Para melhor definir as tecnologias em destilação, inicialmente, é necessário separar os sistemas de produção do etanol hidratado carburante ou industrial a partir do vinho da produção do etanol anidro a partir do etanol hidratado base. Para a produção do produto hidratado a partir de vinho, os sistemas de destilação empregados atualmente no Brasil são colunas de baixa pressão, ou atmosféricas, onde o vinho é esgotado, gerando a vinhaça, e o álcool é retificado até o teor exigido pela especificação.

Nessas colunas, a fonte de calor é, na grande maioria dos casos, vapor de sangria da primeira caixa (V1). No caso da produção do etanol anidro a partir do álcool base, há opções atuais no mercado, desde sistemas via ciclohexano (azeotrópica), monoetilenoglicol (extrativa), peneiras moleculares e, mais recentemente, membranas moleculares. Em relação à demanda atual, o que as usinas buscam nesses sistemas é o baixo consumo energético (vapor e eletricidade), segurança, performance e solidez – e nessa direção a tecnologia deve caminhar para satisfazer as condições mais básicas e pagar os investimentos.

Para apresentar um baixo consumo energético, um sistema de destilação desde o vinho até o etanol hidratado deve apresentar alta eficiência nos seus estágios de equilíbrio, ou pratos, por meio do correto dimensionamento da coluna e da aplicação dos dispositivos de contato (calotas, válvulas e pratos perfurados). De um ponto de vista bastante geral, para uma dada coluna com mesmo número de pratos, quanto maior a eficiência deles, menor o consumo energético da unidade. Em relação às colunas antigas, que já estão produzindo, é importante atentar para ineficiências específicas, como aumento sistemático de perdas em vinhaça e flegmaça, e a necessidade crescente de aplicação de pressão nas colunas (o que pode trazer problemas de segurança na operação).

Uma alternativa que se vem apresentando como oportunidade energética para a área de destilação, especialmente para unidades novas, é a opção a vácuo. A tecnologia de colunas a vácuo é uma opção eficaz se aplicada no modo multipressão, com uma coluna em pressão mais alta alimentando termicamente a outra – sob vácuo – em uma cascata térmica, como temos, guardadas as proporções, nos sistemas de evaporação de caldo.

Porém essa opção ainda não encontrou viabilidade econômica em nenhum dos estudos que tenho acompanhado nos últimos 10 anos. As colunas e condensadores sob vácuo requerem diâmetros maiores para uma mesma capacidade, em função do maior volume específico dos vapores que ascendem as colunas, além de espessuras maiores de costado, em função tanto do diâmetro quanto do vácuo, em aço inox.

A aplicação de vácuo e sistemas multipressão podem reduzir até cerca de 40% do consumo de vapor da tecnologia atual atmosférica, de 2,5 kgV/L AH até 1,6 kgV/L AH, mas os custos estimados podem ser mais de duas vezes o de uma destilaria comum.

A relação custo benefício pode aumentar se a usina já tem destilarias e quer substituir as mesmas por unidades mais eficientes termicamente. No entanto é  importante notar que a tecnologia é dominada e pode ser encontrada tanto em fabricantes nacionais como de outros países.

Curiosamente, uma das maiores novidades em termos de consumo energético na destilação vem, na verdade, do projeto de fermentação de alto teor alcoólico.

De fato, o projeto de aumento do teor alcoólico leva a uma queda significativa de consumo de vapor na destilação (um aumento do teor alcoólico para teores de 13 ºGL pode reduzir o consumo de vapor da destilação para algo um pouco abaixo de 2,0 kgV/L AH) e a uma redução do volume de vinhaça gerado pela destilação, além de uma possível redução no custo com insumos.

Contudo, neste momento, ainda se percebe no mercado que há dúvidas sobre se os ganhos citados compensam um forte aumento da complexidade na sensível área de fermentação e o consequente aumento do risco do negócio.

A fermentação é um sistema bioquímico, heterogêneo, cujo catalisador é um organismo vivo e sujeito a alterações mínimas das condições de processo. Talvez seja a área da usina onde se pode perder mais açúcar em menos tempo, sem que se possa detectar, de pronto, a origem das perdas – ou seja, sem erro operacional.

E essa perda pode perdurar por dias. Dessa forma, quando se põem na balança os benefícios da fermentação em alto teor alcoólico e os riscos associados a ela, percebe-se que este é um capítulo da tecnologia de produção do etanol que ainda está sendo escrito. Ao falar de tecnologia na produção de etanol, não se pode deixar de citar a vinhaça, uma vez que, nos últimos 7 anos, ocorreu o início de uma pequena revolução tecnológica com o aparecimento dos concentradores de vinhaça para atender à necessidade de enviar vinhaça para áreas mais distantes da usina.

Em razão do elevado consumo energético do processo, no curso desse período, foi desenvolvida a solução de integração energética dos concentradores de vinhaça com os aparelhos de destilação, o que permitiu concentrar mais da metade da vinhaça gerada pelo aparelho, praticamente, sem consumo adicional de vapor. Essa solução parece ser ainda a mais atraente em termos de custo/benefício para redução do volume de vinhaça, para distribuição no campo. Essa será mais uma parte da tecnologia de produção de etanol que ainda deverá mostrar surpresas ao longo dos próximos anos.

Para os sistemas de desidratação, as peneiras moleculares demonstraram, nos últimos anos, a sua supremacia em redução de consumo energético e robustez frente aos processos, via ciclohexano e via monoetilenoglicol, além de custos menores de agente desidratante. As peneiras moleculares adaptaram-se bem ao setor a partir dos anos 2000 – embora a primeira tenha sido instalada em 1993 –, quando começaram a utilizar V1 como elemento de energia praticamente exclusivo – antes de 2000, o uso era escape. Isso demonstra que o modelo brasileiro de utilização de V1 e V2 como elementos de aquecimento é bem estabelecido e que as novas tecnologias terão de se adaptar a essa premissa, ou não terão penetração no setor.

A nova opção apresentada no mercado nos últimos anos é o da membrana molecular, que separa etanol e água em fase vapor por meio de uma membrana, sob aplicação de vácuo de forma contínua. O processo consome um pouco menos de vapor que a peneira molecular em função de um menor reciclo de produto, devido à ausência da etapa de regeneração das zeólitas. No entanto o problema enfrentado pelas membranas moleculares tem sido a garantia de custo de manutenção das membranas, o que tem levado os novos projetos a sequer considerar essa opção, e, assim, as peneiras moleculares têm reinado nesse mercado de forma singular.

De uma forma geral, o setor está um passo atrás das tecnologias mais avançadas e disponíveis na área de destilação, mas alguns fatos citados mostram que não estamos parados. Essa última década pode ser celebrada como o período em que a segurança chegou aos projetos de novas destilarias. As integrações energéticas ainda são limitadas com a aplicação de vácuo praticamente sem uso, mas temos casos relevantes iniciais das concentradoras de vinhaça integradas. Os sistemas de automação ainda estão na era do controle feedback (quando existente), mas acompanhamos a revolução das peneiras moleculares nos últimos dez anos. O mais importante é notar que as iniciativas na área de destilação estão no sentido correto.