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São aqueles cuja emissão de CO2 durante o processo de produção ou no cano de descarga dos carros é menor que a proveniente do diesel e da gasolina.
Os mais viáveis são o etanol e o biodiesel. O hidrogênio líquido e a eletricidade produzida por baterias não emitem nenhum tipo de fumaça quando utilizados como combustíveis de automóveis. Seu uso, porém, ainda é restrito por problemas de distribuição e de pouca autonomia.
A forma como os combustíveis são produzidos deve ser levada em conta na resposta e não apenas o que escapa do cano de descarga. A produção de hidrogênio exige gasto de eletricidade, o que, por sua vez, requer a queima de carvão e petróleo em termelétricas. Em termos globais, 60% da energia elétrica vem do carvão, a mais poluente das fontes energéticas.
O etanol (nome técnico do álcool etílico combustível) pode ser produzido a partir de várias matérias-primas, como milho, trigo, beterraba e cana-de-açúcar. Trata-se de uma fonte de energia natural, limpa, renovável, sustentável e mais democrática do que os combustíveis fósseis. No Brasil, existe o etanol hidratado, com 5% de água, que abastece os automóveis flex, e o etanol anidro, com 0,5% de água, misturado na gasolina numa proporção de 20 a 25%.
Trata-se de um automóvel capaz de funcionar com etanol, com gasolina ou com qualquer mistura de ambos. Quando o motorista pisa no acelerador, um sensor identifica a quantidade de álcool combustível com base no teor de oxigênio do gás do escapamento e o motor é ajustado automaticamente. Feito de ligas especiais, o motor do carro flex pode rodar toda sua vida útil com etanol puro, sem nenhuma necessidade de intercalar ou misturar com gasolina e sem nenhuma perda de durabilidade. Hoje quase 90% dos carros novos no Brasil possuem tecnologia flex.
Motocicletas flex-fluel foram lançadas no mercado no início de 2009. Ônibus movidos por uma mistura de 95% de etanol e 5% de um aditivo já rodam no exterior e estão sendo testados no Brasil atualmente. Os benefícios para o meio ambiente são o principal atrativo da substituição do óleo diesel por etanol. Estima-se que a substituição de mil ônibus a diesel por modelos movidos a etanol reduziria as emissões de gás carbônico em cerca de 96 mil toneladas por ano, equivalente às emissões de 18 mil automóveis a gasolina. O Ipanema, um pequeno avião agrícola fabricado no Brasil pela Embraer, voa com 100% de etanol. Entre as futuras utilizações do etanol está o desenvolvimento de bioplásticos. Estuda-se também o uso de caldo de cana na produção de substitutos para o querosene de avião.
O etanol e o biodiesel têm a vantagem de, por ser líquidos, aproveitar toda a estrutura logística da gasolina e do diesel. O etanol tem uma equação econômica ainda mais favorável, em razão da produtividade. Com 1 hectare de terra se consegue produzir 7.500 litros de etanol.
No caso do biodiesel de soja, obtêm-se 600 litros por hectare. O etanol continuará atraente mesmo que o preço do barril de petróleo caia a 35 dólares. Todas as demais alternativas energéticas “verdes” só se tornam economicamente atraentes quando o barril de petróleo está valendo, no mínimo, 80 dólares.
São utilizados 600 bilhões de litros de combustível por ano no mundo. O consumo de biocombustíveis (etanol de cana, etanol de milho e biodiesel) é de 10% disso, algo em torno de 60 bilhões de litros.
O mundo utilizou, em 2007, 54 bilhões de litros de etanol. O país produziu, na última safra (parte da qual será vendida ao longo deste ano), 21,5 bilhões de litros. Desse total, pouco mais de 3 bilhões deverão ser exportados.
A estimativa é de que o etanol chegue a prover 20% de todo o combustível líquido usado no mundo. Em valores de hoje, 120 bilhões de litros.
O Brasil, por suas características de clima, área agricultável, teria condições de suprir 10% da demanda mundial. A questão é que a próxima fronteira tecnológica já se anuncia. Está em desenvolvimento o etanol de celulose, obtido a partir de uma variedade maior de plantas e gramíneas. Já há fábricas em teste no mundo, mas ainda não se aperfeiçoou o processo para torná-lo comercialmente viável. Ele pode vir a ser tão ou mais rentável que o etanol feito de cana-de-açúcar.
Os Estados Unidos lideram as pesquisas e o Brasil vem logo atrás. Calcula-se que leve ainda entre cinco e dez anos para os primeiros litros chegarem ao mercado.
Ainda não está inteiramente resolvido o problema da padronização internacional do combustível verde. Além disso, se queimar petróleo polui, tirar petróleo da terra ou do mar é uma atividade limpa, enquanto produzir etanol exige ocupação de vastas áreas de terreno, irrigação e uso de químicos agrícolas. A falta de um mercado mundial é um entrave ao etanol.
No Brasil as hidrelétricas produzem de forma limpa mais de 90% de toda a energia elétrica. Na maior parte dos países, porém, a eletricidade é obtida com a queima de carvão. Portanto, o processo de produção da eletricidade é muito poluente. No futuro, a energia nuclear poderá substituir o carvão e – caso esteja resolvido o problema da destinação final do lixo atômico – será possível obter eletricidade sem poluição.
A energia solar também é energia limpa, porém, como a eólica, são intermitentes. Acreditamos que o Etanol sempre será uma excelente opção de energia limpa e coexistirá com várias outras formas de energia limpa.
Vale o mesmo raciocínio usado para a eletricidade. Quando o processo de produção do hidrogênio líquido for limpo, ele será o menos poluente de todos os combustíveis.
O hidrogênio também poderá ser produzido à partir da eletrólise do Etanol e será hidrogênio verde.
As mais desenvolvidas são o milho e a cana. Alguns países utilizam também a beterraba, o trigo e a mandioca. Brasil e EUA produzem 85% do etanol mundial (O Brasil produziu 21,5 bilhões de litros e os EUA, 24,5 bilhões de litros, na última safra). O terceiro colocado é a China, com 2,7% de participação nesse mercado. Em quarto lugar está a União Européia, com 2,5%.
