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Evolução tecnológica das rotas de gaseificação e pirólise de materiais lignocelulósicos: um estudo bibliométrico
Juliana Cunha da Cruz Orientadores:
Prof. José Vitor Bomtempo Martins Prof. Estevão Freire
Rio de Janeiro
2012
JULIANA CUNHA DA CRUZ
Evolução tecnológica das rotas de gaseificação e pirólise de materiais lignocelulósicos:
um estudo bibliométrico
Dissertação de Mestrado em Ciências (M. Sc.)
Orientadores: Prof. José Vitor Bomtempo
Prof. Estevão Freire
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos
2012
Rio de Janeiro
2012
ii
Cruz, Juliana Cunha da
Evolução tecnológica das rotas de gaseificação e pirólise de materiais
lignocelulósicos: um estudo bibliométrico/ Juliana Cunha da Cruz – Rio de
Janeiro: UFRJ/EQ, 2012
xvi, 113 p.; il.
Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e
Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de
Química, Rio de Janeiro, 2012.
Orientadores: José Vitor Bomtempo Martins e Estevão Freire
1. Monitoramento tecnológico. 2. Bibliometria. 3. Gaseificação. 4. Pirólise.
5. Biomassa – Dissertação de mestrado. I. Bomtempo, José Vitor (Orient.) II.
Freire, Estevão (Orient.) III. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Programa em
Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, Escola de Química. IV. Título.
iii
MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS COMO MATÉRIA PRIMA PARA PETROQUÍMICA:
EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DAS ROTAS DE GASEIFICAÇÃO E PIRÓLISE
Juliana Cunha da Cruz
Dissertação submetida ao corpo docente do curso de pós graduação em Tecnologia de Processo
Químico e Bioquímicos da Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciências.
Aprovada por
____________________________________________________________________
Prof. José Vitor Bomtempo Martins, D.Sc. Escola de Química/UFRJ - Orientador
____________________________________________________________________ Prof. Estevão Freire, D.Sc.
Escola de Química/UFRJ - Orientador
____________________________________________________________________ Aline Machado de Castro, D.Sc.
PETROBRAS
____________________________________________________________________ Flávia Chaves Alves, D.Sc.
Escola de Química/UFRJ
____________________________________________________________________ Maria Fatima Ludovico de Almeida, D.Sc.
PUC-RJ
Rio de Janeiro, 30 de outubro de 2012
iv
À minha avozinha Edyr querida
Dedico
v
AGRADECIMENTOS
Muito obrigada aos professores José Vitor e Estevão pela oportunidade de participar do
projeto com o IBP, me orientarem e apoiarem; ao IBP pela bolsa concedida. À banca agradeço
imensamente pelas sugestões valiosas.
Agradeço a minha Mãezinha e meu Paizinho que sempre me ajudam, apoiam e mais que
tudo, me amam; minhas irmãzinhas Ana Rosa e Ana Maria, por serem sempre minhas irmãs e
cuidarem de mim; minha avozinha Edyr, que me acolhe sempre que preciso e me alimenta de
comida e histórias; Stéphane, sempre ao meu lado, não importa a distância. Je remercie les
familles Crombez, Broucqsault et Jacob pour m'avoir acueillie, avoir été pacients avec moi et
pour m'avoir initiée à la cuisine française.
Infinitos agradecimentos a Carol Deib Cayres, minha irmã de outras vidas, que me
orienta, instrui e me bota em caminhos certos; Thiago Rocha, amigo de todos os momentos,
sempre pronto para aventuras; Lorena, best roommate ever, pela confiança, sopas de feijão,
por compartilhar o instinto de assassinar plantas despropositalmente; Maurilio querido pela
força, ajuda incondicional, entusiasmo em todas as ligações, mensagens, emails e os eventuais
encontros pessoais; Tio Pedro pelos pitacos, caronas, piadas, cosquinhas no joelho; Amanda
Docinho por sempre tentar me levar a shows, teatros, festas juninas e à vida social; Nina,
presente em todos as risadas e filas do bandejão; Rafa Nascimento fofa pelos desesperos
compartilhados e alegria contagiante; Rafa Ribs pelos passos nas saudosas aulas de dança e por
me apresentar a himyw; Mega, pelos aniversários compartilhados; Vitor Careca, o cara mais
legal do mundo todo; Jaspion, meu herói; Vanessa, pelas super dicas e super sorrisos.
Ao pessoal do programa, agradeço a Tati Cruz, sempre super querida e divertida; ao Leo
Baiano, trazendo uma nova língua, hilário o tempo todo; Bolinha, amigo de outras datas, pelas
ajuda e companhia.
Aos amigos de longa data agradeço à amizade sempre mantida da saudosa Volta
Redonda (e JF agregada): João, Bira, Nina, Marcelo e Mário.
Agradecimentos mais que especiais às minhas mães, irmãs e filhas: Neide, Marcela,
Manu e Thatha, pessoas indescritíveis, companheiras de aventuras.
vi
“Don’t panic!” – Douglas Adams
"There is always room for improvement" – Ditado popular
vii
RESUMO
CRUZ, Juliana Cunha da. Evolução tecnológica das rotas de gaseificação e pirólise de materiais
lignocelulósicos: um estudo bibliométrico. Orientadores: José Vitor Bomtempo e Estevão
Freire. (Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, 2012). Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos
Químicos e Bioquímicos).
Os materiais lignocelulósicos podem ser considerados uma potencial alternativa à tendência de
uso de fonte renovável na indústria petroquímica. Os métodos de transformação destes
materiais são pontos chave para possibilidade de obtenção de produtos economicamente
viáveis, competitivos com os produtos petroquímicos atuais. Dentre os diversos métodos de
transformação do material lignocelulósico, ou biomassa, os processos termoquímicos de
gaseificação e pirólise são tecnologias capazes de converter as complexas moléculas da
biomassa em fonte de energia, combustível líquido e produtos químicos. Entretanto, as técnicas
apresentam-se em um estágio fluido, identificado pela existência de diversos artigos científicos
e documentos de patente publicados sobre os assuntos nos últimos anos. Este trabalho detecta
e avalia o progresso tecnológico da gaseificação e pirólise de biomassa através da quantificação
e classificação de artigos e patentes publicadas e disponíveis nas bases de dados Web of
ScienceR e Derwent Innovation IndexSM. O crescente número de artigos e documentos de
patente indica a relevância dos temas, sendo identificado maior interesse pelo processo de
gaseificação comparado ao de pirólise. Os países europeus representam a maior fatia de
participação na publicação de artigos científicos, apesar de ser a China o país que mais
patenteia sobre ambas as tecnologias, de forma discrepante. As universidades são responsáveis
por mais de 60% das publicações de artigos científicos, porém a participação de empresas
nestes números indica que as tecnologias têm potencial para aplicação industrial. Entretanto,
esta aplicação dos processos parece ainda distante, já que a maioria dos artigos e patentes
analisados é relativa aos processos em si, havendo pouco desenvolvimento de pesquisa e
patentes sobre geração de produtos.
viii
ABSTRACT
CRUZ, Juliana Cunha da. Technological evolution of gasification and pyrolysis of lignocellulosic
materials: a bibliometric analysis. Advisors: José Vitor Bomtempo and Estevão Freire. (Rio de
Janeiro: UFRJ/EQ, 2012). Master of Science (M.Sc.).
The lignocellulosic materials can be considered a potential alternative to trends of renewable
petrochemical industry. The methods of transforming these materials are the key to the
possibility of obtaining feasible products, competitive with current petrochemical products.
Among various methods of processing lignocellulosic material, also called biomass,
thermochemical processes of gasification and pyrolysis technologies are able to convert
complex molecules from biomass into energy, liquid fuel and chemicals. However, these
techniques are in a fluid stage identified by the existence of several scientific articles and patent
documents published on the subject in recent years. This work detects and evaluates the
technological progress of gasification and pyrolysis of biomass through quantification and
classification of articles and patents published and available in the databases Web of CienceR
and Derwent Innovation IndexSM. The increasing number of articles and patent documents
indicates the relevance of the subjects, identified greater interest in gasification process
compared to pyrolysis. European countries represent the largest share of participation in the
publication of scientific papers, although China is the country with the most patents on both
technologies. Universities are responsible for over 60% of the publications of scientific articles,
but the participation of companies indicates the technologies have potential for industrial
application. However, application of this process seems still far, since most articles and patents
analyzed concern on the process itself, having little development on research and patents.
ix
Partes desta dissertação foram apresentadas nos seguintes eventos científicos:
CRUZ, J. C., FREIRE, E., BOMTEMPO, J. V., Evaluation of technological progress in biomass
conversion. 5th International Conference on Sustainable Energy and Environmental Protection
– SEEP 2012, Dublim, Irlanda, 5 a 8 de junho de 2012.pp 65-69.
CRUZ, J. C., FREIRE, E., BOMTEMPO, J. V., Gasification and pyrolysis of biomass technologies to
feasible renewable source energy and chemicals. 4th International IUPAC Conference on Green
Chemistry, Foz do Iguaçu (PR), 25 a 29 de agosto de 2012.
CRUZ, J. C., FREIRE, E., BOMTEMPO, J. V., Lignocellulosic materials as feedstock for
petrochemicals: analysis of technological progress routes for gasification and pyrolysis. Rio Oil
and Gas Expo and Conference, Rio de Janeiro (RJ), 17 a 20 de setembro de 2012.
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Modelo de inovação linear, apresentado na Segunda Guerra Mundial. ....................... 9
Figura 2.2 Modelo chain-link, descrito por Kline. .......................................................................... 10
Figura 3.1 Diagrama de blocos para alguns produtos bioderivados.. ........................................... 22
Figura 3.2 Ilustração da parece celular vegetal.. ........................................................................... 23
Figura 3.3 Ilustração esquemática de unidades de açúcar da hemicelulose ................................ 24
Figura 3.4 Algumas espécies monoméricas da lignina.. ................................................................ 25
Figura 3.5 Estrutura parcial hipotética da molécula de lignina de faia européia (Fagus sylvatica),
uma espécie de árvore.. ................................................................................................................. 26
Figura 3.6 Estrutura da microfibrila de celulose.. .......................................................................... 28
Figura 3.7 Esquema comparativo entre a refinaria de petróleo e uma biorrefinaria. .................. 30
Figura 3.8 Conceito de biorrefinaria baseado em processamento biológico e térmico integrados
para obtenção de produtos químicos e combustíveis. .................................................................. 31
Figura 4.1 Algumas das possíveis rotas de conversão de biomassa para obtenção de
combustíveis e produtos químicos. ............................................................................................... 33
Figura 4.2 Opções de conversão termoquímica de biomassa para combustíveis, energia e
produtos químicos. ........................................................................................................................ 35
Figura 4.3 O processo de gaseificação.. ......................................................................................... 38
Figura 4.4 Etapas da gaseificação desde a matéria prima à aplicação. ......................................... 41
Figura 4.5 Representação dos caminhos de reação para pirólise de biomassa lignocelulósica. .. 47
Figura 5.1 Apresentação da base Web of Sciente, empregada na pesquisa de artigos científicos.
........................................................................................................................................................ 58
Figura 5.2 Apresentação da base Derwent Innovation Index, empregada na pesquisa de
documentos de patente. ................................................................................................................ 59
Figura 5.3 Exemplo de artigo selecionado para a base de dados. ................................................ 62
xi
Figura 5.4 Exemplo de documento de patente selecionado para a base de dados. .................... 64
Figura 5.5 Estimativa bibliométrica da fase de inovação.. ............................................................ 65
Figura 6.1 Evolução do número artigos científicos publicados sobre gaseificação e pirólise de
biomassa no período de 1979 a 2011.. ......................................................................................... 74
Figura 6.2 Evolução do número de patentes publicadas sobre gaseificação e pirólise de
biomassa no período de 1979 a 2011. .......................................................................................... 74
Figura 6.3 Total de publicações separados por região/países para gaseificação e pirólise de
biomassa. ....................................................................................................................................... 77
Figura 6.4 Total de documentos de patente publicados separados por região/país para
gaseificação e pirólise de biomassa.. ............................................................................................ 79
Figura 6.5 Número de publicações de artigos científicos por país – país/região com maior
número de artigos científicos publicadas. ..................................................................................... 81
Figura 6.6 Número de documentos de patente publicados por país/região. Gaseificação e
pirólise de biomassa.. .................................................................................................................... 82
Figura 6.7 Publicações científicas de empresas isoladamente e em colaboração com
universidades e centros de pesquisa separados por períodos.. ................................................... 84
Figura 6.8 Publicações científicas de empresas isoladamente e em colaboração com
universidades e centros de pesquisa separados por países e região. .......................................... 85
Figura 6.9 Evolução temporal dos artigos científicos separados de acordo com os temas.
Processo de gaseificação e de pirólise de biomassa. .................................................................... 88
Figura 6.10 Etapas das tecnologias separadas por países/região. ................................................ 90
Figura 6.11 Evolução temporal das patentes publicadas sobre gaseificação e pirólise de
biomassa separadas por temas. .................................................................................................... 91
Figura 6.12 Etapas das patentes de gaseificação e pirólise de biomassa separadas por
país/região ..................................................................................................................................... 92
xii
Figura 6.13 Artigos científicos classificados como tema geral de processo e separados em temas
específicos no período de 2004 a 2011. ........................................................................................ 94
Figura 6.14 Estudo aplicado de gaseificação e pirólise de biomassa. ........................................... 96
Figura 6.15 Evolução das categorias específicas de aplicação. Gaseificação e pirólise de
biomassa. ....................................................................................................................................... 97
Figura 6.16 Patentes de aplicação das técnicas de gaseificação e pirólise de biomassa. ............. 98
Figura 6.17 Evolução das categorias específicas de aplicação. ..................................................... 99
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 Técnicas de prospecção, que englobam objetivos variados, horizontes de tempo, e
abordagens.. .................................................................................................................................. 14
Tabela 2.2 Indicadores do ciclo de vida da tecnologia Indicadores segundo Watts e Poter ........ 15
Tabela 4.1 Comparação processamentos biológicos e termoquímico visando obter combustíveis
a partir de biomassa lignocelulósica. ............................................................................................ 34
Tabela 4.2 Teores de carvão e alcatrão liberados em reatores contra níveis máximos de
contaminante em um motor de combustão interna. ................................................................... 44
Tabela 4.3 Modos de pirólise. ....................................................................................................... 46
Tabela 4.4 Reações durante o processo de pirólise em diferentes temperaturas. ...................... 48
Tabela 4.5 Aplicações padrão para o bio-óleo para obtenção de energia. .................................. 50
Tabela 5.1 Passos para um processo de prospecção tecnológica. ............................................... 54
Tabela 5.2 Classificações específicas que detalham as categorias gerais do estudo dos artigos
científicos de gaseificação e pirólise de biomassa. ....................................................................... 70
Tabela 5.3 Combinação dos parâmetros de análise dos artigos e patentes sobre conversão
térmica de biomassa ...................................................................................................................... 71
Tabela 6.1. Países que representam o grupo “Europa” nos resultados de produção de artigos
científicos. ...................................................................................................................................... 78
Tabela 6.2. Países que representam o grupo “Europa” nos resultados de produção de artigos
científicos.. ..................................................................................................................................... 80
Tabela 6.3. Contrastes econômico entre China e Estados Unidos. Adaptado de Olliver (2012). . 82
Tabela 6.4. Porcentagem de artigos científicos publicados sobre gaseificação e pirólise de
biomassa por instituições como universidades, centro de pesquisa e empresa. ......................... 83
Tabela 6.5. Porcentagem das patentes publicadas relativo a gaseificação e pirólise de biomassa
separado por tipo de instituição depositante: universidade, centro de pesquisa, empresa e
pessoa física. .................................................................................................................................. 86
xiv
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 .................................................................................................................................... xvi
INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 1
1.1. Objetivos ................................................................................................................... 3
1.2. Organização do estudo ............................................................................................. 3
CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................................... 5
Inovação e Bibliometria .................................................................................................................. 5
2.1 Inovação ................................................................................................................. 5
2.2 Economia da inovação ............................................................................................ 6
2.3 O processo da inovação ......................................................................................... 7
2.4 Prospecção tecnológica ........................................................................................ 13
2.5 Monitoramento - Bibliometria ............................................................................. 15
2.5.1 Bibliometria – artigo científico .......................................................................... 17
2.5.2 Bibliometria – patente ...................................................................................... 18
2.6 Considerações finais do capítulo .......................................................................... 20
CAPÍTULO 3 .................................................................................................................................... 21
Materiais lignocelulósicos ............................................................................................................. 21
3.1. Biomassa ................................................................................................................. 21
3.2. Composição da matéria lignocelulósica .................................................................. 21
3.2.1. Hemicelulose .................................................................................................... 23
3.2.2. Lignina .............................................................................................................. 25
3.2.3. Celulose ............................................................................................................ 27
3.3. Resíduos agroindustriais ......................................................................................... 27
xv
3.4. Conceito de biorrefinaria ........................................................................................ 29
3.5. Considerações finais do capítulo ............................................................................ 31
CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................... 33
CONVERSÃO TERMOQUÍMICA DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS .......................................... 33
4.1 Processamento termoquímico de biomassa ....................................................... 35
4.1.1 Gaseificação ................................................................................................... 36
4.1.2 Pirólise............................................................................................................ 45
4.2 Considerações finais do capítulo ......................................................................... 52
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................................... 53
METODOLOGIA ............................................................................................................................. 53
5.1 Monitoramento das tecnologias de conversão térmica de biomassa .................... 53
5.2 Seleção de artigos e documentos de patentes ....................................................... 54
5.2.1 Base de dados ................................................................................................ 55
5.2.2 Estratégia de busca ........................................................................................ 56
5.2.3 Definição de restrições para a construção da base de dados ....................... 57
5.2.4 Documentos de patente ................................................................................ 60
5.3 Construção da base de dados de artigos científicos ............................................... 60
5.4 Construção da base de dados de patentes publicadas ........................................... 62
5.5 Identificação do perfil de desenvolvimento tecnológico ........................................ 63
5.5.1 Evolução temporal ............................................................................................ 66
5.5.2 Países e região de publicação ........................................................................... 66
5.5.3 Tipo de instituição ............................................................................................ 67
5.5.4 Categorias gerais e específicas ......................................................................... 69
5.6 Combinação de parâmetros de análise ................................................................... 71
xvi
CAPÍTULO 6 .................................................................................................................................... 72
RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................................................... 72
6.1 Produção temporal ............................................................................................... 73
6.2 Produção geográfica ............................................................................................. 77
6.2.1 Visão acumulada dos artigos científicos publicados por países ....................... 77
6.2.2 Visão acumulada dos documentos de publicados por países .......................... 79
6.2.3 Visão evolutiva das publicações de artigos científicos ..................................... 80
6.2.4 Visão evolutiva dos documentos de patente publicados por países ................ 82
6.3 Atuação de instituições ........................................................................................ 83
6.3.1 Visão acumulada dos artigos científicos publicados por empresas ................. 83
6.3.2 Visão evolutiva das publicações de artigos científicos por empresas .............. 84
6.3.3 Visão acumulada dos documentos de patente publicados por instituições .... 85
6.4 Perfil tecnológico .................................................................................................. 86
6.4.1 Artigos científicos publicados ........................................................................... 87
6.4.2 Documentos de patente publicados ................................................................. 90
6.4.3 Categorias específicas de processos de artigos científicos ............................... 93
6.4.4 Categorias de artigos científicos e patentes de aplicação ................................ 95
6.4.4.1 Artigos científicos ....................................................................................... 95
6.4.4.2 Patentes publicadas ................................................................................... 97
CAPÍTULO 7 .................................................................................................................................. 101
CONCLUSÕES ............................................................................................................................... 101
REFERÊNCIAS ............................................................................................................................... 104
ANEXO ............................................................................................................................109
1
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO
A evolução da atividade industrial pode ser observada em diferentes etapas da cadeia de
geração de produtos. Na base desta cadeia, em que o tipo de matéria prima utilizada está
diretamente relacionada, ocorreram diversas modificações desde o início das atividades
industriais. A matéria prima da revolução industrial, o carvão, foi o substituto da madeira no
fornecimento de energia, mas que foi posteriormente substituído pelo petróleo, com seu
potencial de transformação em diversos produtos. Essas substituições aconteceram
paulatinamente graças a várias adequações dos processos industriais. A realidade atual, em que
motivos econômicos e ambientais atuam, indica um interesse crescente por mais uma mudança
de matéria prima base da indústria química, já que existem fortes investimentos direcionados a
tornar viável a utilização de matérias primas renováveis para a obtenção de produtos
equivalentes ou alternativos aos existentes atualmente. O uso de fontes renováveis seria uma
forma de contornar os efeitos da instabilidade do preço do petróleo e a alta demanda desse
material fóssil, sendo uma saída para as recorrentes crises. Além disso, as restrições ambientais
ao uso de materiais fósseis seriam um estímulo para a utilização alternativas sustentáveis de
produção. Estas duas questões estimulam o desenvolvimento da tecnologia a partir de fontes
renováveis significativamente, e esse progresso reflete hoje no potencial desta tecnologia,
existindo hoje esse tipo de produtos disponível no mercado. Em consequência, esse potencial
crescente faz com que empresas almejam cada vez mais fazer parte dessa nova realidade, tanto
para ser menos vulnerável às variações do preço do petróleo quanto ser mais ambientalmente
correta. Esse cenário ganha maiores dimensões e força à medida que maiores são as discussões
sobre as necessidades de tecnologias menos impactantes para o ambiente, e que a robustez da
biotecnologia fornece base para tornar possível a indústria de bases renováveis. A figura inicial
dessa indústria, figurada de pequenos e poucos pontos, foi modificando-se em uma nova figura,
mais definida e com aplicações cada vez mais viáveis economicamente.
Os biocombustíveis são atualmente os produtos que mais representam esta mudança do
uso de fontes fósseis para fontes renováveis. Porém, existem muitas outras possibilidades de
2
produtos renováveis que vão além dos tanques de combustíveis. Matérias primas renováveis
são convertidas diariamente para a obtenção de produtos químicos da área farmacêutica,
obtenção de enzimas que potencializam a atuação de produtos de limpeza, obtenção de
biopolímeros compatíveis aos atuais no mercado. A transformação da matéria prima renovável,
que também pode ser chamada de biomassa, pode ocorrer através de processos termoquímicos
ou bioquímicos, os quais têm potencial de geração de muitos outros produtos. A conversão
termoquímica pode ser mais atrativa no que tange a maior flexibilidade de uso de matéria
prima, taxas de conversão mais rápidas, diversidade de produtos, dentre diversas outras
características que podem imprimir a esse tipo de conversão uma imagem mais aceitável numa
indústria química adaptada a altas pressões e altas temperaturas, e não tão familiarizada com
processos assépticos e lentos. Inclusive, os métodos de conversão termoquímica – gaseificação
e pirólise – são técnicas atualmente utilizadas com outra fonte, porém não renovável, o carvão
mineral. O uso dos mesmos processos com fonte renovável só é possível com adaptações nos
processos, o que gera necessidade de muita pesquisa científica a respeito, ainda mais para
atingir viabilidade econômica nos processos. O mapeamento de artigos científicos e
documentos de patente são formas de identificar o acúmulo dos esforços intelectual e
financeiro no desenvolvimento de tecnologias, permitindo o conhecimento do estágio de
desenvolvimento das tecnologias e, assim, da perspectiva de aplicação comercial daqueles
processos de conversão. O monitoramento da evolução das tecnologias de termoconversão de
biomassa foi realizado com o uso da bibliometria.
Este trabalho abordou três questões importantes para o estudo da evolução das técnicas
de conversão de biomassa por gaseificação e pirólise e tratou essas questões pela análise de
indicadores da produção científica e propriedade intelectual:
Comparando as conversões de biomassa por gaseificação e pirólise, qual está mais
desenvolvida e converge mais para a viabilidade econômica?
Quais países identifica-se maiores esforços para obtenção de produtos viáveis
originados de fonte renovável e transformados por termoconversão?
Quais são os produtos gerados por gaseificação e pirólise de biomassa são mais
propensos a serem viáveis economicamente?
3
1.1. Objetivos
Objetivo geral:
Este trabalho tem por objetivo geral avaliar as alternativas de processamento de
biomassa por método termoquímico – gaseificação e pirólise – para obtenção de energia,
combustíveis líquidos e produtos químicos.
Objetivos específicos:
Mapear a evolução tecnológica dos processos de gaseificação e pirólise de biomassa
lignocelulósica comparando de forma quantitativa a produção científica e propriedade
intelectual das duas técnicas de conversão;
Identificar países responsáveis pela evolução das técnicas em questão;
Apontar qual dos produtos possíveis de aplicação da conversão de biomassa – energia,
combustíveis líquidos ou produtos químicos – são proporcionalmente mais estudados e
patenteados.
1.2. Organização do estudo
Esta dissertação está dividida em oito capítulos. Este primeiro capítulo apresenta o tema
e as motivações da dissertação, contextualizando o assunto.
O segundo capítulo introduz o conceito de monitoramento tecnológico e bibliometria
fazendo uso de artigos científicos e documentos de patentes publicados. Modelos distintos que
descrevem o processo de inovação são apresentados, assim como o conceito de bibliometria é
descrito como método de compreender a evolução dos processos de gaseificação e pirólise. A
proposta da seção é realçar a importância da interação entre o desenvolvimento de
conhecimento e o caminho para uma tecnologia economicamente viável.
