Produção de e-fuels no Chile a partir de energia eólica e CO2 capturado e estocado (CCS)
Em 2050, os biocombustíveis deverão atingir uma produção de 373 bilhões de litros no Brasil.
Cerca de 90% seriam dos tipos avançados, como o diesel verde, bioquerosene de aviação e combustíveis de uso marítimo.
No campo, eucalipto e cana-de-açúcar ocupariam o lugar de 6,1 milhões de hectares de pastagens.
Em consequência, 7% da produção de carne bovina dependeria de alimentos cultivados – 2 milhões de toneladas, o equivalente a 13% da demanda brasileira naquele ano.
O Brasil poderá exportar 8,2 milhões de t de bioquímicos e 159 bilhões de litros de biocombustíveis, obtendo receitas brutas da ordem de US$ 392 bilhões, em 2050.
Este cenário futurista da bioeconomia é apenas uma ilustração das potencialidades do país associadas à biotecnologia e faz parte do relatório Identificação das oportunidades e o potencial do impacto da bioeconomia para a descarbonização do Brasil, de novembro de 2022, organizado pela Associação Brasileira de Bioinovação (ABBI).
Elaborado por diversos especialistas, o estudo adverte que isso tudo só será possível mediante um “esforço coordenado na promoção de políticas públicas que considerem as particularidades e vantagens competitivas nacionais no contexto de transição para uma economia de baixo carbono”.
Por isso, Samuel Pereira, porta-voz da Raízen, a maior produtora de etanol da cana-de-açúcar do mundo, pondera:
Pereira: setor precisa contar com boas políticas públicas
“Embora o Brasil tenha disponibilidade de matérias-primas, o desenvolvimento desses produtos envolve decisões de investimentos, legislações e parcerias que muitas vezes levam tempo para decidir sobre sua correta governança e implementação no mercado. O incentivo aos novos biocombustíveis depende fortemente de sistemas de apoio, políticas públicas adequadas e iniciativas privadas para avançar no mercado, assim como as que estamos fazendo e colaborando junto aos nossos parceiros”.
As projeções mundiais apontam para uma tendência no uso de biocombustíveis, principalmente para atender a demanda dos veículos de grande porte, dos modais aéreos, marítimos e rodoviários, cuja eletrificação é mais complexa.
No Brasil, onde já existe uma cadeia plenamente estabelecida de produção de etanol, os biocombustíveis continuam sendo uma alternativa muito interessante, mesmo frente à eletrificação, como aponta o relatório da ABBI.
Etanol obtido a partir da cana-de-açúcar e o biodiesel produzido de óleos vegetais ou de gorduras animais são os dois principais biocombustíveis do Brasil.
O país é o segundo maior produtor mundial de energia por biocombustíveis, só fica atrás dos Estados Unidos.
O Boston Consulting Group (BCG) divulgou, em março, o informe Building the green hydrogen economy sinalizando que o hidrogênio verde está se tornando uma oportunidade de alta lucratividade para investimentos focados no desenvolvimento sustentável.
Ele desempenhará um papel fundamental na descarbonização de várias indústrias cujas emissões são difíceis de reduzir, como produtos químicos básicos, aviação, produção de aço, transporte marítimo e rodoviário de longa distância.
“Em 2021, a procura por hidrogênio foi de cerca de 94 milhões de toneladas, a maior parte na forma de hidrogênio cinza (de fontes fósseis); mas, até 2050, a demanda por hidrogênio de baixo carbono aumentará para cerca de 350 milhões a 530 milhões de t/ano. Para suprir essa demanda, governos e empresas devem investir aproximadamente de US$ 6 trilhões a US$ 12 trilhões entre 2025 e 2050 para produção e transporte”, de acordo com as estimativas do BCG.
Vão surgir oportunidades de investimento em vários pontos ao longo da cadeia de valor, desde o desenvolvimento de matéria-prima e geração de hidrogênio até o transporte e armazenamento do produto.
A necessidade de capital variará em cada elo da cadeia, e as políticas econômicas regionais influenciarão significativamente as escolhas dos investidores.
Além disso, US$ 300 bilhões a US$ 700 bilhões precisam ser implantados na indústria de hidrogênio imediatamente, entre 2025 e 2030, se os países quiserem atingir as suas metas líquidas de emissões de carbono, pontifica o estudo.
