CB - Combustíveis e Biocombustíveis Prof. Delmárcio Gomes
ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS O que são? As fontes de energia não renováveis são aquelas que se encontram na natureza em quantidades limitadas e se extinguem com a sua utilização. Uma vez esgotadas, as reservas não podem ser regeneradas. Consideram-se fontes de energia não renováveis os combustíveis fósseis (carvão, petróleo bruto e gás natural) e o urânio, que é a matéria-prima necessária para obter a energia resultante dos processos de fissão ou fusão nuclear.
ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS O que são? Todas estas fontes de energia têm reservas finitas, uma vez que é necessário muito tempo para as repor, e a sua distribuição geográfica não é homogénea, ao contrário das fontes de energia renováveis, originadas graças ao fluxo contínuo de energia proveniente da natureza. Geralmente, as fontes de energia não renováveis são denominadas fontes de energia convencionais, uma vez que o sistema energético atual assenta na utilização dos combustíveis fósseis.
ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS O que são? São também consideradas energias sujas, já que sua utilização é causa direta de importantes danos para o meio ambiente e para a sociedade: Destruição de ecossistemas Danos em bosques e aquíferos Doenças Redução da produtividade agrícola Corrosão de edificações Monumentos e infra-estruturas Destruição da camada de ozono e chuva ácida Não se pode esquecer os efeitos indiretos como os acidentes em petrolíferas e minas de carvão ou a contaminação por derramamentos químicos ou de combustível.
ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS CARVÃO O Carvão é uma rocha orgânica com propriedades combustíveis, constituída maioritariamente por carbono. A exploração de jazidas de carvão é feita em mais de 50 países, o que demonstra a sua abundância. Esta situação contribui, em grande parte, para que este combustível seja também o mais barato. Inicialmente, o carvão era utilizado em todos os processos industriais e, ao nível doméstico, em fornos, fogões, etc. Foi, inclusive o primeiro combustível fóssil a ser utilizado para a produção de energia eléctrica nas centrais térmicas.
ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS PETRÓLEO O petróleo é um óleo mineral, de cor escura e cheiro forte, constituído basicamente por hidrocarbonetos. A refinação do petróleo bruto (ou crude) consiste na sua separação em diversos componentes e permite obter os mais variados combustíveis e matérias-primas. As primeiras fracções da refinação (isto é, os primeiros produtos obtidos) são os gases butano e o propano, que são separados e comercializados individualmente. No entanto, podem também ser misturados com o etano constituindo, assim, os gases de petróleo liquefeitos (GLP).
ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS GÁS NATURAL O gás natural é um combustível fóssil com origem muito semelhante à do petróleo bruto, ou seja, formou-se durante milhões de anos a partir dos sedimentos de animais e plantas. Tal como o petróleo, encontra-se em jazidas subterrâneas, de onde é extraído. A principal diferença prende-se com a possibilidade de ser usado tal como é extraído na origem, sem necessidade de refinação.
O que é combustão? COMBUSTÃO COMBUSTÍVEL + COMBURENTE C x H y + (x+y/4)o 2 xco 2 + (y/2)h 2 O Ex: Queima do propano C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O Outros exemplos...
Gasolina A gasolina é um combustível constituído basicamente por hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por produtos oxigenados; Esses hidrocarbonetos são, em geral, mais "leves" do que aqueles que compõem o óleo diesel, pois são formados por moléculas de menor cadeia carbônica (normalmente de 4 a 12 átomos de carbono); Também pode conter compostos de enxofre e nitrogênio.
Os alcanos mais voláteis faciltam a ignição; Geralmente adicionam etanol ou metanol como agentes antidetonantes; No Brasil, atualmente encontram-se no comércio vários tipos de gasolina que são: gasolina do tipo A ( 73 octanas - gasolina amarela ) gasolina do tipo B ( 82 octanas - gasolina azul) - Aviação gasolina do tipo C ( 76 octanas - gasolina + álcool ) - Automóveis gasolina verde (cujo NO = 110 130) - Aeronaves
Gasolina Aditivada Estas gasolinas possuem aditivos que visam melhorar a performance do combustível, nomeadamente: 1. detergente: visa reduzir os depósitos no sistema de injecção e no motor de forma a melhorar a combustão; 2. inibidor de corrosão: agente que visa proteger as zonas de circulação de combustível de forma a reduzir a corrosão provocada; 3. desemulsificante: promove a separação da água no sistema de distribuição e armazenagem do combustível, de forma a diminuir a corrosão daí resultante; 4. agente veículo (solvente sintético): por ser estável a altas temperaturas, provoca resíduos diminutos durante a combustão que se realiza na câmara de combustão do motor.
Gasolina Premium Apresentam elevados índices de octanagem, ou seja, a gasolina apresentará maior resistência à compressão sem detonação.
