Principais desafios em química verde para rotas industriais de conversão de biomassa. Eduardo Falabella Sousa-Aguiar PETROBRAS / CENPES e EQ/UFRJ

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1 Principais desafios em química verde para rotas industriais de conversão de biomassa Eduardo Falabella Sousa-Aguiar PETROBRAS / CENPES e EQ/UFRJ

2 Introdução EXPLORAÇÃO EXPLOTAÇÃO ÓLEO Indústria do Petróleo Tradicional TRANSPORTE DISTRIBUIÇÃO REFINO

3 Introdução Os principais desafios da indústria do refino hoje são: - Regulação ambiental cada vez mais restritiva; - Exigência de combustíveis mais limpos; - Matéria prima (cru) com qualidade inferior; - Incertezas sobre as escolhas do consumidor; - Pressões crescentes para redução dos gases de efeito estufa; - Globalização; - Manutenção da rentabilidade.

4 Introdução O refinador deve buscar soluções alternativas e inteligentes para poder cumprir tantas exigências. As soluções residem na busca de novas matérias primas e em novas rotas de refino, tais como combustíveis sintéticos e, obviamente, em CONVERSÃO de BIOMASSA.

5 Cenários A possibilidade de um cenário inovador em Sul América demanda novas tecnologias e a integração dessas nas refinarias não tradicionais, buscando para isso matérias primas alternativas. Conceito de Refinaria do Futuro Biomassa e outros Tecnologias XTL

6 Cenários EXPLORAÇÃO EXPLOTAÇÃO BIOMASSA GÁS NATURAL ÓLEO Indústria do Petróleo Do Futuro TRANSPORTE DISTRIBUIÇÃO PROCESSOS XTL REFINO BIOCOMBUSTÍVEIS

7 O conceito de biorrefinaria Nossa definição Biorrefinaria é um conceito que envolve as instalações e os processos através dos quais, a partir de biomassa renovável, biocombustíveis e outros produtos clássicos do refino tradicional do petróleo, tais como petroquímicos, são produzidos.

8 Fundamentos Principais tipos de biomassa: Biomassa Florestal Biomassa Agrícola Resíduos Animais Resíduos Sólidos Urbanos

9 Conversão de Biomassa Biomassa Lignocelulósica Hidrólise/ Fermentação Pirólise Gaseificação Bio-Óleo Syngas Etanol Hidrotratamento Fischer Tropsch Fischer Tropsch Modificado Síntese Metanol Diesel Parafinas, Lubrificantes, Nafta, GLP Alcoóis Metanol DME Açúcares Amidos Hidrólise/ Fermentação Etanol, Butanol, Hidrocarbonetos Óleos Vegetais Gorduras Transesterificação Esterificação Hidrotratamento Biodiesel HVO, H-Bio (Green Diesel)

10 Introdução. Rota Termoquímica Rota termoquímica Transformação termoquímica da biomassa, principalmente rejeitos, em: a) bio-óleo por pirólise; b) gás de síntese, por gaseificação, e a partir deste em combustíveis líquidos, energia e produtos especiais de elevada pureza e alto desempenho (rota BTL) c) HBio (green diesel) por hidrogenação direta.

11 PIRÓLISE DE BIOMASSA GASES LÍQUIDO SÓLIDO O que fazer com o bióleo?

12 PIRÓLISE DE BIOMASSA Bioóleo tem um grande número de componentes de alto grau de sofisticação molecular Components in the crude bio-oil Components wt% Acetic acid Acetone hydroxy-2-propanone Hydroxy-acetaldehyde Methanol 4.59 Levoglucosan 3.94 Group of Acid and Esters Group of ketones 6.77 Group of Aldehydes 8.75 Group of Phenols 8.20 Group of Ethers 0.94 Group of Alcohols 6.86 Others 2.94 Total Transformações químicas, usando um Catalisador, podem gerar produtos de alto valor agregado

13 PIRÓLISE DE BIOMASSA Por exemplo, Benzaldeído pode ser cataliticamente transformado em tolueno e benzeno TOLUENO BENZENO

14 H-BIO H-BIO H-BIO tecnologia Petrobras que processa óleos vegetais nas unidades de refino já existentes; Na tecnologia H-BIO, óleos vegetais são co-processados com petróleo nas unidades de hidrotratamento; O produto aumenta a qualidade do pool de diesel na refinaria, aumentando o número de cetanas e reduzindo o teor de enxofre.