Projeto Haru Oni produz combustíveis sintéticos sustentáveis
Eletrocombustíveis – O vice-presidente sênior para o hub América Latina da Siemens Energy e general manager da Siemens Energy Brasil, André Clark, afirma que a primeira usina de tecnologia integrada e comercial em larga escala do mundo para a produção de combustíveis sintéticos climaticamente neutros foi inaugurada no final do ano passado.
O projeto Haru Oni, realizado pela Siemens Energy em parceria com diversas empresas internacionais, como a HIF e a Porsche, aproveita os fortes e constantes ventos da região de Magallanes, no sul do Chile, para produzir e-fuels a partir da água, da energia eólica e do CO₂ capturado do ar (CCS).
Os derivados gerados com o hidrogênio verde são o e-metanol – um carreador de energia líquido que emite cerca de 90% menos CO₂ do que seu similar de origem fóssil – e a e-gasolina, que é compatível com os motores dos veículos a combustão atuais.
“O projeto Haru Oni visa demonstrar que os e-fuels podem ser trazidos para o mercado em amplas quantidades e a preços competitivos. Cria a fundação para trazer energia verde para áreas que ainda estão pesadamente dependentes dos combustíveis fósseis. Essa é uma chave para alcançar os objetivos climáticos do setor de transportes. O conhecimento adquirido a partir desse projeto também ajudará a desenvolver soluções favoráveis ao clima em muitas outras aplicações”, informa Anne-Laure de Chammard, membro do conselho administrativo da Siemens Energy.
O hidrogênio, a base para o processo de sintetização dos combustíveis, é produzido em um eletrolisador da Siemens Energy e a turbina eólica da planta é da Siemens Gamesa.
O grande desafio do projeto foi combinar as etapas de produção dos combustíveis sintéticos, que antes só haviam sido testadas individualmente, e coordenar isso pela primeira vez em uma cadeia de produção eficiente e sem problemas.
A expectativa é que o sistema produza 130 mil litros de combustível sintético em 2023.
Após a fase piloto, planeja-se aumentar a capacidade para 55 milhões de litros de e-gasolina por ano até a metade da década e, cerca de dois anos depois, chegar a 550 milhões de litros por ano.
“Isso é combustível suficiente para mais de um milhão de pessoas dirigirem seus carros por quase um ano”, divulga a empresa alemã.
Na Europa, a maior instalação para produção comercial de combustíveis marítimos neutros em carbono está sendo construída na região nordeste da Suécia pela empresa dinamarquesa de energia Ørsted.
A partir de 2025, a usina, na cidade costeira de Örnsköldsvik, será capaz de produzir até 50 mil t/ano de e-metanol a partir de energia renovável e dióxido de carbono biogênico.
Isso poderá evitar o equivalente a 100 mil t/ano de emissões de CO2 por ano no transporte marítimo.
O projeto da FlagshipONE pode ser dimensionado e replicado em diversos locais, seja na Suécia ou em outros países, sendo uma alternativa para a necessidade de construção de plantas sob medida.
A abordagem padronizada foi criada pela empresa sueca Liquid Wind AB, desenvolvedora original da FlagshipONE. A Liquid Wind desenvolve instalações replicáveis para produzir combustível sintético e tem planos para desenvolver outras 10 instalações na Escandinávia até 2030.
A FlagshipONE utiliza eletricidade de fonte renovável para produzir hidrogênio verde por meio dos eletrolisadores da Siemens Energy.
E, em uma etapa adicional no processo de síntese, acrescenta dióxido de carbono biogênico aproveitando o calor e a energia gerados em uma usina de biomassa próxima da planta.
O e-metanol resultante é um eletrocombustível, ou combustível sintético neutro em CO2, fácil de armazenar e transportar.
O e-metanol será usado em motores de navios “dual-fuel” de última geração, sozinho ou na mistura com o combustível convencional, contribuindo para a descarbonização do transporte marítimo internacional, setor que representa 3% das emissões globais de carbono.
Clark: Brasil tem potencial para produzir hidrogênio verde
Clark acrescenta que “há uma grande oportunidade para alavancar o hidrogênio enquanto drive de reindustrialização no Brasil e na América Latina. Há recursos e tecnologias disponíveis para tornar essa ambição uma realidade, tendo o Brasil na liderança com o potencial custo marginal de produção mais baixo do planeta em hidrogênio verde, amônia verde e combustíveis sintéticos verdes, entre outros derivados”.
