Uso do algodão para fins energéticos

Transcrição

1 Uso do algodão para fins energéticos Rosilene Aparecida Nascimento Gerente de P&D

2 Assim como os ALIMENTOS são COMBUSTÍVEL para o Homem, os COMBUSTÍVEIS são os ALIMENTOS das Máquinas. Expedito Parente

3 A produção de biodiesel PODE e DEVE significar oferta de alimentos

4 Um Primeiro Dilema... Não se vive sem alimentos, ou sem energia Qual o impacto mais negativo na produção de alimentos: agricultura energética ou a redução de terras agriculturáveis causada pelo aquecimento global? Produzse 5 vezes mais a quantidade de alimentos da que se consume. Entre a polêmica nãofundamentada da invasão alimentícia pelo mercado energético e a certeza dos efeitos do aquecimento global, a solução é a: Eficientização dos Processos de Produção e Consumo de Alimentos e Energia!

5 Um Presente da Natureza Todo grão oleaginoso contêm duas porções: Uma porção lipídica Uma porção protéica Além disso, toda atividade de produção de grãos, frutas, legumes e hortaliças produz resíduos agrícolas que podem ser valorizados energeticamente. Como resultado, a Biomassa tem a capacidade de gerar simultaneamente Alimento para o Homem, as Plantas e as Máquinas.

6 Uma Visão Global da Bioenergia Biomassa = Biocombustíveis + Alimentos + Biofertilizantes ALIMENTO COMBUSTÍVEL para para MAQUINAS HOMEM E ANIMAIS ALIMENTO E COMBUSTÍVEL para PLANTAS

7 AGROENERGIA, principal fonte de energia na transição para a Era PósPetróleo

8 Combustíveis Fósseis e os Biocombustíveis Gás do Petróleo Biogás Gasolina Álcool Querosene Bioquerosene Óleo Diesel Biodiesel Óleo Combustível Lenha, Resíduos Industrial Celulósicos

9 O que é Biodiesel?

10 Definição Normalizada É um combustível renovável, biodegradável e ambientalmente correto, sucedâneo ao óleo diesel mineral, constituído de uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, obtidos da reação de transesterificação de qualquer triglicerídeo com um álcool de cadeia curta, metanol ou etanol, respectivamente.

11 Definição Legal Segundo a Lei nº , de 13 de janeiro de 2005, biodiesel é um biocombustível derivado de biomassa renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil.

12 Quais os Benefícios da Produção e Uso do Biodiesel? Renovável Menos poluente Não possui enxofre Combustão mais completa Reduz a emissão de gases do efeito estufa Biodegradável Mais seguro que o diesel mineral Possui maior lubricidade e menor corrosividade Gera ocupação e renda no meio rural Gera economia de divisas

13 Por que o Biodiesel é Menos Poluente que o Óleo Diesel? BIODIESEL, um combustível ecológico e social. Utilizado em motores diesel sem modificações. Com uma combustão completa e uma fonte renovável, o BIODIESEL ajuda a limpar o meio ambiente. CO2 + Água BIODIESEL Fotossíntese Óleo vegetal Usina de BIODIESEL. Agricultura, gerando ocupação e renda no meio rural.

14 Por que o Biodiesel é Menos Poluente que o Óleo Diesel? Biodiesel Genérico O O

15 Características do Biodiesel

16 Características do Biodiesel Redução Média das Emissões da Queima do Biodiesel em Comparação com o Diesel Mineral Tipo de Emissão B100 B20 Total de hidrocarbonetos não queimados 67% 20% Monóxido de carbono 48% 12% Resíduos Sólidos 47% 12% Enxofre 100% 20% Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos 80% 13% HAP Nitrogenados 90% 50% Óxidos de Nitrogênio +/10% +/10% Gases do Efeito Estufa 78 a 100% 20% Fonte: NBB National Biodiesel Board,

17 Aplicações do Biodiesel Veículos do Tipo Diesel Equipamentos Agrícolas Geradores DieselElétrico Geradores de Calor Embarcações

18 Fontes de Matérias Primas

19 Matérias Primas no Mundo 1% 1% 1% 13% Colza Girassol Soja Palma Outros 84%

20 Produção no Mundo País Capacidade (m³/ano) Alemanha França Itália Estados Unidos Outros Total ~ ~ Fonte: Lurgi, Korbitz, 2002.

