REUNIÃO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA UNESP - ILHA SOLTEIRA 19/10/2006 OFICINA BIOCOMBUSTÍVEIS. Prof. Dr. Ricardo Alan Verdú Ramos NUPLEN DEM/FEIS/UNESP

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1 REUNIÃO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA UNESP - ILHA SOLTEIRA 19/10/2006 OFICINA BIOCOMBUSTÍVEIS Prof. Dr. Ricardo Alan Verdú Ramos NUPLEN DEM/FEIS/UNESP

2 No início do Século XX

3 Dr. Rudolf Christian Karl Diesel ( ) Surge o Primeiro motor a Diesel

4 Between 1911 and 1912 he stated: "The Diesel engine can be fed with vegetable oils and would help considerably in the development of agriculture of the countries which use it."

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

6 Matriz Energética Brasileira Recursos Renováveis 43.6% Biomassa 29.1% Hidroeletricidade 14.5% Urânio 1.5% Carvão Mineral 6.5% Gás Natural 8.7% Petróleo e Derivados 39.7%

7 Energia Renovável vel Percentual Mundial

8 Mas O que são BIOCOMBUSTÍVEIS?

9 Os biocombustíveis são fontes de energias renováveis, veis, derivados de produtos agrícolas como a cana-de de-açúcar, plantas oleaginosas, biomassa florestal e outras fontes de matéria orgânica. Liberam na atmosfera uma quantia significativamente menor de poluentes em relação aos combustíveis derivados do petróleo leo. Biocombustíveis Em alguns casos, os biocombustíveis podem ser usados tanto isoladamente, como adicionados aos combustíveis convencionais. Como exemplo, podem ser citados o biodiesel, o etanol, o metanol, o metano e o carvão vegetal.

10 Rotas de Produção de Biocombustíveis H-BIO Agronegócio Grãos Óleo Vegetal Hidrogênio Frações de Diesel Plantação Esmagamento Refinaria Ou Ou Diesel Etanol ou Transesterificação Biodiesel Distribuição Metanol B 2 or B 5 blends Ou Diesel Glicerina Outros Postos

11 São considerados BIOCOMBUSTÍVEIS os produtos a seguir: «Bioetanol Bioetanol»: etanol produzido a partir de biomassa e/ou da fração biodegradável de resíduos, para utilização como biocombustível; «Biometanol»: metanol produzido a partir de biomassa, para utilização como biocombustível; «Biodiesel»: éster met ster metílico produzido a partir de óleos vegetais ou animais, com qualidade de combustível para motores diesel, para utilização como biocombustível; «Biog Biogás»: gás s combustível produzido a partir de biomassa e/ou da fração biodegradável de resíduos, que pode ser purificado até à qualidade do gás g natural, para utilização como biocombustível, ou gás g s de madeira;

12 «Bioéter dimetílico lico»: éter dimetílico produzido a partir de biomassa, para utilização como biocombustível; «Biocombustíveis sintéticos ticos»: hidrocarbonetos sintéticos ticos ou misturas de hidrocarbonetos sintéticos ticos produzidos a partir de biomassa; «Biohidrogênio»: hidrogênio produzido a partir de biomassa e/ou da fração biodegradável de resíduos, para utilização como biocombustível; «Óleo vegetal puro produzido a partir de plantas oleaginosas»: óleo produzido por pressão, extração ou métodos m comparáveis, a partir de plantas oleaginosas, em bruto ou refinado, mas quimicamente inalterado, quando a sua utilização for compatível com o tipo de motores e os respectivos requisitos relativos a emissões. «Bio-ETBE (bioéter etil-ter ter-butílico) lico)»: ETBE produzido a partir do bioetanol; A percentagem volumétrica de bio ETBE calculada como biocombustível é de 47 %; «Bio-MTBE (bioéter etil-ter ter-metílico) lico)»: combustível produzido com base no biometanol. A percentagem volumétrica de bio-mtbe calculada como biocombustível é de 36 %;

13 Principais Oleaginosas Regionalmente Utilizadas na Produção de Óleo Vegetal

14 Biodiesel

15 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). Metanol ou Etanol + Catalisador Metil-Ésteres de AGCL Realidade atual (Mundo) Etil-Ésteres de AGCL Nova Tecnologia (Brasil) Óleos Vegetais Transesterificação Biodiesel óleos de soja, colza, palma, etc... Glicerina Processo de Transesterificação de Óleos Vegetais

16 JUSTIFICATIVA - Lei /2005. Obrigatoriedade da adição de 2% de biodiesel ao óleo diesel comercializado ao consumidor final em todo o País a partir de (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.

