À procura da árvore do biodiesel

Transcrição

1 À procura da árvore do biodiesel Luiz Alberto Colnago Mini-curso sobre Biodiesel UFSCAR 08/10/2007

2 Motivos Altos preços do petróleo Gases do efeito estufa Combustíveis renováveis veis Reciclam o gás g s carbônico via fotossíntese 2

3 Ciclo do carbono Juliana Petrochi Rodriques UNB 3

4 Gasolina Álcool Brasil - líder mundial Balanço energético cana ~ 8 vezes 4

5 Óleo diesel Transporte e máquinas agrícolas P&D álcool 5

6 Alternativas para óleo diesel 6

7 Triglicerídeos (óleos e gorduras) Estrutura de um triglicerídeo 7

8 Principais Ac. Graxos Caprílico C8 CH3(CH2)6COOH Cáprico C10 CH3(CH2)8COOH Láurico C12 CH3(CH2)10COOH Palmítico C16:0 CH3(CH2)14COOH Palmitolêico C16:1 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Esteárico C18:0 CH3(CH2)16COOH Olêico C18:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Linolêico C18:2 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Linolênico C18:3 CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Araquídico C20:0 CH3(CH2)18COOH Gadolêico C20:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH Behênico C22:0 CH3(CH2)20COOH Erúcico C22:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH 8

9 Triglicerídeos (TG) 1- Uso do óleo virgem 2- Pirólise 3- H- Bio 4- Conversão dos TG em biodiesel 9

10 1- Uso direto dos óleos vegetais. Vantagens - Fácil obtenção (prensagem e filtragem) -Baixo custo de produção -Acessível à região de difícil acesso (produção local) 10

11 Cetano Estrutura de um triglicerídeo 11

12 Desvantagens (motores convencionais) Alta viscosidade - Entupimento de filtros/bicos injetores -Depósito de carbono nos motores -Contaminação do óleo do motor Opção para motores estacionário Motor diesel -Geradores (Aquecimento do óleo) 12

13 2- Pirólise (craqueamento)

14 Craqueador UNB 14

15 Pirólise 2- Vantagens -Produz dezenas de produtos químicos -Além do diesel: solventes, matéria primas (plásticos) Desvantagem -Custo? 15

16 H-bio ( Petrobras) Hidrogenação total (H 2 ) + Propano 16

17 HDT ( hidrogenação do diesel para uso em grandes cidades). -Redução do teor de enxofre. Diagrama do processo HDT/H-Bio 17

18 Rendimento do processo 18

19 H- Bio Vantagens Similar ao diesel Sem custo adicional de produção (Além do H 2 ) Desvantagens: Refinaria Logística 19

20 Biodiesel 20

21 Produto da reação de transesterificação 21

22 Biodiesel Vantagens: Logística Incentivos governamentais Semelhantes ao diesel 22

23 Cetano Monoester de ácido esteárico Moléculas do biodiesel 23

24 Biodiesel Desvantagens: Custo Catálise química ou enzimática 24

25 Biodiesel do ponto de vista do agronegócio 25

26 Cenário Biodiesel 120 Bilhões de litros Total geral Mercado interno Mercado externo Ano Plano nacional de agroenergia MAPA

27 Cenário Biodiesel 25 Milhões de hectares Ano Plano nacional de agroenergia MAPA

28 Cenário Biodiesel kg/ha Ano Plano nacional de agroenergia MAPA

29 Gargalos? Produtividade Qualidade do óleo 29

30 Produtividade Soja, Mamona, girassol Até 1 Ton/ha/ano de óleo Dendê 5 Ton/ha/ano Alta temperatura e água Amazônia 30

31 BIODIESEL: ZONEAMENTO AGROECOLÓGICO POTENCIAL BABAÇU MAMONA-PALMA DENDÊ (CAROÇO) O) SOJA-MAMONA MAMONA- ALGODÃO (CARO SOJA-ALGODÃO ALGODÃO- GIRASSOL-CANOLA SOJA-ALGODÃO ALGODÃO- GIRASSOL 31

32 O que fazer? Cultivares dedicada ao biodiesel Alta produtividade >3 Ton/ha/ano Adaptadas a todas as regiões brasileiras Incluindo o semi-árido nordestino. 32

33 Como fazer? Melhoramento genético Plantas comerciais para alto óleo Identificação de plantas silvestre Pinhão manso, macaúba, pequi, tucumã, etc 33