Brasil (cana-de-açúcar), Estados Unidos (principalmente milho, mas com boa perspectiva de chegar primeiro ao etanol de celulose), Canadá (trigo e milho), China (mandioca), Índia (cana, melaço) e Colômbia (cana e óleo de palma). A Alemanha produz metade do biodiesel do mundo.
A primeira é a limpeza. Para cada litro de combustível fóssil utilizado na lavoura ou na indústria, são produzidos 9,2 litros de etanol. No caso do etanol de milho, essa relação cai para 1,4 litro de etanol para cada litro de combustível fóssil empregado no processo.
A segunda é a produtividade. No Brasil, são produzidos 7 500 litros de etanol por hectare plantado de cana. No caso do milho, cada hectare produz 3.000 litros.
O etanol é o único que alia maturidade tecnológica e baixo custo de produção.
A cana-de-açúcar se desenvolve melhor nas regiões entre os trópicos. Isso compreende a porção norte da América do Sul, África, sul da Ásia, norte da Oceania, América Central e sul da América do Norte. Mas hoje só China, Colômbia, Tailânda, Índia e Austrália têm produção regular.
Porque os Estados Unidos se renderam às evidências e, como são o maior consumidor de combustível do planeta, chamaram a atenção de todos para a inevitabilidade de conseguir um combustível limpo em curto prazo.
A alcoolquímica, o equivalente do etanol para a petroquímica, já desenvolveu alguns produtos, como plásticos e resinas. Ainda são experimentais, mas começam a surgir negócios como a substituição de nafta por etanol na fabricação de tubos de PVC. É grande a expectativa sobre o plástico de etanol, que tem a vantagem de ser biodegradável.
Isso é possível com a utilização do bagaço de cana que sobra na fabricação do etanol. Se todas as 336 usinas brasileiras estivessem produzindo eletricidade, trabalhando com a tecnologia mais avançada já disponível, o potencial de geração seria de 12.000 megawatts, em 2015, similar à capacidade da usina de Itaipu. Esse potencial poderá triplicar, nos próximos dez anos, com os novos processos em desenvolvimento.
As primeiras experiências no Brasil foram feitas na década de 20, mas o grande impulso se deu na década de 70, quando foi criado o programa nacional do álcool.
Dos 19 milhões de automóveis, cerca de 13,6 milhões são movidos a gasolina. Há 200.000 carros movidos a álcool. Outros 5,2 milhões são flex. No ano passado, 85% dos veículos novos saíram de fábrica com motor flex. A continuar assim, em 2015, quando a frota brasileira de automóveis estiver em 30 milhões de unidades, 19 milhões serão bicombustíveis.
Não. Calcula-se que toda a disponibilidade de terras e condições climáticas seja suficiente apenas para a produção de 20% do combustível utilizado no mundo.
O álcool é menos econômico, mas dá mais potência ao motor. O benefício ambiental, no entanto, é o grande atrativo.
Como tem poder calorífico menor tem rendimento inferior ao da gasolina (é preciso mais álcool para o veículo percorrer a mesma distância), o álcool tem de custar, no máximo, 75% do valor da gasolina. Porém esse cálculo é meramente econômico, não considerando os ganhos ambientais e sociais.
Não. Com os carros flex, pode-se usar qualquer proporção desses combustíveis no tanque.
Não há diferença. Do ponto de vista econômico, a escolha depende do preço desses combustíveis na bomba.
Não há necessidade. Os motores são feitos de ligas preparadas para trabalhar a vida inteira com álcool.
Os carros a álcool tinham mais dificuldade para começar a funcionar em ambientes mais frios. Mas não é necessário substituir o combustível. Bastava ter o reservatório de gasolina, localizado junto ao motor, sempre abastecido.
Atualmente a tecnologia de partida com injeção eletrônica resolveu a questão da partida sem a necessidade de reservatório de gasolina.
Atualmente não causa nenhum dano pelo fato de o etanol ser mais corrosivo do que a gasolina, os motores dos carros flex e a álcool são fabricados com ligas especiais, mais resistentes.
Ele tem sensores que identificam o tipo de combustível que se está usando (ou a proporção de cada um no tanque) e regulam o motor automaticamente.
Não há diferença quanto à durabilidade. Porém, a experiência está identificando maior limpeza nas partes internas e nos lubrificantes quando se usa 100% Etanol.
Sim, da mesma forma que acontece com a gasolina. Porém, a adulteração será com uma maior adição de água, o que evidencia imediatamente uma queda de rendimento do motor.
Por ser um produto de base agrícola, o etanol está sujeito às variações de preço em razão da safra e de fenômenos climáticos.
Essa situação só será resolvida quando for criado um estoque regulador. O preço do petróleo também influencia. Vira uma referência para o revendedor, que pode tentar aumentar sua margem de lucro.
O etanol do Brasil é o mais barato do mundo. Essa é a razão dos altos impostos de importação mantidos pelos Estados Unidos, que chegam a dobrar o preço do etanol brasileiro importado.
O risco é baixo. O mercado de etanol já se desenvolveu a um ponto em que se tornou mais difícil aos usineiros reduzir sua produção de álcool para priorizar a exportação de açúcar, como ocorreu na década de 80. Mas o governo não deve abrir mão dos mecanismos de controle.
Para os veículos pesados, o mais indicado é o diesel. Nesse caso, a melhor alternativa energética seria o biodiesel, que ainda não conseguiu alcançar o mesmo patamar de produtividade que o etanol de cana-de-açúcar.
A vantagem do etanol é que, por ter maior octanagem, torna os motores mais eficientes com uma taxa de compressão mais alta, gerando mais potência com menor poder calorífico.
Ao contrário, ganha mais força de arranque e velocidade final.
A adoção do etanol é considerada um dos principais mecanismos de combate ao aquecimento global, pois reduz as emissões de CO2.
Todo o gás carbônico emitido pelos veículos movidos a álcool é reabsorvido pelas plantações de cana-de-açúcar. Isso faz com que as emissões do gás sejam reduzidas. Além disso, a grande diferença em relação ao petróleo é que o etanol usa o gás carbônico retirado da atmosfera pelas plantas. O petróleo joga na atmosfera o gás carbônico armazenado no solo e não o reabsorve.