Segundo ele, a Siemens Energy vê o Brasil como um player extremamente competitivo e já desenvolve soluções e serviços para a viabilização do mercado de hidrogênio verde nos próximos 2 ou 3 anos, avaliando não apenas o armazenamento, transporte e abastecimento, mas todo o ciclo tecnológico e os diferentes ritmos de adaptação dos offtakers no atual cenário.
No mundo, a iniciativa Green Hydrogen Catapult, lançada em 2020 com o apoio da ONU, promove projetos de hidrogênio verde para uso nos setores marítimo e industrial. A coalizão é formada pelas empresas ACWA Power, Arcelor Mittal, CWP Global, Fortescue Future Industries, H2 Green Steel, Maersk, Yara, Hy Stor Energy, Power2X e ReNew.
Sua meta: aumentar a capacidade de produção em 50 vezes até 2026. O compromisso dos membros é implantar 80 GW de novos eletrolisadores (45 GW já estão comprometidos) e alcançar uma redução de custos de 50%, obtendo hidrogênio verde abaixo de US$ 2 por kg.
Raízen – A Raízen vê a matéria-prima cana como uma das maiores apostas para a transição de baixo carbono e, por isso, extrai o máximo do seu potencial energético para a produção de biocombustíveis, bioeletricidade e bioprodutos, como o etanol de segunda geração (E2G), o biogás, biometano e, futuramente, hidrogênio verde e o combustível de aviação sustentável (SAF, na sigla em inglês).
A produção de etanol E2G em larga escala está no horizonte da empresa.
“O biocombustível tem potencial de elevar em 50% a capacidade de produção de etanol da Raízen com a mesma área plantada. Basicamente, o E2G produz cada vez mais litros de combustível por tonelada e resulta em uma molécula que reduz em torno de 90% as emissões de gases do efeito estufa na comparação com combustíveis fósseis, além de ter 30% menos emissões se comparado com o etanol de primeira geração”, declara Samuel Pereira, gerente de transição energética.
“Além do E2G, a Raízen também vem apostando no desenvolvimento de novas soluções para a descarbonização do setor de transportes, aviação, siderurgia, mineração e agronegócio. Atualmente, a companhia faz parte de um projeto que visa validar a produção de hidrogênio renovável a partir do etanol em ônibus e carros movidos por células a combustão, sistema que está sendo testado no campus principal da Universidade de São Paulo (USP), e também de uma parceria que busca estimular o desenvolvimento do ecossistema de produção de SAF”, resssalta.
O plano da Raízen contempla a construção de 20 plantas de E2G até a safra 2030-31. Como o investimento médio por unidade é da ordem de R$ 1,2 bilhão, esse empreendimento deverá totalizar R$ 24 bilhões.
“Atualmente, a Raízen opera uma unidade de E2G no Parque de Bioenergia Costa Pinto, em Piracicaba-SP, e está construindo três plantas do biocombustível com operações previstas para iniciar em 2024. Cada nova instalação terá capacidade para gerar 82 milhões de litros de E2G por ano, correspondente ao dobro do potencial da unidade de Piracicaba”, revela Pereira.
No último ano, a empresa anunciou outras cinco plantas dedicadas à produção de etanol celulósico para atender um contrato de comercialização com a Shell.
“Se somarmos a de E2G em Piracicaba, mais as três unidades em construção e as cinco novas plantas anunciadas, até 2027, a Raízen terá um total de nove plantas de E2G em escala industrial, com capacidade de produção de 686 mil m3 por ano-safra. Com as 20 unidades de E2G em operação até a safra 2030-31, a capacidade instalada será de aproximadamente 1,6 milhão de m³ por ano”, ressalta.
“No âmbito do hidrogênio verde, estamos prevendo a construção de duas plantas dimensionadas na USP para produzir 5 kg/h de hidrogênio no curto prazo e, futuramente, a implementação de uma planta quase 10 vezes maior, de 44,5 kg/h. Com a validação da tecnologia, esse volume poderá ser expandido. Em SAF, tudo vai depender da demanda e dos avanços do mercado, mas a parceria entre a Raízen e a Embraer busca estimular o desenvolvimento do ecossistema de produção de combustível de aviação sustentável para que a disponibilidade do produto ocorra a partir de 2025”, explica o gerente.
