MUAI-1.ppt
- 1. Usina de álcool minimizada: uma termoelétrica à biomassa de cana de açúcar. Análise emergética do sistema "MUAI" de tamanho médio para produção de etanol, eletricidade e alimentos. Dr. Enrique Ortega FEA, Unicamp, Brasil III Taller de Energías Renovables. X Escuela Internacional de Verano de Ciencia y Tecnología de los Metales. Universidad de La Habana. Cuba, 14 de julio de 2003.
- 2. MUAI: Mini-Usina de Álcool Integrada a produção de eletricidade e alimentos. Uma proposta do grupo de pesquisa da Escola de Engenharia de São Carlos, USP, Brasil: Dr. Romeu Corsini, Dr. Geraldo Lombardi, MS. Aldo Ometto. Conta com várias colaborações: Dr. Pedro Rodríguez Ramos do Instituto Politécnico “Luis Antonio Echavarria” de la Habana e Enrique Ortega e Osmar Coelho da Unicamp.
- 3. Escolha entre alternativas renováveis e não renováveis Sol, vento, chuva $ $ Sol, vento, chuva $ recursos não renováveis Sol, vento, chuva recursos renováveis inf. inf. Impactos da monocultura de exportação: - Importação de insumos químicos - Uso intensivo de substâncias tóxicas - Uso intensivo de maquinária e combustível - Exodo rural e desemprego urbano - Investimentos urbanos e serviços para os marginalizados - Destruição da cobertura vegetal natural - Destruição do patrimonio cultural e infra-estrutura - Perda do solos e da biodiversidade - Diminuição da recarga de aqüiferos - Poluição dos recusos hídricos e dos alimentos - Enfermidades Benefícios da policultura e o consumo interno: - Auto-suficiência de insumos e energia - Processo ecológico intensivo em mão-de-obra - Uso da cobertura vegetal natural e dopatrimonio cultural - Recarga de aqüiferos Políticas pública e decisões individuais: - Escolhas no consumo - Escolha de apoios
- 4. MUAI Integração de fluxos internos e produção de recursos de alta qualidade. tombador difusor picador desfibrador colunas de destilação biodigestor conjunto turbo-gerador secador de leito em suspensão caldeira enfardamento de bagaço aquecedor cuba bio- digestor caminhão evaporador trocador regenerador sorgo cana reserva florestal eletricidade bagaço úmido cana em toletes caldo de cana centrífuga bagaço pré- evaporador biofertilizante (uso interno) flotador silos de trincheira decantador etanol levedura biogas lodo vinho vinhoto criação confinada de gado leiteiro hortaliças e frutais ferti- irrigação leite carne couro tanque de lodo resfriador termolisador evaporador e secador dornas de fermentação fundo das dornas recursos hídricos bomba e filtro colhedeira uso interno uso interno uso interno uso interno água água frutas e hortaliças uso interno biofertilizante (feedback)
- 5. Emergía. Energia renovável da natureza R = R0 + R1 + R2 + R3 R0 Energia solar direta: radiação, vento, chuva Energia degradada agroecossistema R1 Energia solar acumulada: biodiversidade regional Produto R2 Elementos químicos da rocha e da atmosfera N Matéria orgânica do solo perdido por erosão F=M+S Materias, bens, trabalho externo, serviços. Recursos hídricos cobrados. N = Energia não-renovável da natureza F = Feedback da economia ou retro- alimentação (pode ser não-renovável) Contribuição total da natureza I = R + N Emergia incorporada Y = I + F Ep = Energia do produto Q Estoques internos de emergia interações R3 Recursos hídricos locais (gratuitos) $ Dinheiro $ Investimento. Custeio. $ vendas Principal e juros ou lucro Pagamentos
