ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICO E ECONÔMICA PARA A PRODUÇÃO DE BIOETANOL DE RESÍDUOS DE PROCESSAMENTO DA LARANJA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICO E ECONÔMICA PARA A PRODUÇÃO DE BIOETANOL DE RESÍDUOS DE PROCESSAMENTO DA LARANJA

LUÍZA MONTEIRO DE MELO

Luiz henrique roale baptista pereira

Resumo

Este é o resumo do seu projeto. Ele é um elemento obrigatório pelas normas da ABNT e o tamanho recomendado é de 150 a 500 palavras. Nele você deve apresentar de forma sintética os pontos principais do trabalho. Utilize a terceira pessoa do singular, na voz ativa. Procure utilizar frases claras, afirmativas e evite enumeração de tópicos. Ressalte o objetivo, o método, os resultados e as conclusões obtidas no estudo. A primeira frase deve destacar o tema principal do trabalho. Abaixo do resumo você encontra as palavras chave, que serão utilizadas para a catalogação dos trabalhos na biblioteca. Utilize de 3 a 5 palavras separadas por ponto.

Palavras-chave: Mettzer. Formatação. Trabalho acadêmico.

Introdução

A indústria brasileira de produção de laranja junto com a de suco concentrado é líder no mercado mundial e alcança números expressivos para a economia brasileira. Atualmente o primeiro segmento gera em torno de US$2 bilhões a partir da venda das frutas in natura para o mercado varejista, ou para as empresas processadoras de suco, enquanto, o segundo segmento movimenta em torno de US$ 2,2 bilhões, sendo o Brasil responsável pela produção de três a cada cinco copos de suco de laranja consumidos no mundo (Associação nacional dos exportadores de sucos citricos, 2020)

Concentrada no estado de São Paulo e no triângulo sudoeste mineiro, as grandes indústrias e os citricultores fizeram desta região um polo de cultivo e processamento da fruta e possuem hoje uma estrutura consolidada de logística para o escoamento dos produtos tanto para o mercado interno quanto para o externo através do porto localizado na cidade de Santos (SP) (Rezende, 2000).

A produção de laranja foi de cerca de 17 milhões de toneladas na safra de 2019(IBGE, 2019), estima-se que 72% dessa massa seja destinada ao processamento para a produção de suco, totalizando 12,7 milhões de toneladas do fruto (Associação nacional dos exportadores de sucos citricos, 2020).

Ao longo da cadeia produtiva brasileira estima-se que apenas 50% da massa processada seja transformada efetivamente em suco concentrado (RezzadoriBenedettiAmante, 2012), sendo a outra metade considerada resíduo de processo, totalizando uma geração de cerca de 6,35 milhões de toneladas de resíduos anualmente. A maior parte destes resíduos é composta por sementes, casca e resíduos de membrana que restam após a extração do suco (WilkinsSuryawatiManess, 2007). De forma a mitigar os impactos ambientais relacionados à disposição final destes produtos, os mesmos deverão ser processados devidamente. Nesse contexto, apesar de hoje em dia existirem várias novas tecnologias em desenvolvimento para o reaproveitamento destes resíduos, até relativamente pouco tempo atrás não existiam métodos de descarte satisfatórios, sendo os principais utilizados o despejo dos resíduos em porções de terra adjacentes aos locais de produção, a utilização dos resíduos como matéria-prima na produção de ração para agropecuária ou então a queima dos mesmos. (Lapuerta et al., 2008). Contudo, estes processos ainda assim têm um alto potencial poluidor e ignoram a possibilidade de reaproveitamento destes resíduos.

Dentro das propostas de tecnologias promissoras para reaproveitamento de resíduos da produção de suco de laranja, destacam-se as seguintes: A produção de bio-óleo e bio-carvão, a produção integrada de bio-etanol, biogás e limoneno, a produção de pectina, a extração de óleos essenciais e a utilização dos resíduos sólidos como adsorventes.

Dentre as alternativas apresentadas, foi definido como principal foco deste estudo a análise da rota tecnológica para a produção de bioetanol, biogás e limoneno, devido a versatilidade de produtos que podem ser obtidos, a relativa simplicidade do processo e o fato do custo da matéria-prima ser inferior quando comparado com os custos de outros processos de produção de etanol que envolvem a lignocelulose (RezzadoriBenedettiAmante, 2012).

Sendo assim, identificada a oportunidade de se rentabilizar a geração de resíduos a partir do seu processamento, o objetivo desse trabalho consiste em realizar um estudo de viabilidade técnico e econômica para a instalação de uma unidade industrial produtora de bioetanol, biogás e limoneno. Essa avaliação será feita por meio da elaboração de demonstrativos de resultado em exercício (DRE) e demonstrativos de fluxo de caixa (DFC) a partir de estimativas de custos e investimentos necessários para a instalação da planta em questão, além de indicadores de viabilidade que serão calculados a partir destes demonstrativos como o VPL, a TIR e o payback. Por fim, busca-se também identificar quais variáveis impactam mais a avaliação de viabilidade econômica o que será feito por meio da análise de sensibilidade, variando-se algumas variáveis escolhidas e analisando-se o quanto elas impactam nos indicadores citados anteriormente.

Metodologia

Apesar do Brasil possuir representatividade significativa no setor de produção de suco de laranja e etanol, não há muitos estudos de avaliação técnico econômica com aplicabilidade para a produção de etanol de segunda geração derivado do resíduo da indústria citrícola na comunidade acadêmica brasileira. Por isto, depois da identificação da oportunidade de agregação de uma biorrefinaria a uma planta produtora de suco de laranja com o objetivo de produzir etanol, limoneno e biogás a partir do resíduo gerado na produção de suco de laranja, faz-se necessário a etapa de estudo de viabilidade econômica.

O modelo de avaliação econômica baseia-se em cinco principais partes: estimativa do investimento, estimativa de custos operacionais, estimativa de receita, elaboração das análises contábeis (DRE e DFC) e cálculo dos indicadores econômicos de viabilidade junto com a análise de sensibilidade. Esta seção tem como objetivo descrever a metodologia utilizada para determinação de todas estas etapas. 

ESTIMATIVA DE INVESTIMENTO

O investimento fixo em uma unidade produtiva pode ser definido como o custo total para se projetar, construir e instalar uma planta industrial, envolvendo todos os bens, tangíveis ou intangíveis, vinculados ao projeto. Segundo Towler e Sinnott (2013) o mesmo é constituindo pelas seguintes parcelas:

a) Inside Battery Limits Plant Cost (ISBL): Contém o custo de aquisição e instalação dos equipamentos de processo da unidade, tubulações, instrumentos, obras civis e tudo que estiver envolvido diretamente na produção. De forma resumida, é o custo da planta em si.

b) Outside Battery Limits Plant Cost (OSBL): São os custos de aquisição e instalação de componentes necessários para acomodar a operação da nova planta, como por exemplo : Equipamentos de utilidades, geradores, subestações, laboratório, escritórios, vestiários, oficinas, dentre outros.

c) Custos de Engenharia: Envolvem os custos relacionados ao detalhamento do projeto e a outros serviços de engenharia necessários. Este componente torna-se relevante a medida que a maioria das empresas não possuem um corpo de engenheiros suficiente para realizar um projeto de uma planta industrial. Logo, uma ou mais empresas de engenharia acabam sendo contratadas.

d) Encargos de Contingência: São custos extras adicionados no orçamento do projeto para suportar possíveis variações ou erros nas estimativas de custos iniciais e eventuais problemas inesperados.

É possível calcular o investimento de capital fixo, conforme equação adaptada de Towler e Sinnott (2013).


C=C(S/S)nFLIC(1)\displaystyle C₂ = C₁*(S₂/S₁)^n*FL*IC \tag{1}

Onde, C₂ é o investimento fixo preliminar a ser calculado para uma capacidade de processamento S₂, C₁ é o investimento fixo utilizado como referência de uma planta semelhante com capacidade S₁, n é o fator de extrapolação do método, responsável por representar a economia de escala, IC é o índice de correção temporal e tem como função atualizar o valor de referência para os dias atuais e FL é o fator de localização, que tem como função corrigir os valores encontrados com base nas diferenças de custo provenientes da diferença de localização entre a planta a ser instalada e a planta utilizada como referência.

Os componente que compõem o investimento fixo  através de correlações empíricas apresentadas por Towler e Sinnott (2013) encontram-se compilados na tabela a seguir:

Quadro 1 — Componentes do Investimento Fixo

ParâmetrosRelações Empiricas
Investimento FixoIF = I1+I2+I3+I4
 ISBL I1
 OSBL I2=0,4*I1
 Custos de EngenhariaI3= 0,2*(I1+I2)
Encargos de ContingênciaI4=01*(I1+I2)

Adaptado de Towler e Sinnott (2013)

O capital de giro pode ser considerado como um custo adicional ao investimento inicial para iniciar a fábrica e mantê-la funcionando, este custo está vinculado à manutenção da operação da planta. De acordo com Towler e Sinnott (2013), o capital de giro pode variar de 5% do investimento inicial fixo para processos simples de produção e de produto único, até 30% para processos mais complexos com uma grande diversidade de produtos. Para o presente trabalho, adotou-se um valor de 10% do investimento inicial fixo para estimativa do capital de giro.

ESTIMATIVA DE CUSTOS DE PRODUÇÃO

A determinação do investimento de capital necessário para a construção de uma planta industrial é apenas uma das etapas de um estudo de viabilidade técnica e econômica. Outra etapa tão importante quanto esta, consiste na determinação dos custos totais para se operar a planta e vender os seus produtos. Esta etapa do estudo é fundamental para se determinar a lucratividade de um projeto. Nesse contexto, este tópico tem como objetivo estimar o custo total de produção, dividindo o mesmo em duas parcelas, os custos variáveis de produção e os custos fixos de produção. Os mesmos serão explorados mais detalhadamente a seguir.

 

Custos Fixos de Produção

Os custos fixos de produção consistem em gastos que são recorrentes, independentemente da quantidade produzida pela planta. Como custos fixos, estão inclusos custos com mão-de-obra, manutenção, despesas gerais de seguros e taxas. Os mesmos serão explorados mais detalhadamente a seguir.

Custos de Mão-de-Obra

A definição de custos de mão-de-obra é o custo total de todos os colaboradores envolvidos em um negócio. Este, é um dos custos operacionais mais substanciais nos quais envolvem os salários e benefícios pagos aos operadores e funcionários da planta, e podem ser definidos de forma direta como sendo o custo necessário para a fabricação de certo produto.

As fábricas em sua maioria operam em regime de turnos, período de oito horas de trabalho para garantir a operação contínua de suas atividades, em que os operadores são divididos e trabalham em escalas distintas, que podem ou não  coincidir com o horário administrativo mais comumente aplicado em outros setores.

Os gerentes e engenheiros que constituem a equipe de supervisão normalmente trabalham em horário comercial, não seguindo o regime de turnos. Eles costumam ser responsáveis ​​pela supervisão das operações em várias instalações ao mesmo tempo. Assim, do ponto de vista contábil, é como se apenas uma certa fração de seu tempo fosse dedicada a uma determinada unidade. Consequentemente, ao fazer um cálculo detalhado do custo total da mão de obra por turnos, eles devem ser separados dos operadores que trabalham em escala de turnos. Uma forma prática de contabilizá-los é representar a supervisão que realizam por uma porcentagem fixa do valor total dos salários dos operadores de turnos existentes. Como regra geral, essa taxa é calculada entre 20 e 25% (CHAUVEL ; FOURNIER ; RAIMBAULT, 2003). Para fins deste trabalho, adotou-se a taxa de 25% do salário dos operadores como representativo do custo de supervisão e gerência.

Custos de Manutenção

Assim como o próprio nome sugere, estes custos estão relacionados as atividades necessárias para se prolongar ao máximo possível a integridade de uma planta industrial e seus equipamentos, independente da sua escala de produção.            Estes contemplam tanto o gasto proveniente da necessidade de se adquirir peças ou equipamentos para reposição, quanto o da mão-de-obra especializada para realizar as atividades de manutenção efetivamente.    

