“A CANA VAI VIRAR O NOVO PETRÓLEO”

Que a vinhaça é historicamente empregada como adubo na fertirrigação, não é novidade para ninguém do universo do setor sucroenergético.

Aliás, também já é de conhecimento geral saber que o resíduo gerado pela produção de etanol se torna biogás (energia elétrica) e, por extensão, biometano (e substitui o gás natural ou gás encanado).

A saber: pelo menos 10 empresas produtoras do setor possuem empreendimentos em fases inicial e final de produção de biogás e de biometano.

Mas a vinhaça gera uma nova tecnologia que, embora tenha sido divulgada em mídias especializadas, é uma novidade mesmo para os profissionais do setor. E que senhora novidade!

A vinhaça possui 95% de água em sua composição e a proposta é promover a quebra de moléculas do líquido para gerar oxigênio e hidrogênio verde.

Essa operação é possível por meio de um reator eletrolítico em fase inicial de desenvolvimento no novo Laboratório de Células a Combustível, situado na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), em São Paulo.

Por sua vez, o Laboratório integra o Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), financiado pela Shell do Brasil e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

Thiago Lopes

E à frente dele está Thiago Lopes, professor da Poli-USP, que o JornalCana entrevista para contar detalhes dessa tecnologia que promove um ciclo virtuoso e habilita novos mercados para o setor sucroenergético.

Custo e riscos

Resíduo poluente, a vinhaça é empregada na fertirrigação também por ser rica em potássio. Mas transportá-la até as plantações exige um processo caro e trabalhoso.

Sem contar que, se mal aplicada, pode danificar a plantação e o solo, além de atingir os lençóis freáticos.

Além do mais, ela é um dos nós que impedem usinas credenciadas no RenovaBio de melhorar suas notas de eficiência de produção do etanol, que são vitais na geração de créditos de descarbonização (CBios).

Tem mais: essa nota da usina também é afetada conforme a quantidade de emissão de dióxido de carbono (CO2) pelo uso de óleo diesel em tratores e caminhões usados no transporte e gestão da vinhaça.

Aplicação do hidrogênio verde

Ele tem ampla aplicação e, no caso da nova tecnologia, pode ser utilizado na produção da amônia, um dos integrantes da composição de fertilizantes.

Hoje a amônia é sintetizada com hidrogênio proveniente de gás natural, que por si só emite CO2.

Portanto, o hidrogênio verde proveniente da vinhaça tem pegada zero de carbono.

Outra aplicação: ele também pode alimentar veículos com motor de célula a combustível, uma das modalidades de veículos totalmente elétricos que hoje circulam pelo mundo, sobretudo no Japão.

Em tempo: a tecnologia de célula a combustível a etanol já está em curso na Unicamp, a partir de investimentos de instituições públicas e da Volkswagen.

Destinação do oxigênio puro

Já o oxigênio puro, decorrente da quebra das moléculas da água, pode ser utilizado para a combustão do bagaço da cana-de-açúcar.

Condensação da água

Ao condensar a água, pode-se obter de forma fácil e econômica um CO2 puro para estocagem ou então para ser convertido em produtos.

Um deles é o ácido oxálico, elemento que junto a um biomonômero (açúcar e aminoácido) vai entrar na composição do hidrogel que está sendo desenvolvido no âmbito do Programa de Hidrogel, financiado pela Shell Brasil, com recursos da Cláusula de Investimento em P&D dos Contratos de Concessão da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), e que envolve várias instituições de pesquisa da USP sob a liderança do RCGI, bem como da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

Hidrogel

No caso, o ácido oxálico será produzido pelo Laboratório de Células a Combustível, em colaboração com o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa).

O hidrogel gerado ao final de todo o processo de pesquisa será aplicado no processo de plantio em formato de grânulos, que vão se degradar e liberar o carbono para ser armazenado no solo.

Vinhaça concentrada

Outra vantagem do reator é fazer com que a vinhaça fique mais concentrada – e, lembremos, a cada um litro de etanol são produzidos cerca de 10 litros do resíduo.

Daí vem o já citado custo de transporte e armazenagem.

Já se estiver mais concentrada, livre de uma fração de água, a vinhaça vai ocupar menos espaço e demandar menos transporte.

Menos adubo sintético

Em sua forma concentrada, a vinhaça também minimizaria a adição de adubo sintético à lavoura. É que a mistura do resíduo com adubo sintético provoca maior emissão de CO2. Isso sem contar que, ao reduzir o volume de água, evita-se que o excesso de líquido chegue ao lençol freático e polua os rios.