21 Produção Industrial de Biodiesel

22 Biodiesel no Plural NORTE O Biodiesel pode ser a solução para o isolamento energético de regiões longínquas na Amazônia, onde gastase normalmente até o equivalente a 4 litros de diesel para transportar 1 litro. CENTROSUL O biodiesel ajuda a melhorar a qualidade de vida nos grandes centros urbanos. A soja, o girassol e o amendoim parecem ser as oleaginosas de maior potencial. NORDESTE Associado a um programa de ocupação sustentável, possibilita a geração de emprego e renda para a população rural, através da ricinocultura.

23 O que é Biodiesel no Plural? Biodiesel no plural, como é concebido, conhecido, empregado e divulgado pela TECBIO, envolve: A obtenção de Biodiesel a partir de qualquer matéria prima graxa: variados óleos vegetais, gorduras de animais e óleos residuais. O uso do álcool etílico (etanol) ou do álcool metílico (metanol), indistintamente, na produção de um produto dentro das especificações oficiais brasileiras e das normas internacionais. A produção conveniente de Biodiesel em pequenas, médias e grandes unidades produtivas.

24 Produção de Óleos Vegetais no Brasil Óleo Vegetal Produção (mil ton/ano 2004) % Óleo de Soja 5571,00 89,24 Óleo de Algodão (Caroço) 268,40 4,30 Óleo de Palma (Dendê) 140,00 2,24 Óleo de Girassol 74,60 1,19 Óleo de Milho 63,60 1,02 Óleo de Mamona 60,80 0,97 Óleo de Colza (Canola) 22,80 0,37 Óleo de Amendoim 21,80 0,35 Óleo de Palmiste 15,80 0,25 Óleo de Linhaça 2,10 0,03 Óleo de Côco 1,90 0,03 Total 6242,80 100,00 Fonte: OilWorld Annual, 2005

25 Metanol ou Etanol? Transesterificação metílica O consumo de metanol no processo de transesterificação é cerca de 45% menor que do etanol anidro. O metanol historicamente sempre foi mais barato que o etanol. É mais reativo. Apesar de poder ser produzido a partir da biomassa, é tradicionalmente um produto fóssil. É bastante tóxico. Maior risco de incêndios (mais volátil). Chama invisível. Transesterificação etílica É tradicionalmente um produto renovável, com indústria já consolidada. Gera maior economia de divisas. Forma azeotropia com água. Biodiesel etílico mais denso que metílico desvantagem comercial.

26 Mercado do Biodiesel»B2 Obrigatório»B5 Autorizado»Grandes consumidores»mercado Externo

27 Status Atual do Biodiesel no Brasil Dezembro de 2004 ANP 42/04 Especificação do Biodiesel e autorização de seu uso. Leis Federais incentivando a produção e uso do biodiesel. incentivos tributários e fiscais associados ao fomento à agricultura familiar. reserva de mercado ao biodiesel através da mistura obrigatória de biodiesel no óleo diesel mineral. Demanda de toneladas em 2008 e em Capacidade Industrial Instalada: 2005: toneladas/ano 2006: toneladas/ano final de 2007: toneladas/ano (estimados)

28 Aspectos Técnicos da Produção de Biodiesel

29 Reação Principal H H OC(O)R1 H OC(O)R2 H OC(O)R3 + 3CH3OH CH3 OC(O)R2 CH3OC(O)R3 H triglicerídeo CH3 O metanol H CH3OC(O)R1 biodiesel TG + A => Bd + DG DG + A => Bd + MG MG + A => Bd + GL + H OH H OH H OH H glicerol

