Semana do Biodiesel UFSCar

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1 Semana do Biodiesel UFSCar Importância do Biodiesel na Matriz de Combustíveis Brasileiros São Carlos, Março 2007

2 Sumário 1. A Matriz Energética Brasileira Perfil atual Importância dos Biocombustíveis 2. O Programa Brasileiro de Biodiesel O que é o Biodiesel Matérias-primas Processo de produção Análise econômica 3. O Processo H-BIO 4. Uso do Biodiesel Especificação do Biodiesel Testes para um novo combustível 5. Gargalos na Produção e Uso

3 A Matriz Energética Brasileira Energia não é apenas um fator de produção e de promoção da qualidade de vida, mas o componente estratégico básico de qualquer modelo de desenvolvimento. (José Walter Bautista Vidal)

4 A Matriz Energética Brasileira Lei de 1997 ( Lei do Petróleo ) Dá ênfase, como um dos princípios e objetivos da Política Energética Nacional: à utilização das fontes alternativas de energia, mediante o aproveitamento econômico dos insumos disponíveis e das tecnologias aplicáveis; à proteção do meio ambiente e promoção da conservação de energia.

5 A Matriz Energética Brasileira Lei de 1997 ( Lei do Petróleo ) Artigo 8º, inciso I: Implementar a política nacional de petróleo e gás natural; com ênfase na garantia do suprimento de derivados de petróleo e na proteção dos interesses dos consumidores quanto a preço, qualidade e oferta dos produtos.

6 A Matriz Energética Brasileira Expectativa da diminuição das reservas de petróleo + Crescente preocupação com a preservação do meio ambiente aumento do nível de poluentes (ênfase CO2) Incentivo à busca por combustíveis alternativos

7 A Matriz Energética Brasileira Biocombustíveis podem, em princípio, ser definidos como os combustíveis produzidos a partir de biomassas agrícolas, sendo por isso renováveis e, por substituir combustíveis fósseis, reduzem a emissão de gases de efeito estufa, em função da absorção do CO 2 atmosférico que ocorre na produção da biomassa.

8 A Matriz Energética Brasileira Oferta interna de Energia BRASIL 2005 BIOMASSA 29,7% 218, tep PETRÓLEO E DERIVADOS 38,4% HIDRÁULICA E ELETRICIDA DE 15,0% URÂNIO 1,2% CARVÃO MINERAL 6,4% GÁS NATURAL 9,3% Fonte: BEN, 2006

9 A Matriz Energética Brasileira Produção e Consumo nacional de petróleo PETRÓLEO m CONSUMO TOTAL PRODUÇÃO Fonte: BEN, 2005

10 A Matriz Energética Brasileira Produção e Consumo de Óleo Diesel ÓLEO DIESEL 10^6 m P CONSUMO PRODUÇÃO Fonte: BEN, 2005

11 A Matriz Energética Brasileira Produção e Consumo de Gasolina GASOLINA m PRODUÇÃO 10 5 CONSUMO Fonte: BEN, 2005

12 Importância do Etanol na Matriz Brasileira de Combustíveis LíquidosL Diesel 40 bilhões litros / ano Gasolina 20 bilhões litros / ano Álcool 16 bilhões litros / ano (20% do total)

13 A Matriz Energética Brasileira Principais Características: Elevada % de combustíveis renováveis. Biocombustíveis (etanol) ~ 8% do combustível renovável. Programa Brasileiro de Biodiesel avanço no consumo de biocombustíveis produção esperada de cerca de 840 mil litros, para uma capacidade instalada de milhões de litros/ano em 2007, no terceiro ano de existência do Programa (ANP, 2006). Novo salto na oferta de biocombustíveis deverá ocorrer com o desenvolvimento das tecnologias de aproveitamento energético da biomassa.

14 A Matriz Energética Brasileira Área disponível para a agricultura em alguns países do mundo: Área já ocupada pela agricultura Área total disponível para a agricultura Brasil Estados Unidos Federação Russa União Européia Índia China Canadá 27 Argentina Fonte: Guia Exame, 2005

15 A Matriz Energética Brasileira Por que AGROENERGIA? Ganhos Ambientais: captura de C; menor emissão de gases. Renovável ciclo curto de produção; processo controlado pelo Homem. Aspectos Econômicos novo componente na matriz; impactos na balança comercial. Aspectos Sociais criação de empregos; inserção social.

