DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA POR MEIO DO DESENVOLVIMENTO DE UM PIROLISADOR MULTI-COMBUSTÍVEL

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1 PROJETO I Proponente Universidade Estadual de Pernambuco Título do Projeto de Pesquisa UTILIZAÇÃO DE MICROALGAS PARA SEQUESTRO DE CO2 E PRODUÇÃO DE ÓLEO PARA BIOCOMBUSTIVEL DURAÇÃO 36 meses PROJETO II Proponente Universidade Estadual de Pernambuco Título do Projeto de Pesquisa DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA POR MEIO DO DESENVOLVIMENTO DE UM PIROLISADOR MULTI-COMBUSTÍVEL DURAÇÃO 36 meses sergperes@gmail.com Tel. (81)

2 OUTROS TEMAS DE INTERESSE 1. CELULA ACOMBUSTIVEL MICROBIANA; 2. UTILIZAÇÃO DE RESIDUOS SÓLIDOS UMIDOS E SECOS PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELETRICA E TERMICA; 3. GASEIFICÇÃO E PIROLISES DE PONTAS E PALHAS E BAGAÇO PARA PRODUÇÃO DE COMBUSTIVEIS GASOSOS ( SYNGAS) E COMBUSTIVEIS LIQUIDOS 4. CARATERIZAÇÃO E PRODUÇÃO DE BIODIESEL UTILIZANDO GORDURAS DE ANIMAIS E OLEAGINOSAS. COORDENADOR GERAL Sérgio Peres Ramos da Silva; Ph. D. sergperes@gmail.com APRESENTADORA Lázara Silveira Castrillo; Dr. lazaracastrillo@hotmail.com 2

3 Título do Projeto de Pesquisa UTILIZAÇÃO DE MICROALGAS PARA SEQUESTRO DE CO2 E PRODUÇÃO DE ÓLEO PARA BIOCOMBUSTIVEL 1. Objetivos O presente projeto de pesquisa e desenvolvimento visa estudar o poder de biofixação do Dióxido de Carbono (CO 2 ) das microalgas nativas das regioes( Cuba e Brasil) e a sua utilização como potencial produtora de biodiesel. Para isso, algumas espécies serão isoladas, cultivadas e verificadas o seu potencial tanto de sequestro de CO 2, como para extração de óleo e produção de biodiesel. Objetivos específicos: - Coletar e identificar espécies de microalgas marinhas e dulciaquícolas potencialmente produtoras de óleo - Identificar os fatores ecológicos (temperatura da água, turbidez, ph, oxigênio dissolvido, sólidos totais dissolvidos e nutrientes- série do nitrogênio e fósforo) em que se encontram as espécies na natureza - Isolar e cultivar as espécies identificadas como potencialmente produtoras de óleo; - Cultivar em escala experimental (biorreator) espécies de microalgas potencialmente produtoras de óleo; - Acompanhar o desenvolvimento da comunidade de algas no cultivo em escala experimental (biorreator) através do cálculo da densidade populacional e da biomassa (biovolume) das algas; - Mensurar a capacidade de absorção de dióxido de carbono das microalgas em bioreator; - desenvolver técnicas de extração de óleo das microalgas; - produzir biodiesel das microalgas; - caracterizar o biodiesel das microalgas; - desenvolver um projeto piloto composto de um grupo gerador a gás natural, que simulará as condições de exaustão de UTE à GN, de modo a verificar a capacidade de absorção de CO 2 e outros gases pelas microalgas e a quantidade de óleo para biodiesel produzido pelas microalgas (ciclo fechado de emissão de gases); 3

