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A adoção de novas tecnologias de transporte e armazenamento de vinhaça (principal resíduo da produção de etanol) pelas usinas tem contribuído para diminuir as emissões de gases de efeito estufa pela produção do biocombustível.
A constatação é de um estudo realizado por pesquisadores do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Cena) e da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” (Esalq) da Universidade de São Paulo (USP), em colaboração com colegas do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE).
Os resultados do estudo, realizado com apoio da FAPESP, foram publicados na revista Atmospheric Environment.
“O setor de produção de etanol tem adotado novas tecnologias para o transporte e armazenamento de vinhaça, o que têm contribuído para a redução das emissões de metano [principal gás de efeito estufa produzido pelo resíduo]”, disse Bruna Gonçalves de Oliveira, pós-doutoranda no Instituto Agronômico (IAC) com Bolsa da FAPESP e primeira autora do estudo, à Agência FAPESP.
Os pesquisadores quantificaram as emissões de metano pelos dois principais sistemas de armazenamento e transporte de vinhaça utilizados pelas usinas hoje: o tradicional, composto por canais abertos (valas) revestidos e não revestidos, e um método mais novo, formado por tanques e tubos fechados.
As análises dos dados comparativos indicaram que as emissões pelo sistema de tanques e tubos fechados foram 620 vezes menores do que pelo método de canais abertos.
“Essa diferença se deve às características que o sistema de armazenamento e transporte composto por tanques e tubulações apresenta. Transportar a vinhaça de um tanque para o outro por tubulações com elevada pressão pode oxigenar o produto, modificando as condições de anaerobiose [ausência de oxigênio] favoráveis à produção de metano”, explicou Oliveira.
Evolução dos sistemas
De acordo com a pesquisadora, que realizou doutorado no Cena-USP também com Bolsa da FAPESP, para produzir um litro de etanol de cana-de-açúcar são gerados, em média, 13 litros de vinhaça – um líquido originado da destilação fracionada do caldo da cana para obter o biocombustível.
A fim de reduzir os impactos ambientais causados pelo resíduo, que contém altas concentrações de matéria orgânica, potássio e sulfatos, a indústria do etanol no Brasil decidiu há aproximadamente 30 anos que a solução mais barata e simples seria descartar a vinhaça e aplicá-la diretamente em plantações de cana-de-açúcar, como fertilizante.
Para armazenar e transportar a vinhaça até as plantações, as usinas utilizaram inicialmente um sistema composto por canais abertos, revestidos ou não por uma manta plástica ou concreto, por meio dos quais o resíduo é transportado por gravidade e bombeamento até as plantações de cana.
Contudo, a quantidade de gases de efeito estufa, como o metano, emitido pela vinhaça nesse sistema de armazenamento e transporte não tinha sido quantificada e não é contabilizada nos inventários de gases de efeito estufa gerados na produção de etanol, ponderou Oliveira.
“Os balanços de gases de efeito estufa gerados na produção do etanol só levam em consideração as emissões na aplicação da vinhaça no campo”, afirmou.
A fim de obter essa estimativa, durante seu mestrado, realizado sob orientação de Brigitte Josefine Feigl, pesquisadora do Cena-USP e coordenadora do projeto, Oliveira quantificou as emissões de metano da vinhaça a partir do momento em que o resíduo saía de uma usina e era transportado para o campo por meio de um canal aberto com 40 quilômetros de extensão, cuja maior parte não tinha revestimento; apenas um pequeno trecho era revestido por cimento.
As análises indicaram que 98% das emissões totais de gases, como o metano, ocorriam durante o armazenamento e transporte da vinhaça por esse sistema de canais abertos.
“As emissões de nitrogênio durante a aplicação da vinhaça no campo, que são contabilizadas nos inventários, contribuíram com menos de 2% do total das emissões”, ponderou Oliveira.
Comparação dos sistemas
Por força de uma norma estabelecida pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb), as usinas paulistas passaram a revestir a maior parte da extensão dos canais abertos para armazenamento e escoamento da vinhaça de modo a impedir que o resíduo infiltre o solo e contamine o lençol freático.
