Resumo: O atual cenário de emissões crescente de GEE e os mais recentes relatórios acerca dos efeitos do aquecimento global criam um cenário preocupante. Esta situação clama por uma mudança na forma que a energia é produzida, distribuída e consumida. Em casos como a gasolina e diesel fóssil, já contamos com alternativas limpas e renováveis (bioetanol e biodiesel, respectivamente). Entretanto, para que consigamos atender as demandas de mitigação de carbono, outros setores devem aderir a essa mudança. Este é o caso específico do setor de aviação. Uma das rotas disponíveis mais aceita é a produção de combustível renovável de aviação (SAF) através da gaseificação de materiais lignocelulósicos seguido de Síntese Fischer-Tropsch para produção de combustíveis – a chamada rota GFT. Dada essa opção, o presente estudo avaliou diferentes aspectos relacionados à implementação desta rota junto ao cenário brasileiro. Através de análises técnico-econômicas assistidas por simulações (utilizando uma ferramenta computacional denominada Biorrefinaria Virtual), juntamente com uma revisão bibliográfica, essa tese estudou diferentes cenários implementando a rota GFT no Brasil, focando no uso de resíduos de cana (bagaço e palha) como principal matéria-prima. A primeira etapa desse trabalho focou em avaliar os principais entraves à implantação da rota GFT, e em como o Brasil possui características vantajosas para viabilizar esse processo. Estudamos em detalhe os principais gargalos, tais como alto custo de investimento, baixa eficiência e altos custos de matéria prima. Através de um estudo de caso, comprovamos os benefícios de se integrar a rota GFT junta a usinas sucroenergéticas brasileiras. Dado condições convencionais de mercado, uma planta integrada GFT/usina 1G é capaz de atingir retornos próximos do desejado (taxas internas de retorno de 10 a 12% ao ano). Esses resultados foram expandidos ao se comparar o comportamento de uma planta standalone GFT com o cenário integrado. Estes resultados comprovaram que a integração é capaz de dobrar o retorno financeiro do processo, ao mesmo tempo que aumenta também as emissões evitadas de GEE. Com o objetivo de avaliar outros aspectos que podem aumentar a viabilidade da planta GFT, este estudo também considerou mudanças da configuração logística. A descentralização da cadeia produtiva foi avaliada através do uso de unidades de Pirólise Rápida, densificando a biomassa em bio-óleo. Esta estratégia visou diminuir possíveis custos e impactos do transporte de matéria-prima até as unidades produtoras de SAF. Entretanto, esta configuração apenas se mostrou melhor que a opção centralizada para distâncias maiores que 1000 km entre o campo e a planta de GFT, devido aos custos para se produzir bio-óleo (que são de 2 a 5 vezes maiores que o custo de se produzir biomassa). Uma das conclusões mais importantes desta tese é que, mesmo que nem todos os cenários propostos sejam economicamente viáveis, todos apresentaram bons resultados ambientais. Todos os cenários propostos são capazes de atender as demandas de mitigação de GEE com a substituição do querosene fóssil de aviação. Com o uso de politicas e incentivos governamentais, a mitigação de carbono pode ser convertida em receita adicional a fim de incentivar a produção e comercialização de SAF. Este tipo de prática seria capaz de favorecer o desenvolvimento da produção de renováveis e permitir atingir as metas propostas nos diversos acordos e mandatos de redução de emissões Ver menos

Abstract: The current scenario of growing GHG emissions and the latest reports on the global warming trends paint a worrisome picture. This urges for changes on the way energy is produced, distributed and consumed. Some renewable and clean alternatives already exists, such as bioethanol and biodiesel as substitutes for fossil gasoline and diesel, respectively. However, in order to achieve the goals for carbon mitigation by 2050, other sector must also suffer changes, particularly the aviation sector. One of the most accepted alternatives for the aviation sector is the production of sustainable aviation fuel (SAF) through the gasification of lignocellulosic biomass, followed by catalytic conversion (Fischer-Tropsch reactions), the so-called GFT route. With this option in mind, the present study evaluated different aspects of implementing this route into the Brazilian market. By carrying out a techno-economic analysis aided by a simulation framework (the Virtual Biorefinery), alongside a thorough bibliographic review, the present thesis managed to study different scenarios and options for implementing the production of SAF in Brazil using the GFT route. The first stage of this project focused on evaluating the main setbacks of the GFT route, and how the Brazilian bioenergy infrastructure could be a viable option for implementing this process. We studied in detail the most important bottlenecks such as the high equipment costs, low industrial process efficiency, and high feedstock prices. Through an initial case study, we managed to demonstrate the benefits of integrating the GFT route into the existing 1G ethanol biorefinery structure. Under normal market conditions, a greenfield GFT/1G mill integrated plant would be very close to the range of economic viability (IRR from 10-12% per year). These results were expanded and validated by comparing the economic and environmental performance of a standalone GFT plant to a scenario where this unit is integrated into a sugarcane mill/ethanol distillery. The results showed that the integration was able to improve the economic performance of the BtL route, almost doubling the internal rate of return of the plant. The environmental performance of the plant also benefits from the integration, increasing the total avoided GHG emissions compared to the standalone BtL plant. Aiming to evaluate other aspects that may improve the viability of BtL plants, changes to the logistic chain configuration were also considered. We evaluated the decentralization of the production chain with the use of fast pyrolysis (FP) units to densify the biomass into bio-oil. This strategy aimed to reduce feedstock transportation costs. This option, however, was only more viable than a centralized production for distances greater than 1000 km between the biomass production sites and the SAF production units. The cost of producing bio-oil is 2 to 5 times higher than using the biomass directly on the GFT process. One of the most important conclusion of the present study is that even though some of the proposed routes are not economically attractive, all of them presented good environmental results. All the proposed scenarios were able to meet the demands for GHG mitigation by substituting fossil aviation fuel in the Brazilian market. With the use of governmental policies and subsidies, such as the RENOVABIO, this carbon mitigation could be converted into additional revenue to incentivize the production and commercialization of SAF, and help achieving the goals of the different agreements and GHG mitigation mandates Ver menos