“Os primeiros players viram sucesso em seus projetos”. Essa é uma frase que as usinas pioneiras do E2G gostariam de ter ouvido nos últimos anos, contudo, ela se refere às usinas de etanol 1,5G
De ‘futuro do setor de biocombustíveis’ a ‘eterna promessa’, o etanol celulósico pode estar prestes a mudar seu status para ‘opção parcialmente rejeitada’.
Em meio a uma carência de novos projetos de etanol celulósico, o pesquisador da Lux Research, Yuan-Sheng Yu, identificou como uma tendência o surgimento das plantas integradas 1,5G, como os dois novos projetos, da Edeniq e de uma planta piloto da ICM, anunciados em 2016.
“[Nos últimos dois anos] nós vimos um declínio significativo de anúncios de novos projetos de etanol 2G e isso não surpreende por causa da falta de progresso vista nas unidades pioneiras”, afirma Yu, que completa: “Isso pode mudar, mas apenas quando vermos a primeira história de sucesso. Em vez disso, continuamos a ver mais projetos de 1,5G”.
Nos Estados Unidos a produção integrada de etanol de primeira e de segunda geração representa uma possibilidade para as usinas produzirem mais combustível com a mesma matéria-prima – o milho – sem a necessidade de inclusão de palha no processo.
Contudo, os pesquisadores ainda divergem sobre como esse conceito será aplicado com a cana-de-açúcar. Há quem aposte tanto em uma ‘versão’ do etanol celulósico enriquecida com melaço quanto na extração de açúcar do biogás. Já existem projetos em andamento no Brasil para usinas 1,5G.
De acordo com o presidente da empresa de engenharia Katzen, Philip W. Madson, a perspectiva é que o etanol 1,5G seja uma realidade no Brasil em 2020 – ou até mesmo antes disso. “Eu acredito que o 1,5G é um importante aspecto do futuro dos biocombustíveis”, afirma.
Apesar de parecer novidade, o conceito de “geração 1,5” não é exatamente recente. Ele foi criado pela Katzen inicialmente para se referir a novos produtos, tecnologias e oportunidades que poderiam aparecer para as plantas de etanol de primeira geração. Ou seja, era uma ideia ampla para se referir a inovações que pudessem gerar ganho de produtividade ou de renda para as companhias.
Eventualmente, contudo, o conceito de 1,5G evoluiu e passou a ser referente a algo bem mais específico. Ele passou a tratar da conversão de açúcares adicionais, encontrados na hemicelulose e na celulose, que geram um produto final que não é um etanol celulósico puro, mas uma mistura do etanol de primeira e de segunda geração.
Leia mais:
- Projetos em andamento nos Estados Unidos
- Uma alternativa para o aumento de produtividade nas usinas
- Funcionamento e resultados do 1,5G na prática
- 2G x 1,5G: viabilidade econômica
- Necessidade de investimentos
- Pré-tratamento, um velho inimigo
- Caminhos para o futuro do etanol
- Eficiência ambiental e RenovaBio
De ‘futuro do setor de biocombustíveis’ a ‘eterna promessa’, o etanol celulósico pode estar prestes a mudar seu status para ‘opção parcialmente rejeitada’. Em 2016, segundo uma estimativa da Lux Research, as unidades em operação produziram, em média, apenas 7% de suas capacidades. Além disso, em 2017, Beta Renewables e GranBio paralisaram a produção, enquanto a DowDuPont anunciou que pretende vender sua unidade de etanol de segunda geração.
Nesse cenário, apenas a Poet-DSM tem divulgado resultados positivos, com seu novo sistema de pré-tratamento. Mas há algo novo – ou nem tão novo assim – surgindo no horizonte.
Em meio a uma carência de novos projetos de etanol celulósico, o pesquisador da Lux Research, Yuan-Sheng Yu, identificou como uma tendência o surgimento das plantas integradas 1,5G, como os dois novos projetos, da Edeniq e de uma planta piloto da ICM, anunciados em 2016.