No terceiro capítulo é possível obter-se informações sobre materiais lignocelulósicos,
sua composição e características. A composição química do material lignocelulósico –
hemicelulose, lignina e celulose – é exposta a fim de compreender como é possível ter este
material como alternativa a produtos de origem fóssil e a descrição das características do
4
material busca esclarecer por que a transformação termoquímica de materiais lignocelulósicos
necessita de melhorias.
O quarto capítulo descreve os processos de conversão térmica de biomassa: gaseificação
e pirólise. Neste capítulo as duas tecnologias de conversão foram conceituadas, apresentadas as
aplicações e dificuldades de operá-las de forma economicamente viável. As técnicas de
gaseificação e pirólise são apresentadas como processos de conversão térmica cujos produtos
primários podem ser processados para obter eletricidade, combustível de transporte e produtos
químicos. É esclarecido que ainda existem desafios tecnológicos tanto do processamento da
biomassa para a obtenção dos produtos primários – principalmente gás de síntese para
gaseificação e bio-óleo para pirólise – quanto no uso desses produtos primários como matéria
prima para outros de maior valor agregado.
O quinto capítulo apresenta a metodologia de trabalho utilizada. O conceito de
bibliometria é aplicado em artigos científicos selecionados na base de dados Web of ScienceSM
(WoS) e em patentes selecionadas na base de patentes Derwent Innovations IndexSM, utilizando
palavras chaves apropriadas na pesquisa de cada tecnologia de conversão. Ambas as bases são
parte do Institute for Scientific Information, ISI.
No sexto capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos dos artigos
selecionados nas bases. Informações como número de publicações e patentes ao longo do
tempo, os países de onde se originam estas publicações e patentes, os tipos de instituição
realizam estas pesquisas, dentre outras informações relevantes para o estudo são exibidas e
discutidas.
O sétimo capítulo apresenta as conclusões finais do trabalho e as considerações finais
dos resultados obtidos neste estudo.
Além dos capítulos citados, o escopo desta dissertação é composto pelas referências
utilizadas ao longo do trabalho.
5
CAPÍTULO 2 INOVAÇÃO E BIBLIOMETRIA
O conceito de inovação já foi visto como uma etapa individual no processo de concepção
de um produto ou processo. Hoje o termo é visto como uma conexão entre ciência e tecnologia
e a indústria. O surgimento dessa concepção revela o a constatação de que conhecimento
exerce um papel crucial no progresso. A inovação passa a ser percebida como parte da
“economia baseada no conhecimento” e identificada como um processo complexo e sistêmico,
que interage o tempo todo com as etapas de produção, e não apenas como um ponto inicial de
desenvolvimento. Dessa forma, as discussões sobre inovação entram em um âmbito da relação
entre as instituições, observando os processos interativos, tanto na criação do conhecimento
quanto na sua difusão e aplicação (Manual de Oslo, 1997). A visão da inovação por esse ângulo
é respaldada neste capítulo pela apresentação das diferenças dos modelos de inovação
proposto na década de 1940 e o modelo de Kline e Rosenberg (1986). Além disso, são
apresentadas algumas formas de monitoramento tecnológico, assim como o método
bibliométrico utilizado neste trabalho.
2.1 Inovação
Em tecnologia, o termo inovação, que envolve a introdução de uma novidade, pode ser
confundido com o termo invenção, que depende da criação de algo novo, mas que não
necessariamente é, de fato, implementado, aplicado. Os termos não são completamente
distintos, visto que uma inovação foi um dia uma invenção, mas esta pode não necessariamente
se tornar uma inovação. Existem modelos que descrevem como ocorrem as inovações,
apresentados mais à frente do capítulo. Apresentando brevemente as ideias de Kline e
Rosenberg (1986), corroboradas por Smith (2005), uma inovação não depende de um processo
de invenção, em termos de descoberta de novos princípios. Tal processo, que envolve P&D,
pretende ser mais uma etapa de acondicionamento e melhorias do que um elemento de ponto
de partida. Nessa concepção, o entendimento de novidade de um produto ou processo vai além
de criações completamente novas. Algumas pequenas mudanças na aplicação ou no
6
desempenho de tecnologias já existentes, a longos prazos podem significar grandes mudanças
tecnológicas e econômicas. Modificações oriundas não apenas de P&D, mas também aquelas
geradas de desenvolvimentos de engenharia e experimentações, treinamentos, exploração de
marketing, entre outros.
Para a análise dos diversos parâmetros que compreendem uma inovação são
necessários indicadores significativos, capazes de identificar tais mudanças e refletir no que
essas representarão em questões tecnológicas e econômicas. Não é simples prever o fim da
trajetória tecnológica, com tantos fatores de entrada, mas as etapas que vão desde a criação de
um protótipo até a utilização no mercado, de acordo com Kupfer e Tigre (2004), são três:
Invenção: ideia, descoberta, protótipo, patente, planta piloto, etc., ainda sem aplicação
comercial;
Inovação: ocorre com a aplicação de uma invenção em atividades práticas;
Difusão: processo pelo qual o mercado adota a inovação.
A ocorrência das três fases1, em geral não acontece de forma linear, sendo intercaladas
ao longo do tempo, tal como o modelo de chain-link elucida.
2.2 Economia da inovação
Antes de diversos estudos nas últimas décadas2, o processo de inovação ainda não era
bem compreendido. A visão macro do processo aponta para a inovação como um fator
dominante no crescimento econômico nacional e nos padrões do comércio internacional. Já em
relações às empresas, considerando-se a visão micro, o investimento em pesquisa e inovação
aparece como um maior potencial de absorção e utilização pela empresa de novos
conhecimentos em níveis além do conhecimento tecnológico. Sendo assim, a expressão
“economia baseada no conhecimento” relaciona as tendências verificadas na maioria das
economias mais avançadas com respeito à dependência maior no conhecimento, informações e
altos níveis de competências, somados à necessidade crescente de pronto acesso a tudo isso. O
1 Detalhes sobre a dinâmica do processo de difusão pode ser encontrado no texto de Kupfer e Tigre (2004). 2 O Manual de Oslo faz referência a revisões das recentes descobertas sobre inovação, encontradas em Stoneman,
P. (org.) (1995) Handbook of the Economics of Innovation and Technological Change, e in Dodgson, M. e R. Rothwell (orgs.) (1994), The Handbook of Industrial Innovation, ambos: Edward Elgar, Aldershot.
7
trecho a seguir relata a importância dessa tendência para políticas nacionais (OECD, 1996, apud
Manual de Oslo, 1997):
“O conhecimento, em todas as suas formas, desempenha hoje um papel crucial em processos econômicos. As nações que desenvolvem e gerenciam efetivamente seus ativos de conhecimento têm melhor desempenho que as outras. (...) Este papel estratégico do conhecimento é ressaltado pelos crescentes investimentos em pesquisa e desenvolvimento, educação e treinamento e outros investimentos intangíveis, que cresceram mais rapidamente que os investimentos físicos na maioria dos países, e na maior parte das últimas décadas. (...) A mudança tecnológica resulta de atividades inovadoras, incluindo investimentos imateriais como P&D, e cria oportunidades para maior investimento na capacidade produtiva.”
A constatação de que a inovação está incorporada na mudança econômica foi bem
apontada por Schumpeter ao dizer que “inovações radicais provocam grandes mudanças no
mundo, enquanto inovações ‘incrementais’ preenchem continuamente o processo de mudança”
(Schumpeter, 2004, apud Manual de Oslo, 1997). Especificamente no estudo das tecnologias
neste trabalho, para que haja inclusão no mercado com perfil que vem aos poucos sendo
direcionado para a aplicação de tecnologias que utilizam fontes renováveis, pesquisadores e
empresas caminham em direção à inovação que vá proferir lucro, desenvolvendo-se padrões
técnicos que correspondam a este objetivo. O monitoramento dos vetores de força dessas
tecnologias pode ser encontrado no capítulo de resultados deste trabalho, enquanto que este
capítulo se atém a apresentar como a inovação está inserida da vida de um produto ou de uma
tecnologia por visões de diferentes épocas.
2.3 O processo da inovação
No processo de inovação estão intrínsecas incertezas da tecnologia e do processo, já que
a inovação envolve a criação e o marketing de uma novidade e fatores comerciais, e
tecnológicos são indispensáveis para o sucesso. A gestão e a redução dessas incertezas são
essenciais no processo de inovação (Kline e Rosenberg, 1986) para que se possa prever, mesmo
que aproximadamente, a consequência da inovação. Em geral, quanto maiores são as mudanças
introduzidas, maiores são as incertezas das questões tecnológicas e na resposta do mercado a
essa inovação. Porque a implementação de uma inovação não acontece de forma simples e
questões econômicas e tecnológicas devem ser consideradas, que variam de caso a caso, é
8
bastante complexa uma definição de fórmula ou medição. Mas o monitotamento da tecnologia
permite conhecer a amplitude da mudança e pressupor parte das consequências futuras.
A característica de inovação incide em pontos diferentes, assim como os métodos de
inovar-se podem ser distintos. Segundo Kline e Rosenberg (1986), a inovação pode aparecer em:
novo produto;
novo processo de produção;
substituição de um material mais barato, recém-desenvolvido para uma determinada
tarefa, em um produto essencialmente inalterado;
a reorganização da produção, funções internas, ou acordos de distribuição que
conduzem a uma maior eficiência, melhor suporte para um determinado produto, ou
custos mais baixos;
aprimoramento da tecnologia.
Os mesmos autores identificaram como a invação está inserida em todo o processo de
mudança de um produto ou tecnologia, com o modelo chain-link, apresentado mais a frente.
Entretanto, o reconhecimento de que o processo de inovação é uma rede complexa que
correlaciona parâmetros interligados aconteceu posteriormente à consideração de outros
estudiosos, cuja a interpretação do que vem a ser inovação era uma sequência contínua de
fatores.
A partir da Segunda Guerra Mundial um modelo de inovação de estrutura direta
predominou, com estrutura linear e sem interações ou respostas de feedback, como ilustrado
na Figura 2.1 .Esse modelo seria aplicável em uma conjuntura ideal, em que todas as
características do produto/processo desenhadas não haveriam necessidade de alterações
posteriores e ainovação seria apenas o ponto de partida. A percepção de que um produto ou
processo precisa de melhorias e adaptações, ou seja, inovações, resultou em inclusão dessa na
agenda política da maioria dos países desenvolvidos.
9
Figura 2.1 Modelo de inovação linear, apresentado na Segunda Guerra Mundial. Adaptado de Kline e Rosenberg (1986)
Conforme houve melhoria no entendimento da inovação, o conceito incorporou as
políticas de ciência e tecnologia, e posteriomente industriais, ao passo que surgiu a consciência
da importância dos sistemas. O processamento dessa nova consiência pode ser bem
representado pelo modelo de Kline e Rosenberg (1986) (Figura 2.2 ) e sustentado por outros
autores (Manual de Oslo, 1997; Smith, 2005) . Este modelo introduz a interação nos diferentes
níveis do processo de desenvolvimento de uma tecnologia ou produto, integrando a inovação
em diferentes etapas desse processo. A incerteza de cada um dos sub-processos resulta no uso
da pesquisa como ferramenta de avanço conforme a resposta gerada da etapa. Dessa forma, a
progressão não é feita de forma direta como proposto no modelo da Figura 2.2. Existe o elo
entre as diferentes fases da inovação e o sucesso ou fracasso vai depender de quão eficaz
acontece essa ligação.
Analisando brevemente o modelo, os passos se iniciam em “C”, que segue para o
desenho do projeto, passa pelo desenvolvimento, produção, até a comercialização. O segundo
passo introduz uma série de ligações de feedback, identificadas por “f” e “F". Acontece iteração
destes feedbacks com os passos e reconecta diretamente as necessidades percebidas do
mercado e usuários às melhorias potenciais do desempenho do produto e serviço na rodada
seguinte de projeto. Nessa perspectiva, o feedback é parte da cooperação entre a especificação
do produto, desenvolvimento de produto, processos de produção, marketing, e componentes
de serviço de uma linha de produtos. A Pesquisa entra no processo quando o conhecimento
existente não apresenta resposta satisfatória para o objetivo desejado (caminho K-R); quando
não existe conhecimento sobre o assunto (caminho D), que podem aparecer nas etapas de
invenção, projeto ou remodelagem do projeto.
Essa representação do processo de aplicação de uma inovação proporciona o conceito
da pesquisa nesse processo, mostrando que para que o sucesso seja alcançado, investigações
devem ser constantemente realizadas. E no dinamismo do mercado, as diretrizes mudam e há
Pesquisa Desenvolvimento Produção Marketing
10
necessidade de mais pesquisas, num processo constante de adaptação. Detalhes do
entendimento do modelo podem ser encontrados em Kline e Rosenberg (1986).
C: cadeia central de inovação
f: loop de feedback
F: Feedback particularmente importante
K-R: Ligações pelo conhecimento disponível e caminho de retorno. Se o problema é
resolvido no nó
K, a ligação 3 até R não é ativa. O retorno vindo da pesquisa (ligação 4) é problemático e,
portanto, representado por linha tracejada.
D: Ligação direta até a pesquisa e vindo da pesquisa ocasionados por problemas na
invenção e projeto.
I: Apoio à pesquisa científica por instrumentos, máquinas, ferramentas e procedimentos
tecnológicos.
S: Apoio à pesquisa nas ciências relacionadas à área do produto para ganhar informação
diretamente e monitorar o trabalho externo. As informações obtidas podem ser utilizadas
a qualquer momento ao longo da cadeia.
Figura 2.2 Modelo chain-link, descrito por Kline (1985, apud Kline e Rosenberg, 1986).
A possibilidade de serem previstas melhorias de tecnologias através de pesquisa e a
dificuldade dessa previsão foi sintetizada por Rosenberg (1986):
“Talvez a razão pela qual prevemos o impacto da mudança tecnológica de forma tão deficiente seja o fato de estarmos lidando com um conjunto de relações extraordinariamente complexas e interdependentes. No entanto, a partir dessa prevenção, devemos ser capazes de
11
fazer um trabalho um pouco melhor no futuro, mesmo que seja pelo desenvolvimento de uma melhor avaliação de algumas das razões pelas quais nós erramos tanto no passado”
Neste trabalho apresenta-se o modelo de Kline e Rosenberg (1986) em detrimento de
diversas outras maneiras usadas por outros autores para caracterizar a inovação, porém não é o
objetivo aqui defender esse preferivelmente a qualquer outro. O objetivo dessa discussão é de
apresentar a inovação como a atividade complexa, diversificada, com interação entre vários
componentes do processo que ela é e apontar para a necessidade de reflexão dessas interações
pelos agentes da inovação.
Em relação à metodologia de introdução da inovação, o Manual de Oslo (1997) identifica
três: estratégica, de P&D e de não P&D. Essas são formas de modificar os ativos tecnológicos, a
capacidade e desempenho de produção.
Estratégica: Necessidade de tomadas de decisão por empresas posterioemtente à
atividade de inovação sobre os tipos de mercado que atuam ou pretendem criar e os
tipode de inovação que desejam introduzir.
P&D: pesquisa em termos abrangentes:
Pesquisa básica que amplia os conhecimentos dos processos fundamentais
relativos ao que se produz;
Pesquisa estratégica, do tipo relevante para a indústria que não possui
aplicação específica que procura ampliar o número de projetos disponíveis;
Pesquisa aplicada para desenvolver invenções específicas ou modificações
técnicas existentes;
Desenvolver de conceitos de produtos para avaliar se são possíveis de serem
produzidos;
De não P&D: mesmo não caracterizadas como P&D, essas pesquisa pode identificar
novos conceitos e tecnologias de produção. O desenvolvimento de projetos e
engenharias, estudo da área de marketing, investimento em equipamentos ou
processos são algumas formas de reorganizar ou reorientar o sistema geral de
produção que resultam em melhoria da qualidade e competitividade.
12
No que tange este trabalho, a inovação que implica a utilização de matéria prima
diferente daquela tradicional em um processo já estabelecido propõe uma inovação tanto na
matéria prima quanto no processo. Tal inovação é incorporada à tecnologia por métodos de
P&D e não P&D, visto que as alterações no processo tão tamanhas que são necessárias
pesquisas básicas no processo, pesquisa aplicada para julgar se há outras formas de introduzir a
tecnologia no mercado, estudo de marketing de produtos de fonte renovável e tantas outras
pesquisas quanto necessárias para a concretização da inovação.
Os indicadores de inovação são ferramentas que auxiliam na identificação de desafios
tecnológicos e, então, projeta-se o futuro do objeto em foco. Um dos métodos para alcançar tal
objetivo é a análise de publicações, patentes ou citações, de tal forma a medir e interpretar os
avanços tecnológicos. A resposta pode ser obtida através do desenvolvimento de modelos
matemáticos e medidas a esses processos que resultam na tomada de decisão (Tague-Sutcliffe,
1992). Autores como White e McClain (1989, apud Tague-Sutcliffe, 1992) limitam o estudo da
bibliometria ao processamento quantitativo de literatura baseado em bibliografia.
Segundo Watts e Porter (1997) o tipo de estudo que busca conhecer o caminho da
tecnologia pretende adquirir informações a respeito de:
1. Posição do ciclo de vida da tecnologia – determina o quanto a tecnologia
avançou num período de tempo, taxa de crescimento e posição das tecnologias a
que está diretamente dependente;
2. Receptividade do contexto de inovação – contextualiza fatores econômicos e
outras influências no desenvolvimento da tecnologia em foco;
3. Cadeia de valor do produto e prospecção de mercado – potencial de retorno e
necessidades para permitir que essas sejam completadas.
Essas influências são interligadas de forma complexa. A sugestão de processamento das
informações é dividida em conceitos de medidas bibliométricas, que apresentam fatores e
indicadores para cada um dos itens mencionados. A análise detalhada de todos os itens requer
um conhecimento profundo da tecnologia, do mercado, das regulamentações, e nem todas as
informações estão disponíveis para consulta. Por isso existem diversas técnicas de prospecção
tecnológica e seu conceito é apresentado a seguir.
13
2.4 Prospecção tecnológica
Prospectar o futuro em tecnologia pretende fornecer perspectivas de mudança
tecnológica significativa em um tempo determinado (Watts e Porter, 1997). A verificação dessas
mudanças constrói previsões de futuro que auxiliam em tomadas de decisão com relação ao
planejamento estratégico corporativo, gestão de P&D, desenvolvimento de produtos,
investimentos em nova tecnologia, produção e comercialização, compra de uma nova
tecnologia (Kupfer e Tigre, 2004) e tantas outras decisões cujas análises prévias podem ser
determinantes no resultado final. Prospecção tecnológica compreende variados objetivos, faixas
de tempo e enfoques (Watts e Porter, 1997), tendo como premissa que os futuros possíveis são
variados (Kupfer e Tigre, 2004), podendo caminhar para diferentes direções.
Os métodos de prospecção tecnológica são diversos; alguns abrangem perspectivas
diferentes de outros, e dos métodos existentes podem ser identificadas três abordagens lógicas
para o problema de prospectar o futuro, segundo Kupfer e Tigre (2004).
1. Baseada em interferência – a mais convencional. Aquela que trabalha com a
extrapolação das tendências, reproduzindo, até certo ponto, fenômenos já
ocorridos, sem considerar qualquer ruptura ou descontinuidade nas trajetórias
evolutivas referentes aos objetos analisados. Essa perspectiva se baseia em modelos
teóricos, empíricos da realidade, ou em construção, por analogia de antecedentes
históricos do problema.
2. Levantamento de trajetórias alternativas. O futuro é representado em diversos
cenários, projetado em processo de divergência de alguns parâmetros.
3. Construção de um consenso. Esta abordagem é a associação de ideias e visões
coletivas de um corpo de pessoas conhecedoras do objeto de prospecção e com
capacidade de reflexão sobre tal.
Essas três abordagens estruturam os métodos de prospecção de uma tecnologia, que
podem ser organizadas em três grupos principais, segundo Kupfer e Tigre (2004):
Monitoramento – compreende em monitorar o objeto em foco em termos de
evolução e os pontos de mudança, de forma sistemática e contínua;
14
Previsão – compreende a realização de projeções futuras considerados os fatos
históricos e modelagem de tendências;
Visão – compreende a previsão de cenários futuros baseado em reflexões e
discussões entre especialistas do objeto respaldadas em seus conhecimentos e
subjetividades.
Os dois primeiros resultam em análises quantitativas, enquanto que o último é
qualitativo. O presente trabalho realizou estudo de monitoramento tecnológico, fazendo uso de
informações históricas obtidas de artigos científicos e documentos de patentes referentes às
tecnologias de conversão térmica de biomassa. Tal estudo é conhecido como bibliometria e é
descrito no próximo item.
Algumas técnicas de prospecção tecnológica foram reunidas por Vanston (1995, apud
Watts e Porter, 1997) e apresentada na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 Técnicas de prospecção, que englobam objetivos variados, horizontes de tempo, e abordagens. Adaptado de Vanston (1995), apud Watts e Porter (1997).
Extrapolação Análise de objetivos Intuitiva
Análise de desafios tecnológicos
Análise de implicação Pesquisa Delphi
Análise de substituição Análise de conteúdo Conferência de grupo nominal
Análise de limite de crescimento
Análise de players
Entrevistas estruturadas /desestruturadas
Curvas de aprendizagem Análise de patente Análise abrangente de oportunidades
Análise de patente Estratégia de feedback
Analogias Varredura
Tendências precursoras Monitoramento
Análise morfológica Planejamento de cenário alternativo
Modelos de feedback Modelos de Monte Carlo
15
A gama de possibilidades de desenvolver a perspectiva de um objeto de análise divide
autores quando a relevância e a eficiência de cada um. Por exemplo, Martino (2003) discute os
métodos de Delphi, extrapolação, prospecção probabilística, teoria do caos. Segundo o autor,
uma única metodologia não pode ser considerada para todas as tecnologias analisadas visto que
as características de cada tecnologia devem ser consideradas na escolha do método. Já Mishra,
Deshmukh, e Vrat (2002) apresentam vantagens e desvantagens dos diversos métodos
propostos e concluem que a utilização de uma técnica e a validação do resultado por uma outra
aumenta a confiabilidade da prospecção.
O trabalho de Watts e Porter (1997) levanta conceitos de inovação tecnológica e das
fontes dos dados de prospecção. Parte destes conceitos encontra-se na Tabela 2.2, sendo
específico para inovações em etapa de P&D.
Tabela 2.2 Indicadores do ciclo de vida da tecnologia Indicadores segundo Watts e Poter (1997) (adaptado).
Perfil de P&D
Pesquisa de fundamentos Base de dados como Science Citation Index e Web of Science
Pesquisa aplicada Base de dados como Engineering Index
Desenvolvimento Base de dados como U.S. Patents e Derwent Innovations Index
Aplicações Base de dados como Newspaper Abstracts Daily
Impactos sociais Edições publicadas em Business and Popular Press abstracts
As diferentes análises de prospecção tecnológica abrangem diferentes pontos da
tecnologia, por isso a combinação de mais de uma medida pode ser útil. A criação de um perfil
da tecnologia em termos de publicações e documentos de patentes pode fornecer um estudo
valioso de inteligência competitiva. Sendo assim, este trabalho fez uso de técnicas de
bibliometria, a qual pode utilizar contagem de publicações, patentes, citações e outros itens que
gerem informação sobre o desenvolvimento de uma ciência e tecnologia e sejam indicadores de
desempenho destes (Narin, Olivastro, Stevens, 1994 apud Kostoff et al, 2005).
2.5 Monitoramento - Bibliometria
O desenvolvimento de um processo compreende três estágios, descrito por Utterback e
Abernathy (1975) como descoordenado, segmentar e sistêmico. De acordo com a definição de
16
cada um, as tecnologias de conversão térmica de biomassa, analisadas neste trabalho, são
inseridas no primeiro estágio. O processo se encontra no início da vida, desenvolvem-se
melhorias frequentes para que haja competitividade no mercado, há numerosas mudanças no
processo. O processo é composto por amplas operações ainda não compreendidas. Essas
características definem o processo como em um estágio fluido, com relações fracas e não
definidas entre os elementos do processo (Utterback, Abernathy, 1975). Em tal estágio de
desenvolvimento é importante que se faça uso dos métodos descritos como prospecção
tecnológica para que decisões sejam tomadas com respaldo de fatos acontecidos
anteriormente, tendências e conhecimentos de especialistas. Frente aos diversos métodos
existentes de orientação de tomadas dessas decisões, o presente estudo trabalha com
bibliometria.
Bibliometria é baseada na enumeração e análise estatística da produção científica na
forma de artigos, publicações, citações, patentes e outros indicadores mais complexos. É uma
ferramenta importante na avaliação de atividades de pesquisa, laboratórios e cientistas, bem
como as especializações científicas e de desempenho de países (Okubo, 1997). A coleção desses
indicadores forma um banco de dados com informações sobre pesquisadores individuais ou
equipes de pesquisa, insituições, países, identificar redes nacionais e internacionais da pesquisa
de interesse e descrever o desenvolvimento de nocos campos (multidisciplinares) da ciência e
da tecnologia (Manual de Frascati, 2002).
De acordo com Smith (2005), os indicadores para uma análise de inovação
compreendem três áreas amplas: dados de pesquisa e desenvolvimento (P&D), dados de
aplicações de patentes, e dados bibliométricos (dados de publicação científica e citações). A
análise realizada com auxílio dessas informações é beneficiada por se tratar de dados
disponíveis com uma longa faixa de tempo e, em alguns casos, existir padronização adequada.
Como desvantagem têm-se as atividades de P&D que não são publicadas ou patenteadas e o
fato de que nem toda – ou bem pouca – publicação ou invenção patenteada torna-se uma
inovação tecnológica (Smith, 2005).