34 Bocaiuva/Macaúba 2 a 4 ton/ha/ano Adap. Renato Roscoe Embrapa 34

35 Pinhão Manso 0,5 a 5T/ha/ano ~ 35% óleo Adap. Renato Roscoe Embrapa Ácaro branco 35

36 Como acelerar? Métodos de análise ultra-rápidos Milhões de sementes por ano Teor de óleo e Qualidade 36

37 Ressonância Magnética Nuclear (RMN) Análise in vivo: Sementes analisadas podem ser plantadas Quantidade e qualidade (insaturação) Métodos rápidos RMN de alta resolução (min.) Baixa Resolução (ms a seg.) 37

38 Quantidade de óleo RMN (Baixa resolução ~ 3 análise/min.) 38

39 Quantidade de óleo RMN on-line CWFP Continuous wave free precession 39

40 A 0,5s SSFP Amplitude B C D E F G H ,3ms RMN convencional e CWFP Azeredo et al, Analytical chemistry 72,2401,

41 D V d RMN on-line Colnago et al, Analytical Chemistry 79, 2382,

42 RMN on-line 42

43 140 CWFP amplitude (au) a) Time (s) Análise de 99 sementes (+ 20 mil amostras hora) 43

44 Oil mass (g) CWFP amplitude (au) Correlação r 2 =

45 Qualidade do óleo 45

46 Qualidade Parâmetros Glicerina Livre Triglicerídeos Teor de água Álcool Viscosidade Número de cetano Índice de iodo 46

47 Cenário atual Soja, girassol, algodão (poliinsaturados) Número de cetano (100) linolen. = 20 Mamona= Alta viscosidade (2x) 47

48 6 80 Oleico Número de cetano Ll Ln 4 2 Viscosidade (mm 2 /s) Ácidos graxos 48

49 Cenário desejado G. Knothe, Fuel Processing Tecnology 86, 1059,2005 Alto teor de ácido oleico Número de cetano = acima de 60 Mais estável Menor viscosidade que os saturados 49

50 Composição de óleos e gorduras Matéria prima 18:3 Linolen. Algodão Linhaça Girassol Soja Dendê Ácido Graxo (%total) 18:2 Linol. 18:1 oleic saturados Amendoim Canola Macadamia Oliva Mamona % Ricinoleico 50

51 Qualidade por RMN 51

52 Espectrômetro de RMN (alta resolução) 52

53 Insaturação RMN 13C : soja (A) mamona (B) e virola (C). Leal et al. Ciên. Cult. 33,1475,

54 Baixa resolução Medida da relaxação T 2 54

55 1,0 CPMG echo amplitude (au) 0,5 0,0 C A B D 0,0 0,5 1,0 Time (s) A-linhaça; B- Soja; C- Macadâmia; D- Mamona Prestes et al, 2007, Analytica Chimica Acta 55

56 Similarity values Dendrograma de HCA 56

57 a) 4.6 µ (mm 2.s -1 ) from NMR µ (mm 2.s -1 ) calculated from GC b) Cetane number from NMR Prestes et al, 2007, Analytica Chimica Acta Cetane number calculated from GC Regressão multivariada (PLS) Prestes et al, 2007, Analytica Chimica Acta 57

58 Tempo (s) Espectros de RMN das sementes ( amostras/hora) 58

59 Amendoim com alto oleico Ignácio Godoy, IAC (3 x 7000 amostras) Número da semente 59

60 Colaboradores: Prof. Mario Engelsberg - Depto de Física/UFPe Prof. Emanuel Carrilho IQSC/USP Dr a Lucimara Forato -Embrapa Prof. Rodrigo Azeredo - Depto Química/UFF Estudantes e Bolsistas: Dr Lucio Barbosa; Lucineia Vizzoto; MSc André Sousa (DTI) Dout: Rosilene Prestes; Tiago Venâncio (IQSC/USP) MSc: Fabiana Diuk; Daniela Toma (IQSC/USP) MScCátia Correa (IQSC) 60

61 Financiamentos FINEP Avaliação on-line da qualidade de produtos agroindustriais por RMN Novas oleaginosas como fonte de matéria prima para produção de biodiesel FAPESP Desenvolvimento de instrumentação e aplicações de RMN na análise de alimentos Desenvolvimento de tecnologias ultra-rápidas de RMN para determinação da quantidade e qualidade de óleo vegetais em sementes intactas 61

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