- 6. Índices Processo agrícola e industrial R recursos renováveis M materiais S serviços N Perda de solo e biota Massa produzida Mp = 54087 kg Contribuições da natureza: I I = R + N Insumos da economia humana: F Y = I + F 136 x 1013 F = M + S Energia produzida Ep = 6,2E11 J Fluxos de emergia expressos em sej/ha/ano 33 x 1013 169 x 1013 28 x 1013 340 x 1013 368 x 1013 537 x 1013 Índices emergéticos alta eficiência capta energia mais econômico mais sustentável aceitável Transformidade: Tr = Y/Ep = 37 000 < < 200 000 sej/J Taxa de rendimento: EYR = Y/R = 1,46 > 1,21 Taxa de investimento: EIR = F/I =2,17 < 4,72 Renovabilidade: %R = 100(R/Y) = 25% > 10,9 Empregabilidade: (100 +31)/4130 hectares = 0,025 > 0,01
- 7. reserva florestal biodigestor colhedeira caminhão sorgo cana silos de trincheira criação confinada de gado leiteiro hortaliças e frutais ferti-irrigação recursos hídricos bomba e filtro leite carne couro hortaliças e frutas Sistema agrícola e pecuário e transporte da cana biofertilizante
- 8. cana em toletes difusor picador desfibrador conjunto turbo- gerador secador de leito em suspensão caldeira enfardamento de bagaço eletricidade bagaço bagaço úmido caldo de cana Sistema de preparação e extração de caldo e uso do bagaço para gerar eletricidade biogás água uso no sistema tombador
- 9. caldo de cana colunas de destilação aquecedor cuba regenerador centrífuga pré- evaporador decantador etanol levedura vinho resfriador termolisador evaporador e secador dornas de fermentação lodo do caldo Sistema de produção de etanol e levedura. vinhoto lodo das dornas
- 10. biodigestor evaporador trocador regenerador biofertilizante flotador biogas lodo do caldo vinhoto tanque de lodo dornas de fermentação fundo das dornas Geração de biogás e bio-fertilizante
- 11. Diagrama de fluxos de energia. Primeira etapa Nutrientes Cana de açúcar, Sorgo e outros produtos alimentícios Estoques internos (aquíferos e solo) Energia solar Nitrogênio atmosférico Materiais e serviços Fermentação anaeróbica Energia degradada Serviços ambientais Perdas Reposição lenta Recursos não renováveis Reciclagem Mini Usina de Álcool Integrada (MUAI) Áreas florestais preservadas Biodiversidade regional Sistema de vapor e eletricidade Gado confi- nado Destilação autônoma Abatedouro e laticínios Bio- digestor Sistema local humano Eletricidade Etanol Leite, carne e couro Pressões sociais Pressões sociais Recursos renováveis Frutas e vegetais $ Rios Albedo Metano Bagaço Ponteiros do sorgo e folhas da cana Ponteiros da cana e folhas sedi- mentos Minerais do solo $ Empréstimo Pagamentos
- 12. Diagrama de fluxos de energia. Segunda etapa Rios Cana de açúcar, sorgo, produtos alimentícios e florestas Energia solar Nitrogênio atmosférico Materiais e serviços Energia degradada Serviços ambientais Recursos não renováveis Reciclagem Mini Usina de Álcool Integrada (MUAI) Sistema comgado confinado em currais Destilação autônoma comvapor e produção de eletricidade Sistema local humano Etanol e potência elétrica Leite, carne e couro Pressão social Pressão social Recursos renováveis Albedo $ $ Empréstimo Pagamento Sedi- mentos Biodiversi- dade regional Minerais do solo Cargas ambientais Alimentos
- 13. Diagrama de fluxos de energia. Terceira etapa Energia solar Materiais e serviços Energia degradada Recursos não renováveis Controle e reciclagem Mini Usina de Álcool Integrada (MIED) Sistema local humano Etanol Potência elétrica Alimentos Leite, carne e couro Pressão social, Serviços ambientais Perdas ambientais Recursos renováveis Albedo Gado Cana de açúcar, sorgo, produtos alimentícios e florestas $ Biodiversi- dade local Destilação com turbina elétrica Rios Sedi- mentos Biodiversi- dade regional Nitrogênio atmosférico Minerais do solo
