UTILIZAÇÃO DE BIOMASSA PARA OBTENÇÃO DE DERIVADOS ENERGÉTICOS DE ALTO VALOR AGREGADO.

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1 UTILIZAÇÃO DE BIOMASSA PARA OBTENÇÃO DE DERIVADOS ENERGÉTICOS DE ALTO VALOR AGREGADO. Prof. Dra. Érica Leonor Romão Escola de Engenharia de Lorena EEL/USP

2 Fonte: BEN Oferta Interna de Energia no Brasil OIE (%)

3 Oferta Interna de Energia Elétrica OIEE (%) Fonte: BEN Biomassa: 74% bagaço de cana; 26% Ind. Papel e Celulose: lixívia, lenha e resíduos de árvores.

4 Fonte: BEN Fluxo de Energia Elétrica

5 Lignocelulósicas Biomassa RESÍDUOS AGRÍCOLAS (Palha e Bagaço da Cana de Açúcar, Palha e Casca do Arroz) BIOMASSA FLORESTAL RESÍDUO SÓLIDO URBANO DEJETOS ANIMAIS LODOS TORTA DE OLEAGINOSAS Lipídeos e proteínas

6 Disponibilidade de biomassa O Brasil tem muitas vantagens em relação aos outros países no que diz respeito ao uso de energia de fontes renováveis. 1ª Vantagem: Incorporação de áreas à agricultura de energia, sem competição com a agricultura de alimentos; 2ª Vantagem: Possibilidade de múltiplos cultivos dentro do ano; Brasil recebe intensa radiação solar ao longo do ano, o que promove uma maior densidade, por unidade de área, da produção de bioenergia. Diversidade do clima; Biodiversidade (não depende de uma única espécie)

7 Composição dos materiais lignocelulósicos O fracionamento da biomassa permite valorizar as frações nobres possibilitando que a geração de vários produtos de alto valor agregado. Material Composição (%) Celulose Hemicelulose Lignina Outros Bagaço de cana Bagaço de laranja Bambu Casca de arroz Casca de aveia Capim Eucalyptus grandis Palha de arroz Palha de cana Palha de milho Fonte: Romão, E.L (adaptado)

8 Processos de Conversão Energética Biológicos Físicos Conversão Termoquímica Torrefação Biomassa Torrificada Gás de Síntese Lignocelulósico

9 Processo de Pré-Tratamento - Pré-hidrólise ácida Biomassa Células Radiais Fibras Pré-Hidrólise Ácida 90 min/ciclo sendo 45min/reação 1,7% H2SO4 em relação a biomassa seca 0,7 MPa; 160 C Elementos de vaso E. grandis bruto Pré-hidrolisado (sol. de açúcares) 20% Lignocelulósico (fração sólida) 80% Fibras Furfural, Gesso Agrícola, Concentração (Carvão e óleo) Moagem Lixiviação Lignocelulósico Celulignina Reforma Autotérmica Microvulcões na parede int. da fibra de celulose Lignocelulósico Fonte: Romão, E. L., 2012 Singás Energia Elétrica (CC); Combustíveis líquidos; Produtos químicos Maçarico do Lignocelulósico Glóbulos de lignina Parede celular Lignocelulósico

10 Processo de Pré-hidrólise ácida Pré-tratamento Ampliar a gama de aplicações de biomassas tratadas por pré-hidrólise ácida singás; Lixiviação aquosa do lignocelulósico objetivando a redução dos teores inorgânicos; Gaseificação da lignocelulósico, monitorando os teores de K +, Na +, Cl - e enxofre total desde a biomassa bruta até o gás de síntese; Singás com especificações para aplicação como geração de energia termoelétrica; insumos químicos e combustíveis.

11 Reforma Autotérmica Conversão Termoquímica: A energia quimicamente armazenada é convertida em calor por meio da combustão. Todos os processos são baseados em: 1. Decomposição térmica da carga combustível primária; 2. Combustão dos produtos resultantes Combustão (1+2) CO 2 + H 2 O + N 2 Pirólise (1) carvão + óleo + gás (2) Gaseificação (1) CO + H 2 + CH 4 (singás) (2) Pode ser utilizado em motores e turbinas com maior eficiência. Lignocelulósico (C + H 2 O) Reforma autotérmica (CO + H 2 ) singás Máxima conversão de energia no singás (93%) Composição típica do singás: H 2 (37,31%), CO (41,20%) e CO 2 (16,01%) PCS (singás) 11,2 MJ/Nm 3 PCS do Gás Natural ~42 MJ/Nm 3

12 Limites desejáveis por aplicação do gás. (Adap.GURGEL, 2008). Parâmetros Unidade Motores Turbinas Síntese do a gás metanol Poder calorífico MJ/Nm³ n.e. 4-6 n.e. Temperatura máxima C Baixa n.e. Partículas mg/nm³ < 50 < 30 < 200 Tamanho da partícula μm < 10 < 5 n.e. Alcatrão mg/nm³ < ou vapor < 0,1 Metais alcalinos ppb n.e n.e. NH3 mg/nm³ n.l. n.l. < 0,1 HCl mg/nm³ n.e. < 1 < 0,1 Compostos sulfurados (H 2 S; COS) mg/nm³ n.e. < 1 < 1 CO 2 % vol n.l. n.l. < 12 n.e.: não especificado; n.l.: não limitante O singás que não atende à especificação pode causar corrosão a quente ou erosão ou deposição em função dos particulados nas palhetas da turbina a gás.