As atividades de manutenção podem envolver serviços planejados específicos que ocorrem durante paradas programadas da planta industrial, conhecidas como manutenção preventiva, ou reparos emergenciais decorrentes de uma falha de operação ou eventuais defeitos nos equipamentos, também conhecidos como manutenção corretiva.

Segundo CHAUVEL , FOURNIER e RAIMBAULT (2003), estes custos são comparáveis com os valores investidos na construção da unidade, sendo consequentemente vistos como uma renovação do investimento nas unidades de produção e nas unidades que apoiam suas operações.

Nesse contexto, Towler e Sinnott (2013) recomendam que as estimativas para custos de manutenção sejam calculadas como uma fração do ISBL, representando 5% do mesmo em indústrias cujas atividades envolvam o manuseio de sólidos ou a utilização de grandes equipamentos mecânicos.

Custos com Seguro

O seguro na maior parte das vezes é realizado com uma empresa especializada chamada de seguradora. Este é necessários para qualquer planta industrial de forma a cobrir eventuais danos causados por acidentes, pelo clima ou algum outro fator em equipamentos, podendo gerar algum tipo de dano no mesmo ou até perdas de produtos como matérias-primas e produtos acabados.

O valor gasto com o seguro de uma planta industrial é difícil de estimar, pois depende de diversos fatores como por exemplo a natureza da operação, a escala de produção e os tipos de produtos envolvidos. Porém, como estimativa inicial, Towler e Sinnott (2013) recomendam utilizar o valor de 1% do somatório do ISBL e do OSBL.

Despesas Operacionais

As despesas operacionais de uma planta industrial são os custos associados aos componentes não-produtivos da indústria e outras atividades auxiliares, englobando principalmente gastos com pesquisa e desenvolvimento, custos de comercialização e despesas administrativas.

Os gastos com pesquisa e desenvolvimento envolvem tudo que está relacionado ao desenvolvimento de novas tecnologias, processos e produtos dentro da indústria. A parcela ocupada por estes custos dentro das despesas operacionais varia muito de acordo com o tipo de indústria, sendo mais presente em indústrias de fármacos ou de especialidades químicas. Como o estudo proposto tem como objeto um processo ainda em fase de desenvolvimento e busca avaliar a viabilidade do mesmo em escalas reduzidas, foi definido que não haverá valor investido em pesquisa e desenvolvimento. 

Os custos de comercialização consistem nos valores gastos com o processo de vendas, envolvendo propaganda, estudos e pesquisas de mercado em geral, pagamentos ao setor de vendas e outras atividades do gênero. Segundo Towler e Sinnott (2013), em indústrias produtoras de commodities estes gastos são desprezíveis.

Por fim, as despesas administrativas envolvem os gastos relacionados com os setores administrativos da empresa e compõem a maior parte das despesas operacionais. Como exemplo de setores que estão incluídos nessa categoria, tem-se os setores de recursos humanos, compras, qualidade, meio-ambiente, segurança, dentre outros. Em indústrias de menor porte, alguns destes setores podem ser substituídos pela atuação de consultores, porém, espera-se que a proporção de gastos se mantenha independente da terceirização. Baseado nos valores apresentados por  CHAUVEL FOURNIER RAIMBAULT (2003), o valor utilizado para a estimativa das despesas administrativas foi de 50% dos custos de mão de obra total.

Custos Variáveis de Produção

Os custos variáveis de produção consistem em despesas diretamente ligadas a produção, variando proporcionalmente a escala de operação da planta e a quantidade produzida. Nestes estão inclusos todos os insumos consumidos durante a produção, como por exemplo os custos de aquisição de matéria-prima, os custos de utilidades e os custos com consumíveis.

Custos de Matéria-Prima

Na indústria os custos de matéria-prima costumam ser responsáveis pela maior parcela dos custos variáveis de produção. A determinação dos mesmos costuma ser simples, sendo calculada multiplicando-se o o preço unitário de aquisição da matéria-prima pela quantidade total necessária no processo, esta última proveniente do balanço material realizado. Contudo, apesar de a primeira vista ser um procedimento simples, a dificuldade se encontra na determinação de um preço unitário confiável para obtenção desta matéria-prima.

O preço da aquisição de matéria-prima pode ser divido em duas parcelas, uma representativa do custo para se obtê-la, e outra representativa do custo para se transportá-la. Como o processo tem como objetivo propor uma solução de destinação para o resíduo gerado pelas processadoras de laranja, eliminando assim um possível passivo das mesmas, é razoável considerar como hipótese que a matéria-prima poderá ser obtida a custo zero.

Logo, o custo de matéria-prima será composto apenas pelas despesas relacionadas a logística de transporte da mesma. Esta parcela também pode ser dividida, sendo igual a soma do custo fixo, este representado pelas despesas ao se carregar e descarregar as carretas, com o custo variável, representado pelas despesas com combustível e depreciação da carreta que tem uma relação linear com a distância a ser percorrida durante o transporte ( MARRISONLARSON1995).

Custos de Utilidades e Consumíveis

Em uma planta industrial as utilidades se referem a serviços auxiliares necessários em qualquer tipo de processo produtivo. Dentre eles, pode-se listar o consumo de energia elétrica, fluidos para aquecimento ou resfriamento de correntes de processo, água de processo, ar comprimido, dentre outros. As utilidades podem ser produzidas no próprio site da planta, sendo assim seu custo definido pelas despesas para se gerar e transmitir essa corrente de utilidade. Alternativamente, podem ser adquiridas com terceiros, sendo neste caso seu valor definido por contrato entre as partes.

O custo de utilidades pode variar de acordo com a quantidade consumida, o local e a existência ou não de incentivos. Nesse contexto, a estimativa desse custo em específico acaba se tornando mais complexa do que o custo de matéria-prima pois não pode ser realizada sem antes se definir o balanço material e energético da unidade em questão. Contudo, segundo Towler e Sinnott (2013), custos com utilidades dificilmente superam 15% do custo total de produção, sendo 7% um valor razoável para uma estimativa inicial.

Já os custos com consumíveis, em plantas genéricas, englobam principalmente os gastos com produtos químicos, solventes, catalisadores, dentre outros. No caso do processo proposto, estas despesas se concentrarão no ácido sulfúrico utilizado na etapa de hidrólise ácida e nas leveduras utilizadas durante a etapa de fermentação. Towler e Sinnott (2013) sugerem uma estimativa inicial de 3% do custo total de produção para os custos de consumíveis.

Como ambos os custos estão em função do custo total de produção que ainda não foi determinado, é necessário defini-lo antecipadamente para então determinar estas duas parcelas. Isso pode ser feito da seguinte forma:


CTP=CVP+CFP(2)\displaystyle CTP = CVP + CFP \tag{2}


CVP=CMP+CUT+CCO(3)\displaystyle CVP = CMP + CUT + CCO \tag{3}


CUT=0,07.CTP(4)\displaystyle CUT = 0,07.CTP \tag{4}


CCO=0,03.CTP(5)\displaystyle CCO = 0,03.CTP \tag{5}

Onde:

CTP – Custos Totais de Produção;

CVP – Custos Variáveis de Produção;

CFP – Custos Fixos de Produção;

CMP – Custos com Matéria-Prima

CUT – Custos de Utilidades

CCO – Custos de Consumíveis

Substituindo-se (3) e (4) em (2), tem-se: 


0,9.CTP=CMP+CFP(6)\displaystyle 0,9.CTP = CMP + CFP \tag{6}

A partir daí, pode-se encontrar o valor dos custos totais de produção e logo em seguida definir-se os custos de utilidades e consumíveis a partir das equações (3) e (4). Pode-se observar que pela relação desenvolvida (5), os custos de matéria-prima equivalem a 90% dos custos totais de produção. Esse valor se mostra coerente com os dados apresentados nos livros-texto usados como referência que apontam que este valor costuma variar entre 80% a 90%.

IMPOSTO DE RENDA

O Imposto de Renda Pessoa Jurídica é destinado a empresas brasileiras, cuja alíquota pode chegar a 34% incidente sobre o lucro real, dependendo da atividade desenvolvida e do porte do negócio. Esta alíquota compreende 15% do imposto de renda sobre o lucro apurado, 10% do imposto sobre a parcela do lucro que exceder R$ 240.000 ao ano e 9% da contribuição social (CSLL) incidente sobre o lucro líquido ajustado, de acordo com dados obtidos de taxas de imposto corporativo disponibilizados pela empresa de consultoria Deloitte para o ano de 2020. Para o presente trabalho será considerada uma alíquota de 34% incidente sobre os lucros apurados após a depreciação (EBIT) no DRE, visto o porte da planta proposta.

Os encargos de depreciação são o tipo mais comum de dedução fiscal usada pelos governos como incentivo ao investimento. A depreciação é um encargo não monetário relatado como uma despesa, o que reduz a receita
para efeitos fiscais, mas não representam uma saída de caixa. É caracterizada como a desvalorização de ativos ao longo dos anos e representam uma espécie de reserva para reposição ou substituição dos equipamentos. Para os fins deste trabalho utilizou-se a metodologia de depreciação linear, visto que o valor residual para fábricas de produtos químicos é comumente considerado zero, já que a operação se dá além do final da vida útil depreciável, para este caso, 13 anos. Este valor foi definido baseado no horizonte de planejamento e cronograma de partida que serão descritos no item 2.4. O cálculo da metodologia de depreciação linear pode ser observado abaixo:


D=I/n(7)\displaystyle D = I/n \tag{7}

Onde:

I – Investimento inicial fixo

n – Período de depreciação a partir do início da operação

ESTIMATIVA DE RECEITAS

As receitas irão consistir no valor arrecadado a partir da venda dos produtos e subprodutos gerados no processo escolhido após a partida da unidade. Dessa forma, a estimativa das receitas geradas pode ser estimada multiplicando-se o preço unitário de venda destes produtos pela quantidade total produzida, sendo o maior desafio dessa etapa estimar os valores unitários de cada um de acordo com as condições de mercado. 

Elaboração das demonstrações contábeis

Como o projeto visa a construção de uma biorrefinaria, se faz necessário a projeção para a construção, inicialização da produção e o horizonte de operação da mesma. Um cronograma de inicialização típico para uma planta foi descrito por Towler e Sinnott (2013) e apresentam as seguintes considerações: primeiro ano, engenharia, detalhamento do projeto, itens que possuem projetos e fabricação mais longos, estes representam 30% do investimento fixo inicial. Segundo ano, aquisição e construção, correspondem a 60% do investimento fixo inicial e o terceiro ano equivalente aos 10% restante, para a finalização da construção. Seguindo o mesmo cronograma, a produção inicia-se no terceiro ano de construção e com capacidade correspondente a 30 %, o quarto ano corresponde a etapa de adaptação da operação e tem sua capacidade estabelecida em 70%. A partir do quinto ano considerou-se sua produção operando na capacidade total.

O horizonte de planejamento comumente aplicado para projetos deste porte no setor da indústria química é de 15 anos, sendo este o adotado para a realização do projeto proposto. Ao se considerar 2 anos para a construção da unidade e início da operação a partir do terceiro ano, chega-se ao valor de 13 anos considerado para o tempo de depreciação da planta.

Após as premissas adotadas anteriormente e os custos previamente descritos neste capítulo, pode-se construir os DRE (Demonstrativos de Resultado de Exercício) e estimar os fluxos de caixa que servirão de base para aplicação nos métodos de viabilidade econômica preliminar do projeto.

iNDICADORES ECONÔMICOS DE VIABILIDADE e análise de sensibilidade

Esta seção apresenta alguns indicadores econômicos que podem ser estimados quando o investimento do projeto e os fluxos de caixa são conhecidos. Esses métodos são amplamente usados ​​para a avaliação preliminar da atratividade do projeto e, em algumas empresas, para a triagem preliminar de projetos, porém não são adequados para o seu detalhamento, visto a quantidade de hipóteses adotadas e as algumas suposições simplificadoras (TowlerSinnott, 2013).

O payback é um dos indicadores mais simples e tem como objetivo estimar o tempo de retorno do investimento realizado. Seu cálculo consiste em dividir o investimento inicial total (investimento fixo + capital de giro) pela média dos fluxos de caixa anuais.

