Biocombustíveis e o uso da água

I. Introdução

Não arriscaria afirmar que, em futuro próximo, a água valerá tanto quanto ouro, petróleo ou qualquer das commodities referenciais que tem alto valor, no momento. Mas, seguramente, valerá muito, por ser cada vez mais demandada e cada vez menos disponível. Portanto, interessa sobremaneira ao nosso negócio de biocombustíveis visualizar a água enquanto componente estratégico e como nos situamos neste contexto.

Assim como ocorre com outros temas da agenda ambiental na agricultura, os impactos da produção de biocombustíveis em relação ao estoque e fluxo da água na natureza, em tudo emulam a agricultura dedicada à produção de alimentos. O primeiro aspecto que chama a atenção é que existe uma associação íntima entre água e energia na agricultura, por vezes sinérgica e, em outras situações, conflitante.

Por exemplo, grande quantidade de energia é consumida para bombear água subterrânea – ou mesmo de cursos superficiais - para irrigar culturas agrícolas (demanda associada). Por outro lado, barragens multiusos, que combinam geração de energia e irrigação, por vezes justificam investimentos que não seriam economicamente viáveis para uma finalidade só (efeito sinérgico). Em contraposição, podem surgir conflitos sobre distribuição de água entre hidrelétricas e irrigação, em uma mesma barragem.

Maior demanda por energia de biomassa pode aumentar a demanda de água e exige administração adequada da alocação de recursos hídricos. Este aspecto pode derivar de três fatos principais:
1.    Se forem incorporadas à agricultura de energia terras marginais, com baixa precipitação pluviométrica que, sem o uso de irrigação, não seriam cultiváveis.
2.    Se houver recurso à irrigação em regiões de precipitação adequada, porém que, com o recurso da irrigação, pode haver incremento ponderável na produtividade.
3.    Se a tecnologia industrial não for otimizada para uso da água e se não devolver ao ambiente a água utilizada com parâmetros de qualidades superiores aos da captação.

Em qualquer situação, é importante considerar que o cultivo de plantas para alimentos, fibras ou energia requer grandes quantidades de água, da ordem de milhares de litros por hectare. Embora a importância da agricultura de energia seja marginal no presente momento, é necessário projetar o futuro, pois a demanda de água pode aumentar à medida que os preços crescentes da energia, os conflitos geopolíticos e as preocupações com os impactos das emissões de gases com efeito estufa, aumentarem a demanda de biocombustíveis. Ao menos em teoria, este fenômeno leva à intensificação da concorrência entre alimentos e biocombustíveis por terras e recursos hídricos, particularmente em áreas de água já escassa.

Como já discutimos em artigo anterior (Biocombustíveis e biodiversidade), se considerarmos os avanços da tecnologia agronômica que estarão disponíveis para os produtores, nos próximos 50 anos, haverá terra suficiente para produzir alimentos para o mundo, e ainda produzir parcela ponderável de biocombustíveis líquidos. Entretanto, paira grande incerteza sobre a oferta de água para a agricultura, após a metade do século, considerando o pano de fundo das mudanças climáticas globais.

Os motivos desta incerteza são de três ordens:
1.    A água doce do mundo é muito concentrada (o Brasil detém 20% da água doce), e não necessariamente se encontra onde existe oferta de terra agrícola.
2.    As melhores áreas, férteis e com oferta adequada de água, já foram incorporadas à agricultura.
3.    As mudanças climáticas globais, com redução da precipitação pluviométrica em áreas férteis, aumento da freqüência de secas prolongadas e generalizadas, além de inundações também generalizadas.

Assim, são previstas crises de abastecimento de água, em várias partes do mundo, não apenas para a agricultura, porém para o setor industrial e inclusive doméstico. Diversos estudos de cenários apontam para esta possibilidade, indicando políticas públicas para mitigar o problema. Entretanto, nenhum dos estudos considerou a expansão acentuada de culturas energéticas, que representará uma nova fonte de demanda de água. Assim, com o avanço da agricultura de energia, espera-se que novos estudos, mais aprimorados, levem em consideração a produção de biomassa para fins energéticos. A seguir, comentamos os principais estudos que revisamos, projetando a demanda de água para produção de alimentos e de energia no presente e as projeções futuras, bem como os impactos ambientais do uso da água na agricultura de energia.

II. Água para alimentos hoje

Três estudos independentes apontam que, para atender as demandas da agricultura deste início de século, são necessários entre 6.800 km3 e 7.130 km3 de água por ano. Este consumo é equivalente a mais de 3.000 litros por pessoa por dia, uma ordem de magnitude muito maior do que a estimativa conjunta de necessidade de água potável (2-5 litros) e para uso doméstico (20-300 litros). Cerca de 80% da oferta de água, em escala mundial, são preenchidas diretamente pela precipitação pluviométrica. Os 20% restantes são retirados dos rios e lagos, respondendo por 70% da água captada para fins humanos.

