Tecnologia Industrial – Concentração de vinhaça

Natália Cherubin

A aplicação da vinhaça no campo via fertirrigação é realizada nos canaviais desde a década de 70 e, apesar de minimizar os gastos das usinas com fertilizantes, o seu alto custo de transporte, a possibilidade de saturação do solo quando aplicada em excesso e até mesmo a sua associação ao surgimento da mosca de estábulo em algumas regiões do País, são alguns dos impactos negativos da aplicação do resíduo in natura.

Desde a década de 90, empresas e instituições de pesquisa como o CTC (Centro de Tecnologias Canavieira) estudam e desenvolvem tecnologias para a concentração de vinhaça que são capazes de reduzir o volume do resíduo em até dez vezes, resolvendo a questão dos custos de aplicação do resíduo, que hoje são altos. No entanto, a incapacidade de investimento do setor tem limitado a adoção destes sistemas na maioria das unidades sucroenergéticas. Hoje, segundo a Citrotec, apenas nove unidades no país fazem concentração de vinhaça.

“A tecnologia de concentração por evaporação convencional aumenta a demanda de vapor e limita a cogeração de eletricidade. E como o único investimento lucrativo da usina é ainda o de aumentar a exportação de eletricidade, isso é feito em detrimento da concentração de vinhaça. Há sistemas mais eficientes de concentração (até 20 ºBrix) que não aumentam o consumo de vapor, usando fontes quentes, como a condensação dos vapores alcoólicos, porém a atratividade de tais sistemas ainda não permite a sua adoção”, afirma Jaime Finguerut, engenheiro químico e diretor do ITC (Instituto de Tecnologia Canavieira).

No entanto, este cenário pode começar a mudar a partir de agora com a aprovação do Renovabio. Finguerut acredita que além do aumento da rigidez com relação a aplicação do resíduo no campo por parte da Cetesb (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo), o Renovabio e a discreta melhoria da saúde financeira de alguns grupos sucroenergéticos, propiciará investimentos em tecnologias nesta área. “O impacto ambiental da aplicação da vinhaça está equacionado. É seguro e lucrativo aplicar a vinhaça nas doses recomendadas, porém se espera também algum ‘endurecimento’ na aprovação das condições de aplicação do resíduo em futuro próximo, em função da maior atenção ao tema da sustentabilidade e da necessidade de minimizar o uso de água.”

TECNOLOGIAS: NÃO HÁ NOVIDADES

A aplicação agrícola da vinhaça apresenta vantagens ambientais e econômicas, porém seu uso ainda está restrito às áreas mais próximas das usinas pelo custo-benefício apresentado, pois seu transporte para áreas mais afastadas encarece a prática e inviabiliza a sua aplicação. Existe uma distância econômica que depende da situação de cada usina e destilaria, mas que em última instância depende muito da concentração da vinhaça quando transportada via rodoviária. O tratamento da vinhaça por concentração visa essencialmente a atender este requisito, ou seja, viabilizar a fertirrigação de áreas de plantio de cana mais afastadas da usina, evitando o transporte excessivo de água, ou em áreas não contínuas, cujo projeto de fertirrigação dutoviário é impraticável.

Segundo Tercio Marques Dalla Vecchia, engenheiro e CEO da Reunion Engenharia, com a concentração há significativa redução do custo de transporte e aplicação. “Com as limitações impostas pela Cetesb, a distribuição da vinhaça não poderá ser restrita às áreas próximas à indústria, sendo assim, o custo do transporte passa a ser crítico. Outro benefício é a possibilidade de reutilização da água evaporada através de tratamento adequado, um item que pode ser fundamental para a usina.”

Para Claudemir Ribeiro, gerente de Engenharia da JW Equipamentos, a concentração de vinhaça traz vários outros benefícios já comprovados como melhor aproveitamento dos nutrientes contidos na vinhaça pelo solo, redução do consumo de potássio (compra), redução da saturação do solo e menos riscos de contaminação do meio ambiente, já que o volume de vinhaça a ser manuseado pode chegar a ser até dez vezes menor.

De acordo com Finguerut, não existem grandes novidades no que se refere à concentração de vinhaça. Os sistemas em uso (térmicos, em evaporadores de diversos tipos) foram propostos e implantados há cerca de dez anos, inicialmente em evaporação de suco de laranja, depois evaporação de caldo e, finalmente, de vinhaça. “No Centro de Tecnologia Copersucar, nos anos 90, a minha equipe já havia proposto e implementado soluções incrementais para reduzir o volume de vinhaça como, por exemplo, através do aumento do teor alcoólico na fermentação, os refervedores para aquecimento indireto das colunas de destilação, a separação da flegmaça, o resfriamento evaporativo da vinhaça, o reciclo de vinhaça na fermentação e em outros locais onde se usa água de lavagem.”

