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Energia da Cana-de-açúcar no Brasil (*)
Publicado em 23/07/2013 às 09h35
Autor: Isaias C. Macedo (Universidade Estadual de Campinas, S. Paulo, Brasil)






Introdução




O Brasil produziu 311 milhões de toneladas de cana em 1998 (25% da produção mundial) em 5 milhões de hectares, com concentração no Sudeste e Nordeste (60% em S. Paulo). Há



50 mil produtores de cana e 308 unidades de processamento industrial, todas privadas, levando a 17,7 milhões de toneladas de açúcar e 13,7 milhões de m3 etanol por ano. A indústria da cana no Brasil mantém o maior sistema de produção de energia comercial da biomassa, no mundo, através do etanol (substituindo cerca de 40% da gasolina) e do uso quase total do bagaço (equivalente a 11 milhões toneladas de óleo) como combustível. A área ocupada para a produção de etanol corresponde a 0,8% da terra própria para agricultura, no Brasil. Depois de mais de vinte anos de uso em larga escala do etanol como combustível automotivo, o conhecimento adquirido sobre os impactos ambientais, sociais e econômicos do sistema agro-industrial permite analisar com certa segurança o ciclo completo e a sua sustentabilidade.



Alguns aspectos analisados neste trabalho são:



Os balanços energéticos para o ciclo (produção agro-industrial e usos finais), e as relações entre combustível fóssil utilizado e energia renovável resultante, para 1985 e 1996, mostrando as tendências e impactos de novas tecnologias. São vistas as emissões de CO2 (e emissões evitadas); a análise para 1996 mostra que são evitadas emissões equivalentes a 18% das emissões de todos os combustíveis fósseis usados no país. São incluídas as emissões de CH4 e N2O no ciclo.
Considerando a legislação atual (eliminando gradualmente a queima de cana no campo) são avaliados os impactos na redução de poluentes atmosféricos (particulados, CH4, NOx, CO) nos próximos 12 anos; o aumento da disponibilidade de biomassa para energia é base para estimativa de emissões evitadas de CO2, adicionalmente.
A redução da poluição local em centros urbanos
O uso de herbicidas e pesticidas hoje é quantificado e comparado com outros sistemas agrícolas importantes no Brasil (soja e milho).
Proteção do solo, e a legislação existente para reflorestamento são consideradas para a produção de cana no Estado de S. Paulo (o maior produtor brasileiro).
A captação e uso industrial de água nas usinas de açúcar é quantificada, assim como metas propostas para o futuro próximo.
Custos atuais de produção, tendências para o futuro e competitividade com combustível convencional são analisados.
A geração de empregos (volume e qualidade) é quantificada na sua evolução em dez anos, e tendências para os próximos anos.
Os resultados já obtidos e as possibilidades de melhoria indicam a grande evolução ocorrida, e o interesse em um esforço continuado para uma agroindústria sustentável baseada na cana-de-açúcar, com a produção simultânea de alimentos e energia.






Benefícios ambientais globais: Produção e uso de energia renovável



Os principais resultados (1,2) considereando a produção agro-industrial e uso final (1996) estão resumidos na Tabela 1, e referem-se essencialmente ao Estado de S. Paulo.



Houve melhoria na situação entre 1985 (1) e 1996, principalmente pelo aumento de produtividade da cana e extensão do ciclo produtivo; otimizações no setor de transportes; mecanização da colheita; aumentos na conversão industrial (de 73 para 85 l etanol/tonelada de cana); e melhor uso do bagaço nos sistemas de co-geração. Espera-se ainda uma aumento na relação output/input de energia nos próximos anos com a possibilidade de uso de parte da palha da cana para geração de energia.



