Modelo de uma usina de produção de etanol
Descrição de uma destilaria modelo que incorpora, de modo otimizado, as tecnologias de primeira geração mais atuais, procurando-se estimar o investimento total, assim como a incidência dos fatores envolvidos na formação do custo do etanol. Usada no estudo de ampliação da produção de etanol (2.000.000 de toneladas de cana por safra).
A unidade considerada é uma destilaria autônoma que produz etanol e energia elétrica para comercialização na rede. As melhorias incorporadas no modelo adotado são:
- Eliminação da lavagem de cana;
- Extração próxima a 98%;
- Tratamento de caldo específico para atender uma fermentação estável, sem contaminações, visando a uma remoção eficiente da matéria em suspensão;
- Pré-concentração de uma parte do caldo em cinco efeitos para operar com um mosto para fermentação com alto grau alcoólico no vinho final;
- Esterilização do mosto;
- Fermentação contínua em três estágios, com reciclo de fermento;
- Dupla centrifugação de fermento e tratamento do pé para alta porcentagem de viabilidade celular;
- Fermentação à temperatura abaixo de 34ºC (28 – 32), vinho final acima de 12ºGL (12 – 14) e rendimento fermentativo próximo de 92%;
- Destilação e retificação otimizada operando em coluna única e desidratação com peneiras moleculares;
- Automação completa da destilaria;
- Concentração do vinhoto em evaporadores de múltiplos efeitos a 50% do volume de vinhoto in natura;
- Máxima produção de energia elétrica, empregando, pré-secagem de bagaço, geração de vapor a 65 bar e turbogeradores de alta eficiência;
- Otimização energética das correntes de processo empregando tecnologia pinch.
A estimativa do custo dos equipamentos instalados, que atinge um montante de R$ 103 milhões, apresenta uma distribuição diferente daquela do módulo da destilaria convencional. O conjunto de geração de vapor em alta pressão e turbogeradores de alta eficiência respondem pelo maior custo, representando 32,7% do total em equipamentos instalados; a fermentação, agora incluindo pré-concentração do mosto, aumento das áreas de resfriamento, dupla centrifugação, dornas com agitação e reformuladas para controle da reinfecção e um tratamento do pé de cuba mais apurado, aumenta sua participação para 24,7%.
Estimativa dos investimentos envolvidos em uma usina padrão otimizada (destilaria modelo)
| Equipamentos instalados | Investimento (R$ milhão)* | Participação |
|---|---|---|
| Descarregamento, limpeza, preparo e extração | 17,4 | 16,9% |
| Tratamento do caldo e preparo do mosto | 9,3 | 9,0% |
| Fermentação alcoólica | 25,4 | 24,7% |
| Destilação retificação desidratação | 15,4 | 15,0% |
| Geração de vapor e energia elétrica | 33,7 | 32,7% |
| Outras utilidades | 1,8 | 1,7% |
| Total | 103,0 | 100% |
| Prédios e terrenos para o recinto industrial | 39,5 | |
| Outros | 35,6 | |
| Capital fixo | 178,1 | |
| Capital de trabalho | 26,7 | |
| Investimento total | 204,8 |
Na destilação, o emprego de peneiras moleculares e a concentração térmica do vinhoto também levam a aumentos expressivos na composição do investimento. Note-se que, necessariamente, a passagem para unidades de destilação em múltiplos efeitos provoca um novo incremento nos investimentos em equipamentos. A unidade de descarregamento, limpeza, preparo e extração, que na destilaria convencional representa o investimento mais expressivo, agora perde significação comparando com as outras seções da destilaria.
O investimento total está dentro dos valores esperados, considerando que para uma usina com destilaria anexa, incluindo parte industrial (destilaria e fábrica de açúcar) e agrícola está estimado em R$ 280 milhões, distribuídos em R$ 205 milhões para a área industrial e R$ 75 milhões para a área agrícola. Informações obtidas junto ao setor sucroalcooleiro sinalizam investimentos de US$ 50,00 por tonelada de cana por ano, para implantação de novas usinas com destilaria anexa e o valor aqui estimado é de US$ 49,20 por tonelada de cana por ano, exclusivamente para a área industrial de uma destilaria autônoma. As estimativas anteriores foram realizadas para uma usina com destilaria anexa que envolve investimentos para a fábrica de açúcar, enquanto que o anteprojeto aqui analisado considera apenas uma destilaria que envolve investimentos menores, quando realizados segundo a tecnologia convencional. O aumento dos investimentos é atribuído ao custo das inovações tecnológicas incorporadas na fermentação, na destilação, concentração do vinhoto e na unidade de geração de vapor e energia elétrica.
Analisando a formação do custo anual para produção de etanol e energia elétrica, nota-se a forte incidência do preço da matéria-prima. Os investimentos em equipamentos participam com aproximadamente 13% na formação do custo, o que, comparado com a matéria-prima, representa um fator de segunda ordem. Isto sinaliza que investimentos em equipamentos, cujo resultado se traduza em aumento da eficiência global de recuperação do açúcar redutor total contido na cana e transformação em etanol, seguramente têm um impacto positivo na taxa interna de retorno.
Custo anual da produção de bioetanol e energia elétrica
| Item | Custo (R$ milhão)* | Participação |
|---|---|---|
| Custos fixos | 16,7 | 10,2% |
| Custo da cana-de-açúcar | 116,1 | 71,2% |
| Outros insumos | 2,0 | 1,2% |
| Equipamentos | 21,1 | 12,9% |
| Obras civis | 7,3 | 4,5% |
| Total | 163,2 | 100% |
Os custos fixos, que englobam diversos fatores, tais como mão de obra, custos administrativos, taxas e impostos e manutenção, também pesam comparativamente pouco na formação do custo, e se analisados separadamente, pode ser que a atuação sobre os mesmos não tenha grandes efeitos na redução do custo total. Pode-se concluir que a otimização do processo e redução de custos estão associados principalmente a:
- Riqueza em ART da cana (aumento do ART na matéria-prima se traduz em menor custo de processamento);
- Eficiência de recuperação do ART a etanol (mudanças nas etapas do processo e investimentos em equipamentos para melhorar a eficiência têm um impacto favorável na redução do custo).
Esta análise preliminar reforça as propostas de inovações tecnológicas, para os horizontes de 2015 e 2025, abordadas no funcionamento de uma usina (destilaria) de etanol. Considerando que as propostas estão orientadas fundamentalmente para ganhos de eficiência, a relação custo/benefício é favorável à implantação.