4 2. Introdução Segundo o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) as emissões de dióxido de carbono (CO 2 ) vão continuar aumentando neste século e que irá acarretar em aumento da sua concentração na atmosfera. Enquanto muito se debate sobre os efeitos dos níveis de CO 2 nas mudanças climáticas que atualmente afeta o mundo ocasionando catástrofes, pesquisas estão sendo realizadas de forma a diminuir este concentração de CO 2. Estas pesquisas envolvem o seqüestro de carbono, captura e armazenamento de carbono. As emissões de carbono impactantes ao meio-ambiente, na sua grande maioria, são causadas pelas atividades humanas, principalmente, àquelas que necessitam de energia térmica, que são obtidas através de processos de combustão, o que resulta num aumento das emissões de CO 2. Algumas pesquisas desenvolvem meios químicos e físicos para captura do CO 2 das chaminés das usinas termelétricas, mas, isso implica num aumento significativo do custo de geração de energia (IEA, 1998). Segundo Olaizola et al, o custo de remoção de CO 2 numa UTE a carvão equipada com um sistema de dessulfurização dos gases de exaustão custa entre 35 a 264 USD por tonelada de CO 2. A adoção deste sistema aumenta o custo de geração de energia elétrica em torno de 25 a 130 USD por megawatt-hora. Portanto, a meta do DOE é reduzir os custos de seqüestro de carbono para valores abaixo de 10 USD. Desta forma, outra estratégia para mitigação do CO 2 é a biológica, pois ela induz a utilização de microalgas para absorção de CO 2 num processo de fotossíntese e sua fixação devido ao aumento de produção de biomassa. O processo de fotossíntese pode ser ilustrado através da equação geral abaixo: 12H 2 O + 6CO 2 6O 2 +C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O Equação 1 A equação 1 mostra que as plantas clorofiladas utilizam o CO 2 para a formação do seu próprio alimento que é a glicose (C 6 H 12 O 6 ) e liberando oxigênio para a atmosfera. Segundo Kadam (1997,2001) os gases de exaustão das usinas termelétricas são responsáveis por mais de 7% das emissões totais de CO 2 no mundo, e, os gases de exaustão das industrias contém até 15% de CO 2, produzindo uma atmosfera rica em CO 2 para o cultivo de microalgas e que potencialmente é a rota mais eficiente para biofixação do CO 2. Logo, o uso dos gases de exaustão de plantas industriais, por exemplo, as termelétricas a gás natural como fonte de CO 2 para o cultivo e crescimento de microalgas, é visto como tendo um potencial enorme de diminuição das emissões de CO 2, podendo vir a ser uma rota tecnológica estratégica para mitigação dos gases que provocam o efeito estufa. 2.1 Pesquisas correlatas e resultados obtidos por outros pesquisadores 4

5 Estudos laboratoriais desenvolvidos por Zeiler et al. (1995) utilizaram uma alga verde Monoruphidium minutum para demonstrar que este tipo de alga pode utilizar uma composição de gases simulares aos gases de exaustão de termelétricas contendo altos níveis de CO 2, e os óxidos de nitrogênio e enxofre como matéria-prima para produção de biomassa algal. Esta microalga marinha é uma chlorophyta e possui estes sinônimos Selenastrum minutum, Ankistrodesmus lunulatus, Raphidium minutum, Ankistrodesmus minutissimus, Raphidium convolutum var. minutum. A maiores ocorrências desta microalgas estão reladas na Bélgica, Portugal e Espanha, tendo ainda relatas ocorrências no Brasil. Estas informações foram obtidas no site Global Facility Biodiversity (data.gbif.org). Também a presença deste tipo de microalgas foi relatada pelos pesquisadores Ariadne Moura et al como abundante no litoral da região metropolitana do Recife, em Pernambuco. A Figura 1 mostra a microalga Monoruphidium minutum. Figura 1 Microalga Monoruphidium minutum Fonte: Segundo Wag et al (2008), as microalgas verdes da divisão Chlorophyta apresentaram habilidades na fixação do CO 2 quando capturaram energia solar com uma eficiência entre 10 e 50 vezes maior que as plantas terrestres. Por esta razões é beneficial se as microalgas se as microalgas forem altamente tolerantes a níveis elevados de CO 2 para serem utilizadas para fixação de CO 2 oriundos de chaminés de usinas termelétricas. Wasaki et al (1998) relataram que as microalgas das espécies Chlorococcum littorale, também uma alga marinha mostrou uma tolerância a concentrações de CO 2 até 40%. Sakai et al relataram que microalgas da divisão Chlorella obtidas em nascentes quentes são tolerantes a temperaturas até 42 ºC e concentrações de CO 2 até 40%. Pesquisadores brasileiros (de Morais, M G e Costa, A V) relataram que as espécies S. obliquus e C. kessleri que foram isoladas nas lagoas de tratamento de efluentes da Usina Termelétrica Presidente Médicis, a carvão mineral, exibiram boa tolerância a atmosferas com alta concentração de CO 2 (Figuras 2 e 3). A Usina Termelétrica Presidente Médici - UTPM, a vapor, está localizada no município de Candiota - RS, distante 400 quilômetros de Porto Alegre. 5

