior interesse é a biodigestão anaeróbica, que quando comparada aos outros processos de aproveitamento do vinhoto, apresenta uma série de vantagens, tais como a redução drástica da sua carga orgânica, pois a maior parte da DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) é convertida a biogás, elevação do valor de pH, que passa a ser próximo de 7, solucionando o problema de corrosão, mantendo os mesmos teores de NPK (Nitrogênio, fósforo e potássio) da vinhaça in natura, conservando o seu poder fertilizante e eliminando o odor desagradável, e a atração de moscas e outros agentes causadores de doenças (Prada, et al, 1998).
Os digestores consistem em uma câmara de fermentação, onde é processada a biodigestão da matéria orgânica, uma campânula que armazena o gás produzido ou, simplesmente, uma saída para esse gás, uma entrada do substrato a ser fermentado e uma saída para efluente produzido pelo processo (Granato, 2003).
4. Determinação da quantidade de gás e de energia elétrica produzida
Para determinação da produção de biogás e energia elétrica foi solicitado um orçamento da empresa Brasmetano, que é fornecedora de projetos/equipamentos para tratamento de efluentes. A empresa propôs um sistema de biodigestão anaeróbico de fluxo ascendente tipo "manta de lodo", o módulo ofertado tem capacidade de tratamento de 2.760 m3 / dia de vinhaça com as características da tabela 3 e é suficiente para tratar 50% da produção média de vinhaça das usinas monitoradas pelo CTC, a tabela 4 mostra os principais dados do sistema.
Dentre as diversas tecnologias e ciclos termodinâmicos disponíveis para conversão do biogás em eletricidade foi considerada a utilização de moto-geradores a combustão interna por serem os mais utilizados para este tipo de combustível devido a sua robustez e facilidade de manutenção.
5. Determinação do potencial Brasileiro de excedentes de energia elétrica gerada com o biogás da vinhaça
O potencial de geração de energia elétrica com o biogás e moto-geradores a combustão interna, mostrado na tabela 5, foi estimado utilizando-se os dados de moagem e produção de álcool obtidos na base de dados da UNICA referentes a safra 2004/05 (Unica, 2005).
O potencial a ser explorado utilizando apenas o bagaço e a palha da cana-de-açúcar como combustível e com tecnologias convencionais, ciclo Rankine de 8,2 MPa - 480 ºC, é de 79.200 TJ/ano (22 TWh/ano), em cogeração somente com bagaço, podendo chegar a 194.400 TJ/ano (54 TWh/ano) com uso de turbinas de extração e condensação usando todo o bagaço mais 50% do potencial da palha (Linero e Lamonica, 2005).
6. Conclusão
Para a produção nacional de álcool da safra 2004/05 o potencial de produção de energia elétrica com a utilização do biogás produzido pela biodigestão da vinhaça com moto-geradores a combustão interna é significativo, 9.292 TJ/ano (2,6 TWh/ano), representando 0,75% do consumo nacional de energia elétrica do ano de 2003, porém a um preço de R$ 89,98/GJ (R$ 323,92/MWh).
O setor possui ainda um grande potencial de geração de excedentes de energia elétrica utilizando apenas o bagaço e/ou a palha da cana-de-açúcar como combustível, em ciclos convencionais, podendo chegar a 194.400 TJ/ano (54 TWh/ano) com preços inferiores aos obtidos pela geração com biogás.
Considerando o mercado atual de energia elétrica e o potencial ainda a ser explorado, com uso apenas da fibra da cana-de-açúcar (bagaço e palha), a preços inferiores ao obtido neste trabalho, pode-se concluir que esta fonte somente será utilizada se houver incentivos à sua aplicação.
Referências Bibliográficas
[1] BNDES, Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social, www.bndes.gov.br, acesso em 14/10/2005.
[2] BEN, Balanço Energético Nacional, Ministério das Minas e Energia, www.mme.gov.br, edição de 2004.
[3]Brasmetano Indústria e Comércio Ltda, proposta nº 0057-01-04 de 17/11/2004, atualizada em abril de 2005.
[4] Cortez, L., Magalhães, P., Happi, J., Principais Subprodutos da Agroindústria Canavieira e Sua Valorização, Revista Brasileira de Energia, Vol.2, nº. 2, 1992.
[5] CTC, Centro de Tecnologia Canavieira, referência safra 2004/05, informações internas e pessoais, 2005. Elia Neto, A.e Nakahodo, T., Caracterização Físico-Química da Vinhaça, CTC, Relatório Interno, 1995.
[6] Ferreira, E.S. e Monteiro, A.O., Efeitos da Aplicação da Vinhaça nas Propriedades Químicas, Físicas e Biológicas do Solo, Boletim Técnico Copersucar, São Paulo, 36, p.3-7, 1987.
[7] Granato, E.F., Geração de Energia Através da Biodigestão Anaeróbica da Vinhaça, FEB-Unesp, Dissertação de Mestrado, 2003.
[8] Linero, F., Lamonica, H., projeto BRA/96/G31, www.ctc.com.br , 31/08/2005, CTC, Piracicaba, São Paulo.
[9] Ludovice, M.T., Estudo do Efeito Poluente da Vinhaça Infiltrada em Canal Condutor de Terra Sobre o Lençol Freático, Campinas, FEC-Unicamp, p.5-6, Dissertação de Mestrado, 1996.
[10] Orlando Filho, J. e Leme, E.J.A., Utilização Agrícola dos Resíduos da Agroindústria Canavieira, Simpósio Sobre Fertilizantes na Agricultura Brasileira, Brasília, DF, Anais, p.451-475, 1984.
[11] Prada, S.M., Guekezian, M.e Suarez-Iha, M.E.V., Metodologia Analítica Para a Determinação de Sulfato em Vinhoto. Quím.Nova, vol.21, nº 3, p.249-252, maio/jun.1998.
[12] Unica, União da Agroindústria Canavieira de São Paulo, www.unica.com.br , acesso em 04/10/2005.
[13] Xavier, S. Álcool como Carburantes Razões da sua Utilização. Brasil Açucareiro, Vol. 76 n.º 5, p. 16-20, nov/1970.