Apresentação Relatório Energético Cana-de-açúcar
Em nome da Associação Brasileira das Indústrias de Biomassa e Energia Renovável  e dos numerosos colaboradores que ajudaram no desenvolvimento do primeiro Relatório Energético Biomassa da Cana-de-açúcar que tem por objetivo uma avaliação pormenorizada do setor da cana-de-açúcar na produção de um produto sustentável e energético (descarbonização industrial) no Brasil.
A cana-de-açúcar, uma importante cultura comercial no Brasil , desempenha um papel crucial no fornecimento não apenas de açúcar, mas também de etanol . Os subprodutos da cana-de-açúcar encontram utilidade como ração animal em vários países. O cultivo da cana-de-açúcar se expandiu para regiões com climas quentes em todo o mundo. O maior contribuinte para a produção global de cana-de-açúcar é o continente americano, incluindo países como Brasil, México, EUA respondendo por cerca de 51% da produção total, seguido pela Ásia (41,6%), África (5%) e Oceania (1,7%). 
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com uma produção impressionante de cana-de-açúcar na safra 2024/2025 de 689,8 milhões de toneladas, principalmente atribuída às condições climáticas favoráveis e ao aumento da produtividade das safras. Este aumento significativo na produção destaca ainda mais o papel notável do Brasil na indústria global de açúcar.
O maior desafio do setor sucroenergético é o aproveitamento dos tipos de biomassa residual gerado desde a colheita até o processamento nas usinas. A cana-de-açúcar é considerada uma das grandes alternativas para o setor de biocombustíveis devido ao grande potencial na produção de etanol e seus respectivos subprodutos.  
A agroindústria sucroalcooleira nacional, diferentemente do que ocorre nos demais países, opera numa conjuntura positiva e sustentável.  Pelo conceito de bagaço entende-se apenas o caule macerado, não incluindo a palhada e os ponteiros, que representam 55% da energia acumulada no canavial.  Este potencial fabuloso de palha é pouco aproveitado, sendo, na maioria dos casos, queimado no campo. 
Nas últimas décadas, houve um aumento notável na produção de cana-de-açúcar, impulsionado pela crescente demanda por açúcar, etanol derivados dessa cultura versátil. Consequentemente, a indústria açucareira gera uma quantidade significativa de resíduos agrícolas. 
Existem recursos potenciais inexplorados associados à colheita e ao processamento da cana-de-açúcar, a biomassa sem uso comercial e energético (folhas, pontas e palhiço) deixado no campo e o bagaço da cana-de-açúcar como excedente das usinas, principalmente naquelas que não utilizam para cogeração.  Neste sentido é extremamente adequado o aproveitamento energético como descrevemos neste relatório.
A queima de lixo (biomassa sem uso) da cana-de-açúcar no campo tem sido alvo de escrutínio nos últimos anos devido à invasão urbana e preocupações com a qualidade do ar, e o excesso de lixo (folhas, pontas e palhiço) deixado no campo também pode reduzir a produtividade da cultura da soca devido às temperaturas mais baixas do solo e à maior umidade do solo. 
As usinas de cana-de-açúcar também detém um excesso (não uso em cogeração) de bagaço.  Sem a utilização adequada, o bagaço é comumente descartado como resíduo sólido ou utilizado como fonte de combustível para o processo de moagem. Para cada tonelada de cana-de-açúcar, aproximadamente 280 kg de bagaço úmido são produzidos, destacando a quantidade substancial desse resíduo. 
A biomassa do bagaço da cana-de-açúcar  tem o potencial de ser transformada em energia, materiais e produtos químicos finos. As pontas e folhas da cana-de-açúcar que costumam ser deixadas no campo podem representar até 30% da biomassa total (FAO, 2006), considerando o volume total de biomassa produzida por unidade de área plantada.   
A quantidade de resíduos decorrente da colheita da cana-de- açúcar depende de variados fatores, entre os quais: o sistema com ou sem queima da cana na pré-colheita, a altura dos ponteiros, a variedade plantada, a idade da cultura e seu estágio de corte, o clima, o solo, o uso ou não de vinhoto na fertirrigação do campo, entre outros, que exercem influência importante nas características, quantidade e qualidade da palha.  
E neste relatório enumeramos as alternativas energética com o uso da biomassa da cana-de-açúcar.
O valor médio da produção de matéria seca que estima os resíduos secos potenciais da cana-de-açúcar, denominados palha, é de 140 kg por tonelada de cana colhida, com 50% de umidade, considerando as diversas variedades de cana-de-açúcar plantadas.
