GRUPOCAROLINA ARTIOLI

FELIPE VALVERDE PIETRIKLEBER MACHADO DA SILVA

UNIDADE CURRICULAR ENGENHARIA BIOQUÍMICA

Universidade Federal de São Paulo

Diadema - 2011

BIORREFINARIAS

CONCEITOS

CONCEITOS

O QUE É UMA BIORREFINARIA?Conjunto de processos, tecnologias e equipamentos que atuam integrados e têm por objetivo a produção de energia, combustíveis e insumos químicos, a partir da BIOMASSA.

FONTES DE BIOMASSA

PROCESSOS DE CONVERSÃO PRODUTOS

Árvores; Grãos Agrícolas; Resíduos Agrícolas; Rejeitos de Animais; Rejeitos Sólidos Municipais.

Hidrólise Ácida-Enzimática; Fermentação; Bioconversão; Conversão Química; Gaseificação ou Pirólise.

Combustíveis; Etanol e Biodiesel;

Energia; Plásticos, Resinas; Solventes; Tintas, Corantes; Intermediários Químicos; Entre Outros.

CONCEITOS

Fonte: Martins et al.

Biorrefinarias: Promovem o crescimento econômico sustentável enquanto transformam economias rurais e introduzem bioprodutos no mercado.

ANALOGIAS

Biorrefinarias X Refinarias de Petróleo. Ambas baseiam-se na mesma estratégia: Decompor um complexo molecular

em seus constituintes principais e produtos químicos básicos, para usá-los na geração de novos produtos;

Biorrefinarias: Produção industrial mais sustentável;

Tecnologias de conversão da biomassa necessitam de desenvolvimento;

Demanda crescente por petróleo Abastecimento INCERTO;

Antes: Tecnologias viáveis deixavam de ser estudadas por não apresentarem competitividade com o preço do barril do petróleo (US$ 20,00/bl).

Hoje: Tecnologias viáveis voltam a ser estudadas e tornam-se viáveis devido ao aumento do preço do barril do petróleo (US$ 100,00/bl).

ANALOGIAS

Biorrefinarias X Refinarias de Petróleo.

Número de publicações referentes a biorrefinarias;Tipos de instituições

Período de 1945 à 2007

Fonte: Fernandes dos Santos et al.

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS

CLASSIFICAÇÃO

Pode-se classificar os processos envolvidos em uma biorrefinaria em quatro tipos diferentes, sendo eles: Catalítico; Térmico; Físico-Químico; e Fermentativo (biotecnológico).

Estes processos podem e normalmente estão interligados entre si. Exemplo: Produção do bioetanol com diversas cepas aliadas com diferentes modalidades de hidrólise.

Fonte: Cardoso, 2009.

PROCESSOS FERMENTATIVOS

BIOMASSA HIDRÓLISE FERMENTAÇÃO PRODUTOS

ÁCIDACATALÍTICA

Nos processos fermentativos realiza-se a hidrólise para obtenção de açúcares. Na fermentação os microrganismos consomem os açúcares gerados produzindo os produtos de interesse.

Possibilidade de serem obtidos rendimentos glicosídicos de 90%;

Hidrolisados com baixa toxicidade aos microrganismos. (sem necessidade de neutralização);

Viabilidade Econômica: Depende do preço das enzimas.

Processo Físico-Químico Disponibilidade, garantia de fornecimento e

menores custo dos reagentes; Maturidade tecnológica; Necessita-se neutralizar os hidrolisados antes

da Fermentação.

PROCESSOS FERMENTATIVOSOs processos Fermentativos com a Hidrólise Catalítica podem ocorrer juntos (um estágio) ou em etapas distintas (dois estágios):

o Processos de um único estágio: A hidrólise e a fermentação ocorrem no mesmo reator; Redução da inibição da enzima pelo produto final; Redução do acúmulo de açúcar no fermentador; Maior taxa de hidrólise e percentagem de conversão em relação a

operação em dois estágios; Menor quantidade de enzimas necessárias e aumento do rendimento do

produto final; Desvantagens: diferentes condições ótimas de pH e Temperatura (enzima

X Microrganismo) Processo fora das condições ótimas mas em condições compatíveis com as duas etapas.

o Processo de dois estágios: A hidrólise e a fermentação ocorrem em reatores diferentes; Principal Vantagem: Possibilidade de atuar nas condições ótimas de cada

etapa.