6 Figura 2 Imagem da Microalga S. obliquus (Fonte: protist.i.hosei.ac.jp/taxonomy/chlorophyta/genus/scenedesmus/scenedesmus.jpg) Figura 3 Imagem da microalga Chlorella kessleri (Fonte: Segundo Liebert et al (2008), o forte interesse na utilização de CO 2 como matériaprima para microalgas resulta na grande eficiência da conversão fotossintética que chega a 12%. Este valor chega a ser 120 vezes mais eficiente que a média de todas as biomassas terrestres. A biomassa (etanol, biodiesel e madeira) tem uma conversão de 0,1%. Culturas agrícolas tem uma eficiência que variam de 1 a 2%. Uma das plantas terrestres que apresentam a maior eficiência é a cana de açúcar no 6

7 Brasil, com 8%. Segundo pesquisas realizadas pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL) dos Estados Unidos, as microalgas em bioreatores podem ser utilizadas como método para limpeza de gases de exaustão de termelétricas com uma eficiência no processo fotossintético de aproximadamente 6%. Ainda segundo Liebert et al, o custo de investimento estimado para bioreatores de microalgas é de aproximadamente 190 UDS por metro quadrado. E, estimam que o custo de investimento para instalação de bioreatores para captura de CO 2 por microalgas para uma UTE de 700 MW (a carvão) é de 31 bilhões de dólares americanos (USD), com previsão de produção de um barril de biodiesel a 800 USD para que o projeto seja economicamente viável. Apesar da opinião contrária a instalação de projetos com microalgas para biofixação de CO 2 e posterior utilização destas microalgas para produção de biodiesel, mais e mais este tema atrai a atenção de pesquisadores, principalmente, que algumas espécies de microalgas, como a Chrorella, Spirulina e Dunaliella têm valor comercial e podem ser utilizadas para seqüestro de CO 2 (Ono et al). Neste artigo os autores reportam que a Chrorella sp. Pode ser cultivada numa atmosfera com até 20% de CO 2, e que a Dunaliella, que também é tolerante a atmosferas ricas em CO 2 é utilizada industrialmente para obtenção de β-caroteno. A utilização direta de gases de exaustão em sistemas de seqüestro de CO 2 tem sido relatada desde Como os gases de exaustão de termelétricas têm uma alta concentração de CO 2 é importante a identificação das espécies de microalgas que são tolerantes a estas altas concentrações. Os pesquisadores Ono e al reportaram uma lista de espécies que foram reportados por outros pesquisadores como tolerantes a altas concentrações de CO 2. Estas espécies estão relacionadas na Tabela 1. Tabela 1 Espécies de microalgas tolerantes a altas concentrações de CO 2 Espécie Concentração de CO 2 (Max). Referência Cyabidium caldanum 100% Seckbach et al., 1971 Scenedesmus sp. 80% Hanagata et al., 1992 Chlorococcum littorale 60% Kodama et al., 1993 Synechococcus elongatus 60% Miyairi, 1997 Euglena gracilis 45% Nakano et al., 1996 Chrorella sp. 40% Hanagata et al., 1992 Eudorina sp. 20% Hanagata et al., 1992 Dunaliella tertiolecta 15% Nagase et al., 1998 Nannochloris sp. 15% Yoshihara et al., 1996 Clamydomonas sp. 15% Miura et al., 1993 Tetraselmis sp. 14% Matsumoto et al., 1995 Fonte: Ono et al. (2003 Second Conference on CO 2 Sequestration, VA, USA) 7

