Energia e suas formas

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1 Energia e suas formas A energia pode se apresentar de diversas formas, entre as quais podemos mencionar: Energia de radiação Energia química Energia nuclear Energia térmica Energia mecânica Energia elétrica Uma característica importante da energia é a sua capacidade de transformação, ou seja, a possibilidade de conversão de uma forma de energia em outra mais adequada a uma determinada utilização.

2 Conversão de energia

3 As Leis da Termodinâmica e as transformações de energia As leis fundamentais que regem as transformações de energia são a primeira e a segunda leis da termodinâmica. Primeira lei da Termodinâmica (Lei da Conservação da Energia) Toda energia é conservada, não podendo ser criada ou destruída.

4 A primeira lei da Termodinâmica Energia (entrada) Sistema Energia útil Energia perdida Energia elétrica Energia eletromagnética (luz) Calor

5 Eficiência energética A eficiência energética (η) pode ser definida como a razão entre a energia útil e a energia consumida: η= Eútil Econsumida = Econsumida- Perdas = 1 - Perdas Econsumida h Econsumida

6 A segunda Lei da Termodinâmica Em termos gerais a segunda lei da termodinâmica nos diz que não se pode utilizar todas as formas de energia com a mesma eficiência. Por exemplo, é possível converter integralmente energia mecânica em calor, mas não é possível fazer o inverso. A segunda lei nos diz que é impossível a existência de máquinas térmicas que possam transformar calor completamente em trabalho, ou seja, com 100% de eficiência.

7 Os problemas envolvidos no consumo de energia Resíduos / poluentes Fonte de energia: renovável não-renovável Sistema Energia perdida Energia convertida: potência elétrica potência mecânica

8 Fontes de energia Fontes de energia não-renováveis: São fontes de energia esgotáveis, ou seja, existem na natureza numa quantidade finita. São as fontes de origem fóssil. Petróleo Gás natural Carvão mineral

9 Fontes de energia Fontes de energia renovável: São fontes de energia teoricamente inesgotáveis, uma vez que estão constantemente disponíveis ou se renovam num curto período de tempo. Energia solar Energia eólica Geotérmica Biomassa Entre outras

10 Os problemas envolvidos no consumo de energia Poluentes/Impacto ambiental Fonte de energia: renovável não-renovável Sistema Energia perdida Energia convertida: potência elétrica potência mecânica

11 Resíduos e Poluentes O Efeito Estufa

12 Resíduos e Poluentes O Efeito Estufa Contribuição relativa de poluentes para o efeito estufa CO2 14% 6% 20% CH4 60% NOx Hidrocarbonetos halogenados

13 Níveis de dióxido de carbono (CO2) - Biocombustíveis fotossíntese biocombustível

14 Níveis de dióxido de carbono (CO2) combustíveis fósseis atmosfera fotossíntese Combustível fóssil

15 Níveis de dióxido de carbono (CO2) combustíveis fósseis atmosfera fotossíntese Utilização da biomassa para produção de energia Combustível fóssil

16 Emissões de CO2 Biocombustíveis X Combustíveis fósseis CO2 vai para a CO2 retorna atmosfera para a biomassa Biocombustível Combustível Biomassa Combustíveis fósseis

17 Biocombustíveis (Bio)Etanol Biodiesel Biomassa Biogás Hidrogênio

18 Biocombustíveis Etanol

19 Biocombustíveis - Etanol Fermentação Energia (ATP) Etanol Açúcares Glicose Frutose Maltotriose CO2 Ésteres Álcoois superiores

20 Biocombustíveis - Etanol

21 Produção de açúcar e álcool a partir de cana CANA RECEPÇÃO/ PREPARO EXTRAÇÃO CALDO PROCESSO AÇÚCAR AÇÚCAR BAGAÇO MELAÇO CALDO GERAÇÃO DE VAPOR e ELETRICIDADE PROCESSO ÁLCOOL ÁLCOOL VINHAÇA

22 Energy Return of Invested Energy

23 Composição da cana-de-açúcar Somente cerca de um terço da massa da cana-de-açúcar é composta por sacarose bagaço sacarose pontas e palha 31% 35% 34%

24 Composição do bagaço Mais de 70% do bagaço de cana-de-açúcar é composto por polímeros de açúcares celulose hemicelulose 47% lignina outros 7% 21% 25%

