Novas Metodologias para a Produção mais

eficaz do Biodiesel

Prof. Donato Aranda,

UBRABIO

Lab Tecnologias Verdes, Greentec

Escola de Química/UFRJ

São Paulo, Julho, 2011

Fuel Market Share (Billion gal/year)

Demanda estimada (0-1% de aumento ao ano)

Demanda estimada (2-4% de aumento ao ano)

Demanda estimada (0-0,3% de aumento ao ano)

Fuel Market Total Transportation Fuel Market : $2 trillion

• Diesel market: $1.061 billion

• Gasoline Market: $789 billion

• Jet-fuel market: $155 billion

Fuel Consumption

Custos/km c/ preços atuais

Diesel = 0,092 R$/km

Etanol = 0,164 R$/km

Gasolina = 0,187 R$/km

Paridade de preços Necessária Atual

Paridade E/D = 43% 75%

Paridade G/D = 60% 121%

Paridade E/G = 71% 62%

*

*

*

* Preços médios de São Paulo, calculados com base em dados de out/09

Autonomia - Diesel

New Vauxhall Corsa Diesel Hatchback 1.3 = 21,4 km/L

VW Polo 1.9 D = 19,1 km/L

Toyota Corolla Diesel 2.0 D-4D T3 5dr car = 25,0 km/L

Toyota Corolla Verso Diesel Estate 2.2 D-4D T = 19,0 km/L

New Insignia 2.0 diesel = 23,3 km/L

Autonomia média - Diesel = 21,6 km/L

Preço médio Brasil - Diesel = 1,985 R$/L

Autonomia - Etanol

New Civic 1.8 Flex = 9,0 km/L

Corolla 1.8 16V Aut. = 8,1 km/L

Sandero 1.0 Flex = 10,6 km/L

Corsa 1.4 Flex = 9,5 km/L

Polo 1.6 Sedan = 8,7 km/L

Autonomia média - Etanol = 9,2 km/L

Preço médio Brasil - Etanol = 1,501 R$/L

Autonomia – Gasolina C

New Civic 1.8 Flex = 13,0 km/L

Corolla 1.8 16V Aut. = 11,7 km/L

Sandero 1.0 Flex = 13,7 km/L

Corsa 1.4 Flex = 14,6 km/L

Polo 1.6 Sedan = 11,3 km/L

Autonomia média – Gasolina C = 12,9 km/L

Preço médio Brasil – Gasolina C = 2,405 R$/L

Palma, o óleo vegetal de menor

custo de produção

Palm Oil: Production Cost – US$ 44/bbl

Apenas no Pará existem cerca de 6 milhões de hectares para o

plantio da palma. Isso já seria suficiente para uma completa

substituição do diesel pelo biodiesel, no Brasil

Mais de 25 ton de cachos/ha

Teor de óleo de 25-30%

Triglicerídeos

G

FA

FA

FA

Tipicamente os óleos e gorduras possuem 99% de triglicerídeos e ácidos graxos

Hidrólise

FA

FA + FA

FA

+ 3 G G 3 H2O

Triglyceride Water Fatty Acid Glycerol

Umidade é fundamental para que ocorra hidrólise e Consequentemente, aumento de acidez.

FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol

Triglyceride Biodiesel

FA

FA FA

FA

Alcohol Glycerol

Transesterificação

Feedstock acidity have to be very low !

0 10 20 30 40 50

0

20

40

60

80

100

Saponificação

TransesterificaçãoC

on

ve

rsã

o (

%)

Tempo (min)

Transesterification vs. Saponification

Rota Etílica

Dificuldades:

Reação mais lenta

Etanol (mesmo anidro) possui mais de 50 vezes mais água

que o metanol

Mais sabões, separação mais difícil

Recuperação do excesso de etanol – Coluna azeotrópica

M1 C1 R1 M2 R2 Óleo vegetal

Vapor Acido fosfórico Soda Cáustica

Vapor

Óleo Neutralizado

Soap Stock

C2 M3 R3

Vapor

Vapor

H2O quente

Óleo umido

Sabão

VS Óleo Seco

M4

MeOH e MeONa

Óleo Seco

Vapor

Vapor

R4 D2 R5 D3

MeOH e MeONa

Glicerina Glicerina

Biodiesel

Biodiesel

M5

H2O quente e ácido cítrico

D4

Glicerina

M6

H2O quente

D5

H2O

Biodiesel

Biodiesel

umido

SV Biodiesel Seco

Biodiesel Seco

M7 C3 R6 M8 R7 E1

Ácido clorídrico Soda Cáustica

Soap Stock

Glicerina M9

Glicerina

Oleína (ácido sulfúrico)

H2O e MeOH C4

H2O

MeOH

Feedstock pre-treatment

Biodiesel separation and purification

Glycerol separation and purification

Biodiesel Production

Transesterificação

HIDROESTERIFICAÇÃO

Fatty Acids Esterification

(AGROPALMA)

Industrial Hydrolysis

(Known Process) +

Why don t integrate both processes ???