16 PROGRAMA BRASILEIRO DE BIODIESEL

17 O Programa Brasileiro de Biodiesel o etanol tem sido usado com sucesso em motores do ciclo Otto (ignição por faísca) em substituição parcial ou total à gasolina; para motores do tipo Diesel (ignição por compressão) tem sido, mundialmente proposto, o uso do Biodiesel, que é uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos obtidos a partir de matérias ricas em ácidos graxos, caso dos óleos vegetais e das gorduras animais; o Governo Brasileiro lançou em 06/12/04 o marco regulatório que estabeleceu as condições legais para a introdução do biodiesel na Matriz Energética Brasileira de combustíveis líquidos, de acordo com o PNPB. A Lei no de 13/01/05, estabelece a obrigatoriedade da adição de um percentual mínimo de biodiesel ao óleo diesel comercializado, em qualquer parte do território nacional.

18 O Programa Brasileiro de Biodiesel PNPB Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel 2005 a a em diante 2% permitido Mercado potencial: 800 milhões de litros/ano 2% obrigatório Mercado potencial: > 1 bilhão de litros/ano 5% obrigatório Mercado potencial: > 4 bilhões de litros/ano

19 O Programa Brasileiro de Biodiesel Principais Estratégias do Governo 1. Mistura Compulsória até desenvolvimento de mercado 2008 a consolidação do mercado após mercado consolidado

20 O Programa Brasileiro de Biodiesel Principais Estratégias do Governo 2. Tributação Seletiva Critérios Situação 1 Situação 2 Situação 3 Situação 4 Região N/NE e Semi-árido Geral N/NE e Semi-árido Geral Matéria-prima Mamona ou Palma Geral Mamona ou Palma Geral Tipo de Produtor Agricultura Familiar Agricultura Familiar Agricultura Empresarial Geral PIS/COFINS R$/m 3 0,00 70,03 151,50 218,00 % de redução Óleo diesel: CIDE/PIS/COFINS (R$/m 3 ) 218,00

21 O Programa Brasileiro de Biodiesel Principais Estratégias do Governo 3. Leilões de Compra do Governo (Petrobras) Data Quantidade (mil m 3 ) Entrega 1 o Leilão Nov/ o Leilão Mar/ Jul/06 Jun/07 3 o Leilão Jul/ o Leilão Jul/ Total 840 Capacidade autorizada de plantas de produção de Biodiesel: Número de plantas: 14; Capacidade autorizada (m 3 /dia): 1.319; Capacidade anual (1000 m 3 /ano): 397. Fonte: ANP, 2006

22 O Programa Brasileiro de Biodiesel Principais Riscos: Como será o funcionamento do mercado a partir de 2008? Estrutra tributária é muito restritiva: óleos de mamona e palma representam apenas 3,6% da produção nacional de óleos vegetais. Apesar dos leilões públicos a capacidade instalada para produção de Biodiesel no Brasil ainda é baixa.

23 O Programa Brasileiro de Biodiesel O que é o Biodiesel? Biodiesel é todo combustível obtido de biomassa que possa substituir, parcial ou totalmente, o óleo diesel de origem fóssil em motores de ignição por compressão (motores ciclo diesel) automotivos e estacionários. Biodiesel é um combustível composto de mono-alquil-ésteres de ácidos graxos de cadeia longa (com ou sem duplas ligações), derivados de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais ou óleos de fritura ou gordura usados, obtidos da reação de transesterificação com um álcool de cadeia curta, metanol ou etanol ou por craqueamento.

24 O Programa Brasileiro de Biodiesel Matérias Primas para Produção do Biodiesel Resíduos óleo de fritura usado e gorduras animais. Extrativistas disponibilidade não depende de um plantio prévio (palma, babaçu). Culturas de entressafra caráter secundário para o produtor contribuindo, normalmente, para a recuperação do solo (girassol, nabo forrageiro). Culturas comerciais cultivos de oleaginosas que podem ser aproveitadas para produção de biodiesel (soja, palma, mamona). Culturas dedicadas cultivos dedicados primordialmente para a produção de biodiesel (soja, palma, mamona).

