1.Introdução O etanol, também conhecido como álcool etílico (C2H6O) é um combustível líquido derivado desde os tempos antigos pela fermentação de açúcares presentes em produtos vegetais, tais como cereais, beterraba, batata, milho e cana, sendo as duas fontes mais comuns de produção de etanol a cana-de-açúcar e o milho. A produção de etanol puro começa no século XII, juntamente com melhorias na “arte da destilação”. No inicio do século XX, tornou-se conhecido o potencial do álcool para ser utilizado como combustível para diferentes motores de combustão, especialmente em automóveis, o que levou ao desenvolvimento de vários métodos para produção de etanol em larga escala. O etanol pode ser produzido a partir de diversas matérias-primas, que são divididas em: Sacaríneas (materiais contendo sacarose, como a cana-de-açúcar, beterraba, melaço e frutas); Amiláceas (materiais ricos em amidos); Lignocelulósicos (biomassas lignocelulosicas, como a madeira, palha, bagaço de cana, etc). As características do etanol possibilitam uma combustão mais limpa e um melhor desempenho dos motores, atuando como aditivo capaz de melhorar a qualidade antidetonante da gasolina e reduzir as emissões de poluentes, substituindo aditivos promotores de octanagem que possuem restrição ambiental. O etanol pode ser utilizado como combustível em motores de combustão interna com ignição por centelha (ciclo Otto) de duas formas: anidro, em mistura com a gasolina; ou hidratado, comercializado via bombas especificas nos postos de abastecimento, em veículos movidos exclusivamente a etanol e em veículos bicombustível, também conhecidos como flex fuel (BNDES, 2008). O Brasil lidera a produção de etanol a partir da cana e Estados Unidos, do milho. O Brasil e os Estados Unidos são atualmente os maiores produtores de etanol, sendo responsáveis por 75% da produção mundial. A tecnologia dominante nas usinas de etanol dos Estados Unidos é a que utiliza o processo "seco" de produção. Nele, a matéria-prima é moída diretamente a partir do grão. Já no processo "úmido", o grão é imerso em uma solução aquosa para a liberação dos amidos. Não há diferenças entre o etanol a partir da cana-de-açúcar e o de milho. A produção de etanol a partir do milho começa a se desenvolver no Brasil. Por enquanto, duas usinas do Mato Grosso trabalham com a técnica para obter o etanol utilizando o grão: a Usimat, em Campos de Júlio, e a usina Libra, em São José do Rio Claro. Já em Mato Grosso do Sul, de acordo com a Associação dos Produtores de Bioenergia do Mato Grosso do Sul (Biosul), há sete projetos para implementação de usinas flex, mostrando uma possível tendência na produção de etanol a partir do cereal no Estado. A Usimat foi a primeira usina do Brasil que adotou o processamento de milho para obtenção do combustível. Em fase de testes na safra 2012/13, foram utilizados 31 mil toneladas de milho, produzindo aproximadamente 12 milhões de litros do combustível. Já para 2013/14, a expectativa é utilizar 100 mil toneladas de milho que serão convertidos em cerca de 37 milhões de litros de etanol. O milho pode ser uma opção viável por se adaptar à entressafra da cana-deaçúcar, além de produzir, fora o etanol, o farelo (ração/nutriente animal) e o óleo de milho, que podem ser aproveitados. O grão processado em etanol também pode ser visto como uma saída para os casos de superprodução. Quanto às colheitas, o milho tem seu cultivo variado em função da época de chuva, produzindo, portanto, por um tempo menor. A safra principal ocorre durante o verão e a chamada safrinha, após o verão. A vantagem é que ele pode ser estocado em silos. 2. Objetivo: Detalhar a produção do etanol a partir do milho. 3. Etanol de milho: O etanol pode ser produzido a partir de milho por meio de dois principais processos: adotando moagem úmida ou seca. A via úmida era a opção mais comum há alguns anos atras, mas, hoje em dia, a via seca se consolidou como o processo mais utilizado para a produção do etanol. (RFA, 2007). A moagem úmida de milho é um processo para a recuperação e purificação do amido e de diversos co-produtos (gérmen, glúten, fibra, óleo de milho). Desta forma, o amido é separado dos sólidos, hidrolisado por enzimas para a liquefação e sacarificação, obtendo-se uma alta concentração de glicose, fermentada em seguida para a obtenção do etanol. Nesse processo, os grãos de milho