Gasolina adulterada Gasolina adulterada é caracterizada pela adição irregular de qualquer substância, sem recolhimento de impostos, com vistas à obtenção de lucro; Ela recebe elementos que a diferenciam da gasolina comum, como dioxido de enxofre.
Combustíveis e seus poderes caloríficos. COMBUSTÍVEL ENERGIA (kcal/kg) Gás natural 4.300 GLP 12.000 Gasolina 11.200 Hidrogênio 29.000 Lenha 2.500 Óleo diesel 10.700 Carvão mineral 6.800 Álcool etílico 6.500
Combustíveis Renováveis ou Biocombustíveis Biocombustíveis são combustíveis produzidos a partir de material de origem biológica, não fóssil, também conhecido pelo termo biomassa, que se transforma através de reações químicas. Os biocombustíveis são renováveis, isto é, são provenientes de fontes que podem ser repostas em quantidade e velocidade proporcional a sua utilização, sem o risco de se esgotar.
Combustíveis Renováveis ou Biocombustíveis Eles não contribuem para o acúmulo de CO 2, um dos chamados gases do efeito estufa, uma vez que os gases gerados na sua queima são reabsorvidos na biomassa da safra seguinte, mantendo o equilíbrio entre absorção e emissão.
Biomassa Plantas aquáticas e Terrestres Óleos vegetais Resíduos urbanos Resíduos industriais Resíduos florestais Exemplos Cana-de-açúcar, algodão, amendoim, dendê, girassol, soja, milho. Buriti, Babaçu, Mamona, Dendê etc. Aterro sanitário, Lodo (esgoto). De madeira, de alimentos, de bebidas, de papel de celulose, de beneficiamento de grãos. Bagaço de cana, esterco.
Algumas vantagens da utilização de biocombustível são as seguintes: é uma energia de fonte renovável; diminui a dependência do petróleo; pode ser produzido por um maior número de países quando comparado com o número dos produtores de petróleo (cerca de 120 e 15 respectivamente), gerando um mercado mundial para o produto;
emite menos gases poluentes e material particulado do que o diesel e gasolina; o CO2 gerado na sua queima é consumido na safra seguinte, diminuindo a presença de gases do efeito estufa;
Algumas das preocupações e desvantagens associadas à produção de biocombustíveis: A produção da matéria-prima para a produção de grandes quantidades de biocombustíveis pode levar ao esgotamento do solo, à destruição da fauna e flora regional, aumento do risco de erradicação de espécies animais e vegetais, possível aparecimento de novos parasitas e invasão das áreas de florestas tropicais pelas lavouras;
A energia necessária para a irrigação, aplicação de adubos e utilização de máquinas agrícolas, transporte e armazenamento não é levada em conta no balanço de emissão de CO 2. Cogita-se que poderá haver uma subida nos preços dos alimentos, ocasionada pelo aumento da demanda de matériaprima para a produção de biocombustíveis.
O Álcool Combustível (Etanol) Do ponto de vista químico, álcool é o composto orgânico que contém um grupamento OH (hidroxila) ligado a um carbono primário; No Brasil, o álcool combustível pode ser usado sob duas formas:
O álcool anidro, aquele usado como aditivo para a gasolina; O álcool hidratado, aquele usado diretamente como combustível para os carros a álcool ou bicombustíveis ( flex fuel ).
Álcoois como metanol e etanol podem ser obtidos tanto de fontes fósseis (gás natural) quanto de fontes renováveis (biomassa), mas o processo mais utilizado para a produção comercial de etanol é o da fermentação.
Local Matéria prima Conversões Brasil America Latina África (parte) Cana-de-açúcar Sacarose glicose e frutose etanol Índia Ásia (sudeste) EUA Milho Amido glicose etanol China Europa Beterraba Uva (em alguns casos) Sacarose glicose e frutose etanol
O Biodiesel É um substituto, atóxico, do óleo diesel (de fonte mineral), podendo ser usado tal qual (B100) ou em misturas com diesel em motores de caminhões, tratores, ônibus e outros veículos (motores à combustão interna de ciclo diesel), além de motores utilizados para geração de energia elétrica (estacionários).
A mistura diesel-biodiesel recebe o código de B2, B5, B25 etc., de acordo com o teor de biodiesel adicionado ao diesel: 2%, 5%, 25% e assim sucessivamente. A mistura até B20 pode ser usada em motores diesel sem necessidade de modificação técnica.
Algumas matérias-primas usadas são: algodão, amendoim, babaçu, buriti, canola, dendê, gergelim, girassol, jojoba, linhaça, mamona, nabo forrageiro, óleos de fritura, palmiste, pequim, pinhão manso, soja, tucumã e sebo.
