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Artículo
https://dx.doi.org/10.21577/1984-6835.20210096
a Centro Universitário FEI, Departamento
Modelo Económico como Ferramentación de Tomada de
Decisiones para la producción de biodiesel a partir de
microalgas
de Ingeniería Mecánica, CEP 09850901, São Bernardo do Campo-SP, Brasil.
b Universidade Federal de São Paulo,
Instituto do Mar, Campus Baixada
Santista, CEP 11070-100, Santos-SP,
Brasil.
Modelo Económico como Herramienta de Toma de Decisiones para la Producción de
Biodiesel a partir de Microalgas
Bruno Alves de Oliveiraa,* Flávia Talarico Saiab, José Juan Barrera Albab, Cláudia Aparecida de
mattosa
Las microalgas son organismos unicelulares de rápido crecimiento y han sido ampliamente estudiadas para la producción de biodiesel.
*Correo electrónico: brunifesp@gmail.com
El cultivo no requiere tierras agrícolas y puede realizarse utilizando aguas residuales. Luego de la revisión bibliográfica, se observó
que la mayoría de los estudios económicos sobre la producción de biodiesel de microalgas utilizan la contabilidad tradicional
Fecha de recepción: 2 de Abril de 2021
Aceito em: 23 de Abril de 2021
determinista y estiman la producción a gran escala, con procesos de biorrefinería, requiriendo altas inversiones y tiempo considerable
para su operación. Este estudio realizó un análisis probabilístico para un escenario de producción de biodiesel a pequeña escala,
aplicando técnicas de simulación Monte Carlo.
Publicado en línea: 11 de febrero de 2022
A su vez, se planteó un modelo económico como herramienta para la toma de decisiones basado en la construcción detallada de
Capex y Opex, costeando cada etapa del proceso productivo y simulación económica multiescenario. Para reforzar el análisis se
utilizaron técnicas de inversión de VAN y TIR, y análisis de sensibilidad, identificando las variables de mayor impacto en la producción
de biodiesel y consecuentemente en el flujo de caja. El estudio demostró que la producción de biodiesel a pequeña escala es
financieramente inviable en las condiciones de 2019 y que el mayor delincuente económico en este tipo de proyectos es el Capex. Sin
embargo, el trabajo amplía la discusión sobre los resultados de las simulaciones, abordando aspectos económicos aún poco discutidos
en los estudios sobre el tema, como el impacto financiero de las correcciones del biodiesel en la norma nacional de calidad (RANP
45), los créditos de carbono y las políticas de incentivos y subsidios. para facilitar la viabilidad de proyectos de bajo impacto ambiental.
Palabras llave: Modelación económica; Simulación del Monte Carlo; biocombustibles
1. Introducción
Como microalgas são organismos unicelulares capaces de crescer mais rapidamente do
que qualquer planta superior,1 y vêm sendo ampliamente estudadas para a produção de
bioprodutos, como os biocombustíveis. O cultivo de microalgas não requer terra agricultável e
pode ser feito using água residuária rica em nutrientes.2,3
A partir de la biomasa de las microalgas, que in natura puede servir de insumo animal
(ração) y fertilizante, es posible obtener biodiésel, biometano (biogás rico en metano),
biohidrogenio, bioetanol y bioelectricidad. Além disso, as microalgas promovem parte do
tratamento de águas residuárias e podem também servir for a extração de produtos de alto
valor agregado, tais as vitamin, antioxidantes e acidos graxos poli-insaturados.4
A maioria dos estudos econômicos sobre a produção de biocombustíveis de microalgas
presenta uma contabilidade tradicional de custos e investimento de capital, onde os resultados
entre estes estudos são divergentes e de difícil cruzamento de informações, de modo que os
custos são considerados como constantes.5 Na realidad, todavia, os custos não são constantes
e deste modo é necessário o uso de modelos estocásticos para as análises de viabilidade
econômica.6 Outro aspecto que pode ser considerado é a long scale (biorrefinaria), present nos
principais estudos that utilizam modelos probabilistics related aos biocombustíveis de
microalgas.7-13 Obviamente, os grandes empreendimentos como as biorrefinarias requerem
grandes investimentos de capital e considerável tempo até a operação.
