Impactos ambientais da produção de biodiesel de soja
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Impactos ambientais da produção de biodiesel de soja
Otávio Cavalett e Enrique OrtegaLaboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada
A produção de A produção de biocombustíveisbiocombustíveis tem se tornado um tem se tornado um tópico importante na discussão mundial em recursos tópico importante na discussão mundial em recursos energéticos. energéticos.
O O biodiesel de sojabiodiesel de soja ocupa um papel central na ocupa um papel central na discussão sobre biocombustíveis no Brasil.discussão sobre biocombustíveis no Brasil.
É apresentado como uma opção adequada para É apresentado como uma opção adequada para substituir uma parte da demanda de petróleosubstituir uma parte da demanda de petróleo..
Produção de biodiesel
Com uma Com uma visão mais criteriosa de todas as etapas visão mais criteriosa de todas as etapas do ciclo de vida da soja do ciclo de vida da soja os benefícios não parecem os benefícios não parecem ser tão claros. ser tão claros.
Necessita de uma grande quantidade de Necessita de uma grande quantidade de materiais materiais e energia fóssile energia fóssil nas etapas agrícola, industrial e de nas etapas agrícola, industrial e de transporte. transporte.
Os benefícios econômicos, sociais e ambientais da Os benefícios econômicos, sociais e ambientais da produção vão depender da produção vão depender da escala e do modoescala e do modo de de produção adotados.produção adotados.
Avaliação do impacto ambiental
Objetivo
Calcular e discutir indicadores Calcular e discutir indicadores quantitativos do desempenho quantitativos do desempenho ambiental, social e econômico ambiental, social e econômico
de cada etapa da cadeia de de cada etapa da cadeia de produção de biodiesel de soja.produção de biodiesel de soja.
Análise de Intensidade de MateriaisAnálise de Intensidade de MateriaisMassa indireta degradada no processoMassa indireta degradada no processo (“Ecological (“Ecological back-pack” Hinterberger and Schiller, 1998)back-pack” Hinterberger and Schiller, 1998)
Análise EAnálise EmmergéticaergéticaContribuições diretas e indiretas em energia Contribuições diretas e indiretas em energia
solar equivalentesolar equivalente (Odum, 1983; 1996)(Odum, 1983; 1996)
Análise de EAnálise de Ennergia Incorporadaergia IncorporadaEnergia comercial usadaEnergia comercial usada (Slesser, 1974 (Slesser, 1974 Herendeen, 1998)Herendeen, 1998)
Nutrients
Rain
Wind
Sun
Soil
MaterialsServices
Soybean
Corn
Loses
$
$
$
Legal reserve
Farmer
Corn
Soybean
Biodiversity
loses
Environmentalservices
Metodologias usadas
Análise de energia incorporadaFlu
xos d
e E
ntr
ad
a
Petr
óle
o e
qu
ivale
nte
(kg
petr
óle
o/k
g in
pu
t)
X =D
em
an
da G
lob
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e
petr
óle
o
418
60
000
J/k
g p
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óle
o3
,18
kg
CO
2/kg
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X =
Dem
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(J/k
g p
rod
uto
)
=
Em
issões g
lob
ais
de C
O2
(kg
CO
2/kg
pro
du
to)
Análise de intensidade de materiais
Fluxos de Entrada
X
=
MIF biótico(kg biótico/kg input)
MIF abiótico(kg abiótico/kg input)
MIF água(kg água/kg input)
MIF ar(kg ar/kg input)
X X X
= = =
IF biótico(kg biótico/kg prod.)
IF abiótico(kg abiótico/kg prod.)
IF água(kg água/kg prod.)
IF ar(kg ar/kg prod.)
