Identificação de clusters de geração termelétrica renovável a partir da biomassa residual do setor sucroenergético brasileiro

Abstract

Resumo: O setor sucroenergético tem papel relevante para o desenvolvimento sustentável do Brasil, seja pela contribuição econômica como produtor de açúcar e etanol, seja pelos benefícios ambientais, a partir da diversificação e fortalecimento da geração de energias renováveis na matriz energética brasileira. Também contribui para a segurança energética, via oferta para a sociedade, de energia ininterrupta e a preço justo. Adicionalmente, o setor pode ser fonte de novos produtos e processos econômicos como vapor (energia térmica), biogás, biofertilizante, dióxido de carbono, enxofre, certificação ambiental, além da capacidade de formulação de químicos e combustíveis nobres como hidrogênio verde, polímeros verdes, gás de síntese e toda uma cadeia de química fina agregada. Visando a resolução de desafios específicos do setor e o aproveitamento sistemático dos subprodutos da produção de açúcar e álcool para a geração de novas fontes de renda, este trabalho teve como objetivo entender a importância socioeconômica do setor sucroenergético brasileiro, analisar a distribuição espacial das usinas sucroenergéticas e, por meio da metodologia k-means aplicada via software QGIS, identificar clusters das usinas geradoras de energia elétrica a partir da biomassa residual da cana-de-açúcar, no Brasil e no Estado do Paraná. Para a definição do número de clusters, utilizou-se o método Elbow. Como resultado, foram gerados mapas do Brasil e do Paraná contendo sete clusters em nível nacional e cinco, no Paraná. Com base nos resultados obtidos verificou-se que a região Centro-Sul, em especial os estados de São Paulo, Paraná, sul de Mato Grosso do Sul, sul de Goiás e o Triângulo Mineiro se apresentam como importantes aglomerações de usinas sucroenergéticas que possuem geração de energia a partir do bagaço. Na pesquisa, os empreendimentos desta região foram agrupados nos Clusters 1, 4 e 7. De maneira similar, o Cluster 2, que engloba as usinas da costa do Nordeste também se configura como uma aglomeração relevante. Adicionalmente, estendeu-se a aplicação da metodologia k-means para os dados de potência instalada, resultando em cinco clusters, de acordo com o porte das usinas. Constatou-se que, para o critério de decisão de porte gerado automaticamente pelo QGIS, apenas 2,5% das usinas brasileiras se enquadram no maior nível de potência (>99,44 MW) e que a maioria (67%) se enquadram como usinas de pequeno porte (até 36,75 MW). Os resultados alcançados demonstram a utilidade dos clusters como forma de equacionar problemas e potencializar oportunidades para o setor, seja por aproximação espacial ou por potência distribuída no espaço geográfico. Espera-se que os resultados dessa dissertação estimulem a análise crítica das possibilidades de investimento e desenvolvimento deste setor por parte dos setores privado e público e da academia, fomentando a criação de clusters industriais e de pesquisa da cana-de-açúcar no Paraná e no Brasil.

Abstract: The sugar-energy sector plays an important role in the sustainable development of Brazil, either through its economic contribution as a producer of sugar and ethanol, or through its environmental benefits, from the diversification and strengthening of energy generation in the Brazilian energy matrix. It also contributes to energy security, by offering society uninterrupted energy at a fair price. Additionally, the sector can be a source of new products and economic processes such as steam (thermal energy), biogas, biofertilizer, carbon dioxide, sulfur, environmental certification, in addition to the ability to formulate noble chemicals and fuels such as green hydrogen, green polymers, syngas and a whole chain of fine chemicals aggregated. Aiming at solving specific challenges of the sector and the systematic use of by-products of sugar and alcohol production to generate new sources of income, this study aimed to understand the socioeconomic importance of the Brazilian sugar-energy sector, analyze the spatial distribution of sugar-energy plants and, through the k-means methodology applied via QGIS software, to identify clusters of power plants generating electricity from residual sugarcane biomass, in Brazil and in the State of Paraná. To define the number of clusters, the Elbow method was used. As a result, maps of Brazil and Paraná were generated containing seven clusters at the national level and five in Paraná. Based on the results obtained, it was found that the Center-South region, especially the states of São Paulo, Paraná, southern Mato Grosso do Sul, southern Goias and Triangulo Mineiro region are important agglomerations of sugarcane plants that produce energy from bagasse. In this research, the enterprises in this region were grouped into Clusters 1, 4 and 7. Similarly, Cluster 2, which encompasses the plants on the northeast coast, is also configured as a relevant agglomeration. Additionally, the application of the k-means methodology was extended to the installed power data, resulting in five clusters, according to the size of the plants. It was found that, for the size decision criterion automatically generated by QGIS, only 2.5% of Brazilian plants fit into the highest power level (>99.44 MW) and that the majority (67%) are classified as small power plants (up to 36.75 MW). The results achieved demonstrate the usefulness of clusters as a way of solving problems and enhancing opportunities for the sector, either by spatial approximation or by power distributed in geographic space. It is expected that the results of this work stimulate the critical analysis of the possibilities of investment and development of this sector by the private and public sectors and the academy, promoting the creation of industrial and research clusters of sugarcane in Paraná and Brazil.