Balanços energético e econômico para produção de etanol a partir de batata-doce

O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da batata-doce (Ipomoea batatas) para produção de etanol, bem como estimar os balanços energético e econômico para a cultura. Foram avaliados dados das fases agrícola e industrial de produção. Os da fase agrícola foram estimados a partir de experimento conduzido em campo e usados para comparação de genótipos de batata-doce. Os da fase industrial foram estimados com base na literatura sobre as energias fóssil e elétrica consumidas no processo de produção de etanol. Com a produção média de 35 Mg ha^-1 de raízes e 12 Mg ha^-1 de ramas secas, as razões entre rendimentos/investimentos foram de 6,64 e 1,93 para os balanços energético e econômico, respectivamente. Para as produtividades de 50 e 80 Mg ha^-1 de raízes (17 e 27 Mg ha^-1 de matéria seca de ramas, respectivamente), os índices de balanço energético foram 7,16 e 7,68, respectivamente, e os de balanço econômico, 2,76 e de 4,42. Os resultados obtidos confirmam a grande aptidão da cultura de batata-doce para produção de biocombustível.

Termos para indexação:
Ipomoea batatas; fontes alternativas de energia; biocombustível; milho; sustentabilidade energética; cana-de-açúcar

Autoria

Luis Felipe Lima e Silva ^**Corresponding author: luisufla@hotmail.com

Universidade Federal de Lavras, Departamento de Agricultura, Campus Universitário, Caixa Postal 3037, CEP 37200-000 Lavras, MG, Brazil. E-mail: luisufla@hotmail.com, magela@dag.ufla.br, wrmaluf@dag.ufla.br, luciane.vilela@dag.ufla.br, andre_lasmar@yahoo.com.br, regisccarvalho@hotmail.comUniversidade Federal de LavrasBrazilLavras, MG, Brazil Universidade Federal de Lavras, Departamento de Agricultura, Campus Universitário, Caixa Postal 3037, CEP 37200-000 Lavras, MG, Brazil. E-mail: luisufla@hotmail.com, magela@dag.ufla.br, wrmaluf@dag.ufla.br, luciane.vilela@dag.ufla.br, andre_lasmar@yahoo.com.br, regisccarvalho@hotmail.com

http://orcid.org/0000-0002-6082-9182

Wilson Magela Gonçalves

http://orcid.org/0000-0001-6701-5037

Wilson Roberto Maluf

http://orcid.org/0000-0002-3815-0405

Luciane Vilela Resende

http://orcid.org/0000-0002-2014-4453

André Lasmar

http://orcid.org/0000-0003-1733-5133

Régis de Castro Carvalho

http://orcid.org/0000-0002-5125-9878

Vicente Licursi

HortiAgro Sementes S.A., Fazenda Palmital, Estrada Ijaci-Macaia, CEP 37205-000 Ijaci, MG, Brazil. E-mail: vicente@hortiagrosementes.com.br, morettohortiagro@hotmail.comHortiAgro Sementes S.A.BrazilIjaci, MG, Brazil HortiAgro Sementes S.A., Fazenda Palmital, Estrada Ijaci-Macaia, CEP 37205-000 Ijaci, MG, Brazil. E-mail: vicente@hortiagrosementes.com.br, morettohortiagro@hotmail.com

http://orcid.org/0000-0003-0447-4054

Paulo Moretto

http://orcid.org/0000-0002-0316-2852

*Corresponding author: luisufla@hotmail.com

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Tabelas

Tabelas (6)

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Table 1.
Embodied energy (GJ per unit) in the production of ethanol from sweet potato (Ipomoea batatas) roots.

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Table 2.
Expenditure during the agricultural phase for the production of 1.0 ha sweet potato (Ipomoea batatas).

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Table 3.
Average yields of roots and aerial parts of sweet potato (Ipomoea batatas) observed experimentally in the municipality of Lavras, in the state of Minas Gerais (UFLA-2011/2012).

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Table 4.
Embodied energy (GJ per unit) in the agricultural phase for the production of ethanol from 1.0 ha sweet potato (Ipomoea batatas).

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Table 5.
Fossil fuel energy and electricity embodied in the industrial phase for the production of 1.0 L ethanol from sweet potato (Ipomoea batatas), as well as ethanol, residue, and stem yields⁽¹⁾.

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Table 6.
Energy and budget balances for the yields of 35, 50, and 80 Mg ha^-1 roots of sweet potato (Ipomoea batatas).

