Life cycle assessment and carbon footprint of CO2 recycling in a sugarcane based ethanol production system

A captura e uso do dióxido de carbono é uma das formas de ajudar a frear as emissões de gases do efeito estufa (GEE) e destiná-lo a um fim útil. Um possível uso para o CO2 seria como fertilizante agrícola, uma vez que as plantas quando em maiores concentrações deste gás ceteris paribus apresentam um incremento de biomassa. Os biocombustíveis são opções que contribuem para a mitigação das mudanças climáticas em detrimento ao uso de combustíveis fósseis e entre os biocombustíveis a produção de etanol a partir de cana-de-açúcar se destaca devido a vantagens quanto à emissão de GEE e energia acumulada. Essas vantagens podem ser ainda maiores com o uso do CO2 proveniente de suas biorrefinarias na forma de insumo agrícola. O objetivo deste trabalho é avaliar esta nova técnica de uso de carbono por meio da metodologia da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) e da pegada de carbono de produtos para encontrar suas contribuições no balanço de energia e carbono do sistema. Um modelo de dispersão de gases foi utilizado para saber se é possível manter a concentração de CO2 no campo dentro dos parâmetros necessários para o incremento de biomassa. A análise indica que um sistema adaptado de irrigação por gotejamento pode manter a concentração deste gás dentro do nível desejado quando a emissão fica em 22,5 g ha-1s-1, mas que uma mesma área não é autossuficiente para o fornecimento de CO2 para fase de crescimento dos colmos. Através da ACV e da pegada de carbono da cana-de-açúcar em um cenário onde o incremento de biomassa é médio em relação aos experimentos encontrados, a tecnologia reduz em 13,5% a demanda de energia e 11,8% as emissões de GEE por MJ de bioenergia produzida se comparada ao sistema tradicional. O balanço de energia para o sistema tradicional e com reciclagem de CO2 foi de 170 GJ/ha e 206 GJ/ha, enquanto o balanço de carbono foi de -13950 kgCO2eq/ha e -17019 kgCO2eq/ha, respectivamente. Considerando as possíveis variações de incremento de biomassa, para cada MJ produzido a emissão de GEE pode variar em 8,9% e o consumo de energia em 10,9%. Essa nova técnica de uso de carbono do ponto vista teórico pode ser aplicada em campo e implica em um aumento entre 13 a 30% do balanço de energia para um hectare de cana-de-açúcar, consequentemente uma menor quantidade de terra será necessária para atingir as metas energéticas estipuladasCarbon capture and use (CCU) may slow down greenhouse gas (GHG) emissions and direct them to a useful end. A possible CO2 application is as plant fertilizer because ceteris paribus biomass increases when plants grow under high CO2 concentrations. Compared to fossil fuels, biofuels mitigate climate change, and the use of sugarcane ethanol stands out due to its low lifecycle GHG emissions and Cumulative Energy Demand (CED). Such benefits might be enhanced with the use of CO2 from the biorefinery as a crop fertilizer. The objective of this study is evaluating this new CCU scheme based on a life cycle assessment (LCA) and a carbon footprint to determine its energy and carbon balances. An air pollution dispersion model was used to verify whether it is possible to maintain the CO2 concentration on the field so that biomass increase takes place. The analysis demonstrates that a drip irrigation system can keep the concentration of gas within the desired level when the emission is 22.5 g ha-1s-1, but that the same area is not self sufficient to supply CO2 for the complete growth phase of the stalks. Results from the LCA and the carbon footprint demonstrate that compared to the traditional system, the scheme decreases CED and GHG emissions by 13,5% and 11,8%, respectively. The energy balance of the traditional and the recycling system were 170 GJ/ha and 206 GJ/ha, respectively, whereas the carbon balance was -13,950 kgCO2eq/ha and -17,019 kgCO2eq/ha, respectively. Considering the range of growth responses, for each MJ produced GHG emissions vary 8,9% whereas energy consumption varies 10,9%. These CCU scheme might be applied on the field and implies in improvements between 13 and 30% in the energy balance of 1ha of sugarcane; thus, a smaller land area will be needed than with the traditional system to achieve the energy goal