25 O Programa Brasileiro de Biodiesel Matérias Primas para Produção do Biodiesel (cont.) Composição em Ácidos Graxos de Alguns Óleos Vegetais Componente N o Duplas Fórmula Babaçu Palma Colza Soja Caprílico 0 C 7 H 15 COOH 4 7 Cáprico 0 C 9 H 19 COOH 3 6 Láurico 0 C 11 H 23 COOH Mirístico 0 C 13 H 27 COOH Palmítico 0 C 15 H 31 COOH Esteárico 0 C 17 H 35 COOH Oleico 1 C 17 H 33 COOH Linoleico 2 C 17 H 31 COOH Linolênico 3 C 17 H 29 COOH 4 9 Erúcico 1 C 21 H 41 COOH Índice de Iodo

26 O Programa Brasileiro de Biodiesel Matérias Primas para Produção do Biodiesel (cont.) Características Necessárias das Fontes de Matérias Primas Tecnologia: há tecnologia disponível que atenda à especificação? Disponibilidade: existe matéria-prima suficiente para a produção de biodiesel desejada? Tempo de expansão: quanto tempo demoraria para se atingir a produção desejada? Preço: qual é o preço da matéria prima e/ou do seu óleo no mercado? A diferença de preços existente entre o petróleo e os óleos vegetais é o principal ponto crítico para a introdução do biodiesel no Brasil. Preços Médios Anuais(*) Máximos e Mínimos ( ) US$/t Óleo Diesel Óleo de Soja Óleo de Mamona Máximo Mínimo (*)Fonte: EIA/DOE, Abiove e Ministério do Planejamento. Óleo Diesel: U.S. Gulf Coast, spot Óleo de Soja e de Mamona: preços FOB de exportação do Brasil.

27 O Programa Brasileiro de Biodiesel Produção de Biodiesel MATÉRIA PRIMA Fluxograma do Processo de Preparo da Matéria Prima METANOL ou ETANOL Produção do Biodiesel CATALISADOR (NaOH, KOH, lípase) Fase Pesada Reação de Transesterificação Separação de Fases Fase Leve Álcool Etílico ou Metílico Desidratação do Álcool Recuperação do Álcool da Glicerina Excessos de Álcool Recuperado Recuperação do Álcool dos Ésteres Destilação da Glicerina Purificação dos Ésteres RESÍDUO GLICÉRICO GLICERINA DESTILADA BIODIESEL

28 O Programa Brasileiro de Biodiesel Biodiesel Integração Agrícola e Industrial Terra Sementes Planta de Óleo Vegetal Óleo Farelo Recursos Oil Sistemas Setor Agrícola ~ENERGIA ~ Biodiesel Planta de Biodiesel Biodiesel Glicerina Gerenciamento Álcool Anidro Álcool + Água ENERGIA Cana de Açúcar Planta de Álcool Bioetanol Vinhaça (Fonte: Dedini, 2005)

29 O Programa Brasileiro de Biodiesel Análise Econômica Preliminar - Produção do Biodiesel Base: Estudo realizado pela Fundação Vanzolini para o MCT - Outubro/2003. Premissas: Considera a soja como a fonte de matéria prima.. Não considera a variação do preço da oleaginosa em função do aumento de consumo para a produção de biodiesel. Não considera custos de fretes (podem impactar para + ou para o custo final para o consumidor comparado ao óleo diesel). Não considera as necessidades de investimento em infraestrutura e na produção da(s) matéria(s)-prima(s).

30 O Programa Brasileiro de Biodiesel Análise Econômica Preliminar - Produção do Biodiesel Base: Estudo realizado pela Fundação Vanzolini para o MCT - Outubro/2003. Premissas (cont.): Considera o preço do óleo de soja no mercado internacional. Considera o preço do etanol no mercado brasileiro. Considera o preço do hidróxido de sódio no mercado brasileiro. Considera o preço de comercialização da glicerina no mercado brasileiro. Considera o custo do óleo diesel sem impostos = R$ 0,76 / litro.