Tabela 1. Energia na Produção de açúcar e etanol (MJ/t cana)*






































































































































Médias

Melhores
valores

Produção
de cana (total)

size="2">189.87

size="2">175.53

Operações
agrícolas

30.10

30.10

Transporte
de cana

34.92

31.87

Fertilizantes

66.96

56.09

Calcáreo,
herbicidas,etc

19.06

19.06

Mudas

5.76

5.34

Equipamentos

33.07

33.07

Produção
de álcool (total) **

size="2">46.08

size="2">36.39

Eletricidade
(comprada)

0.00

0.00

Químicos e
lubrificantes

7.34

7.34

Prédios

10.78

8.07

Equipamentos

27.96

20.98

Fluxos
externos de energia,

(agricultura + indústria) ***

Input

Output

Input

Output

Agricultura

189.87

175.53

Indústria

46.08

36.39

Etanol
Produzido

1996.37

2045.27

Excedente de
bagaço

175.14

328.54

Totais
(fluxos externos)

235.95

2171.51

211.92

2373.81

Output/Input

size="2">9.2

size="2">11.2





(*) Três níveis de uso de energia são considerados: combustível e energia elétrica adquirida; energia usada na produção de insumos; energia para a produção e manutenção de prédios e equipamentos.



(**) Somente energia externa; não inclui a energia do bagaço, usada na própria usina



(***)Inputs externos de energia são principalmente de combustiveis fósseis (diesel, oleo); embora no Brasil a maior parte da energia elétrica seja renovável, ela é computada aqui pelo seu uso na produção de equipamentos, prédios e insumos.



A contribuição líquida para a evolução de CO2 em todo o ciclo, já cancelados os efeitos de fixação e liberação de carbono pela planta, processos e produtos, é:



Aumento no CO2 atmosférico pelo uso de combustíveis fósseis e insumos na produção agrícola/industrial de açúcar e etanol;
Redução na taxa de liberação de CO2 pela substituição de gasolina por etanol e de óleo combustível por bagaço na produção de açúcar e em outros setores.
A estimativa da redução de emissões de gases de efeito estufa, em CO2 equivalente, consideraram também as emissões de metano (queima da cana; manejo do vinhoto; queima do bagaço em caldeiras); as emissões de gases dos motores a etanol (com relação às dos motores a gasolina); e as emissões de N2O do solo. Os resultados estão na Tabela 2.



Tabela 2. Emissões líquidas , CO2 equivalente, na produção e uso da cana de açúcar no Brasil (1966) (medida em Carbono)


































106
t C (equiv.)/ano

Uso de
combustíveis fósseis na agricultura e indústria

+ 1.28

Emissões de
metano (queima da cana)

+ 0.06

Emissões de
N2O

+ 0.24

Substituição
de gasolina por etanol

- 9.13

Substituição
de óleo combustível por bagaço (indústrias)

- 5.20

Contribuição
líquida (emissão evitada, carbono)

- 12.74





As emissões evitadas (CO2 equivalente) correspondem a cerca de 20% de todas as emissões de combustíveis fósseis no Brasil.



Quanto às tendências para a relação output/input de energia e as emissões evitadas de CO2, nota-se o início de mobilização para uso da palha da cana e de ciclos de geração mais eficientes.



Com tecnologias comerciais, e usando somente o bagaço, é possível gerar excedentes de cerca de 3 GW de energia elétrica, no país; a utilização de parte da palha e de ciclos mais eficientes (não comerciais: gasificação) poderia levar este potencial para 5 GW (4).



Legislação Federal e Estadual (E. S. Paulo) têm estabelecido limites progressivos para a queima de cana antes da colheita. Embora haja diferenças entre as determinações legais, foi utilizado um cenário plausível para a redução na área de cana queimada para estimar os efeitos nas emissões de gases de efeito estufa e na produção de energia.



Considera-se o uso de uma fração da palha da cana para a produção de energia em ciclos de alta eficiência (3). A situação de hoje , em média , corresponde a 100% de cana queimada; 10 toneladas (MS) palha/hectare; auto-suficiência energética da usina.



A situação futura (horizonte de 12 anos) corresponderia a 55% de cana sem queimar; recolhimento de 50 a 100% da palha, dependendo da rota tecnológica e de condições agronômicas locais.



A análise completa das rotas tecnológicas disponíveis e em desenvolvimento, o conjunto de hipóteses correspondentes, e os balanços energéticos para os ciclos (diferentes consumos de fósseis, eficiências de conversão e volumes de biomassa) são apresentados em (3). Incluem o transporte de cana inteira com toda a palha (Rota 1); cana picada sem extração da palha e transporte de 100% (Rota 2); cana picada com extração total da palha e enfardamento de 50% (Rota 3); cana picada com extração parcial da palha e limpeza a seco na usina.



