Seminário de intercâmbio do Edital 09/2001

Brasília, 27 de agosto 2003

A Utilização da Casca de Arroz na Cogeração de Energia e a Decorrente Mitigação de Gases que Contribuem para o Efeito

Estufa como Mecanismo de Desenvolvimento Limpo.

(Chamada I - Estudo de Viabilidade de Projeto voltado à Adoção de Mecanismo de (Chamada I - Estudo de Viabilidade de Projeto voltado à Adoção de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo –MDL)Desenvolvimento Limpo –MDL)

CENTRO DE ESTUDOS INTEGRADOS SOBREMEIO AMBIENTE E MUDANÇAS CLIMÁTICAS

Contrato de Pequenos Serviços nº 02/230

CENTRO DE ESTUDOS INTEGRADOS SOBREMEIO AMBIENTE E MUDANÇAS CLIMÁTICAS Contrato de Pequenos Serviços nº 02/230

Introdução A presente análise de viabilidade de projeto voltado à adoção do

Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) de uma termelétrica a biomassa residual de processo produtivo é fruto da prospecção da equipe do Centro Clima, sediado na COPPE/UFRJ, de iniciativas que possam contribuir para a mitigação de Gases de Efeito Estufa.

Os diretores da empresa empreendedora, URBANO AGROINDÚSTRIAL, com sede em Jaraguá do Sul, Santa Catarina, foram procurados pelos pesquisadores do Centro Clima para discutir a possibilidade do enquadramento da pequena central termelétrica de cogeração (PCT), de 3 MW de potência instalada, como um projeto MDL.

Já havia 3 anos que a PCT entrara em funcionamento compartilhando o espaço ocupado pela planta de beneficiamento de arroz da empresa. Neste primeiro contato, os empresários se mostraram sensibilizados pela proposta da equipe do Centro Clima.

Assim, surgiu a possibilidade de se verificar a viabilidade deste tipo de projeto gerar um Documento de Desenho de Projeto para a Secretaria Executiva da Convenção Quadro de Mudanças Climáticas das Nações Unidas.

1. Resumo Executivo do Projeto

O projeto em análise de uma pequena central térmica para cogeração de energia elétrica e térmica para uma indústria de beneficiamento de arroz da empresa Urbano Agroindustrial, em Jaraguá do Sul.

Potência instalada = 3 MWO sistema de queima é pirolítico e a produção de vapor é de 20.000 kg/h.

A pressão de trabalho é de 43kgf/cm2 e a temperatura do mesmo chega a 420º C. Os dados de projeto são: 4,5 ton/h de casca de arroz, com PCI de 3600 Kcal/kg para geração de aproximadamente 18.600Kg/h.

Parte do vapor é usado no processo e a outra na geração de Energia Elétrica

A queima da casca de arroz tem como subproduto a cinza. Esta, sendo rica em sílica, pode ser usada em cimenteiras, espumas de cerâmica,etc.

Evita a disposição de casca no aterro que produziria metano Evita o aumento de oferta pela concessionária em um estado onde 25%

da energia provêm de fontes fósseis

2. Área de Abrangência do Projeto Localização

Jaraguá do Sul - localizado em Santa Catarina ocupa um área de 539,02 Km2 com um população de 108.489 habitantes, sendo responsável por uma produção de arroz que totaliza 1,1% da produção do Estado, segundo o Censo Agrícola do IBGE de 1996.

A área de abrangência do projeto na Urbano Agroindustrial é, entretanto, muito maior que o município. A empresa é considerando uma das maiores beneficiadoras de arroz do Estado de Santa Catarina.

2.1.Descrição do Meio Físico, Sócio-Econômico e Biótico

O Estado de Santa Catarina dispõe de um patrimônio natural rico e diverso, que contribuiu para moldar sua estrutura fundiária, caracterizada pela predominância de um modelo de agricultura familiar de pequenas propriedades.

Com base nos critérios de classificação do Programa Nacional da Agricultura Familiar (PRONAF), estima-se que a agricultura familiar em Santa Catarina representa um universo de 180 mil famílias, ou seja, mais de 90% da população rural.