8 Figura 8- Nannochloropsis salina (Fonte: Figura 9- Phaeodactylum tricornutum (Fonte: Bradbury J - ''Nature's Nanotechnologists: Unveiling the) Shag et al relataram no artigo Mitigação de CO 2 usando Microalgas (2008) que as microalgas podem fixar o dióxido de carbono de diferentes fontes que podem ser 8

9 divididas em três categorias: CO 2 da atmosfera, CO 2 provenientes da exaustão de gases de indústrias, e, CO 2 fixados em forma de carbonatos solúveis (ex. NaHCO 3 e Na 2 CO 3 ). As microalgas que são cultivadas em sistemas fechados ou em lagoas abertas, são aeradas ou expostas ao ar para permitir que as microalgas capturem o dióxido de carbono para crescimento celular, possuem um crescimento limitado, pois, o ar atmosférico contem entre 0,03 a 0,06% de CO 2. Por outro lado, gases de exaustão podem conter até 15% de CO 2, fornecendo uma atmosfera rica para o cultivo de microalgas e é uma rota potencialmente mais eficiente para biofixação do CO 2. A terceira rota é fixar o CO 2 através de uma reação química para produção de carbonatos e usá-los posteriormente como fonte de carbono para o cultivo de microalgas. Estes autores também relatam a utilização das microalgas marinhas e as de lagoas de tratamento de efluentes de UTE s como opções para absorção e biofixação de CO 2. A microalga C. kessleri (Figura 3) apresentou uma produtividade de biomassa de aproximadamente 0,087 g/l.dia quando cultivadas em atmosferas com 12% (v/v) de CO 2. Também foi reportado por de Morais e Costa (2007) que a Scenedesmus obliquus e a Spirulina sp. tiveram um bom crescimento quando em atmosfera com até 18% de CO 2, e em temperaturas de até 20ºC, sendo cultivadas em fotobioreatores tubulares de três estágios. Para a Spirulina sp. a maior taxa de crescimento foi obtida numa atmosfera com 6% de CO2, com uma produtividade de 0,44 g/l.dia, com uma concentração máxima de 3,50 g de células secas/litro. Duas espécies de microalgas verdes, Chlorella sp. UK001 (Figura 10) e Chlorococcum littorale (Figura 5) demonstraram ser capazes de fixar o CO 2 em elevadas taxas ultrapassando 1 g de CO 2 /l.dia jpg Figura 10 - Chlorella sp. Fonte: 9

10 Um foco bem interessante é a combinação de biofixação de CO 2 e a utilização das microalgas para produção de biocombustíveis (desenvolvimento de sistema de bioreator de microalgas para seqüestro de CO 2 e produção de óleo para biodiesel integrado a um grupo gerador a gás natural). Esta estratégia também está relatada na mini-revisão feita por Wang et al. (2008). Kondili e Kaldellis (2007) relatam que os custos de produção de biocombustíveis é cerca de 2,3 vezes maior que a produção de combustíveis fósseis. Mas, é certo que o desenvolvimento rápido das tecnologias e produção de biocombustíveis e o aumento dos preços dos combustíveis fósseis farão que a produção de biocombustíveis com microalgas seja uma das estratégias mais promissoras (Li et al, 2008). Há várias maneiras de conversão da biomassa de microalgas em combustíveis, que podem ser classificadas em conversão bioquímica, reações químicas, combustão direta e conversões termoquímicas. A Figura 11 ilustra as rotas tecnológicas para conversão da biomassa algal em energia. Figura 11 Rotas tecnológicas de conversão de microalgas em energia Fonte: Tsukahara e Sawayama (2005) Algumas destas rotas serão utilizadas no desenvolvimento deste projeto, quais sejam a conversão bioquímica através de processo de fermentação anaeróbia, as conversões termoquímicas utilizando a gaseificação e pirólise; processos químicos para a produção de biodiesel do óleo de microalgas e combustão direta, utilizando tanto a biomassa 10

