Alternativas tecnológicas para o uso de bagaço e palha de cana. Fernando JG Landgraf, Diretor de Inovação do IPT SIMTEC 2010

Transcrição

1 Alternativas tecnológicas para o uso de bagaço e palha de cana Fernando JG Landgraf, Diretor de Inovação do IPT SIMTEC

2 Disponibilidade de bagaço e palha no Brasil Em 2009, foram colhidos 650 Mt de cana Cada tonelada de cana 150 kg de açúcares 140 kg de bagaço 70 kg de palha no caule 70 kg de palha na ponteira 570 kg água 2

3 Valor do Potencial energético da biomassa Caso do bagaço de cana: $ = M cana. f bagaço e palha. PCS. f conversao. η. R$ / MWh $ = 650 Mt/ano.0,14. 18GJ/t. 0,277MWh/GJ. 0,4. R$ 130/MWh = R$ 24 Bilhões em 2009 $ = valor anual da energia elétrica que poderia ser produzida M cana = produção anual de cana no Brasil f bagaço e palha = fração de bagaço e palha disponível para uso: 140kg/tonelada de cana, base seca. PCS = Poder Calorífico Superior f conversao = fator de conversão MWh/GJ η = rendimento energético de um gaseificador acoplado a um gerador de energia elétrica R$ / MWh = valor da EE vendida pela usina. 3

4 Mas uma usina de etanol e açúcar pode fazer muito mais que apenas energia: É a Biorefinaria de Cana 4

5 Os produtos da Biorefinaria da cana 5

6 Comparando 4 alternativas de uso do bagaço e palha Estudo feito em 2007, pelo IPT + CTC, apresentado pelo nosso colega Bonomi, hoje no CTBE: Cálculo do valor dos produtos, por tonelada de cana 1. Rota Convencional 2. Rota Convencional de otimização energética (para gerar EE com rendimento de 30%) 3. Rota bioquímica: hidrólise enzimática 4. Rota termo-química: gaseificação seguida de fabricação de metanol a partir do gás. Não é custo, é valor de mercado dos produtos 6

7 Rota convencional 7

8 Rota de otimização energética 8

9 9

10 Rota gaseificação e transformação do gás em metanol 10

11 Resumindo a comparação Valor R$/t TEP/t convencional 86,50 0,048 Otimização energética 110,00 0,11 Hidrólise enzimática 163,00 0,09 Gaseificação e prod. metanol 155,00 0,08 Números obtidos com os valores de 2007 Nos dois últimos casos, Ainda depende de avaliar a viabilidade técnica, o custo do investimento, O custo operacional. 11

12 Estamos na fronteira da tecnologia Por causa da diversidade de opções tecnológicas e da variedade de biomassas, ainda não existe um consenso sobre a combinação mais adequada. Não podemos identificar claramente um projeto dominante (no uso de biomassa)... portanto o governo deve encorajar a variedade tecnológica. (Piterou et al., 2008) Variedade Apostar em várias tecnologias Variedade Apostar em flexibilidade 12

13 A alternativa hidrólise enzimática Hidrólise significa reação com água. Água se dissocia em H+ e OH- Esses dois íons atacam uma molécula grande subdividindo-a Enzimas são proteínas que aceleram esse processo Fibra de celulose (verde) Recoberta com hemicelulose 13

14 Potencial de conversão do Bagaço em etanol Kg Kg litros hidrolise fermentação celulose 200 glicose 209 etanol 123 hemicelulose 158 lignina 100 xilose proteinas 17 arabinose 126 etanol 63 cinza 25 agua 500 total 186 hidrólise Rossell,

15 Desafios e estratégias de P&D para o sucesso do pré-tratamento Redução da formação de inibidores para as enzimas ou microorganismos da fermentação (p.ex. condições mais brandas) Deslignificação do bagaço - É importante? Pré-tratamento biológico? Maximizar acessibilidade do bagaço à ação enzimática Minimizar a perda de açúcares Maximizar a obtenção de outros subprodutos de valor agregado (p.ex. lignina) Minimizar o uso de energia, produtos químicos e equipamentos Processo escalonável para produção industrial. 15

16 A alternativa gaseificação Rota bioquímica = hidrólise Rota termoquímica = gaseificação CO + H 2 + CH 4 + CO 2 + H 2 O 16

