Biocombustíveis Drop-In para Aviação Certificação de Jet fuel e BioQav

Desenvolvimento de Rotas de Conversão

Profa. Vânya M. D. Pasa (Eng. Química, D.Sc. Química)

Seminário Desenvolvimento Sustentável e Descarbonização: Oportunidade de Negócios e Investimentos na Cadeia de Valor do Bioquerosene

• A UFMG é a maior universidade de Minas Gerais (cerca de 50 000 estudantes e 75 cursos).

• É a que mais deposita patentes no Brasil

• O LEC-UFMG é um laboratório com grande experiência em análises e certificação de combustíveis automotivos

• Foi criado em 2000, a convite da ANP, para monitoramento da qualidade dos combustíveis em postos revendedores de Minas Gerais. Hoje atende demandas tanto da ANP como empresas em geral (prestação de serviços e pesquisas).

LEC-UFMG tem acreditação ISO /IEC 17025 – Requisitos Gerais para Competência de Laboratórios de Ensaios e Calibração

Acreditação ISO 17025 : Competência em Laboratórios de Ensaios e Calibração

• Compromisso

• I – Atingir crescimento neutro de carbono até 2020;

• II – Reduzir as emissões de CO2 em 50% até 2050.

Bioquerosene

A indústria de biocombustíveis para aviação é um negócio

promissor: mercado crescente

5

Gasolina Etanol E27

Diesel Biodiesel B8

Querosene Bioquerosene (?)

Biocombustíveis no setor de transportes

Bioquerosene é o novo desafio tecnológico do setor de biocombustíveis

Importância dos Biocombustíveis Drop-In

• Os biocombustíveis drop in são misturas de biohidrocarbonetos, similares aos derivados fósseis, que atendem à especificação de um combustível convencional de petróleo (elevado poder calorífico, não higroscópico devido a ausência de oxigênio).

• Podem compartilhar a infraestrutura de distribuição usada pelos derivados fósseis. Não exigem mudanças em motores.

• Destacam-se : diesel verde (substituto do biodiesel e Qav em baixos teores) e o bioquerosene (substituto do querosene para aviação - QAv).

• Desafio na área de desenvolvimento tecnológico do setor de Biocombustíveis (indústria nascente), pois envolve tecnologia mais complexa e requisitos de qualidade rígidos e difíceis de serem alcançados.

Vantagens do Diesel Verde em relação ao Biodiesel

• Tem hidrocarbonetos similares aos do diesel de petróleo, não têm oxigênio.

• Diesel verde não absorve água, logo não causa a degradação microbiológica do combustível, não havendo formação de borra nem bolsões de água, não causando corrosão e danos aos motores.

• Diesel verde pode ser usado em qualquer teor, inclusive acima de 20%, sem ajustes de motores.

Profª. Drª. Vânya Pasa

• Diesel verde pode ser produzido por mesmas rotas de síntese que o bioquerosene para aviação, porém com menor número de etapas.

Atividades Desenvolvidas em Biocombustíveis Drop-in no LEC- UFMG

Esforços para Implantação do Primeiro Laboratório Brasileiro de Certificação de Bioquerosene de Aviação

• Contrato de Parceria com a Boeing para implantação de 50% dos ensaios demandados para certificação de QAv- fóssil e alternativo.

• Estudo sobre legislações brasileira e americana • Participação Interlaboratorial ASTM- EUA • Busca de recursos para aquisição de equipamentos para realização os 50% dos ensaios restantes e

acreditação junto ao INMETRO (Minas Competitiva, BID)

Querosene fóssil ASTM D1655

Certificação do Combustível

Querosene fóssil ANP resolução No.37

Querosene Alternativo ANP resolução No.63

Resoluções ANP Normas ASTM

Querosene alternativo ASTM D7566

O Brasil necessita de investimentos para a implantação do laboratório de certificação. Ensaios precisam ser todos acreditados, o que é um trabalho longo. 50% dos ensaios já implantado na UFMG.

1-Autorização para inserção no mercado (nova tecnologia) 2- Autorização para venda/ controle qualidade.

Certificação de Combustíveis para Aviação

• Total: 33 testes – Querosene (Fóssil + biojet) segundo ASTM D 1655 e ASTM D 7566

16 testes

aguardando

investimentos = 48%

Único laboratório brasileiro a participar do Programa interlaboratorial da ASTM para Jet-fuel

LEC-UFMG é membro da Plataforma Mineira de Bioquerosene, comprometeu-se em fazer a Certificação do BioQAv.

Desenvolvimento de Tecnologias de Conversão

Atividades Desenvolvidas em Biocombustíveis Drop-in no LEC- UFMG

• Trabalhos Finalizados no tema: 1 Pós-doutorado (óleo de palma e residual) e 2 doutorados (óleo de macaúba e óleo de palma) .

• Trabalhos em andamento : 1 doutorado com estágio sanduíche nos EUA – Universidade de Oklahoma (óleo de soja, LCC e lignina); 1 doutorado (resíduos ligno-celulósicos – pirólise e liquefação hidrotermal).; 1pos-doutorado ( simulação de processo, estudo de viabilidade econômica, sistemas contínuos)

LCC- Liquido castanha caju Macauba Palma Soja Gordura frango Sebo bovino

Bagaço

Lignina

BIOREFINARIA - Combustíveis drop in de Macaúba

Bioespumas da torta da polpa de Macaúba, após liquefação

Aplicação: isolamento térmico, acústico e embalagens

• A integração de diferentes cadeias produtivas poderá garantir matéria prima para novos biocombustíveis e o desenvolvimento econômico do estado de Minas Gerais.