Table 1. Embodied energy (GJ per unit) in the production of ethanol from sweet potato (Ipomoea batatas) roots.

Investment		Unit	Embodied energy	Reference
		Agricultural phase
Mechanized operations⁽¹⁾
	Plowing	Hour machine	0.1715	Siqueira et al. (1999)SIQUEIRA, R.; GAMERO, C.A.; BOLLER, W. Balanço de energia na implantação e manejo de plantas de cobertura do solo. Engenharia Agrícola, v.19, p.80-89, 1999.
	Harrowing for leveling	Hour machine	0.0190	Siqueira et al. (1999)SIQUEIRA, R.; GAMERO, C.A.; BOLLER, W. Balanço de energia na implantação e manejo de plantas de cobertura do solo. Engenharia Agrícola, v.19, p.80-89, 1999.
	Fertilization and opening grooves	Hour machine	0.0199	Freitas et al. (2006)FREITAS, S.M. de; OLIVEIRA, M.D.M.; FREDO, C.E. Análise comparativa do balanço energético do milho em diferentes sistemas de produção. In: CONGRESSO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ECONOMIA E SOCIEDADE RURAL, 44., 2006, Fortaleza. Questões agrárias, educação no campo e desenvolvimento: anais. Fortaleza: SOBER, 2006. p.1-13. and Souza et al. (2008)SOUZA, J.L. de; CASALI, V.W.D.; SANTOS, R.H.S.; CECON, P.R. Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, v.26, p.433-440, 2008. DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-05362008000400003. https://doi.org/10.1590/S0102-0536200800...
	Irrigation	kW h^-1	0.0036	Lima et al. (1999)LIMA, J.E.F.W.; FERREIRA, R.S.A.; CHRISTOFIDIS, D. O uso da irrigação no Brasil. In: FREITAS, M.A.V. de (Org.). O estado das águas no Brasil: perspectivas de gestão e informação de recursos hídricos. Brasília: ANEEL, 1999. p.73-82.
	Internal transportation	Hour machine	0.0055	Freitas et al. (2006)FREITAS, S.M. de; OLIVEIRA, M.D.M.; FREDO, C.E. Análise comparativa do balanço energético do milho em diferentes sistemas de produção. In: CONGRESSO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ECONOMIA E SOCIEDADE RURAL, 44., 2006, Fortaleza. Questões agrárias, educação no campo e desenvolvimento: anais. Fortaleza: SOBER, 2006. p.1-13.
Labor⁽²⁾
	Opening grooves	Day man	0.0063	Souza et al. (2008)SOUZA, J.L. de; CASALI, V.W.D.; SANTOS, R.H.S.; CECON, P.R. Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, v.26, p.433-440, 2008. DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-05362008000400003. https://doi.org/10.1590/S0102-0536200800... and Gliessman (2000)GLIESSMAN, S. Agroecologia: processos ecológicos em agricultura sustentável. Porto Alegre: Ed. da UFRGS, 2000. 653p.
	Preparing and selecting seedlings	Day man	0.0100	Souza et al. (2008)SOUZA, J.L. de; CASALI, V.W.D.; SANTOS, R.H.S.; CECON, P.R. Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, v.26, p.433-440, 2008. DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-05362008000400003. https://doi.org/10.1590/S0102-0536200800... and Gliessman (2000)GLIESSMAN, S. Agroecologia: processos ecológicos em agricultura sustentável. Porto Alegre: Ed. da UFRGS, 2000. 653p.
	Planting by hand	Day man	0.0063	Souza et al. (2008)SOUZA, J.L. de; CASALI, V.W.D.; SANTOS, R.H.S.; CECON, P.R. Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, v.26, p.433-440, 2008. DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-05362008000400003. https://doi.org/10.1590/S0102-0536200800... and Gliessman (2000)GLIESSMAN, S. Agroecologia: processos ecológicos em agricultura sustentável. Porto Alegre: Ed. da UFRGS, 2000. 653p.
	Weeding by hand	Day man	0.0167	Souza et al. (2008)SOUZA, J.L. de; CASALI, V.W.D.; SANTOS, R.H.S.; CECON, P.R. Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, v.26, p.433-440, 2008. DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-05362008000400003. https://doi.org/10.1590/S0102-0536200800... and Gliessman (2000)GLIESSMAN, S. Agroecologia: processos ecológicos em agricultura sustentável. Porto Alegre: Ed. da UFRGS, 2000. 653p.
	Harvesting	Day man	0.0167	Souza et al. (2008)SOUZA, J.L. de; CASALI, V.W.D.; SANTOS, R.H.S.; CECON, P.R. Balanço e análise da sustentabilidade energética na produção orgânica de hortaliças. Horticultura Brasileira, v.26, p.433-440, 2008. DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-05362008000400003. https://doi.org/10.1590/S0102-0536200800... and Gliessman (2000)GLIESSMAN, S. Agroecologia: processos ecológicos em agricultura sustentável. Porto Alegre: Ed. da UFRGS, 2000. 653p.
Inputs
	Nitrogen	kg	0.0670	Pimentel & Patzek (2005)PIMENTEL, D.; PATZEK, T.W. Ethanol production using corn, switchgrass, and wood; biodiesel production using soybean and sunflower. Natural Resources Research, v.14, p.65-76, 2005. DOI: https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-8. https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-...
	Phosphorus	kg	0.0174	Pimentel & Patzek (2005)PIMENTEL, D.; PATZEK, T.W. Ethanol production using corn, switchgrass, and wood; biodiesel production using soybean and sunflower. Natural Resources Research, v.14, p.65-76, 2005. DOI: https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-8. https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-...
	Potassium	kg	0.0136	Pimentel & Patzek (2005)PIMENTEL, D.; PATZEK, T.W. Ethanol production using corn, switchgrass, and wood; biodiesel production using soybean and sunflower. Natural Resources Research, v.14, p.65-76, 2005. DOI: https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-8. https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-...
	Diesel	L	0.0477	Pimentel & Patzek (2005)PIMENTEL, D.; PATZEK, T.W. Ethanol production using corn, switchgrass, and wood; biodiesel production using soybean and sunflower. Natural Resources Research, v.14, p.65-76, 2005. DOI: https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-8. https://doi.org/10.1007/s11053-005-4679-...
		Industrial phase
Electricity and fuel fossil energy when processing 1.0 L ethanol from starch		GJ L^-1	0.00669	Nguyen et al. (2007)NGUYEN, T.L.T.; GHEEWALA, S.H.; GARIVAIT, S. Energy balance and GHG-abatement cost of cassava utilization for fuel ethanol in Thailand. Energy Policy, v.35, p.4585-4596, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2007.03.012. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2007.03....
		Yield
Ethanol		L	0.0215⁽³⁾	Álvares Junior & Linke (2001)ÁLVARES JUNIOR, O. de M.; LINKE, R.R.A. Metodologia simplificada de cálculo das emissões de gases do efeito estufa de frotas de veículos no Brasil. São Paulo: CETESB, 2001. 182p.