O VPL, ou Valor Presente Liquido representa o somatório dos fluxos de caixa ao longo do horizonte de planejamento por uma dada taxa de desconto, sendo esta para fins deste trabalho a TMA (taxa mínima de atratividade) , e tem como objetivo trazer os fluxos de cada ano do projeto para valor financeiro presente, permitindo determinar o valor do dinheiro no tempo e também a variação anual nas despesas e receitas. O valor presente líquido é sempre menor do que o valor total do projeto no futuro devido ao desconto dos fluxos de caixa futuros (TowlerSinnott, 2013). O VPL pode ser calculado pela seguinte equação:


onde:

i – Taxa de desconto (TMA)

j – Horizonte de planejamento (j = 0 até j=n , sendo n = período de existência do projeto)

FCj – Fluxo de caixa para o período de planejamento

A taxa mínima de atratividade (TMA) pode ser definida como a maior taxa de juros que deixa de ser obtida , caso o investimento fosse realizado na melhor alternativa
ao investimento proposto, tratando-se de investimento de capital próprio,  refletindo assim o custo de oportunidade do projeto. Em outras palavras, consiste na taxa mínima que um investidor está disposto a receber a partir de uma aplicação financeira. Em alguns casos é valido considerar a taxa básica de juros do país como TMA, mas essa determinação depende também de outros fatores como a liquidez e o risco do projeto.

Após o cálculo do VPL a várias taxas de juros diferentes, TMA,  é possível encontrar uma taxa de juros que anula o valor presente líquido acumulado no final do projeto. Esta taxa é chamada de TIR, ou taxa interna de retorno, e representa a medida da taxa de juros máxima
que o projeto poderia pagar e ainda ter equilíbrio ao final de sua vida útil (TowlerSinnott, 2013).

Todos esses indicadores serão discutidos no capítulo 9 como argumentos da viabilidade do projeto proposto.

A princípio, o investimento, os custos, os demonstrativos e os indicadores são calculados em um cenário base a partir de hipóteses e estimativas para os valores mais prováveis de diversos parâmetros. Após completada esta etapa, é realizada a análise de sensibilidade, que consiste na variação de um parâmetro escolhido mantendo fixos os restantes para avaliar o quanto a variação deste parâmetro, e, consequentemente, possíveis erros nas premissas adotadas, impactam nos fluxos de caixa e no resultado final da análise de viabilidade econômica. 

Contexto histórico e econômico da laranja no brasil

A laranjeira é umas das árvores frutíferas mais conhecidas, cultivadas e estudadas no
mundo. A maioria das árvores cítricas é nativa da Ásia (Fernandes, 2010, p. 9).

Acredita-se que a laranja é originária da China, por volta de  4.000 anos atrás. O comércio entre as nações e as guerras ajudaram a expandir o cultivo dos citros, de modo que, na Idade Média, a laranja foi levada pelos árabes para a Europa (Neves et al., 2011, p. 12).

Chegaram ao Brasil na época da colonização com objetivo principal de ser utilizada no combate da doença escorbuto, causada pela carência de vitamina C no organismo, responsável por dizimar tripulações no período do descobrimento (Fernandes, 2010, p. 10, com adaptações).

A laranja encontrou no Brasil clima e solo favoráveis proporcionando ao país a produção de inúmeras variedades da fruta, permitindo abastecer o mercado interno, com as ditas laranjas de mesa, consumidas in natura, quanto a laranja produzida para as indústrias de suco, que se adaptam às especificações de sabor, acidez, teor de vitamina C, quantidade de células (popularmente conhecido como gominhos), do mercado internacional.

Depois de instalada no país, a cultura seguiu os caminhos da cafeicultura, que sofria uma significativa retração da área plantada em função da geada em 1918, da crise financeira mundial, da seca na década de 1920 e da infestação com nematoides. Diante de todos esses problemas a laranja foi caminhando para a região do Vale do Paraíba no interior paulista na década de 1940, tornando-se uma opção para substituir o café na região (Neves et al., 2011, p. 12).

O desenvolvimento tecnológico incentivado pelos órgãos governamentais ligados ao setor proporcionou o desenvolvimento, expansão e a consolidação da atividade, que se tornou de grande importância econômica e social no país (Neves et al., 2011, p. 13, com adaptações).

O Brasil tornou-se o primeiro produtor mundial de citros e o maior exportador de suco concentrado de laranja – principal produto do complexo agroindustrial da citricultura
brasileira (Fernandes, 2010, p. 4).

A produção brasileira se dá em todas as unidades federativas, isto porque há demanda do mercado interno para o consumo da fruta in natura, no qual se popularizou em todo o país, tornando-se uma das frutas mais consumidas devido ao seu rico poder nutritivo e paladar agradável à maioria dos brasileiros. Nas tabelas a seguir (Tabelas 1 e 2), é possível verificar dados da produção brasileira em 2018, por estado da federação e por região.

Tabela 1 — Produção brasileira de laranja em 2018 por unidade federativa

Unidade
da Federação
Área destinada
à colheita (Ha)
Área colhida
(Ha)
Quantidade
produzida (Toneladas)
Rendimento
médio da produção (Kg/ha)
Acre530480699714577
Alagoas113511134616674414696
Amapá74669851567387
Amazonas278427684577516537
Bahia535955099560402311845
Ceará1159115982667132
Distrito
Federal
5050101020200
Espírito Santo135013501863313802
Goiás6679667913916320836
Guanabara
Maranhão54254234206310
Mato Grosso46146142589236
Mato Grosso do
Sul
8638482413028455
Minas Gerais365343653494812925952
Pará136331362816829312349
Paraíba69769743986310
Paraná225052250583451337081
Pernambuco55455430615525
Piauí20720719929623
Rio de Janeiro442544255574812598
Rio Grande do
Norte
97979299577
Rio Grande do
Sul
225192235336772516451
Rondônia456447685015324
Roraima153914641803612320
Santa Catarina174317343095317851
São Paulo3766463762921288987834255
Sergipe335553077835496011533
Tocantins484849410292
     

Produção Agrícola Municipal -2018 IBGE (2019)

Tabela 2 — Produção Brasileira de Laranja em 2018 por região

Grande
Região
Área destinada à
colheita (ha)
Área colhida (ha)Quantidade produzida
(t)
Rendimento médio da
produção (t/ha)
Participação na produção
(%)
      
Norte19.73619.533251.60112,881,51
Nordeste101.75796.3751.147.79311,916,87
Sudeste418.955418.60113.912.38833,2483,24
Sul46.76746.5921.233.19126,477,38
Centro-Oeste8.0538.038168.56120,971,00
Brasil595.268589.13916.713.53428,37100

Produção Agrícola Municipal IBGE (2019)

O histórico de área, produção e rendimento de laranja no Brasil (Tabela 3 e Gráfico 1), mostra a representatividade da atividade ao longo dos anos, que mesmo após crises econômicas, doenças que assolaram plantações como o greening (doença bacteriana que resulta na queda prematura dos frutos em árvores novas e até a interrupção da produção em árvores afetadas, descoberto no Brasil em 2004), alterações climáticas, incentivos fiscais oscilatórios, entre outros, mantiveram o país como líder mundial na produção da fruta.

Tabela 3 — Área, produção e rendimento de laranja no Brasil, no período 1975-2018

AnosÁrea colhida
(ha)
Quantidade
produzida (t)
Rendimento
médio da produção até 2000 (frutos/ha)a partir de 2001 (t/ha)
1975403.19231.56678.290
1980575.24954.45994.670
1985663.06371.072107.187
1990912.99687.60395.950
1995856.41999.186115.814
2000856.422106.651124.531
2005805.66517.85322,16
2010792.75318.50323,34
2015678.80716.95324,98
2018589.13916.71428,37

Produção Agrícola Municipal, 2018 IBGE (2019)

Gráfico 1 — Desempenho da cultura da laranja no Brasil, no período 1975-2018
Desempenho da cultura da laranja no Brasil, no período 1975-2018Produção Agrícola Municipal, 2018 IBGE (2019)

Além de ser um setor muito competitivo, a citricultura se mostra muito rentável ao país, desde o fertilizante utilizado pelo produtor até a laranja consumida em casa ou o suco vendido, para principalmente o mercado europeu, o complexo citrícola movimenta bilhões de dólares que circulam pela economia brasileira. Além disso, o setor emprega aproximadamente 230 mil pessoas diretamente, contribuindo assim para o desenvolvimento nacional e regional (Associação nacional dos exportadores de sucos citricos, 2020, p. 1).

A venda de cítricos in natura no mercado interno gera US$1,8 bilhões, enquanto as exportações US$ 73 milhões. Já a indústria de sucos movimenta US$2,2 bilhões, valor explicado pela produção competitiva e em larga escala, que utiliza avançada tecnologia e complexo sistema logístico. O valor gasto com insumos industriais é uma prova disso: são 327,9 milhões de dólares, grande parte alocada em gastos com energia, que incluem fontes limpas como o bagaço de cana. A maioria dos sucos cítricos produzidos industrialmente, quase 97%, é exportada para depois ser engarrafada. Uma pequena parcela é comprada por engarrafadores no Brasil e vendida no mercado interno, ainda muito reduzido para o suco de laranja industrializado (Associação nacional dos exportadores de sucos citricos, 2020, p. 1).

lOCALIZAÇÃO DO SETOR CITRÍCOLA BRASILEIRO

A principal região produtora de laranja no Brasil, denominada cinturão citrícola, engloba o estado de São Paulo e o Triângulo/Sudoeste Mineiro, com representatividade de aproximadamente 83%. O estado de São Paulo por sua vez, destaca-se como maior produtor da fruta, responsável por 77% de toda a produção nacional de acordo com dados de Produção Agrícola Municipal de 2018(gráfico 2), divulgados pelo IBGE. A produção paulista de 2018 foi de quase 13 milhões de toneladas, enquanto a produção mineira, que ocupa a segunda posição dos estados mais representativos na produção de laranja, chegou a marcas de 948 mil toneladas (Tabela 4).

Tabela 4 — Os cinco maiores estados brasileiros produtores de laranja em 2018

Unidade da FederaçãoÁrea destinada à colheita (Ha)Área colhida (Ha)Quantidade produzida (Toneladas)Rendimento médio da produção (t/ha)
São Paulo376.646376.29212.889.87834,26
Minas Gerais36.53436.534948.12925,95
Paraná22.50522.505834.51337,08
Bahia53.59550.995604.02311,85
Rio Grande do Sul22.51922.353367.72516,45
Outros83.46980.4601.069.266282,47
  

Produção Agrícola Municipal, 2018 IBGE (2019)

Gráfico 2 — Principais estados produtores de laranja em 2018
Principais estados produtores de laranja em 2018IBGE (2019)

Somente no estado de São Paulo em torno de 320 municípios contribuem para que o Brasil ocupe a primeira posição no mercado mundial de suco de laranja, são aproximadamente 10 unidades industriais, que em parceria com os produtores da região, produzem cerca de 1,3 milhão de toneladas de suco, das quais 97% é destinado para exportação. Os maiores importadores do suco de laranja do Brasil são a União Europeia e os Estados Unidos.

Figura 1 — Localização das fábricas de processamento de suco de laranja no estado de São Paulo
Localização das fábricas de processamento de suco de laranja no estado de São PauloOs autores (2020)

Segundo o economista e historiador Luiz Fernando Paulillo, foi justamente a produção de suco, iniciada nos anos 60, que alavancou o plantio de citros no estado, tornando a citricultura paulista uma das maiores do mundo (COOPERCITRUS COOPERATIVA DE PRODUTORES RURAIS2019, p. 2, com adaptações).  

Devido a representatividade do estado de São Paulo, o porto de Santos é o principal terminal no que se diz respeito à exportação de suco de laranja. O suco que sai das fábricas é transportado em tanques refrigerados e sem contato com o ar. No porto, o suco é armazenado e por meio de um sucoduto, transferido para navios-tanque adequados e na temperatura ideal para exportação. Os navios que realizam essa operação tem capacidade para até 43 mil toneladas de suco (SANTOSPattoTAVARES, 2019, p. 3, com adaptações).

cenário mundial de produção e exportação de suco concentrado de laranja

Em 2018, a quantidade de suco concentrado de laranja produzido no mundo totalizou 2,2 milhões de toneladas, um aumento de 6% em relação ao ano anterior. Em termos de valor, esta produção representou cerca de U$3,4 bilhões estimados a preço de exportação (Research and Markets, 2019, p. 3).

