Biorrefinarias do futuro
Autor: Humberto de Oliveira e Sousa | Publicado: 2012-05-07T04:20:00-07:00


Revista 
Pesquisa Fapesp

Estudos revelam previsões sobre a participação do etanol na agricultura e na 
matriz de combustíveis

MARCOS DE OLIVEIRA | Edição 192 - Fevereiro de 2012



© TIAGO CIRILLO, FONTE: ICONE



O futuro da produção de etanol parece ser mais promissor que todas as 
previsões feitas até aqui. Segundo um estudo de pesquisadores da Universidade de 
São Paulo (USP), será possível suprir em 20 anos toda a frota de automóveis do 
mundo com o etanol e a eletricidade produzidos nas usinas de cana-de-açúcar. 
“Isso pode ser feito utilizando-se o etanol e a eletricidade de forma mais 
eficiente com veículos mais econômicos”, diz Sergio Pacca, professor da Escola 
de Artes, Ciências e Humanidades da USP Leste, na capital paulista, responsável 
pelo estudo junto com o professor José Roberto Moreira, do Instituto de 
Eletrônica e Energia, da mesma universidade, ambos autores do artigo “A 
biorefinery for mobility?”, publicado em outubro de 2011 na revista 
Environmental Science &amp; Technology. 


O resultado a que chegaram se baseou nas frotas de automóveis do Brasil e dos 
Estados Unidos. Para que a cana forneça tanto o etanol como a eletricidade, eles 
calcularam que o ideal seria existir em 2030 uma proporção de 33% de carros 
elétricos e 67% de híbridos, automóveis com motores a etanol supereficientes, 
que façam 15 quilômetros com um litro de álcool, e motores elétricos alimentados 
pela energia gerada pelo motor a etanol e na frenagem do veículo, semelhante ao 
Prius, da Toyota. 
Eles partiram do fato de que cada carro norte-americano roda 
20 mil quilômetros por ano e cada carro brasileiro, 12 mil. Assim, seria 
suficiente um hectare de cana para 9,2 veículos nos Estados Unidos e a mesma 
área para 11,6 veículos no Brasil, desde que mantida a mesma proporção de tipos 
de carros.



© TIAGO CIRILLO, FONTE: ICONE



Como alternativa, todos os carros dos dois países poderiam ser do tipo 
híbridoplug in, com baterias para serem recarregadas em uma tomada e um 
motor a etanol que entra em ação quando as baterias se descarregam, como o Volt, 
da GM. O estudo leva em conta a tecnologia atual de produção que poderia ser 
utilizada por todas as usinas para aumentar a geração de bioeletricidade. Eles 
também preveem o uso de 50% da palha deixada hoje no campo para a produção de 
energia elétrica. Assim, acreditam que seria possível atingir 90 litros de 
etanol por tonelada de cana (l/TC), hoje a média é de 83 l/TC, e utilizar apenas 
4% da área cultivada do planeta. O cenário dos pesquisadores da USP é feito sem 
a perspectiva da segunda geração do biocombustível, que está em desenvolvimento, 
quando, além do caldo da cana utilizado hoje, se pretende usar o bagaço e a 
palha para fazer etanol. 

A conta que fazem para o setor produtivo de etanol no Brasil em 2030, mantida 
a proporção de 33% de carros elétricos (cerca de 12 milhões de veículos) e 67% 
de híbridos (20 milhões), prevê o uso de 2 milhões de hectares de cana para 
fabricar álcool, ante os 8 milhões atuais (metade usada para produzir etanol e a 
outra para fazer açúcar), com a produção de 16,3 bilhões de litros, cerca de 8 
bilhões a menos que a produção da safra 2010/2011, de 25 bilhões de litros. A 
área plantada de cana diminui porque crescerá a eficiência na produção e os 
carros dependentes do etanol serão mais eficientes. Dentro do cenário que 
descrevem, seriam produzidos 23 terawatt-hora (TWh) por ano com a queima do 
bagaço e da palha apenas para impulsionar os carros elétricos do país. O 
excedente de energia elétrica, hoje comercializado, deixaria de existir.


Propostas eficientes
Pacca acredita que para esse cenário 
dar certo seriam necessários planos de políticas públicas com incentivos fiscais 
a quem comprar carros híbridos, elétricos ou plug inhíbridos, além de 
penalizar com taxas os veículos que consomem muita energia. “São políticas para 
beneficiar os carros mais eficientes.” Na conta de Pacca e Moreira, seriam 
necessários 66 milhões de hectares de terra com cana em todo o mundo (em 2010 
foram 23,8 milhões) para suprir toda a frota de veículos com etanol e 
eletricidade.



