ISBN

978

-85-

6085

6-09

-5

SérieEnergias Renováveis

SérieEnergias Renováveis

DENDROENERGIA

SérieEnergias Renováveis

SérieEnergias Renováveis

DENDROENERGIA

Karina Ribeiro SalomomGeraldo Lúcio Tiago Filho

Itajubá, 2007.

1º EdiçãoOrganizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho

Edição

Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas

Presidente: Ivonice Aires Campos

Secretário Executivo: Geraldo Lúcio Tiago Filho

Revisão

Ângelo Stano Júnior

Organização

Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho

Colaboração

Camila Rocha Galhardo

Adriana Barbosa

Projeto Gráfico

Orange Design

Editoração e Arte-Final

Adriano Silva Bastos

CERPCH - Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas

Avenida BPS, 1303 - Bairro Pinheirinho CEP: 37500-903 - Itajubá - MG - Brasil

Tel: (+55 35) 3629-1443 Fax: (+55 35) 3629 1265

Obra publicada com o apoio do Ministério de Minas e Energia e da Fundação de Apoio

ao Ensino Pesquisa e Extensão de Itajubá

Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Mauá -Bibliotecária Margareth Ribeiro - CRB_6/1700

S173d

Salomom, Karina Ribeiro Dendroenergia / Karina Ribeiro Salomom e Geraldo LúcioTiago Filho ; organizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho ; revi_são de Ângelo Stano Júnior e Adriana Barbosa; colaboraçãoCamila Rocha Galhardo; editoração e arte- final Adriano SilvaBastos. -- Itajubá, MG : FAPEPE, 2007. 28p. : il. -- (Série Energias Renováveis)

1. Energias renováveis. 2. Termoeletricidade. I. Título.

ISBN: 978 - 85 - 60858 - 01 - 9ISBN: 978 - 85 - 60858 - 09 - 5

CDU 620.91

Sumário1.0 – Conceitos e Definições

1.1 Dendroenergia –

1.1.1 Sistemas Dendroenergéticos –

1.1.2 Fotossíntese e Dendroenergia –

1.1.3 Processos de Conversão da Biomassa –

2.0 Biocombustíveis –

2.1 – Álcool – Metanol

2.1.1 Processos de Fabricação do Álcool –

2.2 – Biodiesel

3.0 – Referências Bibliográficas

04060709131616172327

O termo biomassa engloba a matéria vegetal da fotossíntese e os seus derivados tais como: re-

síduos florestais e agrícolas, resíduos animais e a matéria orgânica contida nos resíduos indus-

triais, domésticos, municipais, etc. Estes materiais contêm energia química proveniente da

transformação energética da radiação solar. Essa energia química pode ser liberada diretamen-

te por combustão ou convertida através de algum processo em outras fontes energéticas mais

adequadas, para um fim qualquer desejado. (NOGUEIRA, 2003).

Segundo NOGUEIRA, 2003, o total de energia existente na cobertura da Terra, incluindo as

florestas tropicais e temperadas, as savanas e campos, é estimado como sendo cerca de 100 ve-

zes o consumo atual de energia ao longo de um ano na Terra. Naturalmente só uma parte desta

enorme quantidade de energia pode ser utilizada para atender as necessidades humanas, po-

rém estes números servem para dar uma idéia da importância que tem o potencial energético da

biomassa.

Os recursos energéticos da biomassa podem ser classificados através de 3 grupos principais

de acordo com a origem da matéria orgânica que os constitui, de acordo com a tabela 1.1.

Veremos a seguir uma breve explicação sobre cada classificação segundo NOGUEIRA, 2003.

Biocombustíveis da madeira (dendrocombustíveis): Incluem basicamente a lenha, que po-

de ser produzida e obtida de maneira sustentável a partir de florestas plantadas ou nativas, res-

peitando limites que possibilitem a regeneração natural de tais florestas, ou também obtida por

desmatamento de formação nativas com o intuito, neste caso, de obter terras para atividades

agropecuárias. Pode-se também obter estes combustíveis através de atividades que processam

ou utilizam a madeira com finalidade não exclusivamente energéticas, como por exemplo, em

serrarias e industrias de celulose. O conteúdo energético da celulose nesta classe de biomassa es-

tá associado basicamente aos conteúdos de celulose e lignina presentes na biomassa em ques-

tão, apresentando, em geral, baixa umidade e adotando preferencialmente rotas termoquímicas

de transformação para seu uso final, como nos sistemas de combustão ou carbonização. Outros

exemplos mais complexos de combustíveis de origem florestal são: carvão vegetal, licor negro

(subproduto da indústria de celulose), metanol ou álcool metílico, produzido a partir da madei-

ra.

Biocombustíveis não florestais (agrocombustíveis): Tipicamente produzidos a partir de

cultivos anuais. Apresentam maior umidade que os biocombustíveis florestais. Seu uso, em ge-

ral, exige primeiramente uma conversão em outro produto energético mais adequado. Nesta

classe tem-se, por exemplo, a cana-de-açúcar, cujo valor energético está associado ao conteúdo

de celulose, amido, açucares e lipídeos que, por sua vez, determinam o tipo de produto energé-

tico que se pode obter. Também podem ser denominados biocombustíveis não florestais diver-

sos tipos de subprodutos energéticos provindos de atividades relacionadas com a produção e o

processamento de produtos agrícolas, materiais estes que muitas vezes, de maneira incorreta e

depreciativa, são chamados de resíduos. Como exemplo destes subprodutos agrícolas tem-se:

aqueles produzidos em propriedades agrícolas e que estão diretamente associados à produção

de vegetais: subprodutos de origem animal, basicamente diversos tipos de esterco e subprodu-

tos das agroindústrias e aqueles que resultam do processamento de produtos agrícolas, como é

o caso do bagaço de cana, da casca de arroz ou de café.

04 05

Capítulo 1Capítulo 1Conceitos e definições

Resíduos sólidos e líquidos gerados em cida-

des e vilas.

Madeira produzida para fins energéticos, usa-

da diretamente ou indiretamente como com-

bustível.

