Technical and economic assessment of trash recovery in the sugarcane bioenergy production system

Mechanized sugarcane (Saccharum spp.) harvest without burning has been increasingly adopted in Brazil, increasing trash availability on the field. This study aims at showing the importance of using an integrated framework tool to assess technical and economic impacts of integral harvesting and baling trash recovery strategies and different recovery rates as well as its implications in the sugarcane production, transport and processing stages. Trash recovery using baling system presents higher costs per unit of mass of recovered trash in comparison to system in which trash is harvested and transported with sugarcane stalks (integral harvesting system). However, the integrated agricultural and industrial assessment showed that recovering trash using baling system presents better economic results (higher internal rate of return and lower ethanol production cost) than the integral harvesting system for trash recovery rates higher than 30 %. Varying trash recovery fraction, stalks productivity and mean transport distance for both integral harvesting and baling systems, sensitivity analyses showed that higher trash recovery fractions associated with higher stalks yields and long transport distances favors baling system, mainly due to the reduction of bulk load density for integral harvesting system under those conditions.

Quantifying soil carbon stocks and greenhouse gas fluxes in the sugarcane agrosystem: point of view

Strategies to mitigate climate change through the use of biofuels (such as ethanol) are associated not only to the increase in the amount of C stored in soils but also to the reduction of GHG emissions to the atmosphere.This report mainly aimed to propose appropriate methodologies for the determinations of soil organic carbon stocks and greenhouse gas fluxes in agricultural phase of the sugarcane production. Therefore, the text is a piece of contribution that may help to obtain data not only on soil carbon stocks but also on greenhouse gas emissions in order to provide an accurate life cycle assessment for the ethanol. Given that the greenhouse gas value is the primary measure of biofuel product quality, biorefiners that can show a higher offset of their product will have an advantage in the market place.

Quantifying soil carbon stocks and greenhouse gas fluxes in the sugarcane agrosystem: point of view

Strategies to mitigate climate change through the use of biofuels (such as ethanol) are associated not only to the increase in the amount of C stored in soils but also to the reduction of GHG emissions to the atmosphere.This report mainly aimed to propose appropriate methodologies for the determinations of soil organic carbon stocks and greenhouse gas fluxes in agricultural phase of the sugarcane production. Therefore, the text is a piece of contribution that may help to obtain data not only on soil carbon stocks but also on greenhouse gas emissions in order to provide an accurate life cycle assessment for the ethanol. Given that the greenhouse gas value is the primary measure of biofuel product quality, biorefiners that can show a higher offset of their product will have an advantage in the market place.

Technical and economic assessment of trash recovery in the sugarcane bioenergy production system

Mechanized sugarcane (Saccharum spp.) harvest without burning has been increasingly adopted in Brazil, increasing trash availability on the field. This study aims at showing the importance of using an integrated framework tool to assess technical and economic impacts of integral harvesting and baling trash recovery strategies and different recovery rates as well as its implications in the sugarcane production, transport and processing stages. Trash recovery using baling system presents higher costs per unit of mass of recovered trash in comparison to system in which trash is harvested and transported with sugarcane stalks (integral harvesting system). However, the integrated agricultural and industrial assessment showed that recovering trash using baling system presents better economic results (higher internal rate of return and lower ethanol production cost) than the integral harvesting system for trash recovery rates higher than 30 %. Varying trash recovery fraction, stalks productivity and mean transport distance for both integral harvesting and baling systems, sensitivity analyses showed that higher trash recovery fractions associated with higher stalks yields and long transport distances favors baling system, mainly due to the reduction of bulk load density for integral harvesting system under those conditions.

