Economia & Energia
Ano XIII-No 74
Julho/Setembro de 2009
ISSN 1518-2932

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Biocombustíveis Líquidos no Brasil

Omar Campos Ferreira

Agosto/2008

Resumo

 Os programas governamentais de incentivo aos biocombustíveis no Brasil são apresentados. Este biocombustíveis são analisados levando em consideração a produção agrícola e os aspectos econômicos relativos à sua produção e ao seu consumo.

 Abstract

 The governmental programs regarding the production of liquid biofuels in Brazil are presented. These biofuels are analyzed considering agricultural production and economic aspects regarding their production and use.

 Palavras-chave: biocombustíveis, Brasil, biodiesel, cana de açúcar, álcool, oleaginosas.

Biocombustíveis correspondem a cerca de 24 % da oferta interna de energia no Brasil e a 28% de todo o consumo de combustíveis. Destacam-se a lenha nos setores residencial, agropecuário e industrial, o carvão vegetal na siderurgia e o etanol no transporte rodoviário. Recentemente (2002) o Governo Federal criou o Programa de Incentivo a Fontes Alternativas – PROINFA para introduzir fontes renováveis na geração de eletricidade e lançou em 2003 o Programa Nacional do Biodiesel visando a complementar a oferta interna de combustíveis para o transporte.

 Produtos da cana-de-açúcar

A cana é a segunda mais importante fonte renovável de energia da matriz energética brasileira e, segundo algumas projeções, poderá vir a ser a mais importante.

Fonte:Ministério das Minas e Energia

A cana, originária da Índia, foi introduzida no Brasil, então colônia de Portugal, no século XVI e adaptou-se ao clima do Nordeste brasileiro, sendo a base de um dos mais longos ciclos econômicos do País. O principal produto da indústria canavieira até meados do século passado era o açúcar; o álcool era produzido apenas como solvente, anti-séptico e combustível para usos domésticos. No decorrer da II Guerra Mundial, foram feitas no Brasil, tentativas de substituição da gasolina pelo álcool, mas o fim do conflito determinou a retomada do consumo da gasolina. A eclosão da crise de preços do petróleo iniciada em 1973, com o embargo de fornecimento pela OPEP, trouxe de volta o projeto de uso do álcool em veículos de transporte, agora apoiado pela tecnologia de motores implantada no Instituto Tecnológico da Aeronáutica – CTA.

O Programa do Álcool – PROÁLCOOL, criado pelo Governo Federal em 1975, contando com estímulos financeiros e fiscais e a participação da indústria (produtores de açúcar e de veículos), promoveu a mistura do álcool anidro à gasolina, com notável diminuição da emissão de poluentes químicos (monóxido de carbono, hidrocarbonetos e chumbo), e o desenvolvimento de motores para o álcool hidratado. 

Em 1975, 87% da cana produzida (68 Mt/a) era destinada à produção de açúcar; em 2007 os dois produtos dividiram igualmente a cana (491 Mt/ano). Nesse intervalo de tempo, a produtividade agrícola cresceu de 35 para 70 t/ha.ano, mediante o desenvolvimento de variedades da espécie saccharum officinarum, e a produtividade industrial subiu de 40 para 75 litros por tonelada de cana; nas melhores lavouras, colhem-se 85 t/ha.a e se extraem 88 l/tcana. Colaboraram nesse esforço de desenvolvimento o Centro de Tecnologia da Copersucar, a Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, várias das Universidades e Centros de Tecnologia brasileiros. Entre 1980 e 2005, o custo de produção de álcool caiu de 109 para 30 US$/barril, seguindo a curva de aprendizado mostrada abaixo[1]

Figure 2

Finalmente a criação do Programa de Fontes Alternativas para a geração de eletricidade, em 2002, abriu um vigoroso mercado para o bagaço e a perspectiva de gaseificação deste subproduto do açúcar e do álcool para a co-geração de eletricidade e de vapor de processo, via ciclo combinado gás-vapor.

