12 de Maio 29 Biocombustíveis Uma opção para um ambiente mais saudável Ana Cristina Oliveira INETI / LNEG Departamento de Energias Renováveis Unidade de Biomassa cristina.oliveira@ineti.pt
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis O que são? Decreto-Lei 62/26, de 21 de Março Biocombustível o combustível líquido ou gasoso para transportes, produzido a partir de biomassa
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Porquê?
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Diminuir a dependência energética Aumentar a segurança do abastecimento - As reservas de petróleo são limitadas em quantidade e restritas a algumas regiões do Mundo - Preço do petróleo (??)
Consumo de energia em Portugal 12 de Maio 29 Consumo de energia final por sector, em Portugal (27) Uso de produtos petrolíferos por sector Sector dos transportes ~ 38% do petróleo importado é para utilização neste sector ~ 98% da energia consumida neste sector ainda provém do petróleo Cerca de 47% do petróleo consumido na UE destina-se se ao sector dos transportes
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Diminuir emissões de gases de efeito de estufa (GEE) Biocombustíveis Diminuir a dependência energética Aumentar a segurança do abastecimento
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Emissões de GEE por sector de actividade (UE-15, 22) Agricultura 1% Processos industriais 6% Resíduos 2% Transportes 21% Energia (sem transportes) 61% Fonte: Agência Europeia de Ambiente, 24. Green house gas emission trends and projections in Europe Fonte: European Biofuels Technology Platform, 27
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Redução de consumos e emissões como actuar? Fonte Energética Utilizar combustíveis menos poluentes Biocombustíveis Gás Natural Electricidade Hidrogénio Tecnologia de veículos Desenvolver modelos: Mais leves Mais eficientes (menor consumo) Menos poluentes (emissões médias de 12g CO 2 /km, em 212) Novos sistemas de propulsão (híbridos,...) Gestão da mobilidade d - Transporte individual + Transportes públicos + Parques de estacionamento + Transporte ferroviário de mercadorias
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Diminuir emissões de GEE Cumprir compromissos internacionais e nacionais Biocombustíveis Diminuir a dependência energética Aumentar a segurança do abastecimento Diminuir i i a poluição locall Contribuir para o desenvolvimento rural (criação de novas indústrias e postos de trabalho )
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Directiva 23/3/CE Utilização de biocombustíveis e combustíveis renováveis no sector dos transportes 21 5,75% 22 8% 1% Plano de Acção do Conselho Europeu (Política Energética para a Europa - Março, 27) Nova Directiva das ERs (aprovada no PE) DL 62/26 de 21 de Março Transpõe para a Ordem Jurídica Nacional a Directiva 23/3/CE 26 2% Objectivos a atingir por Portugal 27 3% 28-21 até atingir 5,75% 1 % 21 (Resolução de Conselho de Ministros 21/28)
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Quais? Bioetanol Bio-ETBE Biodiesel ETBE (éter etil ter-butílico) Biogás Óleos vegetais Bioetanol celulósico Biometanol Bio-DME (éter dimetílico) Bio-MTBE (éter metil ter-butílico) Biocombustíveis sintéticos Biohidrogénio i 1ª geração 2ª geração