Incluem biocombustíveis sólidos, líquidos ou

gasosos, subprodutos da exploração florestal

e resultantes do processamento industrial da

madeira para fins energéticos.

Madeira usada diretamente ou indiretamente

como combustível, derivada de atividade só-

cio-econômicas que empregam produtos de

origem florestal.

Combustíveisdiretos da madeira

Combustíveisindiretos da madeira

Combustíveisde madeira recuperada

Tipicamente combustíveis sólidos e líquidos

produzidos a partir de plantações anuais, co-

mo é o caso do álcool da cana-de-açúcar.

Principalmente resíduos de colheitas outros ti-

pos de subprodutos de culturas como palhas e

folhas.

Basicamente estercos de aves, bovinos e suí-

nos.

Basicamente subprodutos de agroindústrias,

como o bagaço de cana e casca de arroz.

Combustíveisde plantações energéticas

Subprodutosagrícolas

Subprodutosanimais

Subprodutosagroindustriais

Biocombustíveis da Madeira(dendrocombustíveis)

Biocombustíveis não florestais(agrocombustíveis)

Resíduos Urbanos

o1 nível o2 nível Definição

Classificação dos biocombustíveis. Fonte: (NOGUEIRA, 2003).

Tabela 1.1: Classificação dos biocombustíveis.

ra foram utilizados com fins energéticos.

A figura 1.1 apresenta dados relativos a 1995, dos volumes consumidos de combustíveis

energéticos associados à madeira, seja em termos de sua participação na oferta de energia ou co-

mo porcentagem da produção florestal. Nota-se que grande parte desse consumo ocorre na

Ásia, e por volta de uma quarta parte do total corresponde aos países desenvolvidos.

1.1.1 Sistemas Dendroenergéticos

Segundo, NOGUEIRA, 2003, os sistemas dendroenergéticos são apresentados como um con-

junto inter-relacionado de agentes que atuam para levar a energia vegetal a atender as mais di-

versas necessidades humanas, com amplas possibilidades de aperfeiçoamento e expansão. Os

sistemas energéticos baseados em combustíveis vegetais, em especial a madeira e seus deriva-

dos, apresentam características particulares importantes que os diferenciam dos demais e justi-

ficam sua discussão. A bioenergia é a que apresenta maior diversidade e complexidade, cobrin-

do uma ampla gama de aplicações, desde a utilização da lenha em cozinhas domésticas, para

preparar alimentos, até a combustão do licor negro em caldeiras.

Da colheita ou corte até a transformação em formas finais de energia útil nas condições re-

queridas pelo usuário, como calor ou trabalho, os biocombustíveis devem passar por uma longa

seqüência de etapas. As principais etapas são os processos físico-químicos e operações unitári-

as, como transporte e armazenamento. A figura 1.2 apresenta estas etapas, que podem ser dife-

renciadas de acordo o sistema observado.

Para se obter o sistema dendroenergético mais adequado para atendimento dos interesses

do proprietário, deve-se fazer um estudo ou um levantamento de dados para verificar qual a me-

lhor configuração das atividades a se desenvolver. A seguir serão apresentados os fatores para

implantação de sistemas dendroenergéticos (tabela 1.2)

Resíduos urbanos: embora inclua materiais de outras origens, tais como os plásticos e meta-

is, a maior parte do lixo e de praticamente toda a parte orgânica das águas de esgotos é represen-

tado por biomassa. A utilização para fins energéticos destes resíduos pode significar um consi-

derável beneficio ambiental e uma gradual eliminação de materiais contaminantes, que quase

sempre provocam crescentes dificuldades nas cidades. O processo de transformação em outros

produtos energéticos se define basicamente de acordo com a umidade, podendo ser empregado

desde a biodigestão anaeróbia até os sistemas de combustão direta.

1.1 Dendroenergia

O termo “dendroenergia” se associa com a biomassa energética lignocelulósica em geral e

seus subprodutos, sobretudo em bases renováveis, sendo considerados como temas dendroe-

nergéticos os aspectos técnicos, sócio-econômicos e ambientais relacionados com a produção

florestal, o pré-processamento dos recursos florestais, sua eventual conversão em outras formas

de energia final e, por último, sua utilização.

A dendroenergia é a principal fonte de energia para mais de 2 bilhões de pessoas, especial-

mente nos países em desenvolvimento. Os biocombustíveis, em particular a lenha e o carvão ve-

getal, atualmente somam mais de 14 % da energia primária total do planeta. Os cenários sociais

e econômicos apresentam um crescimento contínuo da demanda de dendrocombustíveis que

prosseguirá ainda por várias décadas.

Nos países em desenvolvimento, a dependência destes combustíveis pode alcançar por vol-

ta de 1/3 da energia total, e em algumas regiões da África 80% da energia deriva dos biocom-

bustíveis. A madeira e o carvão vegetal, os dendrocombustíveis mais comuns, são essenciais pa-

ra a nutrição da população em regiões mais pobres dos países em desenvolvimento, já que são

utilizados nas cozinhas e para calefação. Além disso, são também utilizados pelas indústrias ali-

mentícias e na geração de eletricidade.

Nos países em desenvolvimento, a dendroenergia (utilizada principalmente na produção

de calor e eletricidade) se emprega cada vez mais como fonte de energia respeitosa para o meio

ambiente proporcionando um potencial substituto dos combustíveis fósseis e contribuem tam-

bém para a redução das emissões dos gases do efeito estufa.

Segunda a FAO, (Food and Agriculture Organization of the United Nations – Organização

das Nações Unidas para Agricultura e Florestas), a produção total de madeira em 2000 alcançou

aproximadamente 3.900 milhões de metros cúbicos, dos quais 2.300 millhões foram utilizados

como combustíveis. Isto significa que por volta de 60 % das extrações mundiais totais de madei-

06 07

África

Ásia

Ocêania

América Latina e Caribe

Antiga URSS

EUA e Canadá Austrália, Nova Zelandia e

Japão

Europa

e Israel

Figura 1.1 - Distribuição de demanda dendroenergética, dados de 1995. Fonte: (FAO, 1998).

