Prof. Dr. Ricardo Alan VerdProf. Dr. Ricardo Alan Verdúú RamosRamosNUPLEN NUPLEN –– DEM/FEIS/UNESP DEM/FEIS/UNESP

BIOCOMBUSTBIOCOMBUSTÍÍVEISVEIS

REUNIÃO DE INICIAREUNIÃO DE INICIAÇÇÃO CIENTÃO CIENTÍÍFICA FICA UNESP UNESP -- ILHA SOLTEIRAILHA SOLTEIRA

19/10/200619/10/2006

OFICINAOFICINA

No início do

Século XX …

Dr. Rudolf Christian Karl Diesel Dr. Rudolf Christian Karl Diesel (1858 (1858 -- 1913)1913)

Surge o Surge o Primeiro motor Primeiro motor

a Diesela Diesel

Between 1911 and Between 1911 and 1912 he stated: 1912 he stated:

"The Diesel engine can "The Diesel engine can be fed with vegetable be fed with vegetable oils and would help oils and would help considerably in the considerably in the development of development of agriculture of the agriculture of the countries which use it."countries which use it."

He also predicted that:He also predicted that:

""The use of vegetable The use of vegetable oils for engine fuels may oils for engine fuels may seem insignificant today. seem insignificant today. But such oils may But such oils may become in course of become in course of time as important as time as important as petroleum and the coal petroleum and the coal tar products of the tar products of the present time." present time."

Biomassa29.1%

Petróleo e Derivados39.7%

Gás Natural8.7%

Carvão Mineral6.5%

Hidroeletricidade14.5%

Urânio1.5%

Recursos Renováveis

43.6%

Matriz EnergMatriz Energéética Brasileira tica Brasileira -- 20052005

Energia RenovEnergia RenováávelvelPercentual MundialPercentual Mundial

MasMas……

O que sãoO que são

BIOCOMBUSTBIOCOMBUSTÍÍVEIS?VEIS?

Em alguns casos, os biocombustEm alguns casos, os biocombustííveis podem ser veis podem ser usados tanto isoladamente, como adicionados aos combustusados tanto isoladamente, como adicionados aos combustííveis veis convencionais. Como exemplo, podem ser citados o biodiesel, o convencionais. Como exemplo, podem ser citados o biodiesel, o etanol, o metanol, o metano e o carvão vegetal. etanol, o metanol, o metano e o carvão vegetal.

Os biocombustOs biocombustííveis são fontes de energias renovveis são fontes de energias renovááveis, veis, derivados de produtos agrderivados de produtos agríícolas como a canacolas como a cana--dede--aaçúçúcar, car,

plantas oleaginosas, biomassa florestal e outras fontes de matplantas oleaginosas, biomassa florestal e outras fontes de matééria ria orgânica. Liberam na atmosfera uma quantia significativamente orgânica. Liberam na atmosfera uma quantia significativamente menor de poluentes em relamenor de poluentes em relaçção aos combustão aos combustííveis derivados do veis derivados do petrpetróóleoleo.

Biocombustíveis

Biodiesel

Glicerina Outros Postos

Distribuição

Agronegócio

Plantação Esmagamento

GrãosÓleo

Vegetal

Refinaria

Hidrogênio Frações deDiesel

Diesel

H-BIO

B2 or B5blends

DieselOu

TransesterificaçãoEtanol

ou

Metanol

OuOu

Rotas de Produção de BiocombustíveisRotas de Produção de Biocombustíveis

São considerados São considerados BIOCOMBUSTBIOCOMBUSTÍÍVEISVEIS os produtos a os produtos a seguir:seguir:

««BioetanolBioetanol»»:: etanol produzido a partir de biomassa e/ou da fraetanol produzido a partir de biomassa e/ou da fraçção ão biodegradbiodegradáável de resvel de resííduos, para utilizaduos, para utilizaçção como biocombustão como biocombustíível;vel;

