Biocombustveis: sustentabilidadee segurana alimentar

Prof. Dr.Electo Silva Loraelecto@unifei.edu.br

SEMINRIO INTERNACIONALImpacto da Produo de biocombustveis

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBREDE CYTED BIALEMA

1998 2009 25 pesquisadores, 7 dos quais Ph.D. 6 novos laboratrios. Projeto e testes de 3 prottipos (MS, TV, MTG). 80 cursos de extenso para mais de 1500

participantes. 30 Teses de Mestrado e 7 de Doutorado j

apresentadas (13 y 7 em andamento respectivamente)

10 Projetos de P&D concludos y 13 em andamento. 25 artigos em revistas internacionais y 68 em

conferencias internacionais. 10 consultorias nacionais e internacionais.

Teses e Dissertaes

Roselis Ester da Costa. Inventrio do ciclo de vida do biodiesel obtido a partir do leo de palma para as condies do Brasil e da Colmbia. 2007. Dissertao (Mestrado em Engenharia de Energia)

Edgar Eduardo Yaez Angarita. Avaliao do impacto energtico e ambiental da cogerao no balano energtico e no ciclo de vida do biodiesel de leo de palma africana. 2008. 0 f. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica)

Mateus Henrique Rocha. Analise do ciclo de vida das vinhaas para diferentes tipos de tratamento. Incio: 2006. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica) -

Concludas

Em AndamentoMaria Luiza Grillo Reno. Anlise do ciclo de vida ACV da produo e uso de combustveis lquidos obtidos pela rota de gaseificao de biomassa. Incio: 2007. Tese (Doutorado em Engenharia Mecnica)

LABORATRIOS

1. Turbinas a gs e gaseificao;

2. Sistemas a vapor e diesel;

3. Sistemas avanados de gerao distribuda

4. Refrigerao e ar condicionado.

5. Simulao de processos e sistemas trmicos;

6. Treinamento de operadores de centrais termeltricas;

LIVROS PUBLICADOS

EM 2009

BIOCOMBUSTVEISCapitulo 1- Biocombustiveis: fundamentosCapitulo 2 Gerao por combusto de biomassan naturaCaptulo 3- Biodiesel.Captulo 4 Biogs.Captulo 5 Bioetanol pela rota convencional.Captulo 6 Gs de sntese a partir da biomassa.Captulo 7 Combustveis Lquidos pela rota BTL

(biomass-to-liquid).Captulo 8 O bioetanol a partir de materiais

lignocelulsicos pela rota da hidrlise.Captulo 9 BioH2 e as bioFC.Captulo 10 Utilizao de biocombustveis em Motores

de Combusto Interna (MCIA).Captulo 11 Utilizao de biocombustveis em

Microturbinas a gs (MTG)Captulo 12 Resduos da produo de biocombustveis

vinhaa e glicerina.Captulo 13 Cogerao na indstria de produo de

biodiesel e de bioetanol.Capitulo 14 Planejamento e gesto de projetos em

biocombustveis.Capitulo 15 Avaliao planetaria integradaCapitulo 14 O futuro do biocombustveis: Biorefinerias,

bioalgas e bioeletricidade

CURSOS NESTwww.nest.unifei.edu.br

O NEST na internet www.nest.unifei.edu.br

Biodiesel em MTG

SOFC e gs desintese

MotoresStirling a biomassa

Gaseificaode biomassa

Nucleo de Excelncia em GeraoTermeltrica e Distribuida

NEST

UNIV. FEDERAL DE ITAJUB

ATIVIDADES EM BIOENERGIA

ACV de biocombustiveis

Modulo Gaseificador/MCI de 10 kWe. Modulo fornalha/Stirling 10 kWe. Microturbina a gs 600 kWe. Testes de MTG operando com biodiesel

(soja, mamona e dend) e etanol. Anlise do ciclo de vida do biodiesel,

biocombustiveis BTL e vinhaas.