Alguns impactos ambientais foram eliminados. As queimadas são um exemplo. Em São Paulo, elas foram ser totalmente abolidas até 2017. A vinhaça, o principal rejeito industrial da fabricação do etanol, também tem destinação adequada para não contaminar os mananciais. Usinas já a utilizam como adubo natural na lavoura de cana – não apenas por consciência ambiental, mas porque há uma redução de custos com fertilizantes, portanto não causam prejuízos ambientais.
Existem mecanismos de reciclagem da água empregada no processo de fabricação. A produção de etanol em usinas mais ultrapassadas consome 21.000 litros de água por tonelada de cana. Hoje, as melhores usinas usam entre 5.000 e 1.000 litros. A sorte é que elas são maioria no país.
As entidades de produtores de etanol alegam que, embora o solo da Amazônia seja favorável à cana, o regime de chuvas da região Norte não é compatível com essa cultura.
Isso, no entanto, não elimina o risco de que a expansão da lavoura de cana “empurre” em direção à Amazônia outras atividades igualmente indutoras do desmatamento, como a pecuária e a produção de soja.
A cana existe em muitos lugares há muito tempo e continuam produzindo pois é a cultura que mais utiliza a engenharia agronômica e faz o rodízio com a cultura de leguminosas, como feijão, amendoim e soja. A cana tem de ser replantada a cada seis anos. No intervalo de seis meses entre a retirada das plantas antigas e o replantio é que se alterna a cultura.
Para eliminar as folhas, o que abre espaço entre as plantas e evita que os trabalhadores se cortem com as folhas afiadas. A prática, no entanto, está condenada e foi abolida no estado de São Paulo desde 2017.
Além da vinhaça, usada na fertilização do solo, há o bagaço. Parte dele é empregada nas caldeiras para gerar energia. O que sobra é vendido às indústrias. Quase todo o suco de laranja produzido no Brasil utiliza o bagaço como fonte de energia. A palha (folhas secas) é usada também nas caldeiras. O que sobra fica no campo, como adubo.
Para gerarem a própria energia, elas usam o bagaço de cana como combustível nas caldeiras. Entretanto, como toda atividade produtiva, o sistema de transportes que abastece as usinas utiliza combustíveis fósseis, como o diesel e a gasolina. Além disso, os defensivos agrícolas e adubos têm substâncias derivadas de petróleo em sua composição. Até o óleo usado nas máquinas entra na conta do balanço ambiental.
Um dos problemas pode ser o odor que se espalha pelo ar, proveniente da vinhaça desde que ela não seja manejada de forma eficiente.
Ela já reduz hoje entre 60% e 90% das emissões (dependendo da eficiência do processo de fabricação). Não há estudos que indiquem uma redução ainda maior.
Parte da alta de preços de alimentos no mundo, no ano passado, pode ser atribuída à expansão da lavoura de milho voltada para a produção de etanol nos Estados Unidos, mas o mundo produz mais alimento do que consome. Em São Paulo a plantação de cana ocupou o espaço de pastagens, nos últimos anos, sem que a produção de carne bovina tenha diminuído.
No Brasil, dificilmente isso ocorrerá. Dos 340 milhões de hectares disponíveis para plantio (aráveis) no país, somente 90 milhões seriam adequados à cultura de cana, que atualmente ocupa apenas 7 milhões de hectares (metade deles para a produção de açúcar).
O que tem mais chance de acontecer é um deslocamento das lavouras à medida que a cana dominar os espaços antes ocupados por outras culturas. Pode haver ajustes de preços regionais por causa de mudanças na logística de abastecimento.
Antes da adoção da colheita 100% mecanizada a realidade do cortador de cana ainda era muito difícil, com jornadas pesadas. Atualmente o respeito e a preocupação com a saúde ocupacional e a segurança do trabalho fazem do setor um exemplo de respeito.
O etanol emprega vinte vezes mais mão-de-obra por litro produzido do que o combustível fóssil e alternativas energéticas como o hidrogênio e a eletricidade.
São Paulo emprega 400.000 pessoas diretamente na produção do açúcar e do álcool atualmente. Mas, com o avanço das técnicas e a mecanização da lavoura, esse número pode cair à metade. Em outras regiões produtoras a tendência é a mesma, mas em ritmo menor.
Em tese, há ainda 77 milhões de hectares a ser ocupados no Brasil sem afetar o espaço dedicado a outras culturas. Atualmente, a cana-de-açúcar ocupa 7 milhões de hectares, menos do que a soja (22 milhões) e o milho (13 milhões).
Faltam, principalmente, profissionais de nível superior com qualificação específica, como engenheiros. Não há cálculos exatos desse déficit.
O preço do etanol brasileiro é bastante competitivo. É até 50% mais baixo do que o do etanol de milho, o que explica o fato de o Brasil deter hoje 40% da produção mundial de etanol.
Não. Os subsídios foram pesados no passado, na primeira fase do programa do álcool, mas hoje não há nenhum subsídio aos produtores. O que existe é uma tributação diferenciada, que é maior para a gasolina do que para o etanol, por suas qualidades ambientais. A mesma política é adotada para o gás liquefeito de petróleo (GLP) e o diesel.
Nos últimos 10 anos, o governo americano passou a dar mais ênfase à produção de etanol, como alternativa à dependência de petróleo e ao aquecimento global.
A principal delas é o desenvolvimento das novas tecnologias de extração de etanol das plantas. Os estudos indicam que se poderá até triplicar a quantidade de álcool se se passar a aproveitar o bagaço e as folhas da planta no processo de produção.
A qualidade do produto final é igual. O que os diferencia é a produtividade. Um hectare de cana-de-açúcar produz 7.500 litros, enquanto 1 hectare de milho produz 3.000 litros.
Investir pelo menos quinze vezes mais do que o atual patamar de 100 milhões de dólares por ano somente em pesquisa para a obtenção da tecnologia de produção do etanol de celulose, que, além de aumentar a produtividade por hectare, possibilita a utilização de outras plantas e até mesmo de madeira.
