a biomassa como fonte de combustível bio-Óleo · 2014. 5. 26. · exemplos de biomassa/resíduos...
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A biomassa como fonte de combustível
BIO-ÓLEO
Exemplos de biomassa/resíduos
lenha, resíduos de serrarias e movelarias, produtos da cana, álcool etílico, bagaço, resíduos agro-pecuários, florestais, industriais, casca de
arroz, esterco, carvão vegetal e briquetes, pellets, óleos vegetais; palma, mamona, buriti, tortas de filtro,
sebo, culturas dedicadas a energia: cana, capim, oleaginosas,
florestas, etc. , resíduos urbanos, podas, lodo de esgoto, Lixivia, licor negro, casca de madeira, etc., Biomassa aquática (aguapé, algas marinha, microalgas), Biogás, gás de aterro, gás de lodo, gás de síntese.
Constituintes da Biomassa
• Celulose
• Hemicelulose
• Lignina
• Extrativos
• Minerais
Constituintes da Biomassa, % em base seca
Celulose Hemicelulose Lignina Extrativos
Bagaço de cana 41,3 22,6 18,3 13,7
Fibra de coco 47,7 25,9 17,8 6,8
Casca de coco 36,3 25,1 28,7 8,3
Sabugo de milho 40,3 28,7 16,6 15,4
Pé de milho 42,7 23,6 17,5 9,8
Resíduo de algodão 77,8 16,0 0,0 1,1
Casca de amendoim 35,7 18,7 30,2 10,3
Casca de painço 33,3 26,9 14,0 10,8
Casca de arroz 31,3 24,3 14,3 8,4
Palha de arroz 37,0 22,7 13,6 13,1
Madeira (subabul) 39,8 24,0 24,7 9,7
Palha de trigo 30,5 28,9 16,4 13,4
Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995
Análise Elementar da Biomassa, % base seca
C H N O
Bagaço de cana 43,8 5,8 0,4 47,1
Fibra de coco 47,6 5,7 0,2 45,6
Casca de coco 50,2 5,7 0,0 43,4
Sabugo de milho 47,6 5,0 0,0 44,6
Pé de milho 41,9 5,3 0,0 46,0
Resíduo de algodão 42,7 6,0 0,1 49,5
Casca de amendoim 48,3 5,7 0,8 39,4
Casca de painço 42,7 6,0 0,1 33,0
Casca de arroz 38,9 5,1 0,6 32,0
Palha de arroz 36,9 5,0 0,4 37,9
Madeira (subabul) 48,2 5,9 0,0 45,1
Palha de trigo 47,5 5,4 0,1 35,8
Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995
Composição das Cinzas da Biomassa, ppm base seca
Si Ca K Na Mg Al Mn Fe P S
Bagaço de cana 17.340 1.518 2.682 93 6.261 - 9 125 284 60
Fibra de coco 2.990 477 2.438 1.758 532 148 4 187 47 64
Casca de coco 256 1.501 1.965 1.243 389 73 1 115 94 35
Sabugo de milho 9.857 182 9.366 141 1.693 - 19 24 445 15
Pé de milho 13.400 4.686 32 6.463 5.924 1.911 12 518 2.127 564
Resíduo de algodão 13.000 3.737 7.094 1.298 4.924 - 38 5746 736 58
Casca de amendoim 10.960 12.970 17.690 467 3.547 3.642 44 1.092 278 299
Casca de painço 150.840 6.255 3.860 1.427 11.140 - 38 1.020 1.267 317
Casca de arroz 220.690 1.793 9.061 132 1.612 - 108 533 337 163
Palha de arroz 174.510 4.772 5.402 5.106 6.283 - 463 205 752 221
Madeira (subabul) 195 6.025 614 92 1.170 - 2 614 100 66
Palha de trigo 44.440 7.666 28.930 7.861 4.329 2.455 25 132 214 787
Fonte: Fuel, 74(12), 1812-22, 1995
O conceito de biorrefinaria
O que é a biorrefinaria?
Porque não continuar usando as refinarias tradicionais baseadas nos combustíveis fósseis?
Crescimento econômico sustentável requer:
• fontes seguras e sustentáveis para a produção industrial;
• um sistema de financiamento e investimento seguro e confiável de longo prazo;
• segurança ecológica;
• perspectivas de vida sustentável e trabalho para as populações.
Fontes fósseis não podem ser consideradas sustentáveis:
• disponibilidade questionável;
• elevação de preços reduzem a viabilidade da sua utilização;
• o ciclo do carbono é aberto.
Produção de Biocombustíveis a partir de Óleos Vegetais
Tecnologia PETROBRAS
• Rota por Transesterificação
- Óleo vegetal + álcool + catalisador - escala industrial
- Semente + álcool - escala piloto
• Rota por Hidrogenação
- Óleo vegetal + hidrogênio – escala industrial.
