UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE - Depto. de Química · REVOLUÇÃO INDUSTRIAL COMBUSTÍVEIS...

UFSUNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

1968 - 2010

III ENCONTRO SERGIPANO DE QUÍMICA – ENSEQ8 a 11 de Junho de 2010 - São Cristóvão - SE

SUSTENTABILIDADE: DO PETRÓLEO AO BIOCOMBUSTÍVELMini curso

Prof. Dr. Alberto Wisniewski Jr.DQI - UFS

Escola de Química de Sergipe - 1950

UFSUNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

1968 - 2010

III ENCONTRO SERGIPANO DE QUÍMICA – ENSEQ8 a 11 de Junho de 2010 - São Cristóvão - SE

SUSTENTABILIDADE: DO PETRÓLEO AO BIOCOMBUSTÍVEL

1. Sustentabilidade, Petróleo no Brasil e Origem do Petróleo;

2. Características do Petróleo e Derivados, Sustentabilidade na indústria do Petróleo;

3. Biocombustíveis.

SUSTENTABILIDADE: DO PETRÓLEO AO BIOCOMBUSTÍVELIII ENCONTRO SERGIPANO DE QUÍMICA – ENSEQ 8 a 11 de Junho de 2010 - São Cristóvão - SE

CONSEQUÊNCIA

1650500 MILHÕES

18501 BILHÃO

20106,8 BILHÕES

REVOLUÇÃO INDUSTRIALCOMBUSTÍVEIS FÓSSEIS

EXPLOSÃO POPULACIONAL

Distribuição Populacional


IMPACTO HUMANO

Ciclo do Carbono

Legenda

Unidades: Petograma (Pg) = 1015 g C

• Reservas: Pg

• Fluxos: Pg ano-1

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo da Água

Ciclo do Oxigênio

Ciclo do Fósforo

Greenhouse effect

Efeito Estufa

CH4 e CO2

GásNível Pré-industrial

Nível atual

CO2 280 ppm 387ppm

CH4 700 ppb 1745 ppb

N2O 270 ppb 314 ppb

CFC-12 0 533 ppt


ENERGIA

As fontes de energias estão divididas em três categorias:

A Usina de Angra 2, em Angra dos Reis (RJ)

combustíveis fósseis;fontes nucleares.

fontes renováveis;

(Demirbas, 2001)


ENERGIA

Em 1987 a United Nation's World Commission on Environment and Development (BrundtlandCommission), em seu relatório “Our Common Future”, atentou para o “desenvolvimentosustentável”.

Adoção da RECICLAGEM e das ENERGIAS RENOVÁVEIS


SUSTENTABILIDADE PILARES

http://www.lowesforpros.com

AMBIENTAL

ECONÔMICO SOCIAL

justo

SUSTENTABILIDADE

"suprir as necessidades da geraçãopresente sem afetar a habilidadedas gerações futuras de suprir assuas“ (Brundtland Report, 1987)


O PETRÓLEO

Um dos produtos mais consumidos na sociedade moderna:

Plásticos; Combustíveis para energia; Combustíveis para o transporte; Aquecimento; Indústria Petroquímica.

HISTÓRIA

Uso de asfalto datam de 4000 anos atrás; Sua exploração e obtenção de derivados datam de 1850;


O PETRÓLEO: APLICAÇÕES INDUSTRIAIS

Fonte: Petrobras


O PETRÓLEO: PETROQUÍMICA

Fonte: BRASKEM


O PETRÓLEO NO BRASIL

Campanha Nacionalista na década de 30 em prol daindustria extrativa nacional

Governo Getúlio VargasEscritor Monteiro Lobato

PETROBRAS S/A. Fundação 1953Acionista Majoritário – Governo do Brasil (União)

Estado de Sergipe

Carmópolis (1963): maior campo terrestre (onshore).

Plataforma de Guaricema (1968): quase 40 anos depois da descoberta (Campo de Guaricema);

Primeira reserva de Petróleo em mar (offshore).

Bacia de Campos – RJ: Campo de Garoupa (1974).


O PETRÓLEO NO BRASIL


O PETRÓLEO EM SERGIPE


O PRÉ-SAL

http://diariodorio.com/wp-content/uploads/2010/03/SergioCabral.jpg


O PRÉ-SAL


ORIGEM DO PETRÓLEO


ORIGEM DO PETRÓLEO

1877 Mendeleyev

1933 Vernadsky

Teoria Russa-Ucrâniana

1979 Thomas GoldFalhas + Metano

Petróleo em Rochas de Base

Cristalina


ORIGEM DO PETRÓLEO


ORIGEM DO PETRÓLEOTRAPAS

ORIGEM DO PETRÓLEO


Transformação Microbiológica e Hidrólise da

Mat. Orgânica; Biopolímeros (Lípideos,

Lignina, Carboidratos e Proteínas) = Biomonômeros

(Ácidos Carboxílicos, Polifenóis, Açucares e

Amino-ácidos; 0 a 1000 m; < 50 oC;

Querogênio.