Embora já se tenha avançado nesse campo, falta uma padronização mais rígida para que o etanol se torne um produto de consumo mundial e ganhe mercado.
São mais de 5.000 no banco de espécies para pesquisa, das quais 100 já têm uso comercial. Não existe aquela que se possa considerar a melhor. As grandes usinas chegam a trabalhar com dezenas de variedades simultaneamente, usando uma para cada espécie de solo e de topografia.
A padronização técnica, o zoneamento econômico-ecológico, em que se delimitarão as áreas de produção de forma que não afetem outras culturas nem a mata nativa da Amazônia e do cerrado, e a expansão do mercado internacional.
A perspectiva é que o melhoramento genético e a hidrólise (extração de etanol também das folhas e do bagaço) produzam ganhos de produtividade da ordem de 50%.
O aprimoramento genético da cana e o desenvolvimento da tecnologia de lignocelulose, por meio da qual se poderá obter etanol de diversos outros tipos de plantas e a produção do SAF que é o combustível da aviação.
O Brasil investe 100 milhões de dólares por ano, enquanto os Estados Unidos investem 1,5 bilhão de dólares por ano somente em pesquisa.
O Brasil precisaria investir pelo menos quinze vezes mais do que isso para empatar com os Estados Unidos e se manter na disputa pela posição de liderança.
Não totalmente. Bons acordos podem garantir acesso à tecnologia. As plantas tropicais oferecem mais quantidade de biomassa do que as plantas de regiões temperadas. Até essa vantagem a natureza deu ao Brasil na corrida pelo combustível do futuro.
As mais desenvolvidas são o milho e a cana. Alguns países utilizam também a beterraba, o trigo e a mandioca. Brasil e EUA produzem 85% do etanol mundial (O Brasil produziu 21,5 bilhões de litros e os EUA, 24,5 bilhões de litros, na última safra). O terceiro colocado é a China, com 2,7% de participação nesse mercado. Em quarto lugar está a União Européia, com 2,5%.
Brasil (cana-de-açúcar), Estados Unidos (principalmente milho, mas com boa perspectiva de chegar primeiro ao etanol de celulose), Canadá (trigo e milho), China (mandioca), Índia (cana, melaço) e Colômbia (cana e óleo de palma). A Alemanha produz metade do biodiesel do mundo.
A primeira é a limpeza. Para cada litro de gasolina utilizado na lavoura ou na indústria, são produzidos 9,2 litros de etanol. No caso do etanol de milho, essa relação cai para 1,4 litro de etanol para cada litro de combustível fóssil empregado no processo.
A segunda é a produtividade. No Brasil, são produzidos 7 500 litros de etanol por hectare plantado de cana. No caso do milho, cada hectare produz 3.000 litros.
O etanol é o único que alia maturidade tecnológica e baixo custo de produção.
A cana-de-açúcar se desenvolve melhor nas regiões entre os trópicos. Isso compreende a porção norte da América do Sul, África, sul da Ásia, norte da Oceania, América Central e sul da América do Norte. Mas hoje só China, Colômbia, Tailânda, Índia e Austrália têm produção regular.
Porque os Estados Unidos se renderam às evidências e, como são o maior consumidor de combustível do planeta, chamaram a atenção de todos para a inevitabilidade de conseguir um combustível limpo em curto prazo.
A alcoolquímica, o equivalente do etanol para a petroquímica, já desenvolveu alguns produtos, como plásticos e resinas. Ainda são experimentais, mas começam a surgir negócios como a substituição de nafta por etanol na fabricação de tubos de PVC. É grande a expectativa sobre o plástico de etanol, que tem a vantagem de ser biodegradável.
Isso é possível com a utilização do bagaço de cana que sobra na fabricação do etanol. Se todas as 336 usinas brasileiras estivessem produzindo eletricidade, trabalhando com a tecnologia mais avançada já disponível, o potencial de geração seria de 12.000 megawatts, em 2015, similar à capacidade da usina de Itaipu. Esse potencial poderá triplicar, nos próximos dez anos, com os novos processos em desenvolvimento.
As primeiras experiências no Brasil foram feitas na década de 20, mas o grande impulso se deu na década de 70, quando foi criado o programa nacional do álcool.
Dos 19 milhões de automóveis, cerca de 13,6 milhões são movidos a gasolina. Há 200.000 carros movidos a álcool. Outros 5,2 milhões são flex. No ano passado, 85% dos veículos novos saíram de fábrica com motor flex. A continuar assim, em 2015, quando a frota brasileira de automóveis estiver em 30 milhões de unidades, 19 milhões serão bicombustíveis.
Não. Calcula-se que toda a disponibilidade de terras e condições climáticas seja suficiente apenas para a produção de 20% do combustível utilizado no mundo.
No Brasil e em outras regiões tropicais do planeta o açúcar e álcool são produzidos a partir da cana-de-açúcar, enquanto na Europa o açúcar é extraído da beterraba. Aqui, da cana-de-açúcar também se faz álcool, produto que, nos Estados Unidos, provém principalmente do milho.
As usinas são responsáveis pela transformação da cana em açúcar e álcool, bem como por sua armazenagem.
É um trabalho conjunto entre as áreas agrícola e industrial, que vai da escolha das variedades de cana a ser plantadas com maiores teores de sacarose, o corte e o processamento na hora certa, para evitar perdas, até a estocagem.
A cana é composta, em média, de 65% a 75% de água, mas seu principal componente é a sacarose, correspondendo de 70% a 91% de seus sólidos solúveis.
A planta também contém glicose (de 2% a 4%), frutose (de 2% a 4%), sais (3% a 5%), proteínas (0,5% a 0,6%), amido (0,001% a 0,05%), ceras e graxas (0,05% a 0,15%) e corantes (3% a 5%).
No Brasil, o transporte da cana do campo para a usina é feito por rodovias, em caminhões carregados com cana em pedaços de 20 a 25 cm (colheita mecânica). Esses caminhões são pesados antes e após o descarregamento, obtendo-se assim o peso real da cana pela diferença entre as duas medidas. Algumas cargas são selecionadas e retiradas amostras para verificar, em laboratório, seu teor de sacarose.