Estas famílias de agricultores, apesar de ocuparem apenas 41% da área dos estabelecimentos agrícolas, são responsáveis por mais de 70% do valor da produção agrícola e pesqueira do estado

O Estado está entre os seis principais produtores de alimentos do país e apresenta os maiores índices de produtividade por área.

O setor agrícola representa 12,8% do PIB estadual. O agronegócio, no entanto, contribui com cerca de 20% do PIB estadual. Os 3 mil estabelecimentos agroindustriais e agroalimentares, por si sós, respondem por 19% da renda, empregando cerca de 35 mil pessoas.

2.1.Descrição do Meio Físico, Sócio-Econômico e Biótico(cont.)

Jaraguá do Sul fica em área de floresta de Araucária e Mata Atlântica. A região é rica em recursos hídricos.

Situada na zona fisiográfica do litoral de São Francisco do Sul, no vale do Itapocu, no Nordeste do estado de Santa Catarina e distante 135 quilômetros em linha reta da capital do estado.

Ao NORTE faz limite com Campo Alegre, São Bento do Sul; ao SUL com Rio dos Cedros, Pomerode, Blumenau, Massaranduba; à LESTE Guaramirim, Schroeder, Joinville e à OESTE o município de Corupá

2.2 Jurisdição Política

Município de Jaraguá do Sul criado em 26.3.1934, pelo Decreto nº 565, momento no qual foi desmembrado de Joinville, tornando-se município independente.

No plano estadual tem que responder a FATIMA e o contrato de fornecimento de energia se dá com a CELESC.

A homologação da PCT está sendo feito pela ANEEL, no plano federal.

2.3. Ameaças ao meio ambiente

Estado de Santa Catarina apresenta problemas ambientais locais, sendo característico para cada região.

O problema da poluição das águas no meio rural catarinense é grande e deve ser inserido no contexto da estrutura agrária do estado, baseada na pequena propriedade, no uso intenso do solo para a agricultura e na topografia desfavorável: 60% do estado está enquadrado em classe de aptidão agrícola bastante restrita - declividade predominante acima de 30%

Os principais poluentes nas áreas rurais são a matéria orgânica, sedimentos, nutrientes e pesticidas.

Na área utilizada para agricultura as más condições de drenagem e a falta de revestimento primário das estradas rurais são apontadas como fatores de agravamento dos problemas de erosão do solo e de carregamento de

materiais para as lavouras ou para os leitos dos rios. Erosão acentuada do solo – arroz alagado x sequeiro

3.Descrição do Projeto

2002 1999 Produto Quant idade

Total ano Média mês % Total ano Média mês %

Arroz Urbano fd 30kg 2.096.652 174.721 93,5 1.604.236 133.686 93,1

Arroz Urbano fd 30kg 21.451 1.788 1,0 45.153 3.763 2,6

Arroz Astro fd 30kg 93.690 7.808 4,2 41.702 3.475 2,4

Arroz Au-au fd 30kg 30.054 2.505 1,3 32.737 2.728 1,9

Total benef i c iado 2.241.847 186.821 100 1.723.828 143.652 100

Quirera saco 40 kg 4.075 340 4.569 381

Farelo Ton 5.910 493 4.593 383

Cinza Ton 4.644 387 749 62

Fonte: e laborado a par t i r de dados fornecidos pela Urbano Agroindust r ia l

3.Descrição do Projeto(cont.)

