A transição energética pressupõe uma transformação na forma como os recursos naturais são convertidos em energia útil. A ampliação da participação das fontes de baixo carbono reduz parcialmente a dependência dos combustíveis fósseis, mas também introduz questões relacionadas ao uso do território, à disponibilidade de recursos naturais e à eficiência das diferentes rotas de conversão de energia. Nesse contexto, quando a agricultura é analisada especificamente como rota para a produção de bioenergia, torna-se pertinente comparar a quantidade de energia útil obtida em determinada área com a produzida por outras tecnologias renováveis instaladas na mesma área. Essa comparação constitui um exercício teórico relevante para o planejamento energético, especialmente em países com elevada disponibilidade de recursos solares e participação expressiva da biomassa em sua matriz energética, como o Brasil.
A questão central pode ser formulada a partir de um recurso comum às duas rotas: a radiação solar. Na produção de bioenergia, a radiação é convertida, inicialmente, pela fotossíntese em energia química armazenada na biomassa e, posteriormente, transformada em produtos energéticos, como etanol, biogás e eletricidade. Na geração fotovoltaica, a radiação solar é convertida diretamente em eletricidade. Embora os produtos finais apresentem características distintas, considerar a radiação solar incidente e a área utilizada permite estabelecer uma base comum para discutir a eficiência do uso da terra.
Essa discussão surge em trabalhos que analisam a competição pelo território entre sistemas agrícolas e geração fotovoltaica. Dupraz et al. [1] partiram da diferença entre as eficiências da fotossíntese e dos módulos fotovoltaicos para discutir estratégias de melhor aproveitamento da radiação solar incidente sobre uma determinada superfície. Os autores indicaram uma eficiência intrínseca da fotossíntese próxima de 3%, enquanto os módulos fotovoltaicos considerados apresentavam eficiência da ordem de 15%. Essa diferença levou à discussão sobre o compartilhamento da mesma superfície, o que contribuiu para a consolidação do conceito de sistemas agrivoltaicos.
A relação entre a geração fotovoltaica e a ocupação de áreas agrícolas também foi estudada por Adeh et al. [2]. Os autores avaliaram o potencial fotovoltaico considerando características microclimáticas que influenciam o funcionamento dos módulos, como a temperatura do ar, a velocidade do vento, a umidade e a irradiância. As áreas agrícolas apresentaram o maior potencial fotovoltaico mediano entre as classes de cobertura do solo analisadas, próximo de 28 W/m². O estudo reforça a necessidade de considerar conjuntamente as características territoriais e energéticas no planejamento da expansão solar e aponta os sistemas agrivoltaicos como alternativa para reduzir conflitos territoriais.
No Brasil, a discussão sobre produtividade energética da terra tem particular importância em razão da dimensão do setor sucroenergético. A cana-de-açúcar representa uma rota consolidada de aproveitamento da energia solar por meio da biomassa. Ramirez Camargo et al. [3] avaliaram alternativas para ampliar a produção de combustíveis renováveis associada às usinas brasileiras sem expansão da área ocupada. O estudo propõe o aproveitamento do CO₂ proveniente da fermentação, associado ao hidrogênio produzido por eletrólise alimentada por fontes renováveis, para produção de metanol. Segundo os autores, essa integração poderia ampliar a produção de combustíveis das instalações existentes em 43% a 49%, o que corresponde a aproximadamente 100 TWh adicionais, sem a utilização de novas áreas.
Righetto e Mady [4] avançam nessa discussão ao estabelecer uma comparação termodinâmica entre cana-de-açúcar e módulos fotovoltaicos. O trabalho considera uma origem comum, a radiação solar incidente, e acompanha as transformações energéticas e exergéticas até a obtenção dos produtos finais. Para a cana-de-açúcar, consideram-se a produção de biomassa e seu processamento em uma biorrefinaria, resultando em etanol hidratado, biogás e eletricidade. No sistema fotovoltaico, a radiação solar é convertida diretamente em eletricidade.
A utilização da exergia (parcela da energia disponível que pode ser convertida em trabalho útil) como base de comparação permite avaliar diferentes formas de energia pela capacidade de produzir efeito útil. Os resultados são normalizados pela superfície ocupada, permitindo comparar duas cadeias de conversão distintas a partir do mesmo recurso primário e da mesma unidade territorial.