1.1.2 Fotossíntese e dendroenergia

É através da fotossíntese, cujo esquema está mostrado na figura 1.3, que ocorre a acumula-

ção da energia solar nas plantas. A fotossíntese significa etimologicamente síntese pela luz. Exce-

to as formas de energia nuclear, todas as outras formas de energia utilizadas pelo homem mo-

derno provêem do sol. A fotossíntese pode ser considerada como um dos processos biológicos

mais importantes na Terra. Por liberar oxigênio e consumir dióxido de carbono, a fotossíntese

transformou o mundo no ambiente habitável que conhecemos hoje. De uma forma direta ou in-

direta, a fotossíntese supre todas as nossas necessidades alimentares e nos fornece inúmeras fi-

bras e materiais de construção. A energia armazenada no petróleo, gás natural, carvão e lenha,

que são utilizados como combustíveis em várias partes do mundo, vieram também do sol via fo-

tossíntese. Assim sendo, a pesquisa científica da fotossíntese possui uma importância vital. Se

pudermos entender e controlar o processo fotossintético, nós saberemos como aumentar a pro-

dutividade de alimentos, fibras, madeira e combustível, além de aproveitar melhor as áreas cul-

tiváveis. Os segredos da coleta de energia pelas plantas podem ser adaptados aos sistemas hu-

manos para fornecer modos eficientes de aproveitamento da energia solar. Essas mesmas tec-

nologias podem auxiliar-nos a desenvolver novos computadores mais rápidos e compactos, ou

ainda, a desenvolver novos medicamentos. Uma vez que a fotossíntese afeta a composição at-

mosférica, o seu entendimento é essencial para compreendermos como o ciclo do CO e outros 2

gases, que causam o efeito estufa, afetam o clima global do planeta. Veremos logo abaixo como a

pesquisa científica em fotossíntese é importante para a manutenção e elevação da nossa quali-

dade de vida.

08 09

água + sais minerais

gás carbônico

energia solar

oxigêniooxigênio

Figura 1.3: Esquema da Fotossíntese. Fonte: Disponível em http://www.escolavesper.com.br/fotossintese_2.htm, Acesso em Jan de 2006.

ABASTECIMENTO DAS NECESSIDADES DOS USUÁRIOS

NATUREZA

CONVERSÃO - UTILIZAÇÃO

TRANSPORTE – COMERCIALIZAÇÃO - DISTRIBUIÇÃO

PRODUÇÃO – COLHEITA – PREPARAÇÃO

Figura 1.2 - Operações e atividades em sistemas dendroenergéticos. Fonte: NOGUEIRA, 2003.

Caracterização detalhada do local em termos de parâmetros físicos e biológi-

cos.Tecnológicos

Ambientais

Sociológicos

Econômicos

Fiscais de Impostos

Organizacionais

Seleção adequada das espécies florestais a serem adotadas.Praticas para elevar a produtividade florestal.Difusão de métodos e processos mais eficientes e produtivos.

Valorização dos resíduos de biomassa.Avaliação das emissões e disposição final dos resíduos da exploração dendro-

energética.Avaliação de impacto na produção.

Avaliação do perfil energético do usuário.Realização do diagnostico sócio-econômico dos grupos sociais envolvidos.

Avaliação da formação de preços e custos dos recursos dendroenergéticos.

Previsão de incentivos adequados para ampliar a disponibilidade de recursos

dendroenergéticos e melhorar a eficiência em sua utilização.Promoção da produção local de sistemas eficientes para conversão final.Avaliação dos sistemas de impostos para terras marginais de potencial flores-

tal.

Reforço base institucional associada a dendroenergia.Estimulo a coordenação das atividades de Investigação e Desenvolvimento.Formação e capacitação de recursos humanos em temas dendroenegéticos.

Fatores Descrição

Tabela 1.2 - Fatores a considerar para implantação de sistema dendroenergéticos otimizados.Fonte: (Modificado de VIMAL e BHATT, 1989 apud NOGUEIRA, 2003).

Florestas nativas

A exploração intensa e o desmatamento para expansão das atividades agropecuárias, em

muitos casos têm levado a uma quase destruição dos maciços florestais. As árvores necessitam

de tempo para crescer e não podem ser consideradas como fonte inesgotável de energia, portan-

to constituem recursos que necessitam ser adequadamente manejados para que continuem dis-

poníveis. Vários estudos têm mostrado que é possível uma exploração racional com vistas no

abastecimento energético, uma vez que se considerem também como objetivos a sustentabilida-

de agrícola e ecológica. A Tabela 1.3 a seguir apresenta alguns dados de produtividade estima-

da para algumas coberturas vegetais nativas no Brasil, também definidas por capacidade po-

tencial anual de extração sustentável.

Cultivos energéticos

Silvicultura – a partir da conscientização dos danos causados pelo intenso desmatamento de

florestas nativas foram desenvolvidas técnicas de plantio e manejo de espécies florestais, para

aumentar sua produtividade e reduzir seu possível esgotamento. Para isso as espécies mais

adaptadas são o eucalipto e o pinheiro, porém em função das características de solo e clima do lo-

cal, podem ser utilizadas outras espécies como a acácia, mimosas, leucenas, da família das legu-

minosas e outras, recomendadas sempre que se necessite de crescimento rápido.

Cultivos anuais - são espécies de ciclos anuais que são classificadas de acordo com sua prin-

cipal substância de armazenamento de energia. Assim temos amiláceas, sacarídeos e oleagino-

sas geralmente com fins alimentícios. Porém, estão em estudos outros vegetais pouco conheci-

dos que podem apresentar vantagens importantes como resistência a seca, produtividade ra-

zoável em terras pobres e facilidade de cultivo. São elas cana-de-açúcar, sorgo, mandioca, baba-

çu, batata doce, milho, etc.

Cultivo de transição

O fim da atividade pecuária extensiva em muitas propriedades e o uso generalizado de adu-

bos possibilita a disponibilidade de terras no período depois da colheita e antes do próximo cul-

tivo. Neste período de descanso do terreno podem ser cultivados adubos verdes, que são algu-

mas forrageiras de inverno e cultivo energético de ciclo curto.