Mês/ Ano Valor Pago Valor ICMS Mês/ Ano Valor Pago Valor ICMS kW h

j an /99 36.630,61 9 .148,50 jan/02 54.061,82 13.502,89 455822

fev/99 46.213,63 11.540,34 fev/02 76.497,83 19.111,89 766781

mar /99 57.722,85 14.421,56 mar /02 70.253,77 17.550,87 651342

abr / 99 53.020,49 13.245,97 abr / 02 71.557,38 17.876,78 624765

mai /99 60.414,34 15.094,43 mai /02 71.440,94 17.847,67 585843

jun/99 63.224,17 15.795,48 jun/02 77.158,46 19.470,49 622394

ju l /99 63.764,32 16.070,94 ju l /02 63.115,11 15.938,03 452097

ago/ 99 54.476,47 13.748,98 ago/ 02 61.331,52 15.494,71 424844

set /99 61.131,34 15.412,70 set /02 66.402,50 16.759,88 439254

out /99 62.736,28 15.813,93 ou t /02 73.436,56 18.518,40 525413

nov/ 99 57.382,84 14.475,58 nov/ 02 63.733,35 16.092,59 435638

dez/ 99 53.318,98 13.319,18 dez/ 02 62.050,10 15.497,38 445052

Total 1999 670. 036, 32 168. 087, 59 To tal 2002 811.039,34 203. 661, 58 6429245

Fonte: e laborado a par t i r de dados fornecidos pela Urbano Agroindustrial e CELESC

3.Descrição do Projeto(cont.)O projeto em análise diz respeito à uma pequena central térmica para cogeração

de energia elétrica e térmica para uma indústria de beneficiamento de arroz , empresa Urbano Agroindustrial, em Jaraguá do Sul.

A Central Térmica, com potência instalada de 3 MW, dispõe de fornalha com grelhas, tecnologia desenvolvida no país, para queima de biomassa. Inicialmente, a primeira instalação da unidade em questão somente gerava energia térmica para a planta de beneficiamento de arroz, já que esta fábrica do grupo havia necessidade de vapor para a parbolização do arroz.

Este processo carreia da casca do arroz parte da mesma tornando-o mais rico do ponto de vista nutricional. Como a casca apresentava valores médios significativos de poder calorífico, 3200 Kcal /kg, associou-se a geração de energia elétrica ao sistema, pois a produção de casca no processo de beneficiamento ultrapassa muitas vezes os 22,5%,

A planta em questão tem capacidade de produção de 20 ton/hora de arroz o que gera 4,5 ton/hora de casca e 1,6 ton /hora de farelo.

A produção de energia, portando, supre as necessidades de energia térmica e parte daquelas de energia elétrica.

A demanda contratada da empresa é de 2MW é

3.Descrição do Projeto(cont.)

3.1.Componentes e atividades

O projeto da Pequena Central Termelétrica implementado na Urbano Agroindustrial contou com articulação de vários fabricantes.

A Máquinas Walter Siegel Ltda. ficou responsável pelo fornecimento dos equipamentos relacionados à geração de vapor. O gerador de vapor é do tipo aquatubular compacto, modelo BIOCHAMM WSCV-2000-CA com queimadores BIOCHAMM B e SRB-80 produzidos no Brasil

A TGM Turbinas Ltda. ficou responsável pelo fornecimento do todos os elementos que compõem o turbo redutor. O conjunto Turbo-Redutor de Extração e Condensação conta com turbina a vapor modelo a TMCE 3000 da TEG de extração e condensação a vácuo, com potência de 3,2 MW, com 6500 rpm.

A WEG Máquinas Ltda., WEG Transformadores e WEG Automação Ltda. responsabilizaram-se pelos equipamentos elétricos para geração, controle e conexão com a fábrica e rede da CELESC. O gerador é um Alternador Síncrono Trifásico, modelo SSW630, tipo fechado, sistema de excitação Brushless (sem escovas) com regulador eletrônico de tensão,

3.2.Metodologia detalhada

Para o cálculo da estimativa das emissões reduzidas, calcula-se as emissões de gases de efeito estufa no cenário de referência e no cenário de implantação do projeto. A diferença entre os dois cenários permite o cálculo das emissões reduzidas de CO2 ao longo de 21 anos de atividades do projeto.

Avalia-se a emissão de gases de efeito estufa, que ocorreriam no cenário de referência, contrastando com o projeto implantado, ou seja, o que ocorreria sem a implantação da Pequena Central Térmica de Cogeração de Energia.

