Produção de Biodiesel - UNIFESP, Provas de Engenharia Química

Baixe Produção de Biodiesel - UNIFESP e outras Provas em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA ALICE ANTUNES M. L. FERREIRA JARDIM CAMILA MAEDO SANTOS DEISE OCHI MARCIA KAORU TAKIMOTO HENRIQUE RODRIGUES OLIVEIRA PRODUÇÃO DE BIODIESEL DIADEMA 2011 ALICE ANTUNES M. L. FERREIRA JARDIM CAMILA MAEDO SANTOS DEISE OCHI MARCIA KAORU TAKIMOTO HENRIQUE RODRIGUES OLIVEIRA PRODUÇÃO DE BIODIESEL Relatório sobre a produção de biodiesel apresentado à Universidade Federal de São Paulo, como avaliação da unidade curricular Processos Químicos Industriais do curso de Engenharia Química. Profª: Alessandra Pereira da Silva DIADEMA 2011 iv ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1: MATÉRIAS PRIMAS PARA BIODIESEL. ................................................. 7 FIGURA 2: COMPONENTES DO CUSTO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL. ............ 7 FIGURA 3: UTILIZAÇÃO DE ALGAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL. ............... 8 FIGURA 4: PORCENTAGEM DE REDUÇÃO NA EMISSÃO DE GASES POLUENTES PELO B100 E B20. ............................................................................. 11 FIGURA 5: REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO. ................................................ 12 FIGURA 6: REAÇÕES DE HIDRÓLISE DE TRIGLICERÍDEOS E DE ESTERIFICAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS................................................................. 13 FIGURA 7: CRAQUEAMENTO DE UM TRIGLICERÍDEO. ....................................... 14 FIGURA 8: TESTES DE QUALIDADE DO BIODIESEL. ........................................... 17 FIGURA 9: PARÂMETROS IMPORTANTES NA ANÁLISE DE QUALIDADE. ......... 18 FIGURA 10: DIAGRAMA DE BLOCOS PARA A PRODUÇÃO DO BIODIESEL. ...... 19 FIGURA 11: FLUXOGRAMA PARA A PRODUÇÃO DO BIODIESEL. ...................... 19 FIGURA 12: PRENSA PARA EXTRAÇÃO DE ÓLEO. .............................................. 20 FIGURA 13: FILTRO UTILIZADO NA PURIFICAÇÃO DO ÓLEO EXTRAÍDO. ......... 21 FIGURA 14: SISTEMA DE PREPARO DO CATALISADOR. .................................... 22 FIGURA 15: REATOR DE TRANSESTERIFICAÇÃO. .............................................. 22 FIGURA 16: INTERIOR DO REATOR DE TRANSESTERIFICAÇÃO. ...................... 23 FIGURA 17: TORRE DE RECUPERAÇÃO DO ÁLCOOL. ........................................ 23 FIGURA 18: TANQUES DE EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO. ................................. 24 FIGURA 19: DESUMIDIFICADOR PARA PURIFICAÇÃO DO BIODIESEL. ............. 24 FIGURA 20: BALANÇO DE MASSA SIMPLIFICADO. .............................................. 25 FIGURA 21: EVOLUÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO MUNDO. ............... 26 FIGURA 22: MATRIZ ENERGÉTICA MUNDIAL. ...................................................... 27 FIGURA 23: MAPA REPRESENTANDO A DISTRIBUIÇÃO DA PRODUÇÃO MUNDIAL DE BIODIESEL EM 2009. ........................................................................ 27 FIGURA 24: GRÁFICO DA DISTRIBUIÇÃO DA PRODUÇÃO MUNDIAL EM 2009. 28 FIGURA 25: PRODUÇÃO DE BIODIESEL NA UNIÃO EUROPÉIA EM 2009. ......... 29 FIGURA 26: EVOLUÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL NOS CINCO PAÍSES MAIS PRODUTORES. .............................................................................................. 30 FIGURA 27: DISTRIBUIÇÃO DA PRODUÇÃO MUNDIAL DE POSSÍVEIS MATÉRIAS PRIMAS. ................................................................................................ 31 v FIGURA 28: DISTRIBUIÇÃO MUNDIAL DE MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL ......................................................................... 32 FIGURA 29: DISTRIBUIÇÃO DO USO DE MATÉRIAS PRIMAS NA UNIÃO EUROPÉIA. ............................................................................................................... 33 FIGURA 30: DISTRIBUIÇÃO DE MATÉRIAS PRIMAS NO MUNDO. ....................... 33 FIGURA 31: DISTRIBUIÇÃO DE USINAS NO BRASIL. ........................................... 35 FIGURA 32: PRINCIPAIS MATÉRIAS PRIMAS PARA O BIODIESEL (2008-2010). 36 FIGURA 33: PRINCIPAIS MATÉRIAS PRIMAS PARA BIODIESEL NO ÚLTIMO ANO. ......................................................................................................................... 36 FIGURA 34: RENDIMENTO DE OLEAGINOSAS. .................................................... 37 FIGURA 35: SAFRA DE 2009/2010 DE ALGUMAS OLEAGINOSAS. ...................... 38 FIGURA 36: OLEAGINOSAS DE ACORDO COM AS REGIÕES BRASILEIRAS. .... 39 FIGURA 37: PROGRAMA DE PRODUÇÃO SUSTENTÁVEL DE PALMA DE ÓLEO. .................................................................................................................................. 40 FIGURA 38: O SEBO É A SEGUNDA MATÉRIA PRIMA MAIS UTILIZADA PARA BIODIESEL NO BRASIL. .......................................................................................... 41 FIGURA 39: PRODUÇÃO DE BIODIESEL MÊS A MÊS (01/05 - 02/11). ................. 42 FIGURA 40: RELAÇÃO DO AUMENTO NA PRODUÇÃO COM A LEI 11.097. ........ 