Processamento da cana para a produção de álcool

A safra da cana dura em média 200 dias (abril a outubro) ao longo da estação seca. Na colheita, o caule da cana contém 14 a 15% de açúcares redutíveis por fermentação, 10 a 13% de fibras celulósicas e entre 76 e 72% de água. A colheita ainda é feita manualmente na maioria das lavouras, sendo precedida da queima da palha para facilitar o manuseio da cana; a legislação ambiental do Estado de S. Paulo estabeleceu prazo para a mecanização total da colheita até o ano de 2031. A cana é transportada para a usina em caminhões, pesada na recepção, lavada para a remoção de terra e outras impurezas, cortada em pequenos toletes e moída, separando o caldo de cana do bagaço (a parte fibrosa da cana); o caldo é filtrado, decantado e tratado quimicamente para ajustar o pH e a concentração dos açúcares e a de nutrientes para o fermento, e acondicionado em tanques (dornas) onde se inocula a levedura (fermento) e se dá a fermentação por bactérias da espécie Saccharomyces cerevisiae, com a transformação dos açúcares (majoritariamente a sacarose) em glicose e álcool, mediante a sequência de reações: 

C12H22O11 + H2O                2 C6H12O6                      4 C2 H5OH + 4 CO2 + calor

      (sacarose)       invertase   ( glicose )        zimase         ( etanol)

O leite de levedura contido na mistura de etanol e água (vinho) é recuperado para novas fermentações; o vinho é enviado a torres de destilação onde a maioria da água é extraída, resultando o álcool hidratado, com teor de etanol de 93% em massa. O subproduto da destilação é o vinhoto, mistura de água, matéria orgânica e nutrientes da cana, de elevada acidez (pH = 4) e demanda bioquímica de oxigênio (DBO = 25g/litro), que retorna ao canavial como fertilizante ou é biodigerido liberando biogás rico em metano e adubo concentrado. A produção do álcool anidro, com 99% de etanol, resulta de destilação extrativa do álcool hidratado, empregando como extratores o ciclo-hexano ou o etilenoglicol.

O balanço energético da produção do álcool é altamente positivo; contabilizando a energia comercial (combustíveis e eletricidade) empregada em todas as fases do processo (lavoura, transporte e conversão) e a energia contida no álcool e no bagaço, o saldo é de 7:1 (a energia da radiação solar e a energia equivalente de irrigação pela chuva são consideradas como dons naturais).

 

Fluxograma da produção de álcool

Usos dos produtos da cana

a - Álcool anidro

O álcool anidro é usado para compor a “gasolina C”, contendo atualmente até 25% de álcool em volume (26% em massa); a flexibilização do teor de álcool na gasolina C, entre 20 e 25%, tem o objetivo de ajustar a produção de açúcar e de álcool às variações de disponibilidade da cana e da demanda do mercado. Esta mistura apresenta maior resistência à detonação do que a gasolina pura (gasolina A), tendo a octanagem virtual de 90, fato que permitiu aumentar a razão de compressão dos novos motores de 7:1 para 9,5:1, com ganho de 11% na eficiência e diminuição das emissões de CO e HC a cerca de 60% dos valores originais (gasolina A), mesmo na ausência de catalisador, e a supressão da emissão de chumbo. A introdução do controle eletrônico da ignição e do catalisador praticamente igualou as emissões dos motores a álcool hidratado e a gasolina C (os níveis atuais em g/km são de 0,5 a 0,7 para CO, 0,11 a 0,15 de HC, 0,08 a 0,14 de NOx e 0,004 a 0,017 de aldeídos).  O preço do álcool ao consumidor em 2006 era de US$ 215/bep[2] (US$ 38,0/GJ).

b - Álcool hidratado

Os veículos projetados para o uso do álcool hidratado entraram no mercado em 1980 e alcançaram o auge de vendas em 1987, quando representaram 94% dos veículos licenciados. Por iniciativa do Governo Federal, a implementação do veículo a álcool hidratado contou com o concurso de Centros de Apoio Tecnológico de Governos Estaduais e de laboratórios das Universidades. Mediante entendimento (protocolo) entre o Governo e a indústria automobilística, foram desenvolvidos esforços para diminuir o consumo específico (litro/quilômetro), mantendo-se o público informado dos resultados através da publicação de um boletim (Escolha Certo) de orientação ao consumidor. A razão de compressão dos motores a álcool hidratado é de 12:1 e a eficiência térmica é cerca de 16% superior à do motor a gasolina C, ganho devido em parte à maior razão de compressão e em parte ao elevado calor de vaporização do álcool hidratado, que torna a compressão da mistura ar-combustível mais próxima da isotérmica de Carnot.

