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UFSUNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
1968 - 2010
III ENCONTRO SERGIPANO DE QUÍMICA – ENSEQ8 a 11 de Junho de 2010 - São Cristóvão - SE
SUSTENTABILIDADE: DO PETRÓLEO AO BIOCOMBUSTÍVELMini curso
Prof. Dr. Alberto Wisniewski Jr.DQI - UFS
Escola de Química de Sergipe - 1950
UFSUNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
1968 - 2010
III ENCONTRO SERGIPANO DE QUÍMICA – ENSEQ8 a 11 de Junho de 2010 - São Cristóvão - SE
SUSTENTABILIDADE: DO PETRÓLEO AO BIOCOMBUSTÍVEL
1. Sustentabilidade, Petróleo no Brasil e Origem do Petróleo;
2. Características do Petróleo e Derivados, Sustentabilidade na indústria do Petróleo;
3. Biocombustíveis.
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CONSEQUÊNCIA
1650500 MILHÕES
18501 BILHÃO
20106,8 BILHÕES
REVOLUÇÃO INDUSTRIALCOMBUSTÍVEIS FÓSSEIS
EXPLOSÃO POPULACIONAL
Distribuição Populacional
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IMPACTO HUMANO
Ciclo do Carbono
Legenda
Unidades: Petograma (Pg) = 1015 g C
• Reservas: Pg
• Fluxos: Pg ano-1
Ciclo do Nitrogênio
Ciclo da Água
Ciclo do Oxigênio
Ciclo do Fósforo
Greenhouse effect
Efeito Estufa
CH4 e CO2
GásNível Pré-industrial
Nível atual
CO2 280 ppm 387ppm
CH4 700 ppb 1745 ppb
N2O 270 ppb 314 ppb
CFC-12 0 533 ppt
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ENERGIA
As fontes de energias estão divididas em três categorias:
A Usina de Angra 2, em Angra dos Reis (RJ)
combustíveis fósseis;fontes nucleares.
fontes renováveis;
(Demirbas, 2001)
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ENERGIA
Em 1987 a United Nation's World Commission on Environment and Development (BrundtlandCommission), em seu relatório “Our Common Future”, atentou para o “desenvolvimentosustentável”.
Adoção da RECICLAGEM e das ENERGIAS RENOVÁVEIS
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SUSTENTABILIDADE PILARES
http://www.lowesforpros.com
AMBIENTAL
ECONÔMICO SOCIAL
justo
SUSTENTABILIDADE
"suprir as necessidades da geraçãopresente sem afetar a habilidadedas gerações futuras de suprir assuas“ (Brundtland Report, 1987)
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O PETRÓLEO
Um dos produtos mais consumidos na sociedade moderna:
Plásticos; Combustíveis para energia; Combustíveis para o transporte; Aquecimento; Indústria Petroquímica.
HISTÓRIA
Uso de asfalto datam de 4000 anos atrás; Sua exploração e obtenção de derivados datam de 1850;
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O PETRÓLEO: APLICAÇÕES INDUSTRIAIS
Fonte: Petrobras
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O PETRÓLEO: PETROQUÍMICA
Fonte: BRASKEM
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O PETRÓLEO NO BRASIL
Campanha Nacionalista na década de 30 em prol daindustria extrativa nacional
Governo Getúlio VargasEscritor Monteiro Lobato
PETROBRAS S/A. Fundação 1953Acionista Majoritário – Governo do Brasil (União)
Estado de Sergipe
Carmópolis (1963): maior campo terrestre (onshore).
Plataforma de Guaricema (1968): quase 40 anos depois da descoberta (Campo de Guaricema);
Primeira reserva de Petróleo em mar (offshore).
Bacia de Campos – RJ: Campo de Garoupa (1974).
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O PETRÓLEO NO BRASIL
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O PETRÓLEO EM SERGIPE
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O PETRÓLEO EM SERGIPE
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O PRÉ-SAL
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O PRÉ-SAL
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O PRÉ-SAL
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O PRÉ-SAL
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ORIGEM DO PETRÓLEO
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ORIGEM DO PETRÓLEO
1877 Mendeleyev
1933 Vernadsky
Teoria Russa-Ucrâniana
1979 Thomas GoldFalhas + Metano
Petróleo em Rochas de Base
Cristalina
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ORIGEM DO PETRÓLEO
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ORIGEM DO PETRÓLEOTRAPAS
ORIGEM DO PETRÓLEO
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Transformação Microbiológica e Hidrólise da
Mat. Orgânica; Biopolímeros (Lípideos,
Lignina, Carboidratos e Proteínas) = Biomonômeros
(Ácidos Carboxílicos, Polifenóis, Açucares e
Amino-ácidos; 0 a 1000 m; < 50 oC;
Querogênio.
