Biocombustíveis: sustentabilidadee segurança alimentar

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

SEMINÁRIO INTERNACIONALImpacto da Produção de biocombustíveis

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁREDE CYTED BIALEMA

1998 – 2009• 25 pesquisadores, 7 dos quais Ph.D. • 6 novos laboratórios.• Projeto e testes de 3 protótipos (MS, TV, MTG).• 80 cursos de extensão para mais de 1500

participantes.• 30 Teses de Mestrado e 7 de Doutorado já

apresentadas (13 y 7 em andamento respectivamente)

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

conferencias internacionais.• 10 consultorias nacionais e internacionais.

Teses e Dissertações

• Roselis Ester da Costa. Inventário do ciclo de vida do biodiesel obtido a partir do óleo de palma para as condições do Brasil e da Colômbia. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia)

• Edgar Eduardo Yañez Angarita. Avaliação do impacto energético e ambiental da cogeração no balanço energético e no ciclo de vida do biodiesel de óleo de palma africana. 2008. 0 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)

• Mateus Henrique Rocha. Analise do ciclo de vida das vinhaças para diferentes tipos de tratamento. Início: 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) -

Concluídas

Em AndamentoMaria Luiza Grillo Reno. Análise do ciclo de vida ACV da produção e uso de combustíveis líquidos obtidos pela rota de gaseificação de biomassa. Início: 2007. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica)

LABORATÓRIOS

1. Turbinas a gás e gaseificação;

2. Sistemas a vapor e diesel;

3. Sistemas avançados de geração distribuída

4. Refrigeração e ar condicionado.

5. Simulação de processos e sistemas térmicos;

6. Treinamento de operadores de centrais termelétricas;

LIVROS PUBLICADOS

EM 2009

BIOCOMBUSTÍVEISCapitulo 1- Biocombustiveis: fundamentosCapitulo 2 – Geraçào por combustão de biomassa“Ïn natura””Capítulo 3- Biodiesel.Capítulo 4 – Biogás.Capítulo 5 – Bioetanol pela rota convencional.Capítulo 6 – Gás de síntese a partir da biomassa.Capítulo 7 – Combustíveis Líquidos pela rota BTL

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

lignocelulósicos pela rota da hidrólise.Capítulo 9 – BioH2 e as bioFC.Capítulo 10 – Utilização de biocombustíveis em Motores

de Combustão Interna (MCIA).Capítulo 11 – Utilização de biocombustíveis em

Microturbinas a gás (MTG)Capítulo 12 – Resíduos da produção de biocombustíveis

– vinhaça e glicerina.Capítulo 13 – Cogeração na indústria de produção de

biodiesel e de bioetanol.Capitulo 14 – Planejamento e gestão de projetos em

biocombustíveis.Capitulo 15 – Avaliação planetaria integradaCapitulo 14 – O futuro do biocombustíveis: Biorefinerias,

bioalgas e bioeletricidade

CURSOS NESTwww.nest.unifei.edu.br

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

Biodiesel em MTG

SOFC e gás desintese

MotoresStirling a biomassa

Gaseificaçãode biomassa

Nucleo de Excelência em GeraçãoTermelétrica e Distribuida

NEST

UNIV. FEDERAL DE ITAJUBÁ

ATIVIDADES EM BIOENERGIA

ACV de biocombustiveis

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

(soja, mamona e dendê) e etanol.• Análise do ciclo de vida do biodiesel,

biocombustiveis BTL e vinhaças.

PROJETOS EM ANDAMENTO NO NEST

Esquema do Sistema de

Gaseificação

Freeboard

Leito

PlenumSilo de

alimentação secundário

Alimentação de

Biomassa

Motor

Vávula Rotativa

Combustívelpara o

queimador

Queimador

Saídade água de

resfriamento

Variador de velocidade

Transportadora helicoidal

Ar

Rosca de

alimentação principal

Bicos Injetores

Silo de alimentação

principal

Entradade água de

resfriamento

Isolante

Aquisiçãode

Dados

Coletor de

Cinzas

Sinal de 4 a 20 mA

CicloneTermopar

Saídade gás

Resultados dos testes de gaseificação

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

Potência 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

Potência Corrigida [kW]

NO [p

pm]

DF100

BD5

BD10

BD15

BD20

BD25

BD30

BD50

BD75

BD100

COGERAÇÃO NA INDUSTRIA DE AÇÚCAR E ALCOOL

CASO DE REFERÊNCIA

Processo

Refino

63 bar abs. @ 480°C

33 bar abs. @ 320°C

T.G 40 MW

T.G 15 MW

G.V n°: 122 bar abs. @ 300°C

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.

180°C

128°C

Bomba circulação

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

REPOTENCIAÇÃO

Balanço de Energia (Diagrama de Sankey) da Usina A com configuração 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]ÓN AMBIENTAL

Las caricaturas.........

La cruda realidad: galletas de barro con aceite en Haití

ALTOS PRECIO DE LOS ALIMENTOS: UNA CAJA DE PANDORA

Quedó apenas la esperanza......................

Subsidios

Biocombustíbles

Especulaçión

Distribución desigual de la riqueza

Falta de apoyo a los agricultores

Petróleo caro

COMIDA CARA

SUSTENTABILIDADE DOS BIOCOMBUSTÍVEIS

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

CADA DIA SE FALA MAIS DISTO!!

Sustentabilidad de los biocombustíbles - LCA

Relación Energia renováble/Energia fosil(OUTPUT/INPUT)

Energia fósil substituída por hectarea

Alocación 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 ÚLTIMO RECURSO (y lo estamos perdiendo: salinización, erosión..)