Usinas irão substituir a petroquímica

Confira a entrevista com Thiago Lopes, professor da Poli-USP e que está à frente do Laboratório de Células a Combustível do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI).

JornalCana – Em linhas gerais, quando surgiu a proposta e qual é seu cronograma?

Thiago Lopes – Começamos em agosto de 2021 e a proposta é chegarmos a uma prova de conceito. Ela será a prova de que a tecnologia funciona já para aplicações práticas. A previsão é de ter isso em seis anos.

JornalCana – E daí a tecnologia entrará em testes?

Thiago Lopes – Sim. Eu vejo a solução chegando ao mercado em aproximadamente sete anos [2028].

JornalCana – Como se dá a concentração da vinhaça via reator eletrolítico? Ou ela é empregada para produzir fertilizante, via hidrogênio, ou como combustão para gerar eletricidade via oxigênio?

Thiago Lopes – Todos são possíveis, e podemos ir muito além.

JornalCana – Cite um exemplo

Thiago Lopes – A usina hoje vende energia elétrica para a rede. Na média são 50 kilowatts-hora (kWh) por tonelada de cana. Com a tecnologia em desenvolvimento, usa-se estes 50 kWh para fazer a concentração da vinhaça. E, no final, você tem vinhaça concentrada e, de só evaporar e jogar fora a água, tem-se a quebra desta água e a consequente geração de hidrogênio e oxigênio. Além disso, com a mesma tonelada de cana consegue-se produzir mais energia elétrica.

JornalCana – Qual é a economia de despesas que se pode obter com a vinhaça concentrada ante a vinhaça tradicional?

Thiago Lopes – Apenas com estes 50 kWh, a vinhaça concentrada gera uma economia de custos em transporte e distribuição de 20%. Dependendo do caso, essa economia já pagaria o Capex do investimento necessário para a tecnologia, com uma safra apenas.

JornalCana – A vinhaça concentrada é fruto do trabalho do Laboratório que o senhor coordena. Quando estiver disponível, como uma usina produzirá essa versão concentrada?

Thiago Lopes – De uma forma simplista e apenas ilustrativa, será um canal. De um lado sai hidrogênio, de outro sai oxigênio e, no meio, sai a vinhaça concentrada. Lembrando que o processo é alimentado por bioeletricidade, onde se o hidrogênio for empregado para produzir fertilizante nitrogenado, será um produto de baixas emissões de carbono, ao contrário do fertilizante com hidrogênio feito de gás natural, gerador de emissões.

JornalCana – Com a vinhaça concentrada, o indicado seria ter fábricas de fertilizantes nitrogenados ao lado ou junto às usinas para reduzir custos de transporte?

Thiago Lopes – Sim. Assim, produziria fertilizante nitrogenado para o mercado e para a usina, pois a quantidade de hidrogênio seria suficiente para isso e com muito excedente. E tudo com matéria-prima com pegada negativa de carbono.

JornalCana – Como é a armazenagem da vinhaça concentrada?

Thiago Lopes – Em princípio ela segue os mesmos caminhos da vinhaça tradicional, porém com bem menos impactos ambientais. E com volume menor.

(Divulgação Abiogás / Júlio Rua)

JornalCana – Que mais se poderá ter com a tecnologia em desenvolvimento?

Thiago Lopes – Pode-se produzir amônia com o hidrogênio, além de metanol verde e etc! Ou seja: a usina terá um círculo virtuoso tão grande que terá condições de idealmente substituir os produtos da petroquímica.

JornalCana – E o oxigênio liberado pela tecnologia?

Thiago Lopes – Pode-se empregá-lo em oxicombustão (substituição do comburente para oxigênio puro), por exemplo, com o bagaço atual. Com isso, se produzirá mais energia elétrica para venda à rede ou para concentrar ainda mais a vinhaça.

E mais: ao se queimar, será gerado CO2 puro (após condensação da água). E, assim, todos os produtos da usina começam a ter uma pegada negativa de carbono.

JornalCana –Quando o sr. diz geração de CO2 puro, se ele for ‘armazenado’ poderá ajudar a zerar a pegada de carbono do País e ser vendido?

Thiago Lopes – Sim.

JornalCana – Sobre a tecnologia em desenvolvimento na Unicamp de célula combustível a etanol (que emprega o biocombustível para gerar hidrogênio e, assim, produzir eletricidade para o motor híbrido), o hidrogênio da vinhaça também poderá ser usado?