««BiometanolBiometanol»»:: metanol produzido a partir de biomassa, para utilizametanol produzido a partir de biomassa, para utilizaçção ão como biocombustcomo biocombustíível;vel;

««BiodieselBiodiesel»»:: ééster metster metíílico produzido a partir de lico produzido a partir de óóleos vegetais ou leos vegetais ou animais, com qualidade de combustanimais, com qualidade de combustíível para motores diesel, para utilizavel para motores diesel, para utilizaçção ão como biocombustcomo biocombustíível;vel;

««BiogBiogááss»»:: ggáás combusts combustíível produzido a partir de biomassa e/ou da fravel produzido a partir de biomassa e/ou da fraçção ão biodegradbiodegradáável de resvel de resííduos, que pode ser purificado atduos, que pode ser purificado atéé àà qualidade do gqualidade do gáás s natural, para utilizanatural, para utilizaçção como biocombustão como biocombustíível, ou gvel, ou gáás de madeira;s de madeira;

««BioBioééter dimetter dimetíílicolico»»:: ééter dimetter dimetíílico produzido a partir de biomassa, lico produzido a partir de biomassa, para utilizapara utilizaçção como biocombustão como biocombustíível;vel;

««BiocombustBiocombustííveis sintveis sintééticosticos»»:: hidrocarbonetos sinthidrocarbonetos sintééticos ou misturas ticos ou misturas de hidrocarbonetos sintde hidrocarbonetos sintééticos produzidos a partir de biomassa;ticos produzidos a partir de biomassa;

««BiohidrogênioBiohidrogênio»»:: hidrogênio produzido a partir de biomassa e/ou da hidrogênio produzido a partir de biomassa e/ou da frafraçção biodegradão biodegradáável de resvel de resííduos, para utilizaduos, para utilizaçção como biocombustão como biocombustíível;vel;

«Ó«Óleo vegetal puro produzido a partir de plantas oleaginosasleo vegetal puro produzido a partir de plantas oleaginosas»»:: óóleo leo produzido por pressão, extraproduzido por pressão, extraçção ou mão ou méétodos compartodos comparááveis, a partir de veis, a partir de plantas oleaginosas, em bruto ou refinado, mas quimicamente plantas oleaginosas, em bruto ou refinado, mas quimicamente inalterado, quando a sua utilizainalterado, quando a sua utilizaçção for compatão for compatíível com o tipo de vel com o tipo de motores e os respectivos requisitos relativos a emissões.motores e os respectivos requisitos relativos a emissões.

««BioBio--ETBE (bioETBE (bioééter etilter etil--terter--butbutíílico)lico)»»:: ETBE produzido a partir do ETBE produzido a partir do bioetanol; A percentagem volumbioetanol; A percentagem voluméétrica de biotrica de bio––ETBE calculada como ETBE calculada como biocombustbiocombustíível vel éé de 47 %;de 47 %;

««BioBio--MTBE (bioMTBE (bioééter etilter etil--terter--metmetíílico)lico)»»:: combustcombustíível produzido com base vel produzido com base no biometanol. A percentagem volumno biometanol. A percentagem voluméétrica de biotrica de bio--MTBE calculada MTBE calculada como biocombustcomo biocombustíível vel éé de 36 %;de 36 %;

Principais Oleaginosas Regionalmente Utilizadas na

Produção de Óleo Vegetal

BiodieselBiodiesel

O que é Biodiesel

• É um combustível renovável produzido a partir de óleos vegetais.

• É um combustível ecologicamente correto (biodegradável).

• É um “óleo diesel” premium (menos poluente / não contém enxofre).

Processo de Transesterificação de Óleos Vegetais

TransesterificaçãoTransesterificação

GlicerinaGlicerina

Óleos VegetaisÓleos Vegetais

BiodieselBiodiesel

óleos de soja, colza, palma, etc...

Metil-Ésteres de AGCL Realidade atual (Mundo)

Etil-Ésteres de AGCL Nova Tecnologia (Brasil)

Metanol ou Etanol+

Catalisador

- Lei 11.097/2005. Obrigatoriedade da adição de 2% de biodiesel ao óleo diesel comercializado ao consumidor final em todo o País a partir de 2008. (MME, 2005).