Greenhouse gas mitigation options in Brazil for land-use change, livestock and agriculture

National inventories of anthropogenic greenhouse gas (GHG) emissions (implementation of the National Communications) are organized according to five main sectors, namely: Energy, Industrial Processes, Agriculture, Land-Use Change and Forestry (LUCF) and Waste. The objective of this study was to review and calculate the potential of greenhouse gas mitigation strategies in Brazil for the Agricultural and LUCF. The first step consisted in an analysis of Brazilian official and unofficial documents related to climate change and mitigation policies. Secondly, business as usual (BAU) and mitigation scenarios were elaborated for the 2010-2020 timeframe, and calculations of the corresponding associated GHG emissions and removals were performed. Additionally, two complementary approaches were used to point out and quantify the main mitigation options: a) following the IPCC 1996 guidelines and b) based on EX-ACT. Brazilian authorities announced that the country will target a reduction in its GHG between 36.1 and 38.9% from projected 2020 levels. This is a positive stand that should also be adopted by other developing countries. To reach this government goal, agriculture and livestock sectors must contribute with an emission reduction of 133 to 166 Mt CO2-eq. This seems to be reachable when confronted to our mitigation option values, which are in between the range of 178.3 to 445 Mt CO2-eq. Government investments on agriculture are necessary to minimize the efforts from the sectors to reach their targets.

Inventários nacionais acerca de emissões de gases do efeito estufa (GEE) (refinamentos das Comunicações Nacionais) são organizadas de acordo com cinco principais setores, a saber: Energia, Processos Industriais, Agropecuária, Mudanças do Uso da Terra e Florestas e Tratamento de Resíduos. O objetivo dessa revisão foi calcular o potencial das estratégias de mitigação de GEE no Brasil para agropecuária e mudança de uso da terra e florestas. A primeira etapa consistiu na análise de documentos oficiais e não-oficiais do Brasil relacionados a mudanças climáticas e políticas de mitigação. O cenário atual, sem adoção de ações mitigadoras (BAU), e os cenários de mitigação foram elaborados para o período 2010-2020. Efetuaram-se os cálculos associados às emissões e remoções de GEE. Adicionalmente, duas estratégias foram utilizadas para destacar e quantificar as principais opções de mitigação: a) seguindo metodologia do IPCC 1996 e b) baseando-se no EX-ACT. Autoridades brasileiras anunciaram que o país buscará reduzir sua taxa de emissão de GEE em 36.1 a 38.9% em relação a 2020. Este é um posicionamento positivo que deve ser adotado por outros países em desenvolvimento. Para alcançar essa meta governamental, os setores agricultura e pecuária devem contribuir reduzindo a emissão em 133 a 166 Mt CO2-eq. Tal redução parece ser atingível quando confrontada com os valores do presente trabalho sobre opções de mitigação os quais estão entre 178,3 e 445 Mt CO2-eq. Investimentos governamentais nos setores agrícola, pecuária e silvicultura são necessários para minimizar os esforços para atingir as metas de redução de emissão pelos outros setores do país.

Greenhouse gas mitigation options in Brazil for land-use change, livestock and agriculture

National inventories of anthropogenic greenhouse gas (GHG) emissions (implementation of the National Communications) are organized according to five main sectors, namely: Energy, Industrial Processes, Agriculture, Land-Use Change and Forestry (LUCF) and Waste. The objective of this study was to review and calculate the potential of greenhouse gas mitigation strategies in Brazil for the Agricultural and LUCF. The first step consisted in an analysis of Brazilian official and unofficial documents related to climate change and mitigation policies. Secondly, business as usual (BAU) and mitigation scenarios were elaborated for the 2010-2020 timeframe, and calculations of the corresponding associated GHG emissions and removals were performed. Additionally, two complementary approaches were used to point out and quantify the main mitigation options: a) following the IPCC 1996 guidelines and b) based on EX-ACT. Brazilian authorities announced that the country will target a reduction in its GHG between 36.1 and 38.9% from projected 2020 levels. This is a positive stand that should also be adopted by other developing countries. To reach this government goal, agriculture and livestock sectors must contribute with an emission reduction of 133 to 166 Mt CO2-eq. This seems to be reachable when confronted to our mitigation option values, which are in between the range of 178.3 to 445 Mt CO2-eq. Government investments on agriculture are necessary to minimize the efforts from the sectors to reach their targets.

