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5° CONGRESSO INTERNACIONAL DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO SUSTENTÁVEL DA INDÚSTRIA DE BASE FLORESTAL E DE GERAÇÃO DE ENERGIA

São Paulo, 22 e 23 de junho de 2010

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Perspectivas da Biorefinaria

na Indústria de Celulose e

Papel

Francides Gomes da Silva Júnior - ESALQ/USP

São Paulo, 22 e 23 de junho de 2010

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Biorefinaria � 12.900 referências

Biorefinery � 147.000 referências

BIOREFINARIA?

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Plena utilização de biomassa e outras

matérias primas para produção simultânea

e economicamente otimizada de fibras,

produtos químicos e energia

BIOREFINARIA

Conceituação

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Alguns conceitos

� Bioenergia - fontes de biomassa ou

resíduos com múltiplas aplicações �

incluindo produção de energia

� Biocombustível � qualquer

combustível produzido a partir de

biomassa ou resíduos de origem

biológica � podem ser de primeira ou

segunda geração ou �sintético�

� Biorefinaria - estrutura que integra

equipamentos e processos de

conversão de biomassa visando a

produção de combustíveis, energia e

produtos químicos a partir da

biomassa

Biomass

Sugar platform �Biochemical�

Syngas Platform �Thermochemical�

Fuels, Chemicals, & Materials

Combined Heat & Power

CLEAN GAS

RESIDUES

CONDITIONED

GAS

SUGAR

FEEDSTOCKS

BIOREFINERY CONCEPT

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Estrutura que integra equipamentos e

processos de conversão de biomassa visando

a produção de combustíveis, energia e

produtos químicos a partir da biomassa

BIOREFINARIA

Conceituação

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BIOREFINARIA

BIOFUELS

BIOMATERIALS

HEAT ELECTRICITY

Ash

END-OF-LIFE BIOMATERIALS

BIOMASS

CO2CO2CO2CO2

Recycled

BIOREFINERY

The fully integrated agro-biofuel-biomaterial-biopower cycle for sustainable technologies

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BIOREFINARIA � Uma abordagem para o setores: florestal e celulose & papel

Importância

> Aumentar o portfolio de produtos

� biocombustíveis

> Aumentar receitas e resultados

> Alinhamento com tendências mundiais

� Combustíveis produzidos a partir de fontes renováveis

> Otimização do uso de recursos naturais

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Biorefinaria

Size reduction

Pretreatment

Enzymatic

or Acid

hydrolysis

Monomeric mixed-

sugar

Fermentation

by bacteria,

yeast or

filamentous

fungi

Distillation and

molecular sieves

or Separation

technologies

ETHANOL

A Facility that use biomass � from agriculture to forestry

to waste as inputs to produce chemicals, fuel and power

using complex processing methods:

an approach similar to a petroleum refinery

Biomass

residue (lignin)

Co-products

Bur

n

Energy / Heat

Soil recycling

Ash free solid

fuel

Chemical Industry

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BIOREFINARIA?

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The future pulp mill � a wood biorefinery?EUA e Europa

� Elevados custos de produção e tendência de

aumento

� Necessidade de novas fontes de receitas

� Infra-estrutura disponível

� Aspectos sociais envolvidos

Contextualização

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The future pulp mill � a wood biorefinery?Brasil e Hemisfério Sul

� Baixos custo de produção

� Elevada produtividade florestal

� Polpa de mercado com elevada qualidade

� Aumento do consumo mundial de polpa de fibra curta

� Disponibilidade de recursos para investimento

� Novo ciclo de expansão em andamento

Contexto atual

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Information assessment & market signals

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MADEIRA: Fonte de matéria-prima componentes

Celulose (40-50%)

Hemicelluloses (25-35%)

Lignin (20-30%)

Extractives (~3)

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Layout of a Wood Biorefinery

Chips

Bark & forest residues

HemicellulosesExtractives LigninGlucose

Pulp mill

Spent liquor

Cellulose

Pulp Paper

� Fatty acids� Pharmaceuticals� Antioxidants� Bioactive chemicals

� Fibre additives� Barriers� Hydrogels� Food additive

� Phenols� Carbon fibre � Binders� Soil improvement

SOLID FUEL

� Ethanol

� Particles

� Films

� Fibres

� Sponges

Solid fuel from bark and forest residues

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Fábrica de celulose e papel hojeWood fibre products are under

Market Pulp � principal produto

Pulp Mills Conversion User

Reuse

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Solution � Pulp, Energy & Chemicals?