As exportações de suco concentrado de laranja totalizaram 1,3 milhão de toneladas em 2018, apresentando um crescimento de 16% em relação ao ano anterior, que em termos de valor, representam um total de U$ 2 bilhões (Research and Markets, 2019, p. 3, com adaptações).

Os números brasileiros impressionam, em 2018 a produção de suco concentrado de laranja atingiu a marca de 1,1 milhão de toneladas, quase três vezes maior que o segundo mais representativo produtor, o Estados Unidos que alcançou uma produção de 413 mil toneladas. O terceiro lugar na produção de suco concentrado de laranja foi o México, que totalizou 137 mil toneladas (Research and Markets, 2019, p. 3, com adaptações).

O Brasil foi o maior exportador de suco concentrado do mundo em 2018, com uma exportação de cerca de 381 mil toneladas,  que representou 30% do total de exportações, seguido da Bélgica com aproximadamente 146 mil toneladas, com uma participação de 12% no total de exportações, Holanda (12%), México (11%), Costa Rica (9,4%) e Alemanha (5,2%).O México vem sendo o exportador que mais cresce no mundo, com um crescimento médio de 29,4% no período entre 2008 e 2018 (Research and Markets, 2019, p. 3, com adaptações).

PRODUTOS POTENCIAIS OBTIDOS A PARTIR DOS RESÍDUOS GERADOS NO PROCESSAMENTO DO SUCO DE LARANJA

Além do suco, há vários subprodutos obtidos da laranja, tais como  óleo essencial, D-limoneno, farelo de polpa cítrica (composto por cascas, sementes e polpa) e essência. A figura 2 ilustra o rendimento teórico de produtos e subprodutos obtidos a partir de 100 kg de laranjas.

Figura 2 — Rendimento teórico de produtos e subprodutos da laranja a partir de 100 kg
Rendimento teórico de produtos e subprodutos da laranja a partir de 100 kgCETESB (2005)

Durante a produção de suco a partir da laranja obtida pela colheita, estima-se que aproximadamente 50% da massa seja efetivamente transformada em suco, sendo os 50% restantes caracterizados como resíduos deste processo conforme diagrama de blocos do processamento mostrado a seguir (RezzadoriBenedettiAmante, 2012).

Figura 3 — Diagrama de blocos do processamento do suco de laranja
Diagrama de blocos do processamento do suco de laranjaRezzadori, Benedetti e Amante (2012)

Estes resíduos, englobam tanto resíduos sólidos ou semissólidos como cascas, polpa, sementes e frutas inteiras que não atingiram os requisitos de qualidade mínimos durante o processo de seleção, como efluentes líquidos, sendo o principal a água residual pós-lavagem das laranja  (Sharma et al., 2017) Para se definir maneiras de reaproveitamento destes resíduos, se torna importante a caracterização dos mesmos, além da completa compreensão acerca da sua composição de forma a definir a melhor rota tecnológica a ser aplicada.

O resíduo proveniente da extração de suco de laranja, é composto em massa por cerca de 16,9% de açúcares solúveis, 9,21% de celulose, 10,5% de hemicelulose e 42,5% de pectina (RezzadoriBenedettiAmante, 2012).Além disso, também pode conter em diferentes proporções outros açúcares, fibras, ácidos orgânicos, aminoácidos, proteínas, minerais, óleos, lipídeos, flavonoides e vitaminas  (Sharma et al., 2017),o que indica o grande potencial de aproveitamento desse resíduo. Entretanto atualmente, a maioria destes resíduos não é aproveitada de acordo com o seu potencial.

Os efluentes líquidos
gerados em indústrias cítricas possuem alta concentração de matéria-orgânica e consequentemente alto potencial poluidor. A presença do d-limoneno nos efluentes inibe o crescimento bacteriano devido ao seu poder bacteriostático, prejudicando a etapa de tratamento, por isto e pelo seu elevado valor agregado, as indústrias comumente retiram este produto na etapa de concentração do suco, através de evaporadores. Os sistemas de tratamento mais comuns para os efluentes líquidos são os biológicos – em geral lodos ativados
e lagoas (CETESB, 2005).

A parte sólida (polpa, sementes, bagaço e cascas) é majoritariamente transformada em farelo peletizado e utilizado para a alimentação de animais na agropecuária ou como condicionador de solos (D.A. Zema et al., 2018), compostos que oferecem ao solo matéria orgânica de qualidade, bio estabilizada e humificada, contribuindo na retenção de água, na atividade biológica, além de  aumentar a eficiência no aproveitamento de nutrientes pelas plantas. Já o lodo gerado nas estações de tratamento de efluentes é um grande problema para as empresas do setor e os órgãos ambientais.

A transformação desses resíduos em produtos com valor agregado (por uso direto ou posteriormente a algum tipo de processamento), poderia potencialmente permitir que as empresas reduzam os impactos ao meio ambiente, com consequente redução dos custos de tratamento desses resíduos, gerem lucros adicionais e melhorem sua competitividade no mercado (Pfaltzgraff, 2014), visando à sustentabilidade econômica e ambiental da cadeia de gerenciamento de resíduos cítricos.

etapas do processamento do suco de laranja

Como mostrado na figura 3 as principais etapas do processamento do suco de laranja consistem na recepção e armazenamento temporário dos frutos, seleção e classificação, lavagem, extração do suco, tratamento térmico, envase, armazenamento do produto acabado e finalmente a distribuição.

Depois de chegar à planta de processamento, as frutas são lavadas em lavadoras com escovas (figura 4) e separadas por tamanho sendo então encaminhadas às
linhas de extração (figura 5). Os fruto que não se encaixam no padrão de qualidade, apresentam defeitos ou injúrias indesejáveis para o processamento, são destinadas em sua maioria à compostagem ou para fabricação de ração animal. Esta etapa é essencial para processos posteriores de extração de suco, pois diferentes tamanhos implicam em diferentes condições operacionais ( Chen et al., 2019).

Figura 4 — Etapa de lavagem dos frutos
Etapa de lavagem dos frutosACidadeON/Araraquara (2019)

Figura 5 — Separação dos frutos após seleção para abastecimento dos extratores
Separação dos frutos após seleção para abastecimento dos extratoresBerk (2016)

O terceiro e principal passo consiste na extração do suco por equipamentos chamados de extratores. Algumas máquinas cortam a fruta pela metade antes do processo de extração do suco, enquanto outras aceitam a fruta inteira, nelas ocorrem a separação do suco de laranja, da emulsão que dará origem ao óleo essencial, do bagaço e da polpa. Estas máquinas são comumente dispostas em plataformas elevadas permitindo que o suco saia na parte inferior por meio de tubulações que se destinam aos tanques de armazenagem (CETESB, 2005).

Os extratores de suco dos tipos FMC (Food Machinery Company) ou tipo Brown (figura 6) são as tecnologias mais utilizadas, pois produzem sucos cítricos de alta qualidade (D.A. Zema et al., 2018).

Figura 6 — Série de extratores tipo Brown
Série de extratores tipo BrownBerk (2016)

O suco é então levado para a etapa de ajuste do teor de polpa, que em equipamentos tipo fishiners ou turbofiltros são ajustados até um teor próximo a 4%, ou conforme a solicitação do cliente e depois são encaminhados para centrífugas para ajuste de cor (CETESB, 2005).

Após a extração do suco, este é submetido a tratamentos térmicos (pasteurização e evaporação).O suco cru é resfriado a uma temperatura baixa para reduzir as atividades microbianas e é peneirado para separar a polpa e outros sólidos residuais. A pasteurização geralmente consiste em uma sequência de trocadores de calor de placas ou cascas e tubos (80–95 ° C) e refrigeradores, os quais funcionam com a circulação da água. (D.A. Zema et al., 2018, p. 255). Esta etapa também é importante para a inativação da pectinesterase, enzima responsável pela formação de ácidos pectínicos que arrastam o material colorido que confere a turbidez ao suco.

Em seguida dá-se a etapa de evaporação para concentração de sólidos solúveis totais, que passam de 10 – 11°Brix°Brix: Escala utilizada para mensurar a quantidade de Sólidos Solúveis Totais através de método refratométrico, amplamente aceita pela comunidade acadêmica. ao teor final de 65°Brix, neste processo o suco perde sua fração volátil na qual encontram-se as essências. Por ser um produto de alto valor comercial, todos os evaporadores têm sistemas recuperadores de
essências. Elas podem ser reincorporadas ao suco ou serem armazenadas separadamente como produto a ser vendido, a incorporação ocorre na etapa de mistura que também serve para uniformizar sucos com teores de sólidos solúveis variáveis a fim de atender às especificações dos clientes.(CETESB, 2005).A evaporação reduz os volumes de armazenamento e os custos de transporte, prolonga o prazo de validade microbiológico do suco, mas reduz simultaneamente o prazo de validade oxidativo (D.A. Zema et al., 2018).

A última etapa consiste no armazenamento a frio, onde o suco já concentrado chega aos resfriadores flash penetrando neles
por meio de bicos injetores, numa atmosfera de baixa pressão absoluta. O líquido evapora instantaneamente diminuindo a temperatura para 18 °C. Em seguida, trocadores de calor que utilizam glicol ou solução alcoólica como líquido de resfriamento abaixam a temperatura do suco a –7 °C. O resfriamento da solução alcoólica é feito por amônia. O suco resfriado é encaminhado aos tanques de armazenamento onde permanecem até o seu transporte por caminhões-tanque para o porto (CETESB, 2005).

A polpa obtida na etapa da extração é  misturada com água afim de se obter um resíduo pouco concentrado que pode ser utilizado na etapa de mistura para a ajustar as concentrações solicitadas pelos clientes. Já a emulsão água-óleo também derivada da etapa de extração sofre processos de extração, filtração, clarificação, entre outros para obtenção de óleos essenciais.

No resíduo sólido decorrente das etapas de processamento é incorporado à cal para retirar a água presente no resíduo e ajustar o pH. Essa mistura é prensada e o liquido extraído é denominado “licor de prensagem” ou “licor prensado”, a etapa seguinte consiste na separação dos sólidos através de peneiras estáticas e vibratórias, que são adicionados à massa moída e passa posteriormente por um evaporador de múltiplos efeitos( W.H.E), onde é concentrado e dá origem ao melaço cítrico (CETESB, 2005).

A massa resultante do processo descrito anteriormente é destinado para secadores rotativos para a remoção da maior parte da umidade. O produto dos secadores é uma palha com 7 a 8 % de umidade. Esta é processada nas peletizadoras para se obter pellets que são enviados aos resfriadores (conjuntos de esteiras dotados de ventiladores para resfriar os pellets) antes de serem armazenados em silos metálicos (CETESB, 2005).

5.2. PROPOSTAS PARA O REAPROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS

De acordo com  Rezzadori, Benedetti e Amante (2012), atualmente existem diversas propostas promissoras de tecnologias visando o reaproveitamento de resíduos oriundos do processamento de laranja. Neste capítulo serão apresentadas as seguintes rotas tecnológicas: a produção de bio-óleo e bio-carvão a partir do tratamento térmico por  pirólise, a produção integrada de bio-etanol, biogás e limoneno, a produção de pectina, a extração de óleos essenciais e a utilização do resíduo sólido como adsorvente de compostos químicos e metais tóxicos.

5.2.1. Produção de bio-óleo e bio-carvão

O bio-óleo consiste na fração líquida que pode ser obtida a partir do tratamento térmico de diversos tipos de biomassa, possuindo diversas aplicações. Dentre elas se destaca a sua utilização como óleo combustível para a produção de energia ou vapor, podendo ser utilizados em caldeiras, fornalhas, combustores, motores a diesel e turbinas de gás. Outras aplicações englobam também a sua utilização como matéria-prima em outras indústrias, como a farmacêutica, a alimentícia e a de fertilizantes (KanStrezovEvans, 2016). Além disso, o bio-óleo pode ser tratado com o objetivo de melhorar sua qualidade utilizando tecnologias de craqueamento catalítico (Mortensen et al., 2011)  ou de hidroprocessamento em alta pressão (Zacher et al., 2019), tornando a sua utilização cada vez mais viável.