FASES DE FORMAÇÃO DO PETRÓLEO PELA TEORIA BIOGÊNICA



Ácido Fúlvico

Húmus

Ácido Húmico

Substâncias Húmicas

*Humina



QUEROGÊNIO

O produto final do processo de diagênese é o querogênio, definido como a fração POLIMÉRICAinsolúvel da matéria orgânica presente nas rochas sedimentares. Além do querogênio, tambémhá uma fração solúvel, composta por hidrocarbonetos e não-hidrocarbonetos derivados debiopolímeros pouco alterados, denominada de BETUME. O querogênio é a forma maisimportante de ocorrência de carbono orgânico na Terra, sendo 1000 vezes mais abundante doque o CARVÃO e o PETRÓLEO somados.

Tipo I é constituído predominantente por cadeias alifáticas, com poucos núcleos aromáticos.Rico em hidrogênio (alta razão H/C), é derivado principalmente de lipídios de origem algálica.Normalmente encontrado em rochas geradoras depositadas em ambiente lacustre.

Tipo II contém uma maior proporção de núcleos aromáticos, anéis naftênicos e gruposfuncionais oxigenados. Consequentemente, é mais pobre em hidrogênio e mais rico em oxigêniodo que o querogênio do tipo I. Geralmente derivado de matéria orgânica de origem marinha.

Tipo III é constituído predominantemente por núcleos aromáticos e funções oxigenadas, comopoucas cadeias alifáticas. Apresenta baixos valores para a razão H/C e altos valores de O/C.Derivado de matéria orgânica de origem terrestre, este tipo é frequentemente encontrado emrochas geradoras depositadas em ambiente marinho deltaico.



DIAGRAMA DE VAN KREVELEN



Craqueamento Térmico Catalítico;

Descarboxilização; Geopolímero(Querogênio) =

Geomonômeros(Hidrocarbonetos do

Petróleo e de baixo peso molecular);

1000 a 4000 m; 50 – 200 oC; Petróleo.



Craqueamento Térmico; Geomonômeros = Carbono Residual; > 4000 m; > 200 oC; Gás Natural.



PIRÓLISE ROCK EVAL

Quantidade de Matéria Orgânica

Qualidade da Matéria Orgânica

Maturação da Matéria Orgânica


EVIDÊNCIAS DA TEORIA BIOGÊNICA

PRESENÇA DE SUBSTÂNCIAS ENCONTRADAS EM SERES VIVOS;

POUCA EMISSÃO DE HIDROCARBONETOS EM ERUPÇÕES VULCÂNICAS;

PETRÓLEO É ENCONTRADO EM BACIAS SEDIMENTARES OU QUANDO NÃO O É, ESTA ASSOCIADO A BACIAS SEDIMENTARES ADJACENTES;

CARACTERÍSTICA ISOTÓPICA DO CH4 INORGÂNICO E ORGÂNICO DISTINTA.

CLOROFILAESTERÓIS


BIOMARCADORES


PETRÓLEO

É uma mistura extremamente complexa de hidrocarbonetos nos estados físicos, gasoso, líquidoe sólido, com pequenas quantidades de não-hidrocarbonetos contendo nitrogênio, oxigênio,enxofre, além de traços de alguns metais.


PETRÓLEO

Tabela 1. Classificação do petróleo segundo o oAPI.

oAPI Classificação

API > 40 Extra-leve

40> API> 33 Leve

33> API> 27 Médio

27> API> 19 Pesado

19> API> 15 Extra-pesado

API<15 Asfáltico

80 – 90 % Carbono10 – 15 % Hidrogênio5 % Enxofre4 % Oxigênio2 % Nitrogênio


PETRÓLEO

Não-hidrocarbonetos


PETROLEÔMICA (2000 – 2001)


DERIVADOS DE PETRÓLEO


DERIVADOS DE PETRÓLEO: GÁS NATURAL


DERIVADOS DE PETRÓLEO: GASOLINAPIONADHA (Detailed Hydrocarbon Analysis)

(PONA)(P) parafinas; (O) olefinas; (N) naftênicos; (A) aromáticos.

(PIONA) CG-EM + (I) isoparafinasGasolina C ComumNafta ou Gasolina Adição de AEACGasolina C AditivadaNafta ou Gasolina Adição de AEAC Deterg./Disp.

