GRUPO DE DISCIPLINAS DE ECOLOGIA DA HIDROSFERA. Rita Carrapato

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1 GRUPO DE DISCIPLINAS DE ECOLOGIA DA HIDROSFERA Rita Carrapato

2 1.Objectivo 2. Enquadramento 3. Biodiesel 4. Biodiesel a partir de OAU 5. Processos de produção de biodiesel 6. Metodologia 7. Quantificação dos OAU 8. Ensaios Prévios 9. Resultados dos ensaios prévios 10. Produção de biodiesel em reactor 11. Caracterização do biodiesel 12. Dimensionamento da unidade piloto 13. Aspectos económicos 14. Conclusões 2

3 Estudar a viabilidade de implementação de uma unidade piloto de produção de biodiesel no campus da FCT-UNL, utilizando como matéria-prima os óleos alimentares usados produzidos nos diferentes estabelecimentos de restauração do campus: - Quantificação dos OAU produzidos no campus; - Caracterização dos OAU ; - Optimização da produção de biodiesel; - Caracterização do biodiesel; - Dimensionamento da unidade piloto; - Estudo económico da implementação da unidade piloto. 3

4 Biodiesel: Biocombustível líquido constituído por ésteres metílicos obtidos de materiais com alto teor em glicéridos 1. Pré-tratamento da matéria-prima 2.Transesterificação - Por catálise básica; - Por catálise ácida; - Condições supercríticas; - Enzimática. 3. Processo de Purificação 4

5 1ª campanha época de exames 2ª campanha época de aulas Logística de recolha dos OAU: 1. Inquéritos em todos os estabelecimentos de restauração do campus; 2. Aquisição dos recipientes, distribuição e monitorização; 3. Recolha dos recipientes, pesagem e determinação da densidade dos OAU; 4. Estimativa anual de produção de OAU. 5

6 Caracterização dos OAU Amostra 30L LNEG Parâmetros analisados Matéria em suspensão Humidade Índice de acidez Índice de saponificação Índice de iodo Estabilidade à oxidação Composição em % de ácidos gordos 6

7 Ensaios prévios 200g OAU ; 45ºC; 100 rpm Ensaio Catalisador (% relativamente ao óleo) Razão molar metanol: óleo I 1,2 NaOH 6:1 II 1% NaOH 6:1 III 0,8 % NaOH 6:1 IV 1% KOH 6:1 V 1% Metilato de sódio 6:1 VI 1% NaOH 5,5:1 VII 1% NaOH 5:1 Ensaio (Repetição a 55ºC) Catalisador (% relativamente ao óleo) Razão molar metanol:óleo II 1% NaOH 6:1 IV 1% KOH 6:1 7

8 Ensaios prévios Produção de biodiesel em reactor (2L) - Pré-tratamento dos OAU (Filtração) - Amostragem a diferentes tempos de reacção (1h,2h,3h,4h) - Purificação (Lavagem e secagem) 8

9 Parâmetros analisados Teor de água Índice de acidez Ponto de inflamação Índice de iodo Estabilidade à oxidação Contaminação total Teor de fósforo Teor de metanol Percentagem de ésteres metílicos Percentagem de glicéridos Ensaios prévios 9

10 Dimensionamento da unidade piloto: 1. Definição do lay-out da unidade piloto; 2. Identificação e caracterização dos equipamentos a serem instalados. Aspectos económicos 1. Custos da produção de biodiesel; 2. Custos da implementação, funcionamento e manutenção; 3. Custos do diesel consumido no campus; 4. Avaliação dos proveitos da unidade piloto; 5. Balanço económico e tempo de retorno. 10

11 Quantidade, em litros, de OAU recolhidos nas duas campanhas 2ª 1ª Volumes totais de OAU recolhidos (L) 1ª campanha 111,50 2ª campanha 228,96 11

12 Estimativa de produção anual de OAU: 8 meses de aulas; 4 meses de época de exames Estabelecimentos Estimativa de produção anual de OAU (L) Período de férias (L) Período de aulas (L) Bar Departamental 64,64 98,70 Bar Teresa Gato 70,04 250,22 Bar Tico-Tico 71,20 578,41 Girassol 58,13 218,97 Restaurante Campus.Come 66,69 256,96 Casa do Pessoal 71,98 319,50 Bar D. Lídia 43,31 108,90 Total 445, ,66 Total anual ±

13 Resultados obtidos na caracterização dos OAU Parâmetros Unidades Valores médios obtidos nos OAU 1ª Campanha 2ª Campanha OAU sem prévia filtração % m/m 0,06 0,03 Matéria em suspensão OAU com prévia filtração % m/m 0,02 0,01 OAU com prévia centrifugação % m/m 0,02 0,01 OAU com prévia peneiração % m/m 0,05 0,15 Humidade % m/m 0,06 0,08 Índice de acidez mg KOH/g 0,84 1,11 Índice de saponificação mg KOH/g Índice de iodo g I 2 /100 g Estabilidade à oxidação horas 3,02 2,74 Peso molecular g/mol 895,43 893,95 13