Por efeito combinado da queda do preço do petróleo, do aumento do preço internacional do açúcar e das dificuldades financeiras do Governo, que diminuiu os incentivos para o uso do álcool combustível, o suprimento de álcool apresentou problemas em 1988, quando foi necessário importar metanol para complementar a oferta; a produção de álcool anidro recebeu então prioridade. A venda de veículos a álcool hidratado caiu abaixo de 1% no ano de 2000, sugerindo a decadência do uso desse combustível. A partir de então, a nova escalada do preço do petróleo e a introdução do motor de combustível flexível, em 2003, reativaram o consumo do álcool hidratado. 

c - Combustível flexível (“flex fuel”)

A tecnologia de motores a combustível flexível desenvolvida no Brasil se distingue da usada em outros países pela utilização de um “software” que processa as informações dos sensores de oxigênio (sonda lambda), de rotação e de temperatura para identificar o tipo de mistura em uso e regular apropriadamente a injeção eletrônica, ao invés de usar sensores específicos para distinguir os combustíveis; as empresas envolvidas são a Robert Bosch e a Magnetti-Marelli. A venda de veículos com esses motores iniciou-se em 2003 e cresceu à taxa geométrica de 80% ao ano; o resultado da retomada do consumo de álcool hidratado se mede pela razão do consumo em 2006 (7,19 Mm3) para o de 2003 (4,61 Mm3).

De 1997 a 2006, o consumo de álcool anidro cresceu de 4,77 a 6,14 Mm3 (102 a 132 PJ); o de álcool hidratado variou de 8,3 a 7,19 Mm3 (170 a 147 PJ). Comparativamente, o consumo de gasolina A variou de 14,16 a 14,44 Mtoe (593 a 605 TJ). Com o consumo de 13,3 Mm3 em 2006, álcool já responde por 31% do consumo de combustíveis para motores do ciclo Otto (transporte individual e comercial leve)[3]; em termos de energia útil, a participação do álcool na frota Otto é avaliada em 36%. Os preços ao consumidor são de US$ 215/bep (US$ 38,0/GJ) para o álcool e de US$ 210/bep (US$ 36,69 $/GJ) para a gasolina A.

d - Bagaço da cana

A utilização do bagaço da cana na geração de eletricidade cria um lastro adicional para a produção de álcool, razão pela qual resolvemos apresentar informações básicas sobre o correspondente potencial de geração.

O bagaço produzido na moagem da cana é usado como combustível para gerar vapor que movimenta o gerador de eletricidade e pequenas turbinas de acionamento dos picadores, moendas e outros dispositivos mecânicos, além de fornecer calor de processo. As usinas mais antigas consomem totalmente o bagaço na alimentação de caldeira de baixa pressão (21 bar ou kgf/cm2), gerando apenas a eletricidade consumida internamente. Nas duas últimas décadas, iniciou-se um movimento de melhoria da eficiência dos processos de produção de açúcar e de álcool de forma a gerar eletricidade excedente para complementar o suprimento da rede pública, então atendida majoritariamente (90% da demanda) pela geração hidroelétrica característica do sistema elétrico brasileiro. A geração a partir do bagaço da cana apresenta algumas vantagens sobre outras modalidades de geração, em parte pela coincidência do auge da safra com a afluência mínima de água aos reservatórios de regulagem das usinas hidroelétricas. Ademais, a geração proposta se beneficia da infraestrutura da indústria canavieira, fortemente concentrada na região Sudeste e, portanto, perto do centro de demanda de eletricidade. Resultam destas condições o baixo investimento na geração e o baixo custo do bagaço, cuja coleta e transporte já estão pagos pela atividade principal da usina, tornando o custo da eletricidade co-gerada competitivo com o da geração hidroelétrica.

