Culturas alternativas e plantas para fins energéticos. Manuel Patanita Escola Superior Agrária Instituto Politécnico de Beja

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1 Culturas alternativas e plantas para fins energéticos Manuel Patanita Escola Superior Agrária Instituto Politécnico de Beja

2 SUMÁRIO Energias renováveis Energia da biomassa Culturas energéticas Bioetanol Biodiesel Combustíveis sólidos Culturas energéticas potenciais Considerações finais

3 ENERGIAS RENOVÁVEIS As questões relacionadas com a subida do preço dos combustíveis fósseis e o seu progressivo esgotamento; os problemas ambientais e de saúde pública associados à queima dos combustíveis fósseis e à energia nuclear; a forte dependência dos países ocidentais em relação à satisfação das suas necessidades energéticas e os problemas políticos associados a essa dependência;

4 ENERGIAS RENOVÁVEIS motivam o crescente interesse por fontes de energia alternativas renováveis (7%), tais como as energias: Eólica; Solar; Hídrica; Geotérmica; Das ondas, das marés e térmica dos oceanos; Do hidrogénio e da fusão nuclear; Da biomassa (3,7% do total das renováveis).

5 ENERGIA SOLAR Processo agroenergético CO2 Combustão Transformacão Química ENERGIA Transformacão Biológica RESIDUO MINERAL

6 ENERGIA DA BIOMASSA Fontes de biomassa para a produção de energia: culturas energéticas (cana-de-açúcar, milho, soja, girassol, choupo, etc ) resíduos agrícolas, urbanos ou industriais (dejectos, lixos, bagaços, etc ) microorganismos (algas por exemplo) Tipos de biocombustíveis (sólidos, líquidos ou gasosos), obtidos a partir das diferentes fontes de biomassa, que podem ser utilizados na produção de trabalho mecânico ou de energia térmica (calor), em dispositivos convencionais (motores de combustão interna, caldeiras, etc ) em substituição dos combustíveis tradicionais. Sólidos: carvão vegetal, lenha, briquetes, peletes, Líquidos: Biodiesel, Bioetanol, Biometanol, Gasosos: Biogás, Biohidrogénio,

7 ENERGIA DA BIOMASSA Os biocombustíveis de 1ª geração são, em geral, os obtidos: a partir de culturas alimentares, ricas em hidratos de carbono solúveis (amido, açúcares), como a cana-de-açúcar e o milho, para a produção de álcoois, como o bioetanol; a partir de culturas alimentares ricas em óleo vegetal, como a soja, para a produção de ésteres-metílicos ou bioésteres, como o biodiesel. Os biocombustíveis de 2ª geração são em geral álcoois (bioetanol) produzidos a partir de culturas não-alimentares, como as ligno-celulósicas, e a partir de resíduos agrícolas e florestais.

8 CULTURAS ENERGÉTICAS São culturas em que a biomassa produzida é, depois de processada e/ou transformada, convertida em combustíveis para serem utilizados em substituição dos combustíveis convencionais não renováveis. Mais do que novas culturas, na maior parte dos casos trata-se apenas de uma nova utilização para culturas velhas.

9 CULTURAS ENERGÉTICAS As culturas energéticas podem ser agrupadas em três tipos principais em função do tipo de combustível obtido: 1 - Culturas para a produção de bioetanol. 2 - Culturas oleaginosas para a produção de biodiesel. 3 - Culturas ligno-celulósicas para a produção de biocombustíveis sólidos para fins térmicos, principalmente a produção de (agro)electricidade.

10 CULTURAS ENERGÉTICAS Investigação e Experimentação AMBIENTE MELHORAMENTO variedades AGRONOMIA práticas culturais Produção unitária amido, óleo ou biomassa

11 BIOETANOL CULTURAS Culturas produtoras de açúcares: cana-de-açúcar e o sorgo sacarino Culturas produtoras de amido: os cereais (em especial o milho), beterraba sacarina, tupinambo e a batata. É ainda possível produzir bioetanol a partir de culturas lignocelulósicas e a partir de resíduos e sub-produtos das culturas. Culturas ligno-celulósicas: cardo, miscanto e o kenaf Resíduos: palhas de cereais, serradura, restos de podas e bagaços

12 BIOETANOL MILHO O milho é a cultura mais utilizada nos países de clima temperado para a produção de bioetanol vantagens: elevado rendimento potencial em semente elevado teor de amido no endosperma da semente. considerável experiência no cultivo do milho como cultura energética. principal inconveniente: cultura muito exigente nas técnicas de cultivo (rega, fertilização, ) para alcançar elevados rendimentos.

