Unidade de Bioenergia Biocombustíveis. Que futuro? · Laboratório Nacional de Energia e Geologia...

Biocombustívies. Que futuro?

Rali Solar 2010 Unidade de Bioenergia

Introdução Biocumbustívies Investigação‐Futuro?

InstalaçõesBiogásBio‐produtos

Biocombustíveis. Que futuro?

Isabel Paula MarquesLaboratório Nacional de Energia e Geologia I.P., Lisboa

Unidade de Bioenergia

Biocombustíveis. Que futuro?Introdução Biodiesel Bioetanol Biogás


Introdução

Directiva 2009/28/CE Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Abril de 2009[relativa à promoção da utilização de energia proveniente de fontes renováveis]altera e subsequentemente revoga as Directivas 2001/77/CE e 2003/30/CE

(13) (..) deverão ser estabelecidos objectivos nacionais obrigatórios coerentes com uma quota de 20% de energia proveniente de fontes renováveis e uma quota de 10% de energia proveniente de fontes renováveis no sector dos transportes no consumo energético da Comunidade, a atingir até 2020.



Introdução

Biocombustíveiscombustível de origem biológica (não fóssil)

líquidos gasosos

Biodiesel Bioetanol Biogás



óleos vegetais e outros materiais com alto teor glicerídico

Semente Teor em óleo (%)

SojaColzaGirassolPalmaJatrophaCardoEuphorbias

~ 2037 - 5038 - 48

~ 5035 - 4022 - 2538 - 42

- culturas tradicionais -

Girassol

ColzaSoja

Palma

- Culturas solos marginais -

EuphorbiaCardo

Jatropha curcas

fontes

Biodiesel



MicroalgasMicroalgas

Eficientes fixadores CO2

Fotossíntese

Lípidos

fontes

Biodiesel

Autotróficas

Heterotróficas

alternativa vantajosa para a produção de biodieselem grandes quantidades



Biodiesel

fontes

Cultivo de Cultivo de MicroalgasMicroalgas -- ExperimentalExperimental

Produção de microalgas no Campus do INETI/LNEG



Cultivo de Cultivo de MicroalgasMicroalgas -- comercialcomercial

Haematococcus . fotobiorreactor tubular . Israel

http://www.algatech.com/overview.htm

Spirulina . lagoas tipo raceway . Californiahttp://www.earthrise.com/home.asp

Biodiesel

fontes



óleos usados de friturasector alimentar

gorduras animaisazeite lampante eóleo de bagaço de azeitona

disponibilidade ≈ constanteVantagens ambientais

fontes

Biodiesel



Biodiesel

Triglicéridos Metanolou Etanol

BiodieselBiodiesel(FAME ou FAEE)+ + Glicerina

catalisador1,05 ton 0,11 ton 1 ton 0,1 ton

Produção de biodiesel - INETI

processo



Piloto 4000L/dia

Biodiesel

produção

Piloto 1000L/dia

Capacidade de produção250 000 t biodiesel

(Diester Industrie, França)



substituto ou aditivo do gasóleo

puro - B100 - em motores modificadosem misturas com gasóleo (B5-B30) em motores diesel convencionais[a mistura B20 é considerada a mistura mais equilibrada: custo/desempenho]

aplicação

Biodiesel



culturas energéticas ricas em açúcares

Batata doce

Tubérculos

Beterraba

Mandioca

Tupinambo

Milho

Cereais

Cevada

Centeio

Trigo

Sorgo doce

PlantaSaccharum L.

(gênero)

Cana de açúcar

fontes

Bioetanol



Melaço Fermentação Destilação

Amido de cereais Hidrólise

AÇÚCARES Etanolhidratado

Desidratação

BIOETANOL

Cana de açúcar / Beterraba sacarina

sacarose

frutose glucose

Milho e outros cereais

glucose

amido

glucose glucose glucose

processo

Bioetanol



aplicação

como aditivo da gasolina

A maioria dos motores a gasolina podem usar misturas gasolina / bioetanolaté 10% de bioetanol

EU: usa-o essencialmente na forma de ETBE (derivado do bioetanol) 15%

EUA; usam misturas gasolina / bioetanol (E10) e o Brasil (E20-E24)

novos veículos flex-fuel podem ser abastecidos com misturas até85% de bioetanol

Bioetanol



futuro: futuro: BiocombustBiocombustííveis de 2veis de 2ªª gerageraççãoão

Utilização de 100% da plantaGrão de amido (glucose)