Já o bio-carvão, é o resíduo sólido restante da biomassa após a realização do tratamento térmico. Devido a estrutura que se forma na sua superfície durante o processo de queima, o bio-carvão, após ser ativado quimicamente ou fisicamente, pode ser utilizado como agente de adsorção ou filtração de poluentes orgânicos e inorgânicos (KanStrezovEvans, 2016). Além disso, também pode ser utilizado como fertilizante devido a sua grande capacidade de capturar compostos com carbono, possibilitando a melhoria na qualidades dos solos (Mohan et al., 2014).

Estes produtos podem ser obtidos por meio da conversão térmica de biomassa por pirólise. Dentro de um reator, a biomassa é aquecida na ausência de oxigênio a temperaturas em torno de 500º C, onde então se decompõe gerando três produtos: Compostos voláteis não-condensáveis (bio-gás), compostos voláteis condensáveis (bio-óleo) e um resíduo sólido rico em carbono (bio-carvão). (Strezov EvansHayman, 2008). De acordo com Rutkowski (2011), a biomassa escolhida como fonte de energia deve ser composta basicamente por uma mistura de celulose, hemicelulose e lignina, sendo que a eficiência do processo de pirólise está intimamente relacionada com a parcela representada por cada um. Nesse contexto, como o resíduo do processamento de laranja tem um alto teor dessas substâncias, o mesmo aparece como uma opção de biomassa a ser utilizada para a produção de bio-óleo e bio-carvão.

Para um processo de pirólise rápida, pode-se esperar a conversão de cerca de 60% – 70% do peso da biomassa seca em bio-óleo, 10% – 15% em bio-carvão e o restante em bio-gás. (KanStrezovEvans, 2016). Sendo assim, em um processamento de uma tonelada de biomassa por esse método, seria possível produzir até 700 kg de bio-óleo e 150 kg de bio-carvão.

5.2.2. Produção integrada de Bio-etanol, Biogás e Limoneno

O etanol é um combustível amplamente difundido no Brasil e com perspectiva de crescimento no mercado para os próximos anos, devido ao forte apelo relacionado as questões ambientais (Junior et al., 2019). Quando oriundo de uma fonte de celulose como a biomassa, é denominado bio-etanol. Este produto é majoritariamente utilizado em motores a combustão, na sua forma hidratada, ou misturado com a gasolina, na sua forma anidro. O grande diferencial deste combustível vem do fato de ser proveniente de fontes renováveis e de baixo custo, possuir boas características físico-químicas como o alto calor latente de vaporização (904 KJ/kg contra 350 KJ/kg da gasolina) e a capacidade de reduzir as emissões de NOx gerado na combustão. (Xu et al., 2020) Estas características colocam o bio-etanol como um forte concorrente frente aos combustíveis fósseis tradicionais provenientes de fontes não-renováveis.

O biogás consiste numa valiosa fonte de energia renovável, que é constituída por uma mistura de metano e gás carbônico gerada durante a decomposição anaeróbica de matéria-orgânica (ManeshRezazadehKabiri, 2020). A utilização deste produto possibilita a substituição de combustíveis fósseis e é capaz de prover uma queima mais limpa durante a geração de energia, reduzindo assim o impacto ocasionado pela emissão de gases do efeito estufa. (YangZhangLi, 2012). Além de poder ser gerado de forma
contínua, o biogás pode ser estocado a baixos custos, seja na forma de matéria-prima, seja como gás comprimido. (Milanez et al., 2018).

O principal método de produção do biogás é a quebra biológica de material orgânico na ausência de oxigênio, conhecida como digestão anaeróbica, que ocorrem em reatores controlados, produzindo biogás com 50% a 70%
de metano. A  rota termoquímica é uma alternativa promissora na qual a gaseificação ocorre a
altas temperaturas, com calor e oxigênio sendo adicionados, mas encontra-se em fase iniciais de pesquisa e desenvolvimento (Milanez et al., 2018).

A participação do biogás na matriz energética brasileira vem aumentando consideravelmente ao longo dos anos, em 2010 a produção efetiva de biogás representava 0,01%, (15 mil tep de um total de 269 milhões tep), alcançando uma representatividade de 0,05%, em 2016 (137 mil tep Tep: Toneladas equivalentes de petróleo. de um total de 288 milhões tep) e se encontra em constante desenvolvimento. Espera-se que essa energia venha a se expandir nos próximos anos, e se torne uma das principais formas de produção de energia renovável(Milanez et al., 2018).

O limoneno é um importante constituinte de frutas cítricas e possui uma série de aplicações. Dentre elas, destacam-se principalmente a sua utilização como ingrediente ativo de óleos essenciais e como agente aromático na indústria de cosméticos, detergentes e alimentos (Feng et al., 2020). Além disso, o limoneno possui propriedades pesticidas e antibacterianas, o que exige a sua separação em processos de bioconversão onde a sua atividade inibe o crescimento de micro-organismos digestores (OzturkWinterburnGonzalez-Miquel, 2019).

Em um estudo realizado por Pourbafrani et al. (2010) foi proposto um processo de produção integrada de bio-etanol bio-gás e limoneno. O processo consiste, no início, de uma etapa de hidrólise ácida da biomassa junto com a remoção do limoneno. Em seguida separa-se a parte sólida, que será enviada para um digestor anaeróbico com o objetivo de se produzir bio-gás, da parte líquida , que será destinada a um fermentador e em seguida a um processo de destilação para produzir bio-etanol. Segundo os autores deste estudo este processo tem potencial de produzir cerca de 39,64 L de bio-etanol, 45 m³ de biogás e 8,9 L de limoneno por tonelada de resíduo processada. Esta proposta se baseia na simplicidade do processo e no baixo custo de obtenção da biomassa proveniente do processamento da laranja em comparação com outros processos de obtenção de etanol que envolvem o uso de lignocelulose.

5.2.3.Produção de pectina

As pectinas são polissacarídeos que ocorrem nas paredes celulares de tecido vegetal. O ácido D-galacturônico (D-GalA), um isômero do ácido D-glicurônico (D-GlcA), foi considerado um constituinte básico de todas as pectinas (Marića et al., 2018).

O isolamento desta substância é tecnologicamente importante devido à sua aplicação nas indústrias alimentícias e farmacêuticas, como agente gelificante, estabilizante, espessante, efeitos pré-bióticos, entre outros  (PATSALOU et al.; CANTERI, 2012).O relativo alto teor e o baixo conteúdo calórico da pectina em frutas cítricas as tornam uma boa fonte de fibra alimentar solúvel.

O mercado global de pectina foi avaliado em US $ 964,1 milhões em 2015 e prevê-se que o tamanho do mercado global de pectina atinja US $ 1,9 bilhão até 2025 decorrente da crescente demanda pelo consumo de produtos naturais e orgânicos (Grand, 2017).

A pectina pode ser obtida a partir dos resíduos da casca gerados no processamento do suco de laranja por extração com ácido, podendo gerar resíduos tóxicos. Como alternativa a este problema também existe a proposta da utilização de água quente como agente extrator, dando a possibilidade de utilizar o resíduo gerado posteriormente. A produção de pectina a partir de resíduos de laranjas processadas em suco tem um rendimento de aproximadamente 25 g 100 g– 1 (em base seca) (RezzadoriBenedettiAmante, 2012).

Estudos mais recentes de extração, como ultrassom, microondas e enzimas, se mostraram como técnicas promissoras no  aumento do rendimento e na qualidade da pectina, além de reduzir o tempo de extração, a temperatura, o uso de solventes tóxicos e as fortes condições ácidas para a recuperação da pectina (Marića et al., 2018).

5.2.4. Extração de óleos essenciais

Óleos essenciais são extraídos de plantas através da técnica de arraste a vapor, na grande maioria das vezes, e também pela prensagem do pericarpo de frutos cítricos. São compostos formados por misturas complexas de principalmente  mono e sesquiterpenos e de fenilpropanóides, metabólitos que conferem suas características organolépticas ( R. Bizzo C. HovellM. Rezende, 2009).

Os óleos essenciais extraídos de frutas cítricas tem uma ampla variedade de aplicações sendo a principal delas a sua utilização como aromatizante nas indústrias alimentícia e farmacêutica. Durante o processo de extração são gerados resíduos sólidos que podem ser utilizados para a produção de fibras e resíduos líquidos que podem ser utilizados em conjunto com as fibras produzidas como substrato em processos de fermentação (RezzadoriBenedettiAmante, 2012).

Para extração dos óleos essenciais é comum a utilização de técnicas como a prensagem a frio, a maceração, o ultrassom e a extração em Soxhlet, a destilação direta e a destilação por arraste a vapor de água, que utilizam como principais solventes o hexano, o benzeno, os alcoóis metílico, etílico e propílico, a acetona, o pentano e diversos solventes clorados. As maiores desvantagens da utilização dessas técnicas são a longa duração de operação, o manuseio de grandes volumes de solventes perigosos e subsequente etapa de concentração do extrato, o que pode resultar em degradação térmica do composto alvo. 

Novas técnicas de extração de óleos essenciais como a tecnologia supercrítica (ESC) utilizando CO2 puro evidenciada no trabalho (BENELLI Salvador Ferreira, 2010), assim como o processo de sistema híbrido de evaporação ( BERREDO REIS DE MEDEIROS, 2014) ,se mostraram promissoras no que se refere a menor tempo de operação e eficiência da extração.

 5.2.5. Resíduo sólido como adsorvente

Atualmente, um dos grandes problemas ambientais enfrentados é o aumento da liberação de metais pesados no meio-ambiente oriundos da atividade industrial e do desenvolvimento tecnológico. Estes compostos representam uma ameaça ao meio-ambiente e a saúde das pessoas por conta da sua toxicidade, da ocorrência de bioacumulação e pelo fato de não serem biodegradáveis. (Bahadir et al., 2007).

Tradicionalmente, as tecnologias mais utilizadas para a remoção de metais pesados de efluentes industriais envolvem processos de filtração, troca iônica, coagulação, redução, separação com membranas ou adsorção. Contudo, frequentemente a aplicação destas tecnologias fica restrita por conta da dificuldade em se atingir os baixos valores de concentração exigidos por órgãos regulatórios ou então pelo elevado custo de sua aplicação. (Hammaini et al., 2003).

No contexto de uma demanda por tecnologias mais acessíveis, a adsorção com utilização de materiais de origem biológica, surge como uma alternativa possivelmente mais eficiente, barata e simples do que as tecnologias usualmente empregadas. (Pérez Marín et al., 2009)

Dentre estes materiais, o resíduo do processamento da laranja se mostra como um candidato de alto potencial para ser utilizado como adsorvente por conta da sua disponibilidade e do seu baixo custo. Porém, essa tecnologia exige um pré-tratamento do resíduo visando o aumento da sua eficácia. Este pré-tratamento envolve a limpeza da superfície do resíduo para a remoção de impurezas, expondo de forma mais eficiente os sítios de ligação do adsorvente, e a redução do tamanho de partículas do resíduo para consequente aumento da sua superfície de contato. (Kelly-Vargas et al., 2012).

Um quadro resumo com os principais resíduos gerados e suas respectivas etapas do processo, os potenciais produtos e as tecnologias envolvidas pode ser observado a seguir.

Quadro 2 — Principais resíduos gerados e suas respectivas etapas do processo, potenciais produtos e rotas tecnológicas

Tipo de
Resíduo
Etapa do processoProdutos PotenciaisRotas tecnológicas
BagaçoResíduo sólido após extraçãoBio-óleoCraqueamento catalítico,
hidroprocessamento em alta pressão.
BagaçoResíduo sólido após extraçãoBio-carvãoPirólise.
BagaçoResíduo sólido após extraçãoBio-etanolHidrólise seguida de fermentação
e destilação.
BagaçoResíduo sólido após extraçãoBiogásBiodigestão anaeróbica.
BagaçoResíduo sólido após extraçãoPectinaExtração ácida, enzimática,
ultrassom, microondas.
Emulsão   água-óleoResíduo oleoso após extraçãoÓleo EssencialPrensagem a frio, maceração, ultrassom, extração em Soxhlet, destilação direta e a destilação por arraste a vapor de água, tecnologia supercrítica (ESC) utilizando CO2 e sistema híbrido de evaporação.
Licor de prensagemPrensagem do resíduo sólidoLimonenoEvaporação.

