Biocombustíveis Uma opção para um ambiente mais saudável

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1 12 de Maio 29 Biocombustíveis Uma opção para um ambiente mais saudável Ana Cristina Oliveira INETI / LNEG Departamento de Energias Renováveis Unidade de Biomassa cristina.oliveira@ineti.pt

2 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis O que são? Decreto-Lei 62/26, de 21 de Março Biocombustível o combustível líquido ou gasoso para transportes, produzido a partir de biomassa

3 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Porquê?

4 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Diminuir a dependência energética Aumentar a segurança do abastecimento - As reservas de petróleo são limitadas em quantidade e restritas a algumas regiões do Mundo - Preço do petróleo (??)

5 Consumo de energia em Portugal 12 de Maio 29 Consumo de energia final por sector, em Portugal (27) Uso de produtos petrolíferos por sector Sector dos transportes ~ 38% do petróleo importado é para utilização neste sector ~ 98% da energia consumida neste sector ainda provém do petróleo Cerca de 47% do petróleo consumido na UE destina-se se ao sector dos transportes

6 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Diminuir emissões de gases de efeito de estufa (GEE) Biocombustíveis Diminuir a dependência energética Aumentar a segurança do abastecimento

7 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Emissões de GEE por sector de actividade (UE-15, 22) Agricultura 1% Processos industriais 6% Resíduos 2% Transportes 21% Energia (sem transportes) 61% Fonte: Agência Europeia de Ambiente, 24. Green house gas emission trends and projections in Europe Fonte: European Biofuels Technology Platform, 27

8 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Redução de consumos e emissões como actuar? Fonte Energética Utilizar combustíveis menos poluentes Biocombustíveis Gás Natural Electricidade Hidrogénio Tecnologia de veículos Desenvolver modelos: Mais leves Mais eficientes (menor consumo) Menos poluentes (emissões médias de 12g CO 2 /km, em 212) Novos sistemas de propulsão (híbridos,...) Gestão da mobilidade d - Transporte individual + Transportes públicos + Parques de estacionamento + Transporte ferroviário de mercadorias

9 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Diminuir emissões de GEE Cumprir compromissos internacionais e nacionais Biocombustíveis Diminuir a dependência energética Aumentar a segurança do abastecimento Diminuir i i a poluição locall Contribuir para o desenvolvimento rural (criação de novas indústrias e postos de trabalho )

10 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Directiva 23/3/CE Utilização de biocombustíveis e combustíveis renováveis no sector dos transportes 21 5,75% 22 8% 1% Plano de Acção do Conselho Europeu (Política Energética para a Europa - Março, 27) Nova Directiva das ERs (aprovada no PE) DL 62/26 de 21 de Março Transpõe para a Ordem Jurídica Nacional a Directiva 23/3/CE 26 2% Objectivos a atingir por Portugal 27 3% até atingir 5,75% 1 % 21 (Resolução de Conselho de Ministros 21/28)

11 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Quais? Bioetanol Bio-ETBE Biodiesel ETBE (éter etil ter-butílico) Biogás Óleos vegetais Bioetanol celulósico Biometanol Bio-DME (éter dimetílico) Bio-MTBE (éter metil ter-butílico) Biocombustíveis sintéticos Biohidrogénio i 1ª geração 2ª geração

12 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Quais? Bioetanol Bio-ETBE Biodiesel ETBE (éter etil ter-butílico) Biogás Óleos vegetais Óleos vegetais 9,8% Bioetanol 15,2% 1ª geração Biodiesel 75% Fonte: EurObserv ER28ER28

13 Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Quais? Bioetanol Bio-ETBE ETBE (éter etil ter-butílico) Biodiesel Substituto ou aditivo da gasolina Substituto ou aditivo do gasóleo

14 Consumo de Biocombustíveis na UE (tep) 12 de Maio 29 País Alemanha França Itália Suécia Espanha Áustria Reino Unido Polónia Eslováquia Lituânia Eslovénia Letónia República Checa Grécia Hungria Holanda Irlanda Malta Luxemburgo Portugal Bélgica Chipre Dinamarca Estónia Finlândia Bulgária Roménia n.d n.d n.d n.d. n.d. n.d n.d n.d n.d. 865 n.d n.d. n.d n.d n.d n.d. n.d n.d. n.d n.d n.d. n.d n.d. Total EU n.d.- não disponível Fonte: EurObserv ER28

