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Tecnologia permite produzir biogás a partir de vinhaça

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Renovável e sustentável, tecnologia desenvolvida por meio de parceria da Fatec e Unesp de Jaboticabal aproveita o resíduo orgânico para gerar combustível de uso doméstico, automotivo e industrial

Estudo da Faculdade de Tecnologia do Estado (Fatec) com a Universidade Estadual Paulista (Unesp), ambas de Jaboticabal, apresenta solução sustentável e inovadora para a vinhaça. Em andamento, a pesquisa revelou a viabilidade de reaproveitar, por meio de reatores anaeróbios, o resíduo orgânico da produção de açúcar e etanol. O resultado do trabalho é o biogás, combustível cuja queima fornece energia térmica (calor) ou eletricidade.

De acordo com a União da Indústria de Cana-de-Açúcar (Unica), em 2014 foram gerados no Brasil cerca de 280 bilhões de litros de vinhaça. Atualmente, a produção de um litro de álcool gera de 10 litros a 15 litros do resíduo – o total depende da tecnologia empregada em cada usina sucroalcooleira. Assim, há no País grande potencial para a produção de biogás, podendo o biocombustível ser direcionado para uso doméstico, automotivo ou industrial.

Tendo como base tecnologias de alto rendimento para produção de biogás (reatores anaeróbios de alta taxa), o estudo prossegue no Laboratório de Saneamento Ambiental da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV) da Unesp. É coordenado pelo engenheiro agrônomo Roberto Alves de Oliveira, também professor do Departamento de Engenharia Rural; e tem autoria compartilhada com a engenheira química Rose Maria Duda, docente do curso de Biocombustíveis da Fatec.

Biogás e adubo

Orientada por Oliveira nos cursos de mestrado, doutorado e pós-doutoramento na Unesp, Rose informa que a pesquisa com a vinhaça começou em 2011. Na época, ela concluiu sua formação acadêmica e foi aprovada no processo seletivo da Fatec Jaboticabal, escola vinculada ao Centro Paula Souza.

A professora conta que o estudo com o biogás dá continuidade a diversas linhas de pesquisas iniciadas na década de 1990, em Jaboticabal, direcionadas ao reaproveitamento de subprodutos da indústria canavieira. Participam diversos pesquisadores, além de quatro estudantes do curso de Biocombustíveis da Faculdade de Tecnologia e mais três alunos de pós-graduação da Unesp, um de mestrado e dois de doutorado.

A pesquisadora da Fatec aponta também como fator favorável à tecnologia desenvolvida, o fato de se evitar o descarte incorreto no solo e nas águas da vinhaça, insumo vegetal também conhecido como vinhoto ou garapão. Escura e com forte odor, essa matéria-prima é rica em potássio – nutriente importante para o desenvolvimento vegetal. “Depois da geração do biogás, é possível aproveitar o restante da vinhaça como fertilizante na plantação de cana-de-açúcar”, explica Rose.

Seguindo a mesma linha de raciocínio, Antônio Sérgio de Souza, aluno do curso de Biocombustíveis da Fatec, sublinha a relevância do trabalho, por apresentar nova opção de energia renovável e sustentável. “Sem contar que essa tecnologia abre nova janela científica e profissional para mim e muitos outros pesquisadores”, observa o estudante.

Parceiros

O professor Oliveira informa que, desde o ano 2000, o grupo de pesquisa de Jaboticabal recebeu apoio como bolsas de estudo e investimento de R$ 1 milhão. Os recursos foram repassados pela Unesp, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Atualmente, o biogás gerado possui 75% de gás metano, seu principal combustível. O restante da composição é formado por dióxido de carbono e outros gases em pequenas quantidades. A técnica desenvolvida rendeu à Fatec Jaboticabal o primeiro lugar na categoria Ciências Biológicas e Agrárias, na 9ª edição da Feira Tecnológica do Centro Paula Souza (Feteps), realizada em 2015.

Próximos passos

A pesquisa prossegue agora com os cientistas tentando aumentar a quantidade de biogás produzido e a sua concentração de metano. “Procuramos parceiros públicos e privados para a pesquisa evoluir. Se possível, pretendemos patentear e transferir a tecnologia desenvolvida,” ressalta Oliveira.

Outra ação complementar, explica o professor, é convidar pesquisadores, de todos os Estados do Brasil e estrangeiros, para participar da seleção nos cursos de pós-graduação e pós-doutoramento ligados à Unesp de Jaboticabal, em especial o de Microbiologia Agropecuária, berço da pesquisa com o biogás.

Além da vinhaça, o grupo de 23 pesquisadores dedica-se também a atividades agropecuárias afins – microbiologia agrícola, ambiental, zootécnica e veterinária. A seleção para a pós-graduação em Jaboticabal é realizada duas vezes por ano: em março e agosto. Atualmente, seguem abertas as inscrições até o dia 31 para a formação em Microbiologia Agropecuária no site da FCAV (ver serviço), que informa também sobre o programa do curso.

