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)