QUÍMICA DO PETRÓLEO... Temperatura de Ebulição -TE( C) São dois os fatores que influem nas temperaturas de ebulição : O tamanho das moléculas; Os tipos de interações intermoleculares; QUÍMICA DO PETRÓLEO...
Temperatura de Ebulição -TE( C) Proporcional ao tamanho da cadeia: MAIOR CADEIA = MAIOR T.E. Área de contato maior, entre as moléculas! Para hidrocarbonetos ramificados: MAIOR NÚMERO DE RAMIFICAÇÕES = MENOR T.E. Área de contato menor, entre as moléculas!
A solubilidade dos compostos orgânicos também depende das forças intermoleculares.
Como separar as subst. de uma solução? Hexano T ebulição = 69 C Heptano T ebulição = 98 C
O petróleo entra por uma fornalha onde é vaporizado; a seguir passa por uma torre de destilação (destilação fracionada) onde é separado em várias frações. O resíduo da primeira torre é reaquecido e vai para uma segunda torre de destilação à vácuo (pressão reduzida) saindo óleos lubrificantes e o resíduo final que é o asfalto.
Cracking (quebra) térmico do petróleo ou Craqueamento do petróleo A destilação fracionada não é suficiente para atender a demanda de combustíveis. Em geral, apenas 15 % do petróleo é convertido diretamente em gasolina. A pirólise do petróleo visa a quebra por aquecimento de moléculas maiores em moléculas menores, componentes da gasolina, por exemplo.
Cracking catalítico triplica a quantidade de gasolina obtida do petróleo Ex: C 16 H 34 C 8 H 18 + 4 C 2 H 4 Óleo diesel gasolina alqueno
A reformação catalítica é um processo de refinação com duas principais finalidades: A) conversão de combustível de baixo IO (índice de octano) em outra de maior IO; B) produção de hidrocarbonetos aromáticos.
Octanagem é a denominação dada à capacidade que um combustível tem de resistir à compressão, sem entrar em processo de detonação (queima espontânea da mistura). Quanto maior a octanagem, maior será a resistência a esse fenômeno, muito prejudicial ao motor. gasolina de baixa octanagem (não resiste à compressão) sofre combustão prematura, pela simples compressão. gasolina de alta octanagem (resiste à compresão) sofre combustão diante de uma faísca produzida pela vela do motor.
heptano (valor 0) Menor resistência á combustão por compressão O índice de octanagem da gasolina brasileira é 86, ou seja, comporta-se como uma mistura contendo 86% de isoctano e 14% de heptano. isooctano (valor 100) Maior resistência á combustão por compressão
Desde janeiro de 1992, a gasolina brasileira é isenta de chumbo. O chumbo era utilizado mundialmente para aumentar a octanagem da gasolina, mas, por questões ambientais, vem sendo gradualmente eliminado. O Brasil foi um dos pioneiros na eliminação deste componente da gasolina. Antidetonante da gasolina abolido a alguns anos. Tetraetil - chumbo
OCTANAGEM DA GASOLINA Escala para medir qualidade: Índice de Octanagem, 0% 50% 100% 0% - Isoctano 100% - Isoctano 100% - n-heptano 0% - n-heptano ANTIDETONANTES (a gasolina aditivada)
Gás de Petróleo aquecer, cozinhar, fabricar plástico alcanos com cadeias curtas (1 a 4 átomos de carbono) faixa de ebulição: menos de 40ºC liquefeitos sob pressão para criar o GLP Nafta intermediário da gasolina mistura de alcanos de 5 a 9 átomos de carbono faixa de ebulição: de 60 a 100ºC
Gasolina combustível de motores mistura de alcanos e cicloalcanos (de 5 a 12 átomos de carbono) faixa de ebulição: de 40 a 205ºC Querosene Combustivel para motores de jatos, material inicial para a fabricação de outros produtos mistura de alcanos (de 10 a 18 carbonos) e aromáticos faixa de ebulição: de 175 a 325 C
Gasóleo ou diesel destilado usado como diesel e óleo combustível, além de ser um intermediário para outros produtos alcanos contendo 12 ou mais átomos de carbono faixa de ebulição: de 250 a 350 ºC Óleo lubrificante usado para óleo de motor, graxa e outros lubrificantes alcanos, cicloalcanos e aromáticos de cadeias longas (20 a 50 átomos de carbono) faixa de ebulição: 300 a 370ºC
Petróleo pesado ou óleo combustível usado como combustível industrial, também serve como intermediário na fabricação de outros produtos alcanos, cicloalcanos e aromáticos de cadeia longa (de 20 a 70 átomos de carbono) faixa de ebulição: de 370 a 600 C Resíduos coque, asfalto, alcatrão, breu, ceras, material inicial para fabricação de outros produtos compostos com vários anéis com 70 átomos de carbono ou mais faixa de ebulição: mais de 600 C