Foram desenvolvidos também sistemas de purificação do melaço e do mosto a base de melaço para permitir o aumento do teor alcoólico na fermentação e reduzir o volume de vinhaça viabilizando também uma maior taxa de reciclo sem impactos negativos. “Ainda testamos diversos sistemas de concentração de vinhaça não térmicos, com o uso de membranas, inclusive visitamos instalações comercias na Índia, em conjunto com a biodigestão. Estes sistemas chegaram a ser testados aqui no Brasil”, adiciona.

Hoje, tecnologicamente existem duas rotas comerciais para concentrar a vinhaça: a já consagrada concentração por evaporação e a concentração por membranas de osmose reversa, que ainda precisa ser melhor adaptada às condições brasileiras.

Segundo André Elia Neto, engenheiro consultor de Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Unica, (União da Indústria da Cana-de-açúcar) a tecnologia de concentração de vinhaça por evaporação com evaporadores de múltiplo efeito por nevoa turbulenta – oferecida pela maioria das empresas do mercado – teve um desenvolvimento surpreendente no setor canavieiro.

“Atualmente há dezenas de plantas instaladas no setor possibilitando o envio da vinhaça concentrada para distâncias maiores dos canaviais. Esta tecnologia oriunda do setor cítrico, por apresentar maior eficiência energética e menores problemas operacionais com incrustações, veio substituir evaporadores de múltiplo efeito falling film (Dedini-Vogelbush). Aliás, no Brasil apenas uma usina utilizou este tipo de equipamento para concentrar vinhaça, instalado há mais de 30 anos a título de planta demonstrativa”, afirma.

Ambas as tecnologias de concentração por evaporação requerem equipamentos em aço inox e demandam muita energia na forma de vapor. Neto afirma que no equipamento com 5 efeitos a quantidade de vapor é otimizada em 5 vezes, mas mesmo assim requer cerca de 0,2 kg de vapor/L de vinhaça, ou cerca de 2 kg de vapor/L de etanol para concentrar a vinhaça em dez vezes (de 2 para 20°Brix por exemplo), equivalente a quase 60% do gasto de vapor para a produção do etanol hidratado. “Isto certamente é um obstáculo para a expansão da tecnologia, pois a torna concorrente com a bioeletricidade pelo vapor.”

A Citrotec desenvolveu dois equipamentos concentradores de vinhaça – o Ecovin e o EcovinJL. O Ecovin é um evaporador de concentração de vinhaça que utiliza como energia o vapor de baixa pressão das usinas. Já o EcovinJL, uma patente Citrotec, segundo Guilherme J. B. Fernandes, engenheiro de Aplicação da empresa, utiliza como energia os vapores alcoólicos gerados no sistema de destilação. A característica é trabalhar com o princípio de evaporação por névoa turbulenta descendente.

Segundo Neto, a tecnologia em que se utiliza apenas os vapores alcoólicos como fonte energética para a concentração torna o uso da tecnologia bem atrativa para as usinas. “A implementação desta tecnologia está alinhada ao custo de produção da vinhaça concentrada versus o custo do transporte rodoviário para ser utilizada no campo, dependendo do grau de concentração associado, que indicará o tamanho do equipamento e o gasto com energia. A concentração da vinhaça, além da produção de um adubo orgânico com manejo mais próximo do adubo mineral, produz ainda um condensado vegetal, que dependendo da sua qualidade, pode ser reutilizado no processo, possibilitando o uso da água da própria cana, e consequentemente diminuindo-se a captação de água dos recursos hídricos”, acrescenta Neto.

A JW Equipamentos possui duas plantas operando integradas ao sistema de destilação existente, que possibilita o aproveitamento energético disponível na destilaria afim de reduzir o consumo de vapor para se concentrar a vinhaça. “Além do sistema integrado podemos fornecer o sistema convencional, ou seja, aquecendo a planta com vapor vegetal ou escape. Em ambos os processos podemos utilizar evaporadores tipo Falling Film ou evaporadores tipo Nevoa Turbulenta Descendente, que operam com vapores de baixa pressão, além de serem mais compactos que os demais tipos de evaporadores.”

A tecnologia por osmose reversa (OR) também pode ser uma opção para a concentração da vinhaça. Entre 2008 e 2012, o CTC testou em plantas pilotos vários tipos de membranas e, de acordo com Neto, a mais promissora foi a membrana de OR da Rochem – Índia, empresa que tem grandes projetos de concentração de vinhaça na Índia e em outras regiões do mundo.