O presente estudo buscou desenvolver um modelo econômico probabilístico como
ferramenta de tomado de decisões para a produção de biodiesel a partir de microalgas,
avaliando a pequena escala e utilizando a simulação Monte Carlo como meio de integrar a
análise de risco ao processo de análise econômica.
Rev. Virtual Quim., 2022, 14 (1), 40-45
©2022 Sociedade Brasileira de Química
Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos
de Creative Commons Attribution License.
40
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Oliveira
2. Material y métodos
2.1. Descripción del sistema
Para el desarrollo del modelo económico, se estableció
un sistema teórico de producción de biodiésel de microalgas
(Figura 1), con la utilización de métodos más habituales en
cada proceso. Vale ressaltar que há uma gran variedad de
métodos y tecnologías y que una combinación de estas deve
ser escolhida de acuerdo con cada proyecto.
Este proceso conceptual es compuesto por cinco etapas:
(1) cultivo; (2) colheita e setagem; (3) tratamiento previo; (4)
extração e; (5) transesterificación. Após a transesterificação,
o biodiesel bruto ainda necessita de caracterização físico
químico para correções posteriores de enquadramento nos
parâmetros estabelecidos pela norma RANP 45.14
2.2. Modelo económico
O modelo econômico deste trabalho (Figura 2) foi
desenvolvido através da construção detalhada das despesas de
capital (Capex); levantamento dos custos operacionais
(Opex) para cada etapa; técnicas de simulación Monte Carlo
a través del software Oracle Crystal Ball® (versión
11.1.2.4.850 - 64 bits) utilizadas en el sistema operativo
Microsoft Windows 10, como meio de integrar a análise de
risco ao processo de avaliação econômica e; análise de
sensibilidade, identificando as variáveis que exercem maior
impact na produção do biodiesel and consequentemente no fluxo de caixa.
Os dados de entrada del modelo económico para los
estimados a partir de los estudos publicados.15,16 Una
glicerina, um subproduto da reação de transesterificação,
não foi incorporado ao modelo económico devido a baixas
quantidades y baixo valor de mercado.
A Tabela 1 mostra os dados references ao detalhamento
do Capex. Estos valores foram estimados em 2019 através
de consultas em treze empresas brasileiras, optando-se pelo
menor orçamento. Para colheita y secagem foram estimados
os preços de um tanque de sedimentação projetado para um
volume de 70 m³, que é o volume de retirada do fotobiorreator
opera em semi contínuo,
Figura 1. Sistema de producción de biodiesel de microalgas.
Figura 2. Modelo económico.
vol. 14, N° 1
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Modelo Econômico como Ferramentación de Tomada de Decisiones para a Produção de Biodiesel a partir de Microalgas
Tabla 1. Despensas de capital (Capex)
Proceso
Valor (R$)
Descripción
Fotobiorreactor Tubular (100 m3 )
Sistema de bombeamento de agua
cultivo
Sistema de inyección de CO2
Sistema de circulación de cultivo
1.700,00
15.000,00
600,00
5.000,00
Sistema de iluminación
aire acondicionado
Colheita/Secagem
80.000,00
1.000,00
Centrífuga
12.500,00
Tanque de sedimentación
35.000,00
Estufa
2.500,00
Armamento
1.700,00
pretratamiento
Material para ruptura celular
1.500,00
extração
Materiais para extração
1.400,00
Materiales
Transesterificación
450,00
Padrón de calidad
1.000,00
Armamento
3.500,00
TOTAL PARCIAL
Depreciación
162.850,00
10% hace SUBTOTAL
16.285,00
Custodios indirectos
Desarrollo del sitio
2.279,90
Mão-de-obra
22.137,50
Trabalho e construção
10.000,00
Outros custodios
16.285,00
Capital no amortizable
4.800,00
Custodio del área (año)
234.637,40
Inversiones TOTALES
centrífuga de pequeño porte para concentrar a biomasa,
uma estufa de secado y recipiente para armazenamento,
também de pequeno porte.