Thiago Lopes – O conceito de célula trabalhado [na Unicamp] usa o etanol direto. Aqui, produzimos hidrogênio e ele, sim, pode ser utilizado na célula. Mas em minha avaliação, se você precisa de hidrogênio descentralizado, deve usar o gerado pelo etanol. Ele já está distribuído pelo território nacional.

JornalCana – E no caso do hidrogênio da vinhaça?

Thiago Lopes – Ele é centralizado, com foco em escala industrial em plantas junto às usinas. É para gerar vários produtos da alcoolquímica que, com valor agregado, serão transportados. Em resumo: a cana irá virar o novo petróleo.

JornalCana – Para finalizar, hoje já temos hidrogênio verde. Qual sua avaliação?

Thiago Lopes – Ele é feito a partir da eletrólise (quebra de moléculas) da água pelo consumo de eletricidade. Fala-se muito sobre esse hidrogênio. Mas não se fala sobre de onde virá a água. Já vivemos situação de estresse com a água. Ninguém irá pegar uma tubulação do pré-sal para extrair água do aquífero Guarani. Tem a dessalinização da água do mar, mas aí se adiciona uma etapa [consumo de energia elétrica e custos] ao processo global.

Por isso, no caso do hidrogênio da vinhaça, ela habilita à usina um círculo virtuoso: habilita novos produtos a partir da cana, habilita novos mercados.

Saiba mais

Na célula a combustível

Além de poder alimentar veículos com motor de célula a combustível, uma das modalidades de veículos totalmente elétricos já em circulação no Japão.

Nesse motor, o hidrogênio reage com o oxigênio que vem do ambiente. A energia elétrica liberada alimenta o veículo e o processo gera como resíduos apenas calor e água pura. Atualmente, esse hidrogênio é obtido em nível mundial por meio de gás natural, o que gera pegadas de CO2.

Daí a importância de se descobrir formas de produzir hidrogênio verde como o projetado por meio do concentrador eletrolítico de vinhaça.

Previsão de chegar ao mercado

De acordo com o pesquisador, estima-se que por volta de 2040 a produção desse tipo de veículo deslanche no Brasil.

Isso deve acontecer, sobretudo, em relação às frotas de ônibus e caminhões, porque um motor de célula a combustível é mais leve do que o motor de um veículo elétrico a bateria, em particular para veículos que rodam mais de aproximadamente 450 quilômetros diários.

Busca de redução de custo

Tem aí um porém: para que isso ocorra a tecnologia precisa ser aperfeiçoada em termos de desempenho e custo. Outro objetivo do laboratório é justamente desenvolver peças mais eficientes e baratas para veículos com motor de célula a combustível.

As camadas da célula a combustível podem ser otimizadas através de modelos numéricos avançados e otimização topológica, por exemplo. Somado, o catalisador, da camada catalítica, é feito de platina, metal raro, que vale mais do que o ouro e não existe no Brasil, e o desafio é encontrar opções mais acessíveis.

Técnica já desenvolvida

Para buscar essas soluções, o laboratório vai utilizar uma técnica desenvolvida por Thiago Lopes durante temporada como pesquisador associado do Imperial College London, no Reino Unido, entre 2012 e 2014.

O motor de um veículo de célula a combustível é alimentado de um lado por oxigênio e de outro, por hidrogênio.

“No lado que passa o ar colocamos uma mistura com cerca de 1000 ppm de ozônio. Já na camada catalítica, onde acontece a reação da célula a combustível, colocamos um pigmento que ao interagir com o ozônio emite luz. Isso promove o desenvolvimento de modelos numéricos avançados de célula a combustível e otimização topológica das mesmas.

Em conjunto com instituição inglesa

A equipe transdisciplinar do laboratório, que conta com pesquisadores da Poli, do Instituto de Física (IF), do Instituto de Química e do Instituto de Meio Ambiente (IEE) da USP, vai trabalhar em conjunto com o Imperial College London no desenvolvimento das diversas camadas que compõem as células a combustível.

Materiais mais acessíveis

A proposta é ir além. Por exemplo, “na camada catalítica a ideia é descobrir se materiais mais acessíveis, como uma mistura a base de ferro, carbono e nitrogênio, podem substituir a platina e serem utilizados pela indústria automotiva”, diz Lopes.

“Trata-se de uma demanda mundial. Hoje há nos Estados Unidos um consórcio de pesquisa, nos moldes do RCGI, voltado ao desenvolvimento desses materiais. Mesmo porque não existe platina suficiente para trocarmos toda a frota mundial de veículos para célula a combustível. Nós, cientistas, temos muito trabalho pela frente”, conclui.

FONTE: JORNALCANA - por Delcy Mac Cruz

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