PROJETOS EM ANDAMENTO NO NEST

Esquema do Sistema de

Gaseificao

Freeboard

Leito

PlenumSilo de

alimentao secundrio

Alimentao de

Biomassa

Motor

Vvula Rotativa

Combustvelpara o

queimador

Queimador

Sadade gua de

resfriamento

Variador de velocidade

Transportadora helicoidal

Ar

Rosca de

alimentao principal

Bicos Injetores

Silo de alimentao

principal

Entradade gua de

resfriamento

Isolante

Aquisiode

Dados

Coletor de

Cinzas

Sinal de 4 a 20 mA

CicloneTermopar

Sadade gs

Resultados dos testes de gaseificao

Testes de microturbinas com biodiesel

Diesel

Electricity

Biodiesel and

mixtures

RESULTADOS DOS TESTES EXPERIMENTAIS

10000

30000

50000

70000

90000

110000

0 5 10 15 20 25 30

Power [kW]

Hea

t Rat

e [k

J/kW

h]

DF100

BD5

BD10

BD15

BD20

BD25

BD30

BD50

BD75

BD100

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30Power [kW]

Fuel

Vol

umet

ric F

low

[l/h

]]

DF100

BD5

BD10

BD15

BD20

BD25

BD30

BD50

BD75

BD100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

Potncia Corrigida [kW]

CO

[ppm

]

DF100

BD5

BD10

BD15

BD20

BD25

BD30

BD50

BD75

BD100

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20 25 30

Potncia Corrigida [kW]

NO [p

pm]

DF100

BD5

BD10

BD15

BD20

BD25

BD30

BD50

BD75

BD100

COGERAO NA INDUSTRIA DE ACAR E ALCOOL

CASO DE REFERNCIA

Processo

Refino

63 bar abs. @ 480C

33 bar abs. @ 320C

T.G 40 MW

T.G 15 MW

G.V n: 122 bar abs. @ 300C

11 bar abs.

2,47 bar abs.

22 bar abs.

22 bar abs.

G.V n: 5

G.V n: 4 G.V n: 2

Bomba 1

Bomba 2

Bomba 3

***

***

2,47 bar abs.

180C

128C

Bomba circulao

* Tandem I ** Tandem II *** Tandem III

REPOTENCIAO

Balano de Energia (Diagrama de Sankey) da Usina A com configurao AB e AAP.

LA ENERGIA EN EL MUNDO

BIOCOMBUSTIBLES Y ALIMENTOS

E ACASOS

CAUSAS

BIOCOMBUSTIBLES OU NECROCOMBUSTIBLES

Una evidencia de la existenciadel calentamiento global

LA TIERRA COMO ORESTES ES ASEDIADA POR TRES FURIAS: EL HAMBRE,LA FALTA DE ENERGIA Y LA DEGRADACI]N AMBIENTAL

Las caricaturas.........

La cruda realidad: galletas de barro con aceite en Hait

ALTOS PRECIO DE LOS ALIMENTOS: UNA CAJA DE PANDORA

Qued apenas la esperanza......................

Subsidios

Biocombustbles

Especulain

Distribucin desigual de la riqueza

Falta de apoyo a los agricultores

Petrleo caro

COMIDA CARA

SUSTENTABILIDADE DOS BIOCOMBUSTVEIS

CERTIFICADOS DE SUSTENTABILIDADE ??????????

CADA DIA SE FALA MAIS DISTO!!

Sustentabilidad de los biocombustbles - LCA

Relacin Energia renovble/Energia fosil(OUTPUT/INPUT)

Energia fsil substituda por hectarea

Alocacin de la energia de los sub-produtos

Balance de carbono GEE

Mudanzas en el uso de la terra (Ecosistemaprecedente)

COSAS INTERESANTESPRODUCTIVIDAD BIODIESEL/ETANOL EN LITROS POR HECTAREA

AL FINAL DE CUENTAS EL SUELO ES NUESTRO LTIMO RECURSO (y lo estamos perdiendo: salinizacin, erosin..)