Watts e Porter (1997) empregam diversas abordagens de previsão tecnológica como
contexto para o estudo de prospecção tecnológica, e a bibliometria é um dos métodos. Os
17
dados bibliométricos e análises dispõem informação sobre orientação científica e dinamismo de
um país (ou algum outro grupamento) e suas participações no mundo científico e tecnológico,
ou seja, um reflexo do impacto dessa orientação científica na comunidade nacional e
internacional. A geração de análises de cooperação permite a visualização das redes científicas
existentes e das ligações entre países, insituições e pesquisadores, assim como a estrutura de
disciplinas científicas e as suas ligações. O método auxilia a descrever e expressar questões
aparentes no meio científico (Okubo, 2002).
A literatura dispõe de diversas formas de análise bibliométrica. Análise de citação
considera os padrões de referência entre artigos ou patentes para detectar contribuições
seminais e padrões de interação, e até mesmo a previsão de áreas de investigação emergentes.
A investigação de artigos científicos auxilia na exploração, organização e análise de dados
históricos, os quais permitem identificar padrões ocultos importantes na tomada de decisão. Os
métodos bibliométricos são empregados na investigação de produção acadêmica de assuntos
para, através da compreensão do passado daquele processo, prever melhor o futuro (Daim et
al, 2006).
A análise de publicações científicas propõe que artigos são indicadores de atividade de
pesquisa e a análise de patentes relaciona atividades de patenteamento aos perfis de
tendências de interesses da empresa (Watts e Porter, 1997). A pesquisa bibliométrica deste
trabalho empregou as duas propostas de biliometria e são descritas de forma simplificada.
2.5.1 Bibliometria – artigo científico
A produção científica medida pelo número de publicações de artigos pode considerar
também outros tipos de publicação científica, como livros, jornais, revisões, reportagens, etc.
Este trabalho utilizou artigos científicos e revisões relativos a conversão térmica de biomassa,
como é apresentado no capítulo de metodologia.
A bibliometria obtida por produção científica fornece uma medida inicial, simplificada e
aproximada do despendimento de trabalho de cientistas, de um laboratório, de uma
universidade, de um time de P&D nacional ou internacional, um país. O número de artigos e as
informações extraídas desse conjunto, por si só, constitui um indicador bibliométrico
18
aproximado. Por conta disso, a geração de medidas mais significativas em relação ao impacto
dessas pesquisas para a área do assunto precisa considerar outras bases de dados (Okubo,
1997), como dados bibliométricos de patentes. Dessa maneira, as tendências da dinâmica de
pesquisa de um país, por exemplo, podem ser monitorados e acompanhados ao longo do tempo
(Okubo, 1997).
2.5.2 Bibliometria – patente
Antes de apresentar características do método de bibliometria utilizando patentes, é
necessário descrever brevemente o significado de um documento de patente. Este tipo de
documento constitui uma forma inicial de proteção leal para invenções criadas por empresas ou
indivíduos, e por isso pode ser considerada um indicador de inventividade (Okubo, 1997).
Segundo a descrição do conhecido escritório de patentes USPTO – The United States Patent and
Trademark Office (escritório de patentes e marcas registradas dos Estados Unidos) – a patente é
um documento outorgado pelo Estado, que oferece ao inventor direitos de monopólio para o
uso de uma invenção técnica, excluindo terceiros de produzir, utilizar, comercializar no país
onde a patente foi depositada ou importar para o país a invenção sem o consentimento do
proprietário durante um período limitado. Em troca, a invenção se torna pública quando a
patente é concedida. A patente deve ter novidade, ter aplicação industrial e envolver atividade
inventiva. Cada patente é válida individualmente em cada país e em geral é concedida por um
escritório de patentes nacional ou regional.
Smith (2005) afirma que o sistema de patentes reúne informações detalhadas sobre as
novas tecnologias em um registro público de longo período de atividade inventiva, que é
relativamente contínuo. Esta característica permite que dados de patente sejam um indicador
de inovação, a mencionar:
• A concessão de patentes acontece para aquelas invenções passíveis de
comercialização, ou seja, de se tornarem potencialmente uma inovação;
• O sistema de patentes registra sistematicamente as informações importantes sobre
essas invenções;
19
• As tecnologias patenteadas são agrupadas pelo sistema de patentes em um sistema de
classificação detalhado;
• O sistema de patentes é uma instituição antiga, que disponibiliza uma longa história da
tecnologia, o que permite utilizar patentes para explorar questões quantitativas durante
períodos longos;
• Os dados estão disponíveis gratuitamente nos sites de escritório de patente.
O uso de patentes como indicadores de produção tecnológica é, segundo o Manual de
Frascati (2002), o, provavelmente, mais frequentemente utilizado. Os estudos bibliométricos
que fazem uso de patentes proporcionam uma medida de produção da atividade inovadora de
um país: as invenções. É largamente reconhecido que existe uma estreita relação entre
patentes e o potencial da inovação, já que, comparado com artigos científicos, essas estão
geralmente mais próximas de uma realidade comercial. Sendo assim, a pesquisa científica utiliza
cada vez mais dados de patentes para obter informações sobre os determinantes e o impacto
da atividade inovadora. Além disso, esses dados permitem identificar as mudanças na estrutura
e na evolução da atividade inventiva dos países, indústrias, empresas e tecnologias, por meio de
mapeamento das mudanças na dependência tecnológica, sua difusão e inserção (Manual de
Frascati, 2002).
O monitoramento de tecnologias através de patentes oferece elementos para a medição
de resultados de recursos investidos em atividades de pesquisa e desenvolvimento e, mais
especificamente, as tendências de mudanças tecnológicas com o tempo. Estatísticas geradas a
partir de patentes são cada vez mais utilizadas como indicadores de ciência e tecnologia, e
documentos de patentes contém um número de elementos que podem ser usados na análise
bibliométrica (Okubo, 1997).
Entretanto, a evolução de uma tecnologia contextualizada em publicações e em
documentos de patentes não é completa, já que a contagem das informações disponíveis em
bases de dados não distingue a qualidade do trabalho, e diversos trabalhos de inovação podem
não ser publicados ou patenteados. O sistema de patentes pode ou não indicar uma inovação,
como ilustrado na Figura 2.3, porém denota uma importante ferramenta de previsão de
caminhos de uma tecnologia. A riqueza de informação existente em artigos científicos e
20
documentos de patentes pode oferecer medidas importantes quando avaliadas com outros
dados do contexto (Watts e Porter, 1997).
Figura 2.1. Figura generalizada da relação entre patentes, invenções e inovações. Adaptado de Basberg (1987).
2.6 Considerações finais do capítulo
O conhecimento gerado e publicado em artigos e patentes ao longo do tempo pode
gerar informações importantes para o conhecimento da tecnologia tal qual essa evolui. Até uma
invenção tornar-se uma inovação, diversos processos são percorridos e a análise de uma fração
dessas etapas – com artigos científicos e patentes – tem o papel de moldar o perfil e a
potencialidade da técnica de seguir até o mercado.
O estudo bibliométrico das técnicas de conversão de materiais lignocelulósicos confere
indicações de tendências na tecnologia. Para este estudo, a importância da bibliometria se dá
na possibilidade de comparação das duas tecnologias e seus avanços, tanto no ramo da
pesquisa quanto numa margem mais comercial ao serem analisadas as patentes. O uso dessas
técnicas é descrito no capítulo de metodologia.
Invenções
PatenteInovações
Invenções patenteadas em desuso
Invenções patenteadas
utilizadas
Invenções em desuso
Invenções utilizadas
21
CAPÍTULO 3 MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS
A busca por alternativas sustentáveis de produção impulsiona diversas indústrias, dentre
elas a química, em direção ao uso de matérias primas de origem renovável. Fontes renováveis
tais quais as biomassas lignocelulósicas, tão abundantes inclusive como resíduos, são potenciais
matérias primas para produtos valiosos. Os conceitos de biomassa, composição e uso na
indústria química são apresentados neste capítulo. Apresenta-se também a importância do
conceito de biorrefinaria para uma indústria sustentável economicamente viável.
3.1. Biomassa
O National Renewable Energy Laboratory (NREL – www.nrel.gov) define biomassa como
sendo qualquer material orgânico derivado de planta, renovável, heterogêneo e quimicamente
complexo. A biomassa é definida como matéria natural ou derivada desta podendo ser espécies
de madeira e herbáceas, alguns resíduos industriais e da agricultura, bagaço e palha de plantas,
algas, dentre muitos outros.
O uso de biomassa de forma comercial ocorre em diversos ramos da indústria química,
como carvão vegetal, etanol, biodiesel. De fato, materiais lignocelulósicos se destacam
principalmente na aplicação como biocombustíveis apesar da diversidade de produtos possíveis
de ser obtidos a partir de outros tipos de biomassa. Entretanto, um número pequeno desses
produtos é economicamente viável. A Figura 3.1 é uma representação gráfica de 30 building
blocks mais promissores na indústria química utilizando renováveis segundo Werpy e Petersen
(ed, 2004).
3.2. Composição da matéria lignocelulósica
A capacidade de obtenção da diversidade de produtos como os encontrados na Figura
3.1 advém da diversidade de moléculas que compõem a biomassa. Da matéria lignocelulósica
pode-se obter principalmente três componentes - celulose, hemicelulose e lignina. A Figura 3.2
representa esquematicamente estas frações e como elas se apresentam no material vegetal.
22
Figura 3.1 Diagrama de blocos para alguns produtos bioderivados. Adaptado de Werpy e Petersen (ed, 2004).
Celulose
Óleo
Lignina
Matéria prima de biomassa
Produtos finais/usos Intermediários Produtos secundários
Building blocks
Produtos intermediários
Amido
Industrial
Inibidores de corrosão, tratamento de água, lubrificantes. Transporte Combustíveis, assentos de carro, amortecedores, inibidores de corrosão
Têxteis Fibras, tecidos, revestimentos de tecido, espuma, lycra, elastano.
Alimentação segura Embalagens de alimentos, conservantes, fertilizantes, pesticidas, eletrodomésticos.
Meio ambiente Produtos químicos para água, floculantes, quelantes, produtos de limpeza
Comunicação Revestimentos de fibras óticas, displays de cristal líquido, corantes.
Habitação Tintas, resinas, cimentos, vernizes, retardadores de chama, adesivos. carpetes.
Recreação Calçados, equipamento de proteção, câmera, peças de bicicletas e pneus, barcos. Saúde e Higiene Cosméticos, loção bronzeadora, produtos médico-dentários.
Syngas bio derivado
Açúcares Glicose Frutose Xilose
Arabinose Lactose
Sacarose Amido
SG
C2
C3
C4
C5
C6
Ar
H2
Líquidos Fischer-Tropsch
Metanol
Glicerol
Ácido malônico
Lático
Ácido succínio
Ácido aspartico
Ácido málico
Ácido itacônico
Ácido glutâmico
Furfural
Lisina
Sorbitol
Ácido glucônico
Ácido ferúlico
Ácido gálico
Síntese de amônia, produtos de hidrogenação
α-olefinas, ceras, gasolina, diesel
Ésteres metílicos, Éterdimetil, gasolina
Síntese de amônia, produtos de hidrogenação
olefinas, ceras, gasolina
Ésteres metílicos, éterdimetil, gasolina
THF, esteres, diamina
Derivados de amino succinato
Derivados de hidroxi succinato
Derivados metil succinato, ácido insaturado
Diversos derivados furano
Caprolactama, 1,5-diaminopentano
Glicóis, glicerol, lactato
Gluconolactona, ésteres
Fenólicos, aditivos alimentares
Unidade de construção de reagentes
Solventes verdes
Solventes
Especialidades de Intermediários químicos
Aminas
Emulsificantes
Resinas, agentes de reticulação
Polipirrolidona
Poliésteres
Nylons (poliamidas)
Poliacrinamidas
Poliacrilato
Polissacarídeos
Poliuretanos
Policarbonatos
Resinas de fenol-formaldeído
Dióis de amino, ácido glutárico
Hemicelulose
23
Uma célula vegetal é estruturada de forma a garantir a sobrevivência da planta. As
frações majoritárias observadas na Figura 3.2 (lignina, hemicelulose e celulose) são responsáveis
por 97-99% de toda massa seca dos materiais. A fração celulósica encontra-se envolvida pela
lignina, cuja função é aumentar a resistência da estrutura a ataques químicos e enzimáticos. A
hemicelulose atua como um elo químico entre a celulose e a lignina. Estas características
resultam em um material flexível, porém altamente resistentes a espécies químicas (Achyuthan
et al, 2010). A porcentagem das três unidades monoméricas varia entre as espécies vegetais,
órgãos e mesmo camada de mesma parede celular. Possivelmente esta diferença acontece de
acordo com a espécie e idade da planta (Doherty et al, 2011). Para melhor compreender como
tantos produtos podem ser obtidos da biomassa, as características e composição química da
hemicelulose, lignina e celulose estão apresentadas a seguir.
Figura 3.2 Ilustração da parece celular vegetal. Na parte inferior da figura é possível observar-se como lignina, celulose e hemicelulose se apresentam interligadas. Adaptado de Murphy e McCarthy (2005).
3.2.1. Hemicelulose
A hemicelulose está ligada à superfície da celulose e esta junção entre as
microfibrilas de celulose e hemiceluloses ocorre de tal modo a resultar em uma rede coesa ou
atuar como um revestimento deslizante para impedir o contato direto entre as microfibrilas. A
junção com a lignina ocorre por ligação cruzada que, porque a composição da hemicelulose e da
Feixe de celulose
Hemicelulose
Lignina
Celulose
24
lignina é diferente em cada planta, esse tipo de ligação varia de planta para planta e de tecido
para tecido (Jeffries, 1994).
O termo deve aparecer no plural, dada à existência de diversos polissacarídeos que as
compõem (Taiz & Zeiger, 2004) com sequências repetidas de estruturas complexas, mas bem
definidas (Szengyel, 2000). Esses polímeros, que a estruturam, se apresentam de forma
ramificada e heterogênea, principalmente de pentoses (xilose, arabinose), hexoses (manose,
glicose, galactose) e açúcares acetilados. A Figura 3.3 ilustra as unidades da hemicelulose. A
massa molar de hemicelulose é menor que das moléculas de celulose e as ramificações
formadas com cadeias laterais são mais curtas, fato pelo qual aquela é mais facilmente
hidrolisada comparando com lignina e celulose (Agbor, 2011).
Figura 3.3 Ilustração esquemática de unidades de açúcar da hemicelulose (Balat et al, 2009a).
As variedades vegetais contêm hemiceluloses de diferentes composições, por exemplo,
palhas e gramíneas são compostas principalmente de xilana, enquanto que gimnospermas
(softwood) apresentam hemicelulose principalmente de glucomanana.
25
3.2.2. Lignina
A complexidade da lignina, o grau de polimerização e sua diversidade dependem
de sua origem vegetal, sendo mesmo bem pouco provável a existência de duas macromoléculas
de lignina idênticas, com a mesma sequência primária de unidades fenólicas (Achyuthan et al,
2010). Sua estrutura é formada por grupos de fenil propanóides altamente ramificados que
apresentam funções primárias e secundárias. Entretanto, a estrutura exata da lignina não é
conhecida por conta da dificuldade de extração do componente, já que esta se encontra ligada
covalentemente à celulose e outros polissacarídeos.
Três principais álcoois de fenilpropanóides formam a lignina, sendo eles cumaril,
coniferil, e sinapil, todos estes sintetizados da fenilalanina através de vários derivados do ácido
cinâmico, representados na Figura 3.4 . Na Figura 3.5 é mostrado a representação hipotética de
uma molécula de lignina.
Figura 3.4 Algumas espécies monoméricas da lignina. (a) álcool cumaril (4-hidroxil fenil), (b) álcool coniferil (guaiacil, G), (c) álcool sinafil (siringil, S). (Doherty et al, 2011)
A característica de rigidez da lignina confere aos materiais lignocelulósicos força no caule
e no tecido vascular, permitindo o crescimento ascendente e possibilitando o transporte de
água e de sais minerais que são conduzidos através do xilema sob pressão negativa, sem haver
colapso do tecido. A capacidade de sintetizar lignina foi uma adaptação importante da planta,
que permitiu que estas se proliferassem pelo ambiente terrestre (Taiz & Zeiger, 2004). Esta alta
resistência pode ser uma característica essencial para a sobrevivência da planta. A resistência
física restringe seu consumo por herbívoros e sua estabilidade química faz com que seja
26
relativamente indigerível por estes animais (Taiz & Zeiger, 2004). Por outro lado, a questão
tecnológica da característica recalcitrante da lignina resulta em desafios para sua remoção e
aplicação. A presença da lignina reduz a degradabilidade das substâncias a que ela é ligada –
celulose e hemicelulose. Há diversos estudos dedicados a remover essa fração e aplicá-la
comercialmente, como vanilina sintética, pesticidas, emulsificantes (Doherty et al, 2011). Esta
fração pode ser encontrada como material para combustão e fornecimento de energia.
Contudo, destinos mais nobres são possíveis, pois a obtenção de produtos a partir dos
compostos fenólicos e aromáticos da macromolécula pode representar a diminuição da
dependência do petróleo para a produção de importantes produtos químicos.
Figura 3.5 Estrutura parcial hipotética da molécula de lignina de faia européia (Fagus sylvatica), uma espécie de árvore. As unidades de fenilpropanóide não são ligadas entre si de forma repetida (Taiz & Zeiger, 2004).
27
3.2.3. Celulose
É o polímero natural mais abundante da Terra, sendo o principal constituinte da planta e
também presente em algumas bactérias, fungos, algas, e mesmo em animais (O'Sullivan, 1996).
A celulose é formada por unidades de D-glicose, o que a torna substrato para diversos processos
metabólicos de micro-organismos com potencial de transformar esta molécula em diversos
outros produtos por bioprocessos.
Um inúmero conjunto de moléculas unidas por ligações β-1,4 forma uma estrutura
cristalina, altamente ordenada em formato planar que impede que a água permaneça na
estrutura, dificultando sua solubilização neste meio. Sua estrutura é relativamente rígida por
conta desta disposição planar das moléculas. São microfibrilas de comprimento indeterminado,
variando em tamanho e grau de ordem nas diferentes espécies. Em algas, a largura pode ser de
cerca de 30nm e mais cristalinas que as de plantas terrestres, com 5 a 12 nm (Taiz & Zeiger,
2004).
Na Figura 3.6 é possível visualizar as microfibrilas da celulose. Os glucanos dessas
microfibrilas que se encontram adjacentes entre si formam ligação não-covalente, conferindo à
estrutura propriedade especial. A celulose presente na parede celular é outro fator associado à
insolubilidade em água, estabilidade química e pouca propensão a ataque químico e enzimático.
Muito se estuda sobre a celulose, mas a estrutura molecular exata ainda não é
conhecida, acreditando-se existirem regiões amorfas presentes em meio a domínios altamente
cristalinos. Segundo Hermans e Weidinger (1949) a maioria das fibras de celulose nativas
apresentam 70% de cristalinidade, enquanto que a outra fração é amorfa.
3.3. Resíduos agroindustriais
O conhecimento da estrutura química do material lignocelulósico permite
compreender sua potencialidade como substituto de parte da indústria petroquímica. Além da
existência de variedade de grupos químicos, a biomassa utilizada pode advir de resíduos
agroindustriais, sendo assim uma matéria prima de baixo custo.
28
A exemplo das produções agrícolas, há tempos se busca destinação de forma a se obter
produto final de maior valor agregado. Em alguns destes cultivos, parte dos resíduos é
posteriormente utilizado na própria plantação a fim de repor alguns nutrientes do solo, diminuir
do risco de erosão, aumentar a retenção de água e produtividade da lavoura. Em alguns outros
cultivos, o resíduo de biomassa é queimado para a geração de energia. Neste caso existe baixo
aproveitamento energético frente ao potencial calorífico de alguns destes resíduos.
Figura 3.6 Estrutura da microfibrila de celulose. Adaptado de Taiz e Zeiger, 2004.
Parede Celular
Hemiceluloses ligadas à superfície e aprisionadas
dentro da microfibrila
Microfibrila de celulose
Regiões amorfas
Domínios cristalinos
Cadeias de 1-4 β glicana
Ligação glicosídica β, 1-4
Unidade repetidora da glicose (celobiose)
29
No setor da agricultura, a produção de 13 culturas, dentre elas, soja, milho, cana de
açúcar, feijão, arroz e trigo, dados de 2012 estimaram que em 2009 gerou-se o total de 291
milhões de toneladas de resíduos sólidos por ano nas agroindústrias associadas a essas culturas.
Aquela que mais gerou resíduos no levantamento foi a cana de açúcar, gerando 201 milhões de
toneladas (torta de filtro e bagaço) (Comunicados do Inea, 2012).
O uso racional destes resíduos torna-se especialmente atrativo considerando-se a
constante crítica ao uso biomassa que poderia ser destinada à alimentação, além de representar
uma redução de problemas ambientais que podem advir destes. Outra vantagem da utilização
do material lignocelulósico é a possibilidade de ser mantida a atividade econômica nas
agroindústrias no período de entressafra, existente em praticamente todas as produções
agrícolas geradoras de resíduo lignocelulósico em alta quantidade, como cana-de-açúcar, milho,
soja, algodão.
Aqueles resíduos remanescentes da indústria agrícola, principalmente, não têm o custo
da colheita, extração ou produção que outras matérias-primas teriam, diminuindo o custo de
obtenção. Entretanto, estes gastos são substituídos pelo transporte e pelo processamento do
material, os quais variam, dependendo do sistema de produção utilizado. A minimização do
custo com o transporte destes materiais é uma das vantagens do uso de processos de
transformação da biomassa na própria agroindústria. A fim de elucidar esta questão, é explicado
o conceito de biorrefinaria, suas finalidades e por que se faz necessário o uso desta proposta
para um sistema viável.
3.4. Conceito de biorrefinaria
Usinas de cana-de-açúcar fazem uso dos resíduos de produção através da queima
para gerar eletricidade. Contudo, a combustão da biomassa, que pode ser transformada em
calor, energia mecânica e eletricidade, não é o método mais eficiente de aproveitar a energia
química da biomassa. As eficiências líquidas de conversão obtidas variam de 20 a 40%, e os
maiores valores são referência de combustão de carvão vegetal (Caputo et al, 2005).
Refinaria é um termo usado para definir, dentre outros, o tipo de usina onde é realizada
a transformação de petróleo bruto em produtos refinados e derivados, podendo ser referido
30
também a onde o açúcar cristal é refinado (Houiass & Villar, 2001). O termo “biorrefinaria”
surgiu em 2002, na Farm Bill3, definindo as instalações, equipamentos e processos que
transformam a biomassa em bio derivados, como combustíveis e produtos químicos (Bastos,
2007). Assim, a biorrefinaria é uma forma análoga à refinaria de petróleo – representada na
Figura 3.7 – em relação à fabricação de múltiplos produtos, como combustível, e também, em
menor volume, de produtos químicos de alto valor unitário. Dessa forma, há maior
aproveitamento dos componentes do material lignocelulósico e seus intermediários, e maior
valor agregado para a matéria-prima de biomassa. Associado a isso, pode ser gerada energia
para uso na própria usina ou para comercialização. Os produtos de menor volume, porém com
maior retorno financeiro, podem aumentar a rentabilidade, enquanto que o combustível pode
contribuir com as necessidades energéticas locais nacionais, assim como reduzir o custo da
energia e evitar as emissões dos gases estufa (NREL, 2009). Em outras palavras, o conceito de
biorrefinaria abrange diversas tecnologias capazes de processar, converter e separar as fontes
renováveis em building blocks – carboidratos, proteínas, triglicerídeos, etc.
Figura 3.7 Esquema comparativo entre a refinaria de petróleo e uma biorrefinaria. Adaptado de Roquette, 2006 (apud Bastos, 2007).
3 Nome popular dado à legislação dos Estados Unidos, geralmente renovada a cada quatro anos, que
possui como objetivo consolidar em um único documento os programas de política agrícola do Departamento de Agricultura dos EUA.
Campos de petróleo
Refino e craqueamento
Transformação química Formulação
Campos agrícolas
Produção de amido
Transformação biotecnológica
Transformação química
Formulação
BIORREFINARIA
Glicose Building blocks
Produtos finais Milho/cana
Papel líder da química
Papel líder da biotecnologia
Papel líder da compartilhado entre química e biotecnologia
REFINARIA DE PETRÓLEO
Nafta Building blocks Produtos finais Petróleo cru
31
Este conceito veio abrir a possibilidade de que tecnologias pesquisadas até então em
laboratório pudessem ser utilizadas comercialmente. Isto porque para que a substituição,
mesmo que parcial, do petróleo por biomassa ocorra, modificações importantes na indústria do
futuro devem ser consideradas, e uma nova sinergia de ciências biológicas, físicas, químicas e
técnicas deverá ser desenvolvida (Kamm et al, 2006 - apud Cherubini, 2010).
A Figura 3.8 8 representa um esquema de biorrefinaria aplicado a processos
bioquímicos e termoquímicos, incluindo gaseificação e pirólise.
Figura 3.8 Conceito de biorrefinaria baseado em processamento biológico e térmico integrados para obtenção de produtos químicos e combustíveis. Adaptado de Bridgwater (2012).
3.5. Considerações finais do capítulo
A apresentação da composição da biomassa expõe o potencial de obtenção de diversos
produtos. A disponibilidade de moléculas cujas ligações químicas armazenam energia com alto
poder calorífico, como é a lignina, e moléculas com variedades para geração de produtos
químicos permite compreender-se o interesse da transformação de biomassa em diversos
produtos químicos, assim como considerar os esforços sobre as transformações desses
materiais lignocelulósicos.