Árvores grandes, que cobrem mais de 60% do solo.

Árvores grandes que cobrem entre 10% e 60% do solo.

Árvores médias, que cobrem até 10% do solo.

Floresta tropical densa

Floresta aberta

Matagal, Savanas

Cobertura Florestal Descrição

Tabela 1.3 - Produtividade sustentável de biomassa de algumas florestas naturais. Fonte: NOGUEIRA, 2003.

10 11

Todas as nossas necessidades energéticas nos são fornecidas pelos vegetais, seja diretamen-

te, ou através dos animais herbívoros. Os vegetais por sua vez, obtêm a energia para sintetizar

os alimentos via fotossíntese. Embora as plantas retirem do solo e do ar a matéria-prima neces-

sária para a fotossíntese, a energia necessária para a realização do processo é fornecida pela luz

solar. Para ser plenamente utilizada, a energia solar deve ser convertida em outras formas de

energia, sendo exatamente isso o que ocorre no processo de fotossíntese, no qual as plantas con-

vertem a energia solar em formas de energia que podem ser armazenadas e utilizadas posterior-

mente.

Um dos processos mais importantes da fotossíntese é a utilização da energia solar para con-

verter o dióxido de carbono atmosférico em carboidratos, cujo subproduto é o oxigênio. Posteri-

ormente, se a planta assim o necessitar, ela pode utilizar a energia armazenada nos carboidratos

para sintetizar outras moléculas.

A celulose é um dos produtos da fotossíntese que constitui a maior parte da madeira seca.

Quando a lenha é queimada, a celulose é convertida em CO e água com o desprendimento da 2

energia armazenada em sua estrutura. Assim como na respiração, a queima de combustíveis li-

bera a energia armazenada para ser convertida em formas de energia útil. Por exemplo, quando

queimamos álcool nos nossos automóveis, estamos convertendo a energia química em energia

cinética. Além do álcool, que é amplamente utilizado no Brasil como combustível, no norte do

país o bagaço de cana é largamente empregado para gerar energia nas usinas de beneficiamento

da cana de açúcar. O petróleo, o carvão e o gás natural são exemplos de combustíveis utilizados

no mundo moderno, que tiveram a sua origem na fotossíntese. Portanto, muitas das nossas ne-

cessidades energéticas provêm da fotossíntese e a sua compreensão pode levar a uma maior pro-

dutividade dessas formas de energia.

O conhecimento obtido a partir da pesquisa científica da fotossíntese, também pode ser utili-

zado para aumentar a produção energética de uma maneira mais direta. Embora o processo glo-

bal da fotossíntese seja ineficiente, as etapas iniciais de conversão de energia radiante (luz solar)

em energia química são muito eficientes. Se entendermos os processos físicos e químicos da fo-

tossíntese, poderemos construir tecnologias de alta eficiência na conversão da energia. Hoje,

nos laboratórios, os cientistas já podem sintetizar reações tão eficientes ou mais que as naturais,

em termos de quantidade de energia radiante convertida e armazenada na forma de energia elé-

trica ou química.

Os recursos dendroenegéticos são produtos diretos e indiretos da floresta, produzidos ou

não para fins energéticos. Tais recursos são casos particulares de recursos bioenergéticos que in-

cluem todos os casos de biocombustiveis, entre os quais a lenha e seguramente um dos mais im-

portantes. Os principais recursos bioenergéticos são:

duzida no gaseificador, aproveitando-se a temperatura ali existente, contudo a operação com

madeira seca é mais eficiente.

- Pirólise ou carbonização - durante a etapa de pirólise formam-se gases, vapor d'água,

vapor de alcatrão e carvão.

- Gaseificação - é liberada a energia necessária ao processo, pela combustão parcial dos

produtos da pirólise.

Vantagens da gaseificação da biomassa:

- As cinzas e o carbono residual permanecem no gaseificador, diminuindo assim a emis-

são de particulados.

- O combustível resultante é mais limpo e, na maioria dos casos não há necessidade de

controle de poluição.

Associada a catalisadores, como alumínio e zinco, a gaseificação aumenta a produção de hi-

drogênio e de monóxido de carbono e diminui a produção de dióxido de carbono.

12 13

Produção por habitante

Umidade

Densidade

Poder calorífico

Nitrogênio total

Tabela 1.4 - Característica média do lixo em são Paulo e Rio de Janeiro. Fonte: NOGUEIRA, 2003.

Plantas aquáticas

O estudo destas espécies, principalmente o aguapé e as algas, tem se intensificado a fim de

14 15

EXER

CÍCI

OS

1) Responda:

a) Qual o significado de Dendroenergia?

b) Qual a importância da dendroenergia?

c) O que são sistemas dendroenergéticos?

d) Quais os principais fatores que devem ser considerados na im-

plantação destes sistemas?

e) Qual a diferença entre os tipos de cobertura vegetal: Floresta tro-

pical densa, Floresta aberta e Savanas.

f) Explique os processos de conversão da biomassa em um gás com-

bustível.

g) Quais as vantagens da gaseificação da biomassa?

2) Relacione:

(1) Dendrocombustíveis; (2) Agrocombustíveis; (3) Resíduos urbanos

Madeira produzida para fins energéticos, usada diretamente

ou indiretamente como combustível.

Resíduos sólidos e líquidos gerados em cidades e vilas.

Madeira usada diretamente ou indiretamente como combustí-

vel, derivada de atividades sócio-econômicas que empregam pro-

dutos de origem florestal.

Basicamente subprodutos de agroindústrias, como o bagaço

de cana e casca de arroz.

Principalmente resíduos de colheitas e outros tipos de subpro-

dutos de culturas como palhas e folhas.

Tipicamente combustíveis sólidos e líquidos produzidos a par-

tir de plantações anuais, como é o caso do álcool da cana-de-

açúcar.