11 alga diretamente, como também os resíduo de biomassa proveniente da extração do óleo para produção de biodiesel. Portanto, como pode ser visto pela esta revisão bibliográfica, a pesquisa proposta para é bastante atual, e está sendo pesquisada por diversos grupos de pesquisa no mundo. 3. Cronograma do Projeto Ano 01 N ETAPAS Especificação e Aquisição dos equipamentos Coleta, Ident., cont. e isol. de microalgas Determinação da biomassa de algas em laboratório Projeto do criatório de microalgas e do sist. med. de gás capt. microalgas Revisão bilbiográfica Legenda: Previsto Executado Atraso Ampliado 11

12 Ano 02 N ETAPAS Construção e montagem do test-rig Aplicação do experimento em Campo Transferência de Tecnologia Medições de emissões de gases in out ao criatório d microalgas Legenda: Previsto Executado Atraso Ampliado 12

13 Ano 03 N ETAPAS Extração de óleo e produção de biodiesel Caracterização do biodiesel Preparar relatório final do projeto Legenda: Previsto Executado Atraso Ampliado 4. Orçamento Rubrica Despesas Previstas e Realizadas em Projetos Valor Previsto (R$) Valor Realizado (R$) Desvio (%) Recurso Humano (RH) ,00 0,0% Materiais de Consumo (MC) Materiais Permanentes e Equipamentos (MP) ,00 0,0% ,00 0,0% Serviços de Terceiros (ST) ,00 0,0% Viagens e Diárias (VD ,00 0,0% Outros (OU) ,00 0,0% Justificativa para os Desvios Positivos 13

14 5. Coordenação e equipe COORDENADOR Sérgio Peres Ramos da Silva; Ph. D. sergperes@gmail.com Possui graduação em Química Industrial (2006) e em Engenharia Mecânica (1981) pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE); mestrado em Applied Mechanics (1987) e especialização em Turbinas a Gás (1990) no CRANFIELD INSTITUTE OF TECHNOLOGY, na Inglaterra; e, doutorado em ENGENHARIA MECÂNICA (gaseificação de bagaço de cana) pela UNIVERSITY OF FLORIDA (1997), nos Estados Unidos. Atualmente é professor da Escola Politécnica de Pernambuco da Universidade de Pernambuco onde leciona Termodinâmica, Máquinas Térmicas e Fontes Alternativas de Energia na graduação dos cursos de Engenharia Mecânica e Elétrica, e Tecnologia do Potencial Energético de Biomassa no Mestrado Profissional de Tecnologia da Energia. Coordena o POLICOM - Laboratório de Combustíveis e Energia da Universidade de Pernambuco, e é um dos cocoordenadores da área de co-produtos da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel (RBTB). Tem experiência na área de Engenharia Mecânica e Química, com ênfase em Engenharia Térmica e biodiesel, atuando principalmente nos seguintes temas: biomassa, biodiesel, glicerina, geracao de energia, gaseificação de biomasssa, utilização de microalgas para produção de biocombustíveis, biogás, cogeracao e aproveitamento energético de residuos (WTE). Equipe Lázara Silveira Castrillo; Dr. lazaracastrillo@hotmail.com Antonio Travassos Moraes ;D.r travassos2008@gmail.com Adalberto Freire do Nascimento, Ms adalbertofreire2@gmail.com 14

15 6. Referências Bei Wang, Yanqun Li, Nan Wu, Christopher Q. Lan CO 2 bio-mitigation using microalgae Applied Microbiology Biotechnology (2008) 79: De Morais MG, Costa JAV Biofixation of carbon dioxide by ISpitulina I sp. E Z I Scenedesmus obliquus cultivated in a three-stage serial tubular photobioreactos. J Biotechnology 129: (2007) De Morais MG, Costa JAV Isolation and selection of microalgae from coal fired thermoelectric Power plant for biofixation of carbon dioxide. Energy Conversion Management 48: (2007). Teresa M Mata, Antonio A. Martins, Nidia S. Caetano Microalgae for biodiesel production and other applications: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews 14: (2007). Tsukahara K, Sawayama S Liquid fuel production using microalgae, J Jpn Petol Inst 48: (2005). 15

