Post on 11-Nov-2018
Energia e suas formasEnergia e suas formas• A energia pode se apresentar de diversas formas, entre as
quais podemos mencionar: Energia de radiação Energia química Energia nuclear Energia térmica Energia mecânica Energia elétrica• Uma característica importante da energia é a sua
capacidade de transformação, ou seja, a possibilidade de conversão de uma forma de energia em outra mais adequada a uma determinada utilização.
As Leis da Termodinâmica e as transformações de energia
As leis fundamentais que regem as transformações de energia são a primeira e a segunda leis da
termodinâmica.
Primeira lei da Termodinâmica (Lei da Conservação da Energia)
Toda energia é conservada, não podendo ser criada ou destruída.
A primeira lei da Termodinâmica
Energia (entrada)
Energia perdida
Energia útilSistemaEnergia
(entrada)
Energia elétrica
Energia eletromagnética
(luz)
Calor
Eficiência energéticaEficiência energética
• A eficiência energética (η) pode ser definida como a razão entre a energia útil e a energia consumida:
η = Eútil
Econsumida
Econsumida- Perdas 1 - Perdas=Econsumida
=Econsumida
h
A segunda Lei da TermodinâmicaA segunda Lei da Termodinâmica
• Em termos gerais a segunda lei da termodinâmica nos diz que não se pode utilizar todas as formas de energia com a mesma eficiência.
• Por exemplo, é possível converter integralmente energia mecânica em calor, mas não é possível fazer o inverso.
• A segunda lei nos diz que é impossível a existência de máquinas térmicas que possam transformar calor completamente em trabalho, ou seja, com 100% de eficiência.
A segunda Lei da Termodinâmica
Os problemas envolvidos no consumo de Os problemas envolvidos no consumo de energiaenergia
Fonte de energia:•renovável•não-renovável
Energia convertida:•potência elétrica•potência mecânica
Sistema
Resíduos / poluentes
Energia perdida
Fontes de energia
• Fontes de energia não-renováveis:São fontes de energia esgotáveis, ou seja,
existem na natureza numa quantidade finita. São as fontes de origem fóssil.
PetróleoGás naturalCarvão mineral
Fontes de energiaFontes de energia
• Fontes de energia renovável:São fontes de energia teoricamente
inesgotáveis, uma vez que estão constantemente disponíveis ou se renovam num curto período de tempo.
Energia solar Energia eólicaGeotérmica Biomassa Entre outras
Fonte de energia:•renovável•não-renovável
Energia convertida:•potência elétrica•potência mecânica
Sistema
Poluentes/Impacto ambiental
Energia perdida
Os problemas envolvidos no consumo de Os problemas envolvidos no consumo de energiaenergia
60%20%
6%14% CO2
CH4
NOx
Hidrocarbonetoshalogenados
Resíduos e Poluentes – O Efeito Estufa
•Contribuição relativa de poluentes para o efeito estufa
Níveis de dióxido de carbono (CONíveis de dióxido de carbono (CO22) - Biocombustíveis) - Biocombustíveis
biocombustívelbiocombustível
fotossíntesefotossíntese
Níveis de dióxido de carbono (CONíveis de dióxido de carbono (CO22) – combustíveis fósseis) – combustíveis fósseis
Combustível Combustível fóssilfóssil
fotossíntesefotossínteseatmosferaatmosfera
Níveis de dióxido de carbono (CONíveis de dióxido de carbono (CO22) – combustíveis fósseis) – combustíveis fósseis
Combustível Combustível fóssilfóssil
fotossíntesefotossíntese
atmosferaatmosfera
Utilização da biomassa para produção de
energia
Emissões de COEmissões de CO22
Biocombustíveis X Combustíveis fósseisBiocombustíveis X Combustíveis fósseis
Biomassa
Biocombustível
CO2 retorna para a
biomassa
Combustíveis fósseis
Combustível
CO2 vai para a atmosfera
Biocombustíveis - Etanol
Ésteres
Álcoois superiores
Energia (ATP)
CO2
Etanol
AçúcaresGlicoseFrutoseMaltotriose
• Fermentação
RECEPÇÃO/PREPARO EXTRAÇÃO
GERAÇÃO DEVAPOR e