A produtividade média de cana-de-açúcar no Brasil é de 85 toneladas por hectare, sendo que para cada tonelada de cana processada são gerados cerca de 140 kg de palha e 140 kg de bagaço em base seca, ou seja, 12 toneladas de palha e 12 toneladas de bagaço. A palha de cana-de-açúcar representa 15% do peso dos colmos da cana madura, ou 12% quando seca. 
A Brasil Biomassa desenvolveu uma série de projetos e plantas industriais para o aproveitamento da biomassa da cana-de-açúcar. 
Temos um quantitativo de disponibilidade de resíduos de 327.855.000 ton./ano da palha e bagaço um poder calorífico  13,4 MJ/kg que podem ser utilizados na produção do biochar.
Essas duas matérias-primas orgânicas (palhiço e bagaço) podem ser convertidas termoquimicamente em biochars, biocarbono e biopellets e briquetes como produtos energéticos para  captura e armazenamento de carbono, a capacidade de retenção de água e melhorar a produtividade da cana-de-açúcar. 
Os benefícios são esperados tanto para os produtores de cana-de-açúcar quanto para os usineiros por meio da produção de subprodutos valiosos da pirólise de resíduos de bagaço e do palhiço da cana-de-açúcar, bem como o aprimoramento do papel da indústria da cana-de-açúcar nos mercados de energia renovável.
Uma extensa pesquisa desenvolvida neste relatório revelou uma via promissora para melhorar a recuperação de energia por meio da conversão de resíduos da cana-de-açúcar em novos produtos energéticos. Essa transformação é obtida empregando técnicas termoquímicas e bioquímicas após o processo de desvolatilização da biomassa. Esses métodos inovadores oferecem uma oportunidade atraente para aproveitar maior potencial energético de sobras da cana-de-açúcar, abrindo caminho para a utilização sustentável e eficiente de recursos.
A versatilidade do bagaço de cana-de-açúcar abre inúmeras possibilidades para sua aplicação em vários setores, fornecendo alternativas sustentáveis e ecologicamente corretas em várias indústrias.
O desafio do setor agroindustrial vai exigir uma enorme quantidade de adubos e fertilizantes e o biochar e a amônia verde pode ser uma solução ao setor. Uma solução sustentável e multifuncional para mudanças climáticas pode ajudar a construir resiliência em comunidades locais de alto risco e sensíveis ao impacto das mudanças climáticas. 
Em face do aumento das temperaturas globais, eventos climáticos extremos e a necessidade resultante de agricultura adaptada, o biochar e a amônia verde oferecem uma solução interseccional para questões em torno da degradação do solo, remoção de carbono, desafios de uso da terra, insegurança alimentar e desenvolvimento econômico.
Desde 2022, o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) defende que as tecnologias de remoção de dióxido de carbono (CDR) são um complemento necessário às reduções de emissões para atingir um futuro líquido zero e limitar o aquecimento global a 2°C ou menos. 
O biochar é uma das tecnologias de CDR reconhecidas pelo IPCC e também é uma das soluções mais acessíveis e prontas para o mercado. A tecnologia de remoção de carbono do biochar foi responsável por 94% dos créditos de remoção de carbono entregues em 2023.
Nosso Relatório faz uma extensa pesquisa de análise de produção e de disponibilidade biomassa da palha, vinhaça  e do bagaço  da cana-de-açúcar no Brasil , Regiões e Estados para a produção energética de biochar (extrato pirolenhoso e vinagre da madeira) para sequestro de carbono, fertilizante ecológico e para agricultura regenerativa, do biocarbono (bio-óleo e gás sintético) como combustível industrial (alumínio, cerâmica, cimentos e siderúrgica), do biometano/gás natural verde, de biopellets carbono neutro, do briquete ecológico, da bioenergia com captura e armazenamento de carbono, aos sistemas de cogeração, ao hidrogênio baixo carbono  e da torrefação da biomassa da cana-de-açúcar fins energético.
Uma questão a ser abordada no Relatório envolve o levantamento em termos de produção e a quantidade de matéria-prima  que encontra  disponível para acesso imediato no Brasil  
Assim sendo, o relatório pretende em abordar uma questão fundamental de disponibilidade de biomassa para a produção de produtos energéticos e inovadores em todo o território nacional. 
A partir do entendimento de que é necessário reduzir ou eliminar os impactos ambientais negativos dos processos e produtos de diversos setores, aliando isso à melhoria social e econômica, a biomassa da cana-de-açúcar passou a ser considerada uma fonte potencial de matéria-prima para a produção de novos produtos energéticos, como retratamos no relatório.