16 PROJETO II Universidade Estadual de Pernambuco Título do Projeto de Pesquisa Desenvolvimento de um Sistema de Geração de Energia por meio do desenvolvimento de um Pirolisador Multi-Combustível 1. Objetivos As mais importantes fontes de energia de biomassa são a madeira e seus rejeitos, plantações da agricultura e seus rejeitos de produção, resíduos sólidos municipais, rejeitos animais, rejeitos do processamento de alimentação, plantas aquáticas e algas (DEMIRBAS, 2009). O presente projeto de P&D tem como objetivo principal o desenvolvimento de um pirolisador multi-combustível capaz de operar com os diversos tipos de combustíveis disponíveis no nordeste do Brasil e/ou de Cuba como alternativa tecnológica ao uso de gás natural em Usinas Termelétricas. Pode ser apontado ainda como resultado secundário o mapeamento da biomassa no entorno das usinas, bem como o estudo da viabilidade técnica e econômica do equipamento desenvolvido. 2. Introdução A utilização da energia da biomassa tem atraído particular interesse nos anos recentes devido à proximidade da extinção das reservas de combustíveis fósseis, o que aponta para o aumento do uso de energia renovável. Este interesse é atribuído aos seguintes fatos, dentre outros: (1) contribui para a redução da pobreza em países em desenvolvimento; (2) consegue suprir necessidade de energia continuamente sem sistemas complexos de conversão; (3) pode entregar energia na forma que as pessoas precisam: combustíveis líquidos ou gasosos, calor e eletricidade; (4) é neutro na produção de dióxido de carbono; (5) pode ajudar na restauração de terras improdutivas e degradadas, na fertilidade do solo e retenção de água (DEMIRBAS, 2009). 16

17 Figura 1. Os dez maiores produtores de bio-eletricidade em 2005 (fonte: adaptado de DEMIRBAS, 2009) A Figura 01 mostra os maiores produtores de bio-eletricidade em 2005; o Brasil aparece como o terceiro maior produtor. Segundo DEMIRBAS (2009), no Brasil, houve um aumento de 139,3 % na produção de bio-eletricidade no período de 1995 a 2005: de 5,6 para 13,4 TWh, o que correspondeu a 3,33 % da produção total de eletricidade (402,9 TWh) no referido ano (MME-BR). Já em um artigo publicado por LORA e ANDRADE (2009), foi apresentada uma visão geral do potencial disponível e das tecnologias relacionadas à implementação da bioenergia no Brasil. Segundo os dados publicados, em 2006, as fontes renováveis foram responsáveis por 45,1 % da oferta de energia, dentre as quais 14,8 % vieram de hidrelétricas e 27,2 % da biomassa. Neste mesmo ano, a produção de eletricidade proveniente do uso de biomassa correspondeu a aproximadamente 4,45% do total de eletricidade gerada (419,3 TWh): o bagaço de cana contribuiu com 8,35 TWh, a queima da lenha com 0,72 TWh, uso do black liquor 1 com 5,19 TWh e 4,25 TWh vieram de resíduos da agricultura, como a casca de arroz. Em 2001, o Brasil possuía 100 MW de potência instalada com o uso do bagaço de cana-de-açúcar. Atualmente, há mais de 500 MW instalados em condições de gerar eletricidade. Para o mesmo insumo, estima-se que o potencial da bio-eletricidade para a década ultrapassará as 3000 MW: a indisponibilidade de gás natural, por exemplo, faz com que grandes ativos de geração de energia termelétrica fiquem ociosos, podendo acarretar em aumento da indisponibilidade das usinas, pelo fato de partes dos equipamentos estarem parados. Fato completamente indesejável. 1 Líquido escuro e espesso subproduto do processo que transforma madeira em celulose, que depois é secada para a fabricação de papel. É um rejeito rico em hemicelulose e lignina, possuindo a maior parte do conteúdo energético da madeira. Portanto, é utilizado em instalações de fabricação de papel para gerar eletricidade, bem como o calor necessário para remover a água da polpa da madeira (AF&PA, 2011). 17