17 O que é a gaseificação de biomassa É queimar o bagaço e a palha com pouco oxigênio, De maneira a obter um gás contendo principalmente CO + H2. Esse gás é reativo, Pode ser queimado numa turbina para gerar EE Pode ser reagido e transformar-se em Biocombustíveis: biodiesel, metanol, etc Bioprodutos: biopolímeros, amônia, hidrogênio. 17

18 Como queimar controlada e rapidamente Se for líquido ou pó fino: Num maçarico confinado Se for sólido: Numa cama de areia Fluxo de arraste (modelo Siemens) Leito fluidizado 18

19 Duas principais rotas BTL para o Centro de gaseificação Pretratamento Gaseificação Tratamento gases Rota leito circulante O2 Filtragem a quente Reforma metano Peletização Gaseificador leito fluidizado circulante: ~100 MW (20 t/h) Recuperação de calor Compressão Shift CO Remoção gases ácidos Gás de síntese Biomassa Torrefação Recuperação calor Filtragem a frio Rota fluxo de arraste Pirólise rápida O2 Gaseificador fluxo arraste: > 100 MW 19

20 Pesquisas Básicas Pré-Processo Projeto Gaseificação PLANTA PILOTO Pesquisas Básicas Pós-Processo lixo Entradas Saídas DME Restos florestais cavacos Bagaço, palha de cana e outras culturas energéticas Energia Elétrica e FT/Diesel H2 Fertilizantes GNS Resíduos petroquímicos Pré-Processo (peletização ou pirólise?) ProcessoGaseificação (liq ou solid?) Pós-Processo (motor a gas, lavagem para FT) Outros Gases/ Metanol pirólise separação torrefação Gaseificação alimentação Automação, Outros proc, Etc... Pesquisas Básicas - Processo 20

21 Gaseificação Existem dezenas de plantas piloto no mundo: Brasil está atrasado! Varnamo: Operação MW e + 9 MW t (aquecimento) > hs gaseificação pressurizada > hs operação integrada Bioliq Karlsruhe (Alemanha) Pirólise rápida 0,5t/h biomassa 21

22 A planta Beta da Choren, Alemanha Produção: 18M litros de biodiesel /ano 65,000 t madeira/ano Investimento: 100 M 1.5 km de tubulações, 57 km cabos elétricos 60 bombas parceiros: Daimler e Volkwagen 22

23 Siemens, Alemanha Planta piloto em Freiberg (ex-future Energy Tecnologia comercial para carvão. 23

24 ECN, Holanda kg/h 2008, 160kg/h 24

25 Situação atual (2010) Não há tecnologia comercial daí tantas plantas piloto É sensível à matéria prima é nossa oportunidade O desafio é baixar o custo do investimento Falam de U$ 3/ W, teria que ser U$ 1,2 / W É sensível à escala Pode ser que exija juntar biomassa de 5 usinas 25

26 2. Pré-viabilidade econômica do processo Leito Fluidizado Planta de gaseificação para geração de energia elétrica com CC Base: usina de 2Mt cana/ano Resultados encontrados: para as condições estabelecidas, Com Investimento de R$ 199M o preço de venda da energia elétrica = R$ 134,00 / MWh, (abaixo do preço de mercado: viável ) Potência gerada: 67MW Energia vendida/ano: MWh Ou seja, US$110M/ 67MW = U$1,7/W (número mais frequentemente citado é U$ 3 / W) O gráfico abaixo mostra a análise de sensibilidade das principais variáveis analisadas. 26

27 Gráfico de sensibilidade para 10% variação Rendimento energético assumido: 40% Investimento assumido: R$ 199M Custo variável assumido: R$40,71 por MWh Custo fixo anual assumido: R$ ,97 126,13 rendimento 143,51 inviabilidade econômica 127,32 Investimento 140,58 129,16 custo variável 138,74 131,97 custo fixo anual 135, R$/MWh 27

28 Conclusão A oportunidade é enorme Os desafios também Apresentamos aqui uma proposta 28

29 O projeto de um Centro de Desenvolvimento da Gaseificação de Biomassa - CDGB CTC participou de vários projetos de avaliação de viabilidade IPT estuda gaseificação há 20 anos Quatro empresas aceitam investir mais de R$1M cada num consórcio, contando com apoio federal e estadual para estabelecer o CDGB CTBE juntou-se suas competências ao grupo Projeto está em avaliação na FINEP e BNDES 29