MICRORGANISMOS

Os microrganismos ativos (leveduras, fungos, bactérias, etc) devem conter enzimas específicas para formação do produto de interesse.

Os microrganismos devem ser tolerantes à presença de inibidores e a variação extrema de temperatura e pH. Para tal, técnicas de seleção natural assim como desenvolvimento de linhagens recombinantes são muito utilizados.

OUTROS PROCESSOS

ROTA TERMOQUÍMICA: PIRÓLISE RÁPIDA:

A biomassa é aquecida na ausência de ar sendo convertida em produtos sólidos, gasosos e líquidos (série de aplicações);

Estágio avançado de desenvolvimento; Eficácia já provada em escalas de até 200 kg de biomassa por hora; Produto principal desse processo é o bioóleo com características combustíveis

e que pode ser gaseificado para a produção de gás de síntese.

GASEIFICAÇÃO: Conversão total da biomassa em gases combustíveis através da oxidação

parcial da matéria-prima à altas temperaturas; Vantagens ecológicas e econômicas. Produção de gás de síntese a partir da gaseificação do bioóleo.

As biorrefinarias podem aliar as rotas termoquímicas com as rotas bioquímicas (como o etanol lignocelulósico); químicas (como a transesterificação para biodiesel); e físicas (briquetagem e peletização) tendo como resultado a maior diversidade de produtos em relação ao que hoje se obtém com a mesma matéria-prima.

RESUMINDO

Fonte: Coelho et al.

TIPOS DE BIORREFINARIAS

BIORREFINARIAS DE BASE FLORESTAL

No Brasil existem cerca de 3 milhões de hectares de eucalipto plantados. Os quais têm potencial para produzir cerca de 620 kilotoneladas de serragem por ano.

“Quanto mais olhamos detalhadamente para a madeira, mais componentes úteis encontramos”, diz Marcelo Hamaguchi, pesquisador do Departamento de Tecnologia de Energia e Meio Ambiente, da Universidade de Tecnologia de Lappeenranta (LUT)

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE FLORESTAL

Podem sofrer também o

processo de PIRÓLISE

Fonte: Cardoso, 2009.

BIORREFINARIAS DE BASE AGRÍCOLA

Fontes de BIOMASSA:

Casca de Arroz: Rio Grande do Sul: 1,2 milhões de toneladas por ano.

Caroços de Pêssego:

Brasil: 160 toneladas por ano;

Bagaço de Laranja

Casca de Nozes;

Casca de Coco;

Entre outros.

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE AGRÍCOLA

GRÃOS / ÓLEOS

ALIMENTOS BIOMASSA

PIRÓLISE

ENERGIA

MONÔMEROS

FARMÁCOS

ADESIVOS

TINTAS

EMBALAGEN

S

CONSTRUÇÃ

O

LUBRIFICANTES COMBUSTÍVEIS

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

O BIOÓLEO é obtido como produto da pirólise e utilizado para obter diversos produtos, entre eles: combustíveis, gases de síntese, polímeros e resinas.

PRODUTOS DA PIRÓLISE

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

PIRÓLISE DO BAGAÇO DE LARANJA

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

GÁS DE SÍNTESE

O gás de síntese pode ser obtido através da gaseificação do bioóleo.

Este processo pode ser realizado por gaseificadores pressurizados diretamente com oxigênio Evita a diluição do gás de síntese em nitrogênio obtenção de um gás de síntese mais puro e em altas pressões;

O gás de síntese é um produto comercial largamente usado na produção de fertilizantes nitrogenados e combustíveis sintéticos como diesel, gasolina e dimetiléter (combustível gasoso), usado atualmente como propelente de aerossóis, mas que é um potencial substituto para o diesel por ser combustível e ter alto poder calorífico.