18 Portanto, a alternativa de pirolisar a biomassa, transformando o seu potencial em gás e, posteriormente, em combustível para uma usina termelétrica que não dispõe de outro combustível fóssil, torna-se cada vez mais atraente. 3. Cronograma do Projeto ETAPAS Levantamento de insumos energéticos na região Caracterização dos Insumos Energéticos Estudos das rotas tecnológicas para os insumos disponíveis Estudo da viabilidade técnica, econômica e ambiental da aplicabilidade dos insumos PREVISTO EXECUTADO ATRASO AMPLIADO De acordo com o cronograma, as atividades do primeiro trimestre são referentes ao mapeamento (Etapa 01) e a caracterização da biomassa (Etapa 02) disponíveis. 4. Orçamento Rubrica Despesas Previstas e Realizadas em Projetos Valor Previsto (R$) Valor Realizado (R$) Desvio (%) Recurso Humano (RH) ,00 0,0% Materiais de Consumo (MC) ,00 0,0% Materiais Permanentes e Equipamentos (MP) ,00 0,0% Serviços de Terceiros (ST) ,00 0,0% Viagens e Diárias (VD ,00 0,0% Outros (OU) ,00 0,0% Justificativa para os Desvios Positivos 18

19 5. Coordenação e equipe COORDENADOR Sérgio Peres Ramos da Silva; Ph. D. sergperes@gmail.com Possui graduação em Química Industrial (2006) e em Engenharia Mecânica (1981) pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE); mestrado em Applied Mechanics (1987) e especialização em Turbinas a Gás (1990) no CRANFIELD INSTITUTE OF TECHNOLOGY, na Inglaterra; e, doutorado em ENGENHARIA MECÂNICA (gaseificação de bagaço de cana) pela UNIVERSITY OF FLORIDA (1997), nos Estados Unidos. Atualmente é professor da Escola Politécnica de Pernambuco da Universidade de Pernambuco onde leciona Termodinâmica, Máquinas Térmicas e Fontes Alternativas de Energia na graduação dos cursos de Engenharia Mecânica e Elétrica, e Tecnologia do Potencial Energético de Biomassa no Mestrado Profissional de Tecnologia da Energia. Coordena o POLICOM - Laboratório de Combustíveis e Energia da Universidade de Pernambuco, e é um dos cocoordenadores da área de co-produtos da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel (RBTB). Tem experiência na área de Engenharia Mecânica e Química, com ênfase em Engenharia Térmica e biodiesel, atuando principalmente nos seguintes temas: biomassa, biodiesel, glicerina, geracao de energia, gaseificação de biomasssa, utilização de microalgas para produção de biocombustíveis, biogás, cogeracao e aproveitamento energético de residuos (WTE). Equipe Lázara Silveira Castrillo; Dr. lazaracastrillo@hotmail.com Carlos Henrique Teixeira de Almeida carlostexal@yahoo.com.br Adalberto Freire do Nascimento, Ms adalbertofreire2@gmail.com 19

20 6. Atividades previstas a. Caracterização dos insumos energéticos As amostras da biomassa identificada na região do levantamento serão submetidas a uma série de análises que visam a caracterização físico-química desta biomassa. Para poder determinar a potencialidade de uma biomassa e poder avaliar se esta está sendo usada de maneira correta, a aproveitar toda sua capacidade como combustível, é necessário que se conheçam suas características físico-químicas. Tais características fundamentais são composição imediata, composição elementar e poder calorífico da biomassa (CORTEZ, 2008). b. Análise elementar A análise elementar visa determinar a composição química da biomassa, em porcentagem mássica. A análise química geralmente lista os teores de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre e o percentual de cinza do combustível, caso este tenha sido previamente secado e a umidade retirada (NOGUEIRA, 2007). Nesta situação, dizemos que o combustível está em base seca. Caso exista umidade, a base passa a ser denominada base de trabalho. Tradicionalmente, enxofre e cinzas são considerados as principais impurezas dos combustíveis. O aumento do teor de cinzas diminui o poder calorífico do combustível, pois é material não-queimável. Já a combustão do enxofre, presente nos combustíveis fósseis, gera o dióxido de enxofre (SO 2 ), que pode combinar-se com a água e formar ácido sulfúrico diluído ou outro composto potencialmente perigoso na atmosfera. Portanto, o uso da biomassa para produção de energia apresenta menores problemas de poluição quando comparada aos combustíveis fósseis, tendo em vista que a primeira possui um baixo teor de enxofre (QUIRINO, 2005). c. Análise calorimétrica A análise calorimétrica determina o poder calorífico de uma biomassa, definido como a quantidade de energia liberada na forma de calor pela combustão completa de uma determinada unidade de massa da mesma. No Sistema Internacional, é expresso em kj/kg. Divide-se em dois: o superior (potência calórica total) e o inferior (potência calórica útil). O primeiro é a quantidade de energia contida no combustível quando 20

