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Tecnologia e informação a serviço da sociedade

Tecnologia e informação a serviço da sociedade. JORNADA MADEIRA ENERGÉTICA CAPIM-ELEFANTE COMO FONTE DE ENERGIA NO BRASIL: REALIDADE ATUAL E EXPECTATIVAS VICENTE N.G. MAZZARELLA BNDES /RIO DE JANEIRO - 29/MAIO/2007. EVOLUÇÃO DO USO DE ENERGIA NO MUNDO. Solar. Solar.

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  1. Tecnologia e informação a serviço da sociedade

  2. JORNADA MADEIRA ENERGÉTICA CAPIM-ELEFANTE COMO FONTE DE ENERGIA NO BRASIL: REALIDADE ATUAL E EXPECTATIVAS VICENTE N.G. MAZZARELLA BNDES/RIO DE JANEIRO - 29/MAIO/2007

  3. EVOLUÇÃO DO USO DE ENERGIA NO MUNDO Solar Solar Fonte: Nakícenovic, Grübler and MaConald, 1998

  4. FONTES DE BIOMASSA ENERGÉTICA *SRC - “Short rotation coppice” (arbustos de ciclo curto: dois a três anos)

  5. CONCEITOS DE BIOMASSA • Biomassa tradicional: • lenha (em declínio) – 10,4% em 2002; 5,5% em 2050; 2% em 2100 • Biomassa moderna: • Florestas plantadas, biocombustíveis,plantios dedicados (em crescimento) - 1,2% em 2002; - 10,5% em 2050; - 24% em 2100), Fonte: Nakicenovic et al (1998)

  6. ÁREAS DE FLORESTAS PLANTADASPOR CONTINENTE (M ha)

  7. ÁREAS DE FLORESTAS PLANTADASPOR PAÍSES (M ha)

  8. DIFICULDADES DE COMPARAÇÃO EQUALIZAÇÃO DA BASE DE PRODUTIVIDADE Mst/ha/a M3/ha/a T/ha/a T m.v./ha/a T m.s./ha/a (x%H2O) T m.s./ha/a (0% H2O)

  9. VARIAÇÕES DE DENSIDADES (kg/m3)RELAÇÃO COM LOGÍSTICA

  10. QUADRO COMPARATIVO DE PRODUTIVIDADES (t m.s./ha/a)

  11. CUSTOS

  12. VANTAGENS COMPARATIVAS • DO CAPIM-ELEFANTE • Maior produtividade (40 t m.s./ha/ano • Menor extensão de áreas para uma dada produção • Menor ciclo produtivo (duas colheitas por ano) • Melhor fluxo de caixa • Possibilidade de mecanização • Energético renovável, ambiente amigável • Maior assimilação de C – melhor retorno nos projetos de • MDL

  13. FBN – FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO NITROGÊNIOA linha de trabalho da Embrapa • Substituição do N2 sintético pelo N2 fixado por bactérias • Identificação dos tipos de bactérias e espécies de capim com interação ótima • Experimentos do CNPAB com 14 variedades de capim, por cinco anos • Economia de fertilizantes • Não-contaminação de aqüíferos e da atmosfera • Ambiente compatível • Conservação de energia nobre (eletricidade e gás)

  14. RESULTADOS DE PRODUTIVIDADE COM FBN - FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO (TUBULÕES DE Ø 60 cm)

  15. FORMAS DE USO DO CAPIM-ELEFANTE • ENERGIA • Combustão direta • Gaseificação • Carvoejamento • Hidrólise do bagaço álcool • OUTRAS • Painéis compósitos • Papel

  16. BALANÇO ENERGÉTICO COMPARATIVO Pelete de capim elefante(Samson 1999) (GJ/t) (30 t m.s./ha/a) Energia na produção agro __________0,791/0,668 Energia na peletização _____________0,480/0,480 Energia gasta total ________________1,271/1,148 Energia produzida ________________18,500/18,500 Balanço energético _______________ 14,6:1/16,1:1 Etanol (Macedo et al., 2004) (kCal/tCana) Energia na produção agro __________48.208/45.861 Energia na industrialização _________11.800/9.510 Energia total gasta ________________60.008/55.371 Energia produzida ________________499.400/565.700 Balanço energético ______________8,3:1/10,2:1