30 Diagrama de Blocos do Processo Produtivo Industrial PREPARAÇÃO DO CATALISADOR PREPARAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA TRANSESTERIFICAÇÃO SEPARAÇÃO DAS FASES PURIFICAÇÃO DO BIODIESEL DESIDRATAÇÃO DO ÁLCOOL RECUPERAÇÃO DO EXCESSO DE ÁLCOOL fase glicerinosa GLICERINA BRUTA BIODIESEL UTILIDADES INDUSTRIAIS

31 Qual a diferença entre tecnologias de produção de biodiesel? Qualidade Requerida para as Matérias Primas Balanço de Massa e de Energia Quantidade e Qualidade dos CoProdutos Quantidade e Qualidade dos Resíduos Aspectos Operacionais do Processo: Controle Manutenção Dinâmica e Estabilidade Flexibilidade Investimentos vs. Escopo Garantias

32 É possível produzir biodiesel de algodão? Por que não? É possível adequálo às especificações internacionais? Assim como a partir de muitas outras oleaginosas, com ressalvas.

33 PORTARIA ANP 42/2004 EN ASTM D6751 MÉTODO CARACTERÍSTICA Tipo ABNT NBR ASTM D EN/ISO UND LIMITE LIMITE LIMITE LII NE NE kg/m3 Anotar (1) NE NE Aspecto P Massa específica a 20ºC N 7148, , 4052 Viscosidade Cinemática a 40 C, N EN ISO 3104 mm2/s Anotar (1) 3,5 5,0 1,9 6,0 Água e sedimentos, máx. (2) P 2709 % volume 0, mg/kg 500 mg/kg Contaminação Total (3) P EN mg/kg Anotar 24 NE Ponto de fulgor, mín. P EN ISO3679 C Teor de éster (3) P EN % massa Anotar 96,5 NE Destilação; 90% vol. recuperados, máx. N 1160 C 360 NE 360 Resíduo de carbono dos 100% destilados, máx. P 4530, 189 EN ISO 10370, % massa 0,1 NE 0,05 Cinzas sulfatadas, máx. P ISO 3987 % massa 0,02 0,02 0,02 Enxofre total (3) P 4294, 5453 EN ISO % massa Anotar 10 mg/kg 15 mg/kg Sódio + Potássio, máx P EN 14108, EN mg/kg 10 5 NE Cálcio + Magnésio (3) P EN mg/kg Anotar 5 NE Fósforo (3) P 4951 EN mg/kg Anotar 10 10

34 PORTARIA ANP 42/2004 EN ASTM D6751 MÉTODO CARACTERÍSTICA Tipo ABNT NBR ASTM D EN/ISO UND LIMITE LIMITE LIMITE Corrosividade ao cobre, 3h a 50 C, máx. P EN ISO Número de Cetano (3) N 613 EN ISO 5165 Anotar Ponto de entupimento de filtro a frio, máx. (1) N C 7 Índice de acidez, máx. P Glicerina livre, máx. P 6584 (4) Glicerina total, máx. P 6584 (4) Monoglicerídeos (3). P 6584 (4) Diglicerídeos (3) P 6584 (4) Triglicerídeos (3) P 6584 (4) Metanol ou Etanol, máx. P Índice de Iodo (3) N N EN mg KOH/g (4) EN % massa (4) EN EN % massa (4) EN % massa (4) EN % massa (4) EN % massa (4) EN % massa (4) EN (4) EN (4) NE 0,8 0,5 0,8 0,02 0,02 0,02 0,38 0,25 0,24 Anotar 0,8 NE Anotar 0,2 NE Anotar 0,2 NE 0,5 0,2 NE Anotar 120 NE h 6 6 NE N % massa NE 12 NE N % massa NE 1 NE Massa específica a 15ºC N kg/m3 NE NE Resíduo de carbono dos 10% finais da destilação, máx. P NE 0,3 NE Estabilidade à oxidação a 110 C, mín Éster metílico de ácido linoléico, máx. Éster metílico de ácido polinsaturado (>= 4