Inventários nacionais acerca de emissões de gases do efeito estufa (GEE) (refinamentos das Comunicações Nacionais) são organizadas de acordo com cinco principais setores, a saber: Energia, Processos Industriais, Agropecuária, Mudanças do Uso da Terra e Florestas e Tratamento de Resíduos. O objetivo dessa revisão foi calcular o potencial das estratégias de mitigação de GEE no Brasil para agropecuária e mudança de uso da terra e florestas. A primeira etapa consistiu na análise de documentos oficiais e não-oficiais do Brasil relacionados a mudanças climáticas e políticas de mitigação. O cenário atual, sem adoção de ações mitigadoras (BAU), e os cenários de mitigação foram elaborados para o período 2010-2020. Efetuaram-se os cálculos associados às emissões e remoções de GEE. Adicionalmente, duas estratégias foram utilizadas para destacar e quantificar as principais opções de mitigação: a) seguindo metodologia do IPCC 1996 e b) baseando-se no EX-ACT. Autoridades brasileiras anunciaram que o país buscará reduzir sua taxa de emissão de GEE em 36.1 a 38.9% em relação a 2020. Este é um posicionamento positivo que deve ser adotado por outros países em desenvolvimento. Para alcançar essa meta governamental, os setores agricultura e pecuária devem contribuir reduzindo a emissão em 133 a 166 Mt CO2-eq. Tal redução parece ser atingível quando confrontada com os valores do presente trabalho sobre opções de mitigação os quais estão entre 178,3 e 445 Mt CO2-eq. Investimentos governamentais nos setores agrícola, pecuária e silvicultura são necessários para minimizar os esforços para atingir as metas de redução de emissão pelos outros setores do país.

Sewage sludge application on cultivated soils: effects on runoff and trace metal load

The use of sewage sludge in agricultural soils as a macro and micronutrient source and as a soil conditioner has been one of the alternatives for its disposal. However, sewage sludge contains trace metals, which are potential sources of pollution. The goal of this study was to evaluate the effect of sewage sludge application on surface water contamination through runoff when it was applied in a soil cultivated with corn. The effect of sludge application on the concentration and load of copper, nickel and zinc and the volume of runoff water and sediment were evaluated. The experiment was set up in plots used to study erosion losses in Campinas, Sao Paulo State, Brazil. The soil is a clayey Rhodic Hapludox. Three treatments were studied: no sewage sludge, sewage sludge to supply the N required by the crop and twice that amount, with four replications. The water and sediment lost by runoff were measured after each rainfall, and sampled for chemical analysis. The volumes of water and sediment lost by runoff decreased after sewage sludge application. The waste application increased trace metal concentration in the runoff water and sediment, especially zinc, which was present in high concentration in the sewage sludge used. Nevertheless, the load of trace metals transported from the plot was mostly dependent on the total runoff volume. Most of the Cu, Zn and Ni losses were via sediment, and occurred in a few highly erosive rainfall events in the period studied.

O uso de lodo de esgoto em solos agrícolas como fonte de macro e micronutrientes e como condicionador de solos tem sido uma das alternativas para sua disposição final. O lodo de esgoto, entretanto, contém metais que são potencialmente fonte de poluição. Estudou-se o efeito da aplicação de lodo de esgoto na contaminação de águas superficiais por meio da enxurrada proveniente de solo agrícola cultivado com milho. O efeito da aplicação do lodo na concentração e no carreamento de cobre, níquel e zinco e no volume de enxurrada e sedimentos foi avaliado. Os tratamentos foram aplicados em parcelas utilizadas para estudos de perdas por erosão em Campinas, São Paulo, Brasil. O solo era um Latossolo Vermelho férrico argiloso. Os três tratamentos foram: sem lodo, com lodo para suprir o N requerido pela cultura e duas vezes essa quantidade, com quatro repetições. A água e o sedimento perdidos pela enxurrada eram medidos na manhã seguinte de cada chuva e amostrados para análise química. Os volumes de água e de sedimentos perdidos por enxurrada diminuíram com a aplicação do lodo. A aplicação do resíduo aumentou a concentração de metais na água e no sedimento, especialmente do zinco que estava presente em alta concentração do lodo de esgoto utilizado. Entretanto, a carga de metais transportados das parcelas foi dependente principalmente do volume total de enxurrada. A maior parte das perdas de Cu, Ni e Zn foi via sedimento e ocorreu em alguns poucos eventos de alta erosividade no período de estudo.