15 Consumo de combustíveis em Portugal 12 de Maio 29 Evolução do consumo de gasolina e gasóleo em Portugal (DGEG, 28) Cenário da procura de combustíveis no sector dos transportes Combustíveis fósseis Gasolina (t) Gasóleo (t) Portugal é excedentário em gasolina e deficitário em gasóleo

16 Biocombustíveis 12 de Maio 29

17 Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Semente Teor em óleo (%) Girassol Soja ~2 Colza 37-5 Palma ~5

18 Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Semente Teor em óleo (%) Jatropha 35-4 Cártamo 2-45 Mamona Cardo 2-24

19 Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Semente Teor em óleo (%) Jatropha 35-4 Cártamo 2-45 Mamona Cardo 2-24 Microalgas >5

20 Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Fotossíntese Lípidos Eficientes fixadores de CO 2 Elevada eficiência fotossintética Elevada taxa de crescimento (>> plantas superiores) Produtividades muito superiores às oleaginosas tradicionais Produção não sazonal e em áreas marginais (desertos e águas salobras) Elevado teor em óleo (> 5 %)

21 Produção de microalgas - INETI 12 de Maio 29 Produção de microalgas no Campus do INETI Mangas 5L Lagoas racewaya 8L Fotobioreactores Lagoas raceway fechados 4L 5L

22 Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Óleos Alimentares Usados Gorduras animais RESÍDUOS Podem ser reciclados evitando problemas de contaminação de esgotos permitindo a produção de um combustível alternativo (biodiesel) Vantagens ambientais e energéticas!!!

23 Processamento dos óleos vegetais 12 de Maio 29 Fonte: European BiofuelsTechnology Platform, Set, 27

24 Processo de transesterificação 12 de Maio 29 CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO-R CH 2 -OH CH-OOC-R CH 3 OH R 2 -COO-R + CH-OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO-R CH 2 -OH Triglicéridos Metanol Catalisador Biodiesel (FAME) + + Glicerina Produção de Biodiesel INETI

25 Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo 1º passo: Mistura do álcool com o catalisador 2º passo: Reacção de transesterificação (entre 1 e 8 horas, conforme a temperatura) Temperaturas mais usuais 45-55ºC Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA

26 Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo 3º passo: Separação das duas fases (ésteres e glicerina) 4º passo: Remoção do álcool em cada uma das fases Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA

27 Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo 5º passo: Neutralização da glicerina e separação de sabões e de catalisador não usado 6º passo: Lavagem e purificação do biodiesel Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA

28 Processo de transesterificação 12 de Maio 29 CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO-R CH 2 -OH CH-OOC-R CH 3 OH R 2 -COO-R + CH-OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO-R CH 2 -OH Triglicéridos Metanol Catalisador Biodiesel (FAME) + + Glicerina Parâmetros a ter em consideração: Catalisador: básico, ácido, enzimático Razão molar álcool:glicéridos (razão óptima para catálise básica 6:1) Concentração do catalisador e temperatura Tempo de reacção Teor em ácidos gordos livres e humidade

29 Processo de transesterificação 12 de Maio 29 CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO-R CH 2 -OH CH 2 -OOC-R CH 3 OH R 2 -COO-R + CH-OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO-R CH 2 -OH Triglicéridos Metanol Catalisador Biodiesel (FAME) + + Glicerina Óleo alimentar não usado Óleo alimentar usado Elevadas eadas temperaturas, as, na presença de ar e humidade Reacções de hidrólise, de oxidação

30 Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo Filtração Secagem Neutralização Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA

31 Ensaio laboratorial - INETI Escola Secundária Madeira Torres Torres Vedras 12 de Maio 29 Extracção do óleo Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação

32 Ensaio laboratorial - INETI 12 de Maio 29 Transformação do óleo em biocombustível Metanol + KOH Metanol + KOH + Óleo Purificação do biocombustível Reacção Separação de fases Aquecimento e lavagem com água Secagem

33 Produção de biodiesel 12 de Maio 29 Piloto de 1L/dia Piloto de 4L/dia

34 Ensaio laboratorial - INETI 12 de Maio 29 Avaliação da qualidade do biocombustível Teor em água Teor em ésteres metílicos Teor de mono, di e triglicéridos Teor de glicerol Teor de metanol Ponto de inflamação Estabilidade à oxidação