13 BIOETANOL A semente do milho apresenta na sua composição (para 15% de humidade) entre 60 e 65% de amido, além de uma pequena quantidade de açúcares solúveis. Cada tonelada de milho permite produzir cerca de 370 litros de etanol. Para um rendimento de 15t/ha de semente obtemos uma produção aproximada de 5500 litros de etanol/ha.

14 BIOETANOL Resultados obtidos no âmbito do Protocolo das Bioenergias celebrado entre a EDIA, a DRAPAL e a ESAB Produção de grão de Milho (kg/ha) corrigida para 14% humidade (Beja, 2007) Média kg/ha Produção de grão (kg/ha) kg N/ha 242 kg N/ha 50 kg K 2 O/ha 242 kg N/ha 205 kg N/ha 50 kg K 2 O/ha F1*Mitic F1*Agrano F1*Famoso F1*Heroic F2*Mitic F2*Agrano F2*Famoso F2*Heroic F3*Mitic F3*Agrano F3*Famoso F3*Heroic F4*Mitic F4*Agrano F4*Famoso F4*Heroic Fertilização*Variedade

15 BIOETANOL Resultados obtidos no âmbito do Protocolo das Bioenergias celebrado entre a EDIA, a DRAPAL e a ESAB Produção de amido (kg/ha) Produção de amido em Milho (kg/ha) (Beja, 2007) F1*Mitic 205 kg N/ha F1*Agrano F1*Famoso F1*Heroic F2*Mitic 242 kg N/ha 50 kg K 2 O/ha F2*Agrano F2*Famoso F2*Heroic F3*Mitic 242 kg N/ha F3*Agrano F3*Famoso Fertilização*Variedade F3*Heroic Média kg/ha F4*Mitic 205 kg N/ha 50 kg K 2 O/ha F4*Agrano F4*Famoso F4*Heroic

16 BIOETANOL CEREAIS Trigo mole, Trigo rijo, Triticale, Cevada, Aveia Culturas tradicionais de sequeiro. Adaptados aos condicionalismos agroecológicos mediterrânicos com boas produções de biomassa e de amido. Resposta aos sistemas de regadio

17 BIOETANOL TUPINAMBO (Helianthus tuberosus) Também conhecida por girassol batateiro, é uma planta parecida com o girassol mas que produz tubérculos ricos em inulina, um polissacárido da frutose. Adapta-se bem a solos pobres (rústica); com rega a produção de tubérculos pode variar entre 30 e 70 t/ha. Para uma produção de 50 t/ha obtêmse 4850 l/ha de etanol. Alto potencial de melhoramento Não interfere na cadeia alimentar

18 BIODIESEL CULTURAS As culturas mais utilizadas para a produção de biodiesel são a Soja (na América do Norte), a Colza e o Girassol (na Europa) e a Palmeira (no Sudeste Asiático). Em Portugal a cultura com maior potencial é o Girassol, especialmente em regadio; a Colza tem menos potencial, mas pode ser semeada no período outono-invernal em sequeiro.

19 BIODIESEL Girassol É uma planta algo exigente em calor, mas bastante resistente à secura; prefere climas temperados de Verão quente e com alguma chuva. A semente é muito rica em óleo (até 55%); o óleo tem qualidade alimentar, rico em ácidos gordos polinsaturados.

20 BIODIESEL Resultados obtidos no âmbito do Protocolo das Bioenergias celebrado entre a EDIA, a DRAPAL e a ESAB Produção de grão de Girassol em sequeiro (kg/ha) (Beja, 2007) Letras diferentes indicam médias diferentes para p 5%

21 BIODIESEL Resultados obtidos no âmbito do Protocolo das Bioenergias celebrado entre a EDIA, a DRAPAL e a ESAB Produção de óleo de Girassol em sequeiro (kg/ha) (Beja, 2007) Letras diferentes indicam médias diferentes para p 5%

22 BIODIESEL Colza É uma planta adaptada a climas temperados a frescos, sem demasiado calor Só é comestível o óleo de sementes de variedades com baixo teor do ácido erúcico ( canola ); o óleo de colza é rico em ácido oleico (monoinsaturado).