- Matéria prima pode ser qualquer variável: soja, mamona, girassol, palma (dendê), algodão, milho, babaçu, amendoim, canola, gordura animal, óleos residuais e outras oleaginosas.

JUSTIFICATIVAJUSTIFICATIVA

PORQUE BIODIESEL?PORQUE BIODIESEL?

Combustíveis sem enxofre;

Ajuda a combater o efeito estufa.

Geração de empregos no campo e na cidade;

Utilização de óleo combustível biodegradável, preservando o

meio ambiente;

Fixação da população no campo;

Economia financeira pela substituição do óleo diesel;

Independência energética (matéria prima 100% nacional).

Atualmente há dois processos reconhecidos no mundo para a obtenção de

Biodiesel:Biodiesel:

1- Transesterificação

2- Craqueamento Térmico.

Cadeia AgrícolaPlantação Esmagamento

Grão Óleo

Subprodutos MercadoÁlcool

BIODIESEL

Glicerina

Torta

DistribuidorRevendedor

Refinaria

B2

Casca:

Produção de fertilizante Polpa:

Ração

B2

Consumidor

COMERCIALIZAÇÃO DIRETA NÃO É

PERMITIDA

Consumidor

B100

Produtor de Biodiesel

B100

B100

Cadeia de Produção do Biodiesel

Matérias-primas

Teor de óleo(Extração real)

1.300

16%1.900 304

494

468

770

Oleaginosa

349

567

538

Rendimento de Biodiesel (kg/ha)

Rendimento de Biodiesel (litros/ha)

Produtividade Média (Kg/ha)

2.600 19%

36%

88544%1.750

Caroço de algodão

Soja

Girassol

Amendoim

Pinhão manso ?

-alta produtividade

-qualidade para produção de biodiesel

Sebo

Principais Oleaginosas – mil toneladas

Fonte: Oilworl Annual 2005 * estimativa / p - previsão

Brasil Part.%2005

Soja 42.769 52.018 49.793 50.195 93,9

Algodão (Caroço) 1.407 1.451 2.466 2.632 4,9

Amendoim 126 119 151 208 0,4

Mamona 100 72 78 150 0,3

Girassol 150 * 168 * 200 * 145 * 0,3

Colza (Canola) 42 * 55 * 57 * 57 * 0,1

Palmiste 30 * 33 * 36 * 39 * 0,1

Gergelim 15 * 15 * 15 * 15 * 0,0

Linhaça 4 5 * 5 * 5 * 0,0 Total 44.643 53.936 52.801 53.446 100

Safra2005

Safra2003

Safra2004

Safra2002

Brasil Part. %2004

Óleo de Soja 4.937,0 5.387,0 5.571,0 p 89,2

Óleo de Algodão (Caroço) 195,7 * 217,0 * 268,4 * 4,3

Óleo de Palma (Dendê) 118,0 * 129,0 * 140,0 * 2,2

Óleo de Girassol 55,7 * 62,1 * 74,6 * 1,2

Óleo de Milho 45,9 * 55,0 * 63,6 * 1,0

Óleo de Mamona 40,1 * 39,7 * 60,8 * 1,0

Óleo de Colza (Canola) 16,9 * 20,4 * 22,8 * 0,4

Óleo de Amendoim 28,1 * 21,8 * 21,8 * 0,3

Óleo de Palmiste 13,3 * 14,5 * 15,8 * 0,3

Óleo de Linhaça 1,7 * 2,0 * 2,1 * 0,0

Óleo de Coco 1,9 * 1,9 * 1,9 * 0,0 Total 5.454,3 5.950,4 6.242,8 100

20042002 2003

Principais Óleos Vegetais – mil toneladas

Fonte: Oilworl Annual 2005 * estimativa / p - previsão

Biodiesel (% de mistura)

- Aditivo ao óleo diesel até B2 ( aumento da lubricidade).

Puro(B100)

Aditivo(B2)

Blend(B5-B20)

- Melhora o desempenho do motor.

- Melhora a lubricidade do combustível (Aditivo Ideal) para redução do Enxofre.

- Melhora o Índice de Cetano.

- Desempenho do motor semelhante ao do diesel mineral.

- Redução significativa da poluição.

- Usos específicos: biodegradável (mineração e navegação).

Diesel

Biodiesel

- Aditivo ao óleo diesel até B2 ( aumento da lubricidade).

- Aditivo ao óleo diesel até B2 ( aumento da lubricidade).

Puro(B100)

Aditivo(B2)

Blend(B5-B20)

- Melhora o desempenho do motor.

- Melhora a lubricidade do combustível (Aditivo Ideal) para redução do Enxofre.

- Melhora o Índice de Cetano.

- Desempenho do motor semelhante ao do diesel mineral.

- Redução significativa da poluição.

- Usos específicos: biodegradável (mineração e navegação).

Diesel

Biodiesel

Diesel

Biodiesel

BiogBiogááss

BiogBiogááss

1. Obtido áreas urbanas a partir do tratamento adequado dos RSU, tratamentode efluentes líquidos domésticos e industriais.

2. O tratamento é composto por uma série de processos que têm como objetivo diminuir o potencial poluidor dos resíduos sólidos e efluentes, antes de retorná-lo ao meio ambiente.

3. Seu uso em transportes é um opção que não pode ser negligenciada. Vantagem adicional do uso do biogás como combustível é a característica de descentralização na geração, ou seja, todo adensamento populacional étambém um centro importador de energia e a recuperação do biogás permite a redução dessa necessidade de importação. Independentemente do tipo de adensamento - residencial, industrial ou rural - ocorre ali geração de resíduos e, havendo aplicação da tecnologia anaeróbia para o seu tratamento, há a conseqüente geração de biogás, que entre várias aplicações, pode ser utilizado em autoveículos.

Gás que é produzido quando a matéria orgânica se decompõe em condições anaeróbicas.

Sua composição química varia.Em geral podemos considerar:

55% de Metano (CH4)40% de Dióxido de Carbono (CO2)

5% de outros gases

P.C.I. (Biogás) 4.800 kcal/Nm3 ou 20.000 kJ/Nm3

P.C.I. (Gás Natural) 9.000 kcal/Nm3 ou 37.600 kJ/Nm3

Tecnologia empregadaTecnologia de conversão na SABESP

Válvula Esfera 1

Secador por Refrigeração

2

Compressor de Palhetas

Filtro de Carvão Ativado

Filtro Coalescente 1

Manômetro

Sensor de Temperatura 1

Plug Reserva 1

Sensor de Pressão 1

Válvula Esfera

Válvulas Esfera 3 e 4

Filtro Coalescente 2

Plug Reserva 3

Plug Reserva 2

Separador de Líquido com Dreno

Sensor de Temperatura 2

Sensor de Pressão 2

FiltroCoalescente 3

Filtro de Gás

Válvula Reguladora de Pressão

Válvulas Esfera 5 e 6

Medidor de Vazão

Plug Reserva4 e 5

Sensor de Pressão 3

Sensor de Temperatura 3

Tubulação de Aço Inox Rígida

Tubulação de Aço Inox Flexível

Saída doGás de

Exaustão

Secador por Refrigeração

1

Microturbina Capstone

MMóódulodulo -- ProduProduçção de ão de biogbiogááss e de e de energiaenergia eleléétricatrica

Produção de álcool 250 m³/dia

Vazão de vinhaça 2.760 m³/dia (115 m³/h)

Produção de biogás 27.000 Nm³/dia (1.125 Nm³/h)

Composição: CH4 60 %

CO2 40 %

H2S traços

Poder calorífico inferior (PCI) 21.320 kJ/Nm³

Potência elétrica total gerada 2.000 kW (eficiência moto-gerador 30%)