Serviço

Fatec Jaboticabal

Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV – Unesp)
E-mail oliveira@fcav.unesp.br
Telefone (16) 3209-8099

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página I do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 19/03/2016. (PDF)

Glicerol é aposta da USP para gerar energia limpa

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Desenvolvida no câmpus de Ribeirão Preto, tecnologia dá destinação ambiental correta ao resíduo da produção de biodiesel, gera eletricidade e produz dihidroxiacetona, matéria-prima de alto valor agregado

A corrida científica mundial em busca de novas fontes de energia renováveis e sustentáveis ganhou mais um competidor: o glicerol, um dos resíduos orgânicos da produção de biodiesel. Ao propor, em Ribeirão Preto, a sua oxidação (queima) em condições especiais, a pesquisadora Lívia Palma conseguiu associar o descarte ambiental correto de um poluente com a geração de eletricidade e a produção de dihidroxiacetona, matéria-prima de alto valor usada na indústria vinícola, de bronzeadores e de produtos médicos.

“A eletricidade é obtida por meio da célula a combustível, um tipo de gerador capaz de fornecer, de modo permanente, energia para baterias de carros, notebooks, celulares, etc.”, explica Lívia, que trabalha no Laboratório de Eletroquímica e Eletrocatálise da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP).

Grandes montadoras internacionais de veículos, como Honda e Toyota, também pesquisam atualmente as células a combustível. Diferentemente das baterias convencionais, feitas à base de lítio e de outros metais pesados, as equipadas com esse dispositivo inovador não precisam ser recarregadas porque têm um tanque acoplado, que possibilita o reabastecimento. “Assim, quando se esgota o combustível no tanque, basta repor”, afirma Lívia.

A célula a combustível é dividida em duas partes. A primeira, chamada de ânodo, é responsável pela condução da corrente elétrica de um sistema – nela o combustível é queimado, liberando elétrons que atravessam o circuito e acionam o funcionamento de um motor. Na segunda parte, os elétrons tem como destino o outro polo, chamado cátodo, onde o oxigênio será reduzido. “A reação de oxigênio é mais rápida em meio alcalino”, destaca a pesquisadora.

Renda

Outro mérito do estudo acadêmico de Lívia é gerar riqueza a partir da reciclagem de um resíduo de origem orgânica, abundante e com potencial poluente. O grama do glicerol custa R$ 0,70 e origina a dihidroxiacetona cujo grama vale R$ 215.

“A cada dez litros de biodiesel produzido, 10% desse volume é glicerol. O estudo propõe agora definir qual é a quantidade de glicerol necessária para produzir um grama de dihidroxiacetona (um dos resíduos da geração de eletricidade na célula a combustível)”, informa Lívia.

Prata da casa

Formada e pós-graduada em Química pela FFCLRP-USP, em seu doutorado Lívia recebeu bolsa de estudo da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp). Ela defendeu sua tese no ano passado, com orientação da professora Adalgisa Andrade, também do Departamento de Química, da FFCLRP. O título da tese é Desenvolvimento de células a combustível de álcoois direta: Produção de protótipos de alta potência.

Além do glicerol, o estudo acadêmico de Lívia também investigou meios de aumentar a eficiência da oxidação de outro álcool, o etanol. Em ambos os combustíveis, a reação química provocada para gerar eletricidade quebra as ligações de carbono e as transforma, entre outros produtos, em gás carbônico ou carbonato.

Desafios

Os próximos passos do estudo desenvolvido na USP Ribeirão Preto são achar meios para diminuir o uso de metais nobres (platina e paládio) necessários no processo de queima do glicerol (ou do etanol) dentro da célula a combustível. Por serem resistentes à corrosão e à oxidação, essas matérias-primas caras são inseridas em um meio alcalino (pH maior que sete) para acelerar a velocidade e a eficiência da reação química e gerar mais eletricidade em menos tempo.

Lívia destaca a existência de outras pesquisas com célula a combustível, alimentadas por hidrogênio, um gás que, embora seja abundante na atmosfera, é de difícil manipulação por ser muito volátil e trazer riscos de explosões. “A principal vantagem do glicerol é reaproveitar uma matéria-prima que costuma ser descartada. Meu desafio agora é encontrar parceiros interessados em financiar e colaborar com o desenvolvimento da tecnologia, que tem muito potencial para gerar riqueza e inovação”, finaliza.