Algumas regiões dependem fortemente de irrigação (por exemplo, Norte de África, Sul da Ásia e Norte da China), enquanto em outras regiões a agricultura ocorre principalmente em condições de sequeiro (por exemplo, a América Latina, Europa). Com a urbanização crescente, as necessidades de água para uso doméstico e industrial deverão aumentar mais rapidamente do que a demanda de água na agricultura; mas, segundo a maioria das projeções, a agricultura continuará a ser o maior demandador de água, nos próximos anos.

Com o aumento da renda, mudam os hábitos alimentares em favor de dietas mais nutritivas e mais diversificadas. Isso leva a uma mudança no padrão de consumo, diminuindo a ingestão de cereais e aumentando a de produtos animais, de frutas, hortaliças, óleos comestíveis e açúcar. As projeções de demanda de cereais variam de 2.800 a 3.200 milhões de toneladas (Mt) até 2050, um aumento de 55% a 80% sobre os níveis atuais. Este incremento pode parecer paradoxal, entretanto, em grande parte os cereais serão destinados à alimentação dos animais (frangos, suínos e, inclusive, bovinos confinados). As projeções de demanda de carne variam entre 375 e 570 milhões de toneladas em 2050, um aumento de 70-155% dos níveis atuais. Também são projetados aumentos substanciais na produção de açúcar, óleo, hortaliças e frutas.

As mudanças em dieta têm implicações importantes para uso da água na agricultura. Produtos animais e a produção de açúcar e óleo normalmente exigem mais água por unidade produzida que grãos (cereais). Sem melhorias na produtividade, a exigência de água das culturas poderia aumentar entre 70 a 110% em 2050, dado o estado da arte tecnológico atual.

Alguns sinais preocupantes já são percebidos pelos cientistas, relativamente à crescente escassez de água, em algumas importantes áreas agrícolas do mundo. Por exemplo, lençóis freáticos em declínio são evidentes nos EUA, no norte da Índia, Paquistão, China, México e da região do Mediterrâneo. Numerosos rios ao redor do mundo (por exemplo, Rio Amarelo, na China; rio Krishna, na Índia; Rio Syr Darya, na Ásia Central, Rio Colorado nos EUA; e Rio Murray-Darling na Austrália) apresentam grande flutuação de volume de água ao longo do ano, por vezes chegando a fios de água em sua foz.

III. Biocombustíveis e água

As necessidades de água para obtenção de energia de biomassa são cerca de 70 a 400 vezes mais do que para obter energia equivalente de combustíveis fósseis, da energia eólica ou solar. A média de necessidades de água para a energia fóssil é de 1 m³/GJ^-1, em comparação com 46-500 m³/GJ^-1 para biocombustíveis. Mais de 90% da água necessária é utilizada na produção de matéria-prima e apenas uma quantidade relativamente pequena é usada no processamento de biomassa.

Na Tabela 1 são apresentadas as taxas médias de evapotranspiração para diferentes tipos de biomassa, por unidade de energia produzida, obtidas em dois diferentes estudos.

Tabela 1. Evapotranspiração observada em cultivos energéticos.

1.    Berndes, G. 2002. Bioenergy and water – The implica tions of large-scale bioenergy production for water use and supply. Global Environmental Change 12: 253–271.
2.    WWF (World Wildlife Fund). 2006. A first estimate of the global supply potential for bio-energy. A briefing study commissioned by WWF, July 2006

O biodiesel e etanol derivado de culturas convencionais geralmente exigem mais água do que biocombustíveis baseados em culturas lignocelulósicos, mas há uma grande variação em função dos locais de cultivo, como se observa na Tabela 2.

Tabela 2. Evaportranspiração (ET) e demanda potencial de irrigação para alguns cultivos e países selecionados.

1.    De Fraiture, C., M. Giordano, Y. Liao. 2008. Biofules and implications for agricultural water uses: blue impacts of green energy. Water Policy 10(S1), 67–81
2.    Gerbens-Leenes, P.W., A. Hoekstra, Th. van der Meer. 2008. Water footprint of bio-energy and other primary energy carriers. Value of Water Research Report Series No. 29. UNESCO-IHE, Delft, the Netherlands.

Em algumas áreas, as culturas energéticas são totalmente de sequeiro e, em outros, a maioria das necessidades de água são preenchidas através de irrigação. A beterraba sacarina é encontrada na zona temperada do Hemisfério Norte, e é cultivada em condições de sequeiro ou irrigação complementar (EUA). No Brasil - o maior produtor de cana de açúcar – a maior parte do cultivo é de sequeiro, com irrigação suplementar nos períodos mais críticos no Centro-Oeste e um pouco mais freqüentemente na região Nordeste. Na Índia - o segundo maior produtor mundial de cana – quase toda a área necessita de irrigação. O milho é irrigado em quase toda a área na China, mas apenas parcialmente nos EUA.