© TIAGO CIRILLO, FONTE: CTBE



“Os cálculos são sólidos, mas para que esse cenário possa ser realizado 
será necessário também melhorar a produtividade do etanol por hectare combinado 
com a segunda geração e novas variedades de cana, além de aumentar o número de 
veículos eficientes”, analisa o professor Lee Lynd, da Thayer School of 
Engineering, da Dartmouth College, dos Estados Unidos, e coordenador executivo 
do Global Sustainable  Bioenergy (GSB), uma articulacão internacional de 
pesquisadores em bioenergia. 


Menos otimistas em relação à bioeletricidade estão os pesquisadores do 
Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) de Campinas 
(SP). Em colaboração com a Faculdade de Engenharia Química da Universidade 
Estadual de Campinas (Unicamp), eles elaboraram o artigo “Second generation 
ethanol in Brazil: can it compete with electricity production?”, publicado na 
revista científica Bioresource Technology em outubro de 2011. Eles 
analisam a influên- cia da segunda geração na produção de etanol. São três 
projeções que incluem o uso da energia elétrica gerada na usina e as futuras 
tecnologias de hidrólise da celulose e da hemicelulose, componentes do bagaço. 
“Desenvolvemos simulações computacionais para acompanhar as diferentes rotas de 
aproveitamento da produção. Fizemos planilhas que calculam os riscos e valores 
mais prováveis de acontecer ou não”, explica Antonio Bonomi, diretor de 
avaliação tecnológica do CTBE.



© TIAGO CIRILLO, FONTE: SERGIO PACCA / USP



Um dos cenários propostos pelos pesquisadores como modelo de 
biorrefinaria atual baseado na cana está a otimização da primeira geração, a que 
se faz hoje sem o uso do bagaço para produzir álcool. “A primeira atitude seria 
o aproveitamento de 50% da palha. Hoje ficam no campo quase 100% de folhas 
durante a colheita. Há algum tempo queimavam-se todas antes dessa etapa. Agora 
começa a sobrar palha no campo. Aí forma-se um colchão, o que dificulta a 
máquina [colheitadeira] a entrar no canavial. Estima-se que seja possível levar 
embora pelo menos 50%. Parte da palha precisa ficar no campo para proteger o 
solo da erosão, manter a umidade e reciclar nutrientes”, explica Bonomi. 

Além do uso da palha, ele prevê um aumento da produção de eletricidade com a 
utilização de caldeiras de alta eficiência, com pressão de 90 bar, em vez das 
atuais de 22 bar. Isso reverteria em maior produção de energia elétrica tanto 
para manter a própria usina como para vender o excedente para a rede. A geração 
seria de 185 quilowatts-hora por tonelada de cana (kWh/TC) se todas as usinas 
trocassem as caldeiras e usassem 50% da palha. Um aumento de 620% sobre os 30 
kWh/TC atuais. Em 2010 foram produzidos no Brasil 8.774 gigawatts-hora (GWh) com 
cana, segundo a União da Indústria de Cana-de-Açúcar (Unica), o que representou 
2% dos 509 TWh do consumo total de eletricidade no país. Com a otimização da 
primeira geração, os pesquisadores preveem uma produção de 89,3 litros por 
tonelada de cana (l/TC).


Em um segundo cenário os pesquisadores incorporam a segunda geração. É a 
hidrólise da celulose, que representa de 40% a 60% do bagaço, material composto 
ainda por hemicelulose, de 20% a 40%, e lignina, de 10% a 25%. Esse 
procedimento, que também utiliza parte da palha da cana, fará aumentar a 
produção para 110,7 l/TC. Porém a produção de energia elétrica cai para 92,8 
kWh/TC, a metade do primeiro cenário. O biocombustível é mais rentável nesse 
caso que a eletricidade, embora nesse cenário o empreendimento tenha menor taxa 
de retorno financeiro porque o investimento cresce com a adoção da segunda 
geração. “Em um estudo feito pelo nosso grupo, calculamos que os rendimentos da 
produção da segunda geração é cerca de cinco vezes maior que o rendimento da 
eletricidade da cogeração”, diz Lynd.



© TIAGO CIRILLO, FONTE: ICONE



A estimativa do CTBE para o investimento da unidade de produção de etanol 
de primeira e segunda geração é de US$ 329 milhões. No primeiro cenário, com 
apenas a otimização da primeira geração, o investimento é de US$ 222 milhões. 
“Ele pesa muito, mais que o custo de produção, e deixa a taxa de retorno menor 
com a segunda geração em relação à primeira otimizada.” 


Uma das saídas para melhorar o retorno do usineiro e o negócio se tornar mais 
atraente é a adoção da fermentação das pentoses,  um tipo de açúcar produzido a 
partir da hemicelulose que pode também ser transformado em álcool. Mas essa 
ainda não é uma tecnologia comercial. “Quando for possível utilizar a 
hemicelulose e outras tecnologias avançadas de hidrólise, a produção de etanol 
cresceria para 131,5 l/TC e o peso do investimento se tornaria menor com a venda 
de mais etanol e o custo diminuiria para o usineiro, que teria uma taxa de 
retorno maior”, diz Bonomi. Com o uso da hemicelulose, a eletricidade gerada 
pelas biorrefinarias diminuiria, caindo de 185,8 kWh/TC para 72,7 kWh/TC. “No 
Brasil, os usineiros nunca deixarão de usar parte do bagaço e da palha para 
gerar energia elétrica para uso próprio nas usinas. Essa é a grande vantagem 
brasileira.”, diz Bonomi.


Uso da terra
Mas no exterior questiona-se o fato de o 
Brasil ser forte na agricultura voltada à alimentação e substituir terra boa da 
produção de alimentos para plantio de cana. Um problema inexistente, segundo 
estudo do grupo liderado pelo economista André Nassar, do Instituto de Estudos 
do Comércio e Negociações Internacionais (Icone), financiado pela FAPESP dentro 
do Programa Pesquisa em Bioenergia (Bioen). Em 2022, no cenário traçado pelo 
instituto, a área de lavoura de cana deve ocupar de 10, 5 milhões de hectares 
ante 8,1 milhões de hectares em 2009.


O crescimento de 30% no canavial deve se dar na Região Sudeste, 
principalmente em áreas de pastagem de criação de gado bovino, e na Região 
Centro-Oeste, onde deve substituir áreas tradicionais de plantio de grãos e de 
pastos. “Hoje os pecuaristas produzem mais carne por hectare. 
Em 1996 foram 
produzidos 6 milhões de toneladas de carne, em 184 milhões de hectares. Dez anos 
depois, a produção somou 9 milhões de toneladas de carne em 183 milhões de 
hectares. O rebanho, no período, saltou de 158 milhões para 206 milhões”, 
explica a pesquisadora Leila Harfuch, do Icone. “As pastagens entre 2009 e 2022 
devem cair cerca de 5 milhões de hectares, acomodando parte da expansão de grãos 
e cana.”


O Projeto


Simulating land use and agriculture expansion in Brazil: food, energy, 
agro-industrial and environmental impacts – n° 
2008/56156-0

Modalidade

Projeto Temático

Co­or­de­na­dor

André Nassar – Icone

Investimento

R$ 67.886,54 (FAPESP)


A conclusão, baseada em um modelo criado pelo instituto para oferta e demanda 
de produtos agrícolas e uso da terra no país, chamado Brazilian Land Use Model, 
indica que o avanço nas áreas nativas não vai ocorrer por motivos de produção de 
biocombustíveis, mas por alimento. “A área onde há mais competição por terra e a 
remuneração é melhor para o agricultor é o cerrado, o que pode causar impacto 
nas matas nativas. Mas a intensificação da agropecuária no futuro deve levar a 
uma demanda menor por área nova em relação ao passado.”


Em relação à produção de etanol, o modelo mostra uma evolução de 29 bilhões 
de litros, em 2009, para 53,8 bilhões, em 2022, sem levar em conta a segunda 
geração. “Nós pressupomos que as exportações para os Estados Unidos devem 
alcançar 9 bilhões de litros por ano em 2022.” A pesquisa foi realizada antes do 
anúncio do fim da taxação à importação daquele país anunciada em dezembro. 
“Calculamos esse cenário de 9 bilhões porque os norte-americanos terão que 
diminuir o consumo de combustíveis fósseis e consequentemente  reduzir os gases 
do efeito estufa emitidos, e o etanol de cana-de-açúcar brasileiro e o de milho, 
este produzido por eles, devem cumprir parte dessa missão”, diz Leila.


“Projeções para o potencial da energia da biomassa devem ser muito 
cautelosos, principalmente em um mundo motivado para a energia sustentável e o 
desenvolvimento da economia rural que os biocombustíveis podem oferecer, se 
implementados com cuidado”, completa Lynd.



Artigos científicos
1. Pacca, S.; Moreira, J.R.. A 
biorefinery for mobility? Environmental Science &amp; 
Technology. v. 45 (22), p. 9.498-505. on-line em 3 de outubro 
de 2011.2. Dias, M.O.S.; Bonomi, A. et al. Second generation 
ethanol in Brazil: Can it compete with electricity production? 
Bioresource Technology. v. 102, n. 14, p. 8.964-71. out. 
2011.