são mantidos em tanques de aço inoxidável com fluxo de água contracorrente, com a temperatura de 50 °C, durante 24 a 48h. A água utilizada nessa etapa contem dióxido de enxofre, que, inibi o crescimento de microrganismos de deterioração. Esse processo permite aumentar a recuperação do gérmen íntegro, bem como facilita a separação de casca em fibra. Ao término do processo, a água que acondicionou o milho, é recuperada por evaporação a vácuo e reutilizada em nova etapa de acondicionamento. A diferença entre o processo de moagem seca e úmida, é que na via úmida utiliza o acondicionamento, cuja finalidade é aumentar a eficiência da separação dos grânulos de amido e proteínas, por meio da incorporação de água ao grão, resultando em maior número de produtos. No processo por via seca, o milho obtido já está limpo e pronto para a moagem. O grão do milho contém grandes moléculas de polissacarídeos (amido), que são carboidratos constituídos de unidades de glicose, que interagem entre si e formam pacotes compactados de carboidrato com baixa solubilidade em água. Por isso, é preciso degradar o amido e transformá-lo em açúcares solúveis (glicose e maltose) que serão usados na fermentação para gerar o álcool. O processo de fermentação é feito em três etapas: preparo do substrato, fermentação e destilação. No preparo do substrato, o milho é tratado para que dele se obtenha os açúcares. Na fermentação, os carboidratos são transformados em álcool pela ação de micro-organismos. Finalmente, na destilação, o etanol é separado e purificado. Preparo do substrato: Moagem – Os grãos serão moídos para expor o amido. Após a moagem, o milho moído é misturado com água para a formação do mosto. Gelatinização – é aquecido o mosto para que as enzimas consigam agir no amido no processo de sacarificação. Liquefação – com o aquecimento, o grão de amido absorve agua, a parede celular se rompe e o amido se gelatiniza, no final desse processo a massa tornase liquefeita pela ação do calor combinado com a enzima alfa amilase. Sacarificação – é o processo de hidrólise no qual o amido é convertido em açúcares fermentáveis. Essa hidrólise é feita por adição de enzimas. A hidrólise enzimática ocorre pela catálise das enzimas. A α-amilase é a enzima que quebra o amido para produzir a dextrose ( carboidrato simples), enquanto a maltose é produzida pela β-amilase. Junto com a glucoamilase a conversão do amido pode chegar a 100% de glicose. Fermentação Para iniciar a fermentação, é necessário misturar um inóculo de leveduras, que são micro-organismos capazes de produzir álcool. A levedura mais importante é a Saccharomyces cerevisiae. Para uma boa produção de álcool, as leveduras devem ter: alta relação entre o álcool produzido e o açúcar disponível, alta velocidade de fermentação, alta tolerância ao álcool, alta tolerância a altas temperaturas e estabilidade. Além disso, o tempo de fermentação é de, normalmente, dois a cinco dias, podendo variar de acordo com o micro-organismo, pH e temperatura, entre outros aspectos. O rendimento de fermentação depende de vários fatores químicos, físicos e microbiológicos. Destilação O mosto fermentado contém de 7% a 10% em volume de álcool. A purificação é obtida através da destilação, que é o processo de separação dos componentes de uma mistura pela evaporação em uma dada temperatura e pressão. Na destilação, a mistura é aquecida até a ebulição e os vapores são resfriados até sua condensação. A temperatura de ebulição do etanol é de 78,4 ºC e da água é de 100,0 ºC, ao nível do mar. Quanto mais próxima de 78,4ºC a temperatura do meio estiver, melhor será a purificação do álcool. Quanto à secagem, existem duas classes diferentes de álcool: o álcool hidratado(comercializado nos postos de combustíveis) e o álcool anidro( usado para a adição à gasolina). O hidratado contém uma pequena parcela de água em sua composição e, para retirá-la, é necessário que ele passe por um processo de desidratação. O subproduto do processo resulta em“vinhaça especial”,que submetida à separação por centrifugação gera três outros materiais com naturezas de sólido, óleo e água. A parte sólida, depois de secada, vira farelo/nutriente animal. O óleo permanece em estado bruto/degomado que é comercializado com a indústria de refino (fabricação de óleo de milho). A“água”é descartada e vai para a lagoa de depósito de líquido