Rendimento lquido de energia por hectarea para diferentesbiocombustbles y cultivos

Produtividade en leo e energia para os cultivos energticosmais importantes

Soja Pinho manso(JatrophaCurcas)

Girasol Colza PalmaAfricana

Produtividade(kg ha-1) 3,000 2000-5000 1,500 4,315 20,000

Taxa de extrao de leo (%)

18 34-38 42 40 20

Produtividadeem leo(kg/ha-1)

540 1200-1600 : 2200 630 1,726 4,000

Produtividadeem energia

(MJ ha-1)21,38 47,5- 87,37 24.95 68.35 158.40

BIOCOMBUSTVEIS OU REFLORESTAMENTO ????

Righelato e Spracklen, SCIENCE, 2007

Emisses cumulativas evitadas de carbono por hectare

Carbono sequestrado por reflorestamento

Desmatamento

Influncia dasmudanas nosolo na

produo debiocombustveis

ECOSISTEMAPRECEDENTE

Uma parte do nitrognio aplicado como fertilizantepassa para a atmosfera como N2O (GEE:GWP 269)

Na tentativa de considerar todos os aspectosmencionados foram obtidos estes resultadosEU NO GOSTO DESTES RESULTADOS !!!!!!

ZAH et al., 2007

possvel aumentar os rendimentos da maioria das culturas.

AGRICULTURA SUSTENTVEL

ENFASE EM TERRAS IMPRODUTIVAS

BIOCOMBUTVEISEstado-da-arte das rotas

termoquimica e bioqumica.

Plataforma

termoqumica

GASEIFICAO

Converso termoqumica da biomassa, com fornecimento de oxignio em quantidades sub-estequiomtricas, num gs com altos teores de CO, H2 e CH4.

Etapas de obteno de combustveis pela rota termoqumica.

Fonte: Adaptado de Jenkins, 2006

Plataforma bioqumica

Trs enzimas

ou

um cupim

RESILNCIA!!

Parede celular da planta

Processo de bioconverso da biomassa utilizando o processo de hidrlise enzimtica

Fonte: Hahn-Hgerdal et al., 2006

Anlise comparativa e concluses (I) A plataforma bioqumica tem alcanado um estgio de

desenvolvimento que pode ser caracterizado como pr-comercial. Desafios: bioengenharia de novas enzimas e leveduras, destoxificao de substratos e integrao de processos.

A plataforma termoqumica encontra-se em estgio de concepo de plantas pilotos. A tecnologia de gaseificao para produo de gs de sntese ainda precisa ser desenvolvida (qualidade do gs e capacidades requeridas).

Tanto no caso da plataforma bioqumica como da plataforma termoqumica so requeridas plantas de grande capacidade para se alcanar viabilidade econmica. Estudos recentes publicados referem-se 100 t/h de biomassa seca para a plataforma bioqumica e 500 t/h para a termoqumica (gaseificadores de 150 t/h de capacidade).

Anlise comparativa e concluses (II) Custos atuais na faixa de 0,5 a 0,6 US$/l para a plataforma

termoqumica. Para a plataforma bioqumica 0,7 a 0,9 US$/l, porm no caso da plataforma bioqumica as redues esperadas at 2012 so muito maiores, sendo que o custo poderia chegar prxima de 0,3 US$/l.

Oportunidades para o desenvolvimento tecnolgico em Universidades e centros de pesquisas brasileiros: Novas tecnologias de gaseificao, Catlise aplicada a processos de obteno e purificao de gs de sntese, Desenvolvimento de novos processos de pr-tratamento, novas enzimas e leveduras, Integrao produtiva e energtica de processos.

Formao de mo de obra qualificada!!!

Principais projetos no mundo

Projetos para obteno de etanol celulsico no mundo

32 nos EUA: sendo 16 de hidrlise enzimtica, 6 termoqumicas e 2 de hidrlise cida concentrada e 8 no possuem informaes. 5 na Europa: sendo 4 de hidrlise enzimtica e 1 sem informaes. 4 no restante do mundo: 2 de hidrlise enzimtica e 2 sem informaes.