A Tabela 2 mostra o detalhamento Opex. A injeção de
CO2 foi estimada em (99,99% a 1,5 bar) – roto-evaporador
20 L min-1, com Valor medio de 4.870,0 L dia-1 (1,5 bar)
equivalente a 13,20 kg dia-1. O consumo de reactivos
estimados en 0,06 kg dia-1 de etanol y 0,56 kg dia-1 de
hexano, cujos valores semelhantes foram estimados em
outro estudo.11 Além disso, foi estimada a utilização de
dois técnics for os dois processos: (a) Produção de lipídio
e (b) Transesterificação.
A produtividade de biomasa, a produção média anual
de lipídio, teor lipídico ea densidade celular após colheita
foram estimados a partir de dos experimentos realizados
na escala de laboratório.15 Outros parametros operacionais,
Tabla 2. Despesas anuais de operação (Opex)
Proceso
Descripción
Valor (R$)
Inyección de CO2
20.000,00
consumo de solvente
10.000,00
Manutenção reator (10 años reposición de tubos)
8.000,00
Producción de labios
Utilidades (refrigeración, agua, etc.)
15.000,00
Trabalho e despesas gerais
12.000,00
Manutención, impostos y seguro
5.000,00
reactivos
1.700,00
Utilidades (refrigeración, agua, etc.)
850,00
Transesterificación
Trabalho e despesas gerais
Manutención, impostos y seguro
gastos operativos totales
42
12.000,00
4.000,00
88.550,00
Rev. Virtual Quim.
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Oliveira
como a reciclagem de água, colheita e setagem, extração,
perdas na extração, consumo de metanol, hexano y demanda
de CO2 foram estimated from outro estudo.11
Como variaveis estocásticas incorporadas ao modelo
económico foram: (a) Preço do diesel de petróleo; (b)
Rendimento lipídico e; (c) Inflación.
3. Resultados y Discusión
O fluxo de caixa foi projetado para 20 anos de projeto,
com taxa de desconto de 6,5% sobre a receita e valor de
venda do biodiesel igual ao do diesel de petroleo. O projeto
mostrou-se inviável para implementação em 2019, com VPL
negativo de R$ 880.901,76.
Foi elaborado um outro cenário com uma microalga mais
produtiva, da Tetraselmis sp. (70,18 Lano -1) para Arthrospira
platensis (2.148,87 Lano -1). Fazendo-se toda una simulación
nueva, o VPL continuo con un valor negativo de R$
874.075,60. Ou seja, cultivando uma microalga das mais
produtivas descritas na literatura, o projeto também não é
viabilizado.
Para validar o modelo de risco e ampliar o entendimiento
sobre a viabilidade econômica do processo de produção do
biodiesel neste estudo, foi realizado uma análise de
sensibilidade, elevando-se virtualmente em 200 veces o
valor de produtividade em oil, que é o valor quando as
receitas superam as despesas. Os resultados das simulações
desta análise de sensibilidade estão representados na Figura 3.
Una Figura 3 representa una distribución de probabilidad
para el Valor Presente Líquido (VPL). O simulador que gera
esta curva de distribuição de probabilidade do VPL fez
10.000 interações, combinando em cada uma delos os
valores de cada variável estocástica, dando como resultado
um valor de VPL ea sua chance de ocorrência. Por ejemplo,
el cálculo de VPL con un precio de diesel de petróleo
combinado con un valor de producción e inflación.
Como estos três valores varían con el tempo, pueden
realizarse inúmeras combinaciones con diferentes resultados
para el VPL. A través de esta curva se puede estimar un
valor de VPL atrevido a un porcentaje de certeza con una
certeza de 50,29%, o VPL é R$ 177.414,47. Ou seja, existe
uma chance de 50% de ocorrência deste valor de VPL,
cabendo aos gestores decidirem qual é um value aceitável para o projeto.