31 O Programa Brasileiro de Biodiesel Análise Econômica Preliminar - Produção do Biodiesel Base: Estudo realizado pela Fundação Vanzolini para o MCT - Outubro/2003. Fórmula para Calcular o Custo do Biodiesel Custo do Biodiesel(*) preço do óleo de soja + + preço do álcool etílico + + preço do hidróxido de sódio + + custo de energia + + custo de vapor + + depreciação - preço da glicerina

32 O Programa Brasileiro de Biodiesel Análise Econômica Preliminar - Produção do Biodiesel Base: Estudo realizado pela Fundação Vanzolini para o MCT - Outubro/2003. Cálculo do Custo de 1 tonelada de Biodiesel de Óleo de Soja Item Preço(*) (US$/t ou kwh Quantidade (kg ou kwh/t) Custo (US$/t) Óleo de Soja Etanol NaOH Eletricidade 50, Vapor Depreciação 6,25 6,25 Glicerina (47) Total 462 (*) Fonte: ABIOVE para a região Sul e Sudeste Valores de 2003 (US$ 1,00 = R$ 2,90)

33 O Programa Brasileiro de Biodiesel Análise Econômica Preliminar - Produção do Biodiesel Base: Estudo realizado pela Fundação Vanzolini para o MCT - Outubro/2003 Custo do Biodiesel (*) Custo do Óleo Diesel US$ 0,40 / litro R$ 1,16 / litro R$ 0,76 / litro (*) Considerada a densidade do Biodiesel = 0,87 kg/l

34 O Programa Brasileiro de Biodiesel RESULTADO DA EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA E DA PRODUÇÃO NA REDUÇÃO DE CUSTOS EVOLUÇÃO DA COMPETITIVIDADE DO BIOETANOL US$/m3 REDUÇÃO DE CUSTO BIOETANOL ANIDRO fonte: GOLDEMBERG, J. CONSUMO ACUMULADO DE ETANOL (EM MILHÕES DE METROS CÚBICOS) DATAGRO CONF. INT.2001

35 O Processo H-BIO Processo para obtenção de óleo diesel que utiliza biomassa como matéria-prima em unidades de hidrotratamento em refinarias. Hidrogenação de misturas óleo diesel + óleo vegetal. Estágio da Tecnologia: - Óleo vegetal + Hidrogênio escala industrial - H-BIO co-processamento óleo diesel + óleo vegetal escala piloto / teste industrial

36 O Processo H-BIO Processo HBIO na Refinaria Petróleo Destilação Atmosférica Diesel DD Óleo Vegetal Frações não Tratadas Destilação a Vácuo FCC Diesel FCC HDT Existente Processo H-BIO Pool de Diesel Coqueamento Retardado Diesel Coque 100 Fonte: Petrobras, 2006

37 O Processo H-BIO Comparação dos Rendimentos Biodiesel (Transesterificação) H-BIO (Hidrogenação) Entrada: 1 ton óleo de soja 100 kg álcool Saída: 1 ton Biodiesel 100 kg glicerina Entrada: 100 litros óleo de soja 35 Nm 3 H 2 Saída: 96 litros óleo diesel 2,2 Nm 3 propano Fonte: Petrobras, 2006

38 O Processo H-BIO Comparação dos Indicativos de Qualidade Característica Teor de enxofre Massa específica Destilação Número de cetano Viscosidade Lubricidade Ponto de entupimento Estabilidade/Higroscopicidade Compatibilidade com elastômeros Facilidade de análise Biodiesel H-BIO Fonte: Petrobras, 2006

39 Uso do Biodiesel Uso do Biodiesel Exigências (1) Necessidade de garantir a qualidade do Biodiesel a ser utilizado em mistura com o óleo diesel, através de uma especificação adequada do produto. (2) Necessidade de controlar a qualidade do Biodiesel na produção, distribuição e consumo, levando-se em conta a logística de mistura do novo combustível ao óleo diesel convencional. (3) Necessidade de garantir o suprimento com qualidade do Biodiesel quando a sua mistura ao óleo diesel for obrigatória.

