62670143-biorrefinaria-apresentacao-18-05-11
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GRUPOCAROLINA ARTIOLI
FELIPE VALVERDE PIETRIKLEBER MACHADO DA SILVA
UNIDADE CURRICULAR ENGENHARIA BIOQUÍMICA
Universidade Federal de São Paulo
Diadema - 2011
BIORREFINARIAS
CONCEITOS
O QUE É UMA BIORREFINARIA?Conjunto de processos, tecnologias e equipamentos que atuam integrados e têm por objetivo a produção de energia, combustíveis e insumos químicos, a partir da BIOMASSA.
FONTES DE BIOMASSA
PROCESSOS DE CONVERSÃO PRODUTOS
Árvores; Grãos Agrícolas; Resíduos Agrícolas; Rejeitos de Animais; Rejeitos Sólidos Municipais.
Hidrólise Ácida-Enzimática; Fermentação; Bioconversão; Conversão Química; Gaseificação ou Pirólise.
Combustíveis; Etanol e Biodiesel;
Energia; Plásticos, Resinas; Solventes; Tintas, Corantes; Intermediários Químicos; Entre Outros.
CONCEITOS
Fonte: Martins et al.
Biorrefinarias: Promovem o crescimento econômico sustentável enquanto transformam economias rurais e introduzem bioprodutos no mercado.
ANALOGIAS
Biorrefinarias X Refinarias de Petróleo. Ambas baseiam-se na mesma estratégia: Decompor um complexo molecular
em seus constituintes principais e produtos químicos básicos, para usá-los na geração de novos produtos;
Biorrefinarias: Produção industrial mais sustentável;
Tecnologias de conversão da biomassa necessitam de desenvolvimento;
Demanda crescente por petróleo Abastecimento INCERTO;
Antes: Tecnologias viáveis deixavam de ser estudadas por não apresentarem competitividade com o preço do barril do petróleo (US$ 20,00/bl).
Hoje: Tecnologias viáveis voltam a ser estudadas e tornam-se viáveis devido ao aumento do preço do barril do petróleo (US$ 100,00/bl).
ANALOGIAS
Biorrefinarias X Refinarias de Petróleo.
Número de publicações referentes a biorrefinarias;Tipos de instituições
Período de 1945 à 2007
Fonte: Fernandes dos Santos et al.
CLASSIFICAÇÃO
Pode-se classificar os processos envolvidos em uma biorrefinaria em quatro tipos diferentes, sendo eles: Catalítico; Térmico; Físico-Químico; e Fermentativo (biotecnológico).
Estes processos podem e normalmente estão interligados entre si. Exemplo: Produção do bioetanol com diversas cepas aliadas com diferentes modalidades de hidrólise.
Fonte: Cardoso, 2009.
PROCESSOS FERMENTATIVOS
BIOMASSA HIDRÓLISE FERMENTAÇÃO PRODUTOS
ÁCIDACATALÍTICA
Nos processos fermentativos realiza-se a hidrólise para obtenção de açúcares. Na fermentação os microrganismos consomem os açúcares gerados produzindo os produtos de interesse.
Possibilidade de serem obtidos rendimentos glicosídicos de 90%;
Hidrolisados com baixa toxicidade aos microrganismos. (sem necessidade de neutralização);
Viabilidade Econômica: Depende do preço das enzimas.
Processo Físico-Químico Disponibilidade, garantia de fornecimento e
menores custo dos reagentes; Maturidade tecnológica; Necessita-se neutralizar os hidrolisados antes
da Fermentação.
PROCESSOS FERMENTATIVOSOs processos Fermentativos com a Hidrólise Catalítica podem ocorrer juntos (um estágio) ou em etapas distintas (dois estágios):
o Processos de um único estágio: A hidrólise e a fermentação ocorrem no mesmo reator; Redução da inibição da enzima pelo produto final; Redução do acúmulo de açúcar no fermentador; Maior taxa de hidrólise e percentagem de conversão em relação a
operação em dois estágios; Menor quantidade de enzimas necessárias e aumento do rendimento do
produto final; Desvantagens: diferentes condições ótimas de pH e Temperatura (enzima
X Microrganismo) Processo fora das condições ótimas mas em condições compatíveis com as duas etapas.
o Processo de dois estágios: A hidrólise e a fermentação ocorrem em reatores diferentes; Principal Vantagem: Possibilidade de atuar nas condições ótimas de cada
etapa.