“[Nos últimos dois anos] nós vimos um declínio significativo de anúncios de novos projetos de etanol 2G e isso não surpreende por causa da falta de progresso vista nas unidades pioneiras”, afirma Yu, que completa: “Isso pode mudar, mas apenas quando vermos a primeira história de sucesso. Em vez disso, continuamos a ver mais projetos de 1,5G”.
Nos Estados Unidos a produção integrada de etanol de primeira e de segunda geração representa uma possibilidade para as usinas produzirem mais combustível com a mesma matéria-prima – o milho – sem a necessidade de inclusão de palha no processo.
Contudo, os pesquisadores ainda divergem sobre como esse conceito será aplicado com a cana-de-açúcar. Há quem aposte tanto em uma ‘versão’ do etanol celulósico enriquecida com melaço quanto na extração de açúcar do biogás, além de outras opções. Já até existem projetos em andamento no Brasil para o etanol 1,5G.
De acordo com o presidente da empresa de engenharia Katzen, Philip W. Madson, a perspectiva é que o etanol 1,5G seja uma realidade no Brasil em 2020 – ou até mesmo antes disso. A companhia está trabalhando em um projeto, mas não pode revelar o nome do grupo sucroenergético envolvido devido a um contrato de confidencialidade.
“Eu acredito que o 1,5G é um importante aspecto do futuro dos biocombustíveis. Mas ele é apenas uma peça desse futuro”, afirma. Ele ainda explica: “O 1,5G vai agregar valor e melhorar a eficiência, mas ele é apenas um primeiro passo se você quer abrir um caminho para um futuro muito maior”.
Enquanto isso, nos Estados Unidos, o vice-presidente de vendas e marketing da ICM, Brock Beach, afirma que a construção da ICM Element deve ser concluída até o final de 2018. A planta terá capacidade de produzir até 18,9 milhões de litros por ano, utilizando o milho como matéria-prima.
Beach ainda aponta que mais de 30 unidades já instalaram a tecnologia de moagem seletiva do milho (SMT, que proporciona a produção de 1,5G) e há um número ainda maior de instalações em andamento. “Esperamos que a indústria continue a adotar o SMT enquanto foca em diminuição dos custos de produção”, afirma. Também de acordo com ele, o sistema proporciona um aumento de 3% na produção de etanol e de 15% no óleo de milho.
No caso da Edeniq, a companhia afirma que irá implementar seu processo produtivo de 1,5G na Usina Madera, na Califórnia. A expectativa, divulgada em fevereiro de 2017, era proporcionar um ganho de 3,78 milhões de litros anuais à capacidade produtiva já instalada de 151,4 milhões de litros – um rendimento adicional de 2,5%.
Os primórdios do etanol 1,5G
Apesar de parecer novidade, o conceito de “geração 1,5” não é exatamente recente. Ele foi criado pela Katzen inicialmente para se referir a novos produtos, tecnologias e oportunidades que poderiam aparecer para as plantas de etanol de primeira geração. Ou seja, era uma ideia ampla para se referir a inovações que pudessem gerar ganho de produtividade ou de renda para as companhias.
Eventualmente, contudo, o conceito de 1,5G evoluiu e passou a ser referente a algo bem mais específico. Ele passou a tratar da conversão de açúcares adicionais, encontrados na hemicelulose e na celulose, que geram um produto final que não é um etanol celulósico puro, mas uma mistura do etanol de primeira e de segunda geração.
Segundo Maria Carolina Grassi e Goncalo Amarante Guimarães Pereira, do Laboratório de Genômica e Expressão (LGE) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), a lógica do processo 1,5G é aproveitar a sinergia com as usinas de primeira geração, reduzindo o investimento necessário da segunda geração.
Para isso, nas usinas de cana-de-açúcar, a ideia é acrescentar uma etapa ao processo produtivo que seja capaz de aproveitar o bagaço e a palha. “A conversão da hemicelulose depende de leveduras especiais, modificadas geneticamente para a inclusão do metabolismo da xilose: as leveduras 2G. Entretanto, a corrente de hemicelulose é pobre em nutrientes, sendo necessário enriquecê-la pela adição de melaço”, explicam os pesquisadores.
Com isso, embora o processo seja parecido com a produção do etanol celulósico, o produto final é diferente, não ficando restrito à segunda geração.
