Estratégias para mitigação de impactos econômico e ambiental gerados pela vinhaça em destilarias de etanol

Abstract

RESUMO: O processamento de biocombustíveis a partir de cana-de-açúcar tem sido um dos setores mais estratégicos e importantes da economia brasileira nas últimas décadas. Este setor tem aumentado sua atividade constantemente, impulsionando todas as atividades relacionadas com a cana-de-açúcar. A produção de etanol é diretamente proporcional à produção de vinhaça (efluente líquido de processo de destilação), produzindo até 16 litros de vinhaça por litro de etanol. A vinhaça é rica em minerais e é comumente usada para irrigar plantação de cana-de-açúcar, conhecida como fertirrigação; no entanto, se produzida em excesso, traz problemas ambientais e econômicos. A fim de reduzir tais problemas, duas estratégias foram adotadas. A primeira utilizando menor custo de capital, porém com maior chance de ser executada, e a segunda com maior custo de capital e, consequentemente, maior retorno sobre o investimento. No primeiro trabalho, a operação de destilação da destilaria de etanol COCAFÉ, utilizando aquecimento direto, foi comparada com o uso de aquecimento indireto, analisando o efeito da fertirrigação. Os resultados mostraram que a substituição proposta diminui aproximadamente 15% da quantidade da vinhaça. Além disso, como as modificações não alteraram os fluxos de saída, tal renovação pode ser feita sem alterações operacionais adicionais que possam afetar a produtividade. A avaliação ambiental apresentou resultados positivos, mostrando que a nova configuração pode reduzir todas as 18 categorias de impacto ambiental avaliadas. Do ponto de vista econômico, a planta também poderia ter maiores lucros, apresentando um período de retorno do investimento de 3,57 anos. Finalmente, o novo sistema melhorado foi tratado como um problema de otimização multiobjetivo e resolvido usando o método de soma ponderada para obter a fronteira de Pareto, fornecendo soluções ótimas que equilibrem esses objetivos conflitantes (econômicos e ambientais), indicando que a categoria de impacto analisada pode ser ainda mais reduzido com um efeito marginal no custo. No segundo trabalho, uma planta de metanol a partir de vinhaça, via digestão anaeróbia e reforma a vapor de metano, foi proposta. Os resultados mostraram a viabilidade técnica da planta, utilizando apenas 6% de todo o potencial de vinhaça gerado pela destilaria. Além disso, a produção de gás de síntese a partir de biogás se mostrou 41% menor que a da rota de produção a partir de gás natural uma vez que o processo proposto utiliza uma coluna de destilação a menos por não haver hidrocarbonetos na corrente de biogás, indicando que este processo pode ser também viável em termos de custos de produção. É importante ressaltar que apenas a estimativa dos custos de investimentos foi realizada, o que significa que para uma completa análise econômica é preciso otimizar os parâmetros operacionais, estimar os custos de produção e, finalmente, estimar a viabilidade econômica do projeto

ABSTRACT: Sugarcane biofuel processing has been one of the most important and strategic sectors in the Brazilian economy during the last decades. This sector has steadily increased its activity, propelling all sugarcane-related activities. The ethanol production is directly proportional to the production of vinasse (liquid wastewater of the distillation process), producing up to 16 liters of vinasse per liter of ethanol. Vinasse is rich in minerals and is commonly used to irrigate sugarcane plantation, known as fertirrigation; nevertheless, if produced in excess, it brings environmental and economic problems. In the first work, the distillation operation of the COCAFÉ ethanol distillery, using direct heating, was compared with the use of indirect heating, analyzing the effect of fertirrigation. Results showed that the replacement proposed decreases approximately 15% of the vinasse quantity. Moreover, as the modifications did not change the outlet flowrates, such revamping might be done without additional operational changes that might affect the productivity. The environmental evaluation presented positive results, showing that the new configuration may decrease all eighteen environmental impacts categories assessed. From an economic perspective, the plant could also have higher profits, presenting a payback period of 3.57 years. Finally, the new improved system was treated as a multi-objective optimization problem and it was solved by using the weighted sum method to obtain the Pareto frontier, providing the optimal solutions that balance those conflicting objectives (economical and environmental), indicating that the environmental impact category analyzed can be further reduced with a marginal effect in the cost. In the second work, a methanol plant from vinasse, via anaerobic digestion and steam reforming of methane, was proposed. The results showed the technical viability of the plant, using only 6% of all the vinasse potential generated by the distillery. In addition, the production of synthesis gas from biogas was 41% lower than that of the production route from natural gas since the proposed process uses one less distillation column because there are no hydrocarbons in the biogas stream, indicating that this process may also be viable in terms of production costs. It is important to note that only the estimation of investment costs has been performed, which means that for a complete economic analysis it is necessary to optimize operational parameters, estimate production costs and finally estimate the economic viability of the project