Triglyceride Fatty Acid

FA

FA + FA

FA

Water Glycerol

+ 3 G

H2O

G 3

FA A FA A

H2O

+

Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water

(No acidity restriction in feedstock)

Complete transformation of fatty material

Hidoesterificação

Hidoesterificação

H2O FA A FA A +

REACTIVE DISTILATION

Fatty

Material

Steam

Glycerol

And water

c1

Steam

e Glycerol

water

c2

Biodiesel Methanol

Ethanol

water Fatty material

Teses EQ/UFRJ concluídas nesse tema:

Jussara Araújo, Layla Leão, Luana Leão

Elisa Cruz, Michele Gomes e Ana Encarnação

PLANTA PILOTO – P. GROSSA-PR

Hidroesterificação: Gorduras de frango, suíno, óleo de fritura

PLANTA PILOTO – P. GROSSA-PR

Hidroesterificação: Qualquer óleo ácido, qualquer gordura ácida

PLANTA HIDROESTERIFICAÇÃO – UNA-BA

Biobrax

60.000 ton/ano

BIOBRAX

Consumo Custo Unitário

(R$)*

Custo por ton de

biodiesel (R$)

Óleo BPF 13 Kg/ton de

biodiesel 1,00 13,00

Biomassa

(vapor 8 bar)

164 Kg/ton de

biodiesel 0,04 6,56

Energia Elétrica 32,2 kWh/ton de

biodiesel 0,23 7,40

Outros insumos - - 4,38

TOTAL 31,34

Custos Operacionais da Hidroesterificação

* Valores referenciais no Brasil (Reais) * * Não estão inclusos impostos e seguros

ÍNDICES FINANCEIROS

TIR (%) EBITDA (%)

Transesterificação 19 8

Hidroesterificação 30 11

Premissas: Planta de 100 mil t/ano. Biodiesel a R$ 2,25/L , óleo a R$ 2000/t

Glicerina Bruta a R$ 200/t e Glicerina Técnico a R$ 900/t

Produz também metil ésteres por hidrólise e

esterificação. Depois hidrogenam-se os

ésteres graxos à álcoois graxos. Indústria de

tensoativos, home care, etc.

Matéria-prima; Óleo de Palma e Palmiste.

Mais de 400 mil ton/ano de biodiesel de palma

Vale Energia Limpa – Tecnologia de Gaseificação e Fischer

Tropsch de Biomassa

Matérias-Primas: Bagaço de Cana e Biomassa de Dendê

HIDROLISADO DE BIOMASSAS

“Melaço” contendo açúcares C5 e C6

Ácido ou Enzima

Biodiesel

- 27 - Proprietary & Confidential

ADVANCED BIOMASS TECHNOLOGY

• Production of Fatty Acid Ethyl Esters (FAEE)

• Elimination of alcohol (MeOH) feed

• Direct production of FAEE from biomass feedstocks (Hemicellulose)

• Progress toward a consolidated bioprocess

MAKING MORE

OF BIOMASS Bacterial production of biofuels

Biomass Ultraclean™Diesel Microrefinery™ catalyst

Projeto LS9

Fonte: LS9

Nova rota para os ácidos graxos

28 Fonte: LS9

• Biossíntese de ácidos graxos • Processo preferível

• Eficiência energética de 90%

• Produtividade comercial

• Adequadamente caracterizado

• Estruturalmente diverso

• Imiscível

Ácido carboxílico

Cadeia de hidrocarboneto

Projeto LS9 Características do processo

Fonte: LS9

Conversão mais eficiente

•A LS9 é a primeira companhia a produzir, de modo recombinante, hidrocarbonetos, ésteres alquila de ácido graxo (biodiesel) e uma variedade de substâncias químicas industriais provindas de açúcares através da biossíntese do ácido graxo.

•A LS9 utiliza E. coli geneticamente modificada

Fonte: LS9

Projeto LS9 Vantagem da plataforma tecnológica

Catalisadores de Microrefinaria™ Possibilitam

Processo Bifásico de Estágio Único

OUROFINO

Empresa Brasileira de Biotecnologia – Região de Ribeirão

Preto-SP

Parte de melaço e vinhaça. Microorganismo (GMO free)

produz óleo

Da vinhaça dessa fermentação produz-se algas

Retira-se óleo do microorganismo e das algas

OUTRA OPORTUNIDADE: OLEOQUÍMICA

H2 + FATTY ACIDS -> ÁCIDO ESTEÁRICO

(PROCESSO CONHECIDO, BAIXA PRESSÃO)

H2 + FATTY ACIDS -> HIDROCARBONETOS

(NESTE OIL, TURKU UNIV, MÉDIA PRESSÃO)

H2 + FATTY ACIDS -> ÁLCOOIS GRAXOS

(PROCESSO CONHECIDO, ALTA PRESSÃO)

Ácido Graxo Glicerina

Aquosa

Ácidos Graxos

Destilados

Glicerina

Pharma

Hidrogênio Níquel

Ácido

Esteárico

Açúcares

Níquel / H2

Oleatos,

Estearatos e

Palmitatos de

Sorbitan

Níquel / H2

Alcoóis

Graxos

Pt-Cr / H2

Hidrocarboneto

Grau Alimentício

Pd / H2

Hidrólise de Óleos e

Gorduras

Shampoo

Condicionador

Cosméticos

Embalagens

Alimentícias

Lubrificantes

Tintas

Pneus

BIOREFINARIA

Glicerina

Aquosa

Metil Éster C16

Hidrogenado

Níquel / H2

MES (Metil Éster

Sulfonado)

Hidrólise de Óleos

e Gorduras

Metil Éster

C18

Metil Éster

C16

SO3

MeOH / EtOH

Glicerina

Pharma

Poliól

Graxo

Poliuretanas

Di-isocianatos

Hidratação Ácido

Graxo

Metil ou Etil Éster

(Biodiesel)

BIOREFINARIA

CONCLUSÕES

•Óleo de Palma será cada vez mais empregado para produção de biodiesel.

A Hidroesterificação aplica-se a qualquer óleo vegetal. A acidez deixa de ser um problema.

Processos Termoquímicos surgem em projetos de grande escala Novos processos bioquímicos podem revolucionar a indústria do biodiesel

Obrigado !

www.greentec-ufrj.com

“ God causes all things to work together for good to those who love Him” ( Rm 8,28)