Os autores (2020)

A partir das propostas para o reaproveitamento dos resíduos apresentadas no trabalho, optou-se pela produção integrada de bio-etanol, biogás e limoneno devido as suas vantagens em relação a produção de biocombustível como fonte alternativa aos combustíveis de origem fóssil, ao elevado valor agregado do coproduto, o limoneno, e a possibilidade de utilização do biogás gerado como fonte energética para o processo, com consequente redução dos custos relacionados ao consumo de utilidades.

O processo de produção de bioetanol a partir do resíduo da produção de suco de laranja

O Brasil se depara com perspectivas de aumento significativo da demanda de álcool como combustível. De acordo com o estudo de   (Andrade Junior et al., 2019, p. 6) os cenário para a especulação das demandas de etanol até 2030 que possuem como principais fatores o crescimento da população e do PIB, demanda por veículos automotores leves, mistura de álcool e gasolina como combustível padrão, preços relativos ao etanol, composição da frota, melhorias no combustível e eficiência de consumo, apontam para aumentos da demanda de etanol entre 37,4 e 70,7 bilhões de litros em 2030, dependendo do cenário. Esse aumento é de 13% e 114% acima da produção de 2018. Isso representa uma expansão na área de cana entre 1. 2 e 5 milhões de hectares (14% a 58% acima do uso da terra em 2018).

Para o incremento da produção de álcool, alternativas que buscam tecnologias que permitam o aproveitamento de resíduos do setor agroindustrial, são apostas promissoras neste cenário, com o objetivo de produzir etanol, ou outros combustíveis renováveis, destaca-se neste sentido o conceito de biorrefinaria exposto por (Oliveira, 2016) que são unidades de processamento de biomassa para a produção de biocombustíveis, bioprodutos e energia, de forma a assegurar o aproveitamento integral da biomassa, acarretando no acréscimo de  valor à cadeia agroindustrial.

Partindo desta premissa o presente trabalho definiu como alternativa potencial uma biorrefinaria para a produção de bio-etanol, biogás e limoneno a partir do resíduo gerado na produção de suco de laranja.

Produção de bio-etanol

A produção de etanol utilizando biomassa lignocelulósica como é o caso do bagaço da laranja, devido a presença de celulose, hemicelulose e lignina em sua composição, se dá basicamente em três processos: o pré-tratamento, a hidrólise para obtenção de açúcares fermentescíveis e a fermentação.

Pré-tratamento da biomassa cítrica

A composição química dos materiais lignocelulósicos é um fator crítico que impacta diretamente na produção de biocombustíveis durante o processo de conversão dos açúcares fermentescíveis.

A etapa de pré-tratamento consiste principalmente na separação da lignina da matriz celular, da solubilização da hemicelulose, e da separação de mais alguns componentes que resultam na diminuição da cristalinidade da celulose possibilitando a separação das regiões amorfas da cristalina. A forma amorfa da celulose por sua vez, é mais facilmente hidrolisada em comparação à fase cristalina, esta etapa é de extrema importância para a disponibilização de açúcares da celulose e hemicelulose da biomassa para as etapas seguintes (CYPRIANO, 2015, p. 41).

 Processos físicos, físico-químicos, químicos e biológicos têm sido usados ​​no pré-tratamento de materiais lignocelulósicos. Os processos convencionais incluem Líquido com Água Quente (LHW) também conhecido como tratamento hidrotérmico, pré-tratamento com ácido, pré-tratamento com base, explosão a vapor, explosão de fibra de amônia (AFEX), bem como tratamentos mecânicos como moinhos de martelo e moinhos de bolas.

Hidrólise

Após o pré-tratamento, faz-se necessária a conversão dos polissacarídeos complexos dos materiais lignocelulósicos em açúcares simples antes da fermentação, a este processo dá-se o nome de hidrólise. 

Existem vários métodos possíveis para hidrolisar lignoceluloses. Os métodos mais comumente aplicados à indústria são as hidrólises ácidas e enzimáticas.

A hidrólise ácida consiste na exposição de materiais lignocelulósicos a um ácido concentrado ou diluído, por um período específico de tempo em condições específicas, como temperaturas e pressões, que resulta na liberação de monossacarídeos de celulose e hemicelulose. A hidrólise ácida pode ser realizada com vários tipos de ácidos, incluindo sulfuroso, sulfúrico, clorídrico, fluorídrico, fosfórico, nítrico e fórmico. Plantas em escala comercial foram iniciadas com a utilização desse método como, por exemplo, o processo Bergius modificado (40% Hcl por 1 hora a 35 ° C) operado durante a Segunda Guerra Mundial na Alemanha e, mais recentemente, os processos Scholler modificados (0,4% H2SO4) (Awan, 2013).

A Hidrólise enzimática vem cada vez mais ganhando espaço em estudos relacionados a hidrólise de biomassa lignocelulósica. A aplicação de enzimas à biomassa tem mostrado vantagens distintas sobre os métodos de hidrólise ácida, como por exemplo, as condições mais brandas de processo, apresenta rendimentos potencialmente mais elevados e não possuem problemas de corrosão devido a ausência de grandes volumes de químicos. Nesse processo, os polímeros de cadeia longa de celulose e hemicelulose são consumidos por enzimas e monômeros de hexoses e pentoses são liberadas. Este processo pode-se dar com a utilização de uma combinação de enzimas para otimização do rendimento (Awan, 2013).

No entanto, o processo enzimático além de ser um processo demorado e dispendioso, pelo alto custo da enzima, tornam a hidrólise enzimática ainda incerta para uso na indústria em larga escala ( PURWADI BRANDBERG J. TAHERZADEH2007). Há estudos que alegam que o  custo das enzimas contribui com cerca de 48% do custo operacional total do processo (CHEN et al.2019).  

Fermentação

Após a a hidrólise da biomassa lignocelulósica, os monossacarídeos resultantes são convertidos a bioetanol através de via fermentativa.

A fermentação é realizada pelo contato de monossacarídeos, açúcares fermentescíveis, ​​com um organismo produtor de etanol selecionado de uma levedura, bactéria ou fungo. Organismos mais comumente utilizados incluem a levedura de cerveja, Saccharomyces cerevisiae e a bactéria Escherichia coli cepa KO11. O pH e a temperatura da mistura são ajustados para melhor se adequar ao organismo selecionado (Hillyer, 2012).

Uma outra alternativa que vem sendo estudada é a fermentação realizada simultaneamente com a sacarificação, num processo conhecido como SSF (sacarificação e fermentação simultâneas) (Hillyer, 2012).

ProposTA do fluxograma do processo

De acordo com a análise comparativa realizada por Alisaraei et al. (2017, p. 1105) existem diferentes estudos no que se refere a etapa de hidrólise, para a produção de etanol a partir de resíduos cítricos, destacam-se a hidrólise enzimática em que a conversão em açúcares fermentescíveis ​​foram de aproximadamente 90% para diversos resíduos de frutas utilizados como  matérias-primas após 48h. Na qual a fermentação resultou em concentrações de etanol (14,4-29,5 g / L) e rendimento (90,2-93,1%). Já a  hidrólise ácida utilizando-se ácido diluído a 150 ° C e 6 min de tempo de reação (condição otimizada), apresentou rendimento em açúcar fermentescíveis de 0,41g/ g total de resíduo seco que foram convertidos em etanol (rendimento de 0,43 g / g) por fermentação usando S.cerevisiae. Totalizando numa produção de 39,64l de etanol por tonelada de resíduo cítrico úmido (com 20% de peso seco) (Pourbafrani et al., 2010)

O limoneno, composto encontrado nas cascas dos cítricos atuam como inibidores da fermentação reduzindo o rendimento de conversão dos açúcares fermentescíveis em etanol. Estima-se que, para uma fermentação eficiente, o limoneno nos resíduos da casca dos cítricos deve estar abaixo de 3.000 partes por milhão(ppm) e talvez até em níveis inferiores a 1.500 ppm (Hillyer, 2012). Por isto, o limoneno é extraído antes da fermentação.

Pelos rendimentos apresentados a cima e a complexidade envolvida em plantas que operam com a hidrólise enzimática, além do custo da enzima, optou-se neste trabalho por um fluxograma de processo baseado nas etapas de pré-tratamento ácido, hidrólise ácida e fermentação, com remoção de limoneno antes da fermentação.

A baixo estão apresentados o diagrama de blocos e o esquema proposto do processo para a demonstração das operações unitárias envolvidas.

Figura 7 — Diagrama de blocos do processo de obtenção de etanol a partir do resíduo da indústria de suco de laranja
Diagrama de blocos do processo de obtenção de etanol a partir do resíduo da indústria de suco de laranjaOs autores (2020)

Figura 8 — Esquema do processo de obtenção de etanol e seus coprodutos a partir de resíduo da indústria de suco de laranja
Esquema do processo de obtenção de etanol e seus coprodutos a partir de resíduo da indústria de suco de laranjaOs autores (2020)

O pré-tratamento ácido tem sua maior efetividade em relação a parcela de celulose da biomassa lignocelulósica. Este consiste na adição de 1% (v/v) de ácido sulfúrico a biomassa em reator por 90 minutos a temperatura de 120°C, conforme estudos para a biomassa de cana de açúcar relatado no trabalho de Nicola,2017.

Os resíduos cítricos pré-tratados são então submetidos à hidrólise ​​com 0,5% (v/v) de ácido sulfúrico (98%) a 150 °C por 6 min. O hidrolisado é então descarregado em um tanque de expansão (Flash) a pressão atmosférica para resfriamento e separação de sólidos e componentes não voláteis dos componentes voláteis que saem como produto da corrente de vapor (Pourbafrani et al., 2010).

A partir desta etapa todo o processo foi baseado no estudo realizado por  

(LOHRASBI et al.2010) no qual propõem-se um processo para obtenção de bioetanol e limoneno a partir de resíduos cítricos utilizando como base de cálculo uma biorrefinaria com operação anual de 8000h e uma capacidade de 100000 toneladas de resíduo por ano.

Os vapores que saem do vaso de expansão evaporam quase 99% do conteúdo de limoneno existente no resíduo e reduzem sua concentração no hidrolisado para 0,004% (v/v). O resíduo não volátil vai para um filtro-prensa empregado para separar os resíduos sólidos do hidrolisado. Os sólidos são então lavados com água reciclada da destilação, isso resulta em uma recuperação de aproximadamente 96% dos açúcares fermentescíveis presentes no material sólido. O sobrenadante do hidrolisado é então neutralizado com cal em um recipiente de mistura e, em seguida, é alimentado ao biorreator onde se dá a etapa de fermentação.

O biorreator é do tipo agitado mecanicamente e as condições de operação são: tempo de residência de 20 h, temperatura de 30 °C e pH 5,0. Mistura-se óleo de milho a 0,5%(p/p) dentro do biorreator como agente antiespumante para evitar a formação de espuma excessiva e comprometer o rendimento da etapa. Cerca de 95% dos açúcares fermentescíveis, incluindo glicose, frutose e galactose, são convertidos em etanol. Além do etanol há resíduos de arabinose, hexoses e pectina em concentrações de 2,5%, 0,5%, 0,3% e 3,1% (p / p), respectivamente.

O efluente do fermentador é depositado em um decantador em formato de cone com tempo de residência de 30 min. O decantador tem duas saídas: a corrente de fundo que recircula a levedura para o biorreator, e a corrente de topo que alimentam as duas colunas de destilação.

O etanol deixa o sistema de destilação a 91% (p / p) na forma de vapor e a purificação adicional até 99,9% (p / p) é realizada em um sistema de desidratação por peneira molecular.