Assim, hoje, o processo que vem sendo chamado de 1,5G se refere a uma produção de primeira geração que ganha um rendimento adicional por meio da fabricação integrada de biocombustível celulósico.
Investindo em etanol 1,5G
Por hora, Madson afirma que não sabe apontar qual seria o investimento necessário para a construção de uma planta de 1,5G ou para a adaptação de uma usina já existente. A partir de cálculos preliminares, a equipe de engenheiros da Katzen acredita que o investimento para o modelo proposto pela companhia será ‘significativamente menor’ por litro de etanol em comparação com a construção de uma usina de etanol de primeira geração.
Por sua vez, Beach, da ICM, garante que o custo de implementação do 1,5G é “muito mais baixo” do que a construção de uma unidade de segunda geração, pois ele aproveita uma estrutura já existente de primeira geração. Com isso, não haveria necessidade de mudanças na maneira como a empresa manipula e estoca a matéria-prima. De acordo com ele, a instalação do SMT custa entre US$ 1,7 milhões e US$ 3,5 milhões, dependendo do tamanho da usina e do projeto em si.
No conceito de 1,5G brasileiro, utilizando a cana-de-açúcar, a integração pode ser mais desafiadora. Mas Grassi e Pereira, da Unicamp, concordam que o investimento na planta de 1,5G é menor em relação a uma usina de 2G. Eles enumeram que não será necessário investimento em caldeira, que haverá um custo menor – de natureza fiscal e logística – para o melaço e o bagaço, e que também haverá economia no tratamento de efluentes.
“Uma [usina] 2G greenfield teria que fazer caldeira, ter uma maior tancagem de fermentação e comprar melaço e biomassa externos”, afirmam. Mas ponderam: “Se não for considerada a caldeira, a diferença em Capex não é muito grande [em relação a uma planta 1,5G], pois os equipamentos mais caros, que são o pré-tratamento e filtros de lignina, são comuns às duas estruturas”.
A princípio, os pesquisadores calculam o investimento para a estrutura de etanol celulósico como sendo aproximadamente 40% maior do que o necessário para uma usina 1G (por volume de etanol produzido). Já para a produção do etanol 1,5G, esse custo seria equivalente a 85% do custo da instalação de uma usina de 1G, já considerando a depreciação.
Ainda assim, eles argumentam que é preciso analisar caso a caso: “O número de adaptações poderá ser muito grande, a depender da configuração da 1G já existente”.
Um velho inimigo: pré-tratamento
Além do valor, há outro empecilho que pode dificultar a entrada de investimentos no 1,5G no Brasil. Quando o assunto é a tecnologia a ser usada pelas usinas de cana-de-açúcar, Grassi e Pereira acreditam que eventuais dificuldades em relação à alimentação do maquinário destinado ao pré-tratamento – o grande gargalo do E2G – devem se manter. “Essa parte da tecnologia é a mesma nos dois casos [1,5G e 2G] e está relacionada com o tipo de matéria-prima utilizada”, afirmam.
Na realidade dos Estados Unidos, com o etanol de milho, o quadro é mais simples. De acordo com Brock Beach, da ICM, o problema simplesmente não existe dentro da tecnologia proposta pela companhia para a fabricação de 1,5G. A empresa norte-americana, que é especializada no desenvolvimento e na fabricação de equipamentos e tecnologias para a fabricação de etanol, patenteou um processo que chama de Gen 1.5 Grain Fiber to Cellulosic Ethanol Technology (em tradução livre: tecnologia de Geração 1,5 da fibra de grãos para etanol celulósico).
“A matéria-prima já está no local. Nós simplesmente removemos a fibra do milho do processo antes da destilação e, então, ela fica disponível para a conversão em etanol celulósico por meio de nosso sistema de 1,5G”, explica e completa: “A fibra de milho passa pelo pré-tratamento de maneira muito mais fácil que a palha de milho ou o bagaço de cana”.
Essa solução diferenciada, contudo, está restrita ao milho. Beach relata que a cana-de-açúcar não produz uma fibra similar, de modo que o sistema da ICM não pode ser adaptado para a matéria-prima.