Tanto o dendê, cultivado nas zonas tropicais, como a canola, cultivada nas regiões temperadas, são normalmente produzidas em condições de sequeiro. O entanto, a variação entre cultivos e locais pode ser muito grande, de maneira que um litro de etanol produzido, com base em cana irrigada no Brasil, exige 3.500 litros de água para irrigação, enquanto o mesmo litro produzido a partir do milho irrigado na China necessita 2.400 litros de água de irrigação. Isto se deve a três fatos:
1.    A cana demanda mais água que o milho;
2.    A temperatura média na área de produção de cana no Brasil é superior à temperatura média na área de produção de milho na China;
3.    O ciclo vegetativo da cana (=demanda de água) ocupa os 12 meses do ano, enquanto o ciclo do milho varia entre 100 e 150 dias.

Apesar do processamento de matérias-primas requerer muito menos água do que o cultivo da matéria prima, essa água é extraída, principalmente, de lagos e rios. Dependendo do biocombustível e do processo, a demanda é de dois a dez litros de água por litro de biocombustível. O maior impacto potencial da transformação de biomassa em biocombustíveis ocorre por conta da poluição química e/ou térmica dos efluentes da refinaria e do destino de resíduos ou co-produtos. As regulamentações governamentais para a devolução de águas usadas é cada vez mais restritiva, reduzindo o seu potencial de impacto, porém implica altos custos industriais. A iniciativa privada está atenta a este aspecto e já existe uma empresa industrial brasileira que entrega usinas de cana com circuito fechado de água, ou seja, a água industrial é proveniente da própria água que vem do campo junto com a cana.

Atualmente, em termos globais, a exigência total de água para produção e transporte de biodiesel e bioetanol, (produzidos a partir de cana-de-açúcar, milho, dendê, soja e canola), é modesto, se comparada com a demanda de água para produção de alimentos. Estima-se que as culturas de biocombustíveis representam uma demanda de 100 km3 de água por ano (ou seja, cerca de 1,4% da demanda de água para produção de alimentos). O cálculo para água de irrigação indica que 1,7% do total de água de irrigação da agricultura mundial seja destinado a culturas energéticas.

IV. Necessidades de água para os biocombustíveis no futuro

Com a demanda crescente de alimentos, pode-se antecipar restrições de água e terra para a produção de biocombustíveis, dependendo das políticas públicas e da demanda voluntária de mercado por energia renovável.

Encontrei na literatura cálculos ilustrativos da utilização futura da água para produção de biocombustíveis (ou, mais amplamente, de bioenergia), mostrando que a demanda de água para a bioenergia pode tornar-se grande se a biomassa tornar-se uma das principais fontes de energia primária (Tabela 3).

Tabela 3. Projeção de uso de água (de chuva ou irrigação) para produção agrícola.

1.    De Fraiture, C., D. Wichelns, J. Rockström, E. Kemp; Benedict. 2007. Looking ahead to 2050: scenarios of alternative nvestment approaches. In: Molden, D. (Ed.), Water for Food, Water for Life: A Comprehensive Assessment of Water man agement in Agriculture. Earthscan, London; International Water Management Institute, Colombo.
2.    Berndes, G. 2002. Bioenergy and water – The implications of large-scale bioenergy production for water use and supply. Global Environmental Change 12: 253–271.

O maior potencial para aumento da utilização de água para a agricultura pode ser encontrado na América Latina e na África Subsaariana. Em ambas as áreas, menos de 5% do total disponível de recursos hídricos renováveis estão sendo utilizados, comparativamente com mais de 50% da água disponível sendo usada no Oriente Próximo e Sul da Ásia. De acordo com a FAO, o potencial para expansão da irrigação no Sul da Ásia, Oriente Médio e Norte da África está atingindo seus limites.

Os problemas mais sérios estão na Índia e China onde vive 35% da população mundial e onde se projeta que 30-40% das necessidades globais de energia, em 2030, estarão alocadas. Ambos os países estão no limite do uso dos recursos naturais disponíveis, incluindo a água para a agricultura.

Naturalmente, a demanda de água está diretamente relacionada ao consumo de biocombustíveis que, por sua vez, depende das políticas públicas de fomento e da pressão social por uso de energia renovável. Portanto, qualquer análise que for feita sempre esbarrará nesta incerteza.