15 H-BIO H-BIO Petroleum Atmospheric Distillation Atmospheric Residue Straight Run Diesel Vegetable Oil Existing HDT Untreated Diesel Fraction Vacuum Distillation Gasoil FCC LCO H-BIO Process Diesel Pool Vacuum Residue Delayed Coking Coker Gasoil

16 H-BIO H-BIO YIELDS 100 litres Soybean oil 96 litres of Diesel Soybean Oil 35 NM 3 H 2 Diesel NM 3 of Propane Altíssimo rendimento, (95% v/v) sem geração de resíduos e apenas um pouco de propano como coproduto.

17 H-BIO H-BIO Desafios Conversão de biomassa em unidades de HDT gera CO e CO 2, que são hidrogenados a metano, aumentando o consumo de H2 e reduzindo a atividade do catalisador; O principal desafio está no desenvolvimento de um catalisador que tenha atividade de HDT mas produza pouco CO e CO 2.

18 BTL O que é BTL afinal? GTL ou Gas-to-liquids, CTL ou Coal-To-Liquids e BTL ou Biomass-to-liquids Processos que envolvem a Transformação química do gás natural, do carvão mineral ou de biomassa em combustíveis líquidos e produtos especiais de elevada pureza e alto desempenho.

19 BTL Esquema de Processo - 3 Estapas, Biomassa + Agente gaseificante Gaseificação HCC Diesel CO + 2H 2 Parafinas pesadas HIDW Lubrificante / Parafinas Fischer- Tropsch Nafta

20 BTL Qual é a grande vantagem da tecnologia BTL em relação ao refino tradicional? Os produtos formados por BTL são sintéticos e LIMPOS O diesel gerado tem: ZERO de Enxofre, ZERO de aromáticos e 75 de cetano. Os lubrificantes produzidos: equivalem aos sintéticos de mais alto desempenho. BTL é uma tecnologia que produz derivados limpos a partir de diferentes matérias primas. (QV)

21 BTL Desafios Limpeza do gás a quente após gaseificação Catalisadores com nanopartículas de cobalto em FT Novos sistemas catalíticos de hidroprocessamento para remoção de parafinas Sistemas compactos de reatores (microrreatores)

22 COMENTÁRIOS FINAIS Biomassa estará presente no futuro do refino no Brasil, e requererá novos processamentos, materiais e catalisadores; Tais processos de conversão de biomassa para gerar biocombustíveis e bioprodutos exigirão grandes conhecimentos em várias áreas; Em todos os casos, há muitos desafios tecnológicos e os conceitos de inovação tecnológica bem como de Química Verde devem permear qualquer desenvolvimento.

23 Sempre acreditei que uma nova versão de um processo químico é melhor que a anterior. Como saber então qual deve ser a última? É um segredo do ofício que não obedece às leis da inteligência, somente à magia dos instintos, como a cozinheira que sabe quando a sopa está no ponto... Gabriel García Márquez (adaptação de E. Falabella)

24 Afinal, Converter Biomassa é Ciência ou Magia?

25 Afinal, Converter Biomassa é Ciência ou Magia? Uma pergunta lhes devo brindar (fruto de noites de muita agonia) Será válido de fato indagar Se a Biomassa é Ciência ou Magia? Pois tudo que aprendi ao pesquisar (acima de qualquer filosofia) Indica-me ser vero assegurar Que, sim, é uma Ciência, e não Magia! Mas dados que não andam se ajustando Se outro alguém, em seu laboratório Os tira com cuidado, utilizando Um método seguro e meritório, Revelam, meu amigo, que há, no entanto, Muito de Ciência...e de Magia outro tanto! E. Falabella