A forma como a biomassa é resistente à tensão cisalhante devido principalmente à
lignina e ao teor de água é um ponto importante principalmente para a compreensão das
Biomassa
Energia renovável excedente
Fermentação
Pirólise
Gaseificação
Eletrólise
Gaseificação
Destilação
Hidroproces-samento
Síntese
Rejeito (água)
Etanol
Combustível, produtos químicos
Combustível, produtos químicos
Combustível, produtos químicos
Lignina
H2
32
dificuldades de padronização dos produtos primários da gaseificação e pirólise. A variação da
composição da biomassa, dependente da espécie do material vegetal, é outro desafio para a
aplicação comercial das técnicas, já que a variação da matéria prima dificulta a padronização
dos produtos primários obtidos na gaseificação e pirólise. Entretanto, os avanços de técnicas de
termoquímicas de conversão de biomassa, como as apresentadas no capítulo seguinte, sugerem
que o material lignocelulósico tem potencial de transformação em energia e produtos químicos
valiosos para a indústria química.
33
CAPÍTULO 4 CONVERSÃO TERMOQUÍMICA DE MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS
Materiais lignocelulósicos podem ser convertidos por processo termoquímico ou
bioquímico para a obtenção de combustíveis, energia ou produtos químicos. Algumas
diferenças básicas entre as duas propostas de transformação é que a primeira, em geral, faz o
uso de altas temperaturas e catalisadores químicos na transformação de polímeros da planta
daqueles produtos, enquanto que a conversão bioquímica utiliza micro-organismos e enzimas
para o mesmo fim. Algumas rotas dos processos encontram-se simplificadamente na Figura 4.1 .
Figura 4.1 Algumas das possíveis rotas de conversão de biomassa para obtenção de combustíveis e produtos químicos. Adaptado de Black et al (2011).
Ambas as tecnologias fazem parte da humanidade há milênios, como exemplos o
cozimento de alimento, o uso de fogo para aquecimento – processos termoquímicos – e a
fermentação de frutas, mel grãos e legumes – processo bioquímico. Apesar de diversos registros
de evolução e processos em diferentes graus de desenvolvimento, nenhuma das tecnologias
pode ser considerada madura. Os processos termoquímicos com matéria prima fóssil são
dominados comercialmente e o uso desses processos a partir fonte renovável ainda exibe
Gaseificação
Conversão bioquímica Conversão termoquímica
Biomassa
Pirólise
Gás de síntese Bio-óleo
Hidrólise ácida
Hidrólise enzimática
Lignina
Hexose Pentose
Bioetanol Biobutanol Produtos químicos
Produtos químicos de base
Hidrocarbonetos
Fischer-Tropsch
Fermentação
34
incertezas. Entretanto, a evolução das transformações bioquímicas vem tornando real a
viabilidade da conversão de renováveis por conversão termoquímica (Brown, 2011).
Buscando a melhor identificar as diferenças entre conversão termoquímica e bioquímica,
a Tabela 4.1 apresenta algumas de suas características. Apesar de serem apresentados como
produtos apenas os biocombustíveis, as condições de operação para obter energia e produtos
químicos se assemelham, já que, obtidos os produtos primários, as diferenças estão nos
processamentos destes.
Tabela 4.1 Comparação processamentos biológicos e termoquímico visando obter combustíveis a partir de biomassa lignocelulósica. Adaptado de Huber et al, 2006.
Processamento bioquímico Processamento termoquímico
Produtos Álcoois Diversos combustíveis
Condições de reação Menos de 70°C, 1 atm 100-1200°C, 1-250 atm
Tempo de residência 2-5 dias 0,01s – 1h
Seletividade do
catalisador
Pode ser bastante seletivo
(acima de 95%)
Depende da reação
Custo do catalisador US$ 0,5/galão de etanol (custo de enzima de celulase) US$ 0,4/galão de etanol de milho
US$ 0,1/galão de gasolina (custo na indústria de petróleo madura)
Esterilização Esterilizar todas as alimentações Não necessita de esterilização
Possibilidade de reciclagem do catalisador
Difícil Possível com catalisadores sólidos
Tamanho da planta (entrada de biomassa)
2000-5000 tons/dia 100-2000 tons/dia
Este trabalho buscou analisar as tecnologias de conversão termoquímica, delimitando os
processos a serem estudados. As condições de processamento das rotas termoquímicas, que
serão apresentadas neste capítulo, resultam em combustível, energia e produtos químicos. O
processamento de biomassa por métodos termoquímicos têm o potencial de oferecer produtos
alternativos de forma rápida e eficiente quando comparada a conversão bioquímica. Além disso,
existe maior flexibilidade de uso de materiais lignocelulósicos, já que p processo não é
específico como o bioquímico (Brown, 2011). Esta possibilidade de converter os diversos tipos
35
de biomassa existentes em altas taxas de conversão e gerar uma extensa gama de produtos
indica o potencial do processo de conversão termoquímica e a importância de monitorar a
tecnologia.
4.1 Processamento termoquímico de biomassa
Podem ser chamadas de conversão termoquímica os processos de combustão,
gaseificação, pirólise, oxidação parcial, hidrogenação. Estes processos convertem material
carbonáceo em combustíveis ou produtos químicos (Basu, 2010) e o domínio destes processos
em escala comercial utiliza matéria prima fóssil por mais de um século (Brown, 2011). Dos
produtos obtidos nos processos citados, a combustão, que acontece em alta temperatura com
excesso de ar, gera um gás que se caracteriza com baixo poder calorífico, enquanto que com os
gases da gaseificação acontece o inverso. O processo de gaseificação empacota energia nas
ligações químicas do gás produzido, ao contrário da combustão, cujas condições de operação
promovem a quebra estas ligações para liberar energia. Já os produtos primários da pirólise são
gases e líquidos, este conhecido como bio-óleo. Hidrogenação é uma etapa que envolve a
adição de hidrogênio ao carbono para produzir combustível com maior razão
hidrogênio/carbono (Basu, 2010). A 0apresenta estas possibilidades de conversão térmica.
Figura 4.2 Opções de conversão termoquímica de biomassa para combustíveis, energia e produtos químicos. Adaptado de Brown (2011).
Processo termoquímico
Combustão Gaseificação Pirólise Hidrogenação
Energia elétrica
Síntese catalítica
Fermentação de syngas
Reforma de vapor
Hidroprocessa-mento
Energia elétrica
Energia elétrica
36
Gaseificação e pirólise de biomassa geram alguns produtos viáveis em escala de
bancada, outros aparecem apenas como conceitos, e hoje poucos são viáveis em escalas piloto
e industrial (Venderbosch e Prins, 2011). Enquanto o processo de gaseificação acontece com o
uso de um agente externo conhecido como meio de gaseificação, o processo de pirólise é um
processo com nenhum agente oxidante (Basu, 2010). As duas diferentes técnicas termoquímicas
promovem a conversão de biomassa em produtos primários e estes são posteriormente
convertidos em diversos graus até o produto final (Balat et al, 2009a). Os conceitos e os
problemas ainda existentes de cada técnica para o uso com biomassa são apresentados a
seguir.
4.1.1 Gaseificação
O processo de gaseificação está presente na história desde os tempos em que carvão
mineral era utilizado para obter-se gás que permitia a iluminação de casas e ruas, e
aquecimento, entre 1850 a 1940. Foi bastante importante para a iluminação durante a
revolução industrial, nas longas horas de trabalho nas fábricas. A invenção da lâmpada elétrica
causou o desuso desta tecnologia na época. Mais tarde, no período de 1940 a 1975, a
gaseificação foi aplicada para obtenção de combustível sintético, em motores de combustão
interna e na síntese de óleos, e outros produtos químicos. Na Segunda Guerra Mundial, o
bombardeio de refinarias de petróleo dos nazistas e das rotas de fornecimento forçou a
Alemanha a sintetizar óleos combustíveis por processos de Fischer-Tropsch e Bergius.
Combustíveis de aviação e produtos químicos também eram produzidos com carvão. No
transporte de carros e caminhões, diversos destes possuíam gaseificadores adaptados nos
automóveis que funcionavam com carvão ou biomassa. Neste segundo período, o fim da
segunda grande guerra e a abundância de petróleo no Oriente Médio interrompeu a aplicação
de gaseificação de forma ampla. Já em tempos mais atuais, na primeira crise do petróleo, nos
anos 1970, a gaseificação despontou ao lado de diversas pesquisas de fonte de energia
alternativas às fontes fósseis. Adicionado aos problemas econômicos, os interesses de
preservação ambiental buscam métodos mais sustentáveis e a tecnologia de gaseificação voltou
37
a ser amplamente estudada, agora mais direcionada ao uso de biomassa como matéria-prima
(Basu, 2010; Kirkels & Verbong, 2010).
4.1.1.1 Caracterização da gaseificação
Gaseificação é definida como a reação de materiais orgânicos, sólido ou líquido, tais
como carvão, biomassa ou óleo, com ar, oxigênio e/ou vapor d’água. Esta atmosfera redutora
deve se apresentar de tal forma que o oxigênio presente esteja em quantidades
subestequiométricas comparada com a quantidade necessária para obter-se a combustão
completa, que resultaria em dióxido de carbono e água (Bain & Broer, 2011; Huber, 2006).
Dadas as características da matéria prima orgânica, este processo é complexo,
envolvendo diversas reações termoquímicas elementares. A decomposição térmica resulta em
alta proporção gasosa composta de CO, CO2, H2O, H2, N2, CH4 e outros hidrocarbonetos em
diferentes proporções, baixas quantidades de carvão – produtos sólidos –, cinzas e compostos
condensáveis – alcatrão e óleos (Balat et al, 2009b; Bain & Broer et al, 2011; Huber, 2006; Puig-
Arnavat et al, 2010). A água em forma de vapor pode ser adicionada para promover aumento de
produção de hidrogênio (Basu, 2010). Esta mistura gasosa obtida é o gás produzido que pode
ser confundido com o termo gás de síntese. Entretanto, gás de síntese, ou syngas, é a mistura
predominantemente de CO e H2 obtida da gaseificação de matéria prima carbonácea com
oxigênio e vapor de água, seguido em alguns casos de separação gasosa para a remoção de CO2
(Bain & Broer, 2011). A composição gasosa obtida da transformação de biomassa é fortemente
dependente das condições de gaseificação, do agente de gaseificação e da composição da
matéria-prima utilizada (Balat et al, 2009b).
A estratégia de transformar a biomassa em gás pode ser justificada pela possibilidade de
padronização da qualidade do gás produzido, o que considerando a complexidade dos materiais
lignocelulósicos pode permitir o uso de diferentes fontes de matérias primas. Algumas de suas
aplicações são em motores e turbinas a gás, ou como base química para produção de produtos
químicos ou combustíveis (Puig-Arnavat et al, 2010).
O processo se inicia com a decomposição térmica das frações do material
lignocelulósico, celulose, hemicelulose e lignina, com produção de voláteis e carvão. Em
38
seguida, ocorre a gaseificação do carvão e algumas reações de equilíbrio. A gaseificação do
carvão é a etapa limitante na taxa de reação na produção de gás (Balat, 2009b).
De fato, as reações envolvidas no processo total de gaseificação são bastante complexas
e podem acontecer em uma sequência rápida de aproximadamente 1s se o tamanho das
partículas for suficientemente pequeno para ocorrer rápida transferência de calor (Bain &
Broer, 2011). A Figura 4.3 apresenta como acontecem as etapas físico-químicas na partícula da
biomassa. Estas etapas são, então, descritas em termos gerais, baseadas nas descrições de Bain
& Broer (2011) e de Puig-Arnavat et al (2010):
Figura 4.3 O processo de gaseificação. Adaptado de Brown (2003) apud Bain & Broer (2011).
Aquecimento e secagem: Nesta etapa o teor de umidade é diminuído de um teor de 20-
50% até menos de 5% à temperatura variando de 100-300°C. O vapor gerado pelo
aquecimento pode reagir com a biomassa e com voláteis se as condições de
temperatura e tempo de operação forem hábeis para tais reações acontecerem. Apesar
de ser possível promover gaseificação com material com alto teor de água, a energia
química do gás gerado seria despendida na remoção da umidade durante o processo.
Por isso esta etapa é recomendada antes de alimentar a biomassa no equipamento de
Aquecimento e secagem
Pirólise Reações gás-sólido
Reações gasosas
Calor
Frente térmica penetra a partícula
Aumento de porosidade
Gases voláteis: CO, CO2, H2, H2O,
hidrocarbonetos leves, alcatrão
Reações endotérmicas
Reações exotérmicas
39
gaseificação. A transferência de calor no processo denota a necessidade de partículas
pequenas a fim de transferir calor ao centro da partícula em menos tempo.
Desvolatilização (pirólise): Esta etapa acontece na ausência de agente oxidante no
processo, numa decomposição térmica rápida, posteriormente à atuação de oxigênio, ar
e/ou vapor de água sobre a biomassa. As reações podem dar início em temperatura de
225°C e o processo continua progressivamente até a temperatura de 400-500°C. Nesta
etapa, a matéria volátil da biomassa diminui, produzindo água (originada da
decomposição térmica da biomassa), gases não condensáveis depois do resfriamento -
CO, CO2, H2 e hidrocarbonetos leves, principalmente metano – e vapores de alcatrão, os
quais são condensados após o resfriamento. Estes vapores são anidros de açúcares e
outros compostos altamente oxigenados gerados da decomposição da celulose e
hemicelulose, e monômeros fenólicos e oligômeros da despolimerização da lignina. Os
compostos gerados prosseguem a reagir estando expostos a altas temperaturas. Nas
condições de pirólise pode acontecer quebra dos compostos em partes menores ou
haver condensação em compostos maiores, como hidrocarbonetos poliaromáticos, que
podem constituir a maior parte do alcatrão condensado. A conversão gasosa desta etapa
pode chegar a 80% em função do tipo de biomassa e das condições do processo. A
fração sólida resultante tem forma porosa com resíduos de carbono e compostos
inorgânicos (cinzas) que não são volatilizados a temperaturas de gaseificação, e é
conhecido como carvão4.
Reações gás-sólido: Sendo o agente oxidante admitido no gaseificador, os resíduos de
carvão reagem com este agente e com os gases liberados durante a pirólise. As
principais reações entre sólido e gás são apresentadas a seguir.
Reação carbono-oxigênio C + ½ O2 ↔ CO ΔHR = -110,5 MJ kmol-1 Reação Boudouard C + CO2 ↔ 2 CO ΔHR = 172,4 MJ kmol-1 Reação carbono-água C + H2O ↔ H2 + CO ΔHR = 131,3 MJ kmol-1 Reação de hidrogenação C + 2 H2 ↔ CH4 ΔHR = -74,8 MJ kmol-1
4 Ao longo do trabalho o termo carvão será referido ao carvão vegetal apenas, salvo quando especificado.
40
As reações entre carbono e oxigênio são altamente exotérmicas e são
importantes no fornecimento de energia para as etapas exotérmicas descritas
anteriormente, e para as reações entre carbono e CO2/H2O. A reação de hidrogenação
contribui na quantidade de energia, mas em menores proporções por conta do baixo
teor de H2 em ambientes de gaseificação. O tempo de reação entre o carvão e os
reagentes gasosos e sua estequiometria não equilibrada resulta em cerca de 10% da
biomassa transformada em carvão.
Reações gasosas: Estas reações acontecem se os gases produzidos continuam em
ambiente de alta temperatura. Duas das reações mais importantes são como seguem:
Reação de water-gas shift CO + H2O ↔ H2 + CO2 ΔHR=-41,1 MJ kmol-1 Reação de metanação CO + 3 H2 ↔ CH4 + H2O ΔHR=-206,1 MJ kmol-1
A reação de deslocamento é importante para o aumento da proporção de H2, enquanto
que a reação de metanação influencia na produção de CH4. Sendo ambas as reações
exotérmicas, baixas temperaturas as favorecem enquanto que esta condição também diminui
as taxas com que estes compostos são produzidos. A alternativa para a formação de alta
concentração de H2 é, então, a adição de vapor de água, e para proporcionar aumento da
concentração de CH4 pode ser elevada a pressão parcial de hidrogênio no reator.
As composições gasosa e sólida dependem da composição do material alimentado, gás
de entrada e o tipo de reator utilizado. Esta diferença de composição interfere nas aplicações do
produto e, por isso, cálculos de equilíbrio químico podem ser utilizados para fazer uma
estimativa da composição gasosa esperada (Bain & Broer, 2011).
O processo de gaseificação é considerado uma das formas mais eficientes de obter-se
energia a partir de biomassa. Pesquisadores têm apostado como uma das melhores alternativas
de reuso de resíduos sólidos (Puig-Arnavat et al, 2010). Entretanto, apesar de diversos
processos de gaseificação terem sidos desenvolvidos comercialmente, apenas configurações de
leito fluidizado têm aplicações amplas (Caputo et al, 2005). Diversos artigos científicos de
41
revisão sobre o assunto e livros podem melhor descrever cada tipo de reator existente e as
frações de voláteis mais propícias de serem obtidas em cada tipo de configuração (Brown, 2011;
Basu, 2010; Puig-Arnavat et al, 2010; Kirkels e Verbong, 2011; Huber et al, 2006).
4.1.1.2 Aplicações
Gás de síntese ou syngas é um produto primário da gaseificação e uma matéria-prima
importante para obtenção de produtos químicos e energia. Isto porque diversos
hidrocarbonetos obtidos do refino do petróleo podem ser produzidos por gás de síntese, o qual
pode ser utilizado para obtenção de combustíveis e de produtos químicos. Há diferentes
alternativas de utilização do syngas, como a produção de H2 pela reação de deslocamento água-
gás, combustíveis líquidos – reação de Fischer-Tropsch – metanol, e outros combustíveis
derivados de metanol. Estes produtos são obtidos em escala comercial tendo carvão mineral
como matéria prima (Huber et al, 2006). Para melhor distinguir o gás de síntese derivado de
carvão mineral daquele de biomassa, pode-se chamar a mistura gasosa de H2 e CO gerados de
biomassa de biosyngas (Basu, 2010), o que não foi o caso deste trabalho – preferiu-se utilizar
apenas o termo syngas.
Produtos químicos de alto valor de mercado podem ser obtidos do syngas, tais quais:
Hidrogênio, produzido tradicionalmente em refinarias;
SNG, gás natural sintético;
Diesel, usando síntese de Fischer-Tropsch;
Fertilizantes, através de amônia;
Metanol, para a indústria química;
Eletricidade, gerada pela combustão dos gases (Basu, 2010; Dayton et al, 2011).
Figura 4.4 Etapas da gaseificação desde a matéria prima à aplicação. Adaptado de Kirkels & Verbong (2011).
Matéria-prima e pré-
tratamento
Madeira
Resíduos agrícolas
Licor negro
Resíduos
Gaseificadores
Leito fixo
Downdraft
Updraft
Leito fluidizado
Leito de arraste
Limpeza do gás
Aplicações
Aquecimento
Eletricidade
Combustíveis
Podutos
químicos
42
A Figura 4.4 apresenta a sequência desde a matéria-prima até as aplicações. Diversos
artigos científicos e livros detalham as aplicações dos gases, com as reações e condições de
operação dos processos (Dayton, 2011; Huber et al, 2006; Balat, 2009).
4.1.1.3 Problemas dos processos
Embora existam vários processos de gaseificação usando carvão como matéria-prima
mesmo em escala industrial, a gaseificação da biomassa apresenta problemas logísticos
relacionados às características do material. Comparado com o carvão, a biomassa é mais
reativa. Assim, a gaseificação de biomassa acontece em temperaturas mais baixas. Entretanto,
diversos problemas relacionados com a composição da biomassa resultam em dificuldades de
uso de equipamentos e condições de operação já habituais no processo com carvão.
Características da biomassa originam problemas técnicos particularmente relativos à
heterogeneidade do material e ao alto teor de água na biomassa. Este problema em particular
resulta em uma difícil cominuição da biomassa e consequentemente os tamanhos das partículas
tornam o processo de transferência de calor menos eficiente. Portanto, o tipo de reator é um
elemento de alta importância, já que a heterogeneidade final das partículas resulta em uma
mistura de partículas parcial ou totalmente gaseificadas. Assim, os sólidos ao final da reação
podem conter carvão parcialmente gaseificado (Basu, 2010).
Em relação ao uso dos gases obtidos, a necessidade de remoção de determinadas
frações sólidas, como particulados, enxofre, álcalis e alcatrão, depende do objetivo final da
produção e geralmente envolve diversas etapas integradas. Alguns gases também podem
apresentar impurezas, como NH3, HCN, outros gases contendo N2, H2S, outros gases com
enxofre, HCl, entre outros. Tanto sólidos como líquidos, a concentração destes compostos varia
de acordo com a biomassa utilizada. Biomassa que contém altas frações de nitrogênio e enxofre
resulta em um gás com altos níveis de NH3 e H2S, e a presença de HCl em altas concentrações é
correlacionado com a presença de cloro na matéria-prima. Frações inorgânicas (cinzas)
presentes na biomassa podem resultar na presença de metais alcalinos no gás, enquanto que as
orgânicas podem gerar desde hidrocarbonetos de baixa massa molar até hidrocarbonetos
43
polinucleares aromáticos de alta massa molar. Este último é conhecido como alcatrão, que é
uma das frações geradas que complicam o processo de separação do gás.
Altos teores de alcatrão e carvão ao final do processo justificam a limpeza do gás antes
de uso em motores de combustão interna, em turbinas a gás ou síntese líquida por Fischer-
Tropsch (Bain & Broen, 201). De forma a exemplificar, a Tabela 4.2 mostra as concentrações de
alcatrão e carvão obtidas em diferentes tipos de reatores, comparado com os níveis máximos
aceitáveis em motor de combustão interna. O alto teor destes compostos resulta em diversos
estudos para determinar uma condição de operação mais apropriada para reduzir a presença
destes subprodutos. O aumento de temperatura do reator utilizando dolomita calcinada,
materiais contendo níquel, e outros catalisadores como material de leito em gaseificador de
leito fluidizado é uma das possibilidades de diminuição do teor de alcatrão e a operação em
temperaturas altas como 1200-1300°C se mostraram bastantes eficientes na remoção de ambos
os compostos, o que, em contrapartida, ocasiona em um aumento significativo nos custos de
operação e construção de equipamentos (Balat et al, 2009b; Bain & Broen, 2011).
A formação de carvão no processo de gaseificação é um evento indesejado, já que os
produtos esperados são gases de alto poder calorífico. Na cinética de reação, a conversão do
carvão é a etapa limitante do processo de transformação de biomassa e significa menor
rendimento do processo, além de sua presença causar problemas em equipamentos
tradicionalmente utilizados para esta tecnologia tais como escorificação e incrustações
causados por potássio, sódio e outros álcalis presentes na biomassa (Huber et al, 2006). Estudos
cinéticos (Shafizadeh & DeGroot, 1982) sugeriram que a taxa de formação de carvão depende
de fatores como a área de superfície total ativa disponível ou área interfacial entre as partículas
de carvão e catalisador e que estes parâmetros permanecem relativamente constantes durante
o processo. A reatividade do carvão pode ser influenciada pela composição original da biomassa
e a condição de pirólise do processo, quando o carvão é formado em maior quantidade.
44
Tabela 4.2 Teores de carvão e alcatrão liberados em reatores contra níveis máximos de contaminante em um motor de combustão interna. Adaptado de Bain & Broen, 2011.
Tipo de reator
Teor de alcatrão
(mg/Nm3)5
Teor de carvão (mg/Nm3)5
Contaminante Nível máximo
(mg/m3)5
Bubbling
Fluidized Bed
10 000 1 700 – 1 310 Particulado 50
Circulating
fluidized bed
10 000 1 040 – 4 360 Alcatrão 50
Downdraft 1 000 9 300 – 30 000 Ácidos 50
O alcatrão formado é um dos maiores causadores de problema na gaseificação. Esta
fração consiste em uma mistura complexa de hidrocarbonetos condensáveis, incluindo
compostos aromáticos de 1 a 5 anéis e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs) (Basu,
2010; Balat et al, 2009b), de alta viscosidade que se condensa nas zonas de baixa temperatura
do gaseificador, acaba por entupir a passagem de gás levando a rupturas do sistema. O alcatrão
permanece em forma de vapor até o momento que o gás produzido é resfriado, quando o
alcatrão pode condensar nas superfícies frias ou permanece em forma de aerossol. Estas
situações causam entupimento também em equipamentos de downstream, formação de
aerossóis de alcatrão – indesejado no uso de turbinas a gás e mesmo a polimerização em
estruturas mais complexas (Basu, 2010). A redução da formação de alcatrão pode ocorrer ao ser
aplicada a condição de operação e reator convenientes, sendo que a remoção de alcatrão,
conversão ou destruição são aspectos essenciais, sendo visto como um dos maiores desafios
técnicos. A formação deste composto é, em muitos casos, responsável pelo insucesso de
projetos dado o custo da remoção de alcatrão, que pode ser maior que o custo do projeto
(Huber et al, 2006). De forma ampla, as tecnologias de controle de alcatrão podem ser duas. A
primeira consiste em atuação dentro do gaseificador, a qual tem vantagem econômica sobre a
segunda, e consiste em controlar condições como temperatura, agente de gaseificação, tempo
5 Na unidade g/Nm3, o termo N é denominado de normal, o qual é essencial no caso dos gases por serem
influenciados por pressão. Como cada processo acontece em diferentes temperaturas e pressão, o valor é ajustado de tal forma a serem normalizados para uma condição de padrão internacional de pressão e temperatura (P= 1,01325 bar e T=273,15K).