42 FIGURA 41: PRINCIPAIS ELEMENTOS NA COMPOSIÇÃO DO CUSTO DO BIODIESEL. .............................................................................................................. 43 FIGURA 42: REDUÇÕES PARCIAIS OU TOTAIS DE TAXAS. ................................ 44 FIGURA 43: PREÇOS MÉDIOS PONDERADOS DO BIODIESEL NOS ÚLTIMOS LEILÕES. .................................................................................................................. 45 FIGURA 44: PRODUÇÃO E EXPORTAÇÃO NO BRASIL. ....................................... 46 6 6 1 – INTRODUÇÃO 1.1 – DEFINIÇÃO DE BIODIESEL Biodiesel é um combustível derivado de fontes renováveis, que substitui total ou parcialmente o óleo diesel de petróleo, podendo ser utilizado puro ou misturado ao diesel de petróleo. A mistura de 2% do biodiesel ao diesel comum resulta no B2, assim por diante até o B100, que contem 100% de biodiesel. (biodieselbr.com) Quimicamente, o biodiesel é classificado como ésteres lineares de ácidos graxos (PARENTE, 2003) e pode ser obtido por meio de três diferentes processos: o craqueamento, esterificação ou a transesterificação de triglicerídeos, sendo o último o mais utilizado. Neste processo os lipídeos, gorduras de animais ou óleos vegetais, taiscomo o de soja, dendê e girassol, entram em reação química com um álcool sendo estimulada por um catalisador resultando em um éster, o biodiesel, e tendo como subproduto a glicerina. Além da glicerina, o processo de produção de biodiesel pode gerar outros subprodutos interessantes que aumentam o seu valor agregado e são importantes em outros fins comerciais, como por exemplo o farelo resultante da extração de óleo de soja, muito utilizado em rações. As principais matérias-primas do biodiesel atualmente são os óleos vegetais e as gorduras animais. Verifica-se a maior utilização dos óleos por serem líquidos à temperatura ambiente, enquanto o sebo nessa condição é sólido, logo para sua utilização é necessário fazer um tratamento térmico. O biodiesel de sebo puro também causa grandes complicações, quando a temperatura atinge menos de 15°C, o biodiesel metílico de sebo congela e ocorre o mesmo como o biodiesel etílico abaixo de 7°C (biodieselbr.com). Para solucionar o problema, produtores fabricam combustível a partir de uma mistura de óleo e gordura ou utilizam aditivos. Na Figura 1 são mostradas algumas das matérias primas mais utilizadas para produção de biodiesel, especificamente canola, coco, palma, pinhão-manso, girassol e soja. Como pode ser visto na Figura 2, mais de 80% do preço de produção do biodiesel costuma vir da matéria-prima, portanto pode-se dizer que a escolha da mesma é o fator mais importante a ser levado em conta no planejamento da produção. 9 9 diesel funcionando com óleo de amendoim. Estes primeiros motores dieseis eram de injeção indireta alimentados por óleos vegetais e petróleo filtrado, porém o combustível óleo diesel somente surgiu com os motores de injeção direta. A popularização destes motores se deu por volta da década de 50, com a motivação do maior rendimento e o baixo consumo de combustível (PARENTE, 2003). As primeiras notas referentes ao uso de óleos vegetais no Brasil datam da década de 20. Em 1937, o pesquisador belga Charles George Chavanne obteve a primeira patente de combustíveis produzidos a partir de óleos vegetais. O ano seguinte data a primeira vez em que o óleo vegetal foi utilizado para fins comerciais, sendo utilizado em um ônibus de passageiros da linha Bruxelas/Lovaina, na Bélgica. (biodieselbrasil.com.br) A utilização do óleo vegetal acabou superada com o tempo pelo diesel de petróleo. Nota-se essa importância do petróleo com a crise ocorrida em 1974. Nestes anos, os preços subiram mais de 300% com a descoberta, por parte do Oriente Médio, que o petróleo não é renovável e que um dia irá acabar. Já com o segundo choque do petróleo, em 1978, os preços permaneceram altos até 1986, ano em que os preços voltaram a cair. (biodieselbr.com) Esses dois eventos obrigaram novas pesquisas em busca de combustíveis alternativos, que resultaram na implementação do Proálcool em 1975. Contudo, somente em 1979 que o Brasil lançou a Segunda Fase do Proálcool, produzindo álcool em grande escala. No ano decorrente, quase 80% dos carros produzidos no país possuíam motores a álcool. O ano de 1980 data a primeira patente de biodiesel no Brasil, pela empresa Proerg, a qual entrou em domínio público pelo tempo e desuso. O processo descoberto pelo professor cearense Expedito Parente gerou a primeira patente mundialmente registrada de um processo de produção industrial de biodiesel. (biodieselbr.com) Nos anos 80 foram realizadas pesquisas para viabilizar o uso de óleos vegetais in natura e a possibilidade de utilizar o gás natural como combustível, substituindo o óleo diesel, porém este projeto foi arquivado. A produção de biodiesel na Áustria e França iniciou em 1988 e foi nesse mesmo ano que ocorreu o primeiro registro de uso da palavra biodiesel na literatura feito pelos chineses. 