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DO GÁS DE SÍNTESE (SYNGAS):

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIAS DE BASE BIOÓLEO

Além dos produtos já mostrados, o bioóleo pode ser utilizado diretamente nas formulações farmacêuticas.

Uso dermatológico: seborreia, psoríase, eczema, cicatrizante, desinfetante.

Fonte: Martins et al.

BIORREFINARIA PELO MUNDO

BIORREFINARIA PELO MUNDO SUÉCIA

Obtenção de energia e produção de diversos materiais e produtos químicos a partir da lignina, celulose, cascas e outros resíduos florestais.

Projetos para produção de dimetiléter a partir do bioóleo.

NORUEGA Consórcio de empresas estudam da viabilidade de produção de biodiesel a partir de

madeira; A construção de uma usina está prevista para 2012.

DINAMARCA Produção de etanol celulósico a partir de uma ampla gama de biomassa ( lascas de

madeira, resíduos de jardim, cevada e trigo).

ISLÂNDIA Utiliza as tecnologias de hidrólise ácida e fermentação de açúcares para produção de

bioetanol em planta de demonstração.

CANADÁ Empresas de polpa celulósica estão trabalhando para converter suas fábricas em

biorrefinarias;

BIORREFINARIA NO BRASIL

Estudos em pequena escala sobre o assunto;

O Brasil só deve ingressar na biorrefinaria industrial mais adiante, com menos riscos financeiros e, principalmente, quando o mercado exigir;

Inexistência de fontes de biomassa (além da madeira) para produzir todos os combustíveis e energia necessários;

Indústria de celulose é bastante rentável;

É uma área com crescente expansão e descobertas;

Tende a ser uma forma sustentável de produção de combustíveis e outros derivados do petróleo.

Enquanto o Brasil dá seus primeiros passos em direção às análises desse potencial negócio sustentável, na Europa o governo já destinou bilhões de euros às pesquisas pelos centros de estudos e desenvolvimento de inovação, como o VTT, da Finlândia, e o CTP, da França.

CONCLUSÃO

CONCLUSÃO

O desenvolvimento de biorrefinarias industriais estão ganhando atenção em todo o mundo (principalmente na Europa Altos investimentos);

O Brasil têm grande potencial para produção sustentável a partir da biomassa da celulose e da agricultura Pesquisas no assunto Necessidade de Mercado;

Os diferentes tipos de processos para decomposição da biomassa estão interligados e normalmente atuam em conjunto;

Os principais processos envolvem o tratamento termoquímico através da pirólise e formação do bioóleo.

Os processos fermentativos são bastante estudados devido à capacidade de obtenção de

diferentes produtos através da utilização de microrganismos. Além disso, existe a necessidade de microrganismos resistentes a variações bruscas de temperatura e pH;

Processos Fermentativos necessitam de uma etapa anterior de hidrólise, a qual pode ser catalítica ou ácida e são muito utilizados na obtenção de combustíveis (etanol) e outros produtos químicos.

CONCLUSÃO

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Biorrefinaria Industrial – Reportagem de Capa – Revista O PAPEL – Março, 2011.

Cardoso, A. L. – Biorrefinaria: Investigação de Processos Físico-Químicos, Fermentativo e Térmico para o Aproveitamento de Serragem de Eucalipto – Tese de Doutorado – Universidade Federal de Santa Maria – Rio Grande do Sul – Brasil – 2009.

Martins, A. F. – Biorrefinarias – LATER: Laboratório de Pesquisa em Tratamento de Efluentes e Resíduos – Universidade Federal de Santa Maria – Rio Grande do Sul – Brasil.

Leonard, L. – Biorrefinaria e seu desenvolvimento no Brasil – Artigo Gestão ABTCP – Revista O PAPEL – Março, 2011.

Fernandes dos Santos, M.F.R.; Borschiver, S.; Couto, M.A.P.G. – Monitoramento Tecnológico Sobre Biorrefinarias a partir de Fontes de Matéria-Prima Renovável – Revista Pensamento Contemporâneo em Administração – Número 7 – 2009.

Coelho, M.A.Z. – Química Verde – Valorização de Resíduos Agroindustriais – 2010.