MICRORGANISMOS
Os microrganismos ativos (leveduras, fungos, bactérias, etc) devem conter enzimas específicas para formação do produto de interesse.
Os microrganismos devem ser tolerantes à presença de inibidores e a variação extrema de temperatura e pH. Para tal, técnicas de seleção natural assim como desenvolvimento de linhagens recombinantes são muito utilizados.
OUTROS PROCESSOS
ROTA TERMOQUÍMICA: PIRÓLISE RÁPIDA:
A biomassa é aquecida na ausência de ar sendo convertida em produtos sólidos, gasosos e líquidos (série de aplicações);
Estágio avançado de desenvolvimento; Eficácia já provada em escalas de até 200 kg de biomassa por hora; Produto principal desse processo é o bioóleo com características combustíveis
e que pode ser gaseificado para a produção de gás de síntese.
GASEIFICAÇÃO: Conversão total da biomassa em gases combustíveis através da oxidação
parcial da matéria-prima à altas temperaturas; Vantagens ecológicas e econômicas. Produção de gás de síntese a partir da gaseificação do bioóleo.
As biorrefinarias podem aliar as rotas termoquímicas com as rotas bioquímicas (como o etanol lignocelulósico); químicas (como a transesterificação para biodiesel); e físicas (briquetagem e peletização) tendo como resultado a maior diversidade de produtos em relação ao que hoje se obtém com a mesma matéria-prima.
BIORREFINARIAS DE BASE FLORESTAL
No Brasil existem cerca de 3 milhões de hectares de eucalipto plantados. Os quais têm potencial para produzir cerca de 620 kilotoneladas de serragem por ano.
“Quanto mais olhamos detalhadamente para a madeira, mais componentes úteis encontramos”, diz Marcelo Hamaguchi, pesquisador do Departamento de Tecnologia de Energia e Meio Ambiente, da Universidade de Tecnologia de Lappeenranta (LUT)
Fonte: Martins et al.
BIORREFINARIAS DE BASE AGRÍCOLA
Fontes de BIOMASSA:
Casca de Arroz: Rio Grande do Sul: 1,2 milhões de toneladas por ano.
Caroços de Pêssego:
Brasil: 160 toneladas por ano;
Bagaço de Laranja
Casca de Nozes;
Casca de Coco;
Entre outros.
Fonte: Martins et al.
BIORREFINARIAS DE BASE AGRÍCOLA
GRÃOS / ÓLEOS
ALIMENTOS BIOMASSA
PIRÓLISE
ENERGIA
MONÔMEROS
FARMÁCOS
ADESIVOS
TINTAS
EMBALAGEN
S
CONSTRUÇÃ
O
LUBRIFICANTES COMBUSTÍVEIS
BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO
O BIOÓLEO é obtido como produto da pirólise e utilizado para obter diversos produtos, entre eles: combustíveis, gases de síntese, polímeros e resinas.
PRODUTOS DA PIRÓLISE
Fonte: Martins et al.
BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO
GÁS DE SÍNTESE
O gás de síntese pode ser obtido através da gaseificação do bioóleo.
Este processo pode ser realizado por gaseificadores pressurizados diretamente com oxigênio Evita a diluição do gás de síntese em nitrogênio obtenção de um gás de síntese mais puro e em altas pressões;
O gás de síntese é um produto comercial largamente usado na produção de fertilizantes nitrogenados e combustíveis sintéticos como diesel, gasolina e dimetiléter (combustível gasoso), usado atualmente como propelente de aerossóis, mas que é um potencial substituto para o diesel por ser combustível e ter alto poder calorífico.
BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO
PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DO GÁS DE SÍNTESE (SYNGAS):
Fonte: Martins et al.
BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO
Além dos produtos já mostrados, o bioóleo pode ser utilizado diretamente nas formulações farmacêuticas.
Uso dermatológico: seborreia, psoríase, eczema, cicatrizante, desinfetante.
Fonte: Martins et al.
BIORREFINARIA PELO MUNDO SUÉCIA
Obtenção de energia e produção de diversos materiais e produtos químicos a partir da lignina, celulose, cascas e outros resíduos florestais.
Projetos para produção de dimetiléter a partir do bioóleo.
NORUEGA Consórcio de empresas estudam da viabilidade de produção de biodiesel a partir de
madeira; A construção de uma usina está prevista para 2012.
DINAMARCA Produção de etanol celulósico a partir de uma ampla gama de biomassa ( lascas de
madeira, resíduos de jardim, cevada e trigo).
ISLÂNDIA Utiliza as tecnologias de hidrólise ácida e fermentação de açúcares para produção de
bioetanol em planta de demonstração.
CANADÁ Empresas de polpa celulósica estão trabalhando para converter suas fábricas em
biorrefinarias;
BIORREFINARIA NO BRASIL
Estudos em pequena escala sobre o assunto;
O Brasil só deve ingressar na biorrefinaria industrial mais adiante, com menos riscos financeiros e, principalmente, quando o mercado exigir;
Inexistência de fontes de biomassa (além da madeira) para produzir todos os combustíveis e energia necessários;
Indústria de celulose é bastante rentável;
É uma área com crescente expansão e descobertas;
Tende a ser uma forma sustentável de produção de combustíveis e outros derivados do petróleo.
Enquanto o Brasil dá seus primeiros passos em direção às análises desse potencial negócio sustentável, na Europa o governo já destinou bilhões de euros às pesquisas pelos centros de estudos e desenvolvimento de inovação, como o VTT, da Finlândia, e o CTP, da França.
CONCLUSÃO
O desenvolvimento de biorrefinarias industriais estão ganhando atenção em todo o mundo (principalmente na Europa Altos investimentos);
O Brasil têm grande potencial para produção sustentável a partir da biomassa da celulose e da agricultura Pesquisas no assunto Necessidade de Mercado;
Os diferentes tipos de processos para decomposição da biomassa estão interligados e normalmente atuam em conjunto;
Os principais processos envolvem o tratamento termoquímico através da pirólise e formação do bioóleo.
Os processos fermentativos são bastante estudados devido à capacidade de obtenção de
diferentes produtos através da utilização de microrganismos. Além disso, existe a necessidade de microrganismos resistentes a variações bruscas de temperatura e pH;
Processos Fermentativos necessitam de uma etapa anterior de hidrólise, a qual pode ser catalítica ou ácida e são muito utilizados na obtenção de combustíveis (etanol) e outros produtos químicos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Biorrefinaria Industrial – Reportagem de Capa – Revista O PAPEL – Março, 2011.
Cardoso, A. L. – Biorrefinaria: Investigação de Processos Físico-Químicos, Fermentativo e Térmico para o Aproveitamento de Serragem de Eucalipto – Tese de Doutorado – Universidade Federal de Santa Maria – Rio Grande do Sul – Brasil – 2009.
Martins, A. F. – Biorrefinarias – LATER: Laboratório de Pesquisa em Tratamento de Efluentes e Resíduos – Universidade Federal de Santa Maria – Rio Grande do Sul – Brasil.
Leonard, L. – Biorrefinaria e seu desenvolvimento no Brasil – Artigo Gestão ABTCP – Revista O PAPEL – Março, 2011.
Fernandes dos Santos, M.F.R.; Borschiver, S.; Couto, M.A.P.G. – Monitoramento Tecnológico Sobre Biorrefinarias a partir de Fontes de Matéria-Prima Renovável – Revista Pensamento Contemporâneo em Administração – Número 7 – 2009.
Coelho, M.A.Z. – Química Verde – Valorização de Resíduos Agroindustriais – 2010.