Mas os pesquisadores da Unicamp seguem esperançosos em relação ao futuro do etanol celulósico. De acordo com eles, os pioneiros do etanol de segunda geração já conhecem a solução para seus principais problemas, de modo que o avanço – tanto do 1,5G quanto do 2G – transformou-se apenas em uma questão financeira. Segundo os pesquisadores, a queda no preço do petróleo havia evitado a entrada de novos recursos para a correção dos problemas quando eles se tornaram conhecidos.
“Agora vemos um novo momento de aumento de preço do barril e maior consistência em relação à remuneração das ações ambientais”, asseguram. “Mecanismos como os propostos pelo RenovaBio poderão dar novo fôlego a essa indústria e levar aos investimentos necessários para retomar os empreendimentos já existentes”, completam.
Mais etanol – mas quanto mais?
Entretanto, Madson, da Katzen, explica que existem diversos modelos para a produção de 1,5G. Uma opção é a extração apenas da hemicelulose, que é considerada o açúcar mais fácil de extrair do biogás e requer o pré-tratamento mais simples e a menor quantidade de enzimas. Outros modelos englobam a conversão primária de celulose cristalina (CMC), que é mais complexa e envolve um intensivo processo enzimático. Além disso, há opções que misturam essas duas possibilidades.
Segundo Madson, um aumento produtivo de 7% a 10% seria uma “meta inicial razoável” para as usinas que decidirem fabricar etanol 1,5G – considerando o processo produtivo mais barato, que requer o menor investimento de capital e os menores custos de operação. “Esse é o cenário comercial mais provável para uma geração 1,5 que seja colocada em prática no Brasil”, garante.
Por sua vez, os pesquisadores da Unicamp acreditam que, para cada tonelada de bagaço ou palha colocada no processo de produção, as usinas podem obter cerca de 200 kg de etanol (aproximadamente 253 litros). “Essa é uma relação básica, que pode ser um pouco mais ou menos eficiente. É importante fazer o balanço da usina e aproveitar cada corrente para gerar energia, seja na forma de etanol, biogás ou energia elétrica”, complementam.
Nesse mesmo raciocínio, Madson não faz uma estimativa de rendimento em relação a processos mais complexos, que tentem utilizar o máximo da matéria. O motivo seria a necessidade de manter a geração energética – se não para exportação para a rede elétrica, para uso da própria unidade.
“Nós não sabemos de uma única usina que tenha uma fonte de energia alternativa razoável. Então, nas operações com cana-de-açúcar, acreditamos que a maior parte das plantas sempre utilizará a queima como sua fonte de energia”, alega Madson, que continua: “A limitação não está em quanto você pode converter [em etanol], mas em ter matéria-prima para as caldeiras”.
Com isso, o executivo acredita que as usinas sucroenergéticas que não têm acesso à rede elétrica são as que mais podem se beneficiar com o etanol 1,5G, pois elas terão excesso de bagaço mesmo após a queima para geração elétrica de uso interno.
“Diferentes usinas têm eficiências energéticas diferentes, diferentes relações de sacarose no bagaço e um número de outras variáveis. Mas um ponto fundamental é: as caldeiras devem ser alimentadas”, Philip W. Madson (Katzen)
Eficiência ambiental e RenovaBio
Embora não saiba quantificar a redução de emissão de gases de efeito estufa e outros poluentes proporcionada pelo processo de fabricação do etanol 1,5G, Madson é categórico em afirmar que os ganhos para o meio-ambiente são significativos. “Quando você reduz a quantidade de bagaço ao ponto em que o sistema esteja operando em eficiência máxima e não há excessos, então, você estará com o menor impacto ambiental possível”, afirma, apontando que isso é válido para os processos que não utilizam ácido.
Ainda segundo o presidente da Katzen, o modelo que está sendo trabalhado pela empresa não envolve a entrada de químicos adicionais ao processo e nem adição de água, o que torna o processo mais ecologicamente correto. Contudo, será preciso utilizar uma nova levedura, além da aquisição de equipamentos – que ele classifica como ‘modesta’.