Faz-se a estimativa da emissão de metano proveniente do lançamento em aterro de resíduos de casca de arroz pela empresa de acordo com sua produção anual utilizando-se a metodologia do IPCC (Greenhouse Gas Inventory Workbook-1995).

Para a estimativa da contribuição do projeto para o desenvolvimento sustentável será utilizada a metodologia dos Critérios de Elegibilidade e Indicadores de Sustentabilidade do projeto, que foi desenvolvida pelo Centro Clima, aprovada pelo MMA e enviada à Comissão Interministerial de Mudança Global do Clima.

3.3. Participação de grupos sociais

A participação de atores se dá de várias formas. No âmbito institucional a EPAGRE conta com o apoio à

pesquisa da Urbano Agroindustrial para aumentar a eficiência do produção do arroz e estimular o uso racional dos recursos hídricos da região.

A associação de agricultores da região também apóia a empresa no sentido que ela provêm renda para mais de 3000 agricultores familiares.

Os agricultores individualmente tem renda garantida, pois o processo de estocagem em silos mantêm uma espécie de conta corrente em arroz que o agricultor vai recebem do aos poucos.

A empresa também garante a qualidade dos produtos que produz em razão de vários prêmios e selos de qualidade que dispõem

3.4.Estratégia de monitoramento e comprovação dos benefícios

O monitoramento não é parte sensível do projeto, pois ele já está em funcionamento e conta com equipamento de controle bastante sofisticado da planta de geração. Talvez fosse necessário equipamentos de medição de gases na chaminé da fábrica para precaução quanto a poluição local e confirmação da quantidade e tipologia produzida.

Os indicadores para o monitoramento podem ser a quantidade produzida de arroz já utilizando-se o percentual em casca.

Os benefícios são significativos, pois há o deslocamento do uso de combustíveis fósseis na produção de energia elétrica, confiabilidade do sistema na área na qual fica instalada a usina e disposição adequada de resíduo tão rico em energia como a casca.

3.5. Plano de TrabalhoDependerá das perspectivas de visibilidade que o projeto de ajuste pode fornecer.

3.6. OrçamentoPara que se façam os ajustes necessários ao funcionamento a plena carga, a empresa estima 1,5 milhões de Reais

3.7.Projeto ExecutivoComo se trata de ajuste na planta ainda não existe um projeto de modificação somente estimativas dos custos

3.8. ParceirosUFSC e a UFRJ

4.Análise de Viabilidade

Para obter a análise de viabilidade econômica da planta, foi utilizado o cálculo do custo nivelado e aplicada a taxa de desconto (considerando o dólar como moeda) de 18% aa, conforme fluxo de caixa apresentado em anexo. A Empresa beneficiadora tem uma demanda contratada com a concessionária local de 2.200 KW e enquadra-se na tarifa Horo-sazonal verde.

Verifica-se a viabilidade econômica do projeto, pois a TIR foi de 42% e o tempo de retorno do investimento é de apenas 6 anos em projeto cuja planta tem uma vida útil de 20 anos. Segundo informações da Urbano Agroindustrial o custo de disposição da casca em aterro antes do projeto era de R$ 50,00 a tonelada disposta. No cálculo foi considerado o custo do transporte da casca de arroz produzida em Meleiro até Jaraguá do Sul.

Além da viabilidade econômica, tal projeto também se destaca por apresentar características de projeto MDL, tanto por reduzir a emissão de CO2 ao substituir parte de um combustível fóssil por um combustível renovável, quanto por evitar emissão de CH4 ao não mais dispor o resíduo em aterro.

4.1. Cenário sem o projeto

Consideraram-se os elementos a seguir como cenário de referência:

A emissão de metano proveniente da disposição dos resíduos em aterro.

Emissão de CO2 proveniente da queima de combustível fóssil para a geração elétrica.