⁽¹⁾The costs with mechanized operations were estimated from the directly (fuel, labor, fertilizer, and agrochemicals) and indirectly (tractor and other machinery) embodied energy in the production system. ⁽²⁾The labor of one man per day is equivalent to 8 hours of manual work. ⁽³⁾By transforming liters into kilograms, this value represents a greater calorific power.

Table 2. Expenditure during the agricultural phase for the production of 1.0 ha sweet potato (Ipomoea batatas).

Investment		Unit	Quantity	Cost (R$)	Total (R$)	Percentage
		Agricultural phase
Mechanized operations
	Plowing	Hour machine	1	50	50	2.02
	Harrowing for leveling	Hour machine	2	50	100	4.03
	Fertilization and opening grooves	Hour machine	3	90	270	10.89
	Irrigation	kW h^-1	808	0.18	146	5.89
	Internal transportation	Hour machine	0.5	50	25	1.01
Subtotal			-	-	591	23.84
Manual operations		Day man	40	25.00	1,000.00	40.34
Subtotal			40	25.00	1,000.00	40.34
Input
	N-P₂O₅-K₂O (4-14-08) fertilizer	kg	1,000	0.80	800.00	32.27
	Diesel	L	40	2.20	88.00	3.55
Subtotal					888.00	35.82
Total			-	-	2,479	100

Table 3. Average yields of roots and aerial parts of sweet potato (Ipomoea batatas) observed experimentally in the municipality of Lavras, in the state of Minas Gerais (UFLA-2011/2012).