  17. PROBLEMAS PARA DISPONIBILIZAÇÃO DO CAPIM-ELEFANTE • Sem tradição como energético; uso para nutrição animal • Necessidade de definir melhores cultivares por região • (~ 200 genótipos) • Elevada umidade (até 80%) • Baixa densidade aparente • Necessidade de secagem no campo ou por • processamento • Necessidade de compactação para viabilizar transporte • Teores de K e cinzas mais altos (em estudo)

  18. PROCESSOS DE SECAGEM DO CAPIM-ELEFANTE • De pé (como pé de milho)1 • Cortado e deitado em leiras2 • Colhido, picado e extraído o caldo3 • – aproximadamente 20% H2O residual; requer mais energia para colheita e picagem • - aproximadamente 30% H2O residual; requer mais energia, e cuidados para não apodrecer • - aproximadamente 50% H2O residual; requer menos energia; secagem ulterior via térmica

  19. PROCESSOS DE COMPACTAÇÃO E VARIÁVEIS DO PROCESSO • Enfardamento • Cubing (~ 500 kg/m3) • Briquetagem (~ 580 kg/m3) • Peletização (~ 650 kg/m3) • Variáveis • Pressão • Temperatura • Velocidade de compactação • Umidade residual • Aglomerantes

  20. PROCESSOS DE CARVOEJAMENTO • Carvonbras (c) (África do Sul) • Tolenil (b) (piloto; carvão e tiço) • DPC (b) (piloto;carvão) • Pyro 7 (b) (piloto; carvão) • Úmido - IPT(b) (bancada – 230ºC; 60 atm; carvão e tiço) • Bioware - Unicamp(c) (bio-óleo, carvão, gás) • RS (b) (carvão e voláteis) • (c) Contínuo • (b) batelada

  21. MERCADO DE CARVÃO VEGETAL PARA SIDERURGIA - BRASIL • Produção brasileira – 2006 (Fe-Gusa de carvão vegetal (1) • Usinas integradas – 1.709.072 t • Produtores independentes – 9.466.619 t • 11.175.691 t • Consumo específico de carvão vegetal • 2,9 m3/t gusa (2) • 0,25 t/m3 (densidade aparente) • 0,725 t c.v./t gusa (3) • Consumo de carvão vegetal no Brasil (siderurgia) • - 8.382.000 t • Sindifer/IBS – 2006 • Sindifer/FIEMG – 1995; Anuários Abracave • Campos Ferreira/ECEN - 2005

  22. MERCADO DE CARVÃO VEGETAL NA EUROPA • Possibilidades de mixagem com coque • Possibilidades de injeção nas ventaneiras • Experimentos laboratoriais com carvão e alcatrão de capim-elefante

  23. CUSTO DO HECTARE E DA TONELADA DE CAPIM-ELEFANTE (R$/US$) Produção estimada: 90 t massa verde/ha/a 30 t massa seca/ha/a Custo de formação (reforma cada 10 anos) (*) não considerada a secagem residual de aproximadamente 30% para 0% Fonte: Urquiaga, S. & Dias, P. – 2006 (em Mai/07: US$ = R$ 1,9522)

  24. FASES DE CUSTO DA BIOMASSA - I(CAPIM-ELEFANTE) (1) Embrapa – Urquiaga, S. et. Al. – 2006 (US$ 2,18)

  25. FASES DE CUSTO DA BIOMASSA - II(CAPIM-ELEFANTE) (2) Sokhansanj e Turhollow – 2004 (3) Kemyx – estimativa reservada - 2005