Serviço

Departamento de Química da FFCLRP-USP
Tel. (16) 3315-3725
E-mail ardandra@ffclrp.usp.br

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 11/02/2016. (PDF)

Documento indica crescimento no uso de energias limpas em SP

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Balanço Energético 2015 mapeia consumo e origem da energia utilizada no Estado em 2014; publicação da Secretaria de Energia é referência em estudos de planejamento e preservação ambiental

Com o maior parque industrial da América Latina e população superior a 44 milhões de habitantes, o Estado de São Paulo consumiu 25,3% de toda a energia gerada no Brasil em 2014. A rede paulista de usinas hidrelétricas faz do Estado uma das regiões do planeta com mais produção de energia limpa – ao lado de outras fontes, gera 53% da energia utilizada internamente, sendo que 93% dessa produção “doméstica” vêm de fontes renováveis e sustentáveis.

Esses dados constam do Balanço Energético do Estado de São Paulo 2015, publicação anual da Secretaria da Energia lançada no dia 15. O levantamento tem 267 páginas, com versões em português e inglês, e está disponível para cópia ou consulta on-line no site da pasta (ver serviço).

O documento é destinado aos setores público e privado e é obra de referência em estudos de planejamento energético, busca de novas tecnologias, aumento de eficiência energética e preservação ambiental. O conjunto de números, tabelas e gráficos toma por base informações energéticas e socioeconômicas do território paulista relativas ao ano passado e faz comparações de números obtidos desde 2005. O estudo também traz séries históricas relacionadas ao tema energia, com acompanhamento iniciado em 1980.

Biomassa

Responsável pela publicação e assistente executivo da secretaria, o físico Reinaldo Almança destaca uma tendência gradual e progressiva no Estado de usar mais fontes limpas em substituição às poluentes, que trazem prejuízos à qualidade de vida da população. Como exemplo, cita o reaproveitamento da biomassa na cogeração de energia pelos setores sucroalcooleiro e de papel e celulose.

Biomassa é toda matéria-prima de origem animal ou vegetal com potencial para produzir combustíveis. No Estado, as usinas produtoras de açúcar e etanol queimam em seu próprio parque industrial a palha e o bagaço de cana restantes da produção para obter vapor e eletricidade. Na época da safra da cana, de abril a novembro, o reaproveitamento desses insumos torna a usina autossuficiente em eletricidade em regime permanente, 24 horas por dia, sete dias por semana – e os excedentes podem ser distribuídos para a rede elétrica.

A cadeia produtiva de papel e celulose obtém 65% da energia que utiliza por meio de biomassa, com a queima de duas matérias-primas decorrentes de seu processo industrial. A primeira é o cavaco de madeira (sobras de troncos, galhos e raízes de eucalipto e de outros vegetais usados na sua produção).

A segunda biomassa utilizada é a lixívia, também conhecida como licor negro. A substância tem potencial contaminante para o solo e a água e, quando não reaproveitada, requer descarte ambiental adequado. Usada no cozimento da madeira para extração da celulose, sua composição inclui hidróxido de sódio, material orgânico, chumbo, enxofre, hipoclorito de cálcio, sulfeto de sódio e outros metais utilizados na fabricação de papel.

Vento e sol

Almança comenta que o potencial hídrico paulista foi aproveitado em quase sua totalidade na construção de barragens e hidrelétricas. Atualmente, o recurso só poderia ser explorado pelas chamadas Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs), que possuem potência e tamanho relativamente reduzidos. Para o futuro, aposta na iniciativa privada para explorar outras fontes renováveis e “verdes”, como a energia eólica e a energia solar.

Ele explica que, na maioria dos locais, a cem metros de altura do solo, a velocidade do vento é capaz de impulsionar os aerogeradores eólicos para transformar a força mecânica em eletricidade. “A meta futura é apostar e investir em novas tecnologias e projetos relacionados”, prevê.

Com relação à energia solar, os desafios são outros. Embora a oferta seja abundante em diversas regiões do Estado e do País, a eficiência energética obtida ainda é baixa, de apenas 14%. Nas 24 horas do dia, em apenas seis há intensidade de luz suficiente para sua geração.

Essa fonte renovável é aproveitada de duas maneiras distintas. A térmica, que tem baixo custo e costuma ser adotada em casas e condomínios. Consiste em um coletor instalado no telhado, posicionado de modo a receber, como se fosse uma estufa, a maior incidência possível dos raios solares. Em seu interior, uma serpentina encapsulada aquece a água que, armazenada em pequenos tanques, abastece chuveiros e torneiras, com vantagens econômicas e ambientais.

Painel fotovoltaico

No segundo uso da energia solar há geração elétrica propriamente dita, por meio de painel fotovoltaico. O sistema consiste de uma placa com diversas células feitas de uma liga metálica composta de silício e boro em sua superfície. Ao entrar em contato com as células fotovoltaicas, a radiação emitida pelo sol (fótons) produz um pulso elétrico a partir do atrito e interação entre elas. A soma desses pulsos gera eletricidade.