- HBIO: co-processamento de diesel + óleo vegetal –
escala piloto/ teste industrial
. Craqueamento
Situação Mundial e Nacional da Tecnologia Produção de biocombustíveis
Biodiesel
Glicerina Outros Postos
Distribuição
Agronegócio
Plantação Esmagamento
Grãos
Óleo
Vegetal
Refinaria
Hidrogênio Frações de
Diesel
Diesel
H-BIO
B2 ou B5
blends
Diesel Ou
Transesterificação
Etanol
ou
Metanol
Ou
Ou
Rota da Produção de biocombustíveis no Brasil envolvendo óleos vegetais
Fonte: Petrobrás
O que é o HBIO?
É o refino de petróleo utilizando óleo vegetal como matéria-prima para obtenção de óleo diesel.
• Hidrogenação da mistura diesel + óleo vegetal
Produção de H-Bio
Bagaço
Ethanol Energia
Elétrica
Etanol ou
Misturas
Folhas +
Açúcar
Ciclo fechado do Carbono: eliminação/seqüestro de CO2
Etanol
Combustível &
Co-geração
CO2
ADS / Canaplan
CO2
Cana de açúcar
CO2
A. SZWARC
BIODIESEL: AJUDANDO NA PROTEÇÃO DO CLIMA
CRIAÇÃO DE UMA NOVA ATIVIDADE PRODUTIVA NO
BRASIL
Produtor de Oleaginosas
Grãos Óleo Veg.
Esmagamento
Cadeia dos Negócios Agrícolas
Produtor de Biodiesel
Biodiesel
Geração de Emprego e Renda no Campo
• Cria sinergia entre a Produção de Grãos e a Produção de Álcool.
• Fixação das famílias no campo.
• Eletrificação ( a partir do Biodiesel) de comunidades remotas, como fator de inclusão social.
• Melhora na qualidade de vida nas
grandes cidades.
• Redução dos gastos com saúde
pública (doenças respiratórias e
cardiovasculares).
Álcool
BIOCOMBUSTÍVEIS
ETANOL BIODIESEL GERAÇÃO DE
ENERGIA
PROJETOS
ANÁLISE DE IMPACTOS
SOCIAIS
AMBIENTAIS
ECONÔMICOS
PROGRAMA
PROJETOS
ENTIDADES COORDENAÇÃO
RECURSOS
USO
(UNIVERSIDADES;FUNDAÇÕES;IAPAR/TECPAR/CERBIO;CENBIO;IPT;ECOMAT;CENPES;
LADETEC;UFRJ/COPPE;EMBRAPA;CEMIG;RENABIO;EBDA;NUTEC/TECBIO;INPA.........)
INFRAESTRUTURA FLEXÍVEL NOS POSTOS DE
ABASTECIMENTO DO AMANHÃ
H2
Hidrogênio
Hidrogênio
Célula Comb.
d5/d10
e22 e100/m100
Célula Comb.
e85
e5/e10
Mamona Girassol Dendê Algodão Soja
Rendimentos Prováveis da Cultura
1.500 kg/ha 1.500 kg/ha 3.000 kg/ha 20.000 kg/ha 3.000 kg/ha 2500 Kg/ha
Opções de Carga para o Processo H-BIO Coco
Fonte: Dedini, 2007
Processamento do Syngas Fonte: (NREL/TP-510-34929)
As rotas tecnológicas
Rota Bioquímica
Rota Termoquímica
Combustíveis,
Químicos e
outros
Co-geração
Açúcares
Gás de
síntese
Bio-óleo
Biomassa
Bio-refinaria é um complexo industrial que integra os processos de
conversão de biomassa para produzir combustíveis, energia e
produtos químicos de alto valor agregado.