10 10 A Alemanha começa sua produção apenas em 1990, no entanto devido a sua política subsidiária, em 2002 ultrapassa a marca de 1milhão ton/ano de produção se tornando a maior produtora de biodiesel do mundo até os dias atuais. (INPI, 2008) Em 1993, um pesquisador da Universidade de São Paulo, Miguel Joaquim Dabdoub, retoma pesquisas com o biodiesel no Brasil. Esta pesquisa resultou na criação do LADETEL, Laboratório de Desenvolvimento em Tecnologias Limpas, em 2002 e o primeiro congresso internacional de biodiesel realizado em Ribeirão Preto/SP em 2003. (biodieselbrasil.com.br) Com a lei 11.097 em 2005, foi autorizada a inserção biodiesel na matriz energética brasileira e o uso facultativo de B2, mesmo ano em que foi inaugurada a primeira usina de biodiesel no Brasil, em Belo Horizonte, MG. No ano de 2008, se tornou obrigatório a utilização do B2 e facultativo o uso do B5. Em 2010 o uso do B5 também se tornou obrigatório. (biodieselbrasil.com.br) 1.3 – VANTAGENS E DESVANTAGENS A redução das reservas mundiais de petróleo, os impactos ambientais gerados pela utilização de combustíveis de origem fóssil e a pressão gerada pela consciência ambiental motivam cada vez mais as pesquisas por combustíveis alternativos, que possam ser utilizados nos sistemas atualmente instalados e diminuam os efeitos danosos ao meio ambiente. O biodiesel representa um papel de destaque nessas pesquisas por ser uma fonte limpa e renovável de energia e pela similaridade com o diesel de petróleo. Muitas características semelhantes entre o diesel regular e o biodiesel fazem com que os dois combustíveis tenham desempenho e consumo equivalentes e sem qualquer alteração no motor. Independentemente da origem do biodiesel a densidade e viscosidade assemelham-se as do diesel. O poder calorífico dos dois combustíveis também é próximo, sendo o rendimento do biodiesel equivalente a 95% do diesel (PARENTE, 2003). Em relação à segurança o biocombustível é mais vantajoso, pois possui ponto de fulgor maior. É necessário calor acima de 150oC para que ele exploda. (agroanalysis.com.br) Contudo, a vaidade do combustível 11 11 derivado de biomassa sofre degradação oxidativa, podendo ser armazenada por apenas seis meses e sob temperaturas baixas, pode haver a formação de cristais. Segundo Parente (2003) o Brasil é considerado um pais, por excelência, para a exploração da biomassa. Essa afirmação é justificada pela sua grande extensão territorial, associada às excelentes condições edafoclimáticas, que poderiam ser utilizadas para produção de matérias-prima e colaborar para o desenvolvimento industrial através da geração de empregos no setor primário. No entanto, isso também poderia aumentar o desmatamento, devido à produção intensiva, e o preço dos alimentos. Sendo o biodiesel um combustível derivado de fontes renováveis, o seu uso diminui a emissão de gases poluentes, exceto o de óxidos de nitrogênio, ilustrado na Figura 2. Apesar de o aumento ser pequeno, ele deve ser considerado, pois os NOx são precursores para a produção do ozônio troposférico, que é atualmente o problema mais grave na cidade de São Paulo (biodieselbrasil.com.br). FIGURA 4: PORCENTAGEM DE REDUÇÃO NA EMISSÃO DE GASES POLUENTES PELO B100 E B20. FONTE: DRAPCHO et al., 2008. Um dos entraves na utilização do biodiesel no Brasil é o baixo custo de produção do óleo diesel, principalmente quando comparados aos preços das demais frações do petróleo. Logo, para que o preço do biodiesel possa ser competitivo, 14 14 FIGURA 7: CRAQUEAMENTO DE UM TRIGLICERÍDEO. FONTE: MELO JÚNIOR, 2008. O processo também é simples como os demais, porém seus subprodutos, monóxido de carbono, dióxido de carbono e ácido propiônico, são levemente ácidos e podem promover a corrosão no motor em que o biodiesel for utilizado e a baixa seletividade. (MELO JÚNIOR, 2008) 2.4 - CATÁLISE A produção do biodiesel pode ser otimizada com a utilização de catalisadores. Os catalisadores podem ser divididos em: homogêneos, com uma fase, e heterogêneos, com duas ou mais fases, sendo que o catalisador se encontra em fase diferente dos demais reagentes e produtos. As rotas convencionais são a catálise básica homogênea e a catálise ácida homogênea. (MELO JÚNIOR, 2008) 2.4.1 - CATÁLISE BÁSICA HOMOGÊNEA A transesterificação de óleos vegetais na presença de catalisadores básicos homogêneos é a rota mais utilizada mundialmente para a produção do biodiesel, devido ao seu baixo custo, reação simples e alta taxa de conversão. O hidróxido de sódio e o de potássio são os catalisadores básicos mais utilizados, sendo também usuais o metilato e etilato de sódio e de potássio. O custo do NaOH é o menor, cerca de $400 por tonelada enquanto o potássio custa $770 por tonelada e o metilato de sódio $2300 por tonelada. Por mais que seja um pouco mais carro que o NaOH, o KOH tem melhor potencial e melhores condições ambientais, o que torna 15 15 competitiva a escolha entre o hidróxido de potássio e o de sódio. (MELO JÚNIOR, 2008) A catálise básica homogênea tem como desvantagem reações indesejadas como a saponificação e a hidrólise do éster, que deslocam o equilíbrio para a formação do reagente. A saponificação, além de diminuir o rendimento, gera emulsões e dificulta os processos de separação de glicerol e a purificação do biodiesel. Essa rota também exige uma matéria prima com especificações mais severas, envolvendo um maior número de etapas na produção e