  26. FASES DE CUSTO DA BIOMASSA - III(CAPIM-ELEFANTE)

  27. FASES DE CUSTO DA BIOMASSA - IV (CAPIM-ELEFANTE)

  28. CUSTOS ESTIMADOS – RESUMO I • Custo do capim colhido: A = 1 + 2 + 3 • US$ 44 a 55/t m.s. switchgrass (pago por t m.s.) (1) (2) • US$ 30,94/t m.s. capim-elefante (base 30 t m.s./ha/a) (3) • US$ 36,40/t m.s. capim-elefante (base 30 t m.s./ha/a com • 15% lucro) (3) • US$ 38,68/t m.s. capim-elefante (base 30 t m.s./ha/a com • 20% lucro) (3) • Girouard, P. et al. – Canadá – 1999 • McLaughlin, S.B. et al. – EUA – 2005 • Embrapa, Urquiaga, S. – Brasil – 2006 (US$ = R$ 2,18)

  29. CUSTOS ESTIMADOS – RESUMO I • Custo da moagem, secagem e compactação: B = 4 + 5 + 6 • US$ 22,14/t fardo alfafa (4) • US$ 34,18/t cubo alfafa (4) • US$ 20,8/t pelete serragem (5) • (4) Sokhansanj e Turhollow – EUA – 2004 • (5) Kemyx – estimativa reservada - 2005

  30. CUSTOS ESTIMADOS – RESUMO II • Custo da biomassa seca e compactada: C = A + B • US$ 78,18 a 89,18/t m.s. (1) (2) • US$ 70,58 a 72,86/t m.s. (3) • Custo da biomassa posta porto embarque: D = C + 7.1 + 7.3 • US$ 100,58 a 102,86 • (considerado apenas caso do Brasil – pelete de capim-elefante, • 30 t m.s./ha/a, porto a 700 km; valor 7.1 – US$10; valor médio 7.3 – • US$20/t) • Girouard, P. et al. – Canadá – 1999 • McLaughlin, S.B. et al. – EUA – 2005 • Embrapa, Urquiaga, S. – Brasil – 2006 (US$ = R$ 2,18)

  31. CUSTOS ESTIMADOS – RESUMO III • Custo do pelete capim-elefante posto porto europeu: • D + 7.4 (valor 7.4 – US$ 25) • US$ 125,58 a 127,86/t m.s.(1) • ou € 93,44 a 95,15/t m.s.(2) ou € 98,18 a 99,90/t m.s. • Nota: considerar margem adicional por ser admitida umidade de até 10% no pelete; idem por ter-se adotado produtividade 30 t m.s./ha/a, quando se tem conseguido até 40 t m.s./ha/a • (1) US$ 2,18; € = R$ 2,79; € = US$ 1,278 (Ago/2006) • (2) US$ = R$ 1,9522; € = 2,62; € = US$ 1,344 (maio/2007)

  32. PREÇO DE VENDA NO MERCADO EUROPEU E FASES ANTERIORES (CÁLCULO DE VIABILIDADE DE TRAZ PARA DIANTE) • Peletes: € 250 a € 300/t p/usuário final (trading companies - 2007) • Briquetes: € 285/t p/usuário final (Quirino, W.F. – 2003) • Peletes: € 110 a € 130/t p/importador (US$ 147,84/t a 174,72/t) (1) • Peletes porto brasileiro: US$ 117,8 a 144,7/t (frete navio US$30/t) (1)(2) • Peletes posto usina beneficiamento: US$ 92,8 a 119,7/t (frete bi-trem US$ 25) (2) (1) Valores de US$ e € - Maio/2007 (2) Fretes navio e bi-trem considerados valores máximos, por segurança

  33. PREÇO DE VENDA NO MERCADO EUROPEU E FASES ANTERIORES • Capim posto usina beneficiamento: US$ 46,40/t m.s. (incluído 15% lucro; A = US$ 36,40 + 7.1) (3) • Margem para beneficiamento 5 – 6 = US$ 46,4 a 73,3 > (US$36,40) (=A); US$ (92,80 – 46,40) = 46,60 a US$ (119,70 – 46,40) = 73,30 • Margem para beneficiamento, considerada variação de câmbio (Ago/06: Mai/07) € = US$ 1.2822 (Ago/06); € = US$ 1.3544 (Mai/07) margem de US$ 46,40 a 73,30 cai para US$ 43,92 a 69,39 (3) US$ = R$ 2,18 (Ago/2006)