As usinas antigas produzem vapor de 21 bar (kgf/cm2) a 300o C e as turbinas operam em contrapressão (descarga livre do vapor residual); para melhorar a eficiência energética na produção de açúcar e álcool, de forma a reduzir o consumo próprio de bagaço e produzir eletricidade excedente, está sendo proposto de início o emprego de caldeira de 80 bar e 480 oC, com extração e  condensação do vapor, e futuramente a gaseificação do bagaço e da palha da cana para gerar eletricidade em ciclo combinado gás-vapor. Estima-se que essas modificações permitirão passar da geração de 10 para 150 kWh/tcana, na primeira fase da modernização (ciclo a vapor com extração e condensação), e para 300 kWh/tcana na fase final (gaseificação do bagaço e da palha e ciclo combinado gás-vapor). Considerando o horizonte de tempo de 30 anos e a demanda interna de açúcar e álcool, a produção de cana atingiria 1 bilhão de toneladas/ano e a geração de eletricidade excedente chegaria a 180 TWh/ano, equivalente a cerca de 12% da demanda de eletricidade projetada para 2030, segundo o Plano Nacional de Energia para 2030.  A importância dessa complementação à geração hidroelétrica deverá exigir a garantia do fornecimento de eletricidade pelas usinas e conseqüentemente da produção da cana.

Exportação de álcool

A exportação de álcool combustível é prática recente no Brasil, conforme mostra o gráfico 1 abaixo; o maior importador do álcool brasileiro são os Estados Unidos, com 70% do volume comercializado.  O surto de exportação observado a partir do ano 2000 compensou a recuperação lenta do consumo de álcool hidratado causado pela entrada dos veículos “flex-fuel”, ocupando a capacidade instalada de produção estimada em 18 Mm3/ano. Apesar de o número de dados ser pequeno, ajustou-se uma curva logística de exportação (equação de Volterra-Lotka), prevendo-se o teto acumulado de 67 Mm3 (gráficos 2 e 3) que seria alcançado por volta do ano de 2.020 (gráfico 4). A taxa máxima de exportação, deduzida da equação da curva ajustada (gráfico 2), seria de 5,5 Mm3/ano.

Gráfico 1 – Balanço do mercado de álcool combustível

Gráfico 2 – Logística da exportação de álcool

Gráfico 3 – Logística linearizada da exportação de álcool

Gráfico 4 – Projeção da exportação de álcool combustível

Fatos novos, como o maior interesse de outros países pelos combustíveis renováveis, podem alterar o ritmo e a taxa máxima das exportações; no momento, não há dados concretos a esse respeito.

Fatores condicionantes da exportação de álcool

A possibilidade de se aumentar a exportação depende da disponibilidade de área para o cultivo da cana, da produtividade agrícola e industrial na área canavieira, da capacidade de produção dos equipamentos da destilaria, da infra-estrutura de transportes e da introdução de novas tecnologias de conversão da biomassa. O exame sucinto desses fatores é apresentado a seguir.

1 – Área de cultivo da cana

Segundo dados do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento - MAPA, o Brasil dispõe de 90 milhões de hectares não utilizados e de 177 milhões ocupados pela pecuária extensiva (quadro a seguir), além de 440 milhões de florestas nativas e reservas ambientais (de uso restrito à extração de recursos naturais: dendê, babaçu, seringueira, etc.); a área ocupada atualmente pelas lavouras permanentes e temporárias é 62,5 milhões de ha, dos quais 10,3% ou 6,3 milhões de hectares são de lavouras de cana. Em 2007 foram colhidas 490 milhões de toneladas de cana, destinadas em partes iguais para açúcar e álcool, sendo produzidos 18 milhões de litros de álcool e 26 milhões de toneladas de açúcar. Admite-se que a área ocupada pela pecuária extensiva possa ser reduzida pelo confinamento dos rebanhos, com ensilagem de espécies de plantas de maior produtividade agrícola para alimentação do gado; esse efeito, que seria mais pronunciado nas áreas planas, onde a mecanização das lavouras possibilita a obtenção de ganhos (lucros) maiores, já estaria ocorrendo na expansão da lavoura de soja que ocupa cerca de 20 Mha. 

O extremo superior para a exportação corresponderia à ocupação de parte da área agricultável não utilizada e de parte da área hoje ocupada pela pecuária extensiva (supostamente a metade); supondo que essas áreas fossem distribuídas no futuro entre a agricultura alimentícia e a energética, na proporção das áreas atualmente destinadas a essas modalidades (quadro), caberia à plantação de cana a área de 18 M ha, suficiente para triplicar a produção.