Brazilian greenhouse gas emissions: the importance of agriculture and livestock

Data from the 1990-1994 period presented in the "Brazil's Initial National Communication" document indicated that the country is one of the top world greenhouse gas (GHG) emitters. A large majority of Brazil's GHG emissions come from deforestation mainly of the Amazon biome for agriculture and livestock land uses. This unique inventory is now out of date. Thus, the aims of this review were (i) to update estimates of the GHG emissions for the Brazilian territory, (ii) to estimate the sinks to provide calculations of the GHG net emissions for the 1990-2005 period, (iii) to calculate the actual and estimate shares of agricultural and livestock activities, and (iv) to discuss in light of the new figures and patterns the best mitigation options for Brazil. Total emissions in CO2-eq increased by 17% during the 1994-2005 period. CO2 represented 72.3% of the total, i.e. a small decrease, in favour of non-CO2 GHG, in relation to 1994 when its share was 74.1%. The increase of all GHG excluding Land Use Change and Forestry (LUCF) was 41.3% over the period 1994-2005. Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) - World Resources Institute (WRI) estimated a higher increase (48.9%) that classified Brazil at the 69th position. Using our estimates Brazil will fall to the 78th position. But in both cases Brazil increased in clearly lower values than the tendency calculated for China and India, two major emitters, with increases of 88.8% and 62.1%, respectively. Brazil's increase is less than those presented for some countries in Annex 1 that are submitted to a quota of reduction, e.g. Spain with 55.6% of increase and New Zealand with 45.8%. Brazil also is below the average increase shown by non-Annex I countries, estimated to be 61.3%, but above the world average (28.1%). Besides the effort to curb emissions from the energy and deforestation sectors, it is now a top priority to implement a national program to promote mitigation efforts concerning the agricultural and livestock sectors. These mitigation options should not be only focused on emission reductions, but also prone enhancement of the carbon sink. Such a program would be easy to be implemented, because several mitigation strategies have already proven to be efficient, simple to adopt and economically viable.

Os resultados referentes ao período de 1990-1994 apresentados na Comunicação Nacional brasileira indicam que o país é um dos maiores emissores de gases do efeito estufa (GEE) do mundo. O documento também estabelece que a maior parte da emissão de GEE advém do desmatamento, principalmente do bioma Amazônia, para dar lugar á agricultura e pecuária. Este único inventário está agora ultrapassado. Os objetivos desta revisão foram: (i) atualizar a estimativa da emissão de GEE para o território brasileiro; (ii) estimar a possível fixação de C que permita calcular a emissão líquida de GEE para o período de 1990-2005; (iii) calcular a contribuição efetiva e compartilhada das atividades agrícolas e pecuárias; e (iv) discutir sob a luz dos novos conhecimentos as melhores opções de mitigação para o Brasil. A emissão total de GEE em equivalente em CO2 aumentou em 17% durante o período de 1994-2005. O CO2 foi responsável por 72,3% do total, ou seja, houve uma pequena diminuição em relação aos outros GEE, uma vez que em 1994 sua participação foi de 74,1%. O aumento de todas as fontes dos GEE, excluída mudança do uso da terra e reflorestamento, foi de 41,3% durante o período de 1994-2005. Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) - World Resources Institute (WRI) estimaram um crescimento maior (48,9%), que classifica o Brasil na 69ª posição no ranking mundial de emissores. Utilizando as estimativas deste estudo, o Brasil ocuparia a 78ª posição. Em ambos os casos, porém, o Brasil claramente aumentou suas emissões num ritmo menor do que os que foram calculados para a China e Índia, dois dos maiores emissores, com aumentos de respectivamente 88,8 e 62,1%. O Brasil reduziu suas emissões em taxa maior do que alguns países do Anexo I, sujeitos a uma quota de redução. É o caso da Espanha e a Nova Zelândia que aumentaram em 55,6% e 45,8% suas emissões. O Brasil também está abaixo da média de aumento apresentado pelos países que não são do Anexo I, o qual foi estimado em 61,3%. No entanto, está acima da média global que foi de 28,1%. Além de trabalhar pela redução das emissões dos setores de energia e desmatamento, o Brasil deve agora ter como meta prioritária a implantação de um programa nacional de incentivo ás mitigações nos setores agrícola e pecuário. Tais opções de mitigação não deverão se concentrar somente na redução das emissões, mas também favorecer a fixação de carbono. Tal programa seria de fácil implementação, pois diversas estratégias de mitigação já provaram ser eficientes, fáceis de adotar e economicamente viáveis.