A descarbonização industrial no Brasil poderá ocorrer de forma diferente em diferentes setores industriais, dependendo das características locais, da viabilidade das opções de descarbonização pode ser fortemente influenciada pelo preço e disponibilidade de biomassa da cana-de-açúcar, eletricidade renovável e locais de armazenamento de carbono. 
Portanto, diferentes estratégias e caminhos para reduzir as emissões em todos os setores devem ser explorados.  E no relatório avaliamos os tipos de biomassa da cana-de-açúcar. 
Finalmente, o Relatório avalia as principais tecnologia para aproveitamento da biomassa da colheita e do processamento da cana-de-açúcar. Enumeramos  as tecnologias:.   
1. Tecnologia de aproveitamento da palha da cana-de-açúcar para a produção de Biochar (extrato pirolenhoso e vinagre da madeira) para sequestro de carbono, fertilizante ecológico e para agricultura regenerativa. A alta demanda por fornecimento de energia em uma população mundial crescente requer o uso de alternativas não fósseis como chave fundamental para reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) e limitar o aquecimento global. A produção de biocombustíveis líquidos é uma ação importante para conter o aquecimento global, pois representa uma tecnologia madura, escalável e bem desenvolvida, com comprovada baixa pegada de carbono.
Nas últimas décadas, a colheita pré-queima foi quase abolida, e o sistema mecanizado verde foi adotado em quase 97% das áreas de cana-de-açúcar no centro-sul do Brasil. 
Como consequência, grandes quantidades de palha, variando de 10 a 20 Mg ha −1 ano −1 , foram depositadas nos canaviais, disponibilizando aproximadamente 80 milhões de toneladas de palha por ano. A manutenção da palha na superfície do solo promove mudanças substanciais no sistema de produção de cana-de-açúcar, como melhorias na qualidade do solo e nos estoques de carbono (C), e aumento das emissões de N 2 O do solo. Assim, além de gerar diversos benefícios ao sistema solo-planta-atmosfera, a manutenção da palha na superfície do solo também representa uma valiosa matéria-prima que pode ser convertida em biocombustíveis avançados, uma questão de interesse de várias empresas.
Uma das rotas potenciais para produzir biocombustíveis avançados usando biomassa lignocelulósica é a pirólise, através da qual a biomassa é exposta a altas temperaturas em níveis baixos ou nulos de oxigênio para ser convertida em bio-óleo, biogás e biochar. O bio-óleo pode ser usado na produção de biocombustíveis avançados (ou seja, combustíveis de aviação sustentáveis), o biogás é usado no fornecimento de energia e o biochar é aplicado principalmente em solos agrícolas. O biochar é um material carbonizado rico em C aromático que tem sido usado como um corretivo do solo em campos agrícolas para fornecer vários serviços ecossistêmicos. 
Um impacto ambiental positivo dessa prática é a redução potencial das emissões de N 2 O, um gás traço emitido em baixas quantidades, mas com um potencial de aquecimento global 273 vezes maior que o dióxido de carbono (CO 2). 
A palha de cana-de-açúcar tem sido considerada uma matéria-prima promissora e econômica para a produção de bioenergia por meio da pirólise. O biochar à base de palha é um subproduto da pirólise de biomassa que tem o potencial de mitigar as emissões de óxido nitroso.

2. Tecnologia de aproveitamento da vinhaça e da torta de filtro da cana-de-açúcar para a produção de Biometano. A produção de etanol de cana-de-açúcar gera cerca de 360 bilhões de litros de vinhaça, um efluente líquido com uma demanda química média de oxigênio de 46.000 mg/L. A vinhaça ainda contém cerca de 11% da energia original do caldo de cana, mas essa energia química é diluída. Esse resíduo, geralmente descartado ou aplicado na fertirrigação, é um substrato adequado para digestão anaeróbica. 
Com um potencial de biometano variando de 215 a 324 L de metano produzido por quilo de matéria orgânica na vinhaça, a DA poderia melhorar a produção de energia das biorrefinarias de cana-de-açúcar.
 
A vinhaça é um coproduto necessário da destilação, gerado em grandes quantidades (10–15 L por litro de etanol). É rico em resíduos orgânicos e minerais, levando a um tremendo problema ambiental, e também a muitas oportunidades de processamento. O aumento da circularidade em direção a biorrefinarias de desperdício zero torna diferentes aplicações de vinhaça cada vez mais atraentes, como fertilizante, ração animal ou fonte de energia por meio de DA. Este último é cada vez mais importante, com pesquisa ativa e implementação recente em larga escala. 
A vinhaça da cana-de-açúcar é um subproduto da indústria da cana-de-açúcar e pode ser usada para geração de biometano. 