Análise de emergia
Transformidade ou Emergia específica(SeJ/unidade input)
X
=
Emergia Total (seJ/kg ou J de produto)
Fluxos de Entrada
Produção agrícola de soja
Transporte
Esmagamento
Farelo Óleo
Esterificação
Mercado
Transporte rodoviário
Farelo de soja Farelo de soja exportadoexportadoÓleo de soja Óleo de soja refinadorefinado
BiodieselBiodiesel
Cadeia do biodiesel de soja
Diagrama sistêmico
Figura 2: Diagrama sistêmico resumido da cadeia de produção do biodiesel de soja
Trucktransp. I
SoybeanSun
Environ.resources
Rain
Crushing process
Soy meal
Soy oil
Biodieselconversion
Biodiesel
Materials& services
Materials& services
Materials& services
Materials& services
Soy meal
Emissions
CO2
Trucktransp. II
Materials& services
Entrada Combustível Água Aço Eletricidade Fertilizante Pesticidas Trabalho Serviços …..
Saída Produto
principal Co-produtos CO2
Efluentes industriais
Solo Resíduos …..
Contabilizar entradas e saídas
Produção agrícola de soja
Transporte
Esmagamento
Farelo Óleo
Esterificação
Mercado
Transporte rodoviário
Requer: 4,6 kg material abiótico 6,1 ton de água 0,14 kg fertilizante 3,5 m2 superfície cultivada 0,07 kg petróleo equivalente
Libera: 238 g CO2
6,0 kg solo
Emergia Tr = 1,01E+05 seJ/J
EYR = 1,80
%R = 35,6%
Produzir 1 kg de soja:
Energia Output/Input = 7,24
Requer: 7,3 kg material abiótico 8,9 ton de água 0,21 kg fertilizante 5,22 m2 superfície cultivada 0,27 kg petróleo equivalente
Libera: 864 g CO2
8,9 kg solo 1,26 kg efluentes
Energia Output/Input = 2,48
Produzir 1 litro de biodiesel:
Emergia Tr = 3,9E+05 seJ/J
EYR = 1,62
%R = 30,7%
Relação de energia = 2,48
Figura 3: Comparação da produção de biodiesel de soja com o uso de combustíveis fosseis no processo (a) e sem o uso de combustíveis fosseis no processo (b).
Produção de soja
Conversão
Solo
(b)
Produção de soja
Nutrientes
TransporteEsmagamento
ExtraçãoConversão
Solo
Comb.fósseis
Produção do biodiesel de soja usando-se combustíveis fósseis no processo(a)
Produção do biodiesel de soja sem o uso de combustíveis fósseis no processo
Chuva
Sol
Chuva
Sol
Nutrientes
1 litro de biodiesel
0,4 litros combustível fóssil
1 litro de biodiesel
0,68 litro de biodiesel
1,68 litro de biodiesel
TransporteEsmagamento
Extração
Ciclo de vida do biodiesel
Fluxo de materiais
0,00E+002,00E+034,00E+036,00E+038,00E+031,00E+041,20E+041,40E+04
Agricultura Transp. Rod. I Esmagamento eExtração
Transesterificação Transp. Rod. II
kg/h
a/an
o
Abiótico
Água
Ar
Energia
0,00E+00
2,00E+094,00E+09
6,00E+098,00E+09
1,00E+10
Agricultura Transp. Rod. I Esmagamento eExtração
Transesterificação Transp. Rod. II
J/h
a/an
o
Emergia
0,00E+001,00E+152,00E+153,00E+154,00E+155,00E+156,00E+157,00E+15
Agricultura Transp. Rod. I Esmagamento eExtração
Transesterificação Transp. Rod. II
seJ/
ha/
an
o
CO2 liberado
0,00E+00
2,00E+02
4,00E+02
6,00E+02
8,00E+02
Agricultura Transp. Rod. I Esmagamento eExtração
Transesterificação Transp. Rod. II
kg C
O2/
ha/
ano
Análise emergética
0,00E+005,00E+141,00E+151,50E+152,00E+152,50E+153,00E+153,50E+15
Ambientais Combustíveis Eletricidade Maquinário Bens M.O. e Serviços
seJ/
ha/
ano
Análise de fluxo de materiais
0,00E+00
1,00E+03
2,00E+03
3,00E+03
4,00E+03
5,00E+03
6,00E+03
Ambientais Combustíveis Eletricidade Maquinário Bens M.O. e Serviços
kg/h
a/an
o
Abiótico
Água
Ar
Análise de Energia Incorporada
0,00E+001,00E+092,00E+093,00E+094,00E+095,00E+096,00E+097,00E+09
Ambientais Combustíveis Eletricidade Maquinário Bens M.O. e Serviços
J/h
a/an
oImportância da emergia
Cenário futuro
B2:B2: 777 milhões litros777 milhões litros
+1,1 milhões de ha de soja+1,1 milhões de ha de soja+7 bilhões de m+7 bilhões de m33 de água de água+160 milhões de kg de NKP +160 milhões de kg de NKP +3,2 milhões de kg de agrotóxicos +3,2 milhões de kg de agrotóxicos -1,4 milhões de toneladas de CO-1,4 milhões de toneladas de CO22
B5:B5: 1,94 bilhões litros1,94 bilhões litros
+2,8 milhões de ha de soja+2,8 milhões de ha de soja+17,4 bilhões de m+17,4 bilhões de m33 de água de água+400 milhões de kg de NPK+400 milhões de kg de NPK +8,1 milhões de kg de agrotóxicos+8,1 milhões de kg de agrotóxicos-3,5 milhões de toneladas de CO-3,5 milhões de toneladas de CO22
Lei 11097 de 14 jan 2005Lei 11097 de 14 jan 2005
O Diesel é vendido no Brasil a 0,87 USD/l. O Diesel é vendido no Brasil a 0,87 USD/l.