Inclui biocombustíveis sólidos, líquidos ou gasosos, subpro-

dutos da exploração florestal e resultantes do processamento in-

dustrial da madeira para fins energéticos.

Basicamente estercos de aves, bovinos e suínos.

O Biodiesel é mais seguro do que o diesel de petróleo. O ponto de com-

bustão do biodiesel, na sua forma pura, é de mais de 300 F (148°C) contra 125

F (51°C) do diesel comum. Equipamentos a biodiesel são, portanto mais segu-

ros.A exaustão do Biodiesel é menos ofensiva. O uso do biodiesel resulta nu-

ma notável redução dos odores, o que é um benefício real em espaços confi-

nados. De fato se assemelha um pouco com o cheiro de batatas fritas. Não fo-

ram noticiados casos de irritação nos olhos. Como o biodiesel é oxigenado, ele

apresenta uma combustão mais completa.Biodiesel não requer armazenamento especial. O biodiesel na sua forma natural pode ser armazena-

do em qualquer lugar onde o petróleo é armazenado, e pelo fato de ter maior ponto de fusão é ainda mais

seguro o transporte deste.Biodiesel funciona em motores convencionais. Como já foi dito, o biodiesel requer mínimas modifi-

cações pra operar em motores já existentes.O Biodiesel é renovável, contribuindo para a redução do dióxido de carbono.O Biodiesel pode ser usado sozinho ou misturado em qualquer quantidade com diesel de petróleo.O Biodiesel aumenta a vida útil dos motores por ser mais lubrificante.Biodiesel é biodegradável e não tóxico.

de 70, quando o Brasil encontrou no álcool a solução para enfrentar o aumento abrupto dos pre-

ços do petróleo que importava. A corrida para ampliar unidades e construir novas usinas é mo-

vida por decisões da iniciativa privada, convicta de que o álcool terá, a partir de agora, um papel

cada vez mais importante como combustível, no Brasil e no mundo.

A tecnologia dos motores “flex fuel” veio dar novo fôlego ao consumo interno de álcool. O

carro que pode ser movido a gasolina, álcool ou uma mistura dos dois combustíveis foi introdu-

zido no País em março de 2003 e conquistou rapidamente o consumidor. Hoje a opção já é ofere-

cida para quase todos os modelos das indústrias, e os automóveis bicombustíveis ultrapassa-

ram pela primeira vez os movidos a gasolina na corrida do mercado interno. Diante do nível ele-

vado das cotações de petróleo no mercado internacional, a expectativa da indústria é que essa

participação se amplie ainda mais. A relação atual de preços faz com que o usuário dos modelos

bicombustíveis dê preferência ao álcool. (Disponível em www.biodieselecooleo.-

com.br/proalcool/index.htm, Acesso em Jan de 2006).

2.1.1 Processo de fabricação do Álcool

A extração dos açúcares ou do caldo da cana é, sem dúvida, uma das operações mais impor-

tantes para as indústrias açucareiras ou alcooleiras. Esse processo envolve três principais eta-

pas:

1º) o preparo da matéria-prima;

2º) a fermentação; e

3º) a destilação.

A seguir estudaremos as etapas de produção do álcool.

PREPARO DA MATÉRIA-PRIMA

A cana, depois de colhida, é levada a uma indústria onde é pesada e lavada. Em seguida, é

conduzida através de esteiras transportadoras até uma picadeira de facas rotativas que irá picá-

la, alimentando um desfibrador (tipo martelo), cuja função é reduzir a cana em tamanhos meno-

res. A finalidade desta operação é destruir a resistência das partes duras dos colmos de cana, au-

mentando a capacidade de trabalho das moendas e, conseqüentemente, a extração. O preparo

consiste na desintegração da cana, com o objetivo de romper o maior número de feixes fibrovas-

culares, onde estão as células de armazenamento, facilitando o trabalho das moendas.

MOAGEM

No Brasil, o caldo da cana é extraído por moendas, que são utilizadas desde o tempo Coloni-

al (figura 2.1). Para que haja uma boa moagem faz-se necessário conhecer algumas recomenda-

16 17

2.1 Álcool - Etanol

Vimos anteriormente vários tipos de biocombustíveis obtidos dos recursos dendroenergéti-

cos. No Brasil o biocombustível de maior importância é o álcool etílico, obtido a partir da cana-

de-açúcar.

O Programa Nacional do Álcool ou Proálcool foi criado em 14 de novembro de 1975 pelo de-

creto n° 76.593, com o objetivo de estimular a produção do álcool, visando o atendimento das ne-

cessidades do mercado interno e externo e da política de combustíveis automotivos. De acordo

com o decreto, a produção do álcool oriundo da cana-de-açúcar, da mandioca ou de qualquer

outro insumo deveria ser incentivada por meio da expansão da oferta de matérias-primas, com

especial ênfase no aumento da produção agrícola, na modernização e ampliação das destilarias

existentes e na instalação de novas unidades produtoras, anexas a usinas ou autônomas, e de

unidades armazenadoras.

A cana-de-açúcar tem o mais alto retorno para os agricultores por hectare plantado. O custo

de produção do açúcar no país é baixo (inferior a US$ 200/tonelada), podendo dessa maneira

competir no mercado internacional. Tal mercado é, entretanto, volátil e apresenta grandes osci-

lações de preços.

A produção mundial de açúcar em 2000 foi de 131 milhões de toneladas, sendo que cerca de

13% é a participação do Brasil. As etapas na produção do açúcar e do álcool diferem apenas a par-

tir da obtenção do suco, que poderá ser fermentado para a produção de álcool ou tratado para o

açúcar. Caso a produção de açúcar se torne menos atrativa devido às reduções de preços inter-

nacionais, o que freqüentemente ocorre, poderá ser mais vantajosa a mudança da produção pa-

ra álcool.

A decisão de produção de etanol a partir de cana-de-açúcar, além do preço do açúcar, é polí-

tica e econômica, envolvendo investimentos adicionais. Tal decisão foi tomada em 1975, quan-

do o governo federal decidiu encorajar a produção do álcool em substituição à gasolina pura,

com o objetivo de reduzir as importações de petróleo, então com um grande peso na balança co-

mercial externa. Nessa época, o preço do açúcar no mercado internacional vinha decaindo rapi-

damente, o que tornou conveniente a mudança de produção de açúcar para álcool.

