Biocombustíveis: sustentabilidade e segurança...
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Biocombustíveis: sustentabilidadee segurança alimentar
Prof. Dr.Electo Silva [email protected]
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!!!