40 Uso do Biodiesel Critérios para a especificação do Biodiesel: deve basear-se nas propriedades físico-químicas do produto final e não na fonte de matéria-prima utilizada; deve buscar o consenso entre refinadores, fabricantes de motores, produtores de Biodiesel e órgãos ambientais; deve levar em conta a especificação do óleo diesel; deve evoluir junto com a especificação do óleo diesel; deve incluir limites para as características particulares do Biodiesel.

41 Uso do Biodiesel Características de um combustível adequado para motores de combustão interna por compressão: ótima qualidade de ignição combustão deve iniciar no momento correto; vaporização completa no interior da câmara de combustão para: - mistura correta com o ar; - queima limpa e completa, proporcionando: melhor desempenho do motor; redução de emissões de poluentes; redução da formação de resíduos, depósitos e cinzas; não ser corrosivo; não possuir água e sedimentos (menor desgaste do motor); manter sua adequação pelo tempo máximo de armazenamento possível.

42 Uso do Biodiesel Parâmetros Mais Significativos para estabelecer a Qualidade do Biodiesel: Parâmetros diretos: reação completa até o éster mono-alquilado (teor de glicerina total); remoção de glicerina livre (teor de glicerina livre); remoção do catalisador residual (teor de cinzas); remoção do álcool reagente (ponto de fulgor); ausência de ácidos graxos livres (acidez total). Parâmetros Indicativos Indiretos: viscosidade; massa específica; estabilidade à oxidação.

43 Uso do Biodiesel Especificação do Biodiesel (Resolução ANP 42/2004) Característica Unidade Óleo Diesel Resolução ANP 15/2006 Biodiesel (B-100) Resolução ANP 42/2004 APARÊNCIA A sp ecto - LII LII C or A S T M, m áx. - 3,0 COM POSIÇÃO Índ ice d e Iod o, m áx. Anotar E nx ofre total, m á x. % massa 0,05 / 0,20 Anotar T eor d e éster % massa Anotar G licerina livre, m áx. % massa 0,02 G licerina total, m áx. % massa 0,38 M etanol ou E tanol, m áx. % massa 0,5 M onog liceríd eos, m áx. % massa Anotar Diglecerídeos, m áx. % massa Anotar T rig liceríd eos, m áx. % massa Anotar VOLATILIDADE D estilação 5 0 % vol. recup erad o, m á x. o C 245,0 310,0 8 5 % vol. recup erad o, m á x. o C 360,0 / 370,0 vol. recup erad o, m á x. o C 360,0 (90%) M assa E sp ecífica a 2 0 o C kg/m a a 880 Anotar Ponto d e F ulg or o C 38,0 100,0

44 Uso do Biodiesel Especificação do Biodiesel (Resolução ANP 42/2004) Característica Unidade Óleo Diesel Biodiesel (B-100) Resolução ANP 42/2004 FLUIDEZ V isc osid a d e a 4 0 o C mm 2 /s 2,0 a 5,0 Anotar Ponto de Entupim ento d e F iltro a F rio o C (1) (1) COM BUSTÃO N ú m ero d e C eta no, m ín (2 ) Anotar Resíduo de Carbono, máx. % massa 0,25 0,10 Cinzas Sulfatadas, m áx. % massa 0,010 0,02 CORROSÃO C o rro sivid a d e a o C ob re, 3 h a 5 0 o C, máx CONTAMINANTES Água e Sedimentos, máx. % volume 0,05 0,05 Contam inação Total mg/kg Anotar S ódio + Potássio, m áx. mg/kg 10 C á lc io + M a g né sio mg/kg Anotar Fósforo. m áx. mg/kg Anotar Índ ic e d e a c id e z mg KOH/g 0,8 ESTABILIDADE Estabilidade à O xidação a 110 o C, mín. h 6 (1) Limites conforme Tabela constante da Portaria ANP 310/2001. (2) Alternativamente ao Número de Cetano fica permitida a determinação do Índice de Cetano.