gerando uma grande quantidade de efluentes líquidos. Essas desvantagens impulsionam o estudo de técnicas alternativas. (MELO JÚNIOR, 2008) 2.4.2 - CATÁLISE ÁCIDA HOMOGÊNEA A catálise ácida homogênea é a mais utilizada no processo de esterificação, sendo o ácido sulfúrico o mais utilizado. Essa técnica é geralmente utilizada a partir de resíduos com altos teores de ácidos graxos livres, pois nesse caso, o processo via catálise básica homogênea é pouco eficiente, devido à reação de saponificação. (MELO JÚNIOR, 2008) A etapa de purificação aumenta os custos e o tempo total do processo. A catálise ácida homogênea é cerca de 4000 vezes mais lenta que o processo via catálise básica homogênea, porém como apresenta uma eficiência relativamente maior em casos como o citado acima, com altos teores de ácidos graxos livres, o tempo ainda é considerado satisfatório. (MELO JÚNIOR, 2008) 2.4.3 - CATÁLISE HETEROGÊNEA A maior diferença entre essa técnica e as anteriores é a facilidade de separação e consequentemente a reutilização de catalisadores, além da facilidade de condução da reação em regime contínuo. Isso reduz significativamente o volume de efluentes líquidos gerados, principalmente com a minimização do uso de água já que não é necessário neutralizar o catalisador. A técnica de catálise heterogênea 16 16 não apresenta reações de saponificação e nem de corrosão, como nas outras catálises, porém seus rendimentos são muito inferiores. (MELO JÚNIOR, 2008) 2.4.4 - CATÁLISE ENZIMÁTICA É de grande interesse para a engenharia aprimorar os conhecimentos da biotecnologia, sendo as lipases de especial interesse no ramo industrial. Elas podem ser obtidas na natureza, fontes animais,vegetais e microbianas. A mais utilizada na fabricação do biodisel é a Candida antartica B. O elevado custo da produção e purificação de enzimas, além da cinética lenta, são os maiores obstáculos para a produção de biodiesel em escala de biodiesel com tais biocatalisadores. (MELO JÚNIOR, 2008) 2.4.5 - NÃO CATALÍTICOS É também possível a utilização de gases comprimidos para melhorar a eficiência da produção de biodiesel. Um dos mais estudados é o metanol supercrítico como solvente reagente. A reação é extremamente rápida, mais que na catálise básica homogênea, levando cerca de 3 minutos para a conversão completa. A separação dos produtos finais é fácil devido à ausência de catalisadores, o que simplifica a purificação. Apesar do processo parecer promissor, tem como desvantagem a dificuldade de manter as temperaturas e pressões elevadas, e ainda não é utilizado em larga escala. (MELO JÚNIOR, 2008) 3 – CONTROLE DE QUALIDADE A garantia de qualidade do biodiesel é responsabilidade da Superintendência de Biocombustíveis e de Qualidade de Produtos. As análises de qualidade são autorizadas no Centro de Pesquisas e Análises Tecnológicas e em instituições de ensino ou pesquisa contratadas pela ANP, Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. (www.anp.gov.br) 19 19 FIGURA 10: DIAGRAMA DE BLOCOS PARA A PRODUÇÃO DO BIODIESEL. FONTE: COBEQ et al, 2010 FONTE: greenerpro.com FIGURA 11: FLUXOGRAMA PARA A PRODUÇÃO DO BIODIESEL. 20 20 4.1 – DESCRIÇÃO DO PROCESSO O processo envolve três etapas: o preparo da matéria-prima utilizada na reação, a reação de transesterificação e a purificação do biodiesel após a reação. 4.1.1 – PREPARO DA MATÉRIA PRIMA Na primeira etapa, estão envolvidos o preparo de álcool, catalisador e óleo virgem para que sejam usados na reação. Qualquer óleo, basicamente, pode ser usado na produção de biodiesel, porém existem variações no rendimento de produção de biodiesel, nos gastos necessários até o produto final, ciclo de vida de cultivo até extração de óleo, e vários outros fatores que influenciam diretamente no tempo de produção e no dinheiro necessário, desse modo são feitas diversas pesquisas e análises para que possa determinar um óleo que possua grande viabilidade. Dentre estes óleos, os mais comuns e utilizados são os óleos de soja e canola. Após o cultivo de soja ou canola estar pronto, as plantações são cortadas e a matéria-prima é enviada à prensagem, cujo equipamento é mostrado na Figura 12, onde ocorre a separação das fases sólida (bagaço) e líquida (óleo bruto). Em seguida, o óleo bruto passa por filtração, mostrada na Figura 13, obtendo-se assim um óleo límpido e virgem. FIGURA 12: PRENSA PARA EXTRAÇÃO DE ÓLEO. FONTE: www.cnpa.embrapa.br 21 21 FIGURA 13: FILTRO UTILIZADO NA PURIFICAÇÃO DO ÓLEO EXTRAÍDO. FONTE: biodieselunirb.blogspot.com O preparo do álcool é semelhante ao do óleo, pois também é necessário análises para determinar qual matéria-prima é mais viável para seu preparo e se o álcool produzido é eficiente na reação. Na produção utilizam-se alcoóis de cadeia curta, pois assim a polaridade entre os produtos formados na transesterificação é maior e, portanto, mais imiscíveis facilitando a separação de fases. Os alcoóis mais utilizados são etanol e metanol, porém metanol é tóxico assim costuma-se utilizar mais o etanol que além de ser barato obtém-se bom rendimento na produção. O etanol é preparado a partir da cana-de-açúcar que após estar pronta é cortada e enviada à uma prensa onde é obtido uma fase líquida e bagaço. A fase líquida é aquecida em caldeiras até virar um mosto que, em seguida, recebe fermentos biológicos formando um mosto fermentado. Por fim, esse mosto fermentado passa por destilação fracionada, um dos produtos formados é o etanol. O catalisador é responsável pela aceleração do processo e, portanto, é fundamental seu preparo. O catalisador a ser formado depende do álcool escolhido para o processo de produção do biodiesel, em geral utiliza-se solução 30% de metilato de sódio em metanol. A Figura 14 mostra os tanques envolvidos na preparação do catalisador. 