Trinta anos depois do início do Proálcool, o Brasil vive agora uma nova expansão dos cana-

viais com o objetivo de oferecer, em grande escala, o combustível alternativo. O plantio avança

além das áreas tradicionais, do interior paulista e do Nordeste, e espalha-se pelos cerrados. A no-

va escalada não é um movimento comandado pelo governo, como a ocorrida no final da década

Capítulo 2Capítulo 2Biocombustíveis

paro de cana dispensa a embebição, pois a água adicionada não é absorvida pelo bagaço;

- Qualidade e temperatura da água - requer características potáveis, pois a água pode ser

um veículo de contaminação das fermentações. A temperatura favorece o desenvolvimento dos

contaminantes.

COAMENTO E DECANTAÇÃO DO CALDO

O caldo extraído pelas moendas arrasta várias impurezas grosseiras, tais como bagacilho e

terra. Sua separação é importante pelos inconvenientes que promove, uma vez que essas agem

como focos de infecções. A separação pode ser realizada através de peneiras fixas, rotativas ou

vibratórias. Os decantadores de caldo são as estruturas onde o caldo passa lentamente, enquan-

to separa-se das impurezas menores, que não foram eliminadas no coamento e que poderão pre-

judicar a fermentação.

LIMPEZA DOS EQUIPAMENTOS E CONTROLES

Assim como em qualquer processo de produção, a limpeza dos equipamentos utilizados no

preparo dos colmos, extração do caldo, embebição do bagaço, coamento do caldo e condução do

caldo extraído, deve ser regular e bastante rigorosa, empregando-se água de boa qualidade, es-

covas e vapor, se possível. Sem esse manejo adequado dos equipamentos, pode-se observar a

formação de focos de contaminações, indesejáveis à fermentação, que se desenvolvem por falta

de assepsia, resultando em perda de açúcar e de rendimento do processo.

PREPARO E CORREÇÃO DO MOSTO

Compreende toda a série de operações tecnológicas que visam acondicionar a matéria-

prima de acordo com as exigências da levedura alcoólica. Basicamente pode ser dividida em du-

as operações: diluição e correções. São elas:

? Concentração de sólidos solúveis e de açúcares totais;

? Acidez total e pH (pH varia de 4,0 a 5,0 - ácido sulfúrico a 10%);

? Sais minerais (Difosfato de Amônio, Uréia, Sulfato de Amônio, Superfosfato Triplo);

? Nitrogênio;

? Vitaminas;

? Antissépticos (pentaclorofenol);

? Temperatura.

LEVEDURA ALCOÓLICA

As leveduras são fungos, não constituindo um grupo homogêneo. As de interesse industrial

pertencem à classe dos Ascomicetos, sendo as espécies mais importantes a Saccharomyces cere-

visiae e S. uvarum. A massa de células para se iniciar a fermentação denomina-se “pé-de-cuba”,

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ções, tais como:

1ª) bom preparo da cana;

2ª) boas condições de pega e drenagem dos rolos;

3ª) alimentação forçada; e

4ª) manutenção preventiva.

A matéria-prima destinada ao processo de produção deve estar limpa, com menor teor de im-

purezas vegetais e minerais e moída com a maior brevidade possível após o cor-

te/carregamento, num prazo de 24 horas no máximo.

EMBEBIÇÃO

A cana preparada é submetida à ação das moendas com o objetivo de se separar a fração lí-

quida, conhecida como caldo ou garapa, do resíduo fibroso, que é o bagaço. Para se conseguir

uma maior recuperação de caldo, é comum a passagem do mesmo bagaço várias vezes pela mo-

enda. Entretanto, após certo limite, a extração do caldo a seco torna-se nula. Então, faz-se neces-

sária a realização de lavagem deste resíduo em processo com água ou água + caldo diluído, com

a finalidade de diluir o caldo remanescente. Esta operação é chamada EMBEBIÇÃO.

Fatores que afetam a Embebição

- Quantidade de água - depende do teor de fibra;

- Preparo da cana para moagem – cana mal preparada, embebição deficiente. O mau pre-

Figura 2.1 – Moenda de cana na época colonial. Fonte:www.enq.ufsc.br

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quente, preparando-se novo pé-de-cuba para o próximo ciclo de fermentação;

?Todas as orientações técnicas deverão ser rigorosamente atendidas.

Parâmetros Empregados para Condução da Fermentação

?Concentração de Açúcares;

?Temperatura do Mosto em Fermentação;

?Tempo de Fermentação;

?Cheiro;

?Aspecto da Espuma;

?Acidez e Ph;

?Açúcares Residuais;

?Re ndimento.

DESTILAÇÃO

O processo de destilação se relaciona ao aquecimento pelo qual substâncias com pontos de

ebulição diferentes passam até evaporarem. Portanto, ao aquecer o mosto fermentado, cada

substância evapora de acordo com seu grau de ebulição, ou seja, evaporação. Ao atingir aproxi-

madamente 78ºC, começa a ocorrer a evaporação do álcool etílico. Tal vapor passará por um

equipamento conhecido como condensador formado por tubos onde passa água fria. Na medi-

da em que o vapor atravessa o condensador, gotículas vão se formando e escoando por canale-

tas para um segundo reservatório onde serão armazenadas. A figura 2.2 apresenta uma coluna

de destilação típica. Desta forma, obtém-se o álcool que estará etílico, isto é, livre de impurezas e

de outras substâncias.

20 21

“pé-de-fermentação”, “lêvedo alcoólico” ou “fermento” e deverá estar ativa, e em quantidade

adequada para que o processo ocorra de modo satisfatório.

?Tipos de fermento empregados:

?Fermento Natural ou Selvagem

?Fermento Prensado

?Fermento Misto

?Fermento Seco (Granulado)

Dentre as características pretendidas, o fermento escolhido deverá apresentar velocidade de

fermentação adequada, tolerância ao álcool, pois um maior teor alcoólico proporciona maior

rendimento do processo, rendimento, resistência à acidez e temperatura, além de estabilidade

genética.