- 14. Diagrama de fluxos de energia. Quarta etapa F Energia degradada N= recursos não renováveis da natureza: (destruição de recursos biológicos locais) Reposição Mini Usina de Álcool Integrada (MUAI) Venda: etanol, potência elétrica, alimentos, leite, carne e couro Pressão social (sem remuneração) Recursos renováveis da natureza: R = R 1 + R2 Albedo Erosão Perdas e resíduos (sem taxas) S2 Interação fotossintética R2 R1 Materiais e serviços vindos da economia urbana, basicamente de natureza não renovável Insumos da natureza: I = R + N E 1 E 2 E 3 Y = I + F = Emergia incorporada total R2 = Recursos renováveis da biosfera e da região R1 = Recurso renovável de energia solar direta N Infraestrutura e processamento Controle E 4 Serviços ambientais (sem subsídios) Pressão social (valor desconhecido) F = M + S1 Soma (Ei) = produção total Bens humanos
- 15. Procedimento de análise emergética, passo a passo. 1. Identificação e quantificação dos fluxos; 2. Obtenção do fator de conversão de energia denominado transformidade para cada fluxo; 3. Conversão a fluxos de emergia; 4. Agregação de fluxos; 5. Obtenção de índices; 6. Discussão dos índices obtidos.
- 16. Primeira etapa: identificação do sistema e quantificação dos fluxos Sol, vento, chuva Reserva florestal minerais do solo Área agrícola Pecuária Área de brejos biomassa, aquíferos pessoas, infra- estrutura $ beneficia- mento N2 atmos. insumos urbanos serviços públicos biomassa, aquíferos $ $ $ $ madeira produtos agrícolas produtos pecuários biomassa Figura 2. A agricultura ecossistêmica, preservando funções ambientais e sociais água água limpa
- 17. Segunda etapa: Considerar o custo energético Energia externa materiais trabalho produto retro alimentação Figura 4. Diagrama da conversão de energia em produto novos recursos processo produtivo região sistema maior Tr = emergia solar massa sej kg = Tr = emergia solar energia sej J = Transformidade = energia solar necessária produto que sai do subsistema
- 18. Segunda etapa: conversão dos fluxos Energia solar direta produto (s) Figura 5. Diagrama para explicar a conversão de fluxos de energia e massa de diversas qualidades em fluxos de emergia (sej/área/tempo), passíveis de serem agregados conforme sua origem e renovabilidade estoques internos Q J1 Agroecossistema J2 J3 J4 J5 Tr2 Tr3 Tr4 Tr5 Recursos energéticos externos em ordem de intensidade (e renovabilidade) e2 e1 e3 e4 e5 EP = Emergia usada Energia produzida = Ji Tri Ep e i Ep processo de interação Figura 6. Procedimento de cálculo de um fluxo emergético: (1) Indicar o valor do fluxo nas suas unidades comuns: J2 (2) Converter para unidades SI (J, kg): J2 (SI) (3) Multiplicar pela transformidade correspondente (Tr2 ) (4) Expressa-se o valor do fluxo em emergia (e2). fonte de energia J2 e2 Tr 2 energia / área / tempo emergia / energia transformidade emergia / área / tempo fluxo fluxo
- 19. Terceira etapa: agregação Energia do produto R1 N estoque interno Q Ep Figura 7. Diagrama resumido interações R2 $ $ vendas M S
- 20. Quarta etapa: índices Densidade emergética: Y Transformidade: Tr = Y/Ep Taxa de rendimento emergético: EYR = Y/R Taxa de investimento emergético: EIR = F/I Porcentagem da renovabilidade: %R = 100(R/Y)