Óleo de Macaúba – Cooperativa em Montes Claros

Mat

éria

Pri

ma –

Min

as G

erai

s

Biocombustíveis Drop in : Bioquerosene e Diesel verde

Macaúba

Bio-óleo soja

Gordura Animal

Fase P&D

Implantação do Primeiro Laboratório Brasileiro de Certificação de Combustíveis

Aeronáuticos

Desenvolvimento Tecnológico -UFMG

Testes reator em batelada Escala Laboratório

Testes Reator Contínuo Escala Piloto

Implantação Unidade Industrial Contínua Fase P&D Laboratório

Fase Semi-industrial e Industrial

O desenvolvimento tecnológico tem sido acelerado na UFMG pela expertise na área de certificação do Bio-jet.

Profª. Drª. Vânya Pasa

Alcohol-to-jet (ATJ)

Oil-to-jet (OTJ) -

Gas-to-jet (GTJ)

Sugar-to-jet (STJ)

Principais Tecnologias para produção de Querosene

Alternativo - BioQAv

Flexibilidade nas Tecnologias - Diversidade nos processos - Diversidade de Matériais – primas (sólido, líquido e gás)

Obrigatoriedade:

- Sustentabilidade - Preço competitivo com Jet fuel

- -Qualidade Elevada

Processo HEFA / (OTJ) ou HVO (Hydrotreated Vegetable Oil)

Profª. Drª. Vânya Pasa Renewable and Sustainable Energy Reviews 53 (2016) 801–822

Catalisadores:

Metais nobres suportados (Pd, Pt);

CoMo/ gAl2O3, NiMo/ gAl2O3.

Condições: 300-450 °C

Pressão: 20-80 bar

300- 450 °C

20 – 80 bar H2

Óleo novo

Pre-tratamento

Hidrólise Desoxigenação

e Craqueamento

Isomerização

Destilação Fracionada Óleo ou Gordura residual

-Nafta -Diesel verde -Bioquerosene

Desenvolvimento Tecnológico Focado em Redução de Custos

• Diferentes Rotas de Desoxigenação : pirólise catalítica e HEFA • Desenvolvimento de catalisadores residuais e de baixo custo Catalisadores sustentáveis

• Processos com condições experimentais brandas: menores temperaturas e pressões, baixa

dependência de H2

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

0e6

10e6

20e6

30e6

40e6

Fraction 1

Fraction 2

Fraction 3

Fraction 4 F1 F2 F3 F4

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

10e6

20e6

30e6

40e6

50e6

60e6

70e6

Petrobras Fossil Kerosene

Fraction 4

Macaúba Green Diesel and

Biokerosene

18

Produção de Catalisadores Sustentáveis Residuais e Uso Inovador de Catalisadores Metálicos de Menor Custo

Normalmente, os catalisadores representam 10% do custo operacional do processo.

A UFMG registrou patente junto ao INPI para processo com catalisador residual.

18 catalisadores diferentes já foram testados com sucesso no LEC-UFMG.

LEC- Projetos de P&D

• Trabalhos em reator batelada, catalisadores residuais.

• Um pedido de patente já foi encaminhado ao INPI.

• Próxima Etapa: testes em reator contínuo.

Resultados

0

10

20

30

40

50

60

Cat.A Cat.B Cat.C Cat.D

Gasoline C5-C10

Biokerosene C9-C15

Green Diesel C14-C20Fig.1: Hydrocarbon contents formed.

Reaction using pressure 10 bar N2, 350 °C temperature, agitation 700 rpm and 5% catalyst

Fig.2: Hydrocarbon content components of biogasoline fraction, biokerosene and green diesel.

92 100

79 79

0

20

40

60

80

100

Cat.A Cat.B Cat.C Cat.D

O

O

O

O

O

O

CH3

CH3

CH3

Hidrocarbonetos lineares

Pd/C

Óleos de Palma

CH3 CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

CH3CH3CH3

OH

O

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

Hidrocarbonetos

Destilação Catalisadores Ácidos

Oleos de Palma

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3 CH3CH3

CH3

CH3

O

O

O

O

O

O

CH3

CH3

CH3

CH3OH

O

Bioquerosene

Bioquerosene

40 60 80 100 NbOPO

4-POORG1

Inte

nsi

ty (

u.a

.)

Retention time (min)

Jet-fuel

Biojet-juel

BCH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10

NbOPO4-POORG1 fracttion 15%

Jet-fuel

-47 °C

Hea

t flo

w (

a.u.

)

Temperature (°C)

-62 °C

Planta Piloto – Próxima etapa

25

O bio-crude pode ser processado para a produção de biocombustíveis

Bio-crude a partir da liquefação (Solvólise)

Liquefação

Biomassa Biocrude

Algas, resíduos lignocelulósico, esgoto e dejetos

Re

con

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da

Po

lícia

Mili

tar

Agradecimentos

vanya@ufmg.br

Investimentos -Planta Piloto

• Planta piloto para 50 kg de óleo/hora = 288 toneladas /ano

Envolve sistema para:

• pré-tratamento do óleo ou gordura

• Reator de síntese contínuo e de alta pressão

• Sistema de destilação

• Sistema para preparo e ativação do catalisador

• Valor: R$ 1.500.000,00 em equipamentos

Produtos

30

Cana de açúcar

moagem

Caldo Etanol (1ª geração) fermentação

Bagaço Palha

Pré-tratamento

hidrólise

Celulose

Etanol (2ª geração)

Lignina

Bio-crude Biocombustível

BioQAv

Bioquerosene a partir de lignina residual

Liquefação

“Upgrade”