35 Notas NE Propriedade Inexistente. (1) A mistura óleo diesel/biodiesel utilizada deverá obedecer aos limites estabelecidos constantes da especificação vigente da ANP de óleo diesel automotivo. (2) O método EN ISO12937 poderá ser utilizado para quantificar a água não dispensando a análise e registro do valor obtido para água e sedimentos pelo método ASTM D 2709 no Certificado da Qualidade. (3) Estas características devem ser analisadas em conjunto com as demais constantes da tabela de especificação a cada trimestre civil. Os resultados devem ser enviados pelo produtor de biodiesel à ANP, tomando uma amostra do biodiesel comercializado no trimestre e, em caso de neste período haver mudança de tipo de matériaprima, o produtor deverá analisar número de amostras correspondente ao número de tipos de matériasprimas utilizadas. (4) Os métodos referenciados que demandam validação para as oleaginosas nacionais e rota de produção etílica. N Propriedades cujo valor é influenciado predominantemente pela NATUREZA da matéria prima. P Propriedade cujo valor é influenciado predominantemente pela qualidade do PROCESSO.

36 Qual a Diferença entre Matérias Primas? Existem mais de 350 espécies identificadas Rendimento por hectare Custo & Preço Empregabilidade Natureza das Impurezas Composição dos Ácidos Graxos Número de Carbonos Número de Saturações Grupamentos Químicos Nome Nº C Nº Duplas Caprílico 08 0 Cáprico 10 0 Láurico 12 0 Mirístico 14 0 Palmítico 16 0 Esteárico 18 0 Araquídico 20 0 Oléico 18 1 Linoléico 18 2 Linolênico 18 3 Ricinoléico OH

37 Composição de ácidos graxos de alguns óleos e gorduras Citados por Oliveira, 2000

38 Características do óleo de algodão Composição de ácidos graxos do óleo de algodão 12% ácido graxo mirístico 18 25% ácido graxo palmítico 125% ácido graxo esteárico 12% ácido graxo palmitoléico 1738% ácido graxo oléico 4555% ácido graxo linoléico Características do óleo de algodão Índice de iodo: Índice de acidez: 0,04 0,08 Índice de saponificaçao: índice tiocianogênio: índice de refração:1,4697 1,4698 Fonte: Embrapa, 2003

39 Porcentagem de ácidos graxos em diversos óleos Ácido graxo Soja Algodão Milho Oliva Girassol Mirístico 0,1 1,0 0 0,1 Traços Palmítico 10,5 25,0 11,5 16,9 8,0 0,9 Esteárico 3,2 2,8 2,2 3,9 2,5 1,5 Oléico 22,3 17,1 26, ,1 Linoléico 54,5 52,7 58,7 14,8 75 2,9 Linolênico 8,3 0 0,8 0,9 0,5 Ricinoléico Mamona 90 Fonte: McCance & Widdowson Ácido oléico: CH3 (CH2 )7 CH=CH(CH2 )7 COOH Ácido linoléico: CH3 (CH2 )4 CH=CHCH2 CH=CH(CH2 )7 COOH Ácido ricinoléico: CH3 (CH2 )5 CHCH2 CH=CH(CH2 )7 COOH OH

40 Particularidades dos óleos vegetais Girassol Mamona Cera Hidroxila Dendê Acidez Algodão Gossipol Gossipol 0,5 1,0% da semente Características muito ácidas Reação com bases fortes

41 Diagrama de Blocos do Processo Produtivo Industrial PREPARAÇÃO DO CATALISADOR PREPARAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA TRANSESTERIFICAÇÃO SEPARAÇÃO DAS FASES PURIFICAÇÃO DO BIODIESEL DESIDRATAÇÃO DO ÁLCOOL RECUPERAÇÃO DO EXCESSO DE ÁLCOOL fase glicerinosa GLICERINA BRUTA BIODIESEL UTILIDADES INDUSTRIAIS