Alguns resultados são mostrados na Tabela 3.



Tabela 3 – Diferenças na emissão de CO2, (Futura – Hoje)
Uso Parcial de palha e maiores eficiências de conversão

































Rotas

Diesel usado
na agricultura

(kg CO2/t cana)

Combustivel
substituido

(kg CO2/t cana)

Diferença
nas

emissões

(kg CO2/t cana)

Brasil: 300 x
106

t cana/ano

(106 t CO2/ano)

R1

+ 2.1

- 139.

- 137.

- 41.1

R2

+ 7.3

- 139.

- 132.

- 39.6

R3

+ 2.3

- 87.5

- 85.

- 25.5





Os valores devem ser considerados apenas como indicativos; são reduções (hipotéticas) que seriam obtidas com o uso de tecnologias de gasificação da biomassa e turbinas a gás; esta tecnologia ainda é experimental.






Benefícios ambientais locais: redução da poluição



Quando instituído, em 1975, o programa do etanol visava principalmente reduzir os custos com a importação de petróleo e evitar perdas com os baixos preços do açúcar no mercado internacional. Grandes benefícios na redução da poluição nos centros urbanos ficaram evidentes (e importantes) a partir de 1980 (8). Resumidamente, pode-se dizer que os usos do etanol, em mistura (E 22) ou nos motores a etanol puro (E 100) proporcionaram, neste período:
Eliminação total dos aditivos com Pb (desde 1990)



Eliminação de 100% do SOX, particulados de Carbono e Sulfato nos E 100. e de 22% nos E 22



VOCs com menor toxicidade e reatividade



CO: redução de 70% nos antigos E 100 e até 40% nos E 22, comparados com E



O custo social evitado associado a estas reduções tem sido preliminarmente estimado (incluindo CO2) para os próximos anos em cerca de US$ 500. milhões por ano, em cenários que incluem um crescimento modesto da frota de carros a álcool (100 mil carros/ano). (10).






Herbicidas, pesticidas e fertilizantes



O uso destes insumos pela industria de cana no Brasil é equivalente, e em alguns casos muito menor que o de outras culturas de grande volume.



É praticado o reciclo de resíduos (vinhoto e torta de filtro) para a lavoura, reduzindo a necessidade de fertilizantes externos (principalmente potássio). O uso médio de fertilizantes pela cana, soja e milho no Brasil é mostrado na Tabela 4. O valor total para os fertilizantes minerais é aproximadamente igual, por hectare. Um exercício mostra (Tabela 5) que a otimização no uso dos resíduos (torta e vinhoto) e a possibilidade de deixar parte da palha no campo podem levar a reduções significativas dos fertilizantes minerais externos. Uma fração deste potencial começa a ser utilizada.



Tabela 4. Área plantada e fertilizantes minerais usados em soja, cana e milho no Brasil (1977)








































size="2">Cultura

size="2">Área*

(Milhões ha)

size="2">Nutrientes Totais, (1000 t)

Total **

(1000 t)

Nitrogenio

Fosforo

Potássio

Cana***

4.9

317.

202.

415.

935.

Milho

13.6

406.

813.

677.

1897.

Soja

11.5

0

690.

805.

1495.





Fontes: *IBGE/1977
** Baseado em medias, IAC/BTC 100/1996
*** Vinhoto em 33% da area de cana soca



Tabela 5. Potencial para reciclo de nutrientes na cana de açúcar















































size="2">Resíduos

size="2">Nutrientes (kg/t)

size="2">Volume de

Resíduos

(Milhões t / ano)

size="2">Disponibilidade

total (1000 t)

Nitrogenio

Fosforo

Potassio

Torta de
filtro *

2,16

10,10

2,79

3.6

54.2

Vinhoto **

0,11

0,10

2,33

168.3

427.6

Palha ***

0,72

0,21

5,17

45,9

280.4

762.3





* 12 kg/t cana (M S)
** Reciclado; pode ser otimizado (áreas, distâncias)
*** Hipótese: 3.4 milhões ha com cana sem queimar; palha deixada no campo.