Gasolina C PremiumNafta ou Gasolina Adição de AEAC Iso-octanos/Aromáticos


DERIVADOS DE PETRÓLEO: GASOLINADHA (Detailed Hydrocarbon Analysis)


DERIVADOS DE PETRÓLEO: GASOLINADHA (Detailed Hydrocarbon Analysis)

Gasolina Premium

Gasolina Comum


DERIVADOS DE PETRÓLEO: DIESEL

ALCANOS

AROMÁTICOS

OLEFINAS

NAFTÊNICOS


PETRÓLEO: SUSTENTABILIDADE



Fonte mundial unânime de energia; Setor de transporte; Sua dependência é o coração da geopolítica global; Os preços das fontes de energias renováveis (eólica, solar, geotérmica, hidro-força ebiomassa), comparado com o Petróleo é determinante para o uso desta alternativa energética.

Etapas x Conceito

Exploração (upstream); Processo (downstream); Consumo.



"A idade da pedra chegou ao fim, não porque faltassem pedras; a era do petróleo chegará igualmente ao fim, mas não por falta de petróleo."

Xeque Yamni, Ex-ministro do Petróleo da Arábia Saudita. O Estado de São Paulo, 20/08/2001.

Conceitos

4 princípios podem ser aplicados a indústria do Petróleo, para desenvolver, encorajar ou forçar o conceito de sustentabilidade no setor:

1. Leis internacionais (ISO 14000); ECO92 – RJ; Protocolo de Kyoto;

2. Leis nacionais;

3. Leis privadas baseadas em obrigações contratuais dos direitos de concessão ou em códigos de conduta das indústrias;

4. Litigação.


PETRÓLEO DESASTRES AMBIENTAIS


FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA: BIOCOMBUSTÍVEIS

BIOCOMBUSTÍVEIS

O termo se refere a combustíveis líquidos, sólidos e gasosos predominantemente obtidos apartir de BIOMASSA.

CARACTERÍSTICAS

Segurança energética; Conceitos ambientais; Relações socioeconômicas com o setor agrícola; Produto externo de câmbio.



BIOMASSA

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.matinhos.com/images/peixe.gif&imgrefurl=http://www.matinhos.com/pesca.asp&h=460&w=552&sz=31&hl=pt-BR&start=9&um=1&usg=__SZZ2__HE5OOMWbfXckpZ14UXhrU=&tbnid=m_kl1wD7bmDRtM:&tbnh=111&tbnw=133&prev=/images?q=peixe&um=1&hl=pt-BR

http://www.easychickenrecipes.net/chicken-picture1.gif

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://jackson.ifas.ufl.edu/mad_cow_cartoon.jpg&imgrefurl=http://www.madcowblog.com/2008/02/articles/mad-cow-updates/a-12th-mad-cow-found-in-canada/&h=433&w=421&sz=42&hl=pt-BR&start=13&um=1&usg=__cWjauhWUeVCSjSoTPn3gX7j8U2o=&tbnid=XPJ_x2704QGtwM:&tbnh=126&tbnw=123&prev=/images?q=cow&um=1&hl=pt-BR



BIOCOMBUSTÍVEIS

BIOMETANOL

BIOETANOL

ÓLEOS VEGETAIS

BIODIESEL

BIOGÁS

GÁS BIOSINTÉTICO (Syngas)

BIO-ÓLEO

BIOCARVÃO

FISCHER TROPSCH LÍQUIDOS

BIOHIDROGÊNIO



BIOCOMBUSTÍVEIS 1ª GERAÇÃO:

Biocombustível obtido por processo direto da biomassa, como porexemplo, etanol da cana de açucar, obtidos pelo processo defermentação e o biobiesel obtido pelo processo detransesterificação de óleos e gorduras.

Considerações:

Impacto negativo no preço de alimentos; Balanço de Carbono ruim; Balanço de energia neutro; Tecnologias de conversão relativamente ineficientes.




Biocombustível de segunda geração envolve uma mudança noprocesso de “bioconversão”.

Considerações:

livram-se do aparente dilema combustível x alimento; além de açucares, amidos e óleos, podem ser utilizados todas asformas de biomassa lignocelulósica (grama, árvores, resíduosagrícolas e industriais); dois principais processos: bioquímico e termoquímico.



BIOCOMBUSTÍVEIS de 2ª GERAÇÃO

BioquímicoBiomassa => enzima e/ou microorganismo => açucares => Etanol celulósico

=> microorganismos modificados => digestão anaeróbica => biogás=> biohidrogênio

TermoquímicoBiomassa => gaseificação => BTL (Biomass-to-liquid)

=> pirólise rápida => Bio-óleo

Processos: eficientes, limpos, excelente balanço de carbono, (90 % menos CO2; SOx e NOx).

Segundo o WEC, até 2050, 40 % do combustível de transporte poderá ser substituído por esta fonte.




a terceira geração de biocombustíveis é baseada em avanços feitosna fonte - a produção de biomassa.

biologia da planta; aparecimento de técnicas de procriação rápida e extremamenteeficiente (procriação molecular); avanços no campo da genômica; design clássico de colheitas transgênicas.