14 Percentagem de ésteres metílicos formados com as diferentes condições de transesterificação, após purificação 14

15 Rendimento mássico dos ensaios prévios (%) 15

16 Percentagem de ésteres metílicos,glicéridos e rendimento mássico obtido no ensaio realizado em reactor Condições reaccionais Ésteres % (m/m) (após purificação) Glicéridos % (m/m) (após purificação) Rendimento mássico (%) 1% NaOH Mono- Di- Tri- Metanol:óleo 6:1 T= 45ºC; Tempo de reacção:4h 95,5 0, ,4 Agitação:400 rpm OAU = 1145 g 16

17 Resultados para os parâmetros analisados no biocombustível produzido Parâmetros Unidade Resultado Valor limite (EN14214) Teor de de água mg/ kg 368 * < 500 Índice de acidez mg KOH/g 0,218 < 0,50 Ponto inflamação ºC < 70 ºC > 101 Índice de iodo g I 2 /100 g 108 < 120 Estabilidade à oxidação h 4,68 > 6 Contaminação total mg/kg 4 < 24 Teor de fósforo mg/kg 3,1 < 4,0 Teor de metanol % 0,22 * < 0,20 * 2ª fase de purificação 17

18 Sistema escolhido foi o BB200-CSRNA da empresa BB-Diesel Condições: Catalisador: NaOH (1%) Temperatura: 45ºC Metanol:óleo: 6:1 Rendimento: 84% Balanço anual de OAU e biodiesel 18

19 Equipamentos a ser instalados na unidade piloto de produção de biodiesel Equipamento Quantidade Depósitos para matéria-prima 2 Unidade de produção de Biodiesel BB200-CSRNA: 1 Reactor de 300 Litros, em aço inox Reactor de metóxido de 40 Litros, AISI 316 Coluna de lavagem de biodiesel por resinas 120L/hora Bomba do reactor de 0,75 KW/160 litros por minuto Unidades de aquecimento de 4KW Filtro de transesterificação de 1 micron Filtro de polimento final de 1 mícron Sistema de admissão de óleo automático Depósitos para produto finalizado 2 Bombas de transfega 2 Depósitos (30L) para recolha dos OAU nos restaurantes 10 19

20 Balanço de custos e proveitos da implementação da unidade piloto Custos, proveitos e tempo de retorno Custo/ Proveito Custo de implementação da unidade piloto Custo de produção do biodiesel Produção anual de biodiesel Custo anual de produção de biodiesel (custo biodiesel x produção anual biodiesel) Consumo anual de diesel, actualmente Consumo anual de diesel, com unidade piloto de produção de biodiesel (consumo anual diesel- produção anual de biodiesel) Custo do diesel Custo do consumo anual de diesel, com unidade piloto de produção de biodiesel 0,1131 /litro Litros/ano 190,01 /ano Litros/ano 48 Litros/ano 1,189 /litro 57,07 /ano 20

21 Balanço de custos e proveitos da implementação da unidade piloto (Cont.) Custos, proveitos e tempo de retorno Proveito obtido da produção e consumo de biodiesel (custo diesel - custo biodiesel) Proveito obtido do consumo anual de biodiesel (proveito obtido do consumo de biodiesel x produção anual de biodiesel) Custo/ Proveito 1,076 /litro 1 607,68 /ano Proveitos obtidos de investigação (2 alunos/ ano) 1 879,98 /ano Proveitos totais Custo do funcionamento/manutenção (limpeza das instalações) Balanço líquido anual (Proveitos anuais custos anuais) Tempo de retorno do investimento (Investimento/Balanço líquido anual) 3 487,66 /ano 600 /mês 2 830,6 /ano 5,53 anos 21

22 Estimativa anual de produção de OAU no campus: 2278 L Qualidade de OAU semelhante nas duas campanhas efectuadas em diferentes épocas do ano lectivo Condições optimizadas para conversão dos OAU: 1% NaOH e proporção molar metanol:óleo de 6:1 Na produção em reactor obteve-se uma percentagem de ésteres de 95,5% e um rendimento mássico de 84,4% Dado que o objectivo de aplicação do biodiesel produzido na unidade piloto é a sua utilização exclusiva dentro do campus da FCT-UNL, nos geradores e nos automóveis, poderá considerar-se o seu uso no formato B100 22

23 Dimensionou-se a unidade piloto para uma produção mensal de 200 L A avaliação económica do investimento necessário para a implementação da unidade foi considerada vantajosa, apresentando um tempo estimado de retorno do investimento de 5,5 anos A implementação da unidade piloto no campus da FCT-UNL tem viabilidade, trazendo vantagens ambientais, promovendo a valorização de um resíduo e potenciando a investigação na área da produção de biodiesel 23

24 Professora Doutora Benilde Mendes Doutora Ana Cristina Oliveira Professor Doutor Nuno Lapa Amigos Família e David 24