23 BIODIESEL Resultados obtidos no âmbito do Protocolo das Bioenergias celebrado entre a EDIA, a DRAPAL e a ESAB Produção de grão de Colza (kg/ha) em sequeiro e em regadio (Beja, 2006/07)

24 BIODIESEL Resultados obtidos no âmbito do Protocolo das Bioenergias celebrado entre a EDIA, a DRAPAL e a ESAB Produção de óleo de Colza (kg/ha) em sequeiro e em regadio (Beja, 2006/07)

25 BIODIESEL Rícino (Ricinus communis L.) É uma planta arbustiva, rústica Variedades com e sem maturação escalonada. Potencial produtivo de 1500 a 4000 kg/ha de sementes com cerca de 47% de óleo

26 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS Os biocombustíveis sólidos são obtidos a partir da biomassa proveniente de várias origens como sejam: culturas lenhosas de crescimento rápido (choupo, eucalipto, salgueiro, robínia, paulownia, etc.); culturas herbáceas (cardo, miscanto, kenaf, etc.); resíduos agrícolas e florestais (palhas, restos de poda, resíduos florestais, etc.); resíduos de algumas agro-indústrias (serradura, bagaços, cascas, etc.). Estes biocombustíveis podem ser ainda convertidos nos chamados Combustíveis Sólidos Densificados : peletes e briquetes.

27 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS Os biocombustíveis sólidos destinam-se a ser queimados em caldeiras para: a produção de energia térmica visando o aquecimento de instalações agrícolas, industriais e residenciais; a produção de energia eléctrica em centrais térmicas substituindo o carvão ou o gás natural; é a chamada Agroelectricidade...

28 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS As culturas lenhosas com maior potencial para a produção de biomassa são, entre outras, o choupo, o salgueiro, a robinia, o eucalipto e a paulownia. São espécies de crescimento rápido, mas que para produzirem uma grande quantidade de biomassa por ano devem, no nosso país, ser regadas. As plantações são feitas com densidades muito elevadas, (2000 ou mais plantas/ha), sendo cortadas a cada 3 a 6 anos.

29 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS Implantação e estudo de culturas lenhosas CHOUPO (Populus sp) Fotos

30 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS Implantação e estudo de culturas lenhosas PAULOWNIA (Paulownia fortunei) Elevado poder calorífico Produtividade de t/ha Elevada rusticidade no que respeita à temperatura

31 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS Corte e colheita das árvores As árvores, depois de cortadas, são trituradas. A produção de biomassa podem atingir 10 a 20 t/ha/ano. O conteúdo energético é substancialmente inferior ao dos biocombustíveis líquidos.

32 CULTURAS ENERGÉTICAS POTENCIAIS PARA O SUL DA EUROPA Cultura Principal biocombustivel Chuva anual mínima (mm) Colza Biodiesel 400 Girassol Biodiesel 350 Cártamo Biodiesel 400 Mostarda Biodiesel 600 Ricino Biodiesel 500 Cereais Etanol/biomassa (trigo, cevada, aveia, triticale) Beterraba Etanol 500 Batata Etanol 500 Tupinanbo Etanol 500 Cardo Biomassa 400 Sorgo Etanol/biomassa 300 Kenaf Biomassa 500 Opuntia Biomassa 350 Miscanthus Biomassa 600 Arbóreos crecimiento rápido Biomassa 400 (choupo, paulownia, eucalipto,...)

33 Aumentar o emprego nas zonas rurais e o seu consequente desenvolvimento económico. CONSIDERAÇÕES FINAIS A actividade agrícola, através do cultivo de culturas energéticas, pode fornecer matérias-primas para a indústria dos biocombustíveis. A energia pode assim tornar-se uma nova área de negócio da actividade agrícola, permitindo reduzir despesas, em especial em energia eléctrica, diversificar e aumentar as receitas. Aumentar as oportunidades de produção de produtos agrícolas, tradicionalmente de utilização alimentar. Promocão da sustentabilidade e diversidade dos sistemas agrícolas com novas alternativas culturais. Preservação do ambiente e menor dependência dos combustíveis fósseis.

34 Obrigado pela vossa atenção