Estudo de viabilidade econômica e projeto conceitual de planta industrial para produção de etanol de palha e bagaço de cana e comparação com a produção de energia elétrica

Abstract

RESUMO: Na busca do desenvolvimento econômico, fontes de energia são cada vez mais imprescindíveis. Grande parte dessa energia vem sendo suprida por fontes de combustíveis fósseis, como o petróleo. Porém em busca de uma economia mais sustentável, fontes alternativas de energia, menos poluentes e mais sustentáveis, ganham destaque. Diante disso, o uso de resíduo de biomassa de cana-de-açúcar tem grande importância, por ser uma fonte renovável e muito disponível no Brasil. Esses resíduos (bagaço e palha que inclui as folhas verdes e secas, e a ponta da cana) atualmente são utilizados para geração de vapor e energia elétrica, mas podem também serem utilizados para aumentar a produção de etanol. Os principais objetivos deste trabalho foram: a análise detalhada das opções tecnológicas para produção de etanol de 2ª geração via hidrólise enzimática, determinação das melhores condições deste processo e, alternativamente, a produção de eletricidade com a queima da biomassa, sendo realizadas análises econômico-financeiras comparativas das diferentes alternativas de projeto. Neste trabalho considerou-se o processo de etanol de 2ª geração integrado ao processo convencional a fim de otimizar investimentos e operações. Para isso, como tecnologia no processo de produção de etanol de 2ª geração, utilizou-se o pré-tratamento de explosão a vapor nas seguintes condições: 190 ºC, 2 % SO2 impregnado na biomassa e tempo de 5 minutos; seguido da hidrólise enzimática. Após a hidrólise o material hidrolisado foi adicionado como diluente ao caldo concentrado do processo convencional, seguindo então para as etapas do processo de produção de etanol de 1ª geração (fermentação, destilação e desidratação). O processo de produção de etanol de 2ª geração foi modelado com uso do simulador Aspen/Hysys e planilhas eletrônicas. Com base nos resultados obtidos e informações levantadas durante a revisão bibliográfica do trabalho, realizou-se também uma análise econômica das alternativas de projeto e análise de diferentes cenários visando identificar a viabilidade do projeto e a melhor alternativa de investimento. Por fim, fez-se também uma análise de cenário considerando a situação macroeconômica atual do Brasil. Os resultados obtidos demonstraram que, apesar do projeto de uso da biomassa de cana-de-açúcar para produção de etanol de 2ª geração já apresentar um retorno acima do custo de capital dos investidores (IRR1: 10,7 % vs WACC2: 7,5 %), o mesmo ainda tem uma taxa de retorno do investimento menor que o uso desta biomassa para a produção de energia elétrica (IRR: 16,9 %).A análise de cenário deixa evidente o impacto do preço do etanol e da energia elétrica na viabilidade do investimento, demonstra a importância do uso da palha disponível no campo, bem como a necessidade de encontrar meios mais eficientes de recolhê-la. Além disso, evidencia a importância de um plano de longo prazo para o Brasil no tocante ao estabelecimento de uma estratégia apropriada para a matriz energética renovável do país, permitindo assim um maior confiança do mercado para investir na produção de etanol de 2ª geração

ABSTRACT: The economic development drives the use of sources of energy. A major portion of this energy has been sourced by using fossil fuel, such as petroleum. However, as the world looks for a low carbon economy, alternative sources of energy, less pollutant and more sustainable have become more important. Considering this scenario, the use of sugarcane biomass has great importance, because it is a renewable source of energy and largely available in Brazil. Actually, these residues (sugarcane bagasse and trash that consists of green and dry leaves and the plant tops) have been used to produce electric power and steam, but they can also be used to increase the production of ethanol. The main objectives of this thesis were to analyze technological alternatives to produce 2nd generation ethanol by using enzymatic hydrolysis, determine the best process conditions and, alternatively, produce electric power by burning the biomass residue, doing comparative financial-economic analyses of different project alternatives. On this thesis, it was considered a production process of 2nd generation ethanol integrated with the conventional process, in order to optimize the investments and operations. To do that, it was select the steam explosion pre-treatment process with the following conditions: 190 ºC, 2 % of SO2 impregnated in the biomass and time of 5 minutes; this process is followed by enzymatic hydrolysis. After the hydrolysis, the hydrolyzed material is added, as a diluent, to the juice of the conventional process, followed by the traditional steps of conventional ethanol production (fermentation, distillation and dehydration). The process to produce 2nd generation ethanol was simulated using Aspen/Hysys and electronic spreadsheets. Considering the results and all information surveyed during the bibliographic review, an economic analysis of project alternatives with different scenarios was conducted, aiming to identify the project’s economic viability and which is the best investment option. Finally, a scenario analysis was also made considering the Brazilian actual macroeconomic status. The results can be considered satisfactory and they show that, although the project of using sugarcane biomass to produce 2nd generation ethanol shows an economic return higher than investors’ cost of capital (IRR3: 10.7 % vs WACC4: 7.5 %), it still has a return on investments lower than the project of using sugar cane biomass to produce electric power (IRR: 16.9 %).The scenario analysis highlights the impact of ethanol and energy price on the economic viability of the project, it shows the importance of using sugarcane trash available in the field, as well as, the necessity of finding more efficient ways to collect and transport the trash to the sugarcane mill. In addition, it makes clear the importance of Brazil having a long term plan in relation to the strategy of its renewable energy matrix, aiming at raising the confidence of investors in the production of 2nd generation ethanol