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Terça, 09 Janeiro 2018 15:41

Potencial não explorado

Brasil desconhece “cinturão solar” como fonte energética

Lu Sudré

Linhas de transmissão de energia, ao fundo o sol nascente

(imagem: Designed by evening_tao / Freepik)

Apesar de o Brasil receber uma insolação superior a de outros países, graças à sua extensão e localização geográfica, a energia solar ainda tem participação incipiente em sua matriz energética: representa apenas 0,2% da produção de eletricidade, de acordo com dados disponíveis no Banco de Informações de Geração da Agência Nacional de Energia Elétrica (BIG/Aneel). Com o intuito de contribuir para o planejamento do setor, a segunda edição do Atlas Brasileiro de Energia Solar, publicado no primeiro semestre de 2017, disponibilizou uma base de dados pública com informações cientificamente embasadas sobre o potencial e a variabilidade espacial e temporal do recurso energético solar no território brasileiro.

A partir de informações levantadas ao longo de 17 anos, o estudo foi produzido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), com a participação de pesquisadores de várias universidades brasileiras. Fernando Ramos Martins, docente adjunto do Instituto do Mar (Imar/Unifesp) – Campus Baixada Santista, participa do projeto desde a década passada, quando ainda atuava no Centro de Ciência do Sistema Terrestre, no Inpe, e trouxe a pesquisa para a Unifesp. 

Fernando Ramos Martins

Fernando Ramos Martins, docente adjunto do Instituto do Mar (Imar/Unifesp)

O atlas indica que há um grande potencial de geração de energia solar não explorado. Martins explica que mesmo a região no país com menor disponibilidade dessa energia, a região litorânea de Santa Catarina e Paraná, ainda apresenta maior disponibilidade que as consideradas melhores regiões da Alemanha, país onde a energia solar tem grande participação na matriz energética e um mercado consolidado.

“O nordeste brasileiro é a região com maior disponibilidade de energia solar, em razão das características climáticas no semiárido. No entanto, grande parte do território que cobre o nordeste, sudeste e centro-oeste do país apresenta recursos de energia solar muitos favoráveis. Essa região vem sendo denominada como o Cinturão Solar do Brasil”, afirma Martins. Mais especificamente, a área vai do nordeste ao Pantanal, incluindo o norte de Minas Gerais, o sul da Bahia e o norte e o nordeste de São Paulo.

Segundo o pesquisador, a energia solar é temporalmente intermitente (ocorre com interrupções) e apresenta elevada variabilidade em razão de sua relação com condições meteorológicas locais, como a cobertura de nuvens, concentração de gases atmosféricos e sistemas sinóticos, que é a área da Meteorologia que descreve, analisa e faz a previsão do tempo em grande escala. Fatores astronômicos associados aos movimentos orbitais e de rotação da Terra também influenciam na variabilidade temporal, e, por isso, estudos como o do atlas, que apresenta informações confiáveis sobre esses aspectos, são imprescindíveis para dar suporte ao desenvolvimento de projetos que visem o aproveitamento dessa fonte de energia. 

O atlas foi elaborado com informações de um modelo computacional chamado Brasil-SR, que está adaptado para simular as condições atmosféricas e ambientais típicas observadas no Brasil. O modelo utiliza imagens digitais do satélite geoestacionário Goes, posicionado sobre a América do Sul para estimar a nebulosidade do território brasileiro. O modelo também precisa de dados sobre a topografia e informações meteorológicas que incluem a temperatura da superfície terrestre e umidade relativa do ar.

Martins contribuiu para o aprimoramento da modelagem numérica dos processos físicos da atmosfera para o território brasileiro, assim como no processo de obtenção das informações da nebulosidade a partir das imagens de satélite, etapas fundamentais para a redução das incertezas no aproveitamento da energia solar brasileira.

As dificuldades para o crescimento do uso dessa fonte energética envolvem o custo de investimento e o desconhecimento sobre a disponibilidade da variabilidade temporal do recurso e das tecnologias disponíveis para a conversão da energia solar. De acordo com Martins, os custos estão sendo reduzidos drasticamente com o desenvolvimento tecnológico e o crescimento do mercado a nível internacional. “Acredita-se que em mais dois a cinco anos o custo da energia solar estará equivalente ao da eletricidade produzida pela queima de combustíveis fósseis. O atlas contribui para a disseminação de conhecimento sobre o recurso disponível e fornece dados para elaboração de cenários de uso e estudo de viabilidade econômica do aproveitamento da energia solar”, ressalta o pesquisador.

Artigos relacionados:

LIMA, Francisco J. L.; MARTINS, Fernando Ramos; PEREIRA, Enio Bueno; LORENZ, Elke; HEINEMANN, Detlev;. Forecast for surface solar irradiance at the Brazilian Northeastern region using NWP model and artificial neural networks. Renewable Energy, v.87, p.807 - 818, mar. 2016. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148115304249>. Acesso em: 30 out. 2017.

COSTA, Rodrigo Santos; MARTINS, Fernando Ramos; PEREIRA, Enio Bueno. Atmospheric aerosol influence on the Brazilian solar energy assessment: experiments with different horizontal visibility bases in radiative transfer model. Renewable Energy, v. 90, p. 120-135, maio 2016. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148115305577>. Acesso em: 30 out. 2017.