Na hipótese deduzida do estudo logístico apresentado, a expansão da lavoura de cana, mantida a produtividade de 5,5 m3/ha.ano, seria de 1 Mha (0,6% da área agricultável) nos próximos 15 anos. Não há, pois limitação física para se atingir essa meta. Além disto, a fração de cana destinada à produção de álcool poderá continuar aumentando, pois o mercado de açúcar tem crescimento semelhante ao da população (2% ao ano), podendo ser considerado como vegetativo, ao passo que o mercado mundial de energia está em crise.

É, pois, razoável planejar, no Brasil e em outros países de clima e densidade demográfica assemelhadas, a expansão da produção de cana, sem prejudicar a agricultura alimentar e sem agredir o meio-ambiente, desde que se incentive o desenvolvimento das tecnologias apropriadas a esses objetivos.

Uso da terra no Brasil

2 – Produtividade agrícola e industrial

No modelo atual de desenvolvimento da exploração da cana, a produtividade aparente, obtida por melhoramento genético da planta, tende à saturação, conforme mostra o gráfico abaixo.

Gráfico 5 – Produtividade da agroindústria canavieira[4]

Na época da elaboração do estudo de produtividade, a maioria das lavouras de cana não era irrigada, fato que limita o teor de açúcares recuperáveis (ART). Acreditamos que a irrigação permitiria aumentar o teor de ART, porém não dispomos de dados mais recentes para testar essa hipótese; segundo informação obtida no portal Academia do Açúcar e do Álcool da Copersucar, o teor máximo de ART na cana é de 18%, enquanto que o teor médio atual verificado é de 14%.

3 – Produção de equipamentos para a destilaria

Em Seminário realizado no Rio de Janeiro, em agosto de 2003, foi avaliada a capacidade da indústria nacional na área de equipamentos para destilarias. A Dedini S.A – Indústrias de Base, maior fabricante de equipamentos de destilaria, informou, que a indústria forneceu em 10 anos cerca de 200 destilarias completas; no estágio atual, a capacidade fabril de referência seria, segundo a mesma fonte, de 60 usinas por ano (expansão de produção de até 4 M m3/ano).

4 – Infraestrutura de transporte

O sistema de transporte do álcool para as bases de distribuição e para os portos é considerado como adequado ao nível atual de produção; todavia, a expansão da capacidade produtiva tem caminhado para o interior do país, o que poderá ocasionar dificuldades de transporte, mormente durante a safra de soja, cultivada mais intensamente na região de expansão da cana. Para contornar possíveis dificuldades, produtores e distribuidores de álcool estão planejando novas rotas de transporte, combinando os modais rodoviário, ferroviário, hidroviário e dutoviário. Segundo Nota Técnica da ANP[5], a legislação sobre a forma de licenciamento para o transporte deverá ser revista com essa finalidade.

5 – Novas tecnologias

Além dos melhoramentos aplicáveis às usinas existentes, como a extração do álcool a vácuo ou por CO2 supercrítico, a substituição das turbinas de acionamento por motores elétricos, a desidratação do álcool com o emprego de membranas especiais e outros que resultam em economia de vapor, estão sendo desenvolvidas novas rotas de produção do álcool a partir de materiais celulósicos, como a madeira, capim, o próprio bagaço de cana, resíduos agrícolas (palhas, cascas, endocarpo) e lixo orgânico por hidrólise química ou enzimática.

Na atualidade, essas rotas ainda não são competitivas em custo com a de fermentação/destilação, mas poderão ser competitivas com a extração de combustíveis fósseis. O fluxograma abaixo mostra algumas das novas práticas.

Fonte: DEDINI S. A.

Conclusões

A produção de álcool combustível no Brasil é uma prática consolidada, apresentando eficiência energética e econômica compatível com o estágio de desenvolvimento nacional. Intensiva em mão-de-obra e praticável em todo o território do país, a produção age como instrumento de distribuição de renda e de difusão da educação tecnológica. Estimulada e dirigida pelo Governo no estágio inicial, a atividade alcooleira é hoje inteiramente privatizada e produz um forte efeito de demonstração da possibilidade de substituição parcial de combustíveis fósseis por renováveis.

Em termos políticos, a produção do álcool contribui para a consolidação da autonomia energética e fortalece a indústria brasileira; em termos ecológicos, contribui para a manutenção da qualidade do ar; em termos sociais agrega ao mercado um grande contingente de trabalhadores manuais (1,5 milhão de empregos diretos), abrindo para suas gerações futuras o acesso aos sistemas de educação e de saúde.  