Celulose (glucose)Hemiceluloses (pentoses e hexoses)

Utilização 7-10% da cultura cerealíferaGrão de amido (glucose)

Presente: Bioetanol 1ª geração Futuro: Futuro: BioetanolBioetanol 22ªª gerageraççãoão

Bioetanol



Tecnologia do bioetanol de biomassa agro-florestal

Celulose LenhinaHemicelulose

Glu Glu Glu Glu Glu Gal Man X Ara OutroÁlcoois de lenhina(coniférico, sinápico, vanílico)

(Glu glucose, Gal galactose, Man manose, X xilose, Ara arabinose, Outros L-ramnose, L-fucose, ácidos urónico)

Resíduos agrícolas e florestais

Bioetanol

fontes



Melaço de cana Fermentação Destilação

Amido de cereais Hidrólise

AÇÚCARES Etanolhidratado

Desidratação

BIOETANOL

celulosehemicelulose

Hidrólise ácida diluída/ Hidr. enzimática

BIOMASSA

processo

Bioetanol



Bioetanol

Capacidade de produção: 300 milhões de litros(Unidade de produção da CropEnergies, Bélgica)

Cellulosicethanol

UK's first Cellulosic Ethanol plant

BIOETANOL de 2ª geração

produção



Biogás

Directiva 2009/28/CE Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Abril de 2009[relativa à promoção da utilização de energia proveniente de fontes renováveis]altera e subsequentemente revoga as Directivas 2001/77/CE e 2003/30/CE

(12) A utilização de materiais agrícolas, como o estrume, o chorume e outros resíduos de origem animal e orgânica, na produção de biogás tem vantagens significativas em termos ambientais, devido ao seu elevado potencial de redução das emissões de gases com efeito de estufa, quer no quadro da produção de calor e de electricidade, quer no da produção de biocombustíveis. As centrais de biogás, devido ao seu carácter descentralizado e à estrutura de investimento regional, podem prestar um contributo determinante para o desenvolvimento sustentável nas zonas rurais e abrir novas perspectivas de rendimento aos agricultores



Biogás

Efeito estufaCH4 = 21 CO2



Biogás

gestão de efluentesTratamento . Processos biológicos

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O∆G0’ = - 2870 kJ/mol glucose

Aeróbio(oxidação aeróbia)

Anaeróbio(Metanogénese)

C6H12O6 + 14 H2O → 3 CH4 + 3 CO2∆G0’ = - 390 kJ/mol glucose

3 CH4 + 6 O2 → 3 CO2 + 6 H2O ∆G0’ = - 2480 kJ/mol glucose∆G0’ = - 2870 kJ/mol glucose

«… processo mais complexo e a forma mais eficiente de transformar a MO num produto energético útil»

Schink, Bernhard

+86% da energia disponível na oxidação da glucose é armazenada na molécula de CH4

liberta por queima



Biogás

Líquido

Biogás

Sólido

Agricultura

Pecuária.MunicípiosIndustria

Outros …

comunidademicrobiana

Fontes‐processo

Methanosarcine barkeri

Methanosaeta concilii

ausência de outros receptores alternativosO2, NO3

‐, SO42‐

Digestão Anaeróbia: processo de O‐R



BiogásBio‐produtos

Bio‐fertilizer(irrigation)

Liquid

Structuring/bio‐fertilizer

soil

drying Fuel

Solid composting

disinfection



Biogás

Biogas CH4 (60-70%) + CO2 (30-40%)(H2O, H2, H2S, azoto)

Bio‐produtos

Joana Barbosa, IP Marques.Ciencia Viva.2005

Cogeração1m3 biogás (65% CH4)↔ 6.5 kWh

Electric.30‐38%

2.0‐2.5 kWh

Calor45‐55%

2.9‐3.6 kWhaplicação versátil

BiogasCHP

electricity

heat chiller cold

CHPdigestor

Co-geração

outras

Tri-geração

CH4

natural gas network

Exportação

heat

electricity

http://dekennisclub.wordpress.com/2008/01/03/digestor-de-biogas-em-portugal/



779 biogas buses thousands of cars (petrol and either biogas or natural gas)

Suécia/Sweden tests first biogas train

organic waste from cows130km/h, 600km, 54 passengers

Svensk Biogas, cost = €1.05 million

http://blogs.zdnet.com/emergingtech/?p=60

daily trip: Linköping ‐ Västervik, 80 kilometers away on the Baltic coast replaced the diesel engines of an old Fiat locomotive by two Volvo gas enginesemits far less carbon dioxide than traditional fossil fuels