24 24 4.1.3 – PURIFICAÇÃO A fase leve, agora sem álcool, passa por lavagens (extrações líquido-líquido) para a retirada de fases aquosas. Essa operação de extração ocorre em tanques separadores como o mostrado na Figura 18. FIGURA 18: TANQUES DE EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO. FONTE: biodieselunirb.blogspot.com A fase leve segue dessa vez para um decantador para que sejam retiradas impurezas e água. Como a porcentagem de água retirada não é o suficiente, a fase segue para um desumidificador (evaporação) como na Figura 19. FIGURA 19: DESUMIDIFICADOR PARA PURIFICAÇÃO DO BIODIESEL. FONTE: biodieselunirb.blogspot.com 25 25 O processo termina com a filtração do biodiesel “lavado” para que sejam retirados contaminantes sólidos, obtendo-se o biodiesel acabado. 4.2 – BALANÇO DE MASSA Montando-se uma tabela de balanço de massa desse processo, podemos verificar qual é o rendimento da reação, a quantidade necessária de cada composto e ainda o cálculo de gastos para que seja produzida determinada quantidade de biodiesel, desse modo, de acordo com a Figura 20 pode-se observar que com uso de uma tonelada de óleo virgem já se pode obter quase 950 quilos de biodiesel pronto. FIGURA 20: BALANÇO DE MASSA SIMPLIFICADO. FONTE: SMALING, 2006 (Dados) Da Figura 20 verificamos, portanto, que o rendimento da reação é alto e viável além do álcool ser reutilizado durante o processo e não ser necessário quantidades altas de hidróxido para preparação de catalisador. Observa-se, por outro lado, a grande quantidade de glicerina produzida. 5 – PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO MUNDO 5.1 – EVOLUÇÃO E SITUAÇÃO ATUAL A produção de biodiesel foi impulsionada pela necessidade de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, necessidade esta acentuada pelas crises do petróleo de 1973 e 1978. 26 26 Os primeiros dados estatísticos concretos e acessíveis sobre a produção de biodiesel em larga escala datam de 2001. A partir desse ano a produção de biodiesel apresenta um aumento dramático, principalmente na Europa, como mostra a Figura 21. FIGURA 21: EVOLUÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO MUNDO. FONTE: tonto.eia.gov (Dados) Observa-se que o comportamento da curva para cada região é bastante determinado pelos países mais produtores de cada região. Desse modo, esse grande aumento na produção da Europa se deu principalmente pelos aumentos na Alemanha e França. A produção nos Estados Unidos determina o comportamento da curva da América do Norte. Na América do Sul os países que mais contribuíram para o aumento observado no gráfico foram o Brasil e a Argentina. Finalmente, a Tailândia é uma das maiores contribuintes para o aumento observado para a curva Ásia e Oceania. Ainda observando a Figura 21 pode-se ver que a Europa produzia praticamente todo o biodiesel do mundo até 2005, e a partir daí abre espaço para a produção nas outras regiões. Mesmo com a diminuição da taxa de aumento anual na produção, a Europa continua produzindo metade do biodiesel do mundo. Apesar de todo o aumento observado na produção mundial na Figura 21, o biodiesel ainda não representa uma das fontes de energia mais utilizadas no mundo. Na realidade, a utilização do biodiesel representa apenas uma pequena fração dos 29 29 ao do diesel mineral. (biodieselbr.com) Portanto os incentivos fiscais são impreteríveis para a inserção do biodiesel no mercado. A capacidade de produção da Europa chega a 25 bilhões de litros/ano, com 280 fábricas, porém grande parte está inativa, sendo a produção real de cerca de 10 bilhões de litros em 2009. (plateforme-biocarburants.ch) A maioria da produção se concentra na Alemanha, França, Espanha e Itália. A Áustria foi uma das pioneiras na produção de biodiesel, porém a produção não se desenvolveu tanto, como pode ser visto na Figura 25. [9] A Alemanha mantém sua liderança de uma década como principal produtora, com 2,9 bilhões de litros em 2009. FONTE: plateforme-biocarburants.ch A Alemanha se tornou a maior produtora mundial principalmente com incentivos do governo, que desejava diminuir a dependência de combustíveis fósseis, sendo a não disponibilidade dos mesmos na região um grande incentivo. Além disso, o país poderia diminuir em muito as emissões de poluentes, como já foi FIGURA 25: PRODUÇÃO DE BIODIESEL NA UNIÃO EUROPÉIA EM 2009. 