Os resíduos sólidos dos hidrolisados precipitados após lavagem com a água de saída do sistema de destilação,  ​​são alimentados aos digestores anaeróbicos, onde ocorre a produção de biogás com composição de 41% metano e 50% CO2 (Pourbafrani et al., 2010). Para a purificação do gás resultante, este é alimentado em uma unidade de adsorção com tecnologia de pressão modulada, sistema “PSA” (Pressure swing adsorption), no qual fornece um gás de saída com grau de pureza de 98% de metano.

Resultados e discussão da ANÁLISE ECONÔMICA 

CENÁRIOS PARA AVALIAÇÃO ECONÔMICA

Conforme citado anteriormente, estima-se que no Brasil sejam produzidos anualmente cerca de 6,35 milhões de toneladas de resíduos provenientes da cadeia produtiva de suco concentrado de laranja. Para definição dos cenários a serem estudados, foram escolhidas como escalas de produção as mesmas apresentadas no artigo utilizado como base deste trabalho escrito por Lohrasbi et al. (2010) , sendo estas em quantidade de resíduo processado: 100.000 ton/ano; 200.000 ton/ano e 400.000 ton/ano. Esta escolha foi realizada pelo fato do artigo base  apresentar a economia de escala proveniente deste aumento de capacidade e representada pelo gráfico a seguir:

Gráfico 3 — Economia de Escala no Processamento de Resíduo
Economia de Escala no Processamento de ResíduoAdaptado de Lohrasbi et al. (2010)

Desta forma, torna-se possível realizar as estimativas de investimento e custo a partir destes valores. Além disso, o autor também cita que no processamento de uma tonelada fresca (20% de matéria seca) de resíduo, o rendimento geral deste processo é de cerca de 39,5 L de Etanol, 8 Kg de Limoneno e 44,8 Nm³ de Biogás. Sendo assim, foi definida a quantidade de cada produto que seria gerada em cada um dos cenários multiplicando estes valores pela quantidade de resíduo processado conforme mostrando na tabela a seguir:

Tabela 5 — Produção em cada Cenário

Capacidade (ton/ano)Etanol (m³/ano)Limoneno (ton/ano)Biogás (Nm³/ano)
 100.000 3.950 800 4.480.000
 200.000 7.900 1600 8.960.000
 400.000 15.800 3200 17.920.000

Os autores (2020)

Contudo, conforme apresentado por Lohrasbi et al. (2010), escalas de produção ligeiramente superiores a 400.000 ton/ano tendem a apresentar investimento fixo proporcional ao aumento da capacidade, eliminando os efeitos de economia de escala. Além disso,  há a necessidade de se realizar mais estudos para determinar o comportamento em escalas mais distantes, para saber em que ponto começa a ocorrer a deseconomia de escala, ou seja, o ponto em que a partir deste aumenta-se o custo de produção unitário paralelamente ao aumento da capacidade produtiva. Nesse contexto, estes fatos acabam por limitar o escopo do estudo de viabilidade para as capacidades propostas anteriormente.


ESCOLHA DE LOCALIZAÇÃO

A escolha da localização de instalações industriais deve levar em consideração fatores como tipo de instalações, produtos, fontes de insumo, público-alvo e sua localização, além de aspectos econômicos, sociais e políticos, demonstrando assim sua alta complexidade e importância (AlvesAlves, 2013).

 A localização ideal para uma empresa é aquela que resulta na diminuição de custos envolvidos na operação e logística, e que maximiza o nível de serviços oferecidos a seus clientes (AlvesAlves, 2013)

Com base na premissa descrita anteriormente, optou-se no presente trabalho localizar a planta industrial na cidade de Matão (SP), de forma a minimizar os custos de logística referente ao transporte de resíduo sólido. Além disso, devido ao elevado número de extratoras, conforme ilustrado na figura 1, a região é capaz de suprir a demanda de matéria-prima da unidade em todos os cenários analisados no estudo.

investimento

Com base nos valores de investimento fixo necessário para cada um dos cenários propostos, definidos no trabalho de Lohrasbi et al. (2010) e apresentados na figura 9, pode-se calcular os seus componentes para cada cenário proposto através das correlações descritas no item (2.1), sendo estes apresentados na tabela a seguir:

Tabela 6 — Investimento de Capital Fixo x Capacidade da Planta

Capacidade (ton/ano)100.000200.000400.000
Investimento Fixo (USD)16.000.00023.800.00040.000.000
ISBL8.791.20913.076.92321.978.022
OSBL3.516.4845.230.7698.791.209
Custos de Engenharia2.461.5383.661.5386.153.846
Encargos de Contingência1.230.7691.830.7693.076.923

Os autores (2020)

CUSTOS DE PRODUÇÃO

Os custos de produção podem ser definido como a soma dos custos fixos de produção e dos custos variáveis, conforme detalhado no item 2.2 do capítulo de metodologia. Abaixo segue  o demonstrativo dos cálculos para estimativa destas duas parcelas e obtenção do custo total de produção.

Custos Fixos de Produção

Como descrito no item (2.2.1), os custos fixos de produção representam as despesas diretamente ligadas a atividade produtiva e que não variam com a quantidade produzida.

Custos de Mão-de-Obra

Segundo dados apurados de 2017, o salário médio pago por colaborador na indústria química brasileira foi de US$ 2.453 por mês (Abiquim, 2017). Para trazer esse valor para os dias atuais, converteu-se o mesmo para a moeda brasileira utilizando-se a cotação do dólar no fim do ano de 2017, atualizou-se esse valor comparando-se o INPC – Índice Nacional de Preços ao Consumidor dos últimos doze meses de outubro de 2020 com dezembro de 2017, sendo o valor obtido de 14,05 %  (Melhor Câmbio, 2020).  Em seguida, converteu-se novamente o valor encontrado para o dólar americano utilizando a cotação obtida para o ano de 2020. Os resultados obtidos estão resumidos na tabela a seguir.

Tabela 7 — Atualização do Salário Médio para 2020

Ano de ReferênciaValor em Dólar (US$)Valor em Real (R$)Cotação Dólar (R$)
 2017 2.453,00 8.119,43 3,31 (IPEA, 2020)
 2020 1.604,81 9.259,76 5,77 (IPEA, 2020)

Os autores (2020)

Utilizando o artigo texto base de Lohrasbi et al. (2010), para uma planta com capacidade de processamento de 100.000 ton/ano, seriam necessários cerca de 19 funcionários. Apesar das dos cenários analisados possuírem capacidades maiores que a utilizada como referência, as plantas ainda podem ser consideradas como de pequeno porte. Dessa forma, é razoável considerar que o mesmo número de funcionários seria capaz de operar a unidade nos três cenários propostos.

Sendo assim, o custo de mão de obra será o mesmo para todos os cenários e está mostrado na tabela a seguir.

Tabela 8 — Estimativa Custo de Mão de obra

Estimativa do Nº de funcionáriosCusto colaboradores ($/ano)Custo supervisão e gerência ($/ano)Encargos sociais + Benefícios ($/ano)Custo de mão de obra total ($/ano)
19365.89791.474228.685686.056

Os autores (2020)

 

Custos de Manutenção

Os valores foram calculados para cada cenário com base nas premissas apresentadas no item (2.2.1.2) e podem ser observadas na tabela a seguir:

Tabela 9 — Estimativa Custo de Manutenção

Capacidade (ton/ano)ISBL ($)Custo Manutenção ($/ano)
100.0008.791.209439.560
200.00013.076.923653.846
400.00021.978.0221.098.901

Os autores (2020)

Custos com Seguro

Os valores foram calculados para cada cenário de acordo com o item 2.2.1.3 e estão apresentados na tabela a seguir:

Tabela 10 — Estimativa Custo de Seguro

Capacidade (ton/ano)ISBL (USD)OSBL (USD)Custo de seguro ($/ano)
100.0008.791.2093.516.484123.077
200.00013.076.9235.230.769183.077
400.00021.978.0228.791.209307.692

Os autores (2020)

Despesas Operacionais

Partindo-se da premissa estabelecida no item 2.2.1.4, no qual estima-se que as despesas administrativas correspondem a 50% dos custos de mão de obra total, sendo este o mesmo para todos os cenários, as despesas operacionais também serão iguais conforme mostra a tabela a seguir.

Tabela 11 — Estimativa de Despesas Operacionais

Custo de mão de obra total ($/ano)Estimativa de Despesas Operacionais ($/ano)
686.056343.028

Os autores (2020)

Com isso, é possível determinar o custo fixo total para cada cenário conforme apresentado na tabela resumo abaixo.

Tabela 12 — Valores estimados de custos fixos e suas parcelas

Capacidade
(ton/ano)
Custo de mão de
obra  total ($/ano)
Custo Manutenção
($/ano)
Custo de seguro
($/ano)
Despesas
Operacionais ($/ano)
Custo Fixo Total
($/ano)
100.000686.056439.560123.077343.0281.591.721
200.000686.056653.846183.077343.0281.866.007
400.000686.0561.098.901307.692343.0282.435.677

Os autores (2020)

Custos Variáveis de Produção

Diferentemente dos custos fixos, os custos variáveis de produção relacionam-se diretamente com a escala de operação da planta e a quantidade produzida como citado no item 2.2.2.

Custos de Matéria-Prima

Uma das premissas adotadas na escolha da localização da planta em Matão (SP) foi a proximidade das extratoras de suco de laranja, permitindo assim reduzir ao máximo a distância necessária a ser percorrida de forma a transportar o resíduo para o processamento. Sendo assim, a parcela referente as distâncias percorridas também será considerada como sendo nula.

Por fim, devido a dificuldade de se estimar os custos fixos de transporte, arbitrou-se um valor de 8 $/tonelada. Este valor foi baseado no estudo realizado por KumarCameron e Flynn (2005), onde os autores realizaram uma revisão bibliográfica dos valores de transporte para diversos tipos de biomassa com ordem de grandeza semelhante ao valor arbitrado.

Desta forma, os custos de aquisição de matéria-prima estão apresentados para cada cenário na tabela a seguir:

Tabela 13 — Estimativa Custo de Matéria-Prima

Capacidade
(ton/ano)
Custo de MP ($/ano)
100.000800.000
200.0001.600.000
400.0003.200.000

Os autores (2020)

Utilidades e Consumíveis

Os custos de utilidades e consumíveis foram determinados através das equações descritas no item 2.2.2.2 para todos os cenários propostos, assim como o custo variável total, conforme mostra a tabela apresentada a seguir:

Tabela 14 — Estimativa Custo de Utilidades e Consumíveis

Capacidade
(ton/ano)
Custo
matéria-prima ($/ton)
Custo Total de
produção ($/ano)
Custo de
utilidades ($/ano)
Custo de
consumíveis ($/ano)
Custo Variável Total ($/ano) 
100.000800.0002.657.468186.02379.724 1.065.747
200.0001.600.0003.851.119269.578115.534 1.985.112
400.0003.200.0006.261.863438.330187.856 3.826.186

Os autores (2020)

Definidos todos os componentes do Custo Fixo Total e do Custo Variável Total, obtém-se o Custo Total de Produção e concluindo-se assim a estimativa de custos. Com o Custo total de Produção definido, é possível calcular o custo unitário por litro de Etanol Anidro produzido. Os valores se encontram na tabela apresentada a seguir.

Tabela 15 — Valores estimados do custo total de produção e suas parcelas

Capacidade
(ton/ano)
Custo Variável
Total ($/ano)
Custo Fixo Total
($/ano)
Custo Total de
produção ($/ano)
Custo de Produção Unitário do Etanol ($/L)
100.0001.065.7471.591.7212.657.468 0,67
200.0001.985.1121.866.0073.851.119 0,49
400.0003.826.1862.435.6776.261.863 0,40

Os autores (2020)

Segundo o Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada – USP (2020) o preço de venda do etanol anidro entre abril e agosto de 2020 oscilou entre US$ 0,28 e US$ 0,36 por litro, um indicativo de que a viabilidade da planta em questão estará fortemente vinculada a possibilidade de rentabilizar a venda dos seus sub-produtos.

Estimativa de Receitas

        O principal produto deste processo, o bioetanol, dificilmente poderá ser vendido por valores acima do seu preço de custo, valor este que foi calculado anteriormente (US$ 0,40 por litro de Etanol). Isso ocorre pois o preço de venda do mesmo etanol produzido a partir da cana de açúcar oscila entre valores próximos a este (U$ 0,36 por litro de Etanol em Outubro de 2020) (Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada – USP, 2020), e logo, para se manter competitivo no mercado, o valor unitário estimado para ser utilizado na análise econômica será de U$ 0,40 por litro de bioetanol. 