Biogas

Biogásaplicação

Combustível ‐ sector transportes



http://dn.sapo.pt/inicio/ciencia/interior.aspx?content_id=1362777&seccao=Tecnologia

Fabricado em Portugal, na Autoeuropa, este automóvel começou por ser um veículo a biogás convencional. "A diferença é que este tem um turbo que usa menos ar: a entrada tem 38 milímetros, ao contrário dos 100 que se usam normalmente", explica o mecânico sueco Emil Löfkoist. Outra variação prende‐se com o facto de os automóveis a biogás usarem, normalmente, gasolina na ignição, mas este funciona sempre a biogás sem perder o arranque: vai dos zero aos 100 em 4,5 segundos. O motor é de dois litros, com 1998 centímetros cúbicos e 280 cavalos de potência. O biogás que alimenta o veículo é feito a partir de estrume de porco e leva um melhoramento que permite atingir uma maior potência. Participa em várias corridas na Suécia, competindo com carros normais. "Até tem feito uns bons resultados”

Publicada por João Oliveira em Domingo, Setembro 20, 2009

http://blogdabukrs.blogspot.com/2009/09/automovel‐feito‐em‐portugal‐corre.html

Biogás produzido a partir de estrume de porco permite a este carro, produzido na Autoeuropa, atingir os 240 km/h.Numa posição central na feira Nordic Climate Solutions (Soluções Climáticas Nórdicas),em Copenhaga, surgiu uma inovação sueca com toque nacional. É de corrida, atinge os 240 quilómetros por hora, éfabricado em Portugal e é alimentado a excrementos de porco. Falamos do primeiro Volkswagen Scirocco com turbobiogás, criado pela empresa E.ON.

«Automóvel feito em Portugal corre a biogás»Biogas



Biogás

Alcobertas (Rio Maior)

gestão dos efl. suinícolasproduzidos na área de intervenção

Parque Natural das Serras de Aire e Candeeiros

valorização dos efluentes ‐ diversos criadoreszona de minifúndio



Biogás

Digestor anaeróbio

Compostagem

Lagoa 1

Lagoa 2

Lagoa 3

H2S

A G Electricidade

biogás

af.

Sef.

energia térmica

ECTES.Alcobertas

Digestor anaeróbio Fluxo em pistão1200 m3, ≈ 35ºC

ECTES.Alcobertas



Biogás

ECTES.Alcobertas

Descarga do afluente Recolha de amostras

ECTES.Alcobertas

Fracção sólida digeridaParque de compostagem



Biogás

ECTES.Alcobertas

Digestor anaeróbio

Compostagem

Lagoa 1

Lagoa 2

Lagoa 3

H2S

A G

af.S

Produtos

Composto

Água residual

Digestoranaeróbio

Compostagem

Lagoa 1

Lagoa 2

Lagoa 3

H2S

A

Biogás

af.S

ef.Energia térmica

Electricidade

Biomassa



Biogás

ECTES.Alcobertas

Aplicação/interesse

Exportação / auto-consumo

AgriculturaRecuperação de solosSolo de envasamento

Agricultura(compostagem-solo)

• Temp. digestor• Sectores (estação, estufas)• Frio

€Produtos

composto

Água residual

E térmica

E eléctrica

Biomassa

Agricultura



• Diminuir a dependência energética• Diminuir as emissões de GEE [protocolo de Quioto]

• Aumentar a segurança do abastecimento • Estimular a agricultura• Contribuir para o desenvolvimento rural

‐ criação de novas indústrias e postos de trabalho ‐


Biocombustívies. Que futuro?


Introdução Biocumbustívies Investigação‐Futuro?

InstalaçõesBiogásBio‐produtos


Bioetanol . BiodieselCristina Oliveira, Paula Passarinho [email protected]; [email protected]

MicroalgasAlberto Reis, Luisa [email protected]; [email protected]ão Anaeróbia . BiogásIsabel Paula [email protected]

Unidade de Bioenergia

Unidade de Bioenergia Biocombustíveis. Que futuro? · Laboratório Nacional de Energia e Geologia...

Documents

Transcript of Unidade de Bioenergia Biocombustíveis. Que futuro? · Laboratório Nacional de Energia e Geologia...