Clones	Root productivity (Fresh matter - Mg ha^-1)				Dry steam (Mg ha^-1)
Clones	>50	50> 25	<25	Controls	Dry matter
UFLA07-12⁽¹⁾	98.0	-	-	-	20.0
UFLA07-43⁽¹⁾	95.0	-	-	-	20.3
2007HSF001-24	75.5	-	-	-	18.5
2007HSF002-05	70.1	-	-	-	13.6
2007HSF002-19	62.0	-	-	-	9.8
2007HSF010-12	55.6	-	-	-	10.5
CNPH Laranja	-	-	-	52.2	6.8
2007HSF022-19	59.2	-	-	-	15.9
2007HSF004-04	54.2	-	-	-	5.6
2007HSF030-02	52.8	-	-	-	23.0
2007HSF028-16	-	47.8	-	-	11.4
2007HSF027-16	-	42.8	-	-	18.8
2007HSF024-06	-	48.7	-	-	4.6
2007HSF031-04	-	38.6	-	-	29.1
2007HSF024-04	-	45.9	-	-	7.0
2007HSF004-17	-	46.4	-	-	10.6
Brazlandia Roxa	-	-	-	33.5	15.7
2007HSF025-04	-	41.1	-	-	9.0
2007HSF006-16	-	31.5	-	-	23.2
2007HSF002-14	-	40.6	-	-	9.8
2007HSF001-28	-	45.3	-	-	2.9
2007HSF010-33	-	38.1	-	-	18.4
2007HSF022-10	-	44.2	-	-	10.2
2007HSF010-41	-	37.9	-	-	6.1
2007HSF022-05	-	34.9	-	-	22.2
2007HSF014-05	-	30.9	-	-	22.8
Ufla07-49	-	31.5	-	-	13.9
2007HSF001-01	-	32.5	-	-	8.5
2007HSF022-09	-	35.9	-	-	13.4
2007HSF005-06	-	30.7	-	-	16.5
2007HSF020-08	-	33.1	-	-	17.9
Ufla07-53	-	32.5	-	-	11.8
2007HSF026-05	-	28.1	-	-	29.6
2007HSF002-04	-	27.8	-	-	13.1
2007HSF011-01	-	30.3	-	-	28.7
2007HSF021-01	-	31.1	-	-	67.9
2007HSF009-06	-	-	23.1	-	7.3
2007HSF001-26	-	27.6	-	-	35.7
2007HSF002-08	-	31.9	-	-	16.4
2007HSF004-06	-	26.3	-	-	24.6
2007HSF027-10	-	-	20.6	-	11.0
Itajubá-2012	-	26.4	-	-	43.8
2007HSF010-35	-	28.2	-	-	14.5
2007HSF010-47	-	-	21.7	-	13.4
2007HSF022-12	-	26.0	-	-	29.1
2007HSF010-06	-	-	22.6	-	6.3
2007HSF002-11	-	-	22.5	-	14.6
Ufla07-15	-	-	21.8	-	33.2
2007HSF020-07	-	25.6	-	-	7.9
2007HSF027-05	-	-	23.1	-	27.2
2007HSF028-05	-	25.7	-	-	3.0
2007HSF012-02	-	-	23.6	-	11.2
2007HSF020-12	-	-	22.5	-	28.1
2007HSF002-02	-	-	20.6	-	21.6
2007HSF010-23	-	-	20.0	-	13.2
2007HSF005-01	-	28.5	-	-	9.7
2007HSF010-31	-	26.1	-	-	13.4
2007HSF010-17	-	-	19.5	-	10.5
2007HSF029-01	-	-	21.4	-	14.6
2007HSF028-08	-	-	19.4	-	6.2
2007HSF027-07	-	-	17.2	-	20.7
2007HSF001-37	-	-	19.3	-	17.1
2007HSF011-05	-	-	19.3	-	13.7
2007HSF011-06	-	-	16.0	-	17.4
2007HSF027-12	-	-	17.9	-	19.7
2007HSF022-04	-	-	14.0	-	15.5
2007HSF001-21	-	-	13.0	-	36.2
2007HSF001-17	-	-	12.2	-	65.9
Palmas	-	-	-	13.5	11.9
2007HSF023-08	-	-	12.6	-	42.7
2007HSF026-02	-	-	12.5	-	23.8
2007HSF007-26	-	-	12.4	-	29.2
Brazlandia Rosada	-	-	-	8.5	5.8
2007HSF007-21	-	-	9.1	-	9.2
2007HSF006-13	-	-	8.8	-	42.6
2007HSF014-04	-	-	9.0	-	48.2
Álvaro-2012	-	-	12.2	-	4.9
2007HSF005-03	-	-	6.9	-	4.3
2007HSF001-40	-	-	7.4	-	6.6
2007HSF029-02	-	-	7.9	-	9.5
2007HSF010-01	-	-	0.7	-	9.6

⁽¹⁾Productivities observed by Gonçalves Neto et al., 2011GONÇALVES NETO, Á.C.; MALUF, W.R.; GOMES, L.A.A.; GONÇALVES, R.J. de S.; SILVA, V. de F.; LASMAR, A. Aptidões de genótipos de batata-doce para consumo humano, produção de etanol e alimentação animal. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.46, p.1513-1520, 2011. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-204X2011001100013.
https://doi.org/10.1590/S0100-204X201100... .