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Quais? Bioetanol Bio-ETBE Biodiesel ETBE (éter etil ter-butílico) Biogás Óleos vegetais Óleos vegetais 9,8% Bioetanol 15,2% 1ª geração Biodiesel 75% Fonte: EurObserv ER28ER28
Biocombustíveis 12 de Maio 29 Biocombustíveis Quais? Bioetanol Bio-ETBE ETBE (éter etil ter-butílico) Biodiesel Substituto ou aditivo da gasolina Substituto ou aditivo do gasóleo
Consumo de Biocombustíveis na UE (tep) 12 de Maio 29 País 26 27 Alemanha França Itália Suécia Espanha Áustria Reino Unido Polónia Eslováquia Lituânia Eslovénia Letónia República Checa Grécia Hungria Holanda Irlanda Malta Luxemburgo Portugal Bélgica Chipre Dinamarca Estónia Finlândia Bulgária Roménia 2 532 3 589 4 148 967 44 981 54 12 333 429 131 82 42 218 12 82 13 9 4 92 1 447 18 29 46 44 334 14 761 71 835 538 7 312 897 n.d. 633 8 223 2 752 2 957 463 1 161 277 139 35 99 62 26 58 367 14 27 66 15 48 n.d. 41 12 993 2 32 66 8 84 n.d. 4 612 34 98 158 853 91 26 n.d. n.d. n.d. 46 336 n.d. 26 27 34 738 147 8 162 875 114 522 48 45 52 548 34 5 5 17 1 37 1 14 11 656 15 349 1 117 n.d. 3 611 82 293 78 272 937 181 649 112 64 21 883 78 3 85 2 13 262 11 6 794 1 738 18 9 18 8 67 2 352 n.d. 865 n.d. 6 25 n.d. n.d. 66 16 n.d. 26 27 638 484 14 617 n.d. 1 81 1 23 752 27 n.d. n.d. 1 41 n.d. n.d. 26 27 3 475 225 737 2 148 967 222 473 168 623 333 429 18 27 94 766 13 16 19 4 4 262 2 484 19 43 46 44 11 99 31 92 3 57 835 538 7 312 897 3 611 633 82 8 223 2 752 4 2 748 1 434 215 139 35 281 251 373 22 389 23 348 69 1 68 13 262 52 6 13 787 1 74 32 84 8 84 9 18 8 67 8 374 34 963 158 853 91 26 n.d. 6 25 n.d. n.d. 112 496 n.d. Total EU 4 73 94 5 774 27 871 673 1 166 243 656 141 753 617 5 61 718 7 694 97 n.d.- não disponível Fonte: EurObserv ER28
Consumo de combustíveis em Portugal 12 de Maio 29 Evolução do consumo de gasolina e gasóleo em Portugal (DGEG, 28) Cenário da procura de combustíveis no sector dos transportes Combustíveis fósseis 26 21 Gasolina (t) 1 678 58 1 5 Gasóleo (t) 4 761 42 5 Portugal é excedentário em gasolina e deficitário em gasóleo
Biocombustíveis 12 de Maio 29
Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Semente Teor em óleo (%) Girassol 38-48 Soja ~2 Colza 37-5 Palma ~5
Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Semente Teor em óleo (%) Jatropha 35-4 Cártamo 2-45 Mamona 35-55 Cardo 2-24
Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Semente Teor em óleo (%) Jatropha 35-4 Cártamo 2-45 Mamona 35-55 Cardo 2-24 Microalgas >5
Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Fotossíntese Lípidos Eficientes fixadores de CO 2 Elevada eficiência fotossintética Elevada taxa de crescimento (>> plantas superiores) Produtividades muito superiores às oleaginosas tradicionais Produção não sazonal e em áreas marginais (desertos e águas salobras) Elevado teor em óleo (> 5 %)
Produção de microalgas - INETI 12 de Maio 29 Produção de microalgas no Campus do INETI Mangas 5L Lagoas racewaya 8L Fotobioreactores Lagoas raceway fechados 4L 5L
Matérias-primas para a produção de biodiesel 12 de Maio 29 Óleos Alimentares Usados Gorduras animais RESÍDUOS Podem ser reciclados evitando problemas de contaminação de esgotos permitindo a produção de um combustível alternativo (biodiesel) Vantagens ambientais e energéticas!!!