30 30 mostrado na Figura 2. De fato, com a atual capacidade de produção, a Alemanha pode reduzir a emissão de CO2 em 10 milhões de toneladas ao ano. [7] Para discutir a evolução dos cinco países mais produtores de biodiesel no mundo plotou-se o gráfico mostrado na Figura 26. FONTE: tonto.eia.gov (Dados) No gráfico da Figura 26 pode-se ver a evolução dos 5 maiores produtores atuais de biodiesel. Na realidade, em anos anteriores à 2001 o país que liderava a produção mundial era a pioneira França, porém a Alemanha teve um crescimento muito grande, incentivada pela total isenção de impostos dada pelo governo. A partir de 2006 a produção da Alemanha começa a decair pois o governo começou a taxar o biodiesel pouco a pouco: como o biodiesel já havia se popularizado e toda a tecnologia já estava pronta caso eles precisassem aumentar a produção futuramente, não parecia haver mais vantagem em continuar com o prejuízo de 2 bilhões de euros por ano que a isenção criava. Com o litro de biodiesel ficando seis centavos de euro mais caro por ano, muitos pequenos produtores não conseguem mais produzir e os vários consumidores voltaram aos combustíveis fósseis, que ficam apresentam preços mais baixos. Estima-se que a produção ainda vai cair ente 30 e 40%. A produção nos EUA também decai em 2009 por mudanças nos FIGURA 26: EVOLUÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL NOS CINCO PAÍSES MAIS PRODUTORES. incentivos do governo. (biodieselrevista.com) produções na França, Brasil e Argentina tendem a continuar aumentando. Se o comportamento da produção nos países continuar tomando tais rumos, é provável que a França volte a ter a liderança na produção de biodiesel no mundo. 5.2 – MATÉRIA PRIMA Como já foi dito na introdução, as matérias primas utilizadas para obtenção de biodiesel são óleos vegetais, gorduras animais (sebo) e, em desenvolvimento, lipídios provenientes das algas marinhas. A distribuição da produção mundial total dessas gorduras e óleos, independente do uso a qual se destinam, é representada na Figura 27. FIGURA 27: DISTRIBUIÇÃO DA PRODUÇÃO MUNDIAL MATÉRIAS PRIMAS. FONTE: greenerpro.com (Dados Já a distribuição do uso dessas matérias primas para efetivamente produzir biodiesel está representada na Figura Sebo 14,7% Canola 13,1% Girassol 8,0% Outros 31 Como contraponto pode DE ) 28. Palma 27,6% Soja 21,8% 14,8% 31 -se ver que as POSSÍVEIS 34 34 No mapa da Figura 30 pode-se ver que a soja é principal para o Brasil, EUA e Argentina; a canola é predominante no Canadá, na Europa e na Austrália; o óleo de palma é bastante importante na Tailândia e no Peru; a China e o Japão produzem biodiesel pela reciclagem de óleos de cozinha usados; a Espanha é uma das principais produtoras de girassóis e o México produz uma grande porcentagem do seu biodiesel com sebo animal. É interessante ainda destacar a produção de pinhão- manso na África. Uma das maiores controvérsias sobre a produção do biodiesel é a utilização de matérias primas que poderiam ser transformadas em alimento e mesmo o uso das terras que poderiam estar sendo empregadas em fins alimentícios. Nesse caso, o pinhão-manso é uma vantagem pois ele, além de não ser comestível, tem uma produtividade muito grande por área cultivada, como foi mostrado na introdução. 6 – PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO BRASIL 6.1 – PLANO NACIONAL DE PRODUÇÃO E USO DO BIODIESEL De acordo com Goes et. al. (2010) o Plano Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) foi criado em 2004 e regulamentado em 2005. De acordo com este próprio, define-se como um programa interministerial do Governo Federal que objetiva a implementar de forma sustentável, tanto técnica, como economicamente, a produção e uso do Biodiesel, com enfoque na inclusão social e no desenvolvimento regional, via geração de emprego e renda. (www.biodiesel.gov.br) As diretrizes que regem o programa são três: • Implantar um programa sustentável, promovendo inclusão social; • Garantir preços competitivos, qualidade e suprimento; • Produzir o biodiesel a partir de diferentes fontes oleaginosas e em regiões diversas. A estrutura gerencial do programa é dividida em duas partes: a Comissão Executiva Interministerial (CEIB), cuja função é, dentre outras, avaliar e propor recomendações e ações, diretrizes e políticas públicas. A CEIB é subordinada a 35 35 Casa Civil da Presidência da República. Outro setor é o Grupo Gestor, a que cabe executar as ações relativas à gestão operacional e administrativas voltadas ao cumprimento das estratégias e diretrizes estabelecidas pela CEIB. Este é administrado pelo Ministério de Minas e Energia. (www.biodiesel.gov.br) Uma das formas encontradas pelo governo de tornar o desenvolvimento do biodiesel sustentável socialmente também, foi atribuir o Selo de Combustível Social, uma série de medidas que visa incluir o agricultor familiar na cadeia produtiva, garantindo que a matéria prima seja proveniente dessas fontes. Uma empresa que consegue adquirir o Selo do Combustível Social, que ocorre através do Ministério de Desenvolvimento Agrário, goza de uma série de benefícios como o direito de participar dos leilões de biodiesel para o mercado interno ou o financiamento pelo BNDES. (biodieselbr.com.br) Um dos órgãos que compõe o Grupo Gestor é a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Combustível (ANP). Mensalmente, é emitido por este um boletim atualizando dados referentes a produção do biodiesel. No