O físico comenta que os painéis fotovoltaicos ainda têm custo elevado, em comparação com o de outras fontes de energia. Sublinha, entretanto, o potencial de evolução científica dessa tecnologia para aumentar a eficiência energética e baratear o preço dos componentes. “Tal raciocínio também vale para os aerogeradores e a turbina usada na energia eólica, pois há uma corrida mundial por alternativas renováveis e não poluentes”, observa.

Futuro

Lançado em 2013, o Plano Paulista de Energia é uma aposta do Estado para chegar ao ano de 2020 com uma matriz energética baseada em 69% de energia obtida por meio de processos limpos. O planejamento prevê também meios de preservar o crescimento econômico e reduzir impactos ambientais nas áreas de transportes e processos industriais.

O Plano Paulista de Energia congrega grupos temáticos com mais de 70 entidades, incluindo setor privado e órgãos governamentais, como universidades, institutos de pesquisa, secretarias estaduais e empresas mistas. É uma continuidade de diversas ações estatais de caráter “verde” contidas em decretos estaduais publicados desde 2011. Assim como o Balanço Energético, seu conteúdo completo também está disponível no site da secretaria (ver serviço).

As estratégias do plano incluem iniciativas dos três níveis governamentais (municipal, estadual e federal). Pretendem diminuir o uso de combustíveis fósseis (petróleo, especialmente) e articular projetos em consonância com a Política Estadual de Mudanças Climáticas (PEMC) – Decreto nº 55.947, de 24-6-2010. A meta é reduzir 20% das emissões de gás carbônico no território paulista até o fim da segunda década do século 21.

Propostas do Plano Paulista de Energia 2020

  • Uso de combustíveis renováveis (etanol, biodiesel e eletricidade) nas frotas de ônibus da capital e regiões metropolitanas paulistas
  • Fortalecer e ampliar o uso de modais hidroviário, ferroviário e dutoviário
  • Ampliar estudos de planejamento da logística do transporte, de modo a evitar viagens sem carga
  • Favorecer o desenvolvimento do etanol de segunda geração
  • Simplificar licenciamentos ambientais
  • Ampliar a cogeração e climatização baseada em gás natural na indústria, comércio e serviços
  • Criar linhas públicas de crédito para projetos de eficiência energética
  • Estimular investimentos das concessionárias de ferrovias no Estado

Legislação para as energias limpas

  • Decreto nº 56.850, de 18-3-2011 – Reduz para 12% da carga tributária incidente na saída de biodiesel (B-100) resultante da industrialização de grãos, sebo bovino, sementes ou palma.
  • Decreto nº 56.873, de 23-3-2011 – Define benefícios relativos à aquisição de bens para a fabricação de células fotovoltaicas (módulos ou painéis), por meio da suspensão do imposto de importação de bens sem similar nacional.
  • Decreto nº 56.874, de 23-3-2011 – Estabelece o diferimento do ICMS destinado a fabricante de células fotovoltaicas e redução para 7% da carga tributária incidente sobre a produção resultante.
  • Decreto nº 57.042, de 6-6-2011 – Desonera aquisições de bens destinados à produção de energia elétrica a partir da biomassa e de resíduos de cana-de-açúcar.
  • Decreto nº 57.145, de 18-7-2011 – Estabelece o diferimento para matérias-primas utilizadas na fabricação de aerogeradores para fins de bombeamento de água, moagem de grãos e geração de energia eólica.
  • Decreto nº 57.142, de 18-7-2011 – Estabelece a suspensão do ICMS incidente na importação de mercadorias indicadas no Decreto nº 57.145/2011, quando a importação for efetuada diretamente pelo fabricante.
  • Decreto nº 58.977, de 18-3-2013 – Dá incentivo tributário para o transporte de etanol hidratado e etanol anidro na operacionalização de transporte dutoviário.
  • Decreto nº 59.039, de 3-4-2013 – Garante incentivo tributário do rotor para geradores de energia elétrica, utilizados na fabricação de aquecedores solares de água e no tratamento e disposição de resíduos não perigosos.
  • Decreto nº 60.001, de 20-12-2013 – Reduz a base de cálculo do imposto incidente no biogás e biometano para 12%.
  • Decreto nº 60.297, de 27-3-2014 – Suspende o imposto incidente na importação de bens sem similar nacional para a geração de energia elétrica ou térmica a partir de biomassa resultante de resíduos da cana-de-açúcar.
  • Decreto nº 60.298, de 27-3-2014 – Suspende o imposto incidente na importação de bens sem similar nacional e creditamento integral do mesmo, para geração de energia elétrica ou térmica a partir de gás (inclusive biogás ou biometano), fonte solar fotovoltaica e resíduos sólidos urbanos.
     

Serviço

Secretaria de Energia
Balanço Energético do Estado de São Paulo 2015
Plano Paulista de Energia 2020

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente nas páginas II e III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 29/09/2015. (PDF)