Cerca de 70% desta valor são custos de transporte, Cerca de 70% desta valor são custos de transporte, margem de lucro e impostos, restando margem de lucro e impostos, restando 0,26 USD/l0,26 USD/l que que é o custo de produção do diesel.é o custo de produção do diesel.
O custo de produção do biodiesel foi de O custo de produção do biodiesel foi de 0,45 USD/l0,45 USD/l..
Custo Custo 73%73% maior que o diesel. maior que o diesel.
Aspectos econômicos
Diagrama sistêmico ampliado do biodiesel
R
Extração e refino
MS
Produção de soja
R
S M Aquecimento global e outros impactos ambientais
Conversão
Externalidades negativas
Danos a saúde humana e a
biodiversidade
S M
EnergiaProcesso industrial
CO2
Biodiesel
Petróleo
MComb.
AgroquímicosOutros
Combusti-veis
Agricultura
FlorestaR
Madeira
Área de floresta necessária para absorver os impactos devido ao uso
de recursos não renováveis
R = Recursos renováveis da naturezaS = Serviços e mão-de-obraM = Materiais da economia (suportados pelos combustíveis fósseis)
Produção de combustíveis fósseis
Área de floresta
Figura 4: Diagrama sistêmico da produção de biodiesel de soja.
Pode ser expressa como área necessária para Pode ser expressa como área necessária para sustentar uma atividade econômica somente com sustentar uma atividade econômica somente com base em base em recursos renováveis. recursos renováveis.
Este valor pode ser obtido:Este valor pode ser obtido:
Total de recursos não renováveisTotal de recursos não renováveis
Densidade de potencia emergética de uma Densidade de potencia emergética de uma floresta da região onde o sistema floresta da região onde o sistema
está está localizadolocalizado
Estimativa da capacidade de suporte
SASANPPNPP = =
(a) (b)
71%
Área agrícola
Área de floresta
35%
Área para absorver o impacto
2,5 ha2,5 ha de floresta de floresta
para cada para cada 1 ha de 1 ha de sojasoja para biodiesel. para biodiesel.
Figura 5: Esquema do modelo convencional de monocultura agrícola no Cerrado (a) e do modelo de produção de soja para biodiesel considerando uma área de suporte para absorver os impactos ambientais devido ao uso de recursos não renováveis no processo (b).
Os indicadores da cadeia de produção e Os indicadores da cadeia de produção e processamento do processamento do biodiesel de soja convencionalbiodiesel de soja convencional apresentados indicam que:apresentados indicam que:
Alternativas mais sustentáveis
A soja pode ser produzida em A soja pode ser produzida em sistemas alternativos sistemas alternativos mais sustentáveismais sustentáveis de forma a reduzir estes impactos de forma a reduzir estes impactos negativos no meio ambiente e na sociedade.negativos no meio ambiente e na sociedade.