Conversion User

Reuse

Energy

Chemicals

WOOD/ FIBRE

Pulp Mills

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Setor de Celulose e Papel

Market Pulp � principal produto

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Setor de Celulose e Papel

Casca

e

Resíduos de madeira

Matéria prima para

outros produtos

Market Pulp � principal produto - OPORTUNIDADES

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Setor de Celulose e Papel

Market Pulp � principal produto

Licor negro

� lignina

� carboidratos

� �metanol celulósico�

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Licor negro

Fábrica de celulose

Principais produtos

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Black Liquor, the Paper

Industry�s Profitable Cocktail

LICOR NEGRO

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520.000 t lignina

350.000 t ácidos hidrocarboxílicos

11.0000 t metanol

190.000 t casca

Fábrica de celulose1.000.000odt/ano

By products

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Carboidratos e lignina no licor negro

Black Liquor

Hardwood

Softwood

Xylan

[g/l]

12

3

Tot. neutral

sugars [g/l]

16

7

Sugar acids

[g/l]

-

~ 20*

Lignin

[g/l]

~ 60

~ 60

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PRECIPITAÇÃO DA LIGNINA

Weak black

liquorTo recovery

boiler

Black liquor

(30 - 40 % DS)

Cooking chemicals, low MW organic substances

Lignin-fuel

Washing Dewatering

Precipitation

CO2

Evaporation

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LIGNINA KRAFT RECUPERADA

60-70 % sólidos

0.1 - 0.5 % cinzas

0.05 � 0.4 % Na

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Pellets de lignina

Density: 700 kg/m3

Moisture: about 30 %

Heat value(wet): 19 MJ/kg

Heat value(dry): 26 MJ/kg

Ash: 0,1 - 0,2 %

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A remoção parcial da lignina pode proporcionar�

� Maior produção de polpa � caldeira de recuperação

no �gargalo�

� Maior eficiência energética

� Combustível promissor

� Interessante matéria-prima para indústria química

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METANOL CELULÓSICO

� Matéria-prima preferida para síntese de biodiesel

� �disponibilidade� de 624.000m3/ano

� Receita potencial adicional de R$518mi

Realidade brasileira

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Biorefineria- desafios

� Separação e utilização da lignina

� Separação e utilização de hemiceluloses

� Utilização de casca e extrativos

� Gaseificação do licor negro

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BIOREFINARIA � Uma abordagem para as indústrias florestais, celulose e papel

Wood Chips

Ethanol

methanol

extraction

hemicelluloses

carbohydrates

Fermentation

Destilation

Pulping

Pulp

paper

black liquor

SAF�s

energetics

Biodiesel

soy

castor bean

sunflower

cotton

oleaginous

crops

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144 Mt resíduos de indústrias florestais

65 Mt resíduos da colheita

60 Mt desbastes

52 Mt lenha

47 Mt sobras de madeira urbana

368 milhões de toneladas de biomassa florestal

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To better understand some of the opportunities � we can´t afford not to have� the 5 Cs

� Concentration of efforts: focus and scale

� Continuity: 50 years of investments � the Brazil case

� Complementarity: bioenergy sources and expertise �

need for an interdisciplinary approach

� Commitment: to make a change

� Coordination

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Strategic alternatives for Pulp Companies - Brazil

� The value chain is in place � from forests to industry to retail

� Link between Pulp&Paper and Ethanol&Sugar industries

� Ligno-cellulosic based industries

� sinergy

� The cheapest fiber available in the World

� Existing mills and future projects � opportunity costs and value

added products

� Intelligence work � competitors and technology foresight

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OBRIGADOProf. Francides Gomes da Silva Jr.