Rota Oleoquímica
Conceito e Tecnologias
Processos de Conversão de Biomassa
• Combustão • Gaseificação • Pirólise
(Carbonização) • Liquefação • Torrefação
• Fermentação • Hidrólise • Biodigestão • Extração de Óleos • Transesterificação • Compactação
Rotas Bioquímicas
• Fermentação de caldo de cana para produção de etanol
• Hidrólise enzimática de celulose e hemicelulose para produção de etanol
• Produção de biogás por biodigestão
Rotas Termoquímicas
• Queima de combustíveis
• Gaseificação de biomassa para produção de gás de síntese
• Pirólise de biomassa para produção de bio-óleo
• Carbonização de lenha para produção de carvão vegetal
Rotas Químicas
• Transesterificação de óleo vegetal e produção de biodiesel
• Esterificação de ácidos graxos para produção de biodiesel
Rotas Físicas
• Extração de óleo vegetais para produção de biodiesel
• Enfardamento de palha para transporte
• Briquetagem de resíduos para queima em caldeiras
• Peletização de biomassa para geração de energia
Matéria prima Processo Biocombustível
Cana de açúcar Fermentação/
Destilação
Etanol
Resíduos de matéria
orgânica
Decomposição
anaeróbica
Biogás
Árvores, arbustos, etc. Mecânico Lenha
Árvores, arbustos , etc. Pirólise Carvão vegetal
Resíduos de folhas e
madeira
Pirólise e reforma Hidrogênio
Etanol Reforma Hidrogênio
Óleos vegetais e
gordura animal
Transesterificação
e esterificação
Biodiesel
Óleos vegetais e
gordura animal
Craqueamento Bio-óleo e outros
Exemplos de biocombustíveis e processos para obtenção:
Craqueamento térmico ou pirólise
• É a conversão de uma substância em outra por meio do uso de calor, isto é, pelo aquecimento da substância, na ausência de ar ou oxigênio, a temperaturas superiores a 450 graus centígrados. Em algumas situações, esse processo é auxiliado por um catalisador para a quebra das ligações químicas, de modo a gerar moléculas menores.
(Weisz et al., 1979)
CH3-(CH2)5-CH=CH3
CH3-CH2-CH3
CH3-(CH2)15-CH3
CH3(CH2)8 CH3 CH2-O-CO-(CH2)n-CH3
CH-O- CO-(CH2)n-CH3
CH2-O-CO-(CH2)n-CH3
CH3-(CH2)4-CH3
CH4 CH3-CH3
CH3(CH2)7 CH3
CH3-(CH2)2-CH3
CH3-O-CH3
CH3-(CH2)2-CH=CH3
CH3-(CH2)3-CH3
H2
Como ocorre o craqueamento de óleos vegetais?
Fornecimento de calor, na presença ou ausência de
catalisador, para a quebra das moléculas constituintes dos óleos
e gorduras, levando à formação de moléculas de diferentes
tamanhos, além de gás carbônico e água.
Craqueamento de petróleo
GLP
Querosene de aviação
Gasolina
Ecodiesel
Reator
Aquecimento
Coleta
Craqueamento de óleo
vegetal:
Catalisador ou temperaturaCatalisador ou temperatura
C
C
CO
O
O
H
H
H
H
HC
C
C
O
O
O
COH
O
CO2 H2On
n
n
n
n
Catalisador ou temperaturaCatalisador ou temperatura
C
C
CO
O
O
H
H
H
H
HC
C
C
O
O
O
COH
O
CO2 H2On
n
n
n
n
Esquema de reação do
craqueamento de um triglicerídeo de
óleo vegetal:
O que é bio-óleo?
O
H
HO
H
HO
H
OH
OHHH
OH
O
OH
H
H
HO
H
OH
OHHH
OH
O
H
HO
H
HO
H
OHHOH
glucose galactose xilose
(b)
É produzido a partir da PIRÓLISE de biomassa
lignocelulósica, que consiste numa mistura
complexa de polímeros naturais de carboidratos
conhecidos como a celulose, a hemicelulose além
da lignina e pequenas quantidades de outras
substâncias.
OH OH OH
OCH3 H3CO OCH3
(c)
álcool p-coumaril álcool coniferil álcool sinapil
Pirólise: é um processo de conversão térmica
que implica na ruptura de ligações C-C e na
formação de ligações C-O.
Ocorre na ausência de oxigênio ou baixas
concentrações.
(a) (b)
Biomassa
lignocelulósica
Bio-óleo Bio-combustível
derivado
A pirólise resulta em três produtos:
Gás
Óleo combustível
Carvão vegetal
Parâmetros Resultados
Sólidos, %(m/m) 7,2
pH 3,0
Água, %(m/m) 10,8
Viscosidade a 20 ºC, cSt 2000
Carbono, %(m/m) 62,6 1,3
Hidrogênio, %(m/m) 7,62 0,09
Nitrogênio, %(m/m) 1,18 0,06
Enxofre, %(m/m) <L.D.
Densidade aparente a 22 ºC
(g/cm3)
1,129
Poder calórico superior (MJ/Kg) 25,68
Características do bio-óleo obtido a partir da pirólise rápida de biomassa.
FONTE: ROCHA et al. 2005.
Produção de biocombustíveis Ganhos ambientais / Redução de poluição
Redução de emissões de monóxido de carbono (CO);
Redução de emissões de óxidos de enxofre (SOx);
Redução na reatividade fotoquímica e toxicidade das emissões;
Maior biodegradabilidade no solo e em corpos d´água em casos de
derramamentos e vazamentos acidentais;
Balanço favorável de CO2 (Sequestro CO2 > Emissão CO2)