35 EN de Maio 29 Parâmetro Unidade Limites legais Teor em ésteres metílicos % (m/m) > 96,5 Éster metílico do ácido linolénico % (m/m) < 12, Ésteres metílicos poliinsaturados % (m/m) < 1 Teor em metanol % (m/m) <,2 Teor em monoglicéridos % (m/m) <,8 Teor em diglicéridos % (m/m) <,2 Teor em triglicéridos % (m/m) <,2 Glicerol livre % (m/m) <,2 Glicerol total % (m/m) <,25 Metais grupo I (Na+K) Metais grupo II (Ca+Mg) mg/kg < 5, Teor em fósforo mg/kg < 4, Índice de iodo g iodo/1g < 12 Viscosidade a 4ºC mm 2 /s 3,5-5, Ponto de inflamação ºC > 11 Teor em enxofre mg/kg < 1, Resíduo carbonoso (em 1% do resíduo da destilação) % (m/m) <,3 Teor de cinzas sulfatadas %( (m/m) < 2,2 Teor de água mg/kg < 5 Contaminação total mg/kg < 24 Índice de cetano --- > 51, Corrosão da lâmina de cobre (3h a 5ºC) --- Classe 1 Estabilidade à oxidação, 11 ºC h > 6, Índice de acidez mg KOH/g <,5

36 Qualidade do biodiesel 12 de Maio 29 Efeitos da qualidade inadequada do biodiesel Parâmetro (EN 14214) Viscosidade a 4ºC CFPP (limite de filtração a frio) Resíduo carbonoso Teor de água Metanol Índice de acidez Metais grupo I (Na+K) Metais grupo II (Ca+Mg) Contaminação total Efeitos Problemas no fornecimento de combustível (bomba de combustível e bomba de injecção) Cristalização a baixa temperatura do combustível nas tubagens e no filtro de combustível Depósito de carvão na bomba de injecção e nos anéis dos pistons Problemas de corrosão e de turbidez das misturas biodiesel/gasóleo (pode resultar na separação da fase aquosa, nos piores casos) Abaixamento do ponto de inflamação; corrosão de peças de alumínio e zinco Problemas de corrosão; aumento da velocidade de degradação do biodiesel Problemas de entupimento do filtro. Possível razão para um teor de cinzas aumentado Entupimento do filtro, com danificação potencial da bomba de injecção devido a insuficiente lubrificação/arrefecimento

37 Biodiesel Vantagens e Problemas 12 de Maio 29 Biodegradável (4 vezes mais rápido do que o gasóleo) Seguro (elevado ponto de inflamação) Isento de enxofre e compostos aromáticos Emite menos CO e partículas Distribuição nas infra-estruturas existentes Elevado poder lubrificante Va ariação das emis ssões 2% % -2% -4% -6% HC NOx PM CO -8% Percentagem de biodiesel Fonte: Biodiesel Handling and Use Guidelines

38 Biodiesel Vantagens e Problemas 12 de Maio 29 Biodegradável (4 vezes mais rápido do que o gasóleo) Seguro (elevado ponto de inflamação) Isento de enxofre e compostos aromáticos Emite menos CO e partículas Distribuição nas infra-estruturas existentes Elevado poder lubrificante Ligeiro aumento de emissões de NOx Menor estabilidade ao ar Consumos ligeiramente mais elevados Poder calorífico inferior ao do gasóleo Preços de produção mais elevados

39 Biodiesel em Portugal 12 de Maio 29 BIODIESEL Produção a partir de sementes de oleaginosas importadas Produção a partir de sementes de oleaginosas nacionais Produção a partir de óleos alimentares usados 2 fábricas a laborar desde 26 2 fábricas concluídas em (??) fábricas em 28 Pelo menos mais 2 projectadas Capacidade instalada ~ 54 t/ano

40 Biodiesel em Portugal 12 de Maio 29 BIODIESEL Produção a partir de óleos alimentares usados Pequenos produtores dedicados Companhia Capacidade de produção Obs. DIESELBASE 3 L/dia A laborar SOCIPOLE 5 ton/ano A laborar SPACE 3 ton/ano A laborar SUN ENERGY 5 ton/ano?? VALOURO 3 ton/ano?? AVIBOM 3 ton/ano??

41 Biodiesel 12 de Maio 29 BIODIESEL de 1ª geração Utilizado em misturas com gasóleo em motores diesel convencionais Utilizado puro - B1 - em motores modificados

42 Biocombustíveis 12 de Maio 29

43 Matérias-primas para a produção de bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração Cereais

44 Matérias-primas para a produção de bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração Tubérculos

45 Matérias-primas para a produção de bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração

46 Produção de bioetanol 12 de Maio 29 Fonte: European BiofuelsTechnology Platform, Set, 27

47 Produção de bioetanol 12 de Maio 29 BRASIL Cana de açúcar Beterraba sacarina EUA e UE Milho e outros cereais sacarose amido frutose glucose glucose glucose glucose glucose Melaço de cana AÇÚCARES Fermentação Destilação Etanol hidratado Amido de cereais Hidrólise Desidratação BIOETANOL Adaptado de Appl. Microbol. Biotechnol. (21) 56: 17-34