Para que o projeto se tornasse viável seria necessário
um valor de produtividade 200 veces mayor que a obtida em
escala de laboratório.15 Isso mostra que o alto investimento
de capital, especialmente o custo do fotobiorreator tubular, é
muito elevado em relação às receitas obtidas ao longo dos
20 anos de operação da planta.
O modelo inclui ainda as despesas com o pré-tratamento
da biomasaa para a extração lipídica, o que é recomendado
para a produção em larga escalada, maximizando a eficiência
de extração,17 e ainda as despesas com as análises e
enquadramento do biodiesel na norma RANP 45, o que
eleva ainda mais o Capex e Opex, sendo este procedimento
desconsiderado nas principais publicações.
A melhoria de algumas políticas nacionais, como o
RenovaBio, pode facilitar a implementação de projetos
ambientalmente amigáveis. Todavia, por enquanto, os
biocombustíveis de microalgas ainda não são considerados
como alternativa pela Agência Nacional do Petróleo, Gás
Natural e Biocombustíveis - ANP, apesar do seu potencial já
bastante conhecido no meio acadêmico, especialmente por
se tratar de combustíveis livres de carbono em sua
producción. Portanto, o aprofundamento da discusión en
torno a dos créditos de carbono é interessante.
4. Conclusión
Como microalgas são promissoras fontes renováveis de
combustíveis. A avaliação econômica da viabilidade de um
projeto de pequeno porte produziu resultados diferentes dos
Figura 3. Análisis de la sensibilidad del modelo económico.
vol. 14, N° 1
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Modelo Econômico como Ferramentación de Tomada de Decisiones para a Produção de Biodiesel a partir de Microalgas
trabalhos com base em larga escala, o que deve ser discutido
em estudos futuros.
A produtividade das algas é importante, porém aumentá
la em 200 veces, de modo a viabilizar a produção, não é
factível. O mayor ofensor econômico é o Capex, mostrando
que outras tecnologias e integração de processos como o
Biodiesel-Biogás podem reduzi-lo. A produção de outros
bioprodutos pode também ser interessante, haja vista o baixo
value of venda do biodiesel e da glicerina.
Uma alternativa seria a la utilización de inversiones de fondos
perdidos advindos de tributação sobre fontes não renováveis.
O trabalho contribui com o desenvolvimento de um modelo
probabilístico como ferramenta de gestão e avaliação de
riscos, auxiliando na tomado de decisão, não somente na
produção de biodiesel a partir de microalgas, mas como
também em outros projetos com outros produtos.
O modelo econômico é de fácil atención y possibilita identificar
os principais ofensores econômicos do sistema produtivo.
5.
Santibáñez-Aguilar, JE; Morales-Rodríguez, R.; González Campos, JB;
Ponce-Ortega, JM; Diseño estocástico de cadenas de suministro de
biorrefinerías considerando objetivos económicos y ambientales. Journal
of Cleaner Production 2016, 136, 224. [CrossRef]
6. Xia, Y.; Tang, ZC; Una perspectiva novedosa para las evaluaciones
tecnoeconómicas y los efectos de los parámetros en las evaluaciones
tecnoeconómicas para la producción de biodiesel bajo incertidumbres
económicas y técnicas. Avances de RSC 2017, 7, 9402. [Referencia cruzada]
7. Richardson, JW; Johnson, MD; fuera de la ley, JL; Comparación económica
de canalizaciones de estanques abiertos con fotobiorreactores para la
producción rentable de algas para combustibles de transporte en el
suroeste. Investigación de algas 2012, 1, 93. [Referencia cruzada]
8.
Soratana, K.; Barr, WJ; Landis, AE; Efectos de los coproductos en los
impactos del ciclo de vida del biodiesel de microalgas. Tecnología de
recursos biológicos 2014, 159, 157. [CrossRef] [PubMed]
9.
Souza, SP; Gopal, AR; Seabra, JEA; Evaluación del ciclo de vida de los
biocombustibles de una biorrefinería brasileña integrada de algas y caña
de azúcar. Energía 2015, 81, 373. [Referencia cruzada]
Deseja-se ainda que sejam ampliadas como discusiones
sobre políticas públicas de incentivos a projetos ambientalmente
amigáveis, sobre a evolução do RenovaBio y sobre os
Créditos de Carbono.