Table 4. Embodied energy (GJ per unit) in the agricultural phase for the production of ethanol from 1.0 ha sweet potato (Ipomoea batatas).

Investment		Unit	Quantity	Consumption	Total
Mechanized operations
	Plowing	Hour machine	1	0.1715	0.1715
	Harrowing for leveling	Hour machine	2	0.0190	0.0381
	Fertilization and opening grooves	kW h^-1	3	0.0199	0.0597
	Irrigation	Hour machine	808	0.0036	2.9088
	Internal transportation	Hour machine	0.5	0.0055	0.0028
Subtotal			-	-	3.1808
Manual operations⁽¹⁾
	Opening grooves	Day man	1	0.0063	0.0063
	Preparing and selecting seedlings	Day man	2	0.0100	0.0200
	Hand planting	Day man	10	0.0063	0.0630
	Hand weeding	Day man	7	0.0167	0.1172
	Harvest	Day man	20	0.0167	0.3349
Subtotal			-	-	0.5414
Input
	Nitrogen	kg	40	0.0670	2.6796
	Phosphorous	kg	140	0.0174	2.4349
	Potassium	kg	80	0.0136	1.0919
	Diesel	L	40	0.0477	1.9092
Subtotal			-	-	8.1155
Total for agricultural phase			-	-	11.8377

⁽¹⁾The labor of one man per day is equivalent to 8 hours of manual work.

Table 5. Fossil fuel energy and electricity embodied in the industrial phase for the production of 1.0 L ethanol from sweet potato (Ipomoea batatas), as well as ethanol, residue, and stem yields⁽¹⁾.

Parameter		Unit	Quantity	Embodied energy	Total
Investment		30 Mg ha^-1
Fossil fuel energy and electricity		GJ L^-1	0.00669	5,600	37
Yield
	Ethanol	GJ L^-1	0.0215	5,600	121
	Residues	TDN (kg)	0.0184	3,899	72
	Stems	TDN (kg)	0.0184	7,341	135
Investment		50 Mg ha^-1
Fossil fuel energy and electricity		GJ L^-1	0.00669	8,000	54
Yield
	Ethanol	GJ L^-1	0.0215	8,000	172
	Residue	TDN (kg)	0.0184	5,570	102
	Stems	TDN (kg)	0.0184	10,488	193
Investment		80 Mg ha^-1
Fossil fuel energy and electricity		GJ L^-1	0.00669	12,800	86
Yield
	Ethanol	GJ L^-1	0.0215	12,800	276
	Residue	TDN (kg)	0.0184	8,912	164
	Stems	TDN (kg)	0.0184	16,780	309

Table 6. Energy and budget balances for the yields of 35, 50, and 80 Mg ha^-1 roots of sweet potato (Ipomoea batatas).

Roots yield	Total energy (GJ)	Percentage (GJ)	Values (R$)
	Energy embodied in the agricultural phase
35 Mg ha^-1	11.84	24.01	2,475
50 Mg ha^-1	11.84	18.11	2,475
80 Mg ha^-1	11.84	12.14	2,475
	Energy embodied in the industrial phase
35 Mg ha^-1	37.46	76	-
50 Mg ha^-1	53.52	82	-
80 Mg ha^-1	85.63	88	-
	Total embodied energy
35 Mg ha^-1	49.30	100	2,475
50 Mg ha^-1	65.36	100	2,475
80 Mg ha^-1	97.47	100	2,475
	Yield
35 Mg ha^-1	327.36	-	4,788
50 Mg ha^-1	467.65	-	6,840
80 Mg ha^-1	748.25	-	10,944
	Balance
35 Mg ha^-1	6.64	-	1.93
50 Mg ha^-1	7.16	-	2.76
80 Mg ha^-1	7.68	-	4.42

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Balanços energético e econômico para produção de etanol a partir de batata-doce

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