25 Polímeros de açúcares Celulose: polímero cristalino formado a partir de mais de monômeros de glicose. Não fermentável na forma original Hemicelulose: polímero amorfo formado por longas cadeias de açúcares, compreendendo geralmente: manose, xilose, arabinose, galactose e glicose. Parcialmente fermentável

26 Obtenção de Etanol de material Lignocelulósico (2ª. Geração) Biomassa Lignocelulósica Moagem Pré-tratamento Hidrólise Fermentação Gaseificação Etanol Fermentação Conversão catalítica Etanol

27 Gaseificação A gaseificação é uma reação de oxidação da biomassa em atmosfera pobre em oxigênio, ou seja, uma oxidação parcial C6H10O5 + 6O2 6CO2 + 5H2O (combustão) C6H10O5 + 1/2O2 2CO + 4H2 6CO + 5H2 cat. gás de síntese C2H5OH + H2O cat. = catalisadores baseados em Rh, Cu e Mo (gaseificação) produção do etanol

28 Biocombustíveis Biodiesel

29 Biodiesel De acordo com a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), o biodiesel é definido como um combustível composto de alquil ésteres de ácidos graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais. Em termos mais práticos, o biodiesel pode ser definido como um éster metílico ou etílico derivado de um ácido graxo. OR` R C Fórmula Geral O

30 Síntese do Biodiesel Transformação de triacilglicerídeos ou ácidos graxos livres em ésteres metílicos ou etílicos. Necessidade de catálise: ácida, básica ou enzimática. TAG + 3R`OH cat. 3R COOR + C3H5(OH)3 AG + R`OH cat. R COOR + H2O

31 Mecanismo de catálise básica

32 Produção de biodiesel

33 Padrão de Qualidade do Biodiesel O orgão que regulamenta a qualidade do Biodiesel comercializado no Brasil é a ANP, segundo a resolução ANP no. 7 de 19/03/2007

34 Padrão de Qualidade do Biodiesel

35 Padrão de Qualidade do Biodiesel

36 Matérias-primas Fonte Óleos vegetais Óleo de canola Óleo de oliva Óleo de girassol Óleo de cártamo Óleo de soja Óleo de palma Óleo de algodão Óleo de papoula Óleo gergelim Óleo de linhaça Óleo de trigo Óleo de milho Óleo mamoma Óleo de louro Óleo amendoim Óleo de avelã Teor de óleo Índice de iodo Número Palmítico Palmitoleico Esteárico Oleico Linoleico Linolenico de 16:1 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 cetano

37 Biocombustíveis Biogás

38 Produção de Biogás (CH4) Fermentação anaeróbia

39 Sistema básico para produção de Biogás

40 Biomassa para produção de Biogás

41 Biogás Composição e uso Geração de calor Geração de energia elétrica

42 Vantagens da Instalação dos Biodigestores Redução da contaminação por coliformes Redução do odor Redução da incidência de moscas Disponibiliza os componentes dos efluentes para uso na fertirrigação (NPK). Geração de renda a partir do uso do gás

43 Biocombustíveis Hidrogênio

44 Bio-Hidrogênio Por que o hidrogênio é uma alternativa atrente? Comparando o calor de combustão de alguns combustíveis : Substância Metano Óleo Gordura Carvão Etanol Glicose Calor de combustão (Kcal/g) 13,2 10,0 9,1 7,8 7,1 4,1 Hidrogênio 34,2 Kcal/g Hidrogênio é obtido de forma tradicional através da eletrólise da água.

45 Hidrogênio de fontes renováveis

46 Rotas mais promissoras para conversão de biomassa em hidrogênio Termal Gaseificação Biológica Pré-tratamento Pirólise Fermentação gás de síntese Líquidos e vapores CH4 H2 etanol

47 Produção de Hidrogênio por Gaseificação e Pirólise Gaseificação C6H10O5 + 1/2O2 6CO + 5H2 gaseificação gás de síntese CO + H2O CO2 + H2 Pirólise deslocamento da água Biomassa Bio-óleo + carvão + gás Bio-óleo + H2O Ni CO + 5H2O CO + H2 CO2 + H2

48 Produção de Hidrogênio por Fermentação Anaeróbia H2 X Bloqueio da rota