45
de residência e aditivos catalíticos. Entretanto, estas condições ainda não são completamente
compreendidas, não tendo aplicação comercial. A proposta secundária trata de promover a
limpeza dos gases após a reação de gaseificação (Balat et al, 2009).
4.1.2 Pirólise
O uso de processamento por pirólise data pelo menos da época egípcia, quando alcatrão
era obtido por esta técnica para embaçar barcos e como agente de embalsamamento. Desde
então, o processo tem sido aperfeiçoado e é amplamente utilizado para produção de carvão
vegetal e coque (Farag et al, 2002). De fato, o uso de pirólise destinado à produção de carvão
vegetal foi, possivelmente, a primeira aplicação em larga escala. Quando a madeira começou a
ser um material escasso com o seu uso excessivo, no início do século XVIII, passou-se a produzir
coque de carvão mineral (Basu, 2010). Nos anos 1980, cientistas perceberam que o rendimento
do líquido produzido no processo poderia ser aumentado em condições de operações que
denominam a pirólise rápida, a qual a biomassa é indiretamente aquecida e é condensada de
forma rápida (Farag et al, 2002).
4.1.2.1 Características da pirólise
Assim como a gaseificação, a conversão de biomassa por pirólise é classificada como um
processo termoquímico. Vale inicialmente diferenciar a condição de pirólise no processo de
gaseificação com o processo de pirólise. O primeiro acontece porque o agente oxidante ainda
não reage com a biomassa, sendo posteriormente exposto a oxigênio, ar e/ou vapor d’água.
Tratando-se do processo de pirólise, durante toda a reação a atmosfera é mantida em condição
anóxica.
Pirólise é a decomposição térmica na ausência de oxigênio e envolve a quebra de
grandes moléculas complexas em várias menores. Este processo é uma alternativa promissora
para geração de sólidos (carvão), líquidos (alcatrão) e gases (Balat et al, 2009a). Diferentes
modos de pirólise geram produtos diferentes, caracterizando este sistema como flexível na
obtenção de produtos. Na Tabela 4.3 são identificados os modos de pirólise existentes e suas
condições de operação, comparado também com o processo de gaseificação. O processo de
46
pirólise rápida tem alto interesse devido à produção do líquido conhecido como bio-óleo, o qual
pode ser armazenado e transportado, ou mesmo ser utilizado como fonte de energia e
obtenção de produtos químicos (Bridgwater, 2012).
Tabela 4.3 Modos de pirólise. Adaptado de Bulushev e Ross, 2010.
Tipo de pirólise
Temperatura (°C)
Tempo de Residência
Rendimentos (%)
Líquido Carvão Gás
Lento 400 Muito longo 30 (70% água) 35 35
Intermediário 500 Moderado (10-20s) 50 (50% água) 25 25
Rápido 500 Curto (< 2s) 75 (25% água 12 13
A tecnologia de conversão de biomassa por pirólise se encontra em desenvolvimento e
os aprimoramentos das condições de processo têm sido estudados para obtenção dos produtos
primários de qualidade, tanto sólidos, líquidos e gasosos – principalmente bio-óleo. Para
alcançar estas melhorias, estudos são direcionados a diversas etapas, tais quais: secagem,
tamanho de partícula, pré-tratamento, configuração do reator, aquecimento, transferência de
calor, taxa de aquecimento, temperatura de reação, tempo de residência do vapor,
craqueamento secundário, separação do carvão, separação das cinzas e coleta de líquidos
(Bridgwater, 2012).
Diferentes mecanismos são propostos para explicar como acontece a reação na partícula
de biomassa em processamento por pirólise. A Figura 4.5 apresenta a proposta apresentada em
Venderbosch e Prins (2011) e originalmente proposta por Shafizadeh e colaboradores (1977,
1985). Inicialmente as partículas de biomassa são decompostas e são formados carvão (10 –
15%), gases permanentes – CO, CO2, CH4 – e vapores condensáveis em condições de
aquecimento suficientemente rápido. A fração condensável apresenta, além de compostos
orgânicos, a água extraída da biomassa úmida e água produzida na decomposição. As
moléculas orgânicas de massa molar de aproximadamente 20.000 presentes no vapor são
sujeitos a uma segunda quebra, que pode ser elevado com o contato direto com o carvão
gerado. As partículas mais finas de carvão são prontamente arrastadas do reator de pirólise e
47
arrastadas pelo vapor de água até o condensador e coletadas junto com o bio-óleo. Durante o
armazenamento por longos períodos deste bio-óleo condensado reações de repolimerização
podem ocorrer e água se forma, assim como CO2 em alguns casos.
Figura 4.5 Representação dos caminhos de reação para pirólise de biomassa lignocelulósica. Adaptado de Venderbosch & Prins (2011)
O processo pode gerar diferentes proporções de sólidos, líquidos e gases e o processo
pode ser ajustado de forma a favorecer o rendimento de carvão, bio-óleo, gás ou metano. Os
rendimentos podem ser maximizados para as diferentes frações nas seguintes condições (Balat
et al, 2009b):
Carvão: baixa temperatura, baixa taxa de aquecimento;
Bio-óleo: baixa temperatura, alta taxa de aquecimento, curto tempo de residência;
Gases alta temperatura, baixa taxa de aquecimento, longo tempo de residência.
A temperatura é o fator mais importante na obtenção dos produtos. A Tabela 4.4 lista os
efeitos das temperaturas no resultado do processo. Às temperaturas mais elevadas, as
partículas grandes existentes no líquido formado e no sólido residual são quebradas de forma a
gerar moléculas menores e estas comporem a fração gasosa (Balat et al, 2009b).
Fase primária: Reações de
decomposição
Fase secundária: Quebra e
condensação Repolimerização
Bio-óleo (g)
Bio-óleo (l) Carvão (s) + gás (CO2)
+bio-óleo (l)
Biomassa (s)
Carvão (s)
Gás (g) (CO, CO2, CH4)
Gás (g) (CO, CO2, CH4)
450 – 550°C < 1s
400 – 500°C > 1s
Temperatura ambiente Semanas/meses
48
4.1.2.2 Composição e propriedades do bio-óleo
O interesse pelo bio-óleo inicialmente se dava pela possibilidade de substituir o
petróleo, mas hoje esta motivação se une à ideia de sustentabilidade energética (Czernik &
Bridgwater, 2004), podendo ser o segundo um maior apelo social para sua utilização.
Tabela 4.4 Reações durante o processo de pirólise em diferentes temperaturas. Adaptado de Balat (2009a).
Condição Processo Produtos
Abaixo de 302°C Formação de radicais livres, eliminação de água e despolimerização.
Formação de carbonil e carboxil, desprendimento de CO e CO2 e carvão residual.
Entre 302°C e 452°C
Quebra das ligações glicosídicas de polissacarídeos por substituição.
Mistura de levoglucosana, anidridos e oligossacarídeos na forma de alcatrão.
Acima de 452°C Desidratação, rearranjo e quebra das unidades de açúcar
Formação de compostos de carbonila como acetaldeídos, glioxal e acroleína.
Acima de 502°C Combinação de todos os processos acima.
Combinação de todos os produtos acima.
Condensação Condensação e clivagem dos produtos insaturados até carvão.
Resíduo de carvão altamente reativo contendo radicais livres capturados.
Bio-óleos são produtos líquidos resultados da pirólise de biomassa, conhecido também
como óleo de pirólise de biomassa, óleo de pirólise, bio-óleo bruto (Czernik, Bridgwater, 2004;
Qiang et al, 2009; Qi et al, 2007), líquido de madeira, óleo de madeira, líquido condensado da
fumaça destilado da madeira, alcatrão pirolenhoso, ácido pirolenhoso, etc (Fritz et al, 2010), e
atualmente mais denominado como bio-óleo. Apresentam-se como líquidos de cor marrom
escuro, fluídos e com odor acre ou de fumaça (Czernik, Bridgwater, 2004; Qiang et al, 2009),
características resultantes de uma mistura complexa de componentes da despolimerização e
fragmentação dos principais componentes químicos dos vegetais: celulose, hemicelulose, e
lignina (Qi et al, 2007; Qiang et al, 2009). Como exemplo ilustrativo, em condições de pirólise
rápida, o uso de madeira sem casca como matéria prima resulta em aproximadamente 64%
49
(massa) de líquidos orgânicos (ácidos, alcoóis, cetonas, aldeídos, fenóis, éteres, ésteres,
açúcares, furanos, compostos de nitrogênio e compostos de múltiplas funções (Qiang et al,
2009)), 12%(massa) de água (dissolvida quimicamente em líquidos orgânicos), 12% (massa) de
carvão e 12%(massa) de gases não condensáveis (CO2, CO, H2, CH4, traços de C3+) (Oasmaa &
Peacocke, 2010).
Uma vez que o óleo produzido é obtido do fracionamento e despolimerização das
principais frações da matéria-prima, o bio-óleo apresenta composição elementar diferente dos
combustíveis derivados do petróleo (Qi et al, 2007). Este contraste pode ser entendido quando
comparado o teor de oxigênio em bio-óleos, geralmente variando de 45 a 50% em massa,
presente na maioria dos mais de 200 compostos nestes óleos. Esta é a principal razão para as
diferentes propriedades e funcionamento deste como combustível comparado com os
derivados de petróleo (Oasmaa & Czernik, 1999).
4.1.2.3 Aplicações
Em geral, aplicações para o bio-óleo têm foco em biocombustíveis e geração de calor e
eletricidade. Na literatura é possível encontrar diferentes usos deste produto nos variados
reatores de combustão, fornos e queimadores, sistemas de caldeira, sendo necessárias
características consistentes, um nível de emissões de gases aceitável e ser economicamente
viável (Czernik & Bridgwater, 2004). A Tabela 4.5 apresenta alguns usos de bio óleo em
determinados processos e o produto final desejado.
Na produção de energia, o bio-óleo pode ser queimado em caldeiras. Contudo, o
desempenho de um forno funcionando com bio-óleo e com óleo de forno tradicional é bastante
diferente dadas as características de combustão divergentes, como ignição, viscosidade, energia
contida, estabilidade, pH e níveis de emissões. Alguns destes casos podem ser contornados com
uso do equipamento adequado (Basu, 2010), porém muitas daquelas características limitam o
avanço do uso de bio-óleo em equipamentos tradicionais de obtenção de energia para
aquecimento e eletricidade.
50
Tabela 4.5 Aplicações padrão para o bio-óleo para obtenção de energia. Adaptado de Brammer et al, 2006.
Tecnologia Produto
Bio-óleo de caldeira Calor
Bio-óleo de motor de combustão interna
(diesel combustível dual)
Eletricidade
Bio-óleo de motor de combustão interna
(diesel combustível dual)
Eletricidade e calor combinados
Bio-óleo de turbina a gás Eletricidade
Bio-óleo de turbina a gás Eletricidade e calor combinados
Bio-óleo de turbina a gás de ciclo combinado Eletricidade
Bio-óleode turbina a gás de ciclo combinado Energia e calor combinados
Bio-óleode caldeira (ciclo Rankine) Energia e calor combinados
Em relação às aplicações para produtos químicos, a composição do bio-óleo é de
extrema importância. Contudo, a massa molecular dos compostos presentes diverge
significativamente dependendo do tipo de biomassa, pré-tratamento da matéria-prima – como
o tamanho inicial da partícula –, umidade e teor de cinzas, condições de pirólise – temperatura,
taxa de aquecimento, tempo de residência, pressão, meio gasoso –, assim como filtração do
vapor e condensação – tipo do filtro, método de condensação e meio, taxa de resfriamento
(Qiang et al, 2009). No bio-óleo gerado podem ser encontrados componentes de massa
molecular variando de 18 Da (água) até 5.000 Da ou mais (ligninas de pirólise). Assim como os
componentes da própria matéria prima não são conhecidos em sua totalidade, a caracterização
química completa do bio-óleo é praticamente impossível, principalmente por conta da
existência das ligninas de pirólise. Estas ligninas de pirólise são formadas da quebra parcial das
moléculas de lignina, e análises destes compostos mostram que seus constituintes são
oligômeros, principalmente tetrâmeros, com a unidade básica mantida bastante similar com a
lignina de serragem de madeira (Qiang et al, 2009).
51
A composição química do líquido obtido por pirólise permite que seja transformado em
produtos químicos de uso industrial, tais como:
Resinas;
Flavorizantes de alimentos;
Agro químicos;
Fertilizantes,
Levoglucosano;
Adesivos;
Ácido acético;
Hidroxaldeído.
Algumas opções de aplicação tanto do bio-óleo quanto de gases gerados no processo
podem ser encontradas em Basu (2010), Huber (2006).
4.1.2.4 Problemas do processo
O uso dos materiais lignocelulósicos para produção química é bastante promissor, dada
à diversidade de compostos resultantes de processos térmicos ou bioquímicos. Entretanto, a
solução pode não ser tão prática. O principal ponto controverso da aplicação advém da
diversidade dos componentes do óleo, que decorre da matéria-prima de origem. Isto faz com
que os problemas da pirólise sejam mais em relação ao produto resultante que o próprio
processo.
A dificuldade principal do processo de pirólise é a composição do bio-óleo, o produto
primário. A variabilidade das moléculas do uso de biomassa como matéria-prima resulta em
uma mistura de multicomponentes composto de moléculas de tamanho diferentes, derivados
do processamento de celulose, hemicelulose e lignina (Czernik & Bridgwater, 2004). As
propriedades do bio-óleo resultam em vários problemas significativos durante a sua utilização
como combustível em equipamento padrão tais como caldeiras, motores e as turbinas de gás de
combustão, originalmente construídos para combustíveis derivados do petróleo. O poder
52
calorífico do bio-óleo é muito menor do que aquele de combustível fóssil dado o grande número
de compostos oxigenados e uma fração significativa de água (Balat et al, 2009b).
Corrosividade, alta viscosidade, comportamento de combustão, e volatilidade são
algumas das características que tornam bio-óleo difíceis de manusear e limitam a sua aplicação.
Estas limitações são provavelmente o maior desafio de aplicação das possibilidades de produtos
(Czernik & Bridgwater, 2004; Balat et al, 2009b). No entanto, alguns testes da chama da
combustão mostraram que os óleos de pirólise rápida podem substituir óleos combustíveis
pesados e leves em aplicações de caldeiras industriais (Balat et al, 2009b).
4.2 Considerações finais do capítulo
Os conceitos das transformações termoquímicas por gaseificação e pirólise de biomassa
foram apresentados neste capítulo. Identifica-se a principal diferença entre as técnicas como
sendo a existência de uma atmosfera redutora no processo de gaseificação, o que gera
produtos gasosos preferencialmente, enquanto que a atmosfera inerte na pirólise produz um
líquido viscoso, escuro e de composição que varia de acordo com a característica da biomassa.
Este capítulo constrói um alicerce para o entendimento da razão de essas tecnologias
ainda estarem em um estágio fluido e da necessidade de pesquisa para otimização dos
processos. A dificuldade de aplicação dos produtos primários devido à composição do gás na
gaseificação e o óleo na pirólise – produtos primários principais dos processos – instiga o
desenvolvimento de processos que contornem estes problemas. Em contrapartida, a
diversidade de possibilidade de aplicação dos produtos primários obtidos nos processos exibe a
amplitude e potencial de aplicação das técnicas, que impulsiona o desenvolvimento das técnicas
em direção a alternativas economicamente viáveis.
53
CAPÍTULO 5 METODOLOGIA
Como apresentado no capítulo 2, o monitoramento das tecnologias de conversão de
biomassa por gaseificação e pirólise permite conhecer as tendências dos processos e apresenta
uma análise quantitativa dos artigos científicos e propriedade industrial. Naquele capítulo são
apresentados os métodos seguidos neste trabalho para a obtenção dos dados indicadores dos
avanços tecnológicos na área. Aqui são descritos os procedimentos realizados para seleção da
amostra de publicações científicas e documentos de patente referentes a gaseificação e pirólise
de biomassa. São apresentadas também as lógicas de seleção da amostra, as quais foram
separadas de acordo com a intenção do estudo.
5.1 Monitoramento das tecnologias de conversão térmica de biomassa
O monitoramento das técnicas de conversão térmica de materiais lignocelulósicos,
proposto neste trabalho, tem por base a seleção de artigos científicos e documentos de
patentes obtidos de bases de dados reconhecidamente confiável no meio científico destinado a
bibliometria. A compilação desses dados gera informações quantitativas quanto às tendências
geográficas, temporais e tecnológicas do objeto de estudo. Dos estudos existentes sobre como
proceder para a construção de um banco de dados que caracterize as pesquisas e
desenvolvimentos sobre um determinado assunto, o trabalho de Watts e Porter (1997) com
sugestões de passos a serem seguidos para gerar tal banco tem reconhecimento pode ser
considerado indicam passos a serem tomados para reunir e interpretar as medidas de
bibliometria. Os autores propõem reunir resumos bibliográficos (de artigos ou patentes, por
exemplo), sugerindo resumos de 100 a 10.000 trabalhos sobre a tecnologia de interesse, que
pode ser um processo ou um produto. Após uma análise dos passos propostos pelos autores, as
etapas desta pesquisa foram elaboradas e são apresentadas na Tabela 5.1. A execução das
etapas acontece com o intuito de extrair as informações necessárias para responder às questões
54
do trabalho, sendo pouco expressivo o detalhamento de toda a tecnologia em informações que
não atingissem o objetivo deste estudo.
Tabela 5.1 Passos para um processo de prospecção tecnológica, adaptados de Watts e Porter (1997).
1. Pesquisar nas bases de dado escolhidas, utilizando termos básicos do tema.
2. Fazer download de uma base de dados inicial; examinar e acumular palavras-chave, etc,
para refinar a compreensão do tema e gerar um bom algoritmo de pesquisa.
3. Refazer pesquisar no(s) banco(s) de dados mais vantajoso (s), armazenar os resumos.
4. Examinar as palavras-chave, palavras do título, palavras do resumo e expressões; ler os
resumos para ganhar fluência nas atividades, aplicações, players importantes e
dispersão relacionados.
5. Agrupar as informações das tendências de atividades gerais, atividades de um tema
específico, atividades de uma instituição específica, etc..
6. Considerar os padrões de atividade por tipo (acadêmico, governamental, industrial) ou
outras delimitações de interesse.
7. Agrupar atividade tecnológica ou outra associada ao objetivo.
8. Mapear as principais tecnologias de suporte, os interesses institucionais, etc..
9. Descrever mapas em intervalos de tempo diferentes.
10. Mapear prováveis futuros perfis tecnológicos ou competitivos, se for o caso.
11. Desenvolver uma árvore de decomposição da tecnologia, incluindo os players de
marcação; fuga para as tecnologias que contribuem.
12. Realizar análises em áreas especiais (por exemplo, análise comparativa).
5.2 Seleção de artigos e documentos de patentes
A importância do método de construção da base de dados é indiscutível, já que a partir
desses artigos e patentes escolhidos é realizado o monitoramento da tecnologia. A origem
dessas informações, ou seja, a base de artigos e patentes utilizada, precisa gerar um conjunto
de informações que permita fornecer amplitude temporal e seja reconhecidamente confiável no
meio de pesquisa para gerar uma análise histórica significativa.
55
5.2.1 Base de dados
Existem diversas bases de dado disponíveis para buscas de bibliografia científica, como
as reconhecidas SciVerse Scopus (Scopus) – da editora Elsevier –, Web of Knowledge e Google
Scholar. Em relação a essas bases de dado disponíveis para realização de pesquisas
bibliométricas, Ball e Turger (2006) comparam as bases SciVerse Scopus (Scopus) e Web of
Science (WoS), a primeira pertencente à editora Elsevier e a segunda provida pela empresa
Thomson Reuters, e concluem que WoS destaca-se por abranger maior cobertura temporal e
realizar constantes análises da importância dos periódicos participantes para o meio em que
estão inseridos, havendo revisão da participação desses na base WoS (Ball e Turger, 2006).
Outras publicações que também apontam vantagens e desvantagens entre bases (Neuhaus &
Daniel, 2006; Bakkalbasi et al, 2006; Gavel & Iselid, 2008; López-Illescas et al, 2008; Mikki, 2010)
apontam para o potencial da base da Thomson Reuters® para pesquisas bibliométricas. Por isso,
neste estudo a foi utilizada a base Web of Science pela qualidade conceituada e pela ampla
abrangência de artigos científicos em diversas áreas.
Já para a construção da base de propriedade industrial, a escolha da base de trabalho foi
influenciada pela disponibilidade de documentos de patentes publicadas de diversos países,
possibilitando agrupar documentos de diversas localidades, diferentemente de como
aconteceria caso fossem escolhidas as bases de escritórios de patente. A base Derwent
Innovations Index (DII) é, segundo o próprio site (DWPI, 2012), o banco de dados de
documentos de patente mais abrangente no mundo, além de permitir obter informações e
dados sobre os documentos de patentes de forma direta na maioria dos casos.
As base Web of KnowledgeSM (WoS) e Derwent Innovations IndexSM (DII) são parte do
Institute for Scientific Information, ISI (instituto de informação científica), pertencente à
empresa Thomson Reuters. Segundo o próprio site, a base Web of Science® é líder mundial em
literatura acadêmica em ciências, ciências sociais, artes e humanidades e contém publicações de
anais de congressos internacionais, simpósios, seminários, colóquios, workshops e convenções,
com publicações de 1945 até o presente. A base Derwent Innovations IndexSM abrange
documentos de patente de 1963 até o presente, sendo um recurso que permite uma visão
56
abrangente das intenções do mercado global nas categorias de engenharias química, elétrica,
eletrônica, e mecânica (Thompson Reuters, 2012).
5.2.2 Estratégia de busca
A obtenção do conjunto de artigos e patentes se inicia pela escolha das palavras chave
que delimitam o assunto pesquisado. Este conjunto resulta em uma amostra do número real de
estudos e desenvolvimento existentes sobre o assunto. Dada a quantidade extensiva de artigos
e patentes sobre tecnologias térmicas de conversão de biomassa, a escolha das palavras chave
pretende garantir um número representativo de documentos, tal como Watts e Porter (1997)
apontam, e cujo tema principal do estudo seja gaseificação ou pirólise de biomassa – há
palavras chave que identificam documentos relacionados ao tema, mas que não são
necessariamente o assunto principal investigado.
A pesquisa nas bases escolhidas – WoS e DII – foi realizada utilizando o recurso de busca
avançada pela possibilidade de busca mais específica e com maior número de palavras
comparado com a opção simples. As bases oferecem opções de busca por campos como
assunto, título, autor, ano de publicação, país, ISSN. A análise de quais palavras chave seriam
utiliadas na pesquisa iniciou-se aplicadas no campo de assunto (topic – TS), recurso que faz a
busca das palavras envonvendo o título, resumo e palavras chave de cada documento.
Entretando, foi observado que diversos documentos resultantes dessa pesquisa apresentaram
temas generalizados, cujos assuntos principais não eram exatamente o desejado e algluns
bastante distintos. A solução de tal questão foi uma pesquisa mais direcionada ao buscar as
palavras chave no título apenas (title – TI). Com isto, quase todos os documentos analisados
eram direcionados à pesquisa de objetivo.
Algumas tentativas foram necessárias para a definição das palavras responsáveis pela
amostragem dos documentos. A primeira tentativa foi de utilizar as palavras
gaseificação/pirólise (gasification/pyrolysis) agrupadas com as palavras biomassa ou
lignocellulósico (biomass OR lignocellulosic) por assunto (TS), resultando em diversos artigos e
patentes sem o foco necessariamente nos processos dessa pesquisa. Quer dizer, muitos dos
documentos continham as palavras gaseificação e pirólise, mas o assunto principal nem sempre
57
era relativo àquelas palavras. Ao restringir a pesquisa no campo do título (TI) foi possível
garantir uma amostragem mais homogênea das publicações científicas e patentes propriamente
sobre os assuntos desejados. A Figura 5.1 ilustra a pesquisa na base WoS e a Figura 5.2, na base
DII, com as palavras chave usadas na seleção dos artigos e patentes respectivamente.
Após a leitura de alguns dos artigos e documentos de patentes, foi decidido que
deveriam ser incluídos nas palavras-chave os produtos primários, ou seja, o termo syngas (gás
de síntese) para gaseificação e o termo bio-oil (bio-óleo) para pirólise. Vale ressaltar que o
critério de ecolha das palavras chave foi determinado para gerar uma amostra significativa do
que existe publicado e não todo o conteúdo. Sendo assim, tanto na base Web of Science quanto
na Derwent, os termos de pesquisa – em inglês – unidos por sistema de lógica AND (e) e OR (ou)
foram os seguintes:
Gaseificação: TI=(gasification OR syngas) AND TI=(biomass OR lignocellulosic);
Pirólise:TI=(pyrolysis OR bio oil OR bio-oil OR pyrolysis oil) AND TI=(biomass OR lignocellulosic).
5.2.3 Definição de restrições para a construção da base de dados
As bases de dados WoS e DII oferecem possibilidade de escolhas que delimitam o tema
de pesquisa. A definição dos documentos gerados é justificada pela necessidade de existência
de um padrão dos artigos e patentes resultantes. No que concerne tanto artigos quanto
patentes, a faixa temporal de pesquisa dos documentos foi restringida até o ano de 2011, sem
limitação do ano de início de registro das pesquisas. As restrições específicas referentes a cada
base são apresentadas.
5.2.3.1 Artigo científico – Web of Science
A base WoS permite que a busca abranja documentos como artigos (articles), revisões
(review), livro (book), dentre outras. Destas opções apenas artigos e reviews foram identificados
como condizente ao objetivo da pesquisa. Além do tipo de documento, a base WoS também
possibilita a escolha da língua da publicação. Foram restringidos os documentos em inglês, pois
publicações em idiomas diferentes desse são limitados em explanação da informação e
restringe o acesso geral (Bar-Ilan, 2008).
58
Figura 5.1 Apresentação da base Web of Sciente, empregada na pesquisa de artigos científicos. Em Search History (em cor laranja) é possível visualizar o resultado de artigos científicos relativos a gaseificação e pirólise de biomassa realizadas para este trabalho, assim como as palavras-chave utilizadas.
(2)
(5)
(3)
(4)
59
Figura 5.2 Apresentação da base Derwent Innovation Index, empregada na pesquisa de documentos de patente Em Search History (em cor laranja) é possível visualizar o resultado de artigos científicos relativos a gaseificação e pirólise de biomassa realizadas para este trabalho, assim como as palavras-chave utilizadas.
60
Determinadas as palavras chave, o idioma, tipo de documento e a faixa temporal, a
base WoS lista 808 artigos sobre gaseificação a partir de 1979 e 673 artigos sobre pirólise a
partir de 1980. Entretanto, a base não limita a pesquisa a artigos científicos e apresenta
resultados que incluem artigos publicados em algumas revistas eletrônicas não científicas.
Assim, foi necessária uma seleção posterior daqueles artigos pertencentes apenas a
periódicos científicos, identificados com auxílio da base de periódicos Journal Citation
Reports®6. Após essa etapa de seleção apenas dos artigos publicados em periódicos
científicos, a amostra passou a conter 772 artigos científicos e revisões sobre gaseificação de
biomassa e 635 para pirólise, entre os anos de 1979 e 2011.
5.2.4 Documentos de patente
Os resumos dos documentos de patente disponíveis na base DII são em inglês,
entretanto, são apenas alguns documentos cujo texto da invenção é apresentado na íntegra
pela base. Como a pesquisa só poderia ser feita utilizando as informações contidas nos
resumos, além dos dados apresentados diretamente, não houve nenhuma restrição quanto
à língua das patentes referentes ao objeto de estudo, nem quanto a qualquer outro quesito
de seleção por não ter sido necessário. O número total de documentos de patente listados
pela base DII inicia em 1981 tanto para gaseificação quanto para pirólise de biomassa, sendo
o número de patentes 1454 de gaseificação e 415 de pirólise.
5.3 Construção da base de dados de artigos científicos
Os arquivos científicos e documentos de patente gerados foram agrupadas em
planilhas eletrônicas do software Microsoft Office Excel 2007 para a organização e
processamento dos dados. O próprio site da base de dados possibilita o armazenamento das
informações dos documentos em texto e podem ser armazenados em planilha eletrônica.
No final da página de resultados que aparece após a pesquisa com as palavras chave
escolhidas, aparece a opção Output Records. Esta função possibilita o armazenamento dos
documentos resultantes da pesquisa após a escolha das opções em três passos
apresentados. A construção das bases de dados deste trabalho foi feita pela escolha de
todos os documentos da amostra, com todos os dados dos documentos e salvos em formato
6 Parte do Institute for Scientific Information, ISI, pertencente a Thompson Reuters. Fornece
indicadores de desempenho de periódicos de forma sistemática e objetiva para avaliar criticamente os principais periódicos do mundo.
61
de texto (save to plain text). O texto gerado foi gravado em planilha eletrônica para a criação
do banco de dados. O recurso de filtro do software Excel permitiu a separação dos
documentos em categorias para o processamento das informações. Os dados dos artigos,
como autores, fonte, resumo, números de vezes citados em outros artigos, ilustrados na
Figura 5.3, aparecem listados por linhas quando armazenados em formato de planilha
eletrônica. Esta função facilita obtenção das informações necessárias. Das informações
disponibilizadas sobre as publicações, os itens considerados neste trabalho para os artigos
são:
1. Fonte (Source): fornece a revista a qual o artigo foi publicado. Foram
selecionados os artigos cuja fonte fosse periódico científico segundo a base de
periódicos Journal Citation Reports;
2. Ano de publicação (Published): utilizado para a classificação temporal;
3. Título e resumo (Title e Abstract): a leitura dos títulos e resumos dos artigos
científicos permitiram as categorizações gerais e específicas;
4. País de filiação (Addresses): selecionado o tipo de instituição e filiação dos
autores. A filiação do primeiro autor – em casos de artigos publicados em
colaboração com outros países – foi considerada para a identificação geográfica
das publicações.
Em relação aos artigos científicos, foram construídas duas planilhas eletrônicas como
base de dados: uma contendo artigos sobre gaseificação de biomassa e a segunda sobre
pirólise de biomassa. Vale notar que o artigo que aparece na Figura 5.3é um exemplo de
alguns dos artigos científicos com assunto sendo tanto sobre gaseificação quanto sobre
pirólise. Esses casos, os artigos aparecem em ambas as planilhas, não havendo nenhuma
etapa de separação desses dos outros relativos exclusivamente a uma das tecnologias. Isto
porque entende-se que cada assunto foi abordado pelos autores como assuntos principais.
62
Figura 5.3 Exemplo de artigo selecionado para a base de dados.
5.4 Construção da base de dados de patentes publicadas
A construção da base de patentes sobre as tecnologias de conversão térmica de
biomassa foi similar àquela da base de artigos. A lista das patentes publicadas com resumo e
informações sobre número da patente, ano de depósito, etc. foi armazenada em planilha
63
eletrônica e os dados foram refinados, sendo uma planilha eletrônica para cada uma das
duas tecnologias em questão. A Figura 5.34 apresenta um exemplo de patente publicada
disponibilizada pela base DII. Os dados importantes utilizados são:
1. Número da patente (Patent Number(s)): Representa o número da patente
publicada nos diferentes escritórios de patente. É um código com informações
do documento, inclusive o país do escritório de patente daquele documento;
2. Depositante (Patent Assignee Name(s) and Code(s)): indica o depositante da
patente, que pode ser uma pessoa física – indicada pelo termo individual no
código entre parênteses – ou pessoa jurídica. Essas pessoas jurídicas são os
nomes das empresas cuja patente originou. Através do nome da empresa que foi
possível fazer pesquisa em sites de busca para identificar qual era o tipo da
empresa depositante – universidade, centro de pesquisa ou empresa privada;
3. Ano de publicação da primeira patente (Derwent Primary Accession Number):
como dito em (1), uma invenção pode ser publicada em mais de um país e o
número apresentado neste item é o número de entrada da invenção na base,
começa pelo ano que a invenção foi primeiro publicada e entrou na base;
4. Título e resumo (Title e Abstract): Contém a novidade da invenção, uso,
vantagem. A leitura do título e do resumo orientou a separação dos documentos
de patente em categorias gerais e específicas, como feito para a base de artigos
científicos;
5.5 Identificação do perfil de desenvolvimento tecnológico
O conhecimento das tendências das tecnologias de conversão de biomassa, assim
como o monitoramento das suas características, como evolução temporal, identificação
geográfica do desenvolvimento, foi possível pelo processamento dos artigos e patentes
gerados da pesquisa nos bancos WoS e DII. Alguns parâmetros do monitoramento são
obtidos de forma direta, como o ano de publicação, e outros são gerados através da leitura
dos títulos e resumos dos documentos, com categorias gerais e específicas.
64
Figura 5.4 Exemplo de documento de patente selecionado para a base de dados.
A determinação de categorias relacionadas aos diferentes temas abordados nos
artigos e patentes fornece a percepção do estágio evolutivo da tecnologia. Martino (2003)
descreve o comportamento padrão do ciclo de vida de uma inovação analisada por
bibliometria: o número de “pontos”, identificado pelo número de documentos, tem uma
fase crescente no princípio do desenvolvimento daquela etapa até atingir o pico máximo de
65
pontos, passando para a fase de declínio daquela etapa quando uma outra etapa mais
avançada se inicia, como ilustrado na Figura 5.5. O estudo da evolução das etapas informa a
posição aproximada daquela tecnologia no ciclo de vida, e os permite identificar o seu nível
de desenvolvimento. A figura ilustra o caso, porém as etapas identificadas se sobrepõem, na
medida em que o início de um estágio não depende necessariamente da finalização do
anterior, visto que a etapa seguinte pode se iniciar antes da etapa anterior estar totalmente
otimizada. Além disso, é comum que as pesquisas e desenvolvimentos relativos a uma etapa
continuem mesmo após o avanço para outras etapas conforme sejam geradas as respostas
de desempenho, conforme visto no capítulo 2, sobre o modelo chain-link.
Figura 5.5 Estimativa bibliométrica da fase de inovação. Adaptado de Martino (2003).
Os bancos de dados elaborados foram processados e novas planilhas foram geradas
com cada categoria. Como diversas dessas categorias foram correlacionadas, novas planilhas
foram criadas de acordo com a demanda de informações. A concepção das análises, em
termos de quantidade de informação e relação entre as categorias, ocorreu durante o
processo. Quer dizer, baseado na literatura, os parâmetros de análises foram estabelecidas
sendo:
i. evolução temporal;
ii. distinguir os países de publicação;
iii. identificar as instituições responsáveis pelo desenvolvimento;
iv. conhecer em que etapa do ciclo de vida as tecnologias se encontram.
Nú
mer
o d
e p
on
tos
Tempo
Pesquisa básica
Desenvolvimento
Pesquisa aplicada
Aplicação
Impacto social
66
5.5.1 Evolução temporal
Os dados de quantidade de publicações resultantes da pesquisa nas bases foram
separados por ano de publicação dos artigos e das patentes. Este item aparece diretamente
as planilhas geradas das bases utilizadas, sendo que na base de dados de artigos aparecem o
mês e o ano da publicação, e na base de patentes aparece o ano da primeira publicação da
patente. Ou seja, a patente pode ser depositada em mais de um escritório de patente, e
aquelas que o são, é exibido no campo de ano de publicação apenas o ano em que aquela foi
publicada pelo primeiro escritório de patente. Duas listagens diferentes com o número de
artigos e o número de patentes publicados em cada ano geraram gráficos referentes a
evolução temporal dos documentos. O resultado da progressão temporal foi posteriormente
utilizado em combinações com os outros critérios de análise, como apresentado no item 5.6.
Em relação a essas combinações referentes à análise temporal, alguma dessas foram
realizadas em períodos ao invés da representação dos dados pontualmente por ano. Isso
porque foram identificados períodos em que a quantidade de documentos seguia um
padrão, que é melhor explicado no capítulo de resultados, já que pode ser visualizado no
gráfico de evolução temporal das tecnologias estas características de cada período.
5.5.2 Países e região de publicação
A identificação do país onde as pesquisas científicas foram realizadas e o país onde as
patentes foram primeiro publicadas localiza a tendência de desenvolvimento da tecnologia.
No banco de dados de artigos científicos, esta informação foi extraída do item
address da planilha obtida da base WoS. O endereço do autor serviu para determinar o país
onde foi realizada a pesquisa. Por questões de padronização, os artigos com autores de
diferentes países, o país considerado foi aquele do primeiro autor.
No banco de dados de patentes também foi necessário padronizar a forma de
considerar o país de depósito da patente. Já foi dito que uma mesma patente pode ser
depositada em mais de um país, ou seja, em mais de um escritório de patente. A base DII
disponibiliza o número de cada depósito da mesma patente no campo de patent number.
Esse código engloba a sigla do país do escritório de patente, representado por duas letras do
alfabeto latino, e o estágio do depósito. O primeiro país onde o documento de patente foi
publicado aparece primeiro na lista de número da patente e é conhecido como país
prioridade. Nos casos em que aparecem mais de um número da patente num mesmo país,
67
os dois últimos dígitos identificam estágios diferentes do processo de patentes – se já foram
concedidas ou se estão sendo analisadas. Aqueles que aparecem com a sigla WO no
princípio do número da patente representam os pedidos relacionados ao Tratado de
Cooperação de Patentes (PCT), os quais não geram patente de imediato, e sim são
considerados como expectativa de direito7. As patentes com apenas um número de patente
que fosse iniciado com a sigla WO foram desconsiderados por ainda não ser possível
identificar o país de depósito e por ser apenas expectativa de direito. Já as patentes com o
primeiro número da patente com a sigla WO mas que continham também outros números, o
primeiro número de patente da lista que continha um código de país foi o considerado na
análise.
Os países identificados nos bancos de dados englobam os 5 continentes principais:
África, América, Ásia, Europa, e Oceania. A apresentação de resultados número de artigos e
patentes de todos estes países acarretaria em excesso de dados e pouca informação
relevante, já que as publicações aparecem em maior número em determinados países. Por
isso os países da Europa foram reunidos em um único grupo. Os países europeus
representantes deste conjunto são: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, European Patent
Office Escócia, Espanha, Estônia, Finlândia, França, Grécia, Holanda, Hungria, Inglaterra,
Irlanda, Irlanda do Norte, Itália, Letônia, Luxemburgo, Noruega, Países Baixos, Polônia,
Portugal, República Tcheca, Romênia, Rússia, Suécia e Suíça.
Os países cuja quantidade de documentos é menor que 7% do total foram agrupados
em um conjunto denominado outros. Tais países são: África do Sul, Argentina, Austrália,
Bangladesh, Brasil, Bulgária, Burquina Faso, Canadá, Cingapura, Colômbia, Coréia do Sul,
Cuba, Índia, Irã, Iraque, Israel, Malásia, Nova Zelândia, Paquistão, Sérvia, Tailândia, Taiuã,
Tunísia, Tunísia, Turquia e Uruguai.
5.5.3 Tipo de instituição
Os tipos de instituição identificadas nos bancos de dados deste trabalho são
universidades, que inclui college (principalmente em documentos dos Estados Unidos) e
7 O sistema do Tratado de Cooperação de Patentes (PCT) é, na verdade, um facilitador de depósitos. O
depositante tem o prazo de 30 meses a contar deste depósito para entrar na fase nacional de cada um dos países para os quais busca proteção (Santos & Nunes, 2012).
68
école (documentos da França) como diferentes formas de identificação de uma instituição
de ensino superior, centros de pesquisa e empresas.
O conhecimento do tipo de instituição responsável pela pesquisa científica ou
inovação é uma das formas de identificar o estágio da tecnologia e a probabilidade de
entrada no mercado. Por exemplo, a existência de participação de empresas em pesquisas
científica aponta interesse comercial naquela tecnologia, já que a predominância de
participação em publicações de artigos é de universidades. Além disso, a constatação de
cooperação entre mais de um tipo de instituição pode representar avanço mais rápido da
tecnologia, visto que a busca por colaboração denota atividade em diversos campos de
atuação. Documentos publicados predominantemente por universidades indica pouca
explanação fora do meio acadêmico, que é muitas vezes voltado para a pesquisa sem caráter
de aplicação, com pouco interesse em adequação aos perfis do mercado ou à viabilidade
econômica do processo. A atuação de centros de pesquisa no progresso de uma tecnologia
pode ser caracterizado como uma forma intermediária de atingir o estágio final de evolução,
enquanto que tecnologias em desenvolvimento com participação ativa de empresas têm
maior possibilidade de real aplicação.
De forma diferente à classificação por países, o tipo de instituição não foi restringido
àquela do primeiro autor, no caso de artigos científicos. Foram identificadas as colaborações
entre instituições, que aparecem no campo de adress, com o nome de cada instituição dos
autores participantes. A informação de qual era o tipo de instituição foi obtida pela pesquisa
do nome da instituição em sites de busca de cada um dos documentos e suas respectivas
instituições responsáveis pela publicação.
O tipo de instituição no banco de dados de patentes foi identificado pelo item patent
assignee name(s) and code(s), onde aparece o nome da instituição ou instituições que
depositaram a patente. De forma análoga ao método realizado com o banco de artigos, cada
nome de instituição foi pesquisado para que fossem classificados de acordo com o tipo. No
caso de patentes, existe também o depósito por pessoas físicas, que não estão
necessariamente ligadas a uma empresa. Nesses casos, aparece o nome do depositante e a
palavra individual entre parênteses, após o nome do depositante.
69
5.5.4 Categorias gerais e específicas
Os critérios apresentados até aqui foram obtidos de forma quase direta. As
combinações, o monitoramento mais detalhado das tecnologias, obtido pela identificação
do ciclo de vida das tecnologias, foi gerado pela separação dos temas de pesquisa dos
artigos e patentes em categorias gerais e específicas para os documentos publicados no
período de 2004 a 2011. A escolha do período diferente do período total da amostra – 1979
a 2011 – justifica-se por ser encontrado neste período bua parte dos artigos científicos e
documentos de patentes (pelo menos 67% dos artigos e documentos de patentes estão
neste período), sendo uma forma de ser conhecido o estágio mais atual do desenvolvimento
das tecnologias.
Além disso, a elaboração de categorias específicas identificam os documentos das
amostras pelos temas principais de forma mais precisa. As categorias gerais consideradas
foram separadas em categorias específicas após a leitura da grande maioria dos documentos
da amostra. A intenção desse processo é de incluir todos os documentos da amostra em
uma categoria específica, sem criar uma opção de “outros” e bem compreender o perfil das
tecnologias. O processo de escolha das categorias específicas foi cíclico – diversas categorias
foram criadas em etapa posterior à escolha final – até que todos pudessem ser
categorizados. As categorias gerais e a qualificação dos documentos que os inserem nessas
categorias são:
Fundamentos: pesquisa básica das técnicas de conversão, identificado apenas
em artigos científicos;
Processo: desenvolvimento de técnicas que permitam a conversão de biomassa;
Aplicação: processos desenvolvidos direcionados à utilização dos produtos
primários gerados – gás de síntese, óleo de pirólise, e outros produtos primários;
Impacto: estudo de impacto social ou ambiental das tecnologias, apenas para
artigos científicos.
Desses temas principais podem ser subdivididos os assuntos específicos de cada
artigo e patente de acordo com a abordagem, já que existem direcionamentos diversos,
como cinética das reações, processo de pré-tratamento do material, condições de processo,
operação de downstream, desenvolvimento da aplicação do produto primário. A
classificação dos documentos resultou da leitura dos títulos e resumos dos artigos, buscando
70
cobrir todos os temas de forma estratégica a definir o estado de desenvolvimento das
técnicas de conversão de biomassa. Estas categorias específicas são apresentadas na Tabela
5.2, relacionando cada uma com a categoria global referente.
Tabela 5.2 Classificações específicas que detalham as categorias gerais do estudo dos artigos científicos de gaseificação e pirólise de biomassa.
Categoria geral Categoria específica Descrição
Fundamentos
Termodinâmica Modelo de equilíbrio termodinâmico dos produtos formados, energia química antes e depois da conversão e outros estudos termodinâmicos.
Cinética Taxa de decomposição da matéria prima e formação dos produtos.
Processo
Aumento de escala Estudos de aumento de escala do processo.
Qualidade do produto
Pesquisas envolvendo trabalhos de melhorias do produto, como separação em produtos específicos, downstream e upstream.
Caracterização dos produtos
Estudos com objetivo principal de identificar a característica do produto primário obtido.
Composição da biomassa
Avaliação da composição da biomassa para obtenção dos produtos primários. Alguns desses estudos trabalham com mistura de matéria prima renovável com não-renovável.
Condição de operação
Uso de catalisadores, diferentes condições de temperatura, pressão, tipo e design do reator
Pré-tratamento Trabalhos relacionados com o pré-tratamento da biomassa antes do uso das tecnologias estudadas.
Aplicação
Combustível líquido
Uso dos produtos primários para a obtenção de combustíveis obtidos por Fischer-Tropsch, etanol, e análise econômica ou técnica sobre o uso da gaseificação para obtenção de combustíveis.
Eletricidade
Uso de gaseificadores combinados com sistemas de geração de eletricidade, análises econômicas e técnicas quanto à aplicação de sistemas de geração de energia em locais específicos.
Produtos químicos
Produtos químicos gerados a partir da biomassa convertida termicamente, podendo ser análise técnica ou econômica sobre os processos aplicados a produtos químicos.
71
5.6 Combinação de parâmetros de análise
Os parâmetros utilizados no estudo de monitoramento das tecnologias de conversão
térmica de biomassa correspondem a informações importantes daqueles perfis. Para que o
monitoramento das tecnologias fosse mais completo, como conhecer se há progressão ou
declínio do interesse da tecnologia em um determinado país, por exemplo, criou-se uma
combinação dos parâmetros analisados. Existe ampla possibilidade de interação entre os
parâmetros, por isso a escolha desses foi feita pela análise de relevância que daquela
informação ofereceria ao trabalho final. As combinações geradas estão listadas na Tabela
5.3. Cada artigo e patente foi numerado, e a numeração permitiu a combinação das
informações e a elaboração do monitoramento quantitativo.
Tabela 5.3 Combinação dos parâmetros de análise dos artigos e patentes sobre conversão térmica de biomassa
Artigos científicos Documentos de patente
Período x País ou região Período x País ou região
Tipo de instituição (empresa) x Período Categorias gerais x Período
Tipo de instituição (empresa) x País ou região Categorias gerais x País ou região
Categorias gerais x Período Categoria específica (aplicação) x Período
Categorias gerais x País ou região
Categorias específicas x Período
Aplicação x Período
72
CAPÍTULO 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A criação de perfis de monitoramento tecnológicos utilizando publicações científicas
e documentos de patentes fornecem dados importantes de das tendências das tecnologias.
Mesmo que este tipo de análise bibliométrica não possa ser considerado isoladamente como
um método decisivo de tomada de decisão, uma pesquisa neste campo pode indicar
caminhos promissores, ou serem identificados pontos críticos de origem técnica ou de
questões de regulamento que tornariam as tecnologias estudadas em viáveis
economicamente.
As questões apresentadas no primeiro capítulo que orientaram a pesquisa são
complicadas de serem respondidas da maneira que se apresentam. Por isso, questões
auxiliares, relacionadas àquelas, foram formuladas para conduzir o trabalho com o uso de
bibliometria:
Comparando as conversões de biomassa por gaseificação e pirólise, qual está
mais desenvolvida e converge mais para a viabilidade econômica?
O número de artigos e patentes sobre gaseificação e pirólise indica maior
esforço para desenvolver qual das tecnologias?
Qual é o perfil temporal de publicação de patentes sobre cada tecnologia? É
possível identificar crescimento do interesse em aperfeiçoar as tecnologias?
Qual tipo de instituição – universidades, centro de pesquisa – mais atuam na
publicação de artigos científicos e patentes?
A análise dos artigos e patentes mais atuais caracteriza as tecnologias em
estágios de desenvolvimento próximo de uma aplicação comercial ou ainda
apresentam características de pesquisa básica?
Quais países identifica-se maiores esforços para obtenção de produtos viáveis
originados de fonte renovável e transformados por termoconversão?
Em quais países se concentram a pesquisa e as publicações de patentes?
Essa característica apresenta mudança com o tempo?
Quais países são responsáveis por estágios mais avançados no
desenvolvimento das tecnologias?
73
Quais são os produtos gerados por gaseificação e pirólise de biomassa são mais
propensos a serem viáveis economicamente?
Pode ser identificada nos artigos e patentes maior esforço de
desenvolvimento do uso dos produtos primários das tecnologias em questão
para alguma aplicação?
As questões de trabalho foram segmentadas em tópicos para melhor apresentação
dos resultados:
Produção temporal: descreve a evolução temporal das publicações de artigos e
patentes. O perfil de produção com o tempo foi verificado associado com os
outros tópicos.
Produção geográfica: descreve a evolução temporal das publicações e patentes e
pretende localizar onde as técnicas são mais investigadas.
Atuação de instituições: apresenta o tipo de instituição mais produz informações
sobre as técnicas – universidades, centro de pesquisa ou empresas – para auxiliar
na compreensão da etapa de desenvolvimento das tecnologias. As formas de
cooperação são igualmente analisadas.
Perfil tecnológico: identifica os principais rumos das tecnologias no que tange a
etapa do ciclo de vida e a aplicação dos produtos primários obtidos da
gaseificação e pirólise de biomassa através da classificação de cada artigo e
documento de patente publicados no período de 2004 a 2011 em categorias
gerais e específicas.
6.1 Produção temporal
O monitoramento de uma tecnologia por bibliometria é, em geral, iniciado pela
quantificação do número de artigos e patentes publicados em cada ano. Essa quantificação
permite identificar períodos que separam o interesse nas tecnologias estudadas em
diferentes etapas, que pode ser motivado por mudanças e paradigma na produção.
A avaliação da evolução temporal por assuntos de gaseificação ou pirólise de
biomassa permite detectar os perfis de progresso. Essas diferentes etapas podem indicar
motivações distintas em direção ao avanço dos temas e em direção a melhorias no processo.
Esta análise inicial possibilita uma visão geral da dimensão das técnicas no meio acadêmico e
74
das intenções de destino das tecnologias. A Figura 6.1 ilustra o progresso anual dos artigos
sobre gaseificação e pirólise de biomassa enquanto que a Figura 6.2 aponta os avanços de
patentes publicadas sobre ambos os processos. A busca por fontes renováveis e processos
capazes de adequarem-se à realidade atual da sociedade de preocupação ambiental e
menor dependência de matérias primas fósseis é refletida no crescimento de publicações
sobre o tema.
Figura 6.1 Evolução do número artigos científicos publicados sobre gaseificação ( ) e pirólise ( ) de biomassa no período de 1979 a 2011. Total de artigos sobre gaseificação: 772. Total de artigos sobre pirólise: 635.
Figura 6.2 Evolução do número de patentes publicadas sobre gaseificação ( ) e pirólise ( ) de biomassa no período de 1979 a 2011. Total de patentes da amostra sobre gaseificação: 1454. Total de patentes da amostra
sobre pirólise: 415.
A diminuição do número de artigos e patentes com o tempo poderia significar, de
acordo com o conceito de ciclo de vida, que a tecnologia está bastante desenvolvida e, por
isso, poucas pesquisas e patentes são publicadas, ou que as possibilidades de melhorias e
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75
alcance da etapa comercial são bem remotas – não sem alguma modificação crucial no
processo que ainda não foi desenvolvida ou um aumento tão elevado no custo dos produtos
ou processos competitivos que tornem aquele que é então não viável em mais interessante
economicamente. Entretanto, não é o caso visualizado nas Figuras 6.1 e 6.2. Os perfis
ilustrados indicam crescimento em ambos os processos de conversão térmica de biomassa
tanto na análise de artigos publicados quanto patentes publicadas. Isso corrobora que a
procura por processos que representem sustentabilidade é progressivo, ao menos para os
processos aqui analisados. Mais especificamente, esses resultados são um indicativo de que
as técnicas de termoconversão possam vir a ser viáveis. Sabendo que as técnicas
monitoradas neste trabalho são bem pouco difundidas comercialmente, o reconhecimento
de que há aumento do desenvolvimento das técnicas pode ser interpretado como uma
evolução.
Entretanto, comparativamente, a técnica de gaseificação pode estar em uma etapa
da evolução mais avançada, já que as Figuras 6.1 e 6.2 mostram quantidades de artigos e
patentes publicados mais altos relativos à técnica de gaseificação.
Ainda analisando as Figuras 6.1 e 6.2, é possível identificar períodos em que há
padrões de crescimento das publicações. Os períodos identificados na primeira figura, que
mostra o número de artigos científicos são:
1979 – 1997 – até este período as publicações foram abaixo de 1% do total,
sem regularidade da publicação;
1998 – 2004 – as publicações atingem 2% do total, ainda sem padrão regular
de crescimento;
2005 – 2011 – é identificado avanço no número de publicações, podendo ser
considerado um aumento exponencial nos números para ambas as técnicas
(r²= 0,94 para gaseificação e r²= 0,87 para pirólise).
Os períodos identificados na segunda figura, que mostra o número de patentes
publicadas:
1979 – 2002: até este período as patentes sobre gaseificação representaram
menos que 1% do total;
76
2003 – 2007: crescimento significativo do número de patentes de gaseificação
de biomassa, enquanto que as patentes em pirólise aparecem com menos de
1%;
2008 – 2011: o avanço na geração de patente de ambas as técnicas significa
crescimento de mais de cinco vezes em 2011 em relação a 2007 (seis vezes
em gaseificação e quase oito vezes em pirólise).
Alguns dados históricos podem auxiliar na correlação desta periodicidade
encontrada. O início das publicações e patentes, em torno de 1980, mesmo que discretas,
pode indicar atitudes de pesquisadores em resposta ao segundo choque do petróleo,
quando ocorreu o corte na venda e na distribuição de petróleo pelos países membros da
Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP) e do Golfo Pérsico aos Estados
Unidos e Europa. Este fato conduziu a alta no barril de petróleo e, em consequência, nos
produtos derivados deste. Mais do que um movimento de busca de alternativas menos
prejudiciais ao meio ambiente, as pesquisas de substituição de produtos do petróleo por
produtos de fonte renovável foram iniciadas por questões econômicas.
Em 1997, a assinatura do protocolo de Quioto por 84 países pode ter sido importante
no estímulo das pesquisas com biomassa, mesmo que a validade da medida fosse, de fato,
iniciada em 2005 (http://unfccc.int). O tratado internacional compromete os países
envolvidos à redução de emissões de gases estufa e as pesquisas iniciam os esforços para a
obtenção de produtos e processos que atendam a esta expectativa. O mercado de carbono
gerado a partir deste tratado e iniciado no ano 2000 indica que, mesmo que algum aspecto
ambiental seja concebido com este fator, a questão econômica permanece importante.
Mais recentemente, a terceira crise do petróleo no final de 2007 até 2008 pode ter
desencadeado o crescimento mais expressivo do número de publicações científicas e
patentes para obtenção de produtos de origem renovável.
Estes fatores econômicos, aliados à conscientização social e regulamentações criadas
para produções mais limpas propiciam a forte tendência de buscar produtos menos
dependentes de fonte fóssil, num conjunto de uma nova conjuntura concebida
mundialmente. O aumento do investimento intelectual e financeiro na obtenção de
produtos por gaseificação e pirólise não é um indicador isolado de que uma nova diretriz se
77
posiciona. No futuro pode ser que diversas tecnologias existentes hoje para a geração de
produtos de fonte fóssil serão adaptadas para a produção com renováveis.
6.2 Produção geográfica
Estes perfis são identificados nos países onde o número de artigos e documentos de
patentes são mais aparentes. Estas considerações são apresentadas nas análises de visão
acumulada e evolutiva dos principais países responsáveis pelas publicações dos artigos e os
principais países onde as patentes foram depositadas.
6.2.1 Visão acumulada dos artigos científicos publicados por países
A Figura 6.3 identifica a dispersão dos artigos científicos relativos aos países com
mais de 10% de publicações de artigos sobre o total no período estudado. Lembrando que os
artigos agrupados nas bases de dados foram identificados por país do primeiro autor
naqueles que os autores fossem de mais de um país e o mesmo para documentos de
propriedade intelectual. Os países da Europa foram agrupados num único grupo região já
que existem na Europa diversos projetos de financiamento de pesquisa na região, como o
sistema de pesquisa científica European Research Area (área de pesquisa europeia)
conceitua (http://ec.europa.eu/research/era/index_en.htm), numa estrutura de cooperação
multinacional nos campos de pesquisa competitiva desde o ano 2000. Os países europeus
que formam este grupo são listados na Tabela 6.1.
Figura 6.3 Total de publicações separados por região/países para gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa. Total de artigos sobre gaseificação: 772. Total de artigos sobre pirólise: 635. São representados os países com
mais de 10% das publicações totais.
A Europa aparece destacada na Figura 6.3, com mais de 40% das publicações
científicas. Os Estados Unidos e China representam alta porcentagem do número total e o
Europa 43%
EUA 17%
China 12%
Japão 12%
Outros 16%
Europa 42%
Estados Unidos
16%
China 14%
Outros 28%
(
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(
b)
(b) (a)
78
Japão tem destaque apenas no desenvolvimento da técnica de gaseificação de biomassa. Os
países que compõem o conjunto de “outros” são: África do Sul, Argentina, Austrália,
Bangladesh, Brasil, Bulgária, Burquina Faso, Canadá, Cingapura, Colômbia, Coréia do Sul,
Cuba, Índia, Irã, Iraque, Israel, Malásia, Nova Zelândia, Paquistão, Sérvia, Tailândia, Taiuã,
Tunísia, Tunísia, Turquia e Uruguai.
Tabela 6.1. Países que representam o grupo “Europa” nos resultados de produção de artigos científicos. Total de artigos sobre gaseificação: 772. Total de artigos sobre pirólise: 635.
Artigos sobre gaseificação Artigos sobre pirólise
País Número de artigos País Número de artigos
Espanha 56 Reino Unido 48
Holanda 39 Espanha 35
Itália 37 França 35
Suécia 28 Grécia 26
Alemanha 25 Itália 26
França 22 Holanda 22
Inglaterra 22 Alemanha 11
Áustria 18 Bélgica 11
Grécia 15 Finlândia 9
Finlândia 12 Noruega 9
Suíça 12 Portugal 8
Bélgica 8 Suécia 8
Polônia 8 Rússia 4
República Tcheca 8 Estônia 3
Noruega 7 Dinamarca 2
Dinamarca 4 Polônia 2
Irlanda 4 Romênia 2
Rússia 4 Escócia 1
Portugal 3 Hungria 1
Romênia 3 Irlanda 1
Bielorrússia 1 Letônia 1
Hungria 1 Luxemburgo 1
Reino Unido 1 Suíça 1
Letônia 1
79
6.2.2 Visão acumulada dos documentos de publicados por países
A Figura 6.4 ilustra a dispersão das patentes publicadas nos países com mais de 8%
de patentes depositadas. Os países identificados são os mesmos países que aparecem na
análise geográfica de artigos publicados, e os países que representam a Europa aparecem na
Tabela 6.2. Diferentemente dos resultados de comparação entre países dos artigos
publicados, os dados das análises de patentes demonstram que a China aparece com o
maior número de patentes depositadas prioritariamente. A diferença é significativa,
considerando que na primeira análise a China representa pouco mais de 10% dos artigos de
cada tecnologia. Já ao avaliar os valores para os Estados Unidos, apesar de representarem
mais de 15% das publicações de artigos, este país aparece com metade da porcentagem na
segunda análise. Da mesma forma, são identificados números bem menos expressivo em
relação a patentes publicadas em escritórios de patente na Europa.
Figura 6.4 Total de documentos de patente publicados separados por região/país para gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa. Total de patente sobre gaseificação: 1454. Total de patentes sobre pirólise: 415.
A diferença dos valores de artigos e patentes pode identificar que nos países com
maiores porcentagens de patentes publicadas existe maior interesse em aplicação da
tecnologia. Essa informação é analisada e apresentada ainda neste capítulo.
Uma análise mais detalhada sobre a importância destes países para o
desenvolvimento das pesquisas e patentes pode ser realizada com a exploração desta
produção científica no tempo, segmentada em períodos.
Europa 12% Estados
Unidos 8%
China 60%
Japão 15%
Outros 5%
Europa 26%
Estados Unidos
18% China 40%
Outros 16%
(b) (a)
80
Tabela 6.2. Países que representam o grupo “Europa” nos resultados de produção de artigos científicos. Total de patente sobre gaseificação: 1454. Total de patentes sobre pirólise: 415.
Patentes sobre gaseificação Patentes sobre pirólise
País N° de patentes País N° de patentes
Alemanha 63 European Patent Office 36
European Patent Office 44 Alemanha 27
França 11 França 12
Grand Bretanha 7 Rússia 5
Países Baixos 7 Espanha 2
Portugal 7 Suécia 2
Espanha 6 República Tcheca 2
Itália 6 Áustria 2
Áustria 5 Itália 2
Finlândia 3 Hungria 1
Hungria 2 Finlândia 1
Noruega 2 Bélgica 1
República Tcheca 2 Dinamarca 1
Romênia 2
Suécia 2
Bélgica 1
Dinamarca 1
6.2.3 Visão evolutiva das publicações de artigos científicos
Numa visão geral, todos os países/região representados obtiveram aumento
progressivo na produção científica sobre gaseificação e pirólise de biomassa. Na Figura 6.5
(a), a China aparece com a maior diferença entre o segundo e o terceiro período, retratando
um aumento de nove vezes o número de publicações. Europa, Estados Unidos e Japão
apresentam três vezes mais publicações na mesma comparação. Os Estados Unidos
publicaram um terço dos artigos publicados pela Europa, enquanto que os valores da China
são de um pouco mais que 50%. Em relação à pirólise de biomassa, a Figura 6.5 (b) mostra
que as publicações chinesas representaram próximo de treze vezes o crescimento dos
valores de publicações. A Europa contribui com quase quatro vezes mais publicações entre
os dois períodos.
81
Figura 6.5 Número de publicações de artigos científicos por país – país/região com maior número de artigos científicos publicadas. Gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa. Total de artigos sobre gaseificação: 772. Total
de artigos sobre pirólise: 635.
Enquanto que o número dos artigos publicados nos Estados Unidos continua sem
variação elevada ao longo do tempo, países europeus se tornaram envolvidos de forma
crescente. Kirkels e Verbong (2011) citam a Alemanha, Áustria, Suécia e Finlândia como os
países líderes em gaseificação de biomassa, e outros como Países Baixos, Itália, Reino Unido,
Suíça e Dinamarca são representativos em desenvolvimento da tecnologia e de
implementação.
O destaque da China aparece de forma clara para ambas as tecnologias para o
período mais recente. Este resultado expressivo da China, comparado com os outros países
leva a algumas observações relativas à atividade industrial daquele país.
Comparado com os Estados Unidos, os projetos de gaseificação de carvão mineral da
China são bastante significativos (Olliver, 2012), visto que são cenários diferentes de
indústrias e são diferentes os interesses de uso das matérias primas. A Tabela 6.3 identifica
esta diferença.
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(b) (a)
(
a)
(
b)
82
Tabela 6.3. Contrastes econômico entre China e Estados Unidos. Adaptado de Olliver (2012).
China Estados Unidos
Economia cresce rapidamente Economia em recuperação
Crescente demanda de energia Crescimento modesto da demanda de
energia (comparado com a China)
Altos preços de gás natural Preços baixos de gás natural
Alto crescimento de demanda de produtos Baixa demanda de produtos
Ambientes social e político receptivo para
uso de carvão mineral
Ambientes social e político negativos para
uso de carvão mineral
6.2.4 Visão evolutiva dos documentos de patente publicados por países
A Figura 6.6 demonstra como são distribuídas as publicações de documentos de
patentes nos períodos selecionado na mesma análise de artigos científicos.
Figura 6.6 Número de documentos de patente publicados por país/região. Gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa. Total de patentes da amostra sobre gaseificação: 1454. Total de patentes da amostra sobre pirólise:
415.
Observa-se importante participação da China no último período explicitamente,
assim como observado na Figura 6.5. O interesse em segurança energética, crescimento
econômico e desenvolvimento e estabilidade macroeconômica direciona desenvolvimentos
para fonte de energia diversificada, eletricidade a baixo custo e confiável e o
desenvolvimento de propriedade intelectual doméstica em tecnologias de energia (Morse,
Rai e He, 2009).
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1979-1997 1998-2004 2005-2011
(a) (b)
83
6.3 Atuação de instituições
A avaliação do tipo de instituição que atua na publicação de artigos e patentes pode
caracterizar o quão inserida na indústria está a tecnologia.
6.3.1 Visão acumulada dos artigos científicos publicados por empresas
A análise dos artigos científicos mostra nos resultados do tipo de instituição
responsável pelas publicações (Tabela 6.3. ) por universidades contabilizam mais de 60% de
todos os artigos científicos amostrados neste trabalho. Estes valores confirmam que as
universidades são, em geral, as instituições que mais publicam produção científicos, já que a
construção da base científica começa nestas instituições de ensino. Centros de pesquisa
seguem com 15% e 16% de publicações sobre gaseificação e pirólise e empresas com 3% e
1%, respectivamente. Os resultados expõem também que a cooperação é relevante para
ambas as tecnologias analisadas neste trabalho.
Tabela 6.4. Porcentagem de artigos científicos publicados sobre gaseificação e pirólise de biomassa por instituições como universidades, centro de pesquisa e empresa. Total de artigos sobre gaseificação: 772. Total de artigos sobre pirólise: 635.
Tipo de instituição Gaseificação de
biomassa (%)
Pirólise de
biomassa (%)
Universidade 62 63
Centro de pesquisa 15 16
Empresa 3 1
Universidade & Centro de Pesquisa 11 13
Universidade & Empresa 5 5
Centro de Pesquisa & Empresa 2 1
Universidade & Centro de Pesquisa & Empresa 2 1
Segundo Kroll e Stahlecker (2009), o sistema de pesquisa é conectado a um número
de outros subsistemas socioeconômicos regionais – como o sistema de ensino – que podem
ou não serem considerados no sistema de inovação. A atividade das universidades nas
pesquisas garante a evolução das técnicas, já que muito do conhecimento gerado na
pesquisa permanece nesse sistema e é constantemente realimentado no sistema, em loops
internos de feedback. Entretanto, devido à incerteza inerente ao aprendizado, é difícil
prever-se como o conhecimento será transferido para o exterior deste sistema de pesquisa,
84
o qual se diferencia por ter foco na criação e não a transformação e comercialização do
conhecimento.
A porcentagem de participação de empresas na publicação dos artigos é
consideravelmente menor que os outros tipos de instituição visto que a cultura empresarial
direciona as pesquisas para a geração de patentes ou preservação da tecnologia por segredo
industrial. Entretanto, o percentual total da participação deste tipo de instituição,
considerando inclusive as colaborações, demonstra que empresas também trabalham para a
evolução da tecnologia. Com a soma destes valores, as empresas participam com 12% das
pesquisas de gaseificação e 8% na pesquisa de pirólise.
6.3.2 Visão evolutiva das publicações de artigos científicos por empresas
O aumento no interesse das empresas por ambas as tecnologias pode ser, de fato,
observado quando avaliada a evolução temporal da participação de empresas nas pesquisas,
como demonstrado na Figura 6.7, que traça os valores de publicação por empresas durante
os períodos separados.
Figura 6.7 Publicações científicas de empresas isoladamente e em colaboração com universidades e centros de pesquisa separados por períodos. Gaseificação ( ); pirólise ( ). Total de artigos sobre gaseificação publicados por empresas com ou sem colaboração com outras instituições: 90. Total de artigos sobre pirólise publicados
por empresas com ou sem colaboração com outras instituições: 46.
O alcance do sucesso da inovação depende de interação entre as partes interessadas
no desenvolvimento. O desenvolvimento da pesquisa não pode ser limitado às organizações
dedicadas exclusivamente para essa atividade. Segundo Kroll e Stahlecker (2009), observa-se
na prática a investigação realizada por entidades que também educam e/ ou inovam. Nesta
concepção, as universidades funcionam como a ponte organizacional entre ensino e
pesquisa, enquanto que as empresas servem como ponte entre as organizações de
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investigação e inovação. Essa interpretação europeia do que a pesquisa representa para a
inovação pode ser observada ao analisar a Figura 6.8, na qual é visível a participação maior
de empresas europeias na publicação de artigos sobre gaseificação e pirólise de biomassa. O
relatório da UNESCO e Shell (2007) atentam para a importância da atuação das empresas
nos países em desenvolvimento, entretanto, pouco deste conceito é praticado
especificamente para as tecnologias de gaseificação e pirólise, como observado nos
resultados na Figura 6.8 na categoria de “outros”, que compreendem principalmente países
em desenvolvimento.
Figura 6.8 Publicações científicas de empresas isoladamente e em colaboração com universidades e centros de
pesquisa separados por países e região. Gaseificação ( ); pirólise ( ).
Os registros de publicações de empresas são enfatizados neste trabalho como parte
da observação da perspectiva de aplicações comerciais dos produtos obtidos por
gaseificação e pirólise de biomassa. As empresas responsáveis pelas publicações são
apresentadas no Anexo.
6.3.3 Visão acumulada dos documentos de patente publicados por instituições
Na avaliação do tipo de instituição que publicaram as patentes analisadas sugere a
participação de pessoas físicas além da participação de universidade, centro de pesquisa e
empresa. A Tabela 6.5. apresenta esses valores, sendo possível perceber que grande parte
das patentes publicadas são de pessoas físicas sem qualquer relação com empresas, centros
de pesquisa ou universidade. Os números mostram que quase 40% das patentes sobre
gaseificação são desse tipo contra quase 30% para patentes sobre pirólise. Sabe-se que
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Europa Japão EUA China Outros
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(
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algumas patentes são publicadas por pessoas físicas apesar de serem desenvolvidas em
empresas, por diversas razões. Porém essas patentes não podem ser distinguidas apenas
pelos dados de publicação.
Tabela 6.5. Porcentagem das patentes publicadas relativo a gaseificação e pirólise de biomassa separado por tipo de instituição depositante: universidade, centro de pesquisa, empresa e pessoa física. Total de patentes sobre gaseificação: 772. Total de patentes sobre pirólise: 415.
Tipo de instituição Gaseificação de
biomassa (%)
Pirólise de biomassa
(%)
Universidade 9 18
Centro de pesquisa 4 8
Empresa 42 39
Pessoa física 39 28
Empresa & Pessoa física 3 4
Empresa & Universidade 1,5 0,7
Empresa & Centro de pesquisa 0,7 0,3
Universidade & Pessoa física 0,3 1,6
Centro de Pesquisa & Universidade 0,3 0
Centro de Pesquisa & Pessoa física 0,2 0,4
Percentualmente nota-se que universidades e centro de pesquisas são responsáveis
por desenvolver mais a tecnologia de pirólise de biomassa que gaseificação. Já os valores de
porcentagem de participação de empresas aparece equivalente. As colaborações observadas
nos valores das tabelas são menos significativas que os valores encontrados para os dados
de artigos científicos.
As empresas responsáveis pela publicação das patentes são apresentadas no Anexo.
6.4 Perfil tecnológico
A análise do perfil tecnológico de gaseificação e pirólise de biomassa, como
detalhadamente descrito no quinto capítulo, foi formulado através da leitura dos títulos e
resumos de cada artigo e patente da amostra no período de 2004 a 2011, representando
pelo menos 67% do total das bases de dados. Isso significa 574 do total de 772 artigos
publicados sobre gaseificação de biomassa (74%), 424 das 635 patentes publicadas sobre
87
pirólise de biomassa (67%), 1308 das 1454 patentes publicadas sobre gaseificação de
biomassa (90%), 353 das 415 patentes publicadas sobre pirólise de biomassa (85%).
6.4.1 Artigos científicos publicados
Ao avaliar o perfil das pesquisas sobre gaseificação e pirólise de biomassa
apresentado na Figura 6.9 9 é possível observar que as pesquisas de ambas as técnicas são
mais numerosos em relação ao desenvolvimento dos processos comparado com as
pesquisas de fundamentos e aplicações. Algumas observações podem ser feitas a partir da
figura: o conhecimento da base da técnica, as reações entre os componentes da biomassa, a
termodinâmica do processo, assim como a fluidodinâmica das partículas são considerados
obstáculos menos problemáticos ao processo, já que existe menor envolvimento de
pesquisa nesta etapa. Já curva de desenvolvimento do processo aparece mais destacada e
crescente, o que designa interesse progressivo do estudo de ambas as técnicas. No entanto,
a curva de gaseificação de biomassa cresce em uma taxa superior à curva de processos
localizada na Figura 6.9(b) – pouco mais de nove artigos por ano para o primeiro e sete
artigos por ano para o segundo.
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Fundamentos Processo Aplicação Impacto
(a)
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Figura 6.9 Evolução temporal dos artigos científicos separados de acordo com os temas. Processo de
gaseificação (a) e de pirólise (b) de biomassa. Total de artigos sobre gaseificação: 574. Total de artigos sobre pirólise: 424.
Apesar de os valores que formam as curvas de estudos aplicados serem inferiores aos
outros temas de pesquisa, a existência de estudos direcionados a aplicação dos produtos
primários aparecem nas duas técnicas analisadas e apontam para a possibilidade de
comercialização dos processos, já que estudos sobre aplicação indicam que os estágios mais
básicos referente às técnicas já foram superados ou são bem menos problemáticos. Alguns
dos artigos analisados referem-se a plantas piloto ou em estágio de implementação
comercial em pequena escala.
Os artigos classificados como estudo de impacto da tecnologia avaliam a aplicação
teórica da tecnologia em determinado local, sendo a maioria desses são focados em regiões
da China e da Índia. A existência de artigos referentes a este tema revela que, apesar das
com as barreiras do processo, há expectativa de desenvolvimento do método e emprego em
algumas regiões. São, no total, 12 artigos que estudam o uso da tecnologia para a geração
de eletricidade, em locais em que este serviço básico é de difícil acesso. Alguns artigos
avaliam o benefício social na comunidade e outros avaliam também o efeito ambiental da
técnica aplicada na região.
Em relação à técnica de pirólise, o perfil identificado é diferente. Os estudos sobre as
aplicações dos produtos primários da pirólise são menos evidentes, o que pode indicar que a
técnica ainda necessita de aperfeiçoamento em etapas posteriores à aplicação, como
questões de melhoria de rendimento, melhoria na qualidade e estabilidade do bio-óleo,
melhorias das técnicas de separação do material e obtenção de produtos para uso final.
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Fundamentos Processo Aplicação
(b)
89
A diferença entre os resultados de temas dos artigos para gaseificação e pirólise pode
ter causa nas próprias diferenças das técnicas. O produto primário obtido da gaseificação é
principalmente gás, sendo o carvão formado geralmente considerado como resíduo. O uso
deste gás, normalmente rico em hidrogênio, pode ser utilizado para combustão e geração de
energia, ou podem ser transformados por reações em produtos químicos ou combustíveis
líquidos. Em contrapartida, o bio-óleo formado pela reação químicas de pirólise, como já
esclarecido no quarto capítulo, é instável, muito reativo, bastante viscoso, de composição
química variada e pouco previsível. Estas características de pouca reprodutibilidade e difícil
manuseio do produto primário dificultam o processo de industrialização.
No intuito de localizar os países das pesquisas que contribuem com o
desenvolvimento das técnicas, a Figura 6.10 distingue cada etapa do processo por
país/região. A Europa se destaca nos estudos dos processos em ambas as tecnologias e as
pesquisas neste estágio de desenvolvimento representam a maior fração dos esforços na
região e nos outros países demonstrados nos gráficos. O maior número de artigos relativos à
aplicação dos produtos primários é quantificado no grupo da Europa. Ainda em relação à
região, os estudos de aplicação são mais significantes para o processo de gaseificação
comparado à pirólise, o que mostra mais uma vez que o primeiro apresenta.
Considerando a fração de cada etapa separada geograficamente, os processos
respondem pela maior porcentagem, sendo 62% o valor mínimo (Europa) e 83% o valor
máximo (Japão) para gaseificação e 66% o valor mínimo (Outros) e 74% o valor máximo
(Estados Unidos) para pirólise. Esta análise permite identificar que a Europa representa forte
contribuição no desenvolvimento das técnicas em cada uma das etapas. Comparando com o
processo de gaseificação, a técnica de pirólise encontra-se em estágio menos avançado.
90
Figura 6.10 Etapas das tecnologias separadas por países/região. Gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa. Total de artigos sobre gaseificação: 574. Total de artigos sobre pirólise: 424.
6.4.2 Documentos de patente publicados
A Figura 6.11 representa a evolução temporal das duas etapas identificadas nas
patentes analisadas: patentes do processo (design de reatores, condição de operação, entre
outros) e aplicações dos produtos primários (obtenção de produtos químicos, geração de
energia elétrica e térmica ou obtenção de combustível).
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Figura 6.11 Evolução temporal das patentes publicadas sobre gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa separadas por temas. Total de patentes sobre gaseificação: 1308. Total de patentes sobre pirólise: 353.
A análise das patentes é importante para corroborar a informação de que as etapas
de processamento da biomassa para a conversão em produtos primários ainda estão sendo
desenvolvidas para, então, estes produtos serem direcionados a aplicação. Enquanto que
poderiam existir patentes relacionadas apenas às etapas do processo de conversão, também
são identificadas patentes relacionadas à aplicação do processo. Além disso, para as duas
técnicas de conversão o perfil das etapas são semelhantes.
O depósito de patentes com tema global de processo é expressivo, principalmente
para gaseificação. Identifica-se um crescimento do número das patentes sobre esta etapa
tanto de gaseificação quanto de pirólise a partir de 2008. Em gaseificação, porém, o
crescimento é mais acentuado e se mantém com alto valor, próximo de 280 patentes. O
número das patentes de pirólise são crescentes, porém mais discreta.
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Figura 6.12 Etapas das patentes de gaseificação (a) e pirólise (b) de biomassa separadas por país/região. Total de patentes sobre gaseificação: 1308. Total de patentes sobre pirólise: 353.
A China é o país que, mais uma vez, tem resultados acentuados referentes aos
processos de conversão de biomassa, observado na Figura 6.12. O número de depósitos na
China sobre processos de gaseificação passa de 35 patentes entre 2004 e 2007 para 789 no
período de 2008 a 2011. Este crescimento abrupto explica a impulsão da curva de processo a
partir de 2008 observada na Figura 6.12(a). Também é identificado um sobressalto no
mesmo período no número de patentes sobre pirólise, porém com menor intensidade (8
patentes no primeiro período e 131 no segundo). Este degrau identificado pode estar
associado à situação de crise energética no país. Em 2008, a empresa fornecedora de
inteligência de mercado da indústria Industrial Info Resources (IIR, 2008 apud ISA, 2008),
afirmou que a escassez de carvão mineral vai se tornar um dos principais fatores na restrição
de fornecimento de energia. Desde o início daquele ano a China enfrenta escassez da
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(b)
(a)
93
matéria prima. Adicionado à iminência de escassez elétrica decorrente dos períodos de
secas, houve intervenção do governo chinês e o estoque diário de carvão aumentou em
janeiro de 2008. Segundo Aizhu e Bai (2008), a província chinesa de Guangdong, centro
manufatureiro da China, daria fortes subsídios aos pequenos produtores de energia, o que
aceleraria uma capacidade energética adicional para enfrentar uma grave crise energética
no ano devido a tempestades na província que diminuíram a capacidade energética. Mesmo
com uma diminuição do consumo de eletricidade em 13% em 2009 (IIR, 2009 apud
Electricity Forum, 2009), os investimentos no setor de energia totalizaram 117 bilhões de
dólares em 2011, o que justificaria a taxa de crescimento de patentes publicadas nos anos
recentes. Entretanto, o China Electricity Council (Conselho de eletricidade da China)
anunciou que o consumo crescente de energia deve desacelerar, já que a segunda maior
economia do mundo deverá desacelerar em 2012 por conta de incertezas na Europa e
outras economias desenvolvidas (China.org.cn, 2012).
6.4.3 Categorias específicas de processos de artigos científicos
O conhecimento mais detalhado dos desafios tecnológicos que os autores propõem
superar pode identificar os principais rumos da tecnologia e quais procedimentos ainda são
necessários para tornar a tecnologia viável economicamente. Esta análise compete apenas
para os artigos científicos. A Figura 6.13 representa a evolução dos temas específicos de
pesquisa relativos aos processos publicados nos artigos entre 2004 a 2011.
A Figura 6.13 (a) indica que existe pesquisa considerável sobre a qualidade do
produto e a condição de operação, portanto estas categorias específicas merecem
observação particular. No capítulo cinco foram detalhados os principais objetivos dos artigos
e patentes categorizados especificamente como desenvolvimento da qualidade do produto.
A curva deste tema específico na Figura 6.13(a) apresenta valores altos valores de artigos
deste tema específico, sendo que 20% do total dos artigos no período avaliado são sobre
remoção, reforma ou quantificação de alcatrão no processo. Esta alta porcentagem confirma
o problema de alcatrão gerado no processo. Altas concentrações deste componente no gás
causam danos nos equipamentos de processos posteriores de processamento do gás –
turbinas a gás, por exemplo – e prejudica o rendimento de reações de transformação em
produto final, como a reação de Fischer-Tropsch.
94
Figura 6.13 Artigos científicos classificados como tema geral de processo e separados em temas específicos no período de 2004 a 2011. Total de artigos sobre gaseificação: 574. Total de artigos sobre pirólise: 424.
Outro tema bastante estudado em processos é sobre a condição de operação. Os
artigos destas pesquisas variam de acordo com o produto resultante desejado. Então, neste
caso, as incertezas da tecnologia de gaseificação estão diretamente relacionadas com a
aplicação final. O alto número de artigos dedicados a estas etapas da tecnologia pode
determinar os principais obstáculos encontrados no processo.
Os outros temas específicos estudados são menos evidentes que os anteriores,
porém, dentre as outras categorias, vale apontar o progresso da curva dos artigos sobre
aumento de escala. Estes artigos referem-se a plantas piloto e plantas comerciais
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Aumento de escala Composição da biomassa
Qualidade do produto Condição de operação
Caracterização dos produtos Pré-tratamento
(b)
(a)
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desenvolvidas, e o crescimento observado aponta para a evolução do processo em direção à
aplicação comercial do processo.
Atentando para a Figura 6.13 (b), as curvas mostram pouca diferença entre os temas
específicos, em valores oscilantes e não discrepantes dos outros. Contudo, é possível
observar incremento nos valores da maioria das curvas ao longo dos anos. A menos
significativa observada é a curva de “aumento de escala”, característica que aponta para o
menor interesse em escala comercial de pirólise.
De modo geral, a inexistência de um tema específico proeminente de pirólise e um
perfil não padronizado da evolução dos assuntos mostra como ainda há incertezas nos
métodos e indica que cada etapa do processo necessita ser desenvolvida. Em geral, os
entraves existentes relativos às características dos produtos obtidos da pirólise,
principalmente o bio-óleo, são encontrados nas curvas de “qualidade do produto”,
“caracterização do produto” e “composição da matéria prima”, em que trabalhos são
desenvolvidos para contornar a grande variabilidade das características físico-químicas do
bio-óleo resultante, como viscosidade, composição e instabilidade, fatores dependentes
diretamente da composição da matéria prima e das condições do processo.
6.4.4 Categorias de artigos científicos e patentes classificados como estudo de aplicação
Os resultados que seguem são referentes a estudos de pesquisa aplicada e patente
sobre os diferentes assuntos. No quinto capítulo foi apresentada a separação dos artigos e
patentes de acordo com os temas dedicados aos trabalhos.
6.4.4.1 Artigos científicos
A Figura 6.14 identifica os artigos cujos trabalhos envolvem a utilização dos produtos
primários para aplicação em energia (eletricidade e calor), combustível de transporte ou
produtos químicos. Estes valores de estudo de aplicação ilustram o direcionamento principal
das aplicações de cada técnica avaliada.
96
Figura 6.14 Artigos científicos separados por aplicações: energia, combustíveis e produtos químicos. Número
de artigos publicados sobre gaseificação de biomassa (a) na categoria “aplicação”: 288. Número de artigos publicados sobre gaseificação de biomassa (b) na categoria “aplicação”: 151.
É pertinente mencionar que os dados apresentados na figura representam 19% dos
artigos de gaseificação no período analisado e 10% dos artigos de pirólise no mesmo
período, o que já diferencia as tecnologias em relação ao estágio evolutivo.
A Figura 6.14(a) evidencia a existência de um direcionamento da tecnologia de
gaseificação para geração de energia. Já a Figura 6.14(b) indica orientação para produção de
combustíveis. Dentre estes trabalhos são identificados alguns dispostos a fazer uso do bio-
óleo em motores a diesel. Os estudos de aplicação para produto químico têm como
resultado final produtos variados, não aparecendo algum destacado. Esta análise de
aplicação conduz a acreditar que não existe ainda produto mais provável de ser alcançada a
viabilidade econômica para o processo de conversão de biomassa por pirólise.
A verificação da progressão anual das aplicações (Figura 6.15) aponta que o uso para
energia a partir da gaseificação não apenas apresenta alto valor acumulado, como mostra
que este valor é crescente e há forte interesse no desenvolvimento para obtenção de
energia. Já os valores de aplicação de pirólise prosseguem distribuídos ao longo do tempo.
(a) (b)
97
Figura 6.15 Evolução das categorias específicas de aplicação. Número de artigos publicados sobre gaseificação de biomassa (a) na categoria “aplicação”: 288. Número de artigos publicados sobre gaseificação de biomassa
(b) na categoria “aplicação”: 151.
6.4.4.2 Patentes publicadas
A conversão por gaseificação tem aplicações principalmente para a geração de
energia (Figura 6.16(a)), assim como identificado para os artigos analisados. Um terço do
total destas patentes desenvolvem a conversão da biomassa para produtos químicos. Estas
patentes têm como objetivo a produção de alguns produtos, como metanol, metano, dimetil
éter, hidrogênio, que podem ser posteriormente aplicados como combustível ou energia. O
mesmo acontece para as patentes sobre pirólise.
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Eletricidade Combustível Produtos químicos
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Figura 6.16 Patentes publicadas separadas por aplicações: energia, combustíveis e produtos químicos. Número de patentes publicadas sobre gaseificação de biomassa (a) na categoria “aplicação”: 288. Número de artigos
publicados sobre gaseificação de biomassa (b) na categoria “aplicação”: 151.
A avaliação evolutiva das aplicações das patentes expõe um crescimento no número
das patentes sobre energia e, diferente do perfil observado nos estudos aplicados artigos, os
esforços para desenvolvimento de produtos químicos ilustrado na Figura 6.17(a) atingem
metade do número de patentes sobre energia. Nota-se igualmente um decaimento no
número de patentes referentes à obtenção de energia. Entretanto, não se pode dizer de fato
que se alcançou o pico máximo de geração de patentes sobre o assunto, visto que declínio
da curva é observado no ano mais recente. Para concluir que a tecnologia de gaseificação de
biomassa direcionada a energia é madura, mais pontos indicando queda no número de
patentes deveriam ser identificados.
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Figura 6.17 Evolução das categorias específicas de aplicação. Número de patentes publicadas sobre gaseificação de biomassa (a) na categoria “aplicação”: 288. Número de artigos publicados sobre gaseificação de
biomassa (b) na categoria “aplicação”: 151.
A Figura 6.17(b) revela que ao longo do tempo não existe elevado desempenho para
nenhuma das aplicações observadas. Entretanto, é possível identificar uma evolução no
número de patentes para obtenção de produtos químicos.
No que concerne o destino dos produtos primários, a aplicação para energia parece
pertinente. Esta tendência de focar-se no uso do processo para obtenção de energia surge
da busca por alternativas que sofram menos influencia das oscilações do preço do petróleo
no mercado mundial e procurar soluções de contorno do problema de geração de energia
em períodos de crise das principais fontes atuais. Referente à localização desta aplicação,
verifica-se que o depósito de patentes na China é quase um terço do total de patentes
depositadas no mundo com o objetivo de geração de energia no período analisado (vinte e
quatro patentes na China contra noventa da soma dos países prioridades). A demanda de
energia no país aumentou drasticamente ao longo das últimas décadas com a
industrialização rápida do país e a transformação de um dos principais centros de produção
mundial. A diferença encontrada nas porcentagens de cada aplicação para as tecnologias
pode ser mais uma vez explicada pela diferença do produto gerado e a curva de
aprendizagem das técnicas. Diversos estudos de aplicação de gaseificação compreendem
trabalhos de célula a combustível, com a geração de energia a partir de hidrogênio da
gaseificação, e ciclo combinado de gaseificação interna (IGCC). Ambos os métodos são
estudados e aplicados amplamente com o uso de carvão mineral como matéria prima. A
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Produto químico Combustível Energia
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aprendizagem do processo e seu desenvolvimento promovem naturalmente um
direcionamento do uso de biomassa para gerar energia igualmente. Entretanto, as pesquisas
de obtenção de combustíveis e produtos químicos mostram-se bem menos destacadas, visto
que os processos de conversão final dependem de um produto primário com alto grau de
qualidade para que a separação posterior seja eficiente e de baio custo.
No que tange a obtenção de produtos alternativos àqueles obtidos de fontes fósseis,
a identificação de um crescimento no direcionamento das aplicações do principal produto
gerado da pirólise – bio-óleo – para produtos químicos pode ser sustentada pelo aumento
do valor agregado da biomassa após a conversão. O bio-óleo é um produto de
processamento complicado dada suas características já mencionadas, então para haver
rentabilidade, o produto final deve sustentar o processo. O valor da eletricidade e
combustível de transporte de origem fóssil torna o processo não competitivo.
101
CAPÍTULO 7 CONCLUSÕES
O monitoramento por método bibliométrico dos artigos científicos e patentes
publicados originou-se da intenção de analisar e compreender as dinâmicas de evolução e
amadurecimento das tecnologias em foco. Os estudos realizados foram endereçados às
perguntas propostas no primeiro capítulo:
Dentre pirólise e gaseificação, qual pode ser identificada como mais próxima de
ser comercialmente viável?
Onde são localizados os maiores interessados em obtenção de produtos de fonte
renovável por termoconversão de biomassa?
Quais são os produtos mais propensos a serem obtidos através de gaseificação e
pirólise de biomassa?
A resposta à primeira questão pode ser respaldada em diversas análises
apresentadas no sexto capítulo. Inicialmente podem ser contestadas as diferenças de
quantidade de artigos científicos e patentes publicadas sobre os assuntos. Existe maior
número tanto de artigos quanto de patentes publicadas sobre gaseificação de biomassa
comparado com pirólise do mesmo material. Este resultado é tanto para a visão acumulada
quanto para a visão evolutiva, apesar de que ambas as técnicas de conversão demonstram
através de bibliometria que existe avanço tecnológico. A tendência do uso de matérias
primas renováveis e a transformação destas por métodos já conhecidos e desenvolvidos
para outros tipos de materiais conduzem o interesse no uso da gaseificação e pirólise como
métodos de obtenção de produtos bio derivados. Nesse contexto, a conversão de biomassa
por gaseificação demonstrou-se mais evoluída frente à técnica de pirólise de biomassa já
que:
o número total de artigos científicos no período analisado totalizam 20% a mais
que os de pirólise e as patentes publicadas no mesmo período são 3,5 vezes mais
numerosas sobre gaseificação que pirólise;
as etapas de desenvolvimento verificadas apontam para um estágio evolutivo
mais avançado da conversão por gaseificação
102
– a análise bibliométrica dos artigos científicos sugere que as pesquisas
relativas aos fundamentos da pirólise de biomassa têm maior incidência
que os estudos de aplicação, constatando-se necessidades de progresso
básico da técnica de pirólise;
– O total das contribuições de empresas para as técnicas de conversão
termoquímica de biomassa é de 12% dos artigos de gaseificação contra
8% dos artigos de pirólise entre 1979 a 2011;
– existem quatro vezes mais patentes publicadas referentes aos processos
de conversão por gaseificação que por pirólise no período de 2004 a 2011;
No que concerne ao principal agente de desenvolvimento das tecnologias, os
resultados obtidos permitem concluir que:
Europa, Japão, China e Estados Unidos desenvolvem pesquisa sobre ambas as
técnicas com tanta relevância quanto desenvolvem patentes sobre as
mesmas;
A base de dados de artigos científicos identifica a Europa como uma região
onde os interesses de desenvolvimento da técnica são consideráveis, com
empresas dedicadas a evolução de ambos os processos, mesmo que em
diferentes graus.
A constatação de menor importância da Europa em relação a patentes
publicadas é relativa ao elevado número de patentes depositadas na China.
Mesmo que os artigos científicos originados daquele país tenham sido
elevados nos últimos anos – aumento de quase 3 vezes o número de patentes
do período de 1998-2004 a 2005-2011 para gaseificação e aumento de quase
18 vezes para pirólise – o número de documentos de patente chama a
atenção para o papel da China no desenvolvimento das técnicas.
A tendência de aplicação dos produtos obtidos das diferentes técnicas direciona
destinos preferenciais distintos.
Tanto patentes quanto artigos científicos de gaseificação de biomassa
apontam para aplicação para geração de energia, como eletricidade e calor. A
produção de produtos químicos e combustíveis de transporte contabiliza
menos de um terço dos esforços tecnológicos de aplicação das técnicas.
103
A evolução da técnica de pirólise conduz para a aplicação em produtos
químicos.
Uma análise geral conclui que as técnicas de gaseificação e pirólise progridem para a
utilização de materiais renováveis, o que condiz com a tendência observada de mudança
desse ponto na indústria química. Essa alteração não acontece de forma imediata, sendo
necessária a pesquisa e desenvolvimento de forma apurada, já que os atuais produtos no
mercado oriundos das fontes tradicionais já são viáveis economicamente. O caminho que
parece natural é o desenvolvimento progressivo das pesquisas, observadas no número de
patentes e, em seguida, ser intensificado o número de documentos de patente nas áreas.
Sugestões para trabalhos futuros
Este trabalho foi desenvolvido utilizando bases de dado reconhecidas e bem
desenvolvidas, tomando como fontes de informação artigos e documentos de patentes para
a avaliação da evolução e do perfil atual das tecnologias. A exploração das plantas industriais
já existentes dos processos refletiria com mais precisão como se apresenta a realidade
comercial das técnicas.
A elaboração de indicadores relacionando os dados em artigos científicos e patentes
em suas diversas dimensões poderia trazer mais elementos de análise para a compreensão
da dinâmica tecnológica e do amadurecimento das tecnologias estudadas.
A exploração de outros indicadores, principalmente de cooperação entre empresas e
instituições acadêmicas.
104
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109
ANEXO
Lista das empresas responsáveis pela publicação dos artigos científicos sobre gaseificação de
biomassa no período de 1979 a 2011.
Empresa Número de artigos sobre gaseificação
Empresa Número de artigos sobre gaseificação
Ishikawajima harima heavy ind co ltd
3 Fengquan environm
protect co 1
Mitsubishi heavy ind co ltd
3 Firth execut ltd 1
Pall Filtersyst gmbh 3 Forschungszentrum
Karlsruhe gmbh 1
Tps consulting 3 Frontline bioenergy
LLC 1
Amra scarl 2 Ge oil & gas 1
Battelle mem inst 2 Goodyear Dunlop
Tires Germany gmbh 1
Chem engn consulting serv llc
2 Hefei tianyan green
energy dev co ltd 1
Conocophillips Co 2 Hitachi zosen corp 1
Crl energy ltd 2 Hyundai heavy ind
co ltd 1
Dong energy as 2 Iti energy ltd 1
Hyper syst engn ltd 2 Lurgi mineralotech
gmbh 1
Ihi co ltd 2 Media & proc
technol inc 1
Ineti, deeca 2 Mel chem 1
Kobe steel ltd 2 Micro energy co ltd 1
Nippon koei co ltd 2 Noell krc energie &
umwelttech 1
Sojitz res inst ltd 2 Nucl syst assoc 1
Takuma co ltd 2 Nv afvalzorg 1
Vtt proc 2 Parsons infrastruct
& technol grp 1
Ahlstrom machinery inc
1 Shanghai pudong project dev co ltd
1
110
Arcadis 1 Shell global solut int
bv 1
Austrian energy & environm
1 Statoil r&d rotvoll 1
Biomass technol grp bv
1 Sydkraft konsult ab 1
Canator AB 1 Tarong energy corp
ltd 1
Carbona inc 1 Technip KTI spa 1
Catator AB 1 Tno 1
Ceram MALPESA SA 1 Tokyo elect power
co ltd 1
Chugoku elect power co inc
1 Trinity consultants 1
Combust syst inc 1 Ube ind ltd 1
Cvdt consulting se asia pte ltd
1 Verenum res 1
Deeca 1 Vetco aibel as 1
Draukraft 1 Voestalpine Stahl
gmbh 1
Envitech SA 1 Vtt energy 1
Europlasma 1 Zurn nepco 1
Eveco brno ltd 1
111
Lista das empresas responsáveis pela publicação dos artigos científicos sobre pirólise de
biomassa no período de 1979 a 2011.
Empresa Número de artigos
sobre pirólise Empresa
Número de artigos sobre pirólise
Philip Morris Inc 4 Eprida Power & Life
Sci Inc 1
INETI DEECA 3 EVN AG 1
Adv Fuel Res Inc 2 GE Oil & Gas 1
BTG Biomass Technol Grp
2 Hefei Tianyan Green
Energy Dev Co Ltd 1
Chugoku Maintenance Co Ltd
2 Helector Ltd 1
Gaz France 2 HUNOSA 1
ORMROD Diesels 2 IBIL Energy Syst Ltd 1
Pasquali Maccine Agricole
2 Inst Pyrovac Inc 1
Renewable Prod Dev Labs
2 Jefferson Pilot
Financial 1
UBE Ind Ltd 2 Joanneum Res 1
WIP 2 Renewable Oil Int
LLC 1
Wuxi Huaguang Boiler Co Ltd
2 Resource Transforms
Int Ltd 1
BASF Inc 1 RMC Consulting 1
BiocharConsulting 1 RTI Ltd 1
Chugai Ro Co Ltd 1 Sea Marconi Technol 1
Chugoku Maintenance Co Ltd
1 Serex, Amqui 1
ConocoPhillips Co 1 Veba Oel AG 1
DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH
1
112
Lista das empresas responsáveis pela publicação de, pelo menos, 3 patentes das patentes
pesquisadas sobre gaseificação e pirólise de biomassa no período de 1979 a 2011.
Parentes sobre pirólise de biomassa Patentes sobre gaseificação de biomassa
Empresa Número de
patentes Empresa
Número de patentes
Kior Inc 17 Guangzhou Devotion
Thermal Technology Co 52
Uop Llc 9 Mitsubishi Jukogyo Kk 33
Shandong Baichuan Tongchuang Energy Co Ltd
7 Shandong Baichuan
Tongchuang Energy Co L 23
Toshiba Kk 7 Wuhan Haide New Energy
Investment Co Ltd 21
Wuhan Tianying Environmental Eng Co Ltd
7 Hefei Debo Biological
Energy Technology 18
Beijing Lianhe Chuangye Environmental Protection Eng
Co Ltd 6
Beijing Kejiqiao Technology&Trade Co L
16
Anhui Hesheng Biology Energy Co Ltd
5 Shenyang Inst Eng 15
Ensyn Group Inc 5 Chinese Acad Sci
Guangzhou Inst Geo Chem 15
Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
5 Nippon Steel Eng Kk 12
Metawater Kk 5 Anhui Hesheng Biology
Energy Co Ltd 11
Chevron Usa Inc 4 Jiangsu Yunjiang
Biotechnology Co Ltd 11
Exxonmobil Res&Eng Co 4 Energy Res Inst Shandong
Acad Sci 11
G4 Insights Inc 4 Chugai Ro Kogyo Kaisha Ltd 11
Kanai Jimusho Yg 4 Zhangjiajie Sanmu Energy
Dev Co Ltd 10
Xyleco Inc 4 Mitsui Eng&Shipbuilding Co
Ltd 9
Agri-Therm Ltd 3 Hunan Tobacco Co Yongzhou Branch
8
Bdi Biodiesel Int Ag 3 Zhejiang College Forestry 7
Bioecon Int Holding Nv 3 Ifp Etab Public A Caractere
Ind&Comml 7
Black Green Is 3 Japan Sci&Technology
Agency 6
113
Eni Spa 3 Chongqing Fengyu
Electrical Equip Co Ltd 6
Herhof Umwelttechnik Gmbh 3 Nanjing Wanwu New
Energy Technology Co L 6
Von Goertz&Finger Techn Entwicklungs
3 Liaocheng Kechuang
Furnace Co Ltd 5
Biomass Energy Corp 5
Kanai Jimusho Yg 5
Shinheung Synergy Co Ltd 5
Upm-Kymmene Corp 5
Zeropoint Clean Tech Inc 5
Green Environmental
Protection Co Ltd 4
Harbin Huosheng Energy Technology Dev Co Ltd
4
Kunming Dianyan New Energy Sci & Technol
4
Dongguan Baida Sing
Energy Ltd 4
Jinan Baohua New Energy
Technology Co Lt 4
Sichuan Yalian Sci Technology Co Ltd
4
Sichuan Yalian Sci Technology Co Ltd
4
Yunnan Xiecheng
Sci&Technology Co Ltd 4
Changshu Duoneng Rivet
Welding Factory 3
Total France Sa 3
Inst Forestry Prodn Chem
Ind China Res 3
Herhof Umwelttechnik
Gmbh 3
