Socioeconomic and environmental evaluation of recovery systems and use of sugarcane straw

Orientadores: Luis Augusto Barbosa Cortez, Marcelo Pereira da CunhaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia AgrícolaResumo: A colheita de cana crua, sem queima, tem sido imposta principalmente por questões ambientais e com vistas ao aproveitamento integral da cana-de-açúcar. Questões econômicas, ambientais e sociais induzem à mecanização da colheita, o que pode proporcionar melhores condições de trabalho e o aproveitamento da palha, com a eliminação da queima prévia. Parte da palha pode ser utilizada para cobertura do solo, melhorando o reciclo de nutrientes, a retenção de água e redução da erosão. Outra parte da palha poderá ser recolhida, enviada para a indústria e utilizada para geração de eletricidade e/ou para produção de etanol de 2ª geração. Este trabalho, com auxílio da Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC/CTBE), empregou as metodologias de insumo-produto e análise de ciclo de vida (ACV) para analisar os impactos socioeconômicos e ambientais do recolhimento e aproveitamento da palha de cana-de-açúcar no setor sucroenergético, considerando (i) a tecnologia de colheita existente (colhedora Convencional) e em desenvolvimento (Estrutura de Tráfego Controlado ¿ ETC, proposta de mecanização com redução e controle do tráfego), (ii) a parcela de palha recolhida, (iii) a forma de recolhimento e transporte e (iv) seu uso. Avaliou-se, também, a viabilidade econômica de cada rota tecnológica considerada. Verificou-se que a colheita integral é economicamente vantajosa na fase agrícola e que a redução da densidade de carga pode ser compensada com menor perda de colmos, devido à redução de potência dos extratores da colhedora. O enfardamento apresenta custos elevados para pequenas frações de recolhimento devido à redução na capacidade operacional das máquinas. A análise do modelo verticalizado de produção (fase agrícola e industrial) mostrou que a baixa eficiência da estação de limpeza a seco interfere diretamente nos rendimentos da indústria, diminuindo a vantagem da colheita integral. A proposta de recolher palha através de colheita integral com palha repicada apresentou bons resultados nas simulações, reduzindo o custo de transporte e melhorando a eficiência de separação da palha na indústria. Considerando o modelo verticalizado de produção, fardos 7,5 t/ha (com colhedora convencional) e Integral sem ponteiro repicada (ETC) apresentam maiores valores para TIR, 12,0% e 14,2%, respectivamente. A fase agrícola responde por 80% a 90% dos impactos ambientais, variando de acordo com o cenário e a categoria de impacto analisada. O uso e produção de fertilizantes e corretivos são os itens que mais ocasionam os impactos ambientais, seguidos de uso de óleo diesel. Em termos socioeconômicos, a colheita integral apresenta maior valor de produção e PIB; já os cenários com fardos apresentam maior remuneração mensal média por emprego e número de empregos gerados em função do maior número de operações mecanizadas demandando mais mão de obra. O resultado principal do estudo mostra que os cenários com ETC apresentam maior eficiência econômica e a proposta de recolhimento através de colheita integral com palha sem ponteiro e repicada apresentou maior atratividade econômica com menores impactos ambientais. Esta pesquisa demonstra a importância de desenvolvimento de tecnologias que permitam melhor aproveitamento da biomassaAbstract: Harvesting of green sugarcane, without burning, has been imposed mainly by environmental issues and aiming to take full advantage of sugarcane. Economic, environmental and social issues induce mechanical harvesting, which can provide better working conditions and the use of straw, with the elimination of the previous burning. Part of the straw can be used for soil coverage, enhancing the recycling of nutrients, water retention and reducing erosion. Another part of the straw can be collected, sent to the industry and used for bioelectricity generation or production of 2nd generation ethanol. This paper, with the support of Virtual Sugarcane Biorefinery (VSB), applied input-output and life cycle analysis methodologies to analyze the socioeconomic and environmental impacts of collection and utilization of straw sugarcane, considering (i) harvesting of sugarcane existing (conventional harvester) and developing (ETC - Controlled Traffic Structure ¿ proposed mechanization of reduction and traffic control) technologies, (ii) fraction of gathered straw, (iii) form of collection and transportation and (iv) use of straw. It was also evaluated economic viability of each technological route considered. It was found that the integral harvest system is economically advantageous in the agricultural phase, and that the load density reduction is almost matched with lower loss of stalks due to the reduced power of the harvesters¿ exhauster. The baling system shows higher costs of small fractions straw recovery due to reduction of the machines operational capacity. The verticalized production model analysis (agricultural and industry fases) showed that the low efficiency of dry cleaning station directly interferes with the industry output, reducing the advantage of the integral harvest system. The proposal to collect straw through integral harvest with chopping presented good results in simulations, reducing the cost of transport of straw and improving industrial productivity with better separation of straw. Considering the verticalized production model, 7,5 ton/ha baling (with conventional harvester) and integral harvest system chopped without tops (ETC) present higher values of IRR, 12,0% and 14,2%, respectively. Regarding environmental impacts, it was found that agricultural phase represents 80% ¿ 90% of the environmental impacts, varying according to the analyzed scene and the impact category. The use and production of fertilizers and soil correctors are the items that cause the most environmental impacts followed by the use of diesel. In socioeconomic terms the integral harvest system presents higher production value and GDP (Gross Domestic Product); the baling scenes present higher average monthly income per job and number of generated jobs due to higher number of mechanized operations requiring more manpower. The main result of this study shows that ETC scenes present higher economic efficiency and the recovery proposal of integral harvest system chopped without tops presented higher economic prospects with lower environmental impacts. This paper shows the importance of technology development which permits better use of biomassDoutoradoMaquinas AgricolasDoutora em Engenharia Agrícol