FERMENTAÇÃO

Fermentação é todo fenômeno causado por microrganismos vivos, sejam bactérias, fungos

ou leveduras, que decompõem e transformam o substrato.

Antes de fermentar a cana, precisa-se fazer a moagem para extrair o caldo que é colocado

dentro de tanques com fermento líquido, por um período de 24 horas, para que chegue a uma

temperatura ideal para a fermentação alcoólica. Neste processo, as leveduras existentes na maté-

ria-prima atuam sobre os açucares fermentáveis transformando-os, principalmente, em álcool

etílico e gás carbônico. Conseqüentemente, será de fácil percepção um cheiro desagradável nes-

se processo, porque o caldo ao esquentar libera o gás carbônico. O produto final da fermentação

é chamado de mosto fermentado, e por conter aproximadamente 8% em volume de álcool etíli-

co precisa passar pelo processo de destilação.

Fases da fermentação

?Fermentação preliminar ou pré-fermentação;

?Fermentação principal ou tumultuosa;

?Fermentação complementar ou pós-fermentação.

Controle e Rendimento do Processo Fermentativo

?O tempo ideal para a realização de uma fermentação é de 12 a 24 horas, dependendo do

microrganismo empregado, da concentração de açúcares do mosto de alimentação, do sistema

de condução do processo, etc;

?Fermentação Pura: cheiro agradável, formação de espumas leves, com bolhas peque-

nas e regulares que se rompem com facilidade;

?Fermento infeccionado deve ser descartado do processo, lavando-se a dorna com água

O vinhoto é o resíduo formado a partir da fermentação do bagaço da cana, que pode ser aproveita-

do na indústria de fertilizantes e na produção de biogás.

CURIOSIDADE:

2.2 Biodiesel

Biodiesel é um éster etílico ou metílico criado pelo processo químico da transesterificação, a

partir da mistura de um óleo vegetal ou gordura animal com álcool (etanol ou metanol) na pre-

sença de um catalisador (soda cáustica). O biodiesel é uma combustível de queima limpa deri-

vado de fontes naturais e renováveis. Deste processo químico resulta um combustível de altíssi-

ma qualidade que substitui o óleo diesel tradicional operando em motores de ignição-

combustão. Essencialmente não são requeridas modificações nos motores, e o biodiesel man-

tém as capacidades do diesel. O uso do biodiesel em motores convencionais a diesel resulta na

redução substancial de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e matéria particulada. É um lu-

brificante muito melhor do que o diesel de petróleo e desgasta menos o motor aumentando

significativamente a sua durabilidade. Ele também tem um índice de cetano mais alto, o que sig-

nifica que é um melhor combustível dando aos motores mais torque. O biodiesel tem proprieda-

des físicas muito semelhantes ao diesel. As emissões, no entanto, são menores.

O Biodiesel pode ser feito de com qualquer óleo vegetal novo ou usado ou de gordura ani-

mal (figura 2.3). É biodegradável, requer mínimas modificações de motores, podendo inclusive

ser misturado a outros combustíveis. Por esses motivos é um combustível renovável, conhecido

como petróleo verde. No exterior é comum que empresas que utilizam óleo vegetal em grande

quantidade, como as indústrias de salgadinhos e as redes de fast food, doem o óleo usado para

empresas fabricantes de biodiesel. No Rio de Janeiro o MacDonald´s tem doado seus resíduos

para a UFRJ fabricar biodiesel. Desta forma, além de se livrarem do óleo usado a custo zero, aju-

dam no combate à poluição ambiental deixando de jogar os resíduos no esgoto.

No processo químico de produção do biodiesel que é chamado de transesterificação, o óleo

vegetal novo ou usado (depois de filtrado e desidratado) é colocado num recipiente, aquecido e

misturado com o álcool e a soda cáustica. Depois de aproximadamente uma hora, inicia-se o pro-

cesso de decantação pelo qual a mistura separa-se em dois níveis: no topo fica o biodiesel e no

fundo do recipiente fica depositado o glicerol. Depois de drenado o glicerol, o biodiesel pode ser

Figura 2.3 Exemplo de algumas fontes de biodiesel

Figura 2.2 - Coluna de Destilação Clássica. Fonte: www.enq.ufsc.br

3) RESPONDA:

a) O que foi o Proálcool?

b) Qual a situação atual do Proálcool?

c) Quais os principais processos de fabricação do álcool?

d) Explique o processo de fermentação?

e) Explique o processo de destilação?

EXER

CÍCI

OS

22 23

ram pelo processo, a patente perdeu a validade e diversos paises europeus começaram a fabri-

car o biodiesel no início da década de 90. Na Europa padronizou-se uma mistura de 20% de bio-

diesel e 80% de óleo diesel denominada EcoDiesel que é vendido em postos de abastecimento.

Hoje, o maior produtor mundial é a Alemanha onde há quase 2.000 postos que vendem mais de

1 bilhão de litros de biodiesel por ano, vindo a seguir a França com 1.500 postos e uma produção

anual de 500 milhões de litros. Outros países europeus como Tchecoslováquia, Itália, Espanha e

Holanda já estão bem adiantados no tema. Países asiáticos como a China e Japão têm como prio-

ridade a mistura dos combustíveis à base do petróleo com o biodiesel e com o álcool, sendo que

o Japão já assinou um termo de cooperação com o governo brasileiro sobre o biodiesel. Nos Esta-

dos Unidos, estados como a Califórnia já têm uma legislação especifica obrigando as empresas a

substituir os combustíveis fósseis por outras fontes menos poluidoras como o hidrogênio, o ál-

cool e o biodiesel, até 2020. A Marinha americana usa desde 5 de junho de 2005 20% de biodiesel

em seus navios. Nos estados rurais do Meio-Oeste já estão instaladas e funcionando mais de

2.000 micro-usinas de biodiesel para uso próprio dos fazendeiros ou de cooperativas agrícolas.