Existe um predomnio absoluto da plataforma bioqumica enzimtica, como conseqncia de uma maior maturidade desta tecnologia.

O futuro dos biocombustveis: biorefinerias, algas, etc

A promessa das algas

CONVERSO DE UMA SRIE DE FLUXOS DE BIOMASSA RENOVVELPELAS ROTAS BIOQUMICAS OU TERMOQUMICAS NUM CONJUNTO

OTIMIZADO DE PROFUTOS (BIOCOMBUSTVEIS, ELETRICIDADEE CALOR,BIOMATERIAS, BIOPRODUTOS E REAGENTES) POR MEIO DA

INTEGRAO DE DIFERENTES PROCESSOS DE CONVERSO DA MANEIRAMAIS EFICIENTE POSSIVEL.

BIOREFINARIA INTEGRADA

Clulas a combustvel acionadas por micrbios

MICROBIAL FUEL CELLS MFC

Os microorganismos transferem parao anodo eltrons obtidos de um doador de eltrons (glicose) formando tambm protons. Atravs de uma resistncia externa os eltrons passampara o catodo reagindo com oxignio.Prtons passam para o catodo atravsde uma membrana

Brasil vai produzir diesel de cana-de-acar a partir de 2010

O mesmo caldo de cana que serve como matria-prima para a produo de acar e lcool servir em breve, tambm, para a produo de diesel. A nova tecnologia, desenvolvida pela empresa Amyris, da Califrnia (implementao 2010-2012).

A grande inovao est no DNA da levedura, a que foi geneticamente modificada para secretar diesel no lugar de lcool.

"No biodiesel. diesel mesmo!!!. Sem enxofre

A cana no tem leo, ela apenas fornece o acar necessrio para alimentar as leveduras que vo produzir o combustvel.

............ foram necessrios mais de 15 genes para transformar a levedura em uma "fbrica biolgica" de diesel. A espcie usada no processo a mesma da fermentao do lcool (Saccharomycescerevisiae).

A FOTOSSINTESE DEVE CONTINUAR !!!!!

AS BACTERIAS E OUTROS MICROORGANISMOS QUE J NOS ENFERMARAM, ALIMENTARAM (PO, BOLOS, PASTEIS) E NOS DIVIRTIRAM (VINHOS, CERVEJA, CACHAA, RUM......), AGORA SO A NOSSA ESPERANA DE SALVAO.....

.... E O CUPIM TAMBM......

PROTEJAMOS A BIODIVERSIDADE!!!

Biocombustveis: sustentabilidade e segurana alimentar1998 2009Teses e DissertaesLABORATRIOSBIOCOMBUSTVEISCURSOS NESTwww.nest.unifei.edu.brO NEST na internet www.nest.unifei.edu.brEsquema do Sistema de GaseificaoResultados dos testes de gaseificaoRESULTADOS DOS TESTES EXPERIMENTAISCOGERAO NA INDUSTRIA DE ACAR E ALCOOLCASO DE REFERNCIAREPOTENCIAO Balano de Energia (Diagrama de Sankey) da Usina A com configurao AB e AAP. BIOCOMBUSTIBLES Y ALIMENTOSALTOS PRECIO DE LOS ALIMENTOS: UNA CAJA DE PANDORASUSTENTABILIDADE DOS BIOCOMBUSTVEISSustentabilidad de los biocombustbles - LCARelacin Energia renovble/Energia fosil (OUTPUT/INPUT)Energia fsil substituProdutividade en leo e energia para os cultivos energticos mais importantes BIOCOMBUTVEISEstado-da-arte das rotas termoquimica e bioqumica.Anlise comparativa e concluses (I)Anlise comparativa e concluses (II)Principais projetos no mundoO futuro dos biocombustveis: biorefinerias, algas, etcBrasil vai produzir diesel de cana-de-acar a partir de 2010