último relatório foram divulgados os seguintes dados: • 69 plantas produtoras de biodiesel autorizadas, o que confere uma capacidade produtiva de 17.415,95 m³/dia; • 6 novas plantas de biodiesel para construção 8 plantas de biodiesel autorizadas para ampliação, conferindo uma capacidade adicional de 3.374 m³/dia A Figura 31 mostra um mapa da distribuição de usinas no Brasil. FIGURA 31: DISTRIBUIÇÃO DE USINAS NO BRASIL. FONTE: AMARAL, 2010 36 36 6.2 – MATÉRIA PRIMA O gráfico que se encontra na Figura 32 a seguir, mostra quais foram as principais matérias primas utilizadas no período de 2008 a 2009. FIGURA 32: PRINCIPAIS MATÉRIAS PRIMAS PARA O BIODIESEL (2008-2010). FONTE: AMARAL, 2010 No boletim mensal divulgado pela ANP em março de 2011, foi divulgado o gráfico da Figura 33, que apresenta essas mesmas informações para o último ano, período do mês de janeiro de 2010 a fevereiro de 2011. FIGURA 33: PRINCIPAIS MATÉRIAS PRIMAS PARA BIODIESEL NO ÚLTIMO ANO. FONTE: ANP, março/2011. 39 39 da soja abrange todas as regiões, o que não ocorre comparativamente com as outras oleaginosas. Através da mesma, percebe-se como a safra de soja, de aproximadamente 68.000t, é absurdamente maior que a das outras. No entanto o aumento da produção do biodiesel no Brasil não deve se basear apenas na expansão da produção do óleo de soja, uma vez que não seria sustentável. O aumento da oferta de farelo de soja aumentado aumentaria em muito, para atender apenas a demanda do óleo. Este excesso de farelo resultaria na diminuição do seu preço, o que traria prejuízo aos produtores da oleaginosa. Principalmente, considerando que existem outras oleaginosas cujo rendimento é muito melhor. (biodieselbr.com.br) De acordo com o próprio PNPB, “empregar uma única matéria-prima para produzir biodiesel num País com a diversidade do Brasil seria um grande equívoco [...] Cada cultura desenvolve-se melhor dependendo das condições de solo, clima, altitude e assim por diante”. (/www.biodiesel.gov.br) A Figura 36 mostra algumas possibilidades de oleaginosas além da soja possíveis de se cultivar de acordo com as condições. FIGURA 36: OLEAGINOSAS DE ACORDO COM AS REGIÕES BRASILEIRAS. FONTE: NAPPO, 2006. 6º Fórum sobre de Debate Sobre Qualidade e Uso de Combustíveis Ainda de acordo com o PNPB, “temos dezenas de alternativas, como o demonstram experiências realizadas em diversos Estados com mamona, dendê, soja, girassol, pinhão manso, babaçu, amendoim, pequi, etc. Cada cultura 40 40 desenvolve-se melhor dependendo das condições de solo, clima, altitude e assim por diante.” Além disso, o agricultor já detém os conhecimentos para o cultivo de plantas regionais como a mamona ou o dendê, abrindo assim, a oportunidade para que este participe no mercado e possa criar sua fonte de renda. Para isso, incentivos fiscais já são estabelecidos baseando nestes critérios (agricultura familiar e matérias primas). (/www.biodiesel.gov.br) No entanto, para a utilização de novas alternativas, é necessário que haja além de incentivos fiscais, desenvolvimento de pesquisas para que o para que torne tão rentável como a soja. De acordo com Goes et. al., No ano de 2010, o governo federal lançou um projeto para o incentivo de cultivo da palma para diversos fins, dentre eles a produção de biocombustível, o Programa de Produção Sustentável de Palma de Óleo. FIGURA 37: PROGRAMA DE PRODUÇÃO SUSTENTÁVEL DE PALMA DE ÓLEO. FONTE: AMARAL, 2010. Outra fonte de matéria prima de destaque é a gordura animal, que desponta como uma interessante opção para a produção de biodiesel, apesar de não ser dada a devida atenção a essa fonte. “Historicamente, o sebo tem um preço menor que os óleos vegetais”, afirma César Abreu, diretor industrial da Bertin Biodiesel. A indústria, instalada em Lins, no interior de São Paulo, afirma ter a maior capacidade instalada do mundo para produção de biodiesel de origem bovina, o que mesmo sem os incentivos fiscais, pode apresentar uma vantagem em relação aos óleos vegetais. (biodieselrevista.com) 41 41 A Bertin Biodiesel foi a primeira usina que surgiu no Brasil utilizada para a produção do biocombustível a partir da gordura animal, com um investimento de 40 milhões de reais e com capacidade produtiva de 110 milhões de litros por ano. Por se tratar de uma empresa que já trabalhava com insumos pecuários, seu investimento foi considerado reduzido. A tecnologia da Bertin foi importada da Itália, da Desmett Balestra e implantada pela empresa brasileira Dedini. Atualmente, existem outras plantas voltadas para a utilização do sebo com matéria prima, no entanto, a preferência é atuar como uma somatória de força com o óleo vegetal. Como o caso da empresa Bioverde, que fica em Taubaté (SP), cuja produção se baseia 70% em óleo vegetal e 30% de sebo, obtendo um bom rendimento a um custo plausível. A solução encontrada pela Bioverde para contornar a problemática o sebo em estado sólido à temperatura ambiente foi realizar o processamento em temperatura mais elevada. Uma vantagem indiscutível do sebo em relação ao óleo vegetal está no fato de sua produção não competir com a produção para o abastecimento da população, uma vez que é considerado um subproduto da pecuária