Não é sustentávelNão é sustentável
Produz grandes impactos Produz grandes impactos ambientais ambientais
Sistema CooperbioFluxo
natural de nutrientes
Chuva
Sol
Solo
MateriaisServiços
Óleo/Milho
Etanol
Perdas
$
$
$
Reserva florestal
Produtor rural
Biodiversi-dade
Serviços ambientais
Info
LeiteVacas
Pasto
Leite
Cana-de-açúcar
Soja/Milho
Óleo/Farelo
$
Micro destilaria
Uréia
Figura 6: Diagrama sistêmico do sistema proposto pela Cooperbio.
Indicadores emergéticos
Indices de emergia Convencional CooperbioTransformidade (Tr) 66701 99007
Razão de rendimento líquido de emergia (EYR) 1,43 1,59
Razão de carga ambiental (ELR) 3,74 1,85Renovabilidade (%R) 21,1% 35,1%Concentração de potência emergética (ED) 1,14E+12 6,82E+11Razão de investimento de emergia (EIR) 2,31 1,70Índice de troca de emergia (EER) 1,90 0,19Indicador de sustentabilidade de emergia (EIS) 0,38 0,86
Maior rendimento Maior rendimento líquido de emergialíquido de emergia
Menor impacto Menor impacto ambientalambiental
Mais sustentávelMais sustentável
Os métodos de avaliação foram eficientes para Os métodos de avaliação foram eficientes para descrever o desempenho descrever o desempenho econômico, social e econômico, social e principalmente ambientalprincipalmente ambiental da cadeia de produção do da cadeia de produção do biodiesel de soja.biodiesel de soja.
Os resultados mostram que a produção de biodiesel Os resultados mostram que a produção de biodiesel de soja de soja convencional convencional é uma alternativa pouco é uma alternativa pouco viávelviável levando-se em consideração os resultados levando-se em consideração os resultados obtidos nas avaliações econômicas, de materiais, obtidos nas avaliações econômicas, de materiais, energéticas, emergéticas e de emissões de COenergéticas, emergéticas e de emissões de CO22..
Conclusões 1/4
A fração da A fração da emergia renovávelemergia renovável no biodiesel no biodiesel é baixaé baixa..
A diminuição das A diminuição das emissões de COemissões de CO22 com o emprego com o emprego das misturas B2 e B5 das misturas B2 e B5 são inexpressivassão inexpressivas quando quando comparadas com comparadas com as queimadasas queimadas..
Se uma fração do biodiesel produzido é usada para Se uma fração do biodiesel produzido é usada para realimentar realimentar o processo, os impactos aumentam em o processo, os impactos aumentam em mais de 68%.mais de 68%.
O uso de biodiesel O uso de biodiesel irá competir com a produção de irá competir com a produção de alimentosalimentos e ampliará a demanda de terra e água. e ampliará a demanda de terra e água.
Conclusões 2/4
O biodieselO biodiesel pode ser uma opção pode ser uma opção para um futuro de para um futuro de diminuição na disponibilidade de combustíveis diminuição na disponibilidade de combustíveis fosseis.fosseis.
A futura viabilidade do biodiesel está ligada a A futura viabilidade do biodiesel está ligada a integração integração da produção de biocombustíveis com a da produção de biocombustíveis com a produção diversificada de alimentosprodução diversificada de alimentos, tirando-se , tirando-se proveito dos co-produtos e aumentando-se a proveito dos co-produtos e aumentando-se a reciclagem interna de materiais e energia.reciclagem interna de materiais e energia.
Conclusões 3/4
A avaliação de um A avaliação de um sistema alternativo mais sistema alternativo mais sustentávelsustentável mostra a possibilidade de se produzir mostra a possibilidade de se produzir agroenergia baseado em uma lógica mais racional e agroenergia baseado em uma lógica mais racional e sustentável.sustentável.
Permite a Permite a descentralização da produçãodescentralização da produção, a inserção e , a inserção e autonomia do autonomia do agricultor familiaragricultor familiar, a implantação de , a implantação de práticas práticas agroecológicasagroecológicas e a e a redução de redução de deslocamentosdeslocamentos entre as áreas produtoras e centros entre as áreas produtoras e centros consumidores.consumidores.
Conclusões 4/4