A B C D E F G H I J K L M N

Total anual de Resíduo disposto em Depósito(t Resíduo)

Fator de Correção do Metano (FCM)

Fração de Carbono Orgânico Degradável (CDO) no Resíduo

Fração da CDO que Realmente Degrada

Fração de Carbono emitida como Metano

Taxa de Conversão

Taxa de Geração Potencial de Metano por unidade de resíduo(t CH4/t RS)

Taxa de Geração Efetiva de Metano por Unidade de resíduo(t CH4/t RS)

Geração Bruta Anual de Metano (t CH4)

Metano Recuperado por ano (t CH4) (c)

Geração Anual Líquida de Metano(t CH4) (d)

Um menos fator de correção da oxidação do metano

Emissões Líquidas Anuais de Metano(t CH4) (d)

TOTAL ANUAL(t CH4) (d)

METANO AnualCONVERTIDO EM CO2 (t CO2 Eq)

QUANTIDADE DE CASCAS (t)

DEFAULT (40 a 100%)

DEFAULT OU CALCULADO

DEFAULT (IPCC)

DEFAULT(IPCC)

(16/12) CH4/C

(CxDxExF)

(BxG) (AxH)

Informado ou Proporcional face ao todo

(I - J) (1- 0) (KxL)

SOMA DA COLUNA M

27.150 0,4 0,300 0,77 0,5 1,333 0,1540 0,0616 1.672,4   1.672,4 1,0 1.672,4  

38.466,12

*Obs: Altura da pilha de casca de arroz menor ou=5mDe acordo com a metodologia revisada de 1996 (IPCC, 1996), a determinaçãoo da emissão anual de CH4 para cada país ou região pode ser calculada pela equação a seguir: Popurb x taxa RSD x RSDf x FCM x COD x CODF x F 16/12 - R) x (1 - OX)Fórmula para Cálculo CDO (IPCC, 1996): CDO = 0,4(Participação Papel/Papelão)+ 0,17(Participação Folhas )+ 0,15(Participação Mat. Orgânico TOTAL)+ 0,3(Participação Madeira e palha)Cálculo do diesel deslocado: Usou a hipótese de substituição de diesel (25% de térmicas existentes no Estado de Santa Catarina) que equivalem a 985,5 tC/ano relativos à emissão de diesel (25%de 0,25tC/MWh) como mostra tabela abaixo, o que representa, convertendo-se para tCO2 cerca de 3613 tCO2/ano.

Resumo dos dados da emissão concernenteà casca disposta em aterro

Potência ins ta lada 3 MW

horas/ano 8760 hs

fa tor capac idade 0,6

energ ia gerada (3 X 8760 x 0,6) 15768 MW h/ano

emissões evi t .anuais (15768 X 0,25 x 0 ,25) 985,5 tC/ano

Conversão (985 ,5 x 44/12) 3613.5 tCO2/ano

Resumo dos dados da emissão concernente à Rede

Cálculo do diesel deslocado:

Usou a hipótese de substituição de diesel (25% de térmicas existentes no Estado de Santa Catarina) que equivalem a 985,5 tC/ano relativos à emissão de diesel (25%de 0,25tC/MWh) como mostra tabela abaixo, o que representa, convertendo-se para tCO2 cerca de 3613 tCO2/ano.

4.2.Cenário com o projeto

Consideraram-se os elementos a seguir como cenário de projeto:

A redução de toda a emissão de metano proveniente da disposição dos resíduos em aterro.

Redução de parte da emissão de CO2 proveniente da queima de combustível fóssil para a geração elétrica.

Emissão de CO2 proveniente do combustível gasto pelos caminhões no transporte de cascas da Usina de Meleiro até a Usina de Jaraguá do Sul e vice-versa.

4.3. Benefícios mensuráveis (redução de GEE)

A estimativa de redução das emissões de gases de efeito estufa após implantação do projeto é de 42.170 t CO2/ano, sendo:

a) cerca de 38.500 t CO2/ano referentes ao metano evitado com a disposição da casca em aterro;

b) cerca de 3.670 t CO2 / ano referentes à troca de combustível fóssil por renovável.