O baixo nível de uso de pesticidas e herbicidas deve-se em parte a ter sido incorporado um extenso programa de controle biológico do principal predador da cana, a broca; introduz-se no momento o controle biológico da cigarrinha.



No caso de herbicidas, a posição atual com relação a outras culturas (Tabela 6) deve ser melhorada se o uso de palha no campo, após a colheita, for implementado com sucesso
(o colchão de palha pode reduzir consideravelmente o uso de herbicidas).



Tabela 6. Herbicidas em milho, soja e cana de açúcar (1997)
























Cultura

Área
(milhões ha)

Herbicidas
(1000 t)

Cana-de-açúcar

4.9

22.6

Milho

13.6

15.1

Soja

11.5

65.6





Fonte: IBGE, 1997; ANPEI, 1997



O uso de controle biológico para a broca da cana (prática comum na maioria das áreas) reduziu a infestação a níveis de 2-3%, contra valores iniciais (1980) de 10-11%. O uso total de inseticidas hoje atinge cerca de 0,36 kg/ha (5), contra 1,17 para soja e 0,26 para milho (IBGE e ANDEF, 1997). Inseticidas são usados em cana principalmente para insetos do solo e formigas. Há incertezas quanto ao aumento futuro de predadores das partes aéreas da planta, com a limitação de queima da cana; controles biológicos específicos estão sendo testados.



É possível que o uso de variedades transgênicas possa introduzir resistência a insetos e reduzir ainda mais o uso de inseticidas. Por outro lado, o início da produção de açúcar "orgânico" em grandes áreas, e as avaliações preliminares para uso diferenciado por local (não a partir de médias para grandes áreas) têm mostrado a possibilidade de avançar muito em práticas que levarão à redução destes insumos.






Proteção do solo e águas; reflorestamento



O crescimento rápido da cana e a prática de culturas de rotação, assim como o ciclo de cinco cortes, permitem a proteção do solo na maior parte do tempo, reduzindo a erosão. Têm sido desenvolvidas e utilizadas técnicas especiais de contenção de águas pluviais.



O Código Florestal (Lei 4771, 15-9-65) estabelece as obrigações quanto o reflorestamento e proteção de águas, definindo as áreas de preservação. Além disto, o conceito de "reserva legal" estabelecido na Lei 7803/89 (20% da área total deve ser reflorestada), depois da Lei Agrícola 8171, 17-1-91, está sendo analisado nas suas implicações (legais, ambientais e econômicas). Legislações Estaduais também estão em elaboração sobre o assunto.



A implementação de áreas de reserva permanente está sendo iniciada; as análises em curso deverão levar a um entrosamento adequado com o conceito de "reserva legal". Vários milhares de hectares de áreas reflorestadas foram estabelecidos em áreas de cana, (proteção de cursos de água, encostas, etc); mas será necessário estimular avanços significativos nos próximos anos (9).



A captação e uso de água nas usinas de açúcar é muito elevada hoje. Uma amostra de 36 usinas processando 60 milhões de toneladas de cana em São Paulo, indicou (CTC-Copersucar, 1997) uma média de 5 m3 de água captada/tonelada de cana processada (variando de 0,.7 a 20.0). Espera-se para os próximos anos um programa de redução da captação de água, motivado por ações restritivas (inclusive cobrança pelo uso) e baseado essencialmente na otimização de processos e reutilização interna. É possível buscar a meta de 1 m3 água/tonelada de cana.






Geração e qualidade de empregos; investimento



A geração de empregos (agrícolas e industriais) tem sido um dos pontos fortes da indústria da cana. Há grandes diferenças regionais e as características do emprego têm evoluído nos últimos dez anos; mas o fato é que o programa do álcool tem ajudado a reverter a migração para as áreas urbanas e melhorar a qualidade de vida em muitas localidades.