Os resultados de Righetto e Mady [4] demonstram diferença significativa entre as duas rotas. Considerando os produtos úteis da cadeia da cana-de-açúcar, a eficiência exergética foi estimada em 0,38%, enquanto o sistema fotovoltaico apresentou eficiência exergética útil de 17,3%. A produção anual de eletricidade fotovoltaica foi estimada em 255,84 kWh/m². Para a mesma radiação solar incidente de 1.481.365 Wh/m², os produtos úteis da cadeia da cana totalizaram 5.582,6 Wh/m², enquanto a produção fotovoltaica atingiu 255.838 Wh/m². Esses valores demonstram a diferença entre uma rota que depende inicialmente da conversão fotossintética e outra que converte diretamente a radiação solar em eletricidade. Sob a perspectiva estrita da produção energética por unidade de superfície, a geração fotovoltaica apresenta uma vantagem significativa. Trata-se, entretanto, de uma comparação termodinâmica e territorial entre rotas distintas, cujos resultados devem ser interpretados nesse contexto.
Trabalhos recentes indicam que a discussão pode avançar além da escolha entre biomassa e geração fotovoltaica. Ferreira Júnior et al. [5] avaliaram experimentalmente um sistema agrofotovoltaico aplicado à cultura de cana-de-açúcar no Brasil. O sistema piloto, com potência instalada de 71,4 kWp, foi acompanhado ao longo de um ano. Os autores encontraram um Land Equivalent Ratio (LER) de 1,69, indicando um melhor aproveitamento conjunto da área em comparação com os usos isolados. A produtividade média de biomassa dos colmos sob o sistema agrofotovoltaico também foi superior à observada no cultivo convencional nas condições analisadas. O resultado acrescenta uma terceira possibilidade ao exercício de uso da terra: a utilização simultânea da mesma área para a produção de biomassa e a geração fotovoltaica.
Essa comparação deve ser compreendida como um exercício teórico sobre o aproveitamento energético da terra, e não como indicação de substituir a bioenergia pela geração fotovoltaica. Os vetores resultantes apresentam propriedades, aplicações e infraestruturas distintas. A eletricidade apresenta elevada eficiência em diversas aplicações finais, enquanto os combustíveis líquidos possuem elevada densidade energética, facilidade de armazenamento e transporte e uma cadeia de suprimento consolidada ao longo de décadas.
Essa característica permanece particularmente importante nos setores de difícil descarbonização, entendida como a redução do uso de combustíveis fósseis, e de difícil eletrificação direta, como a aviação e a navegação, nos quais combustíveis líquidos renováveis podem continuar desempenhando um papel relevante. Existe ainda uma ampla infraestrutura de produção, transporte, armazenamento, distribuição e abastecimento desenvolvida para combustíveis líquidos, composta por ativos de longa vida útil. Assim, a maior eficiência territorial observada na geração fotovoltaica não elimina a importância estratégica da bioenergia. O planejamento da transição energética deve considerar a eficiência de conversão, o uso da terra, a infraestrutura existente e a adequação de cada vetor ao serviço energético requerido. Nesse contexto, bioenergia, geração fotovoltaica e sistemas integrados podem desempenhar funções complementares na construção de sistemas energéticos de baixo carbono.
Referências
[1] C. Dupraz, H. Marrou, G. Talbot, L. Dufour, A. Nogier, and Y. Ferard, “Combining solar photovoltaic panels and food crops for optimising land use: Towards new agrivoltaic schemes,” Renewable Energy, vol. 36, no. 10, pp. 2725–2732, 2011, doi: 10.1016/j.renene.2011.03.005.
[2] E. H. Adeh, S. P. Good, M. Calaf, and C. W. Higgins, “Solar PV Power Potential is Greatest Over Croplands,” Scientific Reports, vol. 9, Art. no. 11442, 2019, doi: 10.1038/s41598-019-47803-3.
[3] L. Ramirez Camargo, G. Castro, K. Gruber, J. Jewell, M. Klingler, O. Turkovska, E. Wetterlund, and J. Schmidt, “Pathway to a land-neutral expansion of Brazilian renewable fuel production,” Nature Communications, vol. 13, Art. no. 3157, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-30850-2.
[4] F. G. Righetto and C. E. K. Mady, “A Thermodynamic Comparison of the Exergy Production from Sugarcane and Photovoltaic Modules in Brazilian Energy Transition Context,” Energies, vol. 17, Art. no. 4940, 2024, doi: 10.3390/en17194940.
[5] R. A. Ferreira Júnior et al., “Agrophotovoltaic systems in sugarcane crop: A Brazilian case study,” Energy Conversion and Management, vol. 344, Art. no. 120307, 2025, doi: 10.1016/j.enconman.2025.120307.
Sobre o autor:
Dr. Danilo de Souza é professor na Universidade Federal de Mato Grosso, sendo Coordenador do Núcleo Interdisciplinar de Estudos em Planejamento Energético – NIEPE, Presidente da Abracopel e é Coordenador Técnico do CINASE – Circuito Nacional do Setor Elétrico. Danilo também é pesquisador no Instituto de Energia e Ambiente da USP | www.profdanilo.com