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
Ácido Fúlvico
Húmus
Ácido Húmico
Substâncias Húmicas
*Humina
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
QUEROGÊNIO
O produto final do processo de diagênese é o querogênio, definido como a fração POLIMÉRICAinsolúvel da matéria orgânica presente nas rochas sedimentares. Além do querogênio, tambémhá uma fração solúvel, composta por hidrocarbonetos e não-hidrocarbonetos derivados debiopolímeros pouco alterados, denominada de BETUME. O querogênio é a forma maisimportante de ocorrência de carbono orgânico na Terra, sendo 1000 vezes mais abundante doque o CARVÃO e o PETRÓLEO somados.
Tipo I é constituído predominantente por cadeias alifáticas, com poucos núcleos aromáticos.Rico em hidrogênio (alta razão H/C), é derivado principalmente de lipídios de origem algálica.Normalmente encontrado em rochas geradoras depositadas em ambiente lacustre.
Tipo II contém uma maior proporção de núcleos aromáticos, anéis naftênicos e gruposfuncionais oxigenados. Consequentemente, é mais pobre em hidrogênio e mais rico em oxigêniodo que o querogênio do tipo I. Geralmente derivado de matéria orgânica de origem marinha.
Tipo III é constituído predominantemente por núcleos aromáticos e funções oxigenadas, comopoucas cadeias alifáticas. Apresenta baixos valores para a razão H/C e altos valores de O/C.Derivado de matéria orgânica de origem terrestre, este tipo é frequentemente encontrado emrochas geradoras depositadas em ambiente marinho deltaico.
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
DIAGRAMA DE VAN KREVELEN
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
Craqueamento Térmico Catalítico;
Descarboxilização; Geopolímero(Querogênio) =
Geomonômeros(Hidrocarbonetos do
Petróleo e de baixo peso molecular);
1000 a 4000 m; 50 – 200 oC; Petróleo.
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
Craqueamento Térmico; Geomonômeros = Carbono Residual; > 4000 m; > 200 oC; Gás Natural.
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
PIRÓLISE ROCK EVAL
Quantidade de Matéria Orgânica
Qualidade da Matéria Orgânica
Maturação da Matéria Orgânica
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FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA
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EVIDÊNCIAS DA TEORIA BIOGÊNICA
PRESENÇA DE SUBSTÂNCIAS ENCONTRADAS EM SERES VIVOS;
POUCA EMISSÃO DE HIDROCARBONETOS EM ERUPÇÕES VULCÂNICAS;
PETRÓLEO É ENCONTRADO EM BACIAS SEDIMENTARES OU QUANDO NÃO O É, ESTA ASSOCIADO A BACIAS SEDIMENTARES ADJACENTES;
CARACTERÍSTICA ISOTÓPICA DO CH4 INORGÂNICO E ORGÂNICO DISTINTA.
CLOROFILAESTERÓIS
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BIOMARCADORES
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PETRÓLEO
É uma mistura extremamente complexa de hidrocarbonetos nos estados físicos, gasoso, líquidoe sólido, com pequenas quantidades de não-hidrocarbonetos contendo nitrogênio, oxigênio,enxofre, além de traços de alguns metais.
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PETRÓLEO
Tabela 1. Classificação do petróleo segundo o oAPI.
oAPI Classificação
API > 40 Extra-leve
40> API> 33 Leve
33> API> 27 Médio
27> API> 19 Pesado
19> API> 15 Extra-pesado
API<15 Asfáltico
80 – 90 % Carbono10 – 15 % Hidrogênio5 % Enxofre4 % Oxigênio2 % Nitrogênio
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PETRÓLEO
Não-hidrocarbonetos
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PETROLEÔMICA (2000 – 2001)
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PETROLEÔMICA (2000 – 2001)
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DERIVADOS DE PETRÓLEO
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DERIVADOS DE PETRÓLEO: GÁS NATURAL
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DERIVADOS DE PETRÓLEO: GASOLINAPIONADHA (Detailed Hydrocarbon Analysis)
(PONA)(P) parafinas; (O) olefinas; (N) naftênicos; (A) aromáticos.
(PIONA) CG-EM + (I) isoparafinasGasolina C ComumNafta ou Gasolina Adição de AEACGasolina C AditivadaNafta ou Gasolina Adição de AEAC Deterg./Disp.