Em 1991 estimou-se o número de empregos gerados em 800.000 diretos e 250.000 indiretos em todo o país (6); em S. Paulo 72% dos empregos diretos era na agricultura. Cerca de 30% do total eram trabalhadores especializados (lavoura e indústria); 10 % possuíam treinamento médio (motoristas, por exemplo), e 60% tinham pouca qualificação (cortadores de cana, entre outros).
Nos 357 municípios com destilarias de etanol, estas proporcionavam 15 a 28% do total de empregos. Diferenças regionais em mecanização/automação e produtividade levavam a três vezes mais trabalhadores/unidade de produção no Nordeste, com relação ao Sudeste. Em S. Paulo o cortador de cana recebia mais que 86% dos trabalhadores agrícolas no país; mais que 46% dos trabalhadores industriais, e mais que 56% dos trabalhadores em seviços. A renda familiar média (cortadores de cana, dois trabalhadores por família) era superior a 50% das famílias no país. O coeficiente de sazonalidade (6) era de cerca de 2.2 em 1980; 1,8 em 1990, e cerca de 1,3 em 1995.
O investimento para a criação de empregos na produção de etanol foi avaliado em US$ 11 mil/emprego (Nordeste) e US$ 23 mil, em S. Paulo (excluindo o custo das terra). A média nos 35 maiores setores da economia em 1991 era de US$ 41 mil.
Alguns dados mais recentes (7), (2001) avaliam em cerca de 610 mil os empregos diretos e 930 mil os indiretos e induzidos. A redução de empregos diretos deve-se principalmente a terceirizações, aumento de produtividade e mecanização/automação. No Nordeste há cerca de quatro vezes mais trabalhadores/unidade de produto, evidentemente com perfis diferentes (7):


































Anos de

escolaridade

Brasil, %

Sudeste, %

Nordeste,
%

4 a 7

28.0

36.4

14.7

1 a 3

27.3

29.1

27.6

>
8

13.2

17.4

8.9

< 1

31.5

17.1

48.8





Tomando como base a produção de petróleo no Brasil, a geração de empregos por unidade de energia equivalente é 4 vezes maior no carvão, 3 vezes com a energia hidroelétrica, e 150 vezes com o etanol (8).



A experiência com o etanol no Brasil indica ser possível para programas similares com biomassa ter impactos positivos e importantes na geração e qualidade de empregos; ajustes no numero de empregos/qualidade podem ser feitos para acomodar os mercados locais, usando tecnologia adequadamente. A tendência (irreversível) no Brasil é para melhor tecnologia e menos empregos com maior qualidade.






Custos de produção; competitividade



Ganhos de produtividade, eficiência de conversão e gerenciamento adequado conduziram a indústria da cana, no Centro – Sul do Brasil, aos menores custos de produção de açúcar no mundo (12). As avaliações mais recentes (10), 2001, (atualizando dados e metodologia da FGV, 1997), referentes a usinas com bom desempenho, na região Centro – Sul, em condições de produção sustentável a longo prazo, indicam um custo de US$ 0,18/litro de etanol hidratado. Como referência, o custo de produção de gasolina sem aditivos, com óleo a US$ 25/barril, é de cerca de US$ 0,21 / litro (11). A equivalência técnica hoje é de 0,75 litro de gasolina/litro de etanol hidratado, ou 1,0 litros de gasolina /litro de etanol anidro, em mistura.



A implementação de tecnologias existentes (e praticadas em parte das usinas) nos próximos seis anos pode levar a cerca de 13% e redução nos custos médios (12); novas tecnologias (aproveitamento melhor da biomassa para energia, uso de variedades transgênicas) podem continuar a tendência declinante de custos para o futuro.



Com excelente posição competitiva, o equilíbrio no atendimento aos três mercados (açúcar para exportação e mercado interno, e etanol combustível) e possivelmente um quarto (etanol para exportação) depende de variáveis como os preços do petróleo, a política de preços de combustíveis no Brasil, os preços do açúcar no mercado internacional, e a dimensão da safra de cana. É necessário desenvolver mecanismos para assegurar a oferta de etanol em níveis compatíveis com as políticas visando a participação prevista de carros a álcool e o nível de mistura de etanol na gasolina.






Conclusões



A indústria da cana no Brasil é um exemplo importante de sistema de produção sustentável de energia, em larga escala, a partir da biomassa. Na maioria dos aspectos relevantes para a sustentabilidade, a situação hoje é em geral muito boa, e tende a melhorar; e não se observa problemas que não possam ser resolvidos com tecnologias existentes.