Rendimento líquido de energia por hectarea para diferentesbiocombustíbles y cultivos

Produtividade en óleo e energia para os cultivos energéticosmais importantes

Soja Pinhão manso(JatrophaCurcas)

Girasol Colza PalmaAfricana

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

Taxa de extração de óleo (%)

18 34-38 42 40 20

Produtividadeem óleo(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

BIOCOMBUSTÍVEIS OU REFLORESTAMENTO ????

Righelato e Spracklen, SCIENCE, 2007

Emissões cumulativas evitadas de carbono por hectare

Carbono sequestrado por reflorestamento

Desmatamento

Influência dasmudanças nosolo na

produção debiocombustíveis

ECOSISTEMAPRECEDENTE

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

Na tentativa de considerar todos os aspectosmencionados foram obtidos estes resultadosEU NÃO GOSTO DESTES RESULTADOS !!!!!!

ZAH et al., 2007

É possível aumentar os rendimentos da maioria das culturas.

AGRICULTURA SUSTENTÁVEL

ENFASE EM TERRAS IMPRODUTIVAS

BIOCOMBUTÍVEISEstado-da-arte das rotas

termoquimica e bioquímica.

Plataforma

termoquímica

GASEIFICAÇÃO

Conversão termoquímica da biomassa, com fornecimento de oxigênio em quantidades sub-estequiométricas, num gás com altos teores de CO, H2 e CH4.

Etapas de obtenção de combustíveis pela rota termoquímica.

Fonte: Adaptado de Jenkins, 2006

Plataforma bioquímica

Três enzimas

ou

um cupim

RESILÊNCIA!!

Parede celular da planta

Processo de bioconversão da biomassa utilizando o processo de hidrólise enzimática

Fonte: Hahn-Hägerdal et al., 2006

Análise comparativa e conclusões (I)• A plataforma bioquímica tem alcançado um estágio de

desenvolvimento que pode ser caracterizado como pré-comercial. Desafios: bioengenharia de novas enzimas e leveduras, destoxificação de substratos e integração de processos.

• A plataforma termoquímica encontra-se em estágio de concepção de plantas pilotos. A tecnologia de gaseificação para produção de gás de síntese ainda precisa ser desenvolvida (qualidade do gás e capacidades requeridas).

• Tanto no caso da plataforma bioquímica como da plataforma termoquímica são requeridas plantas de grande capacidade para se alcançar viabilidade econômica. Estudos recentes publicados referem-se à 100 t/h de biomassa seca para a plataforma bioquímica e 500 t/h para a termoquímica (gaseificadores de 150 t/h de capacidade).

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

termoquímica. Para a plataforma bioquímica 0,7 a 0,9 US$/l, porém no caso da plataforma bioquímica as reduções esperadas até 2012 são muito maiores, sendo que o custo poderia chegar próxima de 0,3 US$/l.

• Oportunidades para o desenvolvimento tecnológico em Universidades e centros de pesquisas brasileiros: Novas tecnologias de gaseificação, Catálise aplicada a processos de obtenção e purificação de gás de síntese, Desenvolvimento de novos processos de pré-tratamento, novas enzimas e leveduras, Integração produtiva e energética de processos.

• Formação de mão de obra qualificada!!!

Principais projetos no mundo

Projetos para obtenção de etanol celulósico no mundo

• 32 nos EUA: sendo 16 de hidrólise enzimática, 6 termoquímicas e 2 de hidrólise ácida concentrada e 8 não possuem informações. • 5 na Europa: sendo 4 de hidrólise enzimática e 1 sem informações.• 4 no restante do mundo: 2 de hidrólise enzimática e 2 sem informações.

Existe um predomínio absoluto da plataforma bioquímica enzimática, como conseqüência de uma maior maturidade desta tecnologia.

O futuro dos biocombustíveis: biorefinerias, algas, etc

A promessa das algas

CONVERSÃO DE UMA SÉRIE DE FLUXOS DE BIOMASSA RENOVÁVELPELAS ROTAS BIOQUÍMICAS OU TERMOQUÍMICAS NUM CONJUNTO

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

INTEGRAÇÃO DE DIFERENTES PROCESSOS DE CONVERSÃO DA MANEIRAMAIS EFICIENTE POSSIVEL.

BIOREFINARIA INTEGRADA

Células a combustível acionadas por micróbios

MICROBIAL FUEL CELLS MFC

Os microorganismos transferem parao anodo elétrons obtidos de um doador de elétrons (glicose) formando também protons. Através de uma resistência externa os elétrons passampara o catodo reagindo com oxigênio.Prótons passam para o catodo atravésde uma membrana

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

• O mesmo caldo de cana que serve como matéria-prima para a produção de açúcar e álcool servirá em breve, também, para a produção de diesel. A nova tecnologia, desenvolvida pela empresa Amyris, da Califórnia (implementação 2010-2012).

•A grande inovação está no DNA da levedura, a que foi geneticamente modificada para secretar diesel no lugar de álcool.

• "Não é biodiesel. É diesel mesmo!!!. Sem enxofre•

A cana não tem óleo, ela apenas fornece o açúcar necessário para alimentar as leveduras que vão produzir o combustível.

• ............ foram necessários mais de 15 genes para transformar a levedura em uma "fábrica biológica" de diesel. A espécie usada no processo é a mesma da fermentação do álcool (Saccharomycescerevisiae).

A FOTOSSINTESE DEVE CONTINUAR !!!!!

AS BACTERIAS E OUTROS MICROORGANISMOS QUE JÀ NOS ENFERMARAM, ALIMENTARAM (PÃO, BOLOS, PASTEIS) E NOS DIVIRTIRAM (VINHOS, CERVEJA, CACHAÇA, RUM......), AGORA SÃO A NOSSA ESPERANÇA DE SALVAÇÃO.....

.... E O CUPIM TAMBÉM......

PROTEJAMOS A BIODIVERSIDADE!!!