17 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).

18 Atualmente há dois processos reconhecidos no mundo para a obtenção de Biodiesel: 1- Transesterificação 2- Craqueamento Térmico.

19 Cadeia de Produção do Biodiesel Casca: Produção de fertilizante Polpa: Ração Álcool Subprodutos Glicerina Mercado COMERCIALIZAÇÃO DIRETA NÃO É PERMITIDA Torta Grão Óleo Plantação Esmagamento Cadeia Agrícola Produtor de Biodiesel BIODIESEL B100 B100 Distribuidor B2 Refinaria Revendedor B2 Consumidor B100 Consumidor

20 Matérias-primas Oleaginosa Caroço de algodão Produtividade Média (Kg/ha) Teor de óleo (Extração real) Rendimento de Biodiesel (kg/ha) % 304 Rendimento de Biodiesel (litros/ha) 349 Soja % Girassol % Amendoim % Sebo Pinhão manso? -alta produtividade -qualidade para produção de biodiesel

21 Principais Oleaginosas mil toneladas Brasil Safra 2002 Safra 2003 Safra 2004 Safra 2005 Part.% 2005 Soja ,9 Algodão (Caroço) ,9 Amendoim ,4 Mamona ,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 Fonte: Oilworl Annual 2005 * estimativa / p - previsão

22 Principais Óleos Vegetais mil toneladas Brasil Part. % Óleo de Soja 4.937, , ,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, , ,8 100 Fonte: Oilworl Annual 2005 * estimativa / p - previsão

23 Biodiesel (% de mistura) Diesel Biodiesel Puro (B100) - Desempenho do motor semelhante ao do diesel mineral. - Redução significativa da poluição. - Usos específicos: biodegradável (mineração e navegação). Blend Aditivo (B5-B20) (B2) - Aditivo ao óleo diesel até B2 ( aumento da lubricidade). - Melhora o desempenho do motor. - Melhora a lubricidade do combustível (Aditivo Ideal) para redução do Enxofre. - Melhora o Índice de Cetano.

24 Biogás

25 Biogás 1. Obtido áreas urbanas a partir do tratamento adequado dos RSU, tratamento de 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 é também 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.

26 Gás que é produzido quando a matéria orgânica se decompõe em condições anaeróbicas. Sua composição química varia. Em geral podemos considerar: 55% de Metano (CH 4 ) 40% de Dióxido de Carbono (CO 2 ) 5% de outros gases P.C.I. (Biogás) kcal/nm 3 ou kj/nm 3 P.C.I. (Gás Natural) kcal/nm 3 ou kj/nm 3

27 Tecnologia empregada Tecnologia de conversão na SABESP Compressor de Palhetas Secador por Refrigeração 1 Secador por Refrigeração 2 Válvula Esfera Filtro de Carvão Ativado Filtro Coalescente 1 Válvulas Esfera 3 e 4 Separador de Líquido com Dreno Válvulas Esfera 5 e 6 Filtro Coalescente 3 Sensor de Temperatura 1 Sensor de Pressão 1 Plug Reserva 1 Manômetro Plug Reserva 3 Plug Reserva 2 Filtro Coalescente 2 Sensor de Pressão 2 Sensor de Temperatura 2 Medidor de Vazão Filtro de Gás Plug Reserva 4 e 5 Válvula Reguladora de Pressão Sensor de Pressão 3 Sensor de Temperatura 3 Saída do Gás de Exaustão Microturbina Capstone Tubulação de Aço Inox Rígida Válvula Esfera 1 Tubulação de Aço Inox Flexível