A relação output/input de energia (renovável/fóssil) é de 9.2, levando a um valor extraordinário de redução nas emissões de CO2 (quase 20% de todas as emissões de combustíveis fósseis no Brasil).



O uso do etanol trouxe benefícios importantes na redução da poluição em centros urbanos; a eliminação dos aditivos à base de Pb, reduções em SOX e particulados, emissões de VOCs com menor toxicidade e reatividade.



O uso de fertilizantes minerais é menor que nas culturas de milho e soja; melhor gerenciamento do reciclo praticado hoje de resíduos (torta de filtro, vinhoto e alguma palha) pode levar ainda a uma substancial redução.



O uso de pesticidas e herbicidas é relativamente baixo, mesmo em função dos programas de controle biológico; a prática de deixar cobertura de palha em locais adequados, o uso de doses específicas para cada local, e técnicas derivadas dos cultivos "orgânicos" poderão melhorar ainda mais este quadro.



Na proteção de solos e águas, os problemas iniciais são atenuados pelo crescimento rápido da cultura, pelo uso de culturas de rotação e de vários cortes. Ainda assim é necessário aumentar a implantação de proteção a áreas de reserva permanente, e adotar técnicas (conhecidas) para a redução da captação de água para uso industrial.



A geração de empregos é um ponto forte do setor, atingindo cerca de 1,5 milhões (diretos e indiretos). É fator importante para a redução da migração do campo. Há fortes diferenças regionais, com flexibilização na relação qualidade /quantidade de empregos; a tendência geral é para maior nível tecnológico, menos empregos com maior qualidade.



A sustentabilidade econômica foi atingida, com o açúcar apresentando (Centro-Sul) o menor custo de produção do mundo e o etanol chegando aos níveis de custo da gasolina (petróleo a US$ 25/barril). Destaca-se também a contribuição para a redução de importações.






Referências



Macedo, I.C. – "The sugar cane agro-industry – its contribution to reducing CO2 emissions in Brazil", Biomass and Bionergy, 1992. 3, 77-80.
Macedo, I.C. – "Greenhouse Gas Emissions and Energy Balances in Bio-Ethanol Production and Utilization in Brazil (1996)", Biomass and Bioenergy, 1998, 14.1, 77-81.
Projeto BRA-96/G31,"Geração de Energia por Biomassa: bagaço de cana-de-açúcar e resíduos"; Report RLT-018, Centro de Tecnologia Copersucar, Março –1998.
Macedo, I.C. – "Geração de energia elétrica a partir da biomassa no Brasil: situação atual, oportunidades e desenvolvimento", Relatório para o MCT – Julho, 2001
Donzelli, J. L. – Comunicação pessoal, Centro de Tecnologia Copersucar, 2002
Borges, J. M. M. – "The effect of labor and social issues of electricity sales in the Brazilian sugar cane industry", Int. Conference on Energy from Sugar Cane, Hawaii, 1991
Guilhoto, J. J. M. – "Geração de empregos nos setores produtores de cana de açúcar, açúcar e álcool no Brasil e suas macro-regiões", Relatório "Cenários para o setor de Açúcar e Álcool", MB Assoc. e FIPE, Abril, 2001
Carvalho, L.C.C. – "Understanding the Impact of Externalities: Brazil", Int. Development Seminar on Fuel Ethanol, Dec 2001, Washington DC
Macedo, I.C. – "Legislação Ambiental e Inovações Tecnológicas na Agricultura Canavieira", 1998; Workshop "Agro-Industria Canavierra e o Novo Ambiente Institucional", NEA – Instituto de Economia, Unicamp
"Cenários para o Setor de Açúcar e Álcool" – M B Associados e FIPE, Abril 2001, S. Paulo
Grassi, G. – "Seminar on Ethanol Fuel", First World Conference and Exhibition on Biomass for Energy and Industry, Sevilla, June 2000
Macedo, I. C. – "Commercial Perspectives of Bio-Alcohol in Brazil", First World Conference and Exhibition on Biomass for Energy and Industry, Sevilla, June 2000
(*) Apresentado na conferência "Sustentabilidade na geração de energia no Brasil: os próximos 20 anos", promovido pela Academia Brasileira de Ciências e pela UNICAMP em 18 a 20 de fevereiro de 2002.
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