ELETRICIDADE PROCESSO
ÁLCOOL
PROCESSOAÇÚCAR
AÇÚCAR
ÁLCOOL
VINHAÇA
CANA CALDO
MELAÇOBAGAÇO
CALDO
Produção de açúcar e álcool a partir de cana
Composição da cana-de-açúcar
35%
31%
34%
bagaço sacarose pontas e palha
• Somente cerca de um terço da massa da cana-de-açúcar é composta por sacarose
Composição do bagaço
47%
25%21%
7%
celulose hemicelulose lignina outros
• Mais de 70% do bagaço de cana-de-açúcar é composto por polímeros de açúcares
• Celulose: polímero cristalino formado a partir de mais de 10000 monômeros de glicose. Não fermentável na forma original
• Hemicelulose: polímero amorfo formado por longas cadeias de açúcares, compreendendo geralmente: manose, xilose, arabinose, galactose e glicose. Parcialmente fermentável
Polímeros de açúcares
Obtenção de Etanol de material Lignocelulósico (2ª. Geração)
Biomassa Lignocelulósica Moagem Pré-tratamento
Hidrólise
Fermentação Etanol
Gaseificação Fermentação
Conversão catalítica
Etanol
Gaseificação
A gaseificação é uma reação de oxidação da biomassa em atmosfera pobre em oxigênio, ou seja, uma oxidação parcial
C6H10O5 + 6O2
6CO2 + 5H2O
(combustão)
C6H10O5 + 1/2O2
6CO + 5H2 (gaseificação)
gás de síntese
2CO + 4H2 C2H5OH + H2Oprodução do
etanolcat.
cat. = catalisadores baseados em Rh, Cu e Mo
C6H10O5 + 1/2O2
6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2
6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2
6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2
gás de síntese
6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2
Biodiesel
• De acordo com a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), o biodiesel é definido como um combustível composto de alquil ésteres de ácidos graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais.
• Em termos mais práticos, o biodiesel pode ser definido como um éster metílico ou etílico derivado de um ácido graxo.
ROR`
OC Fórmula Geral
Síntese do Biodiesel
• Transformação de triacilglicerídeos ou ácidos graxos livres em ésteres metílicos ou etílicos.
• Necessidade de catálise: ácida, básica ou enzimática.
TAG + 3R`OH 3R´COOR + C3H5(OH)3
AG + R`OH R´COOR + H2O
cat.
cat.
Padrão de Qualidade do Biodiesel
O orgão que regulamenta a qualidade do Biodiesel comercializado no Brasil é a ANP, segundo a resolução ANP no. 7 de 19/03/2007
Matérias-primas
Óleo de olivaÓleo de girassol
Óleo de sojaÓleo de palma
Óleo de cártamo
Óleo de algodão
Óleo de canola
Óleo de linhaça
Óleo de milhoÓleo mamoma
Óleo de papoulaÓleo gergelim
Óleo de trigo
Óleo amendoim Óleo de louro
Óleo de avelã
Óleos vegetais
FonteTeor de
óleo
Índice de iodo
Número de
cetano
Palmítico16:0
Palmitoleico 16:1
Esteárico 18:0
Oleico 18:1
Linoleico 18:2
Linolenico 18:3
• Redução da contaminação por coliformes
• Redução do odor
• Redução da incidência de moscas
• Disponibiliza os componentes dos efluentes para uso na fertirrigação (NPK).
• Geração de renda a partir do uso do gás
Vantagens da Instalação dos Biodigestores
Bio-Hidrogênio
• Por que o hidrogênio é uma alternativa atrente?
• Comparando o calor de combustão de alguns combustíveis :
Substância Calor de combustão (Kcal/g)
Metano 13,2Óleo 10,0
Gordura 9,1Carvão 7,8Etanol 7,1
Glicose 4,1
• Hidrogênio é obtido de forma tradicional através da eletrólise da água.
Hidrogênio
34,2 Kcal/g
Rotas mais promissoras para conversão de biomassa em hidrogênio
Termal Biológica
Gaseificação Pirólise
gás de síntese Líquidos e vapores
Pré-tratamento
Fermentação
etanolCH4
H2
gás de síntese
gaseificação6CO + 5H2 C6H10O5 + 1/2O2
CO + H2O CO2 + H2 deslocamento da
água
Produção de Hidrogênio por Gaseificação e Pirólise
• Gaseificação
• Pirólise
Bio-óleo + carvão + gásBiomassa
Bio-óleo + H2O CO + H2
CO + 5H2O
CO2 + H2
Ni