Gasolina C PremiumNafta ou Gasolina Adição de AEAC Iso-octanos/Aromáticos
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DERIVADOS DE PETRÓLEO: GASOLINADHA (Detailed Hydrocarbon Analysis)
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DERIVADOS DE PETRÓLEO: GASOLINADHA (Detailed Hydrocarbon Analysis)
Gasolina Premium
Gasolina Comum
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DERIVADOS DE PETRÓLEO: DIESEL
ALCANOS
AROMÁTICOS
OLEFINAS
NAFTÊNICOS
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PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE
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PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE
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PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE
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PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE
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PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE
Fonte mundial unânime de energia; Setor de transporte; Sua dependência é o coração da geopolítica global; Os preços das fontes de energias renováveis (eólica, solar, geotérmica, hidro-força ebiomassa), comparado com o Petróleo é determinante para o uso desta alternativa energética.
Etapas x Conceito
Exploração (upstream); Processo (downstream); Consumo.
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PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE
"A idade da pedra chegou ao fim, não porque faltassem pedras; a era do petróleo chegará igualmente ao fim, mas não por falta de petróleo."
Xeque Yamni, Ex-ministro do Petróleo da Arábia Saudita. O Estado de São Paulo, 20/08/2001.
Conceitos
4 princípios podem ser aplicados a indústria do Petróleo, para desenvolver, encorajar ou forçar o conceito de sustentabilidade no setor:
1. Leis internacionais (ISO 14000); ECO92 – RJ; Protocolo de Kyoto;
2. Leis nacionais;
3. Leis privadas baseadas em obrigações contratuais dos direitos de concessão ou em códigos de conduta das indústrias;
4. Litigação.
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PETRÓLEO DESASTRES AMBIENTAIS
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS
O termo se refere a combustíveis líquidos, sólidos e gasosos predominantemente obtidos apartir de BIOMASSA.
CARACTERÍSTICAS
Segurança energética; Conceitos ambientais; Relações socioeconômicas com o setor agrícola; Produto externo de câmbio.
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOMASSA
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOMETANOL
BIOETANOL
ÓLEOS VEGETAIS
BIODIESEL
BIOGÁS
GÁS BIOSINTÉTICO (Syngas)
BIO-ÓLEO
BIOCARVÃO
FISCHER TROPSCH LÍQUIDOS
BIOHIDROGÊNIO
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS 1ª GERAÇÃO:
Biocombustível obtido por processo direto da biomassa, como porexemplo, etanol da cana de açucar, obtidos pelo processo defermentação e o biobiesel obtido pelo processo detransesterificação de óleos e gorduras.
Considerações:
Impacto negativo no preço de alimentos; Balanço de Carbono ruim; Balanço de energia neutro; Tecnologias de conversão relativamente ineficientes.
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS 2ª GERAÇÃO:
Biocombustível de segunda geração envolve uma mudança noprocesso de “bioconversão”.
Considerações:
livram-se do aparente dilema combustível x alimento; além de açucares, amidos e óleos, podem ser utilizados todas asformas de biomassa lignocelulósica (grama, árvores, resíduosagrícolas e industriais); dois principais processos: bioquímico e termoquímico.
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS de 2ª GERAÇÃO
BioquímicoBiomassa => enzima e/ou microorganismo => açucares => Etanol celulósico
=> microorganismos modificados => digestão anaeróbica => biogás=> biohidrogênio
TermoquímicoBiomassa => gaseificação => BTL (Biomass-to-liquid)
=> pirólise rápida => Bio-óleo
Processos: eficientes, limpos, excelente balanço de carbono, (90 % menos CO2; SOx e NOx).
Segundo o WEC, até 2050, 40 % do combustível de transporte poderá ser substituído por esta fonte.
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS 3ª GERAÇÃO:
a terceira geração de biocombustíveis é baseada em avanços feitosna fonte - a produção de biomassa.
biologia da planta; aparecimento de técnicas de procriação rápida e extremamenteeficiente (procriação molecular); avanços no campo da genômica; design clássico de colheitas transgênicas.
Ex.
árvores de eucalipto com menor teor de lignina; plantações com maiores teores de açucar e que prosperam emregiões áridas;milhos com enzimas capazes de adiantar a conversão dabiomassa.
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEIS 4ª GERAÇÃO:
Em sistemas de produção de quarta geração, as fontes de biomassasão vistas como eficientes máquinas captadoras de carbono queretiram CO2 da atmosfera e o armazenam em seus galhos, troncos efolhas. A biomassa rica em carbono é então convertida emcombustível e gases por meio de técnicas de segunda geração.