Estas membranas são constituídas por pratos justapostos dentro de um cilindro, formando um circuito do concentrado, retirando o permeado pelo centro do cilindro. “Essa tecnologia é muito empregada para a concentração de vinhaça nas destilarias indianas e vem apresentando resultados de performance de 50 a 80% de geração de permeado com boa qualidade, mesmo para o tipo de vinhaça a partir de melaço produzido na Índia, com altos teores de sólidos dissolvidos (35.000 a 55.000 mg/L)”, explica Neto.

No entanto, no estágio atual, a tecnologia não tem o mesmo potencial de concentração adquirido a partir da evaporação. Enquanto na concentração por evaporação se atinge teores de sólidos da ordem de 20% ou até mais dependendo do vapor disponível, na membrana os teores de sólidos atingem cerca de 12%. “Mesmo assim, como esta tecnologia não necessita de vapor, pode ser vantajosa quando se tem uma vinhaça diluída (vinhaça de caldo em destilaria). Esta tecnologia poderia ainda complementar a evaporação em uma etapa de pré-concentração em 50% a 75% de rejeição de permeado (isto é, de 2 a 4 vezes de concentração no retentado), promovendo assim uma necessidade de equipamentos de menor porte e com menor consumo de vapor, no caso de se desejar concentrar a vinhaça a patamares maiores”, destaca Neto.

Como subproduto, o processo de osmose reversa produz água em nível de potabilidade (a menos do pH) que pode ser prontamente reutilizada no processo industrial, ou seja, o reuso da água da própria cana.

QUEM FAZ

A Usina Iracema, do Grupo São Martinho, localizada em Iracemápolis, SP, começou seus primeiros estudos de viabilidade para implementação de um concentrador de vinhaça em 2008. O projeto teve como objetivos:

1) Utilizar o resíduo de maneira mais otimizada, melhorando a nutrição dos canaviais;

2) Reduzir a compra de adubo N-P-K mineral e aumentar a área de adubação orgânica;

3) Reaproveitamento da água na área industrial;

4) Continuar atendendo as normas ambientais.

Segundo Ivan Dalri, gerente Agrícola da Usina Iracema, em 2013 o projeto foi aprovado e entrou em operação na safra 2015/16. Dentre as tecnologias disponíveis no mercado, a concentração pelo método da Névoa Turbulenta foi a técnica mais adequada economicamente as necessidades da usina.

Até a safra 2013/14, a aplicação da vinhaça in natura era realizada em uma área de 9.800 mil ha, localizados em um raio médio de 11 km. Já na safra 2015/16, a unidade fez a aplicação da vinhaça concentrada em 100 % das áreas de tratos, em um raio médio de 29 km (Figura 1). E os benefícios tem sido muitos:

– redução do custo da adubação N-P-K;

– redução do consumo de óleo diesel;

– redução da emissão de efluentes industriais;

– melhor manejo do canavial.

De acordo com Dalri, apesar do retorno do investimento depender das linhas de financiamento disponíveis e dos preços dos fertilizantes, o payback varia entre cinco e sete anos. “A concentração de vinhaça na usina está atingindo os objetivos do projeto, que tem um conceito de sustentabilidade, já que atende a questões ambientais e sócio-econômicas. Vale lembrar que na Usina Boa Vista também trabalhamos com a concentração da vinhaça.”

A Usina Rio Pardo também se beneficia das vantagens da concentração de vinhaça. Em 2009, uma das medidas de proteção ao meio ambiente adotada pela unidade, localizada no município de Cerqueira César, SP, foi a concentração da vinhaça. Na fabricação de etanol, de toda vinhaça produzida, 100 mil l por hora são conduzidos para um concentrador. A parte concentrada é utilizada diretamente como fertilizante líquido e distribuída na cana através de caminhões próprios, a razão de 10 m³ por ha, quantidade essa que supre 100% da necessidade de potássio.

O excedente não concentrado da vinhaça é resfriado e conduzido até os cultivos através de dutos e/ou caminhões próprios. Depois, é aspergido através de motobombas, sendo aproveitada como fertilizante para melhorar a produtividade na área agrícola, assim como acontece com a vinhaça concentrada. A água resultante da concentração da vinhaça é utilizada na diluição de fermento, o que contribui com a redução da retirada de água do meio ambiente, além de proporcionar a diminuição do consumo de insumos, sobretudo, dos ácidos na fermentação.

A primeira e principal tecnologia é a concentração da vinhaça proveniente da destilação do vinho, que se apresenta com aproximadamente 2 a 3˚Brix a uma temperatura de 95°C. A tecnologia utilizada pela usina é evaporador por nevoa turbulenta de cinco efeitos.