NOBRE, André M.; KARTHIK, Shravan; LIU, Haohui; YANG, Dazhi; MARTINS, Fernando Ramos; PEREIRA, Enio Bueno; RÜTHER, Ricardo; REINDL, Thomas; PETERS, Ian Marius. On the impact of haze on the yield of photovoltaic systems in Singapore. Renewable Energy, v. 89, p. 389-400, abr. 2016. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014811530495X>. Acesso em: 30 out. 2017.

ESCOBAR, Rodrigo A.; CORTÉS, Cristián; PINO, Alan; SALGADO, Marcelo; PEREIRA, Enio Bueno; MARTINS, Fernando Ramos; BOLAND, John; CARDEMIL, José Miguel. Estimating the potential for solar energy utilization in Chile by satellite-derived data and ground station measurements. Solar Energy, v.121, p. 139-151, nov. 2015. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X15004703>. Acesso em: 30 out. 2017.

PEREIRA, Enio Bueno; MARTINS, Fernando R.; PES, Marcelo P.; SEGUNDO, Eliude I. da Cruz; LYRA, André de A. The impacts of global climate changes on the wind power density in Brazil. Renewable Energy, v. 49, p. 107-110, jan. 2013. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014811200064X >. Acesso em: 30 out. 2017.

Publicado em Edição 09

Estudo pioneiro avalia a produção integrada de etanol e de eletricidade em biorrefinarias

Da redação
Colaborarou Flávia Kassinoff

Fotografia de uma plantação de cana de açucar

 

Uma fotografia que mostra cana-de-açúcar colhida

A palha de cana-de-açúcar é um material lignocelulósico que pode ser aproveitado na produção de etanol de segunda geração

A produção de energia é uma das questões mais pesquisadas no mundo atualmente, seja para encontrar meios alternativos de produção, seja para encontrar métodos de aumento de eficiência daqueles existentes. Um dos principais objetivos é encontrar opções sustentáveis de produção que não agridam o meio ambiente. O Brasil é um dos países com a matriz energética mais limpa do planeta, isso deve-se, em grande parte, pelo fato de que ela é predominantemente formada por hidrelétricas, além de ser o maior produtor de etanol a partir da cana-de-açúcar, um combustível renovável e ecológico.

Uma linha de pesquisa que desponta nessa área contempla a possibilidade de produção do etanol de segunda geração, que consiste em produzir o combustível a partir do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, materiais lignocelulósicos que podem ser transformados em álcool. A possibilidade vem sendo estudada por cientistas de vários países com o objetivo de aumentar a produção de biocombustíveis e substituir o uso de combustíveis fósseis. O processo de produção ainda é muito caro e demorado e não constitui, por enquanto, uma alternativa economicamente vantajosa, mas as pesquisas vêm desenvolvendo formas mais eficazes para se produzir o combustível e as previsões para a implantação dele são positivas.

A grande vantagem de se introduzir o etanol de segunda geração é a de que levará a um aumento da quantidade de etanol produzida sem ampliar a área cultivada, além de utilizar resíduos que ainda não são aproveitados como matéria-prima, como é o caso da palha. O bagaço e a palha da cana também servem como combustíveis para a geração de energia elétrica. Atualmente, a maioria das usinas de cana-de-açúcar produzem sua própria energia a partir da queima de bagaço nas caldeiras.

Marina Oliveira de Souza Dias, professora adjunta do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) da Unifesp – Campus São José dos Campos, desenvolve uma pesquisa pioneira na área. Seu trabalho consiste em avaliar novas rotas de produção, visando fornecer parâmetros sobre quais delas seriam mais vantajosas, do ponto de vista técnico e econômico, para a inserção de novos biocombustíveis na indústria, incluindo o etanol de segunda geração. Em seu artigo “Biorefineries for the production of first and second generation ethanol and electricity from sugarcane”, a docente avaliou possíveis cenários de biorrefinaria que pudessem produzir etanol de segunda geração e/ou energia elétrica, já que o bagaço serve tanto como matéria prima para produção do combustível quanto para geração de eletricidade.

Por meio de uma simulação computacional, a pesquisa comparou diferentes biorrefinarias. Entre elas, uma com produção máxima de etanol (o bagaço e a palha direcionados para a produção daquele de segunda geração) e, outra, de eletricidade (metade do bagaço e palha disponíveis direcionados para a sua produção e o restante para o etanol). O estudo também analisou como seria uma biorrefinaria flexível, onde se pudesse destinar quantidades variáveis de bagaço e palha para produção de energia ou de etanol de segunda geração, dependendo dos preços do mercado. 

Foram utilizados nesse processo dados da indústria e de preços do mercado entre 2001 e 2010. O resultado apontou que adotar um projeto flexível é a melhor opção. “Nós verificamos que sim, uma planta industrial flexível, que possa variar a quantidade de bagaço que ela manda para a produção de etanol ou de eletricidade, quando a produção de etanol de segunda geração for viável, pode ser mais vantajoso do que ter uma planta fixa, dependendo dos preços desses produtos”, afirma a pesquisadora.