residual. É utilizada como adubo orgânico na lavourade cana como fonte fornecedora de fósforo. O farelo/nutriente animal denominado DDGS (Dried Destillers Grains with Solubles), resultante do processamento industrial do milho,contém, em média, 30/35% de proteína e pode ser empregado na formulação de ração ou utilizado diretamente na nutrição animal. Apesar de não proporcionar grande variedade de produtos, como no caso úmido, as inúmeras melhorias realizadas no processo seco tornaram-no uma opção com custos de investimento e operacionais mais baixos, reduzindo consideravelmente o custo final do etanol (NOVOZYMES, 2000 apud BNDES, 2008). Um exemplo de fluxograma representativo do processo por via seca e apresentado na Figura 1. Figura 1 - Fluxograma simplificado de producao de etanol por via seca. 3.1. Viabilidade: Estudos concluem que a indústria do etanol de milho apenas prospera e se torna viável nos EUA por causa dos subsídios (o fornecimento de fundos monetários a certas indústrias, e possuem o intuito de abaixar o preço final dos produtos vendidos por tais companhias, para que estes produtos possam competir com os produzidos em outros países a preços menores) à prática, que atingiram U$ 4,1 bilhões em 2006, e porque é protegido por barreiras tarifárias que ficam em torno de R$ 0,27 por litro. 3.2. 1. Vantagens e desvantagens: O processo de produção é praticamente o mesmo para a cana-de-açúcar e o milho. Ambos são feitos por meio da fermentação. No caso do milho é necessário quebrar as grandes moléculas de amido antes de fermentá-lo até se transformar em açúcar, o que requer mais tecnologia para a produção. Já com a cana o processo é direto, não precisa utilizar enzimas para seu processamento, assim agilizando o procedimento. 2. Quanto às colheitas, o período da cana varia de local para local, mas ocorre no final da estação seca, geralmente de abril a setembro. "A cana colhida não pode ser estocada, devendo ser imediatamente processada.". Já o milho tem seu cultivo variado em função da época de chuva, produzindo, portanto, por um tempo menor. "A safra principal ocorre durante o verão e a chamada safrinha, após o verão. A vantagem é que ele pode ser estocado em silos." 3. Apesar de a tonelada de milho render 380 litros de etanol e a da cana, apenas 70 litros, a área explorada pela cana é menor. "Como as áreas são pequenas e a produtividade é alta (planta-se mais vezes no ano), o impacto na agricultura é menor." No Brasil, cada hectare gera de 60 a 120 toneladas de cana, dependendo da fertilidade e do cultivo. Já para o milho, um hectare produz cerca de três toneladas. Nos Estados Unidos, essa quantidade salta para dez toneladas. 4. O custo de produção do etanol de cana-de-açúcar é U$ 0,28/L e o de milho U$ 0,45/L. O etanol de cana custa 27% a menos que a gasolina, já o etanol de milho custa 18% a menos que a mesma. 5. A redução de gases do efeito estufa na produção e combustão do etanol de cana-de-açúcar, comparada com combustíveis fósseis, foi de 66%. Para o etanol de milho, esta redução foi de apena 12%. 3.3. Eficiência energética: O balanço energético da produção de etanol de milho é desfavorável. Este grão produz combustível que oferece apenas 20% a mais de energia do que ele consome para ser produzido, sendo que a cana oferece 700% a mais. Além disso, a substituição de energia fóssil é somente de 35% da energia renovável; o restante é gás natural e carvão, enquanto que na cana a substituição é de 80%. 3.4. Quais as diferenças entre o álcool de cana e o de milho? Cana-de-açúcar Milho Custo O custo estimado para os produtores brasileiros é de R$ 0,90 o litro. A vantagem da cana é que a molécula de açúcar (sacarose), que tem o álcool como subproduto, é facilmente quebrado pelas enzimas, pulando uma etapa na fabricação do etanol. O litro do etanol custa, para os produtores americanos, cerca de R$ 1,10. Essa é a estimativa dos gastos que vão da produção ao transporte do milho. Entre eles, o preço salgado das enzimas alfamilase e glucoamilase, que quebram as moléculas de amido (um polissacarídeo) do milho para obter o álcool. Rendimento O nome da planta não quer dizer muita coisa. A cana tem 54% menos açúcar do que o milho. Ou seja, 1 tonelada dela só faz 89,5 litros de etanol. Apesar de ser mais difícil transformar em açúcar as moléculas de amido, o milho produz mais sacarose – e álcool. Uma