The sugarcane industry in Brazil is one of the most relevant agricultural activities, greatly contributing to the domestic economy since the colonial times. Over the past 70 years, many public policies have affected the sugarcane business, placing sugarcane mills as important players in the national energy matrix as liquid fuel producers and electricity suppliers. Recently, studies have examined the potential use of biomass residues (bagasse and vinasse) for energy purposes. However, market conditions in recent years have not been sufficiently attractive for producers to invest on new bioenergy generation, which calls for governmental interference. This project aims to support bioenergy in the Brazilian sugarcane industry by addressing the question of how to effectively incentivize bioenergy generation. Given the complexity of producers' production and investment decisions, the methodological approach is computational by nature, and entails the application of portfolio theory in combination with surrogate modelling and superstructure optimization. The proposed optimization frameworks are illustrated in representative case studies, allowing key insights to be drawn. Results obtained based on historical prices showed a clear tendency for a sugar-oriented business, contradicting the expectation of interviewed experts for a future based on energy products. Prices in the regulated market of electricity were shown to play a relevant role in attracting an increase in generation efficiency, while the investors production and investment decisions show a high sensitivity to price risks. In addition, a detailed process modelling allowed for more reliable decision-making, and showed that simplified models may lead to risky investment decisions and shortfalls. Finally, as for technological routes, ethanol 2G is still not advisable at current investment costs, but biogas generation shows great potential for all three economic applications: diesel displacement, power generation and commercialization as piped gas.

A indústria da cana-de-açúcar no Brasil é uma das atividades agrícolas mais relevantes, tendo contribuído fortemente para a economia nacional desde a época colonial. Nos últimos 70 anos, diversas políticas públicas afetaram o negócio da cana-de-açúcar, colocando as usinas como importantes atores da matriz energética nacional, tanto como produtoras de combustíveis líquidos quanto como fornecedoras de energia elétrica. Recentemente, estudos têm examinado o potencial uso de resíduos de biomassa (bagaço e vinhaça) para fins energéticos. No entanto, as condições de mercado nos últimos anos não têm sido suficientemente atrativas para os produtores investirem na nova geração de bioenergia, o que exige interferência governamental. Este projeto visa dar suporte à bioenergia na indústria canavieira brasileira, abordando a questão de como efetivamente incentivar a geração de bioenergia. Dada a complexidade das decisões de produção e investimento dos produtores, a abordagem metodológica é computacional por natureza e envolve a aplicação da teoria dos portfólios em combinação com otimização de superestruturas por aproximações. As estruturas de otimização propostas são ilustradas em estudos de caso representativos, permitindo que as principais percepções sejam extraídas. Os resultados obtidos com base em preços históricos mostraram uma tendência clara para um negócio orientado para o açúcar, contrariando a expectativa dos especialistas entrevistados, que acreditam num futuro para o setor baseado em produtos energéticos. Os preços no mercado regulado de energia elétrica mostraram ter um papel relevante na atração de investimentos em aumento na eficiência da geração, enquanto as decisões de produção e investimento apresentam elevada sensibilidade aos riscos de preço. Além disso, a modelagem mais detalhada do processo permitiu uma tomada de decisão mais confiável e mostrou que modelos simplificados podem levar a decisões de investimento com alto risco. Por fim, quanto às rotas tecnológicas, o etanol 2G ainda não é aconselhável nos atuais custos de investimento, mas a geração de biogás apresenta grande potencial para as três aplicações econômicas: substituição de diesel, geração de energia e comercialização como gás canalizado.