Processamento dos óleos vegetais 12 de Maio 29 Fonte: European BiofuelsTechnology Platform, Set, 27
Processo de transesterificação 12 de Maio 29 CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO-R CH 2 -OH CH-OOC-R 2 + 3 CH 3 OH R 2 -COO-R + CH-OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO-R CH 2 -OH Triglicéridos Metanol Catalisador Biodiesel (FAME) + + Glicerina Produção de Biodiesel INETI
Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo 1º passo: Mistura do álcool com o catalisador 2º passo: Reacção de transesterificação (entre 1 e 8 horas, conforme a temperatura) Temperaturas mais usuais 45-55ºC Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA
Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo 3º passo: Separação das duas fases (ésteres e glicerina) 4º passo: Remoção do álcool em cada uma das fases Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA
Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo 5º passo: Neutralização da glicerina e separação de sabões e de catalisador não usado 6º passo: Lavagem e purificação do biodiesel Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA
Processo de transesterificação 12 de Maio 29 CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO-R CH 2 -OH CH-OOC-R 2 + 3 CH 3 OH R 2 -COO-R + CH-OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO-R CH 2 -OH Triglicéridos Metanol Catalisador Biodiesel (FAME) + + Glicerina Parâmetros a ter em consideração: Catalisador: básico, ácido, enzimático Razão molar álcool:glicéridos (razão óptima para catálise básica 6:1) Concentração do catalisador e temperatura Tempo de reacção Teor em ácidos gordos livres e humidade
Processo de transesterificação 12 de Maio 29 CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO-R CH 2 -OH CH 2 -OOC-R 2 + 3 CH 3 OH R 2 -COO-R + CH-OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO-R CH 2 -OH Triglicéridos Metanol Catalisador Biodiesel (FAME) + + Glicerina Óleo alimentar não usado Óleo alimentar usado Elevadas eadas temperaturas, as, na presença de ar e humidade Reacções de hidrólise, de oxidação
Passos principais na produção de biodiesel 12 de Maio 29 Catalisador Álcool Óleo Filtração Secagem Neutralização Reactor Separação Biodiesel /Glicerina fase glicerina fase biodiesel Purificação/Secagem do biodiesel Remoção do álcool BIODIESEL Purificação da glicerina GLICERINA
Ensaio laboratorial - INETI Escola Secundária Madeira Torres Torres Vedras 12 de Maio 29 Extracção do óleo Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação
Ensaio laboratorial - INETI 12 de Maio 29 Transformação do óleo em biocombustível Metanol + KOH Metanol + KOH + Óleo Purificação do biocombustível Reacção Separação de fases Aquecimento e lavagem com água Secagem
Produção de biodiesel 12 de Maio 29 Piloto de 1L/dia Piloto de 4L/dia
Ensaio laboratorial - INETI 12 de Maio 29 Avaliação da qualidade do biocombustível Teor em água Teor em ésteres metílicos Teor de mono, di e triglicéridos Teor de glicerol Teor de metanol Ponto de inflamação Estabilidade à oxidação
EN 14214 12 de Maio 29 Parâmetro Unidade Limites legais Teor em ésteres metílicos % (m/m) > 96,5 Éster metílico do ácido linolénico % (m/m) < 12, Ésteres metílicos poliinsaturados % (m/m) < 1 Teor em metanol % (m/m) <,2 Teor em monoglicéridos % (m/m) <,8 Teor em diglicéridos % (m/m) <,2 Teor em triglicéridos % (m/m) <,2 Glicerol livre % (m/m) <,2 Glicerol total % (m/m) <,25 Metais grupo I (Na+K) Metais grupo II (Ca+Mg) mg/kg < 5, Teor em fósforo mg/kg < 4, Índice de iodo g iodo/1g < 12 Viscosidade a 4ºC mm 2 /s 3,5-5, Ponto de inflamação ºC > 11 Teor em enxofre mg/kg < 1, Resíduo carbonoso (em 1% do resíduo da destilação) % (m/m) <,3 Teor de cinzas sulfatadas %( (m/m) < 2,2 Teor de água mg/kg < 5 Contaminação total mg/kg < 24 Índice de cetano --- > 51, Corrosão da lâmina de cobre (3h a 5ºC) --- Classe 1 Estabilidade à oxidação, 11 ºC h > 6, Índice de acidez mg KOH/g <,5