Os americanos vêm produzindo biodiesel com óleo usado até mesmo em casa. Até mesmo a

Argentina já está bem adiantada na produção e utilização do combustível do futuro, graças a

uma legislação de 2001 que isenta de impostos toda a cadeia produtiva do biodiesel.

O Brasil está cotado para ser o líder mundial na produção do biodiesel, como é hoje o maior

produtor mundial de álcool combustível. Seu clima e sua vocação agrícola o credenciam a ser o

grande fornecedor mundial do petróleo verde. Como se sabe as reservas de petróleo conhecidas

deverão acabar dentro de no máximo 50 anos. Por este motivo, países como o Brasil terão gran-

de importância estratégica para o mundo. Instituições renomadas como o NBB (National Biodi-

esel Board) afirmam que o Brasil poderá suprir 60% da demanda mundial de biodiesel para

substituição do óleo diesel. Em outras palavras o Brasil poderá ser a Arábia Saudita do futuro.

O biodiesel é um dos únicos produtos industriais que não necessita de economia de escala.

Isto quer dizer que uma pequena usina que produza 100 litros por dia compete em termos de

custo final do combustível com uma usina maior, que produza 1.000 litros ou 10.000 litros por

dia.

Empresas transportadoras, ferrovias, frotas pesqueiras, cooperativas agrícolas, Prefeituras,

produtores de oleaginosas e empresas que utilizam geradores a óleo diesel são os principais cli-

entes.

Através do programa do BNDES, denominado Programa de Apoio Financeiro a Investi-

mentos em Biodiesel conseguem-se financiamentos que cobrem todas as fases da produção (fa-

se agrícola, produção do óleo bruto, produção de biodiesel, armazenamento, logística e equipa-

mentos). O Programa financia até 90% dos investimentos, com custo financeiro subsidiado, a

partir de TJLP + 1% ao ano para projetos com selo Combustível Social (projetos que promovam

a inclusão social de agricultores e familiares através da compra da matéria-prima). O custo fi-

24 25

usado como combustível em motores diesel, caldeiras, fornalhas, etc.

Para obtenção de um biodiesel mais puro deve haver ainda uma operação de lavagem para

remoção de traços de soda, álcool e outras impurezas, e posterior desidratação através de uma

secadora. Nesse estágio o biodiesel está pronto para uso tanto puro (B100) como misturado ao

óleo diesel em várias proporções: 2% (B2), 20% (B20). Qualquer dos 2 produtos acima referidos

(saído do decantador ou puro) pode ser usado diretamente em motores de combustão sem ne-

cessidade de qualquer modificação. Todo o processo de fabricação leva cerca de 8 a 10 horas.

Além do combustível propriamente dito, o processo de transesterificação produz Glicerol,

que é uma mistura de glicerina com resíduos de álcool e soda. O sub-produto bruto pode ser usa-

do como sabão ou desengraxante. Do glicerol é extraída a glicerina que tem diversos usos no-

bres, inclusive para a produção de cosméticos e na indútria farmacêutica. O glicerol é um pro-

duto nobre, comparável à nafta de petróleo.

Amendoim, sementes de algodão, sementes de girassol, dendê, mamona e soja são grandes

fontes de óleos. Ésteres feitos de qualquer dessas fontes podem ser usados em motores, embora

tenham variações nas suas propriedades físicas.

O biodiesel é um produto ecologicamente correto. O Protocolo de Kyoto sugeriu a fabrica-

ção e utilização do biodiesel e do álcool como uma das maneiras mais eficazes de diminuir a po-

luição da atmosfera pelo gás carbônico, enxofre, metano e por outros gases formadores do efeito

estufa. O biodiesel emite 78% menos CO2 do que o petróleo. Além disso, o biodiesel não é tóxi-

co, é cem vezes mais biodegradável que o óleo diesel comum e não produz fumaça preta nem

odores desagradáveis.

Apesar de termos requerido a primeira patente mundial para o biodiesel na década de 70, o

Brasil está ainda muito atrasado em relação a outros paises. Só no atual governo é que foram

inauguradas as primeiras usinas de biodiesel. A lei 11.097 de 13 de janeiro de 2005, além de dar

incentivo às empresas produtoras de biodiesel tornou obrigatória a adição de 2% de biodiesel

no óleo diesel vendido no país a partir de 2008 até 2013, quando o percentual será aumentado pa-

ra 5%, o que exigirá a produção interna de mais de 2 bilhões de litros de biodiesel por ano. Se a

produção interna de oleaginosas aumentar poderemos alcançar os 20% de mistura utilizados

em diversos países da Europa. Com a adição de apenas 2% ao diesel, o país irá deixar de impor-

tar 840 milhões de litros de óleo diesel por ano. Na opinião do Presidente Lula e de diversos téc-

nicos, este programa será comparável ao Pró-Álcool e poderá transformar o Brasil num grande

produtor e exportador de combustível. Entretanto, como a produção atual é mínima, serão ne-

cessários alguns anos para que a Petrobrás possa receber os 840 milhões de litros de biodiesel ne-

cessários para a mistura determinada pela lei. Esta situação cria um nicho de mercado para os pi-

oneiros na produção do biodiesel.

Em outros países a situação é bem diferente. Como os governos anteriores não se interessa-

nanceiro mais alto é para projetos sem selo de Combustível Social feito por grandes empresas.

Neste caso o custo financeiro também é subsidiado: TJLP + 3% ao ano. O Finame Agrícola e o Fi-

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EXER

CÍCI

OS

4) RESPONDA:

a) O que é biodiesel?

b) Qual a matéria prima principal do biodiesel?

c) Como o biodiesel é fabricado?

d) Qual é o subproduto do biodiesel?

e) O biodiesel pode substituir o óleo diesel?

f) O biodiesel é bom para os motores?

g) Qual é o impacto para o meio ambiente pelo uso do biodiesel?

h) Qual a história do biodiesel no Brasil?

Qual a situação do biodiesel em outros países?i)

Referências Bibliográficas

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Anotações: