Energia e suas formasEnergia e suas formas• A energia pode se apresentar de diversas formas, entre as

quais podemos mencionar: Energia de radiação Energia química Energia nuclear Energia térmica Energia mecânica Energia elétrica• Uma característica importante da energia é a sua

capacidade de transformação, ou seja, a possibilidade de conversão de uma forma de energia em outra mais adequada a uma determinada utilização.

Conversão de energia

As Leis da Termodinâmica e as transformações de energia

As leis fundamentais que regem as transformações de energia são a primeira e a segunda leis da

termodinâmica.

Primeira lei da Termodinâmica (Lei da Conservação da Energia)

Toda energia é conservada, não podendo ser criada ou destruída.

A primeira lei da Termodinâmica

Energia (entrada)

Energia perdida

Energia útilSistemaEnergia

(entrada)

Energia elétrica

Energia eletromagnética

(luz)

Calor

Eficiência energéticaEficiência energética

• A eficiência energética (η) pode ser definida como a razão entre a energia útil e a energia consumida:

η = Eútil

Econsumida

Econsumida- Perdas 1 - Perdas=Econsumida

=Econsumida

h

A segunda Lei da TermodinâmicaA segunda Lei da Termodinâmica

• Em termos gerais a segunda lei da termodinâmica nos diz que não se pode utilizar todas as formas de energia com a mesma eficiência.

• Por exemplo, é possível converter integralmente energia mecânica em calor, mas não é possível fazer o inverso.

• A segunda lei nos diz que é impossível a existência de máquinas térmicas que possam transformar calor completamente em trabalho, ou seja, com 100% de eficiência.

A segunda Lei da Termodinâmica

Os problemas envolvidos no consumo de Os problemas envolvidos no consumo de energiaenergia

Fonte de energia:•renovável•não-renovável

Energia convertida:•potência elétrica•potência mecânica

Sistema

Resíduos / poluentes

Energia perdida

Fontes de energia

• Fontes de energia não-renováveis:São fontes de energia esgotáveis, ou seja,

existem na natureza numa quantidade finita. São as fontes de origem fóssil.

PetróleoGás naturalCarvão mineral

Fontes de energiaFontes de energia

• Fontes de energia renovável:São fontes de energia teoricamente

inesgotáveis, uma vez que estão constantemente disponíveis ou se renovam num curto período de tempo.

Energia solar Energia eólicaGeotérmica Biomassa Entre outras

Fonte de energia:•renovável•não-renovável

Energia convertida:•potência elétrica•potência mecânica

Sistema

Poluentes/Impacto ambiental

Energia perdida

Os problemas envolvidos no consumo de Os problemas envolvidos no consumo de energiaenergia

Resíduos e Poluentes – O Efeito Estufa

60%20%

6%14% CO2

CH4

NOx

Hidrocarbonetoshalogenados

Resíduos e Poluentes – O Efeito Estufa

•Contribuição relativa de poluentes para o efeito estufa

Níveis de dióxido de carbono (CONíveis de dióxido de carbono (CO22) - Biocombustíveis) - Biocombustíveis

biocombustívelbiocombustível

fotossíntesefotossíntese

Níveis de dióxido de carbono (CONíveis de dióxido de carbono (CO22) – combustíveis fósseis) – combustíveis fósseis

Combustível Combustível fóssilfóssil

fotossíntesefotossínteseatmosferaatmosfera

Níveis de dióxido de carbono (CONíveis de dióxido de carbono (CO22) – combustíveis fósseis) – combustíveis fósseis

Combustível Combustível fóssilfóssil

fotossíntesefotossíntese

atmosferaatmosfera

Utilização da biomassa para produção de

energia

Emissões de COEmissões de CO22

Biocombustíveis X Combustíveis fósseisBiocombustíveis X Combustíveis fósseis

Biomassa

Biocombustível

CO2 retorna para a

biomassa

Combustíveis fósseis

Combustível

CO2 vai para a atmosfera

BiocombustíveisBiocombustíveis

Biomassa

(Bio)Etanol

Hidrogênio

Biodiesel

Biogás

BiocombustíveisBiocombustíveis

Etanol

Biocombustíveis

Etanol

Biocombustíveis - Etanol

Ésteres

Álcoois superiores

Energia (ATP)

CO2

Etanol

AçúcaresGlicoseFrutoseMaltotriose

• Fermentação

Biocombustíveis - Etanol

RECEPÇÃO/PREPARO EXTRAÇÃO

GERAÇÃO DEVAPOR e

ELETRICIDADE PROCESSO

ÁLCOOL

PROCESSOAÇÚCAR

AÇÚCAR

ÁLCOOL

VINHAÇA

CANA CALDO

MELAÇOBAGAÇO

CALDO

Produção de açúcar e álcool a partir de cana

“Energy Return of Invested Energy”