4.4. Probabilidade de vazamento / anulação dos benefícios

Não se verificou possibilidade de Vazamento

Entretanto, caso a PCT não funcione a plena carga, o grupo Urbano ampliará seu parque gerador a óleo diesel em razão da perspectiva de crescimento de produção do arroz.

4.5. Outros benefícios

I T E M DE S C R I Ç ÃO NO TA

1 Cont r ibu ição à Mudança do Cl ima Globa l +2

2 Ind icad or de Sus tentab i l idade Loca l +1

3 Geração de Emprego 0

4 Impac to Dis t r ibut i vo do Pro je to 0

5 Cont r ibu ição para o Ba lanç o de Pagamento Nac ional +1

6 Cont r ibu ição para a Sus tentab i l idade Mac roec onômica +3

7 Cont r ibu ição para a A uto -s uf i c iênc ia Tecno lóg ica +3

8 Repl icab i l i dade e I n teg raç ão Regiona l +3

TOTAL +13

4.6. Relação Custo-Benefício

1. Taxa de Câmbio 3,00

2. Valor de Venda da Cinza ao ano US$ 2.282,67

3. Receita Total obtida com energia elétrica evitada/ ano US$ 555.756,55

4. Receita de custo evitado com disposição em aterro/ ano US$ 713.333,33

5. I nvestimento US$ 2.500.000,00

6. Taxa de operação e M anutenção US$ 12/ M Wh

7. Fator de Capacidade 60%

Valor Presente L íquido US$ 2.647.962,30

Tempo de retorno em anos 5/ 6 ano

Taxa Interna de Retorno 42%

4.7. Custo Total

Estima-se um custo inicial de 1,5 milhões de Reais para as modificações necessárias na usina, segundo os empresários.

5. Estratégia de implementação do projeto

Consulta a Biochamm e pareceres técnicos para avaliação das modificações necessárias para que a usina funcione a plena carga.

Ajustes operacionais incrementais para melhora de performance

Convênio com a UFSCAR para avaliação das condições técnicas.

Avaliação de viabilidade econômica da modificação incluindo o MDL

5.1. Potenciais financiadores

Recursos próprios

Compradores de CERs

5.2. Instituições parceiras

CELESC

Koblitz

Associação de Agricultores da Região

EPAGRI

Prefeitura de Jaraguá do Sul

Conclusões e Recomendações (1)

A possível elaboração de um PDD em uma segunda etapa pode contribuir para tornar mais eficiente o empreendimento analisado, além de um exemplo demonstrativo para sensibilizar o setor agroindustrial na busca de soluções para auto suficiência energética evitando o uso de combustíveis fósseis.

A planta pode ser um modelo de solução técnica, economicamente e ambientalmente sustentáveis, para utilização e reprodutibilidade em outras regiões, tanto dentro como fora do país.

Apesar do projeto em estudo apresentar claro potencial como candidato ao MDL por meio de futura elaboração de um PDD, a precisa identificação e definição da sua adicionalidade parece essencial, pois se trata de empreendimento em funcionamento.

No que diz respeito ao aspecto social, o projeto envolve aproximadamente 3000 pequenos produtores rurais beneficiados pela modernização da Urbano Agroindustrial, pois a empresa compra a produção nos municípios em que atua. Qualquer incremento no preço pago pela saca do arroz pode significar fixação e melhor qualidade de vida do camponês.

Conclusões e Recomendações (2)

A sustentabilidade do Meio Ambiente local, regional e global poderá ser incrementada com a utilização da casca de arroz como combustível para geração de energia, evitando-se o aumento de lixo nos municípios onde a empresa atua, em razão da não disposição inadequada da casca.

Racionaliza-se uso de diesel em grupo geradores em horário de ponta, pois a unidade da empresa conta com este tipo de equipamento para barateamento de tarifa de energia elétrica já que a unidade funciona 24 por 24 horas. Estes podem ficar como equipamentos de reserva e segurança para apoio a planta de cogeração.

Além disso é possível discutir com a concessionária de fornecimento de energia elétrica contratos particularizados para empresas que adotem estas opções, pois a CELESC é uma das maiores beneficiadas pela usina.