A pesagem permite o controle agrícola, o pagamento do transporte, o controle da moagem e o cálculo de rendimento industrial e, com a medida do teor de sacarose na cana, se define o pagamento da mesma.
A cana é enviada imediatamente para as moendas. O descarregamento ocorre por meio de guindaste do tipo Hillo, direto para o preparo e moagem.
A cana picada é descarregada imediatamente e enviada para a moagem. O descarregamento direto é feito com o uso de guindastes do tipo Hillo, através de um tombador hidráulico para basculamento lateral dos caminhões, ou ainda por pivotamento lateral de caçambas fechadas.
A cana a ser processada é colocada em mesas alimentadoras, sendo transferida em esteiras metálicas até as moendas, passando pelo sistema de preparo. As mesas apresentam uma parte rodante, formada por eixos, correntes e taliscas, e conforme a sua inclinação, podem ser classificadas como:
– de grande inclinação: 45º.
As mesas convencionais, embora possuam grande capacidade de alimentação, tornam a mesma irregular, pois a camada de cana é muito alta, dificultando a alimentação e diminuindo a eficiência da lavagem da cana.
As mesas de 45°, por sua vez, trabalham numa velocidade maior, com uma camada de cana bem baixa, o que facilita uma alimentação mais regular e aumenta e a eficiência da lavagem da cana.
A lavagem nunca é feita na cana picada, pois provocaria um arraste muito grande de sacarose pela água.
Com a mecanização das lavouras ocorreu a eliminação do sistema de limpeza da cana com água. A alternativa é a introdução de sistemas de limpeza a seco, que permitem a remoção de impurezas minerais e parte das impurezas vegetais, resultado da colheita mecanizada ou da colheita de cana crua.
A mesa alimentadora controla a quantidade de cana sobre uma esteira metálica que a transfere ao setor de preparo, etapa que tem o propósito de aumentar a sua densidade e, conseqüentemente, a capacidade de moagem, bem como realizar o máximo rompimento das células para liberação de seu caldo, obtendo-se uma extração maior.
O sistema de preparo é constituído por um ou dois jogos de facas – dos quais o primeiro é apenas nivelador -, que prepara a cana a ser enviada ao desfibrador.
O jogo de facas é um equipamento rotativo de facas fixas ou oscilantes que opera a uma velocidade periférica de 60 m/s, e tem por finalidade aumentar a densidade da cana, cortando-a em pedaços menores, preparando-a para o trabalho do desfibrador.
O desfibrador é formado por um rotor no qual é acoplado um conjunto de martelos oscilantes que gira de forma a forçar a passagem da cana por uma pequena abertura (1 cm) ao longo de uma placa desfibradora. A velocidade periférica dos desfibradores, de 60 a 90 m/s, chega a fornecer índices de preparo de 80 a 92%. Este índice seria uma relação entre o açúcar das células que foram rompidas pelo desfibrador e o açúcar da cana.
Após o sistema de preparo, a altura do colchão de cana é uniformizada por um equipamento chamado espalhador, que fica no ponto de descarga da esteira metálica para uma correia transportadora de borracha.
Esta correia trabalha em alta velocidade (100 a 150 m/min) para reduzir a espessura da camada de cana e facilitar o trabalho do eletroímã. Este realiza a operação de remoção de materiais ferrosos, protegendo os equipamentos de extração, mais especificamente os rolos da moenda.
Em seguida é realizada a alimentação da moenda por um dispositivo denominado bicão ou pela adoção de um sistema mais moderno, conhecido como chute Donnelly ou calha de alimentação forçada.
Dentro desta calha, a cana forma uma coluna com maior densidade, favorecendo a alimentação e capacidade da moenda. O nível da cana dentro da calha é utilizado para controlar a velocidade dos transportadores e, consequentemente, a alimentação da moenda.
A cana é constituída de caldo e fibra. O açúcar, que é o produto que realmente interessa, está dissolvido no caldo; portanto, o objetivo é extrair a maior parte possível deste caldo.
Em escala industrial existem dois processos de extração: a moagem e a difusão.
A moagem é um processo volumétrico e consiste em deslocar o caldo contido na cana. Este deslocamento é conseguido fazendo a cana passar entre dois rolos, submetidos à determinada pressão e rotação, sendo o volume gerado menor que o volume da cana.
O excesso volumétrico, desprezando-se o volume de caldo reabsorvido pelo bagaço, deve ser deslocado, correspondendo a um volume de caldo extraído.
Um objetivo secundário da moagem, porém importante, é a produção de um bagaço final em condições de propiciar uma queima rápida nas caldeiras. Vale ressaltar que o bagaço de cana permite a autossuficiência das usinas brasileiras em energia elétrica, que chegam a vender seus excedentes.
Na primeira unidade de moagem ocorre a maior parte da extração, pelo deslocamento do caldo. A cana tem aproximadamente sete partes de caldo para cada parte de fibra; já no primeiro bagaço essa proporção cai para 2 a 2,5 vezes e é fácil perceber que, se não houver algum artifício, as moendas posteriores não terão condições de deslocar caldo algum, mesmo que se aumente a pressão na camada de bagaço.
O artifício utilizado é a embebição.
Cada conjunto de rolos de moenda, montados numa estrutura denominada “castelo”, constitui um terno de moenda.
O número de ternos utilizados no processo de moagem varia de quatro a sete e cada um deles é formado por três rolos principais denominados: rolo de entrada, rolo superior e rolo de saída.
Normalmente, as moendas contam com um quarto rolo, denominado rolo de pressão, que melhora a eficiência de alimentação e a de extração.
É o artifício de adicionar água ao bagaço para diluir seu caldo remanescente, aumentando a extração de sacarose. A embebição pode ser simples, composta, ou com recirculação. A eficiência aumenta da primeira para a última, porém, a mais utilizada é a composta, já que a terceira pode causar sérios problemas de alimentação nas moendas.