Composição da cana-de-açúcar

35%

31%

34%

bagaço sacarose pontas e palha

• Somente cerca de um terço da massa da cana-de-açúcar é composta por sacarose

Composição do bagaço

47%

25%21%

7%

celulose hemicelulose lignina outros

• Mais de 70% do bagaço de cana-de-açúcar é composto por polímeros de açúcares

• Celulose: polímero cristalino formado a partir de mais de 10000 monômeros de glicose. Não fermentável na forma original

• Hemicelulose: polímero amorfo formado por longas cadeias de açúcares, compreendendo geralmente: manose, xilose, arabinose, galactose e glicose. Parcialmente fermentável

Polímeros de açúcares

Obtenção de Etanol de material Lignocelulósico (2ª. Geração)

Biomassa Lignocelulósica Moagem Pré-tratamento

Hidrólise

Fermentação Etanol

Gaseificação Fermentação

Conversão catalítica

Etanol

Gaseificação

A gaseificação é uma reação de oxidação da biomassa em atmosfera pobre em oxigênio, ou seja, uma oxidação parcial

C6H10O5 + 6O2

6CO2 + 5H2O

(combustão)

C6H10O5 + 1/2O2

6CO + 5H2 (gaseificação)

gás de síntese

2CO + 4H2 C2H5OH + H2Oprodução do

etanolcat.

cat. = catalisadores baseados em Rh, Cu e Mo

C6H10O5 + 1/2O2

6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2

6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2

6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2

gás de síntese

6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2

Biocombustíveis

Biodiesel

Biodiesel

• De acordo com a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), o biodiesel é definido como um combustível composto de alquil ésteres de ácidos graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais.

• Em termos mais práticos, o biodiesel pode ser definido como um éster metílico ou etílico derivado de um ácido graxo.

ROR`

OC Fórmula Geral

Síntese do Biodiesel

• Transformação de triacilglicerídeos ou ácidos graxos livres em ésteres metílicos ou etílicos.

• Necessidade de catálise: ácida, básica ou enzimática.

TAG + 3R`OH 3R´COOR + C3H5(OH)3

AG + R`OH R´COOR + H2O

cat.

cat.

Mecanismo de catálise básica

Produção de biodiesel

Padrão de Qualidade do Biodiesel

O orgão que regulamenta a qualidade do Biodiesel comercializado no Brasil é a ANP, segundo a resolução ANP no. 7 de 19/03/2007

Padrão de Qualidade do Biodiesel

Padrão de Qualidade do Biodiesel

Matérias-primas

Óleo de olivaÓleo de girassol

Óleo de sojaÓleo de palma

Óleo de cártamo

Óleo de algodão

Óleo de canola

Óleo de linhaça

Óleo de milhoÓleo mamoma

Óleo de papoulaÓleo gergelim

Óleo de trigo

Óleo amendoim Óleo de louro

Óleo de avelã

Óleos vegetais

FonteTeor de

óleo

Índice de iodo

Número de

cetano

Palmítico16:0

Palmitoleico 16:1

Esteárico 18:0

Oleico 18:1

Linoleico 18:2

Linolenico 18:3

Biocombustíveis

Biogás

Produção de Biogás (CH4) Fermentação anaeróbia

Sistema básico para produção de BiogásSistema básico para produção de Biogás

Biomassa para produção de Biogás

Biogás – Composição e uso

• Geração de calor

• Geração de energia elétrica

• Redução da contaminação por coliformes

• Redução do odor

• Redução da incidência de moscas

• Disponibiliza os componentes dos efluentes para uso na fertirrigação (NPK).

• Geração de renda a partir do uso do gás

Vantagens da Instalação dos Biodigestores

Biocombustíveis

Hidrogênio

Bio-Hidrogênio

• Por que o hidrogênio é uma alternativa atrente?

• Comparando o calor de combustão de alguns combustíveis :

Substância Calor de combustão (Kcal/g)

Metano 13,2Óleo 10,0

Gordura 9,1Carvão 7,8Etanol 7,1

Glicose 4,1

• Hidrogênio é obtido de forma tradicional através da eletrólise da água.

Hidrogênio

34,2 Kcal/g

Hidrogênio de fontes renováveis

Rotas mais promissoras para conversão de biomassa em hidrogênio

Termal Biológica

Gaseificação Pirólise

gás de síntese Líquidos e vapores

Pré-tratamento

Fermentação

etanolCH4

H2

gás de síntese

gaseificação6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2

CO + H2O CO2 + H2 deslocamento da

água

Produção de Hidrogênio por Gaseificação e Pirólise

• Gaseificação

• Pirólise

Bio-óleo + carvão + gásBiomassa

Bio-óleo + H2O CO + H2

CO + 5H2O

CO2 + H2

Ni

Produção de Hidrogênio por Fermentação Anaeróbia

X Bloqueio da rota

H2