O estudo também avaliou impactos ambientais de cada uma das opções, mostrando vantagens do etanol em relação à gasolina e da eletricidade produzida a partir do bagaço em relação àquela produzida pela queima do gás natural. Esse e outros trabalhos desenvolvidos pela pesquisadora foram os primeiros no Brasil a mostrar os resultados da modelagem completa de biorrefinarias de cana-de-açúcar e comparar a produção do etanol de primeira e segunda geração, envolvendo os aspectos ambientais e econômicos.

A produção de energia elétrica a partir do bagaço da cana mostra-se uma opção viável e interessante para o país, que desde a crise do sistema elétrico de 2001 procura alternativas para o aumento da produção de eletricidade. Porém, o potencial de produção dessa energia ainda não é suficientemente aproveitado. “Existe tecnologia para aumentar significativamente a produção de eletricidade nas usinas de cana-de-açúcar. Com a expansão do plantio da cana, nos próximos anos a quantidade total de energia elétrica que poderia ser produzida a partir do bagaço e da palha será igual à quantidade de energia elétrica que produz a usina de Itaipu. Porém, com tecnologias modernas, que nem todas as usinas possuem. Talvez, se existissem mais mecanismos de incentivo à produção de energia elétrica eficiente, e o preço da energia de biomassa nos leilões de energia fosse mais atrativo, nem houvesse a necessidade de construir uma Belo Monte”, aponta Marina.

Fotografia da pesquisadora

Marina Dias, professora adjunta do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT)  da Unifesp

Segundo a pesquisadora, caso bagaço e palha sejam utilizados exclusivamente para a produção de energia elétrica, seria possível produzir cerca de 200 kW/h de energia elétrica por tonelada de cana em sistemas eficientes; atualmente, as usinas produzem menos do que 50 kW/h por tonelada. Antigamente, era proibida a venda de energia elétrica por usinas de cana-de-açúcar. Com a reforma do setor elétrico, em 1999, o produtor independente de energia passou a ter acesso à rede de transmissão e distribuição, o que permitiu que usinas de cana-de-açúcar pudessem vender eletricidade para a rede; até então, as caldeiras que haviam sido construídas para a queima do bagaço eram de baixa eficiência, já que era necessário queimar todo o bagaço e produzir pouca eletricidade, apenas aquela necessária para o funcionamento da usina. Hoje em dia existem caldeiras bem mais eficientes.

Outra vantagem da eletricidade que provém da cana é que sua geração pode ser considerada um processo limpo, em comparação com outros existentes. “Petróleo, carvão e o gás natural são formados pelo carbono que estava nos organismos, sofreu decomposição por milhões de anos e ficam abaixo da superfície. Quando nós tiramos esses materiais do solo e queimamos, liberamos CO, que é um gás de efeito estufa, o que libera o carbono que estava no subsolo para a atmosfera. A queima do bagaço é diferente: apesar de gerar CO do mesmo jeito durante a queima, o bagaço veio da planta, que está na superfície. A mesma, durante a fotossíntese, capta esse CO da atmosfera e armazena carbono no seu tecido vegetal. A própria planta já havia retirado o CO que foi pra atmosfera com a queima do bagaço; não existe uma emissão a mais. Essa é a principal diferença”, explica a docente.

Apesar de ser, em área, a terceira maior cultura do Brasil, a cana-de-açúcar não é responsável por taxas de desmatamento. O seu cultivo pode ser realizado em áreas de pastagens degradadas, que não são aptas para a produção de alimentos. “A área de cultivo da cana-de-açúcar pode ser expandida, levando a um aumento na produção de etanol, sem prejudicar o cultivo de alimentos e sem desmatar a Amazônia”, afirma a pesquisadora.

Sua pesquisa com a cana-de-açúcar não se restringe à produção de etanol e eletricidade. Atualmente seus estudos se estendem para a produção de outros produtos químicos. Seu objetivo é averiguar outros materiais que podem ser obtidos a partir da cana, como plásticos e outros biocombustíveis.

Infográfico 'Produção integrada de etanol e eletricidade em biorrefinarias'

Artigos relacionados:

DIAS, M.O.S. et al. Biorefineries for the production of first and second generation ethanol and electricity from sugarcane. Applied Energy, v. 109, p. 72–78, 2013.

DIAS, M.O.S. et al. Butanol production in a sugarcane biorefinery using ethanol as feedstock. Part I: Integration to a first generation sugarcane distillery. Chemical Engineering Research and Design, v. 92, p. 1441–1451, 2014.

DIAS, M.O.S. et al. Cogeneration in integrated first and second generation ethanol from sugarcane. Chemical Engineering Research and Design, v. 91, p. 1411–1417, 2013.

DIAS, M.O.S. et al. Improving second generation ethanol production through optimization of first generation production process from sugarcane. Energy, v. 43, p. 246–252, 2012.

DIAS, M.O.S. et al. Integrated versus stand-alone second generation ethanol production from sugarcane bagasse and trash. Bioresource Technology, v. 103, p. 152–161, 2012.

Publicado em Edição 03