Qualidade do biodiesel 12 de Maio 29 Efeitos da qualidade inadequada do biodiesel Parâmetro (EN 14214) Viscosidade a 4ºC CFPP (limite de filtração a frio) Resíduo carbonoso Teor de água Metanol Índice de acidez Metais grupo I (Na+K) Metais grupo II (Ca+Mg) Contaminação total Efeitos Problemas no fornecimento de combustível (bomba de combustível e bomba de injecção) Cristalização a baixa temperatura do combustível nas tubagens e no filtro de combustível Depósito de carvão na bomba de injecção e nos anéis dos pistons Problemas de corrosão e de turbidez das misturas biodiesel/gasóleo (pode resultar na separação da fase aquosa, nos piores casos) Abaixamento do ponto de inflamação; corrosão de peças de alumínio e zinco Problemas de corrosão; aumento da velocidade de degradação do biodiesel Problemas de entupimento do filtro. Possível razão para um teor de cinzas aumentado Entupimento do filtro, com danificação potencial da bomba de injecção devido a insuficiente lubrificação/arrefecimento
Biodiesel Vantagens e Problemas 12 de Maio 29 Biodegradável (4 vezes mais rápido do que o gasóleo) Seguro (elevado ponto de inflamação) Isento de enxofre e compostos aromáticos Emite menos CO e partículas Distribuição nas infra-estruturas existentes Elevado poder lubrificante Va ariação das emis ssões 2% % -2% -4% -6% HC NOx PM CO -8% 2 4 6 8 1 Percentagem de biodiesel Fonte: Biodiesel Handling and Use Guidelines
Biodiesel Vantagens e Problemas 12 de Maio 29 Biodegradável (4 vezes mais rápido do que o gasóleo) Seguro (elevado ponto de inflamação) Isento de enxofre e compostos aromáticos Emite menos CO e partículas Distribuição nas infra-estruturas existentes Elevado poder lubrificante Ligeiro aumento de emissões de NOx Menor estabilidade ao ar Consumos ligeiramente mais elevados Poder calorífico inferior ao do gasóleo Preços de produção mais elevados
Biodiesel em Portugal 12 de Maio 29 BIODIESEL Produção a partir de sementes de oleaginosas importadas Produção a partir de sementes de oleaginosas nacionais Produção a partir de óleos alimentares usados 2 fábricas a laborar desde 26 2 fábricas concluídas em 27 1 + 1 (??) fábricas em 28 Pelo menos mais 2 projectadas Capacidade instalada ~ 54 t/ano
Biodiesel em Portugal 12 de Maio 29 BIODIESEL Produção a partir de óleos alimentares usados Pequenos produtores dedicados Companhia Capacidade de produção Obs. DIESELBASE 3 L/dia A laborar SOCIPOLE 5 ton/ano A laborar SPACE 3 ton/ano A laborar SUN ENERGY 5 ton/ano?? VALOURO 3 ton/ano?? AVIBOM 3 ton/ano??
Biodiesel 12 de Maio 29 BIODIESEL de 1ª geração Utilizado em misturas com gasóleo em motores diesel convencionais Utilizado puro - B1 - em motores modificados
Biocombustíveis 12 de Maio 29
Matérias-primas para a produção de bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração Cereais
Matérias-primas para a produção de bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração Tubérculos
Matérias-primas para a produção de bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração
Produção de bioetanol 12 de Maio 29 Fonte: European BiofuelsTechnology Platform, Set, 27
Produção de bioetanol 12 de Maio 29 BRASIL Cana de açúcar Beterraba sacarina EUA e UE Milho e outros cereais sacarose amido frutose glucose glucose glucose glucose glucose Melaço de cana AÇÚCARES Fermentação Destilação Etanol hidratado Amido de cereais Hidrólise Desidratação BIOETANOL Adaptado de Appl. Microbol. Biotechnol. (21) 56: 17-34