A Raízen acredita que a validação das tecnologias de produção de novos biocombustíveis a partir do etanol são de extrema importância para a companhia e para o mercado em sua totalidade, especialmente por representar soluções de baixo carbono com alto potencial de contribuição para a descarbonização global.
A expectativa, prossegue Pereira, é aumentar cada vez mais a eficiência operacional e a prática da economia circular, produzindo soluções renováveis que irão colaborar com o processo de transição energética dos parceiros e clientes.
“No curto e médio prazo, continuaremos investindo no etanol de primeira e segunda geração para contribuir para as metas globais de descarbonização. Para o futuro, a companhia enxerga um grande potencial de uso do etanol para produção de combustível de aviação, produção de químicos e materiais, além do hidrogênio”.
Indagado sobre o impacto dessas novas tecnologias, Pereira salienta: “O E2G é um produto chave na transição energética, podendo ser usado para diversos fins além da mobilidade, oferecendo soluções para aplicação industrial e versões mais limpas para os combustíveis de aviação e marítimo. O etanol de primeira geração representa cerca de 80% a menos de emissões de CO2 em comparação com a gasolina e em outras aplicações pode ter um potencial muito relevante. O ciclo de vida do SAF, se comparado ao querosene de aviação (QAV), por exemplo, garante uma redução de 70% a 90% das emissões de CO2, considerando as rotas tecnológicas mais consolidadas”.
Em relação ao hidrogênio de etanol, o projeto de P&D pretende calcular a pegada de carbono do ciclo ‘do campo à roda’ e mensurar as emissões de CO2 na atmosfera, desde o cultivo da cana até o consumo do hidrogênio pela célula a combustível, tanto do Toyota Mirai, como do ônibus que circula na Cidade Universitária da USP.
Para concluir, Pereira diz que, “mesmo com a demanda de alguns biocombustíveis como, por exemplo, hidrogênio verde e o SAF, ainda não sendo muito bem definidas no Brasil, instituições do setor de diferentes instâncias governamentais e não-governamentais estão elaborando estudos, metas e estratégias de P&D para o avanço no segmento, especialmente pela nossa grande disponibilidade de fontes energéticas renováveis.
“Entretanto, o país tem um caminho a percorrer para construir marcos legais e uma lei efetiva que garanta a produção e a utilização dos biocombustíveis avançados em larga escala. Desta maneira, conseguiremos atrair mais investimentos e destaque mundial no cenário de renováveis”.
Shell – O reformador de etanol é um projeto de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (PD&I) da Shell, em parceria com a Raízen, Hytron, USP, Senai-CETIQT e a Toyota, que tem o objetivo de demonstrar que o etanol pode ser um vetor para produzir hidrogênio renovável, aproveitando a logística da indústria de etanol e o amplo conhecimento e domínio sobre o ciclo da cana-de-açúcar já existentes no país.
Ele foca na sustentabilidade e na descarbonização de setores industriais que hoje consomem energia proveniente de combustíveis fósseis, relata Alexandre Breda, gerente de tecnologia de baixo carbono da Shell Brasil.
“Essa pesquisa tem um caráter inovador porque é a primeira vez que a reforma a vapor de etanol é testada em escala de planta-piloto no mundo”, explica Breda.
“Em vez de armazenar e transportar o hidrogênio – algo caro e ainda desafiador para ser feito no momento –, o etanol será conduzido para a conversão em hidrogênio no ponto final de consumo”.
O executivo frisa que uma das vantagens em se adotar essa tecnologia é o aumento da capacidade de transporte da fonte de energia.
Hoje, o deslocamento do etanol do local de produção até o destino é feito em caminhões-tanque, que têm capacidade para armazenar 45 mil litros, o equivalente a aproximadamente 7.500 kg de hidrogênio.
Esse mesmo veículo conduzindo como carga o hidrogênio comprimido conseguiria transportar somente 1.500 kg de hidrogênio, 5 vezes menos.
Outro ganho trazido por essa solução é a facilidade de se replicar a tecnologia globalmente, devido ao baixo custo de transporte do biocombustível.
Breda agrega que a Shell trabalha, no momento, na fabricação de uma planta-piloto instalada dentro do campus universitário da USP, em São Paulo.
A previsão para início da operação é o segundo semestre de 2024.