Em relação aos subprodutos, segundo fontes do mercado, o limoneno em 2020 tem sido vendido por um valor que gira em torno de U$ 4,50 por kg de produto. Logo, o limoneno acaba apresentando um elevado valor comercial, podendo alavancar de forma significativa as receitas oriundas do processo proposto. Já o biogás poderia ser vendido para as próprias extratoras devido a sua capacidade de geração de energia. Segundo Sierra et al. (2008) o preço de venda do biogás gira em torno dos US$ 0,35 por Nm³, valor este que será considerado na análise econômica.

Utilizando-se os valores unitários propostos acima de bioetanol ( U$ 0,40/l), limoneno (U$ 4,50/kg) e biogás (US$ 0,35/Nm³), e, multiplicando-se pela quantidade total produzida em cada cenário, têm-se a estimativa de receitas conforme mostrado na tabela a seguir.

Tabela 16 — Estimativa de Receitas

Capacidade (ton/ano)Etanol Produzido (m³/ano)Receitas Etanol ($/ano)Limoneno Produzido (kg/ano)Receitas Limoneno ($/ano)Biogás Produzido (Nm³/ano)Receitas Biogás ($/ano)Receitas Totais ($/ano)
 100.000 3.9501.580.000  800.0003.600.000  4.480.000 1.568.000 6.748.000
 200.000 7.9003.160.000  1.600.0007.200.000  8.960.000 3.136.00013.496.000
 400.000 15.8006.320.000  3.200.00014.400.000  17.920.000 6.272.00026.992.000 

Os autores (2020)

ELABORAÇÃO DAS DEMONSTRAÇÕES CONTÁBEIS

Com todos as estimativas de investimento, custos e receitas realizadas foram elaboradas as demonstrações contábeis para cada cenário proposto, considerando um horizonte de planejamento de 15 anos e o cronograma de partida conforme detalhado no item 2.4. A seguir estão apresentados o Demonstrativo de Resultado em Exercício (DRE) e o Demonstrativo de Fluxo de Caixa (DFC) para o cenário base de processamento de 100.000 ton/ano de resíduo. Os demonstrativos para os outros cenários propostos encontram-se no anexo deste trabalho.

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CÁLCULO DOS INDICADORES DE VIABILIDADE ECONÔMICA e análise de sensibilidade

Definidos os fluxos de caixa previstos para cada um dos cenários, calculou-se os indicadores de viabilidade econômica para cada um destes conforme descrito no item 2.5. Em outubro de 2020, a taxa básica de juros da economia no Brasil (SELIC) encontra-se em 2% ao ano (Banco Central do Brasil, 2020). Logo, para determinar a taxa de desconto para o cálculo do VPL, considerou-se como base uma Taxa Mínima de Atratividade de 8% ao ano levando em consideração a diferença de risco e a reduzida liquidez do investimento no projeto em questão quando comparado com o investimento em títulos da dívida pública indexados a taxa SELIC, sendo este o investimento mais seguro do mercado atualmente onde sua rentabilidade se torna base para comparação com outras alternativas de investimento. Os indicadores calculados a partir destas premissas adotas estão apresentados na tabela a seguir.

Tabela 17 — Cálculo dos Indicadores de Viabilidade Econômica (Taxa de Desconto de 8% a.a)

Cenário (ton/ano)VPL (USD$)TIR (% a.a) PAYBACK (anos)
100.000  3.206.260 11,02 12,94
200.000  19.507.874 19,20 6,61
400.000  51.155.913 24,47 4,85

Os autores (2020)

Contudo, apesar da taxa SELIC estar no valor mais baixo da sua história, nos últimos 10 anos ela apresentou uma alta oscilação chegando a se encontrar no seu topo histórico de 14,25% ao ano durante os anos de 2015 e 2016. (Banco Central do Brasil, 2020). Nesse contexto, realizou-se uma análise de sensibilidade variando-se a taxa de desconto para avaliar o quanto possíveis variações na taxa SELIC impactariam no VPL do projeto para cada um dos cenários. Os resultados encontram-se na tabela seguir.

Tabela 18 — VPL(USD$) para diferentes taxas de desconto

Cenário (ton/ano)6% a.a 8%.a.a 10% a.a 12% a.a 
 100.000 6.062.078 3.206.260 960.555– 810.469
 200.000 26.269.666 19.507.874 14.110.357 9.779.840
 400.000 65.692.267 51.155.913 39.490.96130.076.254

Os autores (2020)

Ao se analisar as tabelas 17 e 18, nota-se que a viabilidade do projeto para o cenário 1 fica comprometida em eventuais retomadas na subida da Taxa Selic, o que implicaria em alternativas de investimento mais viáveis. Além disso, este cenário apresenta um VPL significativamente inferior aos outros cenários estudados, levando quase todo o tempo de vida útil da unidade para retornar o capital investido. Dessa forma, será adotado o cenário de 400.000 ton/ano como base para as análises de sensibilidade posteriores a outros parâmetros devido a sua superior rentabilidade e desempenho mesmo em cenários com alta na taxa SELIC.

Nesse contexto, decidiu-se por analisar a sensibilidade do projeto quanto a variações no custo de aquisição de matéria-prima e no custo de mão de obra, devido a dificuldade em se prever com acurácia estes dois fatores. Além disso, analisou-se também a sensibilidade quanto a variação no preço de venda do limoneno, pois em um cenário onde o preço de venda do etanol produzido deverá ser próximo ao preço de custo, a viabilidade do projeto estará intimamente relacionada com a capacidade de se rentabilizar os seus subprodutos. A análise dessas variações e seus impactos na VPL e na TIR do cenário em questão estão representados nos gráficos a seguir.

Gráfico 4 — Análise de Sensibilidade para o Custo de Mão de Obra
Análise de Sensibilidade para o Custo de Mão de ObraOs autores (2020)

Gráfico 5 — Análise de Sensibilidade para o Custo de Matéria-Prima
Análise de Sensibilidade para o Custo de Matéria-PrimaOs autores (2020)

Gráfico 6 — Análise de Sensibilidade para o Preço de Venda do Limoneno
Análise de Sensibilidade para o Preço de Venda do LimonenoOs autores (2020)

Ao se analisar os gráficos apresentados, nota-se que assim como esperado o preço de venda do limoneno apresenta o maior impacto no retorno do projeto, onde uma redução de US$ 1,00 no seu valor implica em uma redução de cerca de 40% no VPL do projeto e faz com que a sua TIR caia para aproximadamente 19%, conforme mostrado no gráfico 5. Contudo, mesmo considerando os cenários mais pessimistas para os parâmetros escolhidos a viabilidade do projeto se mantém em todos cenários. Em termos de tempo de retorno, o pior cenário analisado, onde o preço de venda do limoneno se encontra em US$ 3,50/kg, apresentou um Payback de 6,75 anos. Este valor apesar de ser 39% superior ao cenário base (Payback de 4,85 anos) ainda se mostra como um tempo razoável de retorno pois também considera os 3 anos estimados para a construção da unidade.

Conclusão

O presente trabalho teve como objetivo estudar as alternativas existentes para o aproveitamento do resíduo gerado na produção de suco de laranja e, a partir de uma rota tecnológica existente, avaliar a viabilidade da instalação de uma planta processadora deste mesmo resíduo tendo em vista a análise das variáveis que poderiam causar algum impacto dentro dessa viabilidade.

 Ao longo do trabalho, optou-se por avaliar a viabilidade econômica de uma unidade integrada produtora de bioetanol, biogás e limoneno, devido ao fato do etanol possuir um  mercado já consolidado dentro do Brasil e com perspectiva de aumento na demanda nos próximos anos, devido a relativa simplicidade do processo, da possibilidade de se gerar subprodutos com alto valor agregado e da oportunidade de se produzir etanol a partir de uma matéria-prima mais barata do que as usualmente utilizadas. 

Para a determinação da localidade para a instalação da unidade em questão, realizou-se um estudo de forma a mapear a localização do setor citrícola brasileiro e das empresas produtoras de suco de laranja. Dentro deste estudo foi possível determinar que no setor, a maioria destas empresas concentra-se no interior de São Paulo. Partindo da idealização de uma planta integrada as empresas produtoras de suco, foi possível determinar que esta região seria a melhor alternativa para a instalação da planta, sendo capaz de abastecer a unidade devido a grande quantidade de extratoras, principalmente no município de Matão e arredores.

Durante a determinação das escalas de operação dessa unidade, observou-se que na literatura encontrada haviam estimativas de investimento que apontavam para o início de uma possível deseconomia de escala a partir da capacidade de processamento de 400.000 ton/ano. Contudo, não foi possível achar referências indicativas do investimento fixo necessário para capacidades maiores e se o mesmo deixaria de seguir uma tendência de economia de escala o que acabou limitando o estudo até a escala citada. Logo, pode-se concluir que há a necessidade de se realizar mais estudos em relação ao comportamento do investimento fixo para escalas maiores, principalmente com o uso de simuladores e um maior detalhamento dos equipamentos a serem utilizados no processo.

Ao se determinar as demonstrações contábeis a partir das estimativas realizadas e então calcular os indicadores de viabilidade econômica, notou-se que a escala base de 100.000 ton/ano de resíduo processados possuía uma TIR de aproximadamente 11% a.a, fazendo com que a viabilidade desse projeto pudesse estar comprometida em cenários econômicos com alternativas de investimento favoráveis. Logo, optou-se para avançar na análise de sensibilidade na escala limite de 400.000 ton/ano para estudar o comportamento dos indicadores em relação a alterações em algumas variáveis escolhidas, devido ao fato desta escala apresentar um VPL e uma TIR que indicam uma ótima possibilidade de viabilidade.

Por fim, optou-se por fazer a análise de sensibilidade nos seguintes parâmetros: Custo de Mão de Obra, Custo de Matéria-Prima e Preço de Venda do limoneno. Os dois primeiros foram escolhidos devido a dificuldade em se fazer estimativas para estes custos, pois é necessário um detalhamento maior do processo para se estimar o número de funcionários com maior acurácia, além da necessidade de se realizar maiores estudos para determinar o custo de logística para o transporte de resíduos sólidos no Brasil. Já o terceiro foi escolhido por conta do alto custo unitário de produção do etanol gerar um indicativo de que a viabilidade do processo seria muito dependente da capacidade de se rentabilizar os seus subprodutos, e, por possuir um alto valor agregado o limoneno aparentou ser o produto com maior impacto dentro das receitas.

Por fim, ao se calcular novamente os indicadores de viabilidade após alterações em cada uma destas variáveis, chegou-se a seguinte conclusão: Apesar do aumento nos custos de mão de obra e de matéria-prima gerarem uma ligeira redução no VPL e na TIR do projeto, estes aumentos passam longe de inviabilizar o mesmo. Já a redução no preço de venda do limoneno gera uma redução mais acentuada nestes indicadores, onde uma queda de USD$ 1,00 no valor de venda implica em uma queda de quase 40% no VPL uma redução da TIR para 19% a.a. Contudo, ainda assim o projeto aparenta ser resiliente, apresentando um aumento no payback de apenas 1,9 anos.

Logo, pode-se concluir que há um indicativo de que o principal determinante da viabilidade econômica de uma planta produtora de bioetanol a partir do resíduo da produção de suco de laranja seja a capacidade de venda de limoneno. Porém, mais estudos devem ser realizados de forma a aumentar a confiabilidade das estimativas realizadas e avaliar escalas de produção superiores de forma a determinar qual seria a capacidade ótima de processamento, ou seja, com menor custo médio de produção (TowlerSinnott, 2013).

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APÊNDICE A — Subtitítulo do apêndice

Apêndices tem objetivo de melhorar a compreensão textual, ou seja, completar ideias desenvolvidas no decorrer do trabalho.

ANEXO A — Subtitítulo do anexo

Anexos são elementos que dão suporte ao texto, mas que não foram elaborados pelo autor.

feito

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