Segundo Carlos Alberto Caserta, gerente Industrial da unidade, a vinhaça in natura é utilizada para fertirrigar as áreas que se encontram de 10 km a 15 km da unidade industrial, já a concentrada foi à solução para os canaviais mais afastados. “A principal vantagem desse sistema é a redução dos custos com a logística. O custo da vinhaça in natura gira em torno de R$ 1400/ha, já a concentrada fica em R$ 480/ha”, afirma.

Com a concentração da vinhaça, a usina também conseguiu diminuir o uso de água na indústria em aproximadamente 0.20 m3/t de cana. “Isso acontece porque eu consigo reutilizar a água evaporada da vinhaça, reduzindo a captação, podendo ser utilizada na diluição do fermento na fermentação e no preparo do mosto”, finaliza.

A Usina Cofco Agri, na sua unidade em Potirendaba, SP, também é uma das pioneiras na concentração de vinhaça. Seus investimentos no valor de R$ 18 milhões começaram em 2008 e o sistema de concentração por evaporadores implementado pela unidade transforma cada 210 m³ de vinhaça produzidos por hora em 90 m³. Durante o processo de compactação do material orgânico, a usina extrai água reutilizável na indústria, resultando na economia de 70 m³ da água captada.

Segundo o gerente industrial Cristiano Waldisser, a indústria leva a vinhaça até áreas mais distantes, chegando a 70 km da usina. Ele diz que, dessa forma, consegue economizar na adubação. Além do processo de concentração, a unidade conseguiu diminuir a incidência da mosca do estábulo mudando a maneira de aplicação. “O trabalho é feito de forma controlada, com o uso de um caminhão e de um trator, jogando a vinhaça bem no meio da linha da cana.”

MELHOR PARA A PLANTA

Segundo José Luiz Ioriatti Dematte, consultor e professor do Departamento de Solos e Nutrição de plantas da Esalq-USP, levando-se em consideração somente o requisito nutricional, a vinhaça concentrada é mais eficiente, pois com ela consegue-se dobrar a área aplicada. “Atualmente nas usinas a relação entre quantidade de vinhaça in natura e área a ser aplicada estaria na faixa de 25% a 35% e com a concentrada tal área passa a ser 50% a 70% de todo o canavial. Ao somar o teor de potássio desta vinhaça concentrada mais o teor de potássio da palha, praticamente não haveria necessidade do uso do cloreto de potássio. Em termos de evolução, inclusive com a vinda do etanol de segunda geração, mais vinhaça será produzida e, portanto, a meu ver, a concentração seria o caminho a ser trilhado.”

O pesquisador destaca que não se deve esquecer que praticamente 60 a 65% dos solos usados para a cana são de baixa fertilidade e que, nestes casos, a vinhaça in natura tende a recuperá-los melhor, fato que deve ser levado em consideração. “Em termos de evolução, as usinas teriam no início um único sistema, vinhaça in natura, passando para um sistema híbrido, in natura e concentrada, e posteriormente somente a concentrada”, observa.

Manuel Moreno Ruiz Poveda, mestre em Energia e doutorando em Bioenergia pela Esalq-USP, acredita que a melhor solução também é concentrar o resíduo. Isto porque, a aplicação sem critérios adequados de dosagem da vinhaça ao solo podem causar um desequilíbrio de nutrientes e gerar resultados diferentes dos esperados, pois a dosagem adequada varia segundo o tipo de solo e as variedades de cana. “A partir do ano 2006, no Estado de São Paulo, a Cetesb recomenda a aplicação de vinhaça no solo por meio da Norma P4.231, que inclui uma metodologia para determinação do volume máximo de vinhaça aplicado ao solo de acordo com as características físico-químicas deste. O cumprimento dessa norma prevê a sobreacumulação de potássio nos solos e a contaminação do lençol freático. O problema da dispersão do potássio presente na vinhaça vem sendo contornado com o emprego de concentradores, os quais reduzem o volume de vinhaça e permitem ampliar o raio econômico de transporte. Este tipo de aplicação é mais eficiente ao uso da vinhaça que os sistemas de aspersão, pois não existem perdas nos dutos nem na entrelinha.”

As mudanças para se implementar um processo desses não são pequenas e tão pouco simples, sendo assim, exige uma grande interação entre indústria e agrícola. “Muitas usinas têm nos procurado para fazermos estudos e até análise de viabilidade do processo e os resultados têm se mostrado bastante interessantes. Penso que agora é uma questão de tempo. O problema é que o cenário econômico ainda não é favorável. Não diria que o custo da tecnologia é alto, prefiro pensar que as usinas têm outras prioridades e a principal hoje é se capitalizar. Não temos dúvidas quanto ao custo-benefício. Os cases que temos demostram isso na prática. Tudo que foi feito até aqui ainda é muito novo para nós e para o setor provavelmente muitas outras tecnologias surgirão, inclusive estamos trabalhando para isso”, finaliza Ribeiro.