e uma parcela baixíssima da gordura é utilizada na indústria alimentícia. Além disso, o sebo ganhou um valor agregado muito alto a partir do momento que passou a ser fonte de combustível, passando de R$550,00 a tonelada para praticamente o dobro durante o ano de 2006. FIGURA 38: O SEBO É A SEGUNDA MATÉRIA PRIMA MAIS UTILIZADA PARA BIODIESEL NO BRASIL. FONTE: biodieselbr.com 44 44 O processamento industrial envolve Os níveis de rendimento, dependendo do teor de óleo e das características físico-químicas das matérias primas utilizadas, a rota tecnológica adotada: etílica, metílica ou mista tem custos diferentes. Como já citado anteriormente, alguns óleos apresentam características que não se encaixam totalmente nas especificações da ANP, como a viscosidade, acidez, teor de alguns elementos, mas que mesmo assim apresentam vantagens e podem reduzir custos de produção caso sejam desenvolvidas tecnologias e conhecimentos que possam lidar com esses problemas. (Goez, 2010) No que diz respeito ao frete, uma grande atenção deve ser conferida em função das condições que algumas estradas brasileiras apresentam e demora em que o processo de logístico ocorre. Os custos com logística até as distribuidoras de combustíveis podem aumentar em até R$0,07 por litro de mistura. (brasilagro.com.br) Quanto às cargas tributárias, foi criado um sistema de isenção total e parcial das taxas de acordo com alguns critérios, como mostra a Figura 42. FIGURA 42: REDUÇÕES PARCIAIS OU TOTAIS DE TAXAS. FONTE: AMARAL, 2010 Pela Figura 42 é possível perceber que os critérios para a redução de taxas é de acordo com o fato de a matéria prima ser proveniente da agricultura familiar, indicando um incentivo à compra do óleo proveniente do pequeno agricultor ao invés do agronegócio. De acordo com as tabela, não é necessário pagar tributos caso a matéria prima venha de pequeno agricultor nas regiões norte e nordeste, independente de qual seja. Além disso, a matéria prima também é um critério 45 45 baseando-se no incentivo às alternativas como a mamona e a palma e descentralizar o uso da soja. Nas regiões norte e nordeste, caso a matéria prima seja a mamona ou a palma, a redução é de 14,9% do tributo, representando um valor de 151,50 reais a ser pago pelo produtor de biodiesel. Outra forma de se controlar o custo e o preço do biodiesel no Brasil é através dos leilões organizados pela ANP onde o biodiesel produzido pelos fabricantes é vendido. Os preços máximos iniciais são estabelecidos pela ANP, o deságio representa a desvalorização do produto diante desse preço máximo inicial. A Figura 43 mostra quais foram a média ponderada do preço do biodiesel nos leilões. FIGURA 43: PREÇOS MÉDIOS PONDERADOS DO BIODIESEL NOS ÚLTIMOS LEILÕES. FONTE: ANP (março/2011) (Dados) 6.5 - MERCADO De acordo com os dados da Figura 40, a produção do biodiesel no país em 2010 foi de 2,5 bilhões de litros, com o B5. Por conta dessa política, o país deixou de importar diretamente o mesmo volume consumido de diesel, evitando gastos diretos em torno de US$ 1,4 bilhão. Mesmo assim, no ano passado, o Brasil importou 9,1 bilhões de litros de diesel para suprir suas necessidades. Os gastos foram de US$ 5,131 bilhões, de acordo com 46 46 dados do Ministério de Desenvolvimento, Indústria e Comércio (Mdic). (brasilagro.com.br) Alguns produtores acreditam que a exportação é uma maneira de escoar a produção do biodiesel que não foi vendido nos leilões da ANP, evitando prejuízos. (biodieselrevista.com) A Figura 44 mostra a relação entre produção e exportação de biodiesel no Brasil, assim como uma previsão para o futuro. FIGURA 44: PRODUÇÃO E EXPORTAÇÃO NO BRASIL. FONTE: AMARAL, 2010 Atualmente, o Brasil conta com 11 usinas exportadoras. (biodieselbr.com) Essas usinas, no entanto, têm de lidar primeiramente com a adequação do seu produto para as especificações dos países para onde serão vendidos. De acordo com Goes et al. (2010), um exemplo é o biodiesel proveniente do óleo de soja. Apesar de se adequar as especificações da ANP, possui elevados índices de iodo, o que muitas vezes representa um entrave a sua entrada no mercado europeu. Além disso, outras dificuldades encontradas pelos exportadores é a falta de incentivos, tornando a competição com o biodiesel internacional ainda mais complicada. Além disso, é necessário que o país saia de sua condição de exportador de matéria prima, como a soja, e passe para a de exportador de produtos já processados. (biodieselrevista.com) 49 49 <http://www.agroanalysis.com.br/materia_detalhe.php?idMateria=330>. Acesso em: 30 mar. 2011. FILHO, M. A. Aspectos técnicos e econômicos da produção do biodiesel: o caso do sebo bovino como matéria prima. 2007. 120 f. Dissertação (Mestrado em Regulação da Indústria de Energia). Universidade Salvador, Salvador, 2007. Disponível em: <http://tede.unifacs.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=291> Acesso em 30 mar. 2011. Biodiesel from algae, The Christian Science Monitor, 26 mar. 2009. Disponível em: <http://www.csmonitor.com/Innovation/2009/0326/biodiesel-from-algae>. Acesso em: 20 abr. 2011. HODGE, Nick. Investing in Algae Biofuel. 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