Esse processo envolve microrganismos quebrando a matéria orgânica na vinhaça na ausência de oxigênio, produzindo metano e dióxido de carbono, bem como um resíduo rico em nutrientes que pode ser usado como fertilizante. O biometano pode ser usado como uma fonte renovável de energia para eletricidade e transporte.

 3. Tecnologia de aproveitamento do palhiço e do bagaço  da cana-de-açúcar para a produção de Biopellets. A crescente valorização de matérias-primas lignocelulósicas renováveis e econômicas representa uma abordagem viável, sustentável e ecologicamente correta para a produção de biopellets como fontes alternativas de energia
A biomassa da cana-de-açúcar tem o potencial de ser uma fonte de energia alternativa sustentável, acessível, renovável e ecologicamente correta. Devido a várias desvantagens, incluindo sua facilidade de absorção e liberação de água, alto teor de umidade e baixo valor calorífico, a biomassa da palha da cana-de-açúcar deve ser pré-tratada por meio de moagem ou secagem.
Um dos problemas com que o setor energético está lidando atualmente é o armazenamento de grandes quantidades de combustível de biomassa da cana-de-açúcar. Para resolver esse problema, a biomassa da cana-de-açúcar (palha   bagaço)é convertida em combustíveis sólidos, como biopellets, para facilitar o manuseio, o transporte e o armazenamento. 
Além disso, os biopellets da cana-de-açúcar são uma maneira rápida e fácil de gerar energia de biomassa zero carbono, que é eficiente e renovável. 

4. Tecnologia Bioenergia da Cana-de-açúcar com Captura e Armazenamento de Carbono  é uma tecnologia essencial para reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa (GEE).  No relatório avaliamos os detalhes desta tecnologia como uma cadeia de suprimentos multifacetada que tem a vantagem de permitir emissões negativas enquanto gera energia. 
Sua versatilidade é ilustrada pela possibilidade de usar toda a gama de matérias-primas de biomassa da cana-de-açúcar e muitas vias de conversão.  É uma tecnologia altamente adaptável, pois pode ser aplicada a uma variedade de indústrias como a do setor sucroenergético..  
Uma vez que o dióxido de carbono (CO2) tenha sido capturado, ele deve ser transportado e armazenado, ou mesmo reutilizado. No entanto, a reutilização pode às vezes resultar em nenhuma emissão negativa, pois o CO2 é liberado na atmosfera em curto prazo.  
Num contexto em que limitar o aquecimento global se tornou uma questão urgente, os projetos  de captura de carbono ao setor sucroenergético precisam de ser encorajados e apoiados para garantir que podem continuar a enfrentar os desafios do futuro. 
A captura pós-combustão opera em baixas pressões e é adequada para gases de combustão de baixas concentrações de CO2 , mostrando altas eficiências de laboratório a escala comercial.  
Essa tecnologia pode reduzir significativamente as emissões de CO2 das usinas de cana-de-açúcar.  
O projeto está focado na tecnologia de captura baseada para determinar a viabilidade de capturar gases de combustão diretamente versus a necessidade de concentrar o CO 2 para melhor captura.
Bioenergia com Captura e Armazenamento de Carbono, o Beccs consiste em uma tecnologia que combina a geração de energia a partir de recursos renováveis – como a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar – com a captura de gás carbônico gerado no processo, que é tratado e depois armazenado em uma formação geológica. 
Assim, enquanto as iniciativas tradicionais de captura e armazenamento de carbono (CCS) estão associadas à queima de combustíveis fósseis – como o gás natural –, os sistemas Beccs vão um passo além ao contribuir para emissões negativas de gases de efeito estufa, ou seja, liberando a menor quantidade possível desses gases e reabsorvendo as emissões restantes

5. Tecnologia Biocarvão/Biocarbono Bio-óleo e Gás sintético com uso da biomassa da cana-de-açúcar.  O biocarvão ou biocarbono recentemente ganhou atenção como um substituto potencial para o carvão em processos  siderúrgicos e alumínio devido ao seu potencial de captura de carbono. 
Os biocombustíveis produzidos a partir de biomassa residual da cana-de-açúcar, como biocarvão, bio-óleo ou gás de síntese, podem ser uma substituição propícia para combustíveis fósseis. O biocarvão recebeu muito interesse como um substituto potencial devido à sua alta combustibilidade, alto conteúdo energético, melhor moabilidade e capacidade reduzida. Além disso, a principal vantagem de usar biomassa ou biocarvão como combustível é sua neutralidade de carbono. No relatório avaliamos os detalhes de produção de biocarvão/biocarbono, bio-óleo e gás sintético da biomassa (palha e bagaço) da cana-de-açúcar.