42 Portaria ANP 42/2004 Propriedades predominantemente influenciadas pela qualidade do PROCESSO

43 PORTARIA ANP 42/2004 CARACTERÍSTICA ABNT NBR MÉTODO ASTM D EN/ISO UND LIMITE Aspecto LII Água e sedimentos, máx. (2) 2709 % volume 0,05 Contaminação Total (3) EN mg/kg Anotar EN ISO3679 C 100 EN % massa Anotar 4530, 189 EN ISO 10370, % massa 0, ISO 3987 % massa 0,02 Enxofre total (3) 4294, 5453 % massa Anotar Sódio + Potássio, máx mg/kg 10 Cálcio + Magnésio (3) EN mg/kg Anotar Fósforo (3) 4951 EN mg/kg Anotar Corrosividade ao cobre, 3h a 50 C, máx EN ISO Índice de acidez, máx Glicerina livre, máx (4) Glicerina total, máx (4) Monoglicerídeos (3) (4) Diglicerídeos (3) 6584 (4) Triglicerídeos (3) 6584 (4) Metanol ou Etanol, máx. Ponto de fulgor, mín. Teor de éster (3) Resíduo de carbono dos 100% destilados, máx. Cinzas sulfatadas, máx. EN ISO EN 14108, EN EN mg KOH/g (4) EN % massa (4) EN EN % massa (4) EN % massa (4) EN % massa (4) EN % massa (4) EN % massa (4) 0,8 0,02 0,38 Anotar Anotar Anotar 0,5

44 Portaria ANP 42/2004 Propriedades predominantemente influenciadas pela NATUREZA da matéria prima

45 PORTARIA ANP 42/2004 MÉTODO CARACTERÍSTICA UND LIMITE kg/m3 Anotar (1) ABNT NBR ASTM D Massa específica a 20ºC 7148, , 4052 Viscosidade Cinemática a 40 C, EN ISO 3104 mm2/s Anotar (1) Destilação; 90% vol. recuperados, máx C 360 Número de Cetano (3) 613 EN ISO 5165 Anotar C 7 Índice de Iodo (3) EN (4) Estabilidade à oxidação a 110 C, mín EN (4) Ponto de entupimento de filtro a frio, máx. (1) EN/ISO Anotar h 6

46 Conclusões sobre as especificações Flexibilidade para produção de biodiesel de várias matériasprimas. Limites estabelecidos como Anotar para as propriedades cujo método analítico ou ainda os seus limites não estão bem definidas devido à diversidade da natureza das matériasprimas. Controle para que a mistura biodiesel/diesel (Bx) deve alcançar totalmente as especificações do óleo diesel (ANP 310). MÉTODO: Incentivo para desenvolvimento de métodos analíticos para diversas matériasprimas. LIMITE: Necessidade de misturas entre biodiesel de diferentes matériasprimas para alcançar as especificações americanas e européias.

47 Biodiesel Blends Iodine Number Iodine Number 110 (1)Soya (2)Castor (1)Cotton (2)Soya 100 (1)Soya (2)Rapeseed Max Limit EN (1)/(2), %

48 Biodiesel Blends Density Density 20oC/4oC 0.9 (1)Castor (2)Cotton (1)Soya (2)Castor (1)Rapeseed (2)Castor (1)Soya (2)Rapeseed 0.89 Lower Limit EN Upper Limit EN (1)/(2), %

49 Biodiesel Blends Viscosity oC, mm2/s (1)castor (2)Cotton (1)Soya (2)Castor (1)Rapeseed (2)Castor Lower Limit EN Upper Limit EN (1)/(2), %

50 Desafios na Produção e Comercialização de Biodiesel Suprimento da matéria prima. Custo de oportunidade elevado de óleos valorizados no mercado químico quando direcionado ao mercado energético. Largo universo de condições operacionais exigidos no processo de produção multi Dinâmica do processo complexa na mudança de matéria prima. propósito.

51 Desafios na Produção e Comercialização de Biodiesel Necessidade de estabelecimento de padrões de qualidade para as diversas matéria Necessidade de metodologias normalizadas de C&CQ que contemplem as diversas Necessidade de Blends para atendimento às especificações ASTM D6751 e EN Preço unitário praticado por litro. primas. opções de oleíferas.

52 Desafios na Produção e Comercialização de Biodiesel Internalizar na composição de custo do biodiesel os benefícios quantificados de seu uso. Aumento de produtividade na agricultura. Fonte: COPERSUCAR Valorização dos coprodutos