13 Limpeza dos tubos da caldeira

14 Conclusão O craqueamento da biomassa visa a valorização das frações nobres para geração de energia elétrica e obtenção de insumos químicos e combustíveis; O lignocelulósico obtido no processo fica: Poroso, baixa umidade: rendimento líquido de energia produzida; Friável: moagem facilitada com consumo de energia. As partículas pequenas e porosas combustível mais reativo, facilitando o processo de gaseificação (estável) contribuindo para redução de custo do gaseificador; A pré-hidrólise eficiente para redução dos metais alcalinos; biomassa combustível substituto de gás natural turbinas a gás p/ geração de energia

15 Fluxograma Esquemático da Integração Total das Energias Renováveis e Fósseis ITERF Pellets e Briquetes Biomassa (não torrificada) e Torrificada BL BR BB e PB BT e PT PT Substituto de Lenha Siderurgia e Exportação Plantas Aquáticas Resíduos Orgânicos Vegetais Não Lenhosos Floresta Energética (Vegetais Lenhosos) Proteína Animal Biomassa Residual - BR Biomassa Limpa - BL Microalga Melaço Substrato p/ mudas Evaporador de Múltiplo Efeito EME BR BL BL CO 2 BR CO 2 ph Pré-Hidrólise PH ph LC H 2 -GBASC HEEE UTE/ASC LC PT BT Pilha BT Retenção de Carb. Fóssil Etanol 2ª Geração Lignocelulósico LC H 2 Energia Elétrica EE SIG MDTBV CO + H 2 Singás H 2 Cinza Fermentação de Álcoois Síntese de Monômeros Refinaria de Petróleo HDT DieselVerde Cinza Arg. Calc. FAC NH 3 Matérias-Primas Brutas Óleos Vegetais Outros Óleos Matérias-Primas Agrupadas Engenharia de Processo Engenharia de Produto CPTS Gases Industriais GI Célula a Combustível CaC Legenda: BR: Biomassa Residual; BL: Biomassa Limpa (cavaco de tronco descascado); BB: Briquete Biomassa (não torrificada); BT: Briquete Torrificada; PB: Pellet Biomassa (não-torrificada) ; PT: Pellet Torrificado; ph: pré-hidrolisado; LC: Lignocelulósico; H 2 -GBASC: Produção de H 2 por Gaseificação de Biomassa em Água Supercrítica (ASC); HEEE: Hidroestocagem de Energia Elétrica (EE); UTE/ASC: Unidade Termoelétrica a Água Supercrítica; Pilha BT: Pilha de Briquete Torrificado de Seção Quadrada; Arg. Calc: Argila Calcinada; SIG: Singás; MDTBV: Motor de Dois Tempos e Baixa Velocidade; FAC: Fábrica de Artefato de Cimento; CPTS: Coletor Parabólico Térmico Solar; HDT: Hidrotratamento de Óleos Vegetais para obtenção de Diesel Verde; GI: Gases Industriais; CaC: Célula a Combustível. Fonte: Pinatti, D. G., 2012

16 Conclusão Combustível sólido ciclo simples processo convencional Com o desenvolvimento das novas tecnologias objetivas-se singás reduzido teores de contaminantes (motogeradores, turbinas a gás) + caldeira de recuperação ciclo combinado alcançando rendimento térmico de 45 a 50%. Outras aplicações do singás combustíveis líquidos e produtos químicos, produção de etanol, geração de H 2. Combustíveis Gasosos Energia Combustíveis Líquidos Produtos Químicos

17 Busca de novas Tecnologias o Emissões de gases de efeito estufa o Degradação de áreas urbanas e recursos hídricos o Investimentos muito altos o Desperdiço de energia o Prejuízos ambientais o Tecnologias não sustentável o Tecnologia Autossustentável o Fonte de Energia Limpa e Renovável o Baixos investimentos e sem riscos à Natureza o Respeito à Saúde Pública o Preservação de áreas urbanas o Fim de contaminação por aterro o Fonte limpa de produtos químicos

18 Nada se cria, nada se perde, tudo se transforma. Antoine Laurent Lavoisier Agradeço a atenção de todos. Érica L. Romão - (ericaromao@usp.br)