Para validar a tecnologia da conversão do etanol em H2 renovável, será adotado o processo de reforma a vapor.
Nesse método, o etanol reage com água dentro de um reator, onde é submetido a alta temperatura e pressão, e é convertido em hidrogênio renovável.
O projeto é financiado pela Shell com recursos, oriundos da cláusula da Agência Nacional do Petróleo (ANP) – cerca de R$ 50 milhões, conforme Pereira, da Raízen – que estabelece que concessionários devem investir 1% do valor da receita bruta de produção de óleo e gás em PD&I. Em 2022, a Shell Brasil investiu R$ 612 milhões, sendo que 30% desse valor foi destinado a projetos voltados para a transição energética.
Pioneirismo – Até o final deste ano, a Unigel deverá inaugurar, em Camaçari-BA, a primeira fábrica de hidrogênio verde em escala industrial do país.
Com um investimento de US$ 120 milhões, a unidade produzirá 10 mil t/ano. Parte do hidrogênio verde será convertida em amônia verde – 60 mil t/ano. A tecnologia de eletrólise é da alemã ThyssenKrupp.
O plano é atingir 40 mil t/ano de hidrogênio verde até 2025. E expandir a capacidade instalada para 100 mil t/ano até 2027.
O investimento total previsto é da ordem de US$ 1,5 bilhão. “O hidrogênio verde será a fonte energética do futuro da humanidade”, prevê Roberto Noronha Santos, CEO da Unigel.
A GranBio foi selecionada pelo governo dos Estados Unidos para receber um subsídio de US$ 80 milhões para acelerar o desenvolvimento da tecnologia AVAP para produção de combustível de aviação com pegada neutra de carbono (Net Zero SAF).
A planta, em escala de demonstração, está orçada em US$ 220 milhões. Será construída nos EUA e alimentada com chips de madeira e resíduos de cana. Vai produzir 1,5 milhão de galões de SAF ao ano.
A aviação comercial é responsável por aproximadamente 2,5% das emissões globais de CO2, segundo levantamento do Our World in Data.
A estimativa é de que, sem uma transição para um combustível limpo, a aviação civil corresponderia a 22% das emissões em 2050.
A Associação Internacional de Transporte Aéreo (IATA) projeta, no entanto, uma produção SAF de 30 bilhões de litros em 2023. Espera-se que salte para 450 bilhões de litros em 2050.
A GranBio opera “a maior planta de etanol 2G do mundo”, em São Miguel dos Campos-AL. A BioFlex I funciona desde 2017 e é também, assegura a empresa, a primeira planta de etanol celulósico do Hemisfério Sul que converte a palha da cana-de-açúcar em etanol 2G com a menor pegada de carbono de um biocombustível em escala comercial: 8,2g CO2eq/MJ entregue na Europa.
A empresa desenvolveu know-how para coletar, armazenar e tratar mais de 200 mil t de palha de cana por ano, o que permite que a BioFlex I opere em períodos fora da safra agrícola.
A partir de 2025, utilizará também a palha e o bagaço da cana-energia Vertix, variedade desenvolvida pela GranBio. A unidade utiliza a tecnologia GreenPower Plus, GP+TM.
A GranBio tem dois processos proprietários de produção do etanol 2G, o GreenPower + (GP+) e o AVAP. Nos dois processos, a parede celular da biomassa (da madeira, bagaço, palha ou outras biomassas) é quebrada em um processo de pré-tratamento, usando uma combinação de temperatura, pressão e refino mecânico, ou solventes no caso da AVAP, expondo as moléculas de celulose e hemicelulose que, por sua vez, são “cortadas” por uma solução de enzimas em açúcares com 5 e 6 carbonos.
Em seguida, novos processos industriais e uma fermentação com leveduras especiais converte o açúcar no “vinho” que depois é destilado para separar o etanol.
Sob a marca Tonsil, a Clariant, empresa suíça de especialidades químicas, está fornecendo adsorventes de próxima geração para o pré-tratamento de matérias-primas usadas na produção de biocombustíveis.
Sandra: adsorventes removem contaminantes dos combustíveis
“As matérias-primas alternativas para biocombustíveis apresentam maiores desafios de purificação. Os adsorventes de próxima geração removem uma grande variedade de contaminantes, como também aumentam a eficiência da filtração”, explica Sandra Moya, gerente de vendas e marketing de purificação para América Latina.