Por ser economicamente rentável, a indústria canavieira pode sustentar o esforço de desenvolvimento de novas tecnologias, como o fez o Centro Tecnológico da Copersucar (hoje Centro de Tecnologia Canavieira).

Biodiesel

O Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel foi criado pelo Governo Federal em 2003, com propósitos, incentivos e estrutura semelhantes às do Programa do Álcool. A motivação imediata é a diminuição da importação do óleo diesel, causada por inadequação circunstancial da capacidade de refino em processar os óleos pesados extraídos de alguns campos no Brasil. Foi estabelecido um Grupo de Trabalho Interministerial que propôs as seguintes diretrizes para o Programa:

- Introdução do biodiesel na matriz energética nacional de forma sustentável, permitindo a diversificação das fontes de energia, o crescimento da participação das fontes renováveis e a segurança energética;

- Geração de emprego e renda, especialmente no campo, para a agricultura familiar, na produção de matérias-primas oleaginosas;

- Redução das disparidades regionais, permitindo o desenvolvimento das regiões mais carentes do País: Norte, Nordeste e Semi-Árido;

- Diminuição da emissão de poluentes e dos gastos relacionados ao combate aos chamados males da poluição, especialmente nos grandes centros urbanos;

- Economia de divisas, com a redução da importação de diesel;

-Concessão de incentivos fiscais e implementação de políticas públicas direcionadas a regiões e produtores carentes, propiciando financiamento e assistência técnica e conferindo sustentabilidade econômica, social e ambiental à produção do biodiesel;

- Regulamentação flexível, permitindo uso de distintas matérias-primas oleaginosas e rotas tecnológicas (transesterificação etílica ou metílica, craqueamento, etc.).

O biodiesel pode ser produzido a partir de óleos vegetais, de gordura animal e de resíduos da indústria alimentícia.  A formulação original do Programa privilegia a utilização dos óleos vegetais que se ajusta melhor às diretrizes expostas; outras matérias-primas seriam utilizadas complementarmente. Óleos vegetais são misturas de ésteres derivados do glicerol, tendo na cadeia ácidos graxos com 7 ou mais átomos de carbono. As duas vias de produção consideradas são a transesterificação e o craqueamento térmico dos óleos vegetais; ambas conduzem à decomposição dos ésteres complexos, de cadeia longa, em compostos de cadeia mais curta, de propriedades semelhantes às do óleo diesel de petróleo.

As cadeias são em geral lineares (figura abaixo), apresentando ligações simples e/ou duplas, o que leva à distinção dos ácidos graxos em saturados (grupos do tipo -CH2-) e insaturados (ligações-CH=CH-), com propriedades físico-químicas específicas; ambos os tipos são encontrados em óleos de diferentes espécies de oleaginosas, afetando de modo variado as características do combustível produzido (viscosidade, poder calorífico, estabilidade, tendência à formação de depósitos no motor, etc).

A composição dos óleos vegetais em termos de ácidos graxos está mostrada no Quadro 1, vendo-se a considerável diversidade de participação dos ácidos saturados e insaturados[6].

Ácido graxos

Óleo tipo I – Saturados (de amêndoas)

Óleos tipo II - Insaturados

Óleo tipo III - Polinsaturados

Macaúba

Dendê

Indaiá

Babaçu

Tucum

Cabeçudo

Macaúba

Dendê

Piqui

Iba

Burití

Pinhão

Cotieira

Linhaça

Soja

Ácido Caprílico

6,2

2,7

9,0

6,8

11,7

8,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ácido Capríco

5,3

7,0

10,0

6,3

7,8

9,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ácido Láurico

43,6

46,9

44,2

41,0

43,6

45,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ácido Mirístico

8,5

14,1

11,9

16,2

15,6

10,9

 

1,1

 

 

 

 

1,4

 

 