21 toda a umidade do combustível e mais a água que resulta da oxidação do hidrogênio no processo de combustão estão condensadas. Já o poder calorífico inferior é a quantidade de energia interna efetivamente disponível em um combustível, depois de se descontar as perdas com a evaporação da água (RODRIGUES, 2002). Portanto, o PCI depende da umidade da biomassa e decresce com o aumento do teor da mesma. A umidade máxima para que uma biomassa possa ser queimada gira em de % em base úmida. Teores acima de 70 % inibem a formação de chama (NOGUEIRA, 2007). O poder calorífico superior de uma biomassa é determinado pelo método da bomba calorimétrica ao forçar a reação do combustível com oxigênio em excesso. Mede-se o calor liberado a uma quantidade conhecida de água; este calor representa a quantidade máxima de energia que pode ser obtida da transferência de calor do combustível. A Figura 02 apresenta o Calorímetro Digital C2000, marca Ika Werke, de posse do Laboratório de Combustíveis e Energia (POLICOM). Figura 02. Calorímetro digital, marca Ike Werke, modelo C d. Análise imediata Um mapeamento quantitativo detalhado da composição da biomassa é obtido por meio da análise imediata, também chamada de análise termogravimétrica (REIGEL, 2008). Nesta técnica, uma pequena quantidade de biomassa é depositada em uma balança (conhecida como balança termogravimétrica) e a temperatura de seu forno é elevada em uma rampa pré-determinada e conhecida. São determinados os teores de carbono fixo, voláteis, umidade e cinzas. A análise termogravimétrica ou termogravimetria está baseada no estudo da variação de massa de uma amostra, resultante de uma transformação física ou química, em função do tempo ou da temperatura. Em outras palavras, pode ser definida como um processo contínuo que mede a variação de massa (perda ou ganho) de uma substância ou material como uma função da temperatura ou do tempo 21

22 (MOTHÉ, 2002). A Figura 03 mostra a balança termogravimétrica, marca Shimadzu, modelo DTG-60, adquirida pelo laboratório. Figura 03. Balança termogravimétrica, marca Shimadzu, modelo DTG Referências bibliográficas Cortez, L. A. B.; Lora, E. E. S.; Goméz, E. O. Biomassa para energia. Capítulo 2: caracterização da biomassa. Editora UNICAMP, DEMIRBAS, M.F.; BALAT, M e BALAT, H., Potential contribution of biomass to the sustainable energy development, Energy Conversion and Management, vol 50, , Lora, E.S.; Andrade R.V. Biomass as energy source in Brazil, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol 13., ,

23 Mothé, C.G.; Azevêdo, A. D. Análise Térmica de Materiais. São Paulo, Nogueira, M. F.M. Biomassa energética: caracterização de biomassa. Primeira Escola de Combustão, Universidade Federal do Pará, Quirino, W. F.; Vale, A. T.; Andrade, A. P. A.; Abreu, V. L. S.; Azevêdo, A. C. S. Poder calorífico da madeira e de materiais ligno-celulósicos. Revista da Madeira, número 85, Reed, T. B.; Das, A. Handbook of biomass downdraft gasifier engine systems. U.S. Department of Energy, Reigel, I.; Moura, A. B.; Morisso, F.; Mello, F. Análise termogravimétrica da pirólise da acácia-negra cultivada no Rio Grande do Sul, Brasil. Rev. Árvore, volume 32, Rodrigues, L. D.; Silva, I. T.; Rocha, B. R. P.; Silva, I. M. O. Uso de briquetes compostos para produção de energia no estado do Pará. Quarto Encontro Energético do Meio Rural,