Em outro aspecto que interessa diretamente às usinas, os pesquisadores da Unicamp ressaltam que, por não ser um etanol celulósico puro, o 1,5G precisa de uma política de precificação diferenciada. Isso ainda está em desenvolvimento, mas deve entrar nos cálculos das notas de eficiência energética do RenovaBio.
A participação celulósica, segundo os pesquisadores, pode ser obtida a partir da quantidade de açúcar de segunda geração que entrou no processo produtivo. Também será necessário calcular as taxas de conversão desses açúcares em etanol e comparar esses valores com a quantidade de etanol que foi produzida.
A (in)viabilidade econômica do E2G
O presidente da Katzen relembra que a história do biocombustível celulósico já é longa – a primeira planta conhecida data de 1890. Mas, apesar disso, o sucesso econômico do E2G nunca foi alcançado. “A segunda geração, como uma oportunidade por si só, não tem sido economicamente competitiva. Todas as plantas piloto dos últimos 30, 40 anos – tempo em que eu estou na indústria – mostraram que ele funciona tecnologicamente de muitas formas, mas não funciona economicamente”, garante Madson.
Essa dificuldade, de acordo com ele, fica evidenciada em uma comparação com a primeira geração, especialmente no Brasil e nos Estados Unidos, onde a produção em grande escala é uma realidade.
“Se o seu conceito de economicamente inviável é uma situação onde você certamente perderá dinheiro todos os anos, eu acredito que a segunda geração se encaixa nesse modelo”, Philip W. Madson (Katzen)
Além disso, o executivo aponta que as oportunidades de investimento em etanol de segunda geração já teriam acabado: “Nós estamos vendo mais plantas de teste fechando do que sendo construídas. Então, o dinheiro está indo embora”. Com isso, torna-se reduzida a possibilidade de novas descobertas que destravem o biocombustível celulósico.
Vale observar que Madson – que é descrente na viabilidade econômica da segunda geração –também não aposta todas as fichas no etanol 1,5G. De acordo com ele, por mais que esse modelo tenha “uma alta probabilidade de ser economicamente interessante para as usinas de cana-de-açúcar e para as plantas de etanol de etanol de milho”, ainda existirão ocasiões em que as companhias terão resultados negativos.
“Acredito que haverá uma adoção lenta porque, nesse ponto, ainda é arriscado”, projeta. Segundo ele, a expectativa é que a presença da tecnologia demore alguns anos para se consolidar, seguindo o sucesso das pioneiras. Ainda assim, ele completa: “Acredito que hoje há propostas de geração 1,5 que são efetivas economicamente”.
O executivo explica que, ao contrário do que aconteceu com o E2G, que recebeu muitos investimentos externos ao setor, o 1,5G deve se tornar realidade por meio de aplicações feitas pelas próprias usinas. De acordo com Madson, muitos dos investidores da segunda geração nunca haviam se envolvido com a área de biocombustíveis, criando um ambiente mais especulativo.
“Acreditamos que, como indústria, devemos desenvolver estratégias e modelos de 1,5G de modo que os atuais donos de usinas se tornem os compradores de tecnologia para as indústrias”, alega. “O dinheiro investido vem de uma fonte diferente e de uma mentalidade diferente”, reforça.
No entanto, também há quem acredite que o avanço do 1,5G represente um bom caminho para o 2G. Considerando que um dos principais problemas dos produtores de biocombustível de segunda geração está na etapa de pré-tratamento, o 1,5G acaba garantindo uma tranquilidade para o ganho de escala nas demais etapas produtivas.
“Nós continuamos a ver um bom momento para o etanol 1,5G e acreditamos que ele continuará a ser o maior contribuidor para o etanol celulósico”, Yuan-Sheng Yu (Lux Research)
“Devido ao sucesso do etanol 1,5G e ao status comercial da fermentação industrial, nós não prevemos nenhuma dificuldade adicional no futuro. Uma vez que a facilitação da matéria-prima [para o pré-tratamento] esteja resolvida, esperamos que o etanol celulósico avance rapidamente”, prevê Yuan-Sheng Yu, da Lux Research.
Reportagem: Renata Bossle
Infográfico: Bianca Rati
NovaCana