Ácido Palmítico

5,3

8,8

6,7

9,4

6,0

5,8

18,7

39,7

34,4

22,6

16,3

14,3

7,3

5,0

11,0

Ácido Palmitoleico

-

-

-

-

-

-

4,0

0,3

2,1

-

0,4

1,3

-

0,1

-

Ácido Exteárico

2,4

1,3

2,9

3,4

3,4

4,7

2,8

4,5

1,8

7,5

1,3

5,1

3,1

3,5

2,4

Ácido Oleico

25,5

18,5

12,8

14,2

9,2

12,2

53,4

43,5

57,4

46,7

79,2

41,1

13,5

13,0

23,5

Ácido Linoléico

3,3

0,7

2,0

2,5

2,6

3,4

17,7

10,9

2,8

21,0

1,4

38,1

71,8

17,5

51,2

Ácido Linolênico

-

-

-

-

-

-

1,5

-

1,0

1,0

1,3

0,2

0,6

60,7

8,5

Outros

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,2

3,4

Ácidos Saturados

71,2

80,8

85,2

83,3

88,2

84,4

21,5

45,3

36,2

31,3

17,7

19,4

11,8

8,7

13,4

Ácido Insaturados

28,8

19,2

14,8

16,7

11,8

15,6

78,5

54,7

63,8

68,7

82,3

80,6

88,2

91,3

86,5

Ácido de Saponificação

221

248

255

249

242

256

192

197

202

198

190

189

197

192

195

Índice de Iodo

20

18

16

16

12

15

84

58

84

73

72

97

125

185

136

Quadro 1 – Composição dos óleos vegetais

As propriedades físicas de alguns óleos comparadas às do óleo diesel estão no Quadro 2, vendo-se que o poder calorífico e o índice de cetano dos óleos diferem pouco dos correspondentes ao diesel, ao passo que a viscosidade e o ponto de névoa são consideravelmente superiores; a viscosidade elevada dificulta a nebulização do óleo no ar, no interior do cilindro do motor, resultando em combustão incompleta, com a conseqüente perda de potência e de eficiência do motor; o elevado ponto de névoa permite a cristalização do óleo a temperaturas próximas à do ambiente, o que dificulta a partida do motor a frio. Com essas características, os óleos vegetais in natura seriam combustíveis de qualidade inferior ao óleo diesel. A transesterificação e o craqueamento atenuam as desvantagens dos óleos vegetais.

Quadro 2 – Características físico-químicas de óleos vegetais
e do óleo diesel de petróleo

Características

Dendê (Polpa)

Babaçu

Amendoim

Soja

Óleo Disel

Poder calórico (Kcal/Kg)

8946

9049

9458

9421

10950

Índice de Cetano

38 - 40

38

39 - 41

36 – 39

40

Viscosidade a 37,8° (cSt)

36,8

30,3

41,1

36,8

2,0 – 4,3

Ponto de Névoa (°C)

31,0

26,0

19,0

13,0

0

Temperatura de destilação em °C para destilar 90% do volume (°C)

359

349

349

370

338

Resíduo de Carbono Comradson sobre 10% do resíduo (%peso)

0,54

0,28

0,49

0,54

0,35

Fonte: R. Stem, J . C. Guibet e J. Graile (02)

A transesterificação consiste essencialmente na substituição do glicerol por um álcool de cadeia menor (metanol ou etanol); a reação se processa mediante catálise básica, usando os hidróxidos de sódio e de potássio e o carbonato de potássio, e produz ésteres (metílico ou etílico) de cadeias mais curtas do que a do éster original e de características mais uniformes.

A reação se processa a baixa temperatura (40 a 45°C) e tem como co-produto a glicerina, usada na indústria farmacêutica, de alimentos e de cosméticos; o aumento da oferta de glicerina produzida no processo de transesterificação abre novas possibilidades de seu uso na produção de etilenoglicol e de metanol, na indústria de petróleo (fluidos perfurantes), na produção de PVC e na confecção de membranas para células a combustível, além dos usos na produção de biogás e a queima direta em caldeiras. Os equipamentos requeridos para a transesterificação são simples, constando de um reator de aço-carbono, agitadores e sistema de aquecimento indireto a vapor ou a óleo, semelhantes aos equipamentos usados na extração de óleos vegetais para a indústria de alimentos. A seqüência de operações é a mesma para os diversos tipos de óleos vegetais.