48 Escola Secundária Madeira Torres Torres Vedras 12 de Maio 29 Ensaio laboratorial - INETI P Preparação ã d do sumo d de beterraba b t b Extracção do sumo Extracção do sumo Sumo de beterraba Adição de ácido ph~4,5 Fermentação ç Destilação Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação

49 Produção de bioetanol 12 de Maio 29 Abengoa's Ecocarburantes Fábrica em Cartagena, Espanha Produção: 1 milhões L bioetanol/ano Fábrica de bioetanol da Südzuckerem Mannheim, Alemanha. Produção: 26 milhões L/ano, principalmente de trigo

50 Qualidade do bioetanol 12 de Maio 29 Parâmetro Unidade Limites legais Etanol % (v/v) > 99,8 Teor de água mg/kg < 15 Densidade a 2ºC kg/m 3 ~79 Aldeídos mg/kg < 25 Ácoois (C3-C5) mg/kg < 15 Índice de acidez mg KOH/g <,28 Metanol mg/kg < 1 Acetona mg/kg < 1 Enxofre mg/kg < 1, Ferro mg/kg <,1

51 Bioetanol Vantagens e Problemas 12 de Maio 29 É miscível com a gasolina (adequado para misturas) Alto índice de octano A presença de oxigénio melhora a combustão (reduz emissões de CO e de NO x ) O elevado calor latente de vaporização cria dificuldades no arranque a frio É miscível com a água, o que pode criar problemas nas misturas com gasolina A tendência para oxidar a ácido acético cria incompatibilidade com plásticos, borrachas, elastómeros

52 Bioetanol em Portugal 12 de Maio 29 BIOETANOL Não existe nenhuma fábrica Projectos de intenção de produção: Pelo menos 3 consórcios baseados em milho Pelo menos 1 consórcio baseado noutra(s) matérias-primas (cana-de-açúcar, sorgo doce, )

53 Bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração A maioria dos motores a gasolina estão adequados para usar misturas gasolina / bioetanol até 1% de bioetanol A UE usa-o essencialmente na forma de ETBE (15%) Os EUA usam misturas gasolina / bioetanol (E1) e o Brasil (E2-E24) de forma generalizada É também usado em milhares de novos veículos flexi-fuel que podem ser abastecidos com misturas até 85% de bioetanol

54 Bioetanol de 2ª geração 12 de Maio 29 Bioetanol de 1ª geração Presente Utilização de 7-1% da cultura cerealífera Grão de amido (glucose) Bioetanol de 2ª geração Futuro Utilização de 1% da planta Grão de amido (glucose) Celulose (glucose) Hemiceluloses (pentoses e hexoses) Resíduos agrícolas e florestais

55 Produção de bioetanol 12 de Maio 29 2ª geração Fonte: European BiofuelsTechnology Platform, Set, 27

56 Bioetanol de 2ª geração 12 de Maio 29 Biomassa Celulose Hemicelulose Lenhina CELULOSE e HEMICELULOSE Glu Glu Glu Glu Glu Gal Man X Ara Other Álcoois de lenhina (coniférico, sinápico, vanílico) (Glu glucose, Gal galactose, Man manose, X xilose, Ara arabinose, Other L-ramnose, L-fucose, ácidos urónico) Hidrólise ácida diluída/ Hidr. enzimática Hemiceluloses sem valorização AÇÚCARES Lenhina para valorização energética Fermentação Destilação Etanol hidratado Desidratação BIOETANOL Unidades de demonstração: Suécia, Dinamarca, Espanha, EUA, Canadá

57 Biocombustíveis Sustentabilidade 12 de Maio 29 Critérios de sustentabilidade para os biocombustíveis Emissões de GEE Os biocombustíveis devem contribuir para a mitigação das alterações climáticas, por redução significativa das emissões de GEE quando comparado com os combustíveis fósseis.... Preservação, biodiversidade e protecção ambiental A produção de biocombustíveis deve cumprir a legislação ambiental em vigor (qualidade do ar, qualidade da água subterrânea e de superfície, conservação do solo, biodiversidade, ).... Biocombustíveis resultantes de matérias-primas produzidas na UE têm de garantir que cumpriram as boas práticas agrícolas e a legislação ambiental em vigor

58 12 de Maio 29 Questões?...