Transição energética no setor de gás natural por meio do biometano: um modelo prospectivo para a Região Sul do Brasil

Abstract

Diversificar fontes de energia é uma estratégia crucial para que o Brasil garanta a segurança e a sustentabilidade de seus sistemas energéticos. Nesse contexto, a produção de biometano se destaca como uma das principais alternativas de diversificação. O biometano é um composto semelhante ao gás natural, produzido pelo processamento do biogás, que se origina de diversas fontes de biomassa. Como o biometano e o gás natural possuem características semelhantes, a necessidade de segurança e sustentabilidade pode incentivar a interação entre um sistema mais desenvolvido, o Sistema de Inovação do Gás Natural do Brasil, e um sistema menos desenvolvido, o Sistema Tecnológico de Inovação do Biogás do Brasil. Para avaliar a viabilidade dessa interação, é necessário analisar e projetar rotas de transição entre esses sistemas. A região Sul do Brasil, escolhida como estudo de caso, já conta com várias centenas de plantas de biogás e apresenta diversas oportunidades para o desenvolvimento de uma cadeia de suprimento de biometano, no entanto, permanece a questão sobre a quantidade de biometano que poderia ser fornecida ao setor de gás natural. Para responder a essa questão, este estudo tem como objetivo geral desenvolver um modelo prospectivo para a inserção gradual do biometano nos sistemas de transporte de gás natural da região Sul do Brasil. A pesquisa adota a abordagem da ciência do projeto, resultando em um artefato que representa um sistema. O objetivo geral é alcançado por meio dos seguintes passos: (a) uma revisão da literatura é realizada para determinar o estado atual dos sistemas de inovação do gás natural e do biometano no Brasil; (b) um modelo de difusão tecnológica baseado na dinâmica de sistemas é desenvolvido para estimar o número atual e futuro de plantas de biometano na região Sul; (c) um modelo de otimização de transportes é criado para determinar os custos para a implementação das cadeias de suprimento de biometano; e (d) uma análise funcional prospectiva é realizada para identificar as melhores estratégias para alcançar os resultados modelados. Os resultados deste estudo indicam que o Brasil possui um cenário fragmentado de políticas de incentivo ao biometano e que a região Sul ainda não conta com uma produção significativa desse gás. No entanto, os mecanismos regulatórios necessários já estão estabelecidos para possibilitar o início da transição no setor de gás natural. Segundo os resultados das modelagens, a produção estimada de biometano deve crescer de quase zero para aproximadamente 1 milhão de m³/dia até 2035 e 3 milhões de m³/dia até 2060. O modelo de otimização indicou uma capacidade potencial de entrega de 0,135 milhões de m³/dia de biometano para o setor de gás natural, considerando 63 plantas produtoras e 18 pontos de entrega. Com a infraestrutura projetada para 2035, os resultados mostraram 0,620 milhões de m³/dia com 34 plantas produtoras e 30 pontos de entrega. Para 2060, os resultados indicaram 1,16 milhões de m³/dia com 303 plantas produtoras e 34 pontos de entrega. Os preços estimados do biometano para cada ano modelado foram de 0,9 Reais/m³ para o presente, 0,394 Reais/m³ para 2035 e 1,03 Reais/m³ para 2060. Esses resultados otimistas destacam a necessidade de mais modelagens sobre a viabilidade econômica das plantas de biometano e a a análise prospectiva enfatizou a urgência na mobilização de recursos para que seja possível atingir as metas estabelecidas pelas políticas de transição.

Abstract: Diversifying energy sources is a crucial strategy for Brazil to ensure the security and sustainability of its energy systems. In this context, biomethane production stands out as one of the key alternatives for diversification. Biomethane is a compound similar to natural gas, produced by processing biogas, which originates from various biomass sources. Since biomethane and natural gas share similar characteristics, the need for security and sustainability may encourage interactions between a more developed system, Brazil's Natural Gas Innovation System, and a less developed one, Brazil's Biogas Technological Innovation System. To assess the feasibility of this interaction, it is necessary to evaluate and design transition pathways between these systems. The southern region of Brazil, chosen as a case study, already has several hundred biogas plants and presents various opportunities for developing a biomethane supply chain. However, the question remains regarding the amount of biomethane that could be supplied to the natural gas sector, considering the region's current and future infrastructure. Addressing this question, this study aims to develop a prospective model for the gradual integration of biomethane into the natural gas transportation systems of southern Brazil. The research adopts the design science approach, resulting in an artifact representing a system. The general objective is achieved through the following steps: (a) a literature review is conducted to determine the current state of Brazil's natural gas and biomethane innovation systems; (b) a system dynamics-based technology diffusion model is developed to estimate the current and future number of biomethane plants in the southern region; (c) a transportation optimization model is created to determine the locations, routes, and costs for implementing biomethane supply chains; and (d) a prospective functional analysis is performed to identify the best strategies for achieving the modeled results, providing recommendations for both systems. The findings of this study indicate that Brazil has a fragmented policy landscape for biomethane incentives and that the southern region does not yet have significant production of this gas. However, the necessary regulatory mechanisms are already in place to enable the beginning of a transition in the natural gas sector. According to the modeling results, estimated biomethane production is expected to grow from zero to approximately 1 million m³/day by 2035 and 3 million m³/day by 2060. The optimization model indicated a potential delivery capacity of 0.135 million m³/day of biomethane to the natural gas sector, considering 63 production plants and 18 delivery points. With the projected infrastructure for 2035, the results showed 0.620 million m³/day with 34 production plants and 30 delivery points. For 2060, the results indicated 1.16 million m³/day with 303 production plants and 34 delivery points. The estimated biomethane prices for each modeled year were 0.9 Reais/m³ for the present, 0.394 Reais/m³ for 2035, and 1.03 Reais/m³ for 2060. These optimistic results highlight the need for further modeling on the economic feasibility of biomethane plants. The prospective analysis also emphasized the necessity of rapidly mobilizing resources to meet transition policy targets effectively.