10. Cheali, P.; Posada, JA; Gernaey, K. V; Cantar.; Análisis de riesgo económico
y comparación crítica de conceptos óptimos de biorrefinería.
Biocombustibles, bioproductos y biorrefinación 2016, 10, 435. [CrossRef]
11. Batán, LY; Graff, GD; Bradley, TH; Análisis tecnoeconómico y probabilístico
de Monte Carlo del sistema de producción de biocombustibles de
Agradecimientos
microalgas. Tecnología de biorecursos 2016, 219, 45.
[Referencia cruzada] [PubMed]
12. Chu, PL; Vanderghem, C.; MacLean, HL; Saville, BA; Análisis financiero y
O presento trabalho foi realizado com apoio da
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.
Os autores agradecem ao Centro Universitário FEI e à
Universidade Federal de São Paulo
evaluación de riesgos de la producción de turbosina renovable
hidroprocesada a partir de camelina, carinata y aceite de cocina usado.
Energía aplicada 2017, 198, 401. [Referencia cruzada]
13. Ou-Yang, C.; Chen, HW; Ho, CH; Chou, JC; Yuan, Y.
t.; Ho, CL; Hsueh, HT; Chen, ST; Liao, PC; Chao, L.
K.; Análisis de cadena de valor de bioenergía de algas y captura de
Referencias Bibliograficas
carbono integrado con una innovación biotecnológica. Journal of Cleaner
Production 2018, 180, 349. [CrossRef]
14. Sitio de la Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles.
1. Brennan, L.; Owende, P.; Biocombustibles a partir de microalgas: una revisión
de las tecnologías para la producción, el procesamiento y la extracción
de biocombustibles y coproductos. Revisiones de energía renovable y
sostenible 2010, 14, 557. [CrossRef]
2.
Chisti, Y.; Restricciones a la comercialización de combustibles de algas.
Revista de biotecnología 2013, 167, 201. [CrossRef] [PubMed]
3.
RANP 45 - 2014. Disponible en:<https://
atosoficiais.com.br/anp/?path=legislacao-anp/resol-anp/2014/
agosto&item=ranp-45-2014>. Acceso desde: 25 de junio de 2021.
15. Oliveira, BA; Disertação de Mestrado, Centro Universitário
FEI, 2020. [Enlace]
16. Pereira, H.; Páramo, J.; Silva, J.; Marqués, A.; Barros, A.; Mauricio, D.;
Nagabalaji, V.; Sivasankari, G.; Srinivasan, SV; Suthanthararajan, R.;
Santos, T.; Schulze, P.; Barros, R.; Gouveia, L.; Barrera, L.; Varela, J.;
Ravindranath, E.; Eliminación de nutrientes de aguas residuales sintéticas
Ampliación y producción a gran escala de Tetraselmis sp. CTP4
y tratadas secundariamente y aguas residuales de curtiduría mediante
(Chlorophyta) para la mitigación de CO2: Desde una placa de agar hasta
fitorremediación. Tecnología Ambiental 2017, 3330, 1.
fotobiorreactores industriales de 100 m3. Informes científicos 2018, 8, 1.
[Referencia cruzada]
4. Enamala, MK; Enamala, S.; Chavalí, M.; Donepudi, J.; Yadavalli, R.; Kolapalli,
[CrossRef] [PubMed]
17. Dickinson, S.; Mientus, M.; Frey, D.; Una revisión de la producción de
B.; Aradhyula, TV; Velpuri, J.; Kuppam, C.; Producción de biocombustibles
biodiesel a partir de microalgas. Tecnologías Limpias y Política Ambiental.
a partir de microalgas: una revisión sobre cultivo, cosecha, extracción de
2017, 19, 637. [Referencia cruzada]
lípidos y numerosas aplicaciones de microalgas. Revisiones de energía
renovable y sostenible 2018, 94, 49. [CrossRef]
44
Rev. Virtual Quim.