 
6. Tecnologia de Hidrogênio Verde com uso do bagaço da cana-de-açúcar. Combustíveis alternativos de baixas ou zero emissões de CO 2 como a biomassa da cana-de-açúcar são uma solução viável para substituir combustíveis fósseis. A combustão de Hidrogênio é responsável por zero emissões de CO2. O Hidrogênio verde é um substituto ao gás natural como retratamos no  relatório.  O etanol de segunda geração pode ser uma excelente matéria-prima para produzir hidrogênio verde, uma vez que é produzido a partir da fermentação da biomassa da cana-de-açúcar e é um método de emissão zero.
Pesquisas sobre a utilização efetiva do bagaço e da palha da cana-de-açúcar demonstraram avanços significativos na produção de biohidrogênio. A integração de estratégias inovadoras de pré-tratamento, como hidrólise ácida, tratamentos oxidativos e sacarificação enzimática, provou ser essencial para melhorar a recuperação de açúcar e a eficiência dos processos de fermentação. 
Estudos sobre a produção sequencial de hidrogênio e metano, bem como o uso da dinâmica microbiana para otimizar a fermentação, ressaltam ainda mais a versatilidade da cana-de-açúcar como matéria-prima de biohidrogênio.
A mudança global em direção ao biohidrogênio representa uma oportunidade para o Brasil alavancar sua extensa infraestrutura de cana-de-açúcar. 
No entanto, concretizar esse potencial requer abordar barreiras tecnológicas e logísticas, incluindo a otimização de cadeias de suprimentos, desenvolvimento de tecnologias avançadas de conversão e expansão de colaborações de pesquisa como no presente relatório. 
Ao investir nessas áreas, o Brasil pode fortalecer seu papel na formação do futuro da produção de biohidrogênio
Depois dos combustíveis fósseis, a biomassa e a energia solar são consideradas a fonte de longo prazo para a produção de energia de hidrogênio. Usando biomassa da cana-de-açúcar como alimentação, a produção de hidrogênio verde pode ser feita por tecnologia de gaseificação para o desenvolvimento de energia sustentável. 
A biomassa da cana-de-açúcar é a melhor maneira de produzir hidrogênio verde, que é mais limpo e econômico, e é considerado uma das maneiras sustentáveis . Utilizamos em teste industrial o bagaço de cana-de-açúcar como biomassa para a produção de hidrogênio. Desenvolvemos três modelos de processos de gaseificação de biomassa: fluidizado, leito fixo integrado e processo de água supercrítica. Eles são mais eficazes em matérias-primas ricas em lignina e produzem alta produção de gás de síntese.
Hidrogênio desempenha um papel cada vez maior na economia verde. Estima-se que esta transição reduza as emissões de CO 2 em até 30% até 2030.
O objetivo final do estudo setorial é descrever as abordagens mais comuns de uso da biomassa da cana-de-açúcar como fonte de bioeletricidade  com opção de mitigação relevantes para o setor industrial.  Essas opções variam do aumento da eficiência energética e do uso da biomassa da cana-de-açúcar como fonte de geração de energia térmica (aquecimento, calor e vapor) ao desenvolvimento e implantação de novas tecnologias de emissões negativas ou zero carbono.
A coalimentação de hidrogênio junto com biomassa da cana-de-açúcar para aquecimento industrial é uma abordagem emergente que está sendo explorada por várias indústrias como parte dos esforços para reduzir as emissões de carbono e fazer a transição para fontes de energia mais sustentáveis. O hidrogênio poderia teoricamente ser usado como um agente redutor.
Isso permite a redução sem a produção de quaisquer gases de efeito estufa. 
Uma grande quantidade de hidrogênio precisa ser adicionada à reação a uma taxa estável, enquanto a água produzida pela reação deve ser constantemente removida. Altas temperaturas são necessárias para a reação, no mesmo o ponto de fusão.
Neste relatório ampliamos o leque de opções de uso energético da biomassa da cana-de-açúcar com as tecnologia de produção de biocarvão/biocarbono, bio-óleo e gás  de síntese como um substituto do carvão,  óleo diesel e o gás natural. Bem como a utilização do biometano e do hidrogênio verde como um substituto do gás natural. 
Esforços estão em andamento para desenvolver e implementar processos de baixo carbono e neutros em carbono, aumentar o uso de fontes de energia renováveis, avançar na pesquisa de novos materiais e tecnologias e envolver as partes interessadas para impulsionar iniciativas de sustentabilidade com uso da biomassa residual da cana-de-açúcar.