O óleo vegetal, extraído por esmagamento do fruto das oleaginosas e filtrado, é introduzido no reator juntamente com o álcool (em excesso) e o catalisador; a mistura é aquecida pelo banho de vapor ou de óleo e agitada; o excesso de álcool apressa a reação, sendo recuperado por destilação. A mistura contendo o biodiesel é resfriada, centrifugada para separar a glicerina e eliminar resíduos sólidos, e lavada. A eficiência química de conversão do éster original em ésteres de cadeia mais curta é superior a 90% em massa, chegando a 97% em alguns casos, tanto para a via metanólica quanto para a etanólica. A produtividade agrícola, de importância crucial para a viabilidade do Programa, está mostrada no quadro abaixo para algumas espécies nativas.

Quadro 3 – Produtividade agrícola de algumas oleaginósas

Produtos

Dendê

Macaúba

Indaiá

Pinhão-Manso

t/ha

Kcal/ha

(x106)

t/ha

Kcal/ha

(x106)

t/ha

Kcal/ha

(x106)

t/ha

Kcal/ha

(x106)

Óleo de polpa

4,73

41,5

2,62

24,9

0,64

0,61

-

-

Raque

2,40

9,6

2,10

8,4

0,83

4,8

-

-

Fibra

2,48

10,4

3,31

13,9

2,19

9,2

2,23

9,3

Endocarpo

1,90

9,1

2,67

12,8

3,34

16,0

-

-

Óleo de amêndoa

0,29

2,5

0,38

3,2

0,34

2,9

3,04

25,8

Torta de amêndoa

(10% óleo)

0,29

1,5

0,32

1,6

0,18

0,9

1,73

8,7

(1)             145 palmeiras/hs.        (16,0 t de frutos/ha)

(2)             200 palmeiras/hs. .         (14,0 t de frutos/ha)

(3)           1200 palmeiras/hs. .       (10,0 t de frutos/ha)

(4)           1200 pés/há. .                 (6,0 t de sementes/ha)

Fonte: CETEC

 

Os benefícios econômicos diretos são a substituição do óleo diesel importado e, no caso da produção descentralizada, a diminuição dos custos de transporte. O consumo de óleo diesel praticamente determina o volume de petróleo usado no Brasil por ser ele o derivado mais consumido; embora haja tecnologia para se aumentar a fração diesel no refino, a importação aparece circunstancialmente como a melhor opção à vista do investimento requerido para adequar a estrutura de refino às características do óleo extraído no Brasil; estima-se em cerca de 6% a fração de diesel importado (2,4 M m3/ano) ao preço de 2,5 a 3 bilhões de dólares por ano. Para diminuir a importação, o Programa do Biodiesel determinou a mistura de 2% de biodiesel ao diesel a partir de 2008 (0,800 Mm3) e de 5% a partir de 2013 (acima de 2,000 Mm3).

Desenvolvimento do Programa

O Programa foi iniciado com base no óleo da soja produzida na região Sudeste/Centro Oeste e no de mamona produzida na região Nordeste. As espécies nativas, de maior produtividade agrícola, não estão ainda domesticadas e as ocorrências naturais não são consideradas suficientes para suportar a produção na escala planejada. A produção de biodiesel atingiu a 900.000 m3 em 2007, superando a meta para atender à mistura de 2% até o fim de 2008. Não há dados oficiais sobre a participação das diversas plantas oleaginosas na produção; informações levantadas na imprensa atribuem ao óleo de soja a predominância na produção (90%).

Conclusões

O Programa de Produção de Biodiesel está ainda cumprindo as primeiras etapas; um intenso trabalho de pesquisa e desenvolvimento é necessário para incorporar à produção as espécies de oleaginosas de maior produtividade. A julgar pela experiência do Pro-Álcool, esse programa atingirá a maturidade nas próximas duas décadas.

 


[1] “Ethanol Learning Curve”, Goldemberg, J. et al, 2003

[2] Barril equivalente de petróleo

[3] O óleo diesel é destinado ao transporte coletivo de passageiros (ônibus), transporte de cargas e geração de eletricidade em regiões remotas.

[4] “Potencial de Produção de Etanol da Cana-de-Açúcar”, Ferreira, O. C, Economia e Energia (http://www.ecen.com) no 36/2.003

[5] “Panorama atual da indústria brasileira de álcool combustível”, ANP, 2007

[6] “Produção de combustíveis líquidos a partir de óleos vegetais”, Martins, H. et al, Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais, 1983

 

Graphic Edition/Edição Gráfica:
MAK
Editoração Eletrônic
a

Revised/Revisado:
Tuesday, 25 October 2011
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