Todos as outras energias renováveis (eólica, solar, etc) são carbono-neutro na melhor das hipóteses, carbono-positivo na prática.
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOETANOL
Obtido pelo processo de fermentação de açucares.
Gasolina: aditivo (AEAC) processo de obtenção mais elaborado;misturas E25 tem larga aplicação no Brasil; reduz a emissão de poluentes (melhor combustão); característica antidetonante.
Gasolina: substituto (AEHC) 1920; PRÓ-ÁLCOOL (década de 70); FLEX (1990 -2002).
Bioplásticos: Eteno. (Braskem)
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOETANOL
RESOLUÇÃO ANP Nº 36, DE 6.12.2005 - DOU 7.12.2005
OH
O
H OH
OH H
H OH
H OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
CH3 OH + OO2 2
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
ETANOLCELULÓSICO
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIODIESELObtido pelo processo de transesterificação de triglicerídeos.
Candidato a substituição do Diesel fóssil.
Biodiesel x DieselPositivomenor ou nenhum teor de enxofre;melhor ponto de fulgor;menor ou nenhum teor de aromáticos; biodegradabilidade.
Negativo custo; (matéria prima) efluentes; (catálise) sub-produto. (glicerina)
Gliceroquímica solventes (Rhodia); Syngas (CO + H2 – Fischer Tropsch).
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIODIESEL
1900Óleo de amendoim, vegetais e peixe.
1920Primeiros estudos no Brasil (INT)
1970Retomada (INT, UFCE, ...)
2004Programa Nacional de Produção de Biodiesel no Brasil
2005A Lei nº 11.097, publicada em 13 de janeiro de 2005, introduziu o biodiesel na matrizenergética brasileira.
2006 – O Brasil não apontava nem entre os 10 maiores produtotes.2008 (B2) e 2010 (B5).
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIODIESEL
OO
O
O
O
O
R
R1
R2
+ CH3 OH
OHOH
OH
CH3OO
R
CH3O
O R2
O
O
R1CH3
+
+
+R = R
1 = R
2 =
CH3
CH3
TriglicerídeoGlicerina
Biodiesel (FAME´S)
SUSTENTABILIDADE: DO PETRÓLEO AO BIOCOMBUSTÍVELIII ENCONTRO SERGIPANO DE QUÍMICA – ENSEQ 8 a 11 de Junho de 2010 - São Cristóvão - SE
FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIODIESEL
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIO-ÓLEO Obtido pelo processo de craqueamento térmico (pirólise).
Composição semelhante ao Diesel fóssil.
pobre estabilidade térmica; corrosividade.
A biomassa é convertida em combustíveis: líquidos (Bio-óleo); gasosos (Syngas); sólidos (carvão).
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIO-ÓLEOEsquema de reações propostas para o Craqueamento Térmico de
Triglicerídeos
(Chang e Wan, 1947 apud Maher e Bressler, 2007) (Idem et al., 1996)
Schwab et al., 1988
(Alencar et al., 1983 )
O
O
O
O
O
O
R1
R3
H
HHH
H
R2 + R1
O
OH
R3
O
OH+ +
O
H
H
H
H
2)Decomposição dos Ácidos Graxos
R
O
OH
+ R H
+ + R
O
R
3)Decomposição de Cetenos e da Acroleína
R2
O
H
R2
O
H
2 2 CO RR
H
H
O
H
H
H
H
+H
H H
H
1)Decomposição de Triglicerídeos
+
CO2
CO2
CO
5)Desidrogenação de Parafinas
RR
H
H
HH
HH
H
H
+RR
H
HH
HH
H
H2O
9)Aromatização de Parafinas
HH
HH
HH
HH
HH
HH
H
HH
H
H
H
H
H
+ 4 H2
H2
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIO-ÓLEO
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIO-ÓLEO
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOGÁS Obtido pelo processo de decomposição microbiológica (anaeróbica) da biomassa.
Componente majoritário: Metano.
considerada a forma mais limpa de energia a partir da biomassa.
Biodigestor
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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS
BIOHIDROGÊNIO Obtido por processos microbiológicos ou térmicos (pirólise).
Usado para produzir calor ou energia elétrica em células combustíveis.
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AGRADECIMENTOSOBRIGADO A TODOS OS PRESENTES!
À Comissão Organizadora do III [email protected]
www.albertowj.wordpress.com
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BOM FIM DE SEMANA!