Potência consumida pelo sistema 240 kW

Potência líquida disponível 1.760 kW

Fator de conversão em e. elétrica

608,4 MJ/m³ de álcool (168,8 kWh/m³)

Investimento para implantação 10.000 10³ R$

Custos de O&M 200 10³ R$/ano

Valor mínimo de venda da e.e 89,98 R$/GJ (R$ 323,92 / MWh)

Operação 4.320 h/anoFonte: Brasmetano, 2005

BalanBalançço o –– ProduProduçção 1 mão 1 m³³ ÁÁlcoollcool

11 m³Vinhaça

Moto-geradorEf. 30%

Biodigestor

FertirrigaçãoLavouraVinhaça

Biodigerida

108 Nm³Biogás (60% CH4)

2303 MJ(640 kWh)

691 MJ(192 kWh)

EnergiaElétrica

Excedente608 MJ(169 kWh)

Auto-consumo83 MJ(23 kWh)

BioBio--ÓÓleoleo

A Pirólise Rápida de biomassa é um processo no qual o combustível sólido é fragmentado com o uso de calor numa atmosfera com pouco oxigênio para a geração otimizada de líquido (bio-óleo), mas que também produz uma mistura de gases combustível e sólidos (carvão vegetal).

APLICAÇÕES DO BIO-ÓLEO

• A pirólise, para produção de combustíveis e insumos químicos e energia, tem grande potencial de aplicabilidade no Brasil

• Os resíduos agroindustriais (bagaço, p.ex.) e florestais devem ser aproveitados e a pirólise éuma excelente alternativa

• A pirólise de biomassa pode se candidatar aos CDM’s previstos no Protocolo de Quioto

• O desenvolvimento de tecnologias deve ser feito em cooperação entre empresas, institutos de P&D, universidades e parceiros internacionais.

HH--BioBio

H-BIO é um processo que: H-BIO é um processo que:

• É uma hidroconversão catalítica da misturas de frações de diesel e óleos vegetais.

• Introduz uma fonte de energia renovável no esquema de produção de óleo diesel nas unidadesexistentes.

Mamona Girassol Dendê AlgodãoSoja

Rendimentos Prováveis da Cultura1.500 kg/ha 1.500 kg/ha 3.000 kg/ha 20.000 kg/ha 3.000 kg/ha

Teor de Óleo Vegetal47% 42% 18% 20% 15%

Produção de Óleo Vegetal (kg/ha)

705 630 540 4.000 450

Opções de Carga para o Processo H-BIO OpOpççõesões de de CargaCarga parapara o o ProcessoProcesso HH--BIO BIO

Produção no Brasil em 2005 m3/ano90.000 23.000 5.600.000 151.000 315.000

Tecnologia H-BIO :

• Alternativa de inclusão de fontes renováveis paraprodução de biocombustíveis em adição ao programabrasileiro de Biodiesel.

• A implementação da tecnologia vai gerar benefíciosambientais e de inclusão social.

TECNOLOGIASTECNOLOGIAS

MicroreatorMicroreatorOs métodos atuais de produção de biodiesel envolvem a dissolução de um

catalisador, como o hidróxido de sódio, em álcool e a agitação dessa mistura com um óleo vegetal, por cerca de 2 hs. A seguir, o líquido descansa entre 12 e 24 hs, aguardando uma lenta reação química que produz biodiesel e glicerina.

Este microreator elimina a mistura e a espera pela reação química de separação e poderá também dispensar o catalisador dissolvido. Ele emprega um catalisador sólido, nos moldes dos catalisadores utilizados para a limpeza do ar exaurido em escapamentos de automóveis.

O microreator é constituído por uma série de canais paralelos, cada um mais fino do que um fio de cabelo, através dos quais se bombeia simultaneamente álcool e óleo vegetal. Nessa escala, a reação que converte o óleo em biodiesel évirtualmente instantânea, resultando na geração de combustível numa velocidade de 10 a 100 vezes mais rápido do que as tecnologias atuais.