Esse processo consiste em adicionar água entre os dois últimos ternos e fazer retornar o caldo extraído deste último para o anterior e assim sucessivamente até o segundo terno.
Normalmente os caldos dos dois primeiros ternos são misturados e constituem o denominado caldo misto. Com este sistema, consegue-se extração de 94 a 97%, e umidade final do bagaço de aproximadamente 50%.
Durante a passagem da cana pelas moendas ocorre a queda de fragmentos de cana ou bagaço, denominados bagacilho.
A quantidade de bagacilhos deve ser controlada, uma vez que a queda excessiva indica deficiência no ajuste das moendas.
O bagacilho que sai das moendas junto com o caldo misto deve ser peneirado e retornar ao sistema de moagem, enquanto o caldo misto, já livre da maior parte dos fragmentos, é enviado para a fabricação de açúcar ou álcool.
É um processo pouco utilizado no Brasil, semelhante à moagem. A diferença básica entre os dois processos reside na maneira de separar o caldo da fibra.
O difusor realiza duas operações: a difusão propriamente dita, a separação por osmose, relativa apenas às células não-rompidas da cana, aproximadamente 3%; e a lixiviação, ou seja, o arraste sucessivo, pela água, da sacarose e das impurezas contidas nas células abertas.
Toda água é adicionada na seção final do difusor e circula em contracorrente com o fluxo da cana. Neste processo, é fundamental que o índice de preparo da cana seja superior a 90%.
A remoção de água ou desaguamento do bagaço após a etapa de difusão é realizada através de rolos, como no processo de moagem.
Após a extração do caldo, obtém-se o bagaço, constituído de fibra (46%), água (50%) e sólidos dissolvidos (4%). A quantidade de bagaço obtida varia de 240 a 280 kg por tonelada de cana, e o açúcar nele contido representa uma das perdas do processo.
O bagaço alimentará as caldeiras, onde é queimado, e a energia liberada transforma água em vapor. O vapor, com pressão média de 18 – 21 kgf/cm2, é utilizado no acionamento das turbinas onde ocorrerá a transformação da energia térmica em energia mecânica.
Estas turbinas são responsáveis pelo acionamento dos picadores, desfibradores, moendas etc., bem como pelo acionamento dos geradores para a produção da energia elétrica necessária nos vários setores da indústria.
O vapor liberado por estas turbinas é de baixa pressão (1,3 – 1,7 kgf/cm2) denominado vapor de escape, que é reaproveitado como a energia básica necessária no processo de fabricação de açúcar e de álcool.
O caldo de cana obtido no processo de extração apresenta uma quantidade e qualidade variável de impurezas, solúveis ou insolúveis.
O tratamento primário visa a eliminação máxima das impurezas insolúveis (areia, argila, bagacilho etc.), cujos teores variam de 0,1 a 1%. A eliminação deste material beneficia o processo e aumenta a eficiência e a vida útil dos equipamentos instalados, contribuindo também para a obtenção de produtos finais de melhor qualidade.
O equipamento utilizado são as peneiras fixas com aberturas de 0,5 a 2 mm, localizado bem próximo da moenda para eliminar o material mais grosseiro em suspensão (bagacilho). O material retido, constituído principalmente de caldo e bagacilho, retorna por meio de raspas entre o primeiro e o segundo terno da moenda ou mesmo antes do primeiro terno.
Atualmente, o peneiramento do caldo é realizado por diferentes tipos de peneiras (DSM, plana, rotativa, vibratória), que utilizam telas de vários modelos e aberturas (0,2 a 0,7 mm), com uma eficiência da ordem de 60 – 80%. Também retorna à moenda o material retido.
Após o tratamento primário, a massa de caldo a ser processada é quantificada através de medidores de vazão, permitindo um melhor controle químico do processo.
Apesar do tratamento preliminar citado, o caldo de cana contém, ainda, impurezas menores, que podem ser solúveis, coloidais ou insolúveis. Assim, ele passa por um tratamento químico, que visa principalmente à coagulação, à floculação e à precipitação destas impurezas, que são eliminadas por sedimentação.
É necessário, ainda, fazer a correção do pH para evitar inversão e decomposição da sacarose.
O caldo tratado pode ser enviado à fabricação de açúcar ou de álcool. No segundo caso, a etapa de sulfitação não é obrigatória.
Consiste na absorção do SO2 (anidrido sulfuroso), pelo caldo, baixando o seu pH original a 4,0 – 4,4. A sulfitação é realizada usualmente em uma coluna de absorção que possui, em seu interior, pratos perfurados.
O caldo é bombeado na parte superior da torre e desce por gravidade através dos pratos em contracorrente com o SO2 gasoso, aspirado por um exaustor ou ejetor instalado no topo da coluna.
Devido à grande solubilidade de SO2 na água, pode-se obter uma absorção de até 99,5% com este equipamento. O SO2 gasoso é produzido na usina através da queima do S (enxofre) na presença de ar, em fornos especiais.
A sulfitação tem como objetivos principais inibir reações que causam formação de cor; a coagulação de colóides solúveis; a formação do precipitado CaSO3 (sulfito de cálcio); e diminuir a viscosidade do caldo e, conseqüentemente, do xarope, massas cozidas e méis, facilitando as operações de evaporação e cozimento.
O consumo médio de enxofre pode ser estimado em 150 g/saco de 50 kg de açúcar.
Trata-se do processo de adição do leite de cal (Ca (OH)2) ao caldo, elevando o seu pH a valores da ordem de 6,8 a 7,2. A calagem é realizada em tanques ou em linha, num processo contínuo, objetivando o controle do pH final.
O leite de cal também é produzido na própria usina através da “queima” da cal virgem (CaO) em tanques apropriados (piscina de cal ou hidratador) segundo a reação: CaO + H2O Ca (OH)2 + calor O Ca (OH)2 produzido apresenta uma concentração de 3 – 6° “Baumé”, antes de ser adicionado ao caldo.
Esta neutralização tem por objetivo a eliminação de corantes do caldo, a neutralização de ácidos orgânicos e a formação de sulfito e fosfato de cálcio, produtos estes que, ao sedimentar, arrastam consigo impurezas presentes no líquido.