Algumas dessas usinas, como a que a pesquisadora estudou durante seu doutorado, no esforço de uma solução mais sustentável, adotaram o sistema composto por tubos subterrâneos e tanques.
Até então, não haviam sido realizados estudos para avaliar se essas melhorias poderiam alterar as condições para produção de metano e reduzir significativamente as emissões de gases de efeito estufa durante a produção de etanol.
“Nosso objetivo foi avaliar como os impactos dos avanços na forma de armazenar e transportar a vinhaça afetam as emissões de gases do efeito estufa”, disse Oliveira.
Para isso, os pesquisadores monitoraram por duas safras inteiras, durante os anos de 2012 e 2013, a emissão de metano nos sistemas de armazenamento e transporte da vinhaça adotados por duas usinas situadas nas regiões de Piracicaba e Bauru, no interior de São Paulo.
Uma das usinas usava um sistema de canais abertos, com 1,5 metro de largura, 0,6 metro de profundidade e 60 quilômetros (km) de extensão, dos quais 40 km eram revestidos com cimento e os outros 20 km não, o que possibilitava que a vinhaça entrasse em contato direto com o solo.
A outra usina adotava um sistema composto por 10 tanques revestidos com membrana de polietileno, que bombeavam a alta velocidade a vinhaça armazenada temporariamente para as plantações de cana por meio de tubos fechados.
As análises dos dados indicaram que, em geral, a intensidade de emissão de metano foi da ordem de 1,36 kg de CO2 equivalente por metro cúbico (m3) de vinhaça transportada em canais abertos e 620 vezes maiores do que o resíduo transportado através do sistema de tanques e tubos fechados.
Cerca de 80% das emissões de metano no sistema de canais abertos foram registradas nos trechos não revestidos.
“A vinhaça fornece os nutrientes e as condições ideais de temperatura e anaerobiose para os microrganismos presentes no solo dos trechos sem revestimento dos canais abertos realizarem a metanogênese e emitir metano. E isso não acontece nos sistemas de tanques e tubos fechados”, disse Oliveira.
Nos sistemas fechados a vinhaça chega a uma temperatura de 60 ºC, o que inibe a ação microbiológica. Além disso, a pressão com que é bombeada é muita alta, o que reduz a possibilidade de o material orgânico do resíduo ser decantado no fundo dos tanques e decomposto por microrganismos, originando metano.
A alta pressão com que a vinhaça é bombeada nos sistemas de tanques e tubos fechados também faz com que o resíduo seja oxigenado, diminuindo a condição de anaerobiose (falta de oxigênio) para os microrganismos produzirem metano (metanogênese).
“A oxigenação reduz o potencial redox [de oxidação e redução] da vinhaça e de anaerobiose. Dessa forma, a atividade microbiana metanogênica é limitada ou até mesmo inexistente, reduzindo as emissões de metano”, explicou.
Com base nessas constatações, os pesquisadores concluíram que os sistemas de tanques e tubos fechados para armazenagem e transporte da vinhaça podem ser uma estratégia efetiva para mitigar as emissões de metano durante o processo de produção de etanol da cana.
E que a adoção de novas tecnologias e melhorias nos sistemas de armazenamento e distribuição de vinhaça devem reduzir significativamente as emissões de gases de efeito estufa.
“Somadas a esses fatores, algumas inovações que começam a ser implementadas no setor sucroenergético, tal como a concentração e a biodigestão da vinhaça, podem reduzir ainda mais as emissões de gases do efeito e, desse modo, fazer com que o etanol de cana seja um biocombustível ainda mais limpo e sustentável”, disse Oliveira.
O artigo Methane emissions from sugarcane vinasse storage and transportation systems: Comparison between open channels and tanks (doi: /10.1016/j.atmosenv.2017.04.005), de Oliveira e outros, pode ser lido por assinantes da revista Atmospheric Environmentem www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231017302339.
Agência Fapesp