Embora a produção de biodiesel de um único microreator venha na forma de pequenas gotas, esses reatores poderão ser empilhados e interconectados, multiplicando a escala de produção.

Vantagens dosVantagens dos……

BIOCOMBUSTBIOCOMBUSTÍÍVEISVEIS

A experiência dos países produtores de biocombustíveis oferece uma alternativa válida para a substituição parcial das importações de hidrocarbonetos, com significativa repercussão na economia de divisas.

É uma alternativa tecnologicamente aprovada, que permitiria a muitos países das Américas impulsionar a modernização de sua agricultura, oferecendo aos produtores novas opções com um mercado garantido.

PRODUPRODUÇÇÃOÃO

REGIÃO N

Palma 100%

REGIÃO CO

Soja 49%Algodão 65%Girassol 84%

REGIÃO SSoja 33%

REGIÃO SE

Soja 9%Algodão 9%

REGIÃO NE

Algodão 23%Mamona (BA) 92%

Distribuição Regional das Oleaginosas

Produção de Oleaginosas no Brasil

Produção de biodiesel no mundo

A União Européia atualmente lidera a produção mundial do biodiesel, com mais de 1,7 bilhão de litros em 2003, apesar da relativa escassez de terras agriculturáveis naqueles países.

365

715

1.093

1.434

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1998 2002 2002 2003

UE - Produção Anual de Biodiesel (mil ton)

AlemanhaFrançaItáliaOutros UETotal UE

1.088

502

4191007067

2.246

AlemanhaFrançaItáliaAustriaEspanhaOutros UETotal UE

UE Produção de Biodiesel - Capacidade Instalada 2004

(mil ton)

Produção de Biodiesel na União Européia

Fonte:EUROPEAN BIODIESEL BOARD

BRASIL – Produção de Oleaginosas

OUTRAS5%

SOJA95%

BRASIL – Produção de Óleos Vegetais

OUTROS10%

SOJA90%

Produção de Oleaginosas e Óleos Vegetais - 2003

Soja Algodão (caroço) Palma Girassol Mamona Outros

Total

51.000* 95,0

2.133 4,0

N/A 0,0

200* 0,4

78 0,1

251 0,5

53.662 100

5.613,2* 89,8

256* 4,1

134* 2,1

75,8* 1,2

53,7* 0,9

118,6 1,9

6.251 100

Grão Óleo(1.000 t) % (1.000 t) % Oleaginosas

1 - alternativa renovável e inesgotável para o combustível de origem fóssil

-Disponibilidade de petróleo-Evolução dos preços

2 - auto suficiência energética3 – razões ambientais/ecológicas:1 t biodiesel evita emissão de 2,5 t de CO2 se comparado ao Diesel

4 – questões estratégicas

Por que produzir Biodiesel?Por que produzir Biodiesel?

O futuro da EnergiaD

eman

da d

e ól

eo b

ruto

(bilh

ões

t/ano

)

Vantagens do BiodieselVantagens do Biodiesel

- Produz hidrocarbonetos e não ésteres; - Não requer adição de etanol ou metanol no processo;- Perfeitamente miscível ao diesel fóssil;- Permite refino para obtenção de equivalentes à gasolina, diesel, querosene, etc;- Permite a eliminação da água intermolecular;- Utiliza catalisador não tóxico;- B100: Pode ser usado puro em motor à diesel, sem requerer adaptações;- Não produz glicerina.

– Fortalecimento do Agronegócio

– Desenvolvimento regional sustentado

– Geração de emprego e renda

– Melhoria nas condições ambientais

– Redução da dependência do petróleo importado

– Melhoria na Balança de Pagamentos

– Exportação de produtos manufaturados

Por que produzir BIOCOMBUSTBIOCOMBUSTÍÍVEISVEIS no Brasil ?

www.dem.feis.unesp.br/nuplenwww.dem.feis.unesp.br/nuplen

Obrigado pela atenObrigado pela atençção!ão!