O consumo da cal (CaO) varia de 500 a 1.000 g/TC, segundo o rigor do tratamento exigido.
O aquecimento do caldo é realizado em equipamento denominado trocador de calor, constituído por feixe tubular, no qual passa o caldo, localizado no interior de um cilindro por onde circula vapor de água saturado.
O caldo é aquecido a aproximadamente 105°C, com a finalidade de acelerar e facilitar a coagulação e floculação de colóides e não-açúcares protéicos, emulsificar graxas e ceras, ou seja, acelerar o processo químico, aumentando a eficiência da decantação, além de possibilitar a degasagem do caldo.
É a etapa de purificação do caldo pela remoção das impurezas floculadas nos tratamentos anteriores.
Este processo é realizado de forma contínua em um equipamento denominado clarificador ou decantador, que possui vários compartimentos (bandejas) para aumentar a superfície de decantação, ou ainda em decantadores modernos de bandeja única.
A adição de polímeros em torno de 2 g/TC acelera a velocidade de decantação e favorece a obtenção de um caldo de melhor qualidade.
O caldo decantado é retirado da parte superior de cada compartimento e enviado ao setor de evaporação para concentração. As impurezas sedimentadas, com uma concentração de sólidos de aproximadamente 10°Bé, constituem o lodo, que normalmente é retirado do decantador pelo fundo e enviado ao setor de filtração, para recuperação do açúcar.
O tempo de residência do caldo no decantador, dependendo do equipamento empregado, varia de 45 minutos a 4 horas, e a quantidade de lodo retirada representa de 15 a 20% do peso do caldo que entra no decantador.
Antes de ser enviado aos filtros rotativos, o lodo retirado do decantador recebe a adição de, aproximadamente, 5 kg de bagacilho/TC, que agem como auxiliar de filtração.
Esta filtração visa recuperar o açúcar contido no lodo, fazendo com que este retorne ao processo na forma de caldo filtrado. O material retido no filtro recebe o nome de torta e é enviado à lavoura para ser utilizado como adubo. É importante controlar a perda de açúcar na torta, pois seu valor não deveria ser superior a 1%.
O caldo clarificado obtido nos decantadores é submetido a um processo de concentração através da eliminação da água. A primeira etapa da concentração é realizada no evaporador, que opera de forma contínua.
O evaporador é formado por caixas, normalmente em número de quatro ou cinco, ligadas em série, de maneira que o caldo sofre uma concentração progressiva da primeira à última. Para isto, é necessário injetar vapor só na primeira caixa, pois a própria água evaporada irá aquecer o caldo nas caixas seguintes. Este procedimento, conseguido devido à diferença de pressão existente entre os corpos, é mantido por um sistema gerador de vácuo, ligado à última caixa.
O caldo apresenta, inicialmente, uma concentração de 14 – 16°Brix chegando, no final, a 60 – 68°Brix, quando recebe a denominação de xarope.
Após deixar os evaporadores, o xarope é enviado a outra etapa de concentração quando ocorrerá a formação dos cristais de açúcar, em virtude da precipitação da sacarose dissolvida na água. Há dois tipos de cristalização: a evaporativa ou cozimento e a cristalização por resfriamento.
São utilizados equipamentos denominados cozedores, tachos etc., semelhantes às caixas dos evaporadores, que trabalham individualmente sob vácuo, de forma descontínua ou contínua.
A evaporação da água dá origem a uma mistura de 50% de cristais envolvidos em mel (solução açucarada) que recebe o nome de massa cozida.
A concentração desta massa cozida é de aproximadamente 91 – 93°Brix, e sua temperatura, ao ser descarregada, é de 65°C.
Dependendo das conveniências pode-se trabalhar com os sistemas de uma, duas ou três massas cozidas.
A massa cozida é descarregada dos cozedores nos chamados cristalizadores – tanques em forma de U, dotados de agitadores -, onde irá ocorrer o resfriamento lento, geralmente com auxílio de água ou ar.
Esta operação visa recuperar parte da sacarose que ainda se achava dissolvida no mel, pois pelo resfriamento haverá deposição da sacarose nos cristais existentes, aumentando o tamanho deles.
Dos cristalizadores, a massa cozida resfriada segue para o setor de centrifugação e é descarregada nas centrífugas. Estas são construídas por um cesto perfurado, fixado a um eixo e acionado por um motor que o gira a alta velocidade. A ação da força centrífuga faz com que o mel atravesse as perfurações da tela do cesto, ficando retidos, em seu interior, somente os cristais de sacarose.
O processo se completa pela lavagem do açúcar com água e vapor, ainda no interior do cesto.
O mel removido é coletado em um tanque e retorna aos cozedores para recuperação do açúcar dissolvido ainda presente, até que se atinja um maior esgotamento do mesmo. A partir deste ponto, o mel passa a ser denominado mel final ou melaço e é enviado para a fabricação de álcool.
O açúcar descarregado das centrífugas apresenta alto teor de umidade (0,5 a 2%) bem como temperatura elevada (65 – 85°C) devido à lavagem com vapor.
O resfriamento e a secagem do açúcar são realizados em um secador, um tambor metálico através do qual passa, em contracorrente, um fluxo de ar succionado por um exaustor.
Ao deixar o secador, com uma temperatura entre 35 e 40°C e umidade na faixa de 0,03 a 0,04%, o açúcar está pronto para ser enviado ao ensaque.
O ar passa pelo secador arrasta consigo uma pequena quantidade de pó de açúcar, sendo, portanto, necessária a lavagem deste ar para recuperação do açúcar arrastado, retornando-o posteriormente ao processo.
Do secador, o açúcar é recolhido a uma moega com fundo afunilado, que o despeja de forma descontínua, diretamente no saco localizado em cima de uma balança, realizando, portanto, a operação de ensaque e pesagem. Máquinas de costura industriais realizam o fechamento do saco, que, então, está pronto para a armazenagem.
O açúcar é armazenado em sacos de 50 kg ou a granel em locais previamente determinados, facilitando o controle de qualidade.