Brazilian greenhouse gas emissions: the importance of agriculture and livestock

Data from the 1990-1994 period presented in the "Brazil's Initial National Communication" document indicated that the country is one of the top world greenhouse gas (GHG) emitters. A large majority of Brazil's GHG emissions come from deforestation mainly of the Amazon biome for agriculture and livestock land uses. This unique inventory is now out of date. Thus, the aims of this review were (i) to update estimates of the GHG emissions for the Brazilian territory, (ii) to estimate the sinks to provide calculations of the GHG net emissions for the 1990-2005 period, (iii) to calculate the actual and estimate shares of agricultural and livestock activities, and (iv) to discuss in light of the new figures and patterns the best mitigation options for Brazil. Total emissions in CO2-eq increased by 17% during the 1994-2005 period. CO2 represented 72.3% of the total, i.e. a small decrease, in favour of non-CO2 GHG, in relation to 1994 when its share was 74.1%. The increase of all GHG excluding Land Use Change and Forestry (LUCF) was 41.3% over the period 1994-2005. Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) - World Resources Institute (WRI) estimated a higher increase (48.9%) that classified Brazil at the 69th position. Using our estimates Brazil will fall to the 78th position. But in both cases Brazil increased in clearly lower values than the tendency calculated for China and India, two major emitters, with increases of 88.8% and 62.1%, respectively. Brazil's increase is less than those presented for some countries in Annex 1 that are submitted to a quota of reduction, e.g. Spain with 55.6% of increase and New Zealand with 45.8%. Brazil also is below the average increase shown by non-Annex I countries, estimated to be 61.3%, but above the world average (28.1%). Besides the effort to curb emissions from the energy and deforestation sectors, it is now a top priority to implement a national program to promote mitigation efforts concerning the agricultural and livestock sectors. These mitigation options should not be only focused on emission reductions, but also prone enhancement of the carbon sink. Such a program would be easy to be implemented, because several mitigation strategies have already proven to be efficient, simple to adopt and economically viable.

Os resultados referentes ao período de 1990-1994 apresentados na Comunicação Nacional brasileira indicam que o país é um dos maiores emissores de gases do efeito estufa (GEE) do mundo. O documento também estabelece que a maior parte da emissão de GEE advém do desmatamento, principalmente do bioma Amazônia, para dar lugar á agricultura e pecuária. Este único inventário está agora ultrapassado. Os objetivos desta revisão foram: (i) atualizar a estimativa da emissão de GEE para o território brasileiro; (ii) estimar a possível fixação de C que permita calcular a emissão líquida de GEE para o período de 1990-2005; (iii) calcular a contribuição efetiva e compartilhada das atividades agrícolas e pecuárias; e (iv) discutir sob a luz dos novos conhecimentos as melhores opções de mitigação para o Brasil. A emissão total de GEE em equivalente em CO2 aumentou em 17% durante o período de 1994-2005. O CO2 foi responsável por 72,3% do total, ou seja, houve uma pequena diminuição em relação aos outros GEE, uma vez que em 1994 sua participação foi de 74,1%. O aumento de todas as fontes dos GEE, excluída mudança do uso da terra e reflorestamento, foi de 41,3% durante o período de 1994-2005. Climate Analysis Indicators Tool (CAIT) - World Resources Institute (WRI) estimaram um crescimento maior (48,9%), que classifica o Brasil na 69ª posição no ranking mundial de emissores. Utilizando as estimativas deste estudo, o Brasil ocuparia a 78ª posição. Em ambos os casos, porém, o Brasil claramente aumentou suas emissões num ritmo menor do que os que foram calculados para a China e Índia, dois dos maiores emissores, com aumentos de respectivamente 88,8 e 62,1%. O Brasil reduziu suas emissões em taxa maior do que alguns países do Anexo I, sujeitos a uma quota de redução. É o caso da Espanha e a Nova Zelândia que aumentaram em 55,6% e 45,8% suas emissões. O Brasil também está abaixo da média de aumento apresentado pelos países que não são do Anexo I, o qual foi estimado em 61,3%. No entanto, está acima da média global que foi de 28,1%. Além de trabalhar pela redução das emissões dos setores de energia e desmatamento, o Brasil deve agora ter como meta prioritária a implantação de um programa nacional de incentivo ás mitigações nos setores agrícola e pecuário. Tais opções de mitigação não deverão se concentrar somente na redução das emissões, mas também favorecer a fixação de carbono. Tal programa seria de fácil implementação, pois diversas estratégias de mitigação já provaram ser eficientes, fáceis de adotar e economicamente viáveis.