Ex.

árvores de eucalipto com menor teor de lignina; plantações com maiores teores de açucar e que prosperam emregiões áridas;milhos com enzimas capazes de adiantar a conversão dabiomassa.




Em sistemas de produção de quarta geração, as fontes de biomassasão vistas como eficientes máquinas captadoras de carbono queretiram CO2 da atmosfera e o armazenam em seus galhos, troncos efolhas. A biomassa rica em carbono é então convertida emcombustível e gases por meio de técnicas de segunda geração.

Todos as outras energias renováveis (eólica, solar, etc) são carbono-neutro na melhor das hipóteses, carbono-positivo na prática.



BIOETANOL

Obtido pelo processo de fermentação de açucares.

Gasolina: aditivo (AEAC) processo de obtenção mais elaborado;misturas E25 tem larga aplicação no Brasil; reduz a emissão de poluentes (melhor combustão); característica antidetonante.

Gasolina: substituto (AEHC) 1920; PRÓ-ÁLCOOL (década de 70); FLEX (1990 -2002).

Bioplásticos: Eteno. (Braskem)



BIOETANOL

RESOLUÇÃO ANP Nº 36, DE 6.12.2005 - DOU 7.12.2005

OH

O

H OH

OH H

H OH

H OH

O

OH

OH

OH

OH

OH

CH3 OH + OO2 2



ETANOLCELULÓSICO



BIODIESELObtido pelo processo de transesterificação de triglicerídeos.

Candidato a substituição do Diesel fóssil.

Biodiesel x DieselPositivomenor ou nenhum teor de enxofre;melhor ponto de fulgor;menor ou nenhum teor de aromáticos; biodegradabilidade.

Negativo custo; (matéria prima) efluentes; (catálise) sub-produto. (glicerina)

Gliceroquímica solventes (Rhodia); Syngas (CO + H2 – Fischer Tropsch).



BIODIESEL

1900Óleo de amendoim, vegetais e peixe.

1920Primeiros estudos no Brasil (INT)

1970Retomada (INT, UFCE, ...)

2004Programa Nacional de Produção de Biodiesel no Brasil

2005A Lei nº 11.097, publicada em 13 de janeiro de 2005, introduziu o biodiesel na matrizenergética brasileira.

2006 – O Brasil não apontava nem entre os 10 maiores produtotes.2008 (B2) e 2010 (B5).



BIODIESEL

OO

O

O

O

O

R

R1

R2

+ CH3 OH

OHOH

OH

CH3OO

R

CH3O

O R2

O

O

R1CH3

+

+

+R = R

1 = R

2 =

CH3

CH3

TriglicerídeoGlicerina

Biodiesel (FAME´S)



BIODIESEL



BIO-ÓLEO Obtido pelo processo de craqueamento térmico (pirólise).

Composição semelhante ao Diesel fóssil.

pobre estabilidade térmica; corrosividade.

A biomassa é convertida em combustíveis: líquidos (Bio-óleo); gasosos (Syngas); sólidos (carvão).



BIO-ÓLEOEsquema de reações propostas para o Craqueamento Térmico de

Triglicerídeos

(Chang e Wan, 1947 apud Maher e Bressler, 2007) (Idem et al., 1996)

Schwab et al., 1988

(Alencar et al., 1983 )

O

O

O

O

O

O

R1

R3

H

HHH

H

R2 + R1

O

OH

R3

O

OH+ +

O

H

H

H

H

2)Decomposição dos Ácidos Graxos

R

O

OH

+ R H

+ + R

O

R

3)Decomposição de Cetenos e da Acroleína

R2

O

H

R2

O

H

2 2 CO RR

H

H

O

H

H

H

H

+H

H H

H

1)Decomposição de Triglicerídeos

+

CO2

CO2

CO

5)Desidrogenação de Parafinas

RR

H

H

HH

HH

H

H

+RR

H

HH

HH

H

H2O

9)Aromatização de Parafinas

HH

HH

HH

HH

HH

HH

H

HH

H

H

H

H

H

+ 4 H2

H2



BIO-ÓLEO



BIOGÁS Obtido pelo processo de decomposição microbiológica (anaeróbica) da biomassa.

Componente majoritário: Metano.

considerada a forma mais limpa de energia a partir da biomassa.

Biodigestor



BIOHIDROGÊNIO Obtido por processos microbiológicos ou térmicos (pirólise).

Usado para produzir calor ou energia elétrica em células combustíveis.


AGRADECIMENTOSOBRIGADO A TODOS OS PRESENTES!

À Comissão Organizadora do III [email protected]

www.albertowj.wordpress.com

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mailto:[email protected]


BOM FIM DE SEMANA!

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