Escola Secundária Madeira Torres Torres Vedras 12 de Maio 29 Ensaio laboratorial - INETI P Preparação ã d do sumo d de beterraba b t b Extracção do sumo Extracção do sumo Sumo de beterraba Adição de ácido ph~4,5 Fermentação ç Destilação Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação
Produção de bioetanol 12 de Maio 29 Abengoa's Ecocarburantes Fábrica em Cartagena, Espanha Produção: 1 milhões L bioetanol/ano Fábrica de bioetanol da Südzuckerem Mannheim, Alemanha. Produção: 26 milhões L/ano, principalmente de trigo
Qualidade do bioetanol 12 de Maio 29 Parâmetro Unidade Limites legais Etanol % (v/v) > 99,8 Teor de água mg/kg < 15 Densidade a 2ºC kg/m 3 ~79 Aldeídos mg/kg < 25 Ácoois (C3-C5) mg/kg < 15 Índice de acidez mg KOH/g <,28 Metanol mg/kg < 1 Acetona mg/kg < 1 Enxofre mg/kg < 1, Ferro mg/kg <,1
Bioetanol Vantagens e Problemas 12 de Maio 29 É miscível com a gasolina (adequado para misturas) Alto índice de octano A presença de oxigénio melhora a combustão (reduz emissões de CO e de NO x ) O elevado calor latente de vaporização cria dificuldades no arranque a frio É miscível com a água, o que pode criar problemas nas misturas com gasolina A tendência para oxidar a ácido acético cria incompatibilidade com plásticos, borrachas, elastómeros
Bioetanol em Portugal 12 de Maio 29 BIOETANOL Não existe nenhuma fábrica Projectos de intenção de produção: Pelo menos 3 consórcios baseados em milho Pelo menos 1 consórcio baseado noutra(s) matérias-primas (cana-de-açúcar, sorgo doce, )
Bioetanol 12 de Maio 29 BIOETANOL de 1ª geração A maioria dos motores a gasolina estão adequados para usar misturas gasolina / bioetanol até 1% de bioetanol A UE usa-o essencialmente na forma de ETBE (15%) Os EUA usam misturas gasolina / bioetanol (E1) e o Brasil (E2-E24) de forma generalizada É também usado em milhares de novos veículos flexi-fuel que podem ser abastecidos com misturas até 85% de bioetanol
Bioetanol de 2ª geração 12 de Maio 29 Bioetanol de 1ª geração Presente Utilização de 7-1% da cultura cerealífera Grão de amido (glucose) Bioetanol de 2ª geração Futuro Utilização de 1% da planta Grão de amido (glucose) Celulose (glucose) Hemiceluloses (pentoses e hexoses) Resíduos agrícolas e florestais
Produção de bioetanol 12 de Maio 29 2ª geração Fonte: European BiofuelsTechnology Platform, Set, 27
Bioetanol de 2ª geração 12 de Maio 29 Biomassa Celulose Hemicelulose Lenhina CELULOSE e HEMICELULOSE Glu Glu Glu Glu Glu Gal Man X Ara Other Álcoois de lenhina (coniférico, sinápico, vanílico) (Glu glucose, Gal galactose, Man manose, X xilose, Ara arabinose, Other L-ramnose, L-fucose, ácidos urónico) Hidrólise ácida diluída/ Hidr. enzimática Hemiceluloses sem valorização AÇÚCARES Lenhina para valorização energética Fermentação Destilação Etanol hidratado Desidratação BIOETANOL Unidades de demonstração: Suécia, Dinamarca, Espanha, EUA, Canadá
Biocombustíveis Sustentabilidade 12 de Maio 29 Critérios de sustentabilidade para os biocombustíveis Emissões de GEE Os biocombustíveis devem contribuir para a mitigação das alterações climáticas, por redução significativa das emissões de GEE quando comparado com os combustíveis fósseis.... Preservação, biodiversidade e protecção ambiental A produção de biocombustíveis deve cumprir a legislação ambiental em vigor (qualidade do ar, qualidade da água subterrânea e de superfície, conservação do solo, biodiversidade, ).... Biocombustíveis resultantes de matérias-primas produzidas na UE têm de garantir que cumpriram as boas práticas agrícolas e a legislação ambiental em vigor.......
12 de Maio 29 Questões?...