Sewage sludge application on cultivated soils: effects on runoff and trace metal load

The use of sewage sludge in agricultural soils as a macro and micronutrient source and as a soil conditioner has been one of the alternatives for its disposal. However, sewage sludge contains trace metals, which are potential sources of pollution. The goal of this study was to evaluate the effect of sewage sludge application on surface water contamination through runoff when it was applied in a soil cultivated with corn. The effect of sludge application on the concentration and load of copper, nickel and zinc and the volume of runoff water and sediment were evaluated. The experiment was set up in plots used to study erosion losses in Campinas, Sao Paulo State, Brazil. The soil is a clayey Rhodic Hapludox. Three treatments were studied: no sewage sludge, sewage sludge to supply the N required by the crop and twice that amount, with four replications. The water and sediment lost by runoff were measured after each rainfall, and sampled for chemical analysis. The volumes of water and sediment lost by runoff decreased after sewage sludge application. The waste application increased trace metal concentration in the runoff water and sediment, especially zinc, which was present in high concentration in the sewage sludge used. Nevertheless, the load of trace metals transported from the plot was mostly dependent on the total runoff volume. Most of the Cu, Zn and Ni losses were via sediment, and occurred in a few highly erosive rainfall events in the period studied.

O uso de lodo de esgoto em solos agrícolas como fonte de macro e micronutrientes e como condicionador de solos tem sido uma das alternativas para sua disposição final. O lodo de esgoto, entretanto, contém metais que são potencialmente fonte de poluição. Estudou-se o efeito da aplicação de lodo de esgoto na contaminação de águas superficiais por meio da enxurrada proveniente de solo agrícola cultivado com milho. O efeito da aplicação do lodo na concentração e no carreamento de cobre, níquel e zinco e no volume de enxurrada e sedimentos foi avaliado. Os tratamentos foram aplicados em parcelas utilizadas para estudos de perdas por erosão em Campinas, São Paulo, Brasil. O solo era um Latossolo Vermelho férrico argiloso. Os três tratamentos foram: sem lodo, com lodo para suprir o N requerido pela cultura e duas vezes essa quantidade, com quatro repetições. A água e o sedimento perdidos pela enxurrada eram medidos na manhã seguinte de cada chuva e amostrados para análise química. Os volumes de água e de sedimentos perdidos por enxurrada diminuíram com a aplicação do lodo. A aplicação do resíduo aumentou a concentração de metais na água e no sedimento, especialmente do zinco que estava presente em alta concentração do lodo de esgoto utilizado. Entretanto, a carga de metais transportados das parcelas foi dependente principalmente do volume total de enxurrada. A maior parte das perdas de Cu, Ni e Zn foi via sedimento e ocorreu em alguns poucos eventos de alta erosividade no período de estudo.