V. Impactos ambientais

Em princípio, os impactos ambientais da produção de biomassa para biocombustíveis não são diferentes daquelas de outras culturas agrícolas – por vezes as mesmas. O primeiro impacto será na concorrência com outros usos da água, como abastecimento doméstico, uso industrial ou energético. Além deste aspecto, outros podem ser considerados, como:

1.    Efeitos sobre os ecossistemas aquáticos por redução da vazão.
Podemos grupar estes efeitos em três aspectos principais:
1.1    Água retiradas de rios, lagos e águas subterrâneas para a irrigação podem conduzir à redução de vazão e, em casos extremos, rios secos, pelo menos por períodos prolongados durante a época de seca, afetando a flora e fauna do rio. O Rio Amarelo (China) é o exemplo mais didático. Alguns lagos (o Mar de Aral e Lago Chade são os exemplos mais gritantes) estão diminuindo de tamanho, por conta da elevada pressão de uso da água. Alterações na hidrologia afetam a sedimentação e padrões de inundações, pesca e biodiversidade;
1.2    Degradação de pântanos e similares. As terras baixas prestam serviços essenciais para o ecossistema, em especial em relação aos recursos hídricos (como a retenção de inundação e recarga de sedimentos, recalque de águas subterrâneas, filtro natural, habitat de biodiversidade). No Sudeste da Ásia, pântanos tropicais têm sido degradados por plantações de dendê, como é o caso das plantações extensivas da Malásia e da Indonésia;
1.3    Qualidade da água. Impactos diretos decorrentes da poluição por escoamento em grande escala de fertilizantes e agrotóxicos representam o maior potencial de agressão ambiental. Outra fonte pode ser os efluentes industriais na produção de biocombustíveis. Por exemplo, para cada litro de etanol produzido no Brasil, cerca de 10-13 litros de vinhaça também são produzidos. Este efluente contém potássio e fósforo e pode ser reciclado, produzindo biogás e adubo orgânico, substituindo fertilizantes comerciais, mas o seu manejo inadequado em épocas passadas (e que ainda persiste em alguns países) causou muitos problemas de poluição de água e do solo, antes do final do século passado.

2.    Efeitos sobre os ecossistemas terrestres.
O efeito da conversão de florestas em áreas de lavoura depende da cobertura original, do declive, do tipo de solo, da intensidade das chuvas, entre outros. Embora se conheça relativamente bem o impacto das conversões em regiões frias ou temperadas, é pouco conhecido o impacto hidrológico potencial da conversão, em larga escala, de áreas na região tropical do planeta, o que exige estudos urgentes para evitar impactos ambientais de proporção.

Em ambos os casos, urge a realização de estudos científicos profundos, de longo prazo, que lastreiem políticas públicas que apresentem vias possíveis para reduzir os efeitos ambientais. A priori, deve-se destacar a utilização menos intensiva de água, levando a uma maior produtividade de água e melhor gestão dos recursos hídricos. Uma das possibilidades tecnológicas é a introdução de culturas menos exigentes em recursos hídricos (como parece ser o caso de Jatropha curcas). Outra (mais provável no curto prazo) é adaptar as culturas energéticas atualmente cultivadas para otimização do uso da água.

Tome-se o exemplo da cana e milho, que são culturas altamente intensivas em água. Nas principais áreas de cana do Brasil, onde a precipitação é abundante, o suprimento de água não é um problema, na maioria dos anos. Mas, em áreas com precipitação insuficiente ou irregular, há necessidade de uso de água de irrigação. Já existe um grande número de projetos de pesquisa em execução, procurando introduzir genes que tornem as plantas tolerantes ao estresse hídrico e/ou com melhor capacidade de uso de água. No Brasil, os estudos mais avançados são conduzidos pela Embrapa, com a cultura da soja, com perspectivas de introdução da característica em outras plantas cultivadas.

Outro aspecto importante é aumentar a produtividade da água. Existe margem considerável para a melhoria da produtividade da água, reduzindo a quantidade de água necessária para a produção vegetal, e deixando mais água para outros usos. Estudos recentes demonstraram que mais de 50% da demanda futura de água para agricultura poderia ser compensada por tecnologias que desembocassem em maior produtividade da água, que, além da gestão da água, incluem a sua coleta nas áreas de produção, a sua conservação in situ (através de práticas de conservação de solo e água) e utilizar irrigação de precisão. Adicionalmente, é importante que o sistema de produção seja otimizado para outros fatores, como fertilidade do solo e controle de pragas para evitar desbalanços que diminuam a produtividade da água.

VI. Conclusão

Água será um fator extremamente limitante, em um futuro não muito distante. O recado que eu deixaria para os meus colegas da área de Ciência e Tecnologia é de que todo e qualquer desenvolvimento tecnológico precisa levar em consideração a otimização do uso da água. E para os empresários, da área de produção de biomassa ou da área industrial, lembro que este fator limitante pode representar um grande risco para o seu negócio, se não for adequadamente abordado.

Décio Gazzoni é Engenheiro Agrônomo, assessor da Secretaria de Assuntos Estratégicos da Presidência da República.