A eficiência global dos processos de fabricação de açúcar e álcool está em média em torno de 87%.
No Brasil, além do açúcar e do melaço, o caldo da cana é utilizado também na produção de álcool.
O álcool é obtido após a fermentação do caldo ou de uma mistura de melaço e caldo, através de um processo bioquímico. Mas, antes de ser enviado ao processo fermentativo, este caldo deve receber um tratamento de purificação.
Após passar pelo tratamento inicial, o caldo deverá passar pela pasteurização com aquecimento e resfriamento imediato. Um tratamento mais completo do caldo implica adição de cal, aquecimento e posterior decantação, tratamento semelhante ao utilizado na fabricação de açúcar.
Em geral, o resfriamento do caldo é realizado em duas etapas:
Livre de impurezas (areia, bagacilho etc.) e devidamente esterilizado, o caldo está pronto para ser encaminhado à destilaria.
O mosto é uma solução de açúcar cuja concentração foi ajustada de forma a facilitar a sua fermentação. Basicamente é constituído pela mistura de méis e caldo, com uma concentração de sólidos de 17 a 22°Brix. Caso haja necessidade, usa-se água para o ajuste do Brix.
O processo de fermentação mais utilizado nas destilarias do Brasil é o Melle-Boinot, cuja característica principal é a recuperação de leveduras através da centrifugação do vinho.
Esta levedura recuperada, antes de retornar ao processo fermentativo, recebe um tratamento severo, que consiste em diluição com água e adição de ácido sulfúrico até, normalmente, pH = 2,5, ou mais baixo (pH = 2), no caso de haver infecção bacteriana.
Esta suspensão de fermento diluído e acidificado, conhecido na prática com o nome pé-de-cuba, permanece em agitação por 1 a 3 horas, antes de retornar à dorna de fermentação.
É na fase de fermentação que os açúcares são transformados em álcool. As reações ocorrem em tanques, denominados dornas de fermentação, onde se misturam o mosto e o pé-de-cuba na proporção de 2 por 1, respectivamente. O mosto é alimentado nas dornas em um tempo entre 4 e 10 horas.
Os açúcares (sacarose) são transformados em álcool. Durante a reação, ocorre intensa liberação de gás carbônico, a solução aquece-se e ocorre a formação de alguns produtos secundários como álcoois superiores, glicerol, aldeídos etc.
O tempo de fermentação varia de 4 a 12 horas. Ao final deste período, praticamente todo o açúcar já foi consumido, com a consequente redução da liberação de gases.
Ao terminar a fermentação, o teor médio de álcool nestas dornas é de 7 a 10%, e a mistura recebe o nome de vinho fermentado.
Devido à grande quantidade de calor liberado durante o processo e à necessidade de a temperatura ser mantida baixa (34°C), é preciso realizar o resfriamento do vinho, circulando água em serpentinas internas às dornas, ou em trocadores de calor, por onde o vinho é bombeado continuamente com água em contracorrente.
Atualmente, este processo de fermentação é realizado de forma descontínua ou contínua, em dornas abertas ou fechadas. Nestas últimas, procede-se à lavagem dos gases de saída para recuperação do álcool evaporado pela passagem através de uma torre e por absorção do álcool em água, que é retornada ao processo.
O vinho que vem da fermentação possui, em sua composição, 7 a 10°GL (% em volume) de álcool, além de outros componentes de natureza líquida, sólida e gasosa.
Dentro dos líquidos, além do álcool, encontra-se a água com teores de 89 a 93%, glicerina, álcoois homólogos superiores, furfural, aldeído acético, ácidos succínico e acético etc., em quantidade bem menores. Já os sólidos são representados por bagacilho, leveduras e bactérias, açúcares não-fermetescíveis, sais minerais, matérias albuminóides e outros, e os gasosos, principalmente pelo CO2 e SO2.
O álcool presente neste vinho é recuperado pela destilação, processo que se utiliza dos diferentes pontos de ebulição das diversas substâncias voláteis presentes, separando-as. A operação é realizada com auxílio de sete colunas distribuídas em quatro troncos: destilação propriamente dita, retificação, desidratação e debenzolagem.
A destilação é processada em três colunas superpostas: A, A1 e D. Nestas, o etanol é separado do vinho (inicialmente com 7 a 10°GL) e sai com a flegma (vapores com 40 a 50°GL). A destilação elimina ainda impurezas (ésteres e aldeídos).
O vinho é alimentado no topo da coluna A1, descendo pelas bandejas e sofrendo a epuração, sendo a flegma retirada no fundo desta (bandeja A16) e enviada à coluna B.
Os voláteis, principalmente ésteres 9 e aldeídos, são concentrados na coluna D e retirados no seu topo, sendo condensados em dois condensadores R e R1, onde uma fração deste líquido (90 a 95%) retorna ao topo D e outra é retirada como álcool de 2ª, com graduação de aproximadamente 92°GL.
A coluna A tem por finalidade esgotar a maior quantidade possível de álcool do seu produto de fundo, que é denominado vinhaça.
A vinhaça, retirada a uma proporção aproximada de 13 litros para cada litro de álcool produzido, é constituída principalmente de água, sais, sólidos em suspensão e solúveis e é utilizada na lavoura como fertilizante, sendo seu calor parcialmente recuperado pelo vinho em um trocador de calor. A sua graduação alcoólica não deve ser superior a 0,03°GL.
O aquecimento do sistema é realizado pela injeção de vapor (escape ou vegetal) no fundo da coluna A, ou indiretamente através do trocador de calor A2.
Através da coluna P, o ciclohexano é recuperado no topo e reciclado à coluna C, enquanto a mistura água-álcool é retirada pelo fundo e enviada à coluna B1. Desta forma, o ciclohexano arrastado é recuperado, sendo necessária apenas uma pequena reposição. O aquecimento da coluna é realizado de forma direta.
Os álcoois produzidos, hidratado e anidro, são quantificados através de medidores de vazão ou tanques calibrados e são enviados para armazenagem em tanques de grande volume, situados em parques de tanques, onde aguardam sua comercialização e posterior remoção por caminhões.