28 Módulo - Produção de biogás e de energia elétrica Produção de álcool 250 m³/dia Vazão de vinhaça m³/dia (115 m³/h) Produção de biogás Nm³/dia (1.125 Nm³/h) Composição: CH 4 60 % CO 2 40 % H 2 S traços Poder calorífico inferior (PCI) kj/nm³ Potência elétrica total gerada kw (eficiência moto-gerador 30%) Potência consumida pelo sistema 240 kw Potência líquida disponível kw Fator de conversão em e. elétrica Investimento para implantação ³ R$ Custos de O&M ³ R$/ano 608,4 MJ/m³ de álcool (168,8 kwh/m³) Valor mínimo de venda da e.e 89,98 R$/GJ (R$ 323,92 / MWh) Operação h/ano Fonte: Brasmetano, 2005

29 Balanço Produção 1 m³ m Álcool 108 Nm³ Biogás (60% CH 4 ) 2303 MJ (640 kwh) 11 m³ Vinhaça Biodigestor Moto-gerador Ef. 30% 691 MJ (192 kwh) Auto-consumo 83 MJ (23 kwh) Energia Elétrica Excedente 608 MJ (169 kwh) Vinhaça Biodigerida Fertirrigação Lavoura

30 Bio-Óleo

31 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).

32 APLICAÇÕES DO BIO-ÓLEO

33 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 é uma 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.

34 H-Bio

35 H-BIO é um processo que: Introduz uma fonte de energia renovável no esquema de produção de óleo diesel nas unidades existentes. É uma hidroconversão catalítica da misturas de frações de diesel e óleos vegetais.

36 Opções de Carga para o Processo H-BIO Mamona Girassol Soja Dendê Algodão Rendimentos Prováveis da Cultura kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha Teor de Óleo Vegetal 47% 42% 18% 20% 15% Produção de Óleo Vegetal (kg/ha) Produção no Brasil em 2005 m3/ano

37 Tecnologia H-BIO : Alternativa de inclusão de fontes renováveis para produção de biocombustíveis em adição ao programa brasileiro de Biodiesel. A implementação da tecnologia vai gerar benefícios ambientais e de inclusão social.

38 TECNOLOGIAS

39 Microreator Os 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 é virtualmente 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.

40 Vantagens dos BIOCOMBUSTÍVEIS

41 PRODUÇÃO 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.

42 Distribuição Regional das Oleaginosas REGIÃO N Palma 100% REGIÃO NE Algodão 23% Mamona (BA) 92% REGIÃO CO Soja 49% Algodão 65% Girassol 84% REGIÃO SE Soja 9% Algodão 9% REGIÃO S Soja 33% Produção de Oleaginosas no Brasil

43 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 UE - Produção Anual de Biodiesel (mil ton) Alemanha UE Produção de Biodiesel - Capacidade Instalada 2004 (mil ton) Alemanha França França Itália Outros UE Total UE Itália Austria Espanha Outros UE Total UE Fonte: EUROPEAN BIODIESEL BOARD Produção de Biodiesel na União Européia

44 Produção de Oleaginosas e Óleos Vegetais Oleaginosas Grão Óleo (1.000 t) % (1.000 t) % Soja Algodão (caroço) Palma Girassol Mamona Outros Total * 95, ,0 N/A 0,0 200* 0,4 78 0, , ,2* 89,8 256* 4,1 134* 2,1 75,8* 1,2 53,7* 0,9 118,6 1, BRASIL Produção de Oleaginosas OUTRAS 5% BRASIL Produção de Óleos Vegetais OUTROS 10% SOJA 95% SOJA 90%

45 Por que produzir Biodiesel? 1 - alternativa renovável e inesgotável para o combustível de origem fóssil -Disponibilidade de petróleo -Evolução dos preços 2 - auto suficiência energética 3 razões ambientais/ecológicas: 1 t biodiesel evita emissão de 2,5 t de CO2 se comparado ao Diesel 4 questões estratégicas

46 O futuro da Energia Demanda de óleo bruto (bilhões t/ano)

47 Vantagens 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.

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49 Por que produzir BIOCOMBUSTÍVEIS no Brasil? 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

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51 Obrigado pela atenção!