  34. INVESTIMENTO PARA PLANTIO - I • 2.570.000 t c.v./ano, de capim-elefante • Sindifer/Fieng – 2006 • Campos Ferreira/ECEN – 2005 • Embrapa – Urquiaga, S. - 2006

  35. INVESTIMENTO PARA PLANTIO - II • 10.000.000 t m.s./a (capim-elefante) (para produção de peletes e briquetes) • Produtividade estimada – 40 t m.s./ha/a • Área necessária - 250.000 ha • custo de formação/ha - R$ 1.981,77 (1) • Custo de formação total – R$ 495.442.500,00/250.000 ha • Embrapa – Urquiaga, S. - 2006

  36. REALIDADE ATUAL DO CAPIM-ELEFANTE I • Sendo “descoberto” como biomassa moderna • Produtividade elevada, requer áreas menores, caminho fotossintético C-4 • Ambiente compatível, FBN reduz ou elimina adubação nitrogenada • Interesse para projetos de MDL; relação C:N > 100 • Custos no Brasil ainda estimativos, carecem de comprovação em escala confiável • Prováveis custos mais baixos que outras biomassas

  37. REALIDADE ATUAL DO CAPIM-ELEFANTE II • Ciclo produtivo menor, melhor fluxo de caixa, menor investimento • Mercado de larga escala já existente para biomassa seca compactada (Europa, EUA, Canadá, Japão) • Usos variados: • Aquecimento residencial, institucional e industrial; • Geração termoelétrica e de vapor; • Redutor em processos metalúrgicos; • Matéria-prima para hidrólise (etanol), painéis e papéis especiais

  38. REALIDADE ATUAL DO CAPIM-ELEFANTE III O QUE FALTA: • Definir custos reais de colheita (IPT, fabricantes de equipamentos) • Definir melhores cultivares por região (Embrapa) • Definir melhor processo para eliminação da água e custos correspondentes (IPT, Embrapa) • Confirmar custos reais dos diferentes processos de compactação (IPT, fabricantes de equipamentos) • Resolver problemas de composição: K, álcalis, cinzas (IPT, Embrapa) • Analisar processos de carvoejamento (IPT, processadores)

  39. CONCLUSÃO I • Mercado europeu já equivale a 10 Mt/a de biomassa seca compactada (valor importador ~US$ 1,5 Bi/a) e está em franco crescimento • Há indicações de que o capim-elefante brasileiro pode ser altamente competitivo • Compensa investir nos estudos faltantes • Pesquisa complementar incentivada na “Carta de Ouro Preto” (Fórum de Competitividade da Siderurgia – Comitê Tecnologia)

  40. CONCLUSÃO II • Diversas regiões do Brasil têm condições edafoclimáticas extremamente favoráveis. • Há grupos brasileiros interessados no capim-elefante para: • Geração de energia e vapor para uso próprio • Geração de energia e vapor para venda a terceiros • Obtenção de carvão e tiço para redução • Exportação de peletes e briquetes (inicialmente Europa) • Comercialização de peletes e briquetes no mercado interno

  41. RECOMENDAÇÕES • Não esperar que “os outros” banquem a solução dos estudos faltantes. • Agências de fomento (BNDES, Finep, EPE/MME) devem incentivar, pró-ativamente, trabalho conjunto entre áreas de pesquisa, fabricantes de equipamentos e empresas interessadas. • Procurar unir grupos sem conflito de interesses (desde que isso não represente adiar a solução sine die)para investir cooperativamente nos estudos faltantes.

  42. Tecnologia e informação a serviço da sociedade Obrigado! www.ipt.br

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