45 Uso do Biodiesel Testes em Motores - Emissões Redução da produção específica (em g/kwh) de alguns poluentes regulamentados (material particulado, CO). Elevação da produção de NOx se não se dispuser de um sistema de pós tratamento de gases de escapamento. Ausência de S, aliada à menor produção de material particulado facilita o uso desses sistemas de pós-tratamento. Redução significativa de compostos carcinogênicos pela ausência de substâncias aromáticas no Biodiesel. Número de cetano mais elevado do Biodiesel (exceção mamona) facilita a combustão na câmara de combustão, melhora a eficiência da queima.

46 Uso do Biodiesel Testes em Motores - Frotas A introdução de um novo combustível no mercado, deve ser precedida de testes para comprovar que a vida útil dos motores é preservada, não sendo comprometida pela excessiva formação de depósitos e contaminação do óleo lubrificante, entre outros aspectos. Avaliação do Biodiesel está sendo realizada através de testes acordados entre a Indústria Automobilística e o Governo, visando, principalmente, validar a mistura de porcentagens iguais e superiores a 5% no óleo diesel comercializado.

47 Gargalos Tecnológicos e Econômicos Agrícolas: - Avaliação comparativa das possíveis espécies de oleaginosas a serem empregadas no Brasil para produção de Biodiesel experiência brasileira e rendimentos agrícolas e industriais. - Avaliação dos impactos ambientais da expansão das cultura. - Análise dos ciclos de vida para a produção de Biodiesel a partir das diversas espécies de oleaginosas. - Avaliação do emprego de técnicas de consorciamento com outras culturas agrícolas, visando reduzir o custo da matéria-prima. - Avaliação do potencial de geração de empregos no campo, por cultura, padrão de cultivo e região. - Avaliação do potencial de geração de renda e seu efeito multiplicador por cultura, padrão de cultivo e região.

48 Gargalos Tecnológicos e Econômicos Tecnologia de Produção: - Avaliação dos diferentes processos de produção, comparando rendimentos e produtividades esperados para as diversas matérias-primas consideradas. - Consolidação tecnológica da rota etílica de produção de Biodiesel: catalisadores e rendimentos e produtividades para atender às especificações vigentes. - Avaliação dos subprodutos gerados nos diversos processos e matérias-primas consideradas. - Consolidação do cálculo do custo de produção do Biodiesel, considerando os sub-produtos gerados. - Avaliação da internalização da produção do metanol. - Consolidação das tecnologias para produção de Biodiesel a partir de resíduos.

49 Gargalos Tecnológicos e Econômicos Utilização: - Avaliação dos diferentes ésteres em motores com diversos sistemas de injeção (comparação com óleo diesel e diferentes misturas) testes dinamométricos de desempenho, emissões e durabilidade e testes de campo em frotas cativas. - Avaliação e quantificação do NOx produzido pelo processo de queima do Biodiesel. - Avaliação e quantificação de emissões de resíduos não regulamentados (aldeídos, ácidos orgânicos, entre outros). - Comparação da utilização da mistura Óleo Diesel / Biodiesel com a mistura Óleo Diesel / Álcool Etílico / Aditivo. - Definição do ponto da cadeia em que será realizada a mistura Óleo Diesel / Biodiesel.

50 Gargalos Tecnológicos e Econômicos Econômicos Globais: - Avaliação do estabelecimento de regras para garantir o abastecimento. - Avaliação das vantagens da substituição das importações de Óleo diesel. - Avaliação das vantagens da redução das pressões sobre os esquemas de refino. - Avaliação dos ganhos ambientais e para a saúde pública. - Avaliação da perda de receita e tributos para viabilizar o Biodiesel. - Avaliação da eventual redução de excedentes agrícolas exportáveis. - Avaliação do uso alternativo de recursos aplicados no Biodiesel. - Avaliação do risco do aumento de preços e desabastecimento do mercado interno para os consumidores de óleos vegetais. - Avaliação do potencial de exportação de Biodiesel.

51 Conclusão Em qualquer iniciativa de sucesso, além do entusiasmo e interesses econômicos, naturais impulsionadores dos agentes envolvidos em um programa como o do Biodiesel, é necessária uma postura crítica construtiva para evitar que as decisões assumidas, sem um firme conhecimento tecnológico e mercadológico, sejam tomadas na ausência de um planejamento global.

52 OBRIGADO! Antonio Bonomi IPT Centro de Metrologia em Química Tel. (11)