tonelada rende 407 litros de etanol. Pode ser colhida o ano todo sem precisar ser replantada Safras e durante 5 anos. Lado ruim: estocagem quando cortada, tem que ser moída em menos de 36 horas. Precisa ser colhido 4 meses após o plantio, caso contrário, ele estraga. Mas pode ficar estocado durante o ano inteiro. Leva de 7 a 11 horas. Já que as moléculas de açúcar são Fermentação menores e mais fáceis de ser quebradas, o tempo de fermentação diminui muito. O processo leva entre 40 a 70 horas. A demora é culpa da molécula gigante de amido que tem que ser quebrada pelas enzimas para produzir o álcool. Aqui mora a vantagem. Já que a planta ocupa menos espaço Um hectare produz entre 15 e 20 plantado, um hectare rende Produtividade toneladas de milho. Isso dá, no final 90 toneladas de cana e produz das contas, 3 500 litros de etanol. entre 7 mil e 8 mil litros de etanol. 4. Biocombustíveis: Ecologicamente correto? Biocombustíveis são combustíveis de origem biológica, fabricados a partir de vegetais. Os biocombustíveis podem ser usados em veículos integralmente ou misturados com combustíveis fósseis (etanol+gasolina). Principal componente dos biocombustíveis, a biomassa é toda fonte de energia renovável, que vem de materiais orgânicos. Os principais biocombustíveis são: etanol (produzido a partir da cana-de-açúcar e milho), biogás (produzido a partir da biomassa), biodiesel, entre outros. - Etanol: também conhecido como álcool etílico, é o álcool usado como combustível. Feito, principalmente, da cana-de-açúcar, também pode ser obtido através do milho e da celulose. É o biocombustível mais difundido no Brasil e se tornou a principal alternativa para a gasolina; - Biodiesel: feito do óleo de sementes de girassol, soja e mamona, reduzindo em até 68% a emissão de gás carbônico e em 90% a de fumaça. Pode ser usado em qualquer veículo com motor diesel e já contamos com mais de 150 usinas de biodiesel espalhadas pelo país; - Biogás: substitui gases minerais como o GLP e o gás natural. Pode ser usado para gerar energia elétrica; 4.1. Vantagens: 1. Sua fonte de produção é renovável, ou seja, não se esgota com o consumo, como no caso do petróleo (saiba mais no nosso guia de combustíveis); 2. Reduz consideravelmente a emissão de gás carbônico, preservando o meio ambiente e controlando o efeito estufa; 3. Combustíveis como o biodiesel são ótimos lubrificantes e podem aumentar a durabilidade do motor do veículo; 4. A produção de biocombustível gera mais emprego e renda para quem trabalha no campo; 5. Não é necessário mudar peças e componentes do veículo para usar os biocombustíveis. 4.2. Desvantagens: 1. Para lucrar mais, muitos agricultores preferem produzir milho, soja, cana-de-açúcar, entre outros, para transformar em biocombustível, ao invés de vendê-los como alimentos; 2. Florestas passaram a ser derrubadas para aumentar o espaço das áreas de cultivo de sementes. Com o estímulo ao pró-álcool, grande área de Mata Atlântica foi substituída por plantações de cana de açúcar, particularmente no nordeste brasileiro. Isto acarretou graves problemas climáticos e edáficos, com elevação das temperaturas e da erodibilidade dos solos 3. As queimadas empregadas para derrubar as matas causam exorbitantes emissões de gás carbônico, o que só aumenta o efeito estufa. Alem disso, um canavial, por exemplo, não consegue armazenar tanto CO² quanto a floresta tropical que foi derrubada para lhe ceder lugar. 4. Tem uma produção ligeiramente mais baixa de energia, se comparada a um volume equivalente do diesel regular; 5. Conclusão: O modelo de produção de etanol brasileiro, extraído da cana-de-açúcar, é bem mais vantajoso do que o norte-americano, que usa o milho. Estudos comprovam que o sistema é bem mais eficaz. O lucro energético gerado pelo etanol de cana é quase oito vezes superior ao gerado pelo etanol de milho. A vantagem do modelo brasileiro é que o processo de fermentação é feito a partir do bagaço da cana, ao passo que a fermentação do etanol de milho depende muito do gás, o que torna necessário usar uma quantidade muito maior de energia. Entendem, ainda, que o uso do cereal para a produção do combustível poderá, inclusive, afetar a produção mundial de alimentos. A própria produção de etanol de milho, consome uma quantidade considerável de combustível fóssil - justamente o que ele vem substituir. 6. Referências: