Avaliação tecnico-economica de opções para o aproveitamento integral da biomassa de cana no Brasil
Joaquim Eugenio Abel Seabra
TESE
Português
T/UNICAMP Se11a
[Technical-economic evaluation of options for whole use of sugar cane biomass in Brazil]
Campinas, SP : [s.n.], 2008.
274p. : il.
Orientador: Isaias de Carvalho Macedo
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Resumo: O objetivo deste trabalho foi investigar, no cenário prospectivo, as opções tecnológicas que deverão permitir o melhor aproveitamento da biomassa da cana e suas possíveis implicações no contexto das usinas. Além das possibilidades envolvendo o uso mais diversificado da sacarose, este estudo...
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Resumo: O objetivo deste trabalho foi investigar, no cenário prospectivo, as opções tecnológicas que deverão permitir o melhor aproveitamento da biomassa da cana e suas possíveis implicações no contexto das usinas. Além das possibilidades envolvendo o uso mais diversificado da sacarose, este estudo investigou o aproveitamento do bagaço e palha da cana considerando quatro tecnologias: geração de. energia elétrica através da cogeração com ciclos a vapor (opção atualmente comercial); produção de etanol através da hidrólise (opções para curto, médio e longo prazo); geração de energia elétrica a partir da gasificação da biomassa integrada a ciclos combinados (BIG/GT -C C) (opções para médio-longo prazo); e a produção de combustíveis de síntese a partir da gasificação da biomassa (opções para médio-longo prazo). Para cada uma destas opções, foram discutidos os aspectos tecnológicos mais importantes e estimados os rendimentos e custos de sistemas integradps a uma usina de cana, além de terem sido avaliados seus efeitos nos balanços de energia e emissões de GEE. Neste trabalho ficou evidenciado o grande benefício econômico que pode representar o uso diversificado dos açúcares da cana para a produção de produtos de maior valor agregado, como aminoácidos, por exemplo. No caso da fibra da cana, foi avaliado que opções atualmente comerciais já propiciariam a geração de excedentes de energia elétrica superiores a 140 kWh/tc, com custos em tomo de 100 R$/MWh, para os casos de cogeração com alta pressão e uso de alguma palha em conjunto com o bagaço. Para o futuro, sistemas de cogeração com ciclos combinados deverão permitir que os níveis de excedentes ultrapassem os 200 kWh/tc, mas com custos também superiores (> 140 R$/MWh). Pensando na produção de combustíveis, as opções de curto prazo para a conversão bioquímica do bagaço possibilitariam um aumento na produção de etanol de cerca de 20 L/tc (a um custo de ~680 R$/m
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nquanto no longo prazo os rendimentos poderão passar para 40 L/tc, com custos de 270 R$/m3. Já no caso da conversão termoquímica, no médio-longo prazo líquidos Fischer- Tropsch, por exemplo, poderiam ser produzidos com rendimentos de 490 MJ/tc, a um custo de cerca de 30 R$/GJ. Em termos dos balanços...
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nquanto no longo prazo os rendimentos poderão passar para 40 L/tc, com custos de 270 R$/m3. Já no caso da conversão termoquímica, no médio-longo prazo líquidos Fischer- Tropsch, por exemplo, poderiam ser produzidos com rendimentos de 490 MJ/tc, a um custo de cerca de 30 R$/GJ. Em termos dos balanços de energia e emissões de GEE, nas condições de hoje a relação de energia da produção do etanol foi avaliada em 9,4 e com uma emissão líquida evitada no seu ciclo de vida de pouco mais de 1,8 t C02eq/m3 anidro. Mas para 2020, considerando as expectativas de evolução da produção de cana e a disponibilidade de tecnologias avançadas para o aproveitamento da biomassa residual, a relação de energia poderá subir para 14,2, ao passo que a emissão líquida evitada alcançaria 2,9 t C02eq/m3 anidro, com base na utilização de sistemas BIG/GT -CC para o aproveitamento da biomassa. Tendo em vista todos estes aspectos, ao final do estudo é feita uma comparação mais ampla do efeito da utilização destas opções no desempenho global das usinas, indicando suas implicações para o estabelecimento das futuras bio-refinarias a partir da cana-de-açúcar
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Abstract: The objective of the present work was to investigate, in the prospective scenario, the technology options that might lead to a better use of sugar cane biomass and their possible implications in the mills' context. Besides the possibilities involving the diversified use of cane's sugars,...
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Abstract: The objective of the present work was to investigate, in the prospective scenario, the technology options that might lead to a better use of sugar cane biomass and their possible implications in the mills' context. Besides the possibilities involving the diversified use of cane's sugars, this study evaluated the use of bagasse and cane trash considering four technologies: power generation with c~nventional steam cycles (current options); ethanol production through biomass hydrolysis (options for short, middle and long term); power generation through biomass gasification integrated to combined cycles (BIG/GT -CC) (options for middle-Iong term); and the production of synthetic fuels through biomass gasification (options for middle-Iong term). For each one of these options, were discussed the main technological aspects and estimated the yields and costs for systems integrated to cane mills; their effects over energy and GHG emission balances were assessed as well. In this work was evidenced the great economical benefit which would represent the díversífied use of cane's sugars for the production of higher value products, such as amino acids, for example. For the fiber fraction, it was concluded that current commercial options could already lead to electricity surpluses as high as 140 kWh/tc, with costs around 100 R$/MWh, for those configurations with high pressure boilers and using some amount of trash in addition to bagasse. For the future, combined cycles systems might lead to electricity surpluses higher than 200 kWh/tc, but also with higher costs (> 140 R$/MWh). Regarding fuels production, the short term options for biochemical conversion would allow 20 L/tc ethanol production increasing (produced at ~680 R$/m3), while the long term yields could reach 40 L/tc, with costs at 270 R$/m3. For thermochemical conversion, in the middle-Iong term, Fischer- Tropsch liquids, for instance, could be produced with yields closed to 490 MJ/tc, at costs around 30 R$/GJ. As for energy and GHG emission balances, for the current situation the energy ratio of ethanol production was evaluated as 9.4, with a life cycle net avoided emission of 1.8 t C02eq/m3 anhydrous. But for 2020, considering the expectations about the evolution on cane production and the availability of advanced technologies for biomass use, the energy ratio might rise to 14.2, while net avoided emissions would reach 2.9 t C02eq/m3 anhydrous, based on the adoption ofBIG/GT-CC systems for biomass use. Bearing all these aspects in mind, a broader comparison of the effects of these technology options utilization on the overall mill performance is presented in the end of the study, pointing out their implications for the establishment of the future sugar cane bio-refineries
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Macedo, Isaias de Carvalho, 1945-
Orientador
Walter, Arnaldo César da Silva, 1957-
Avaliador
Chum, Helena Li
Avaliador
Goldemberg, José, 1928-
Avaliador
Nogueira, Luiz Augusto Horta, 1956-
Avaliador
Avaliação tecnico-economica de opções para o aproveitamento integral da biomassa de cana no Brasil
Joaquim Eugenio Abel Seabra
Avaliação tecnico-economica de opções para o aproveitamento integral da biomassa de cana no Brasil
Joaquim Eugenio Abel Seabra
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