Recentes Avanos e Desafios na rea dos Biocombustveis

Recentes Avanços e Desafios na Área dos Biocombustíveis Prof. Donato Aranda, Ph. D SBQ-Niterói Outubro, 2007

Sumário • O Impacto do Processo no Custo do Biodiesel • Processos Químicos mais robustos para Biodiesel • Aditivos para Biodiesel • Segunda Geração dos Biocombustíveis

Custos do Biodiesel

BIODIESEL DE ÓLEO DE SOJA (Output/input energy ~ 3)* * NREL (USA) http: //www. nrel. gov/docs/legosti/fy 98/24089. pdf

Preço do óleo de soja

Jatropha curcas (PINHÃO MANSO) (Output/input energy ~ 5 -6)* * Ouedraogo, 1991

Jatropha: Combate a Desertificação e Consórcio de Alimentos

PALMA (Output/input energy ~ 8)* - Custo de Produção de US$ 240/ton de óleo Investimento agrícola de US$ 3. 500/ha Mínimo de 5. 000 litros/ha Cultura Perene Palma desenvolvida na Costa Rica com produtividade mínima de 7. 500 litros/ha Palma produzida na Costa Rica * Lor, E. E. S. et al, World Bioenergy http: //www. svebio. se/attachments/33/295. pdf

Produção de Biodiesel: Processo Competitivo ? Utilização de Matérias-Primas Diversas § Preferencialmente Resíduos e Óleos Brutos (Existem matérias-primas potenciais para produzir biodiesel à margem da transesterificação) § Baixo CAPEX § Baixos Custos Operacionais § Flex (Metanol/Etanol) §

Biodiesel na Europa: Rapseed

ACIDEZ E SAPONIFICAÇÃO § Lurgi, Ballestra, Westfalia, BDT, Crown e outros: § § acidez máxima de 0, 1 % na matéria-prima umidade máxima: 0, 1% Preocupação: Minimizar a saponificação. Grandes perdas quando a acidez é elevada.

Palma Babaçu Mamona Girassol Soja, Sebo, Algodão Jatropha Amendoim Canola

AGROPALMA: BIODIESEL DE RESÍDUOS: QUALIDADE PREMIUM

AGROPALMA, BELÉM-PA, ABRIL/2005 Patent: D. A. G. Aranda e O. A. C. Antunes; PI 0301103 -8, 2003. D. A. G. Aranda e O. A. C. Antunes, WO 2004096962, 2004.

Catalisador de Esterificação § Heterogeneous Catalyst Reusable § Zero Soap § Easy to remove § No neutralization step § Nobic Acid (CBMM)

HOMOmetanol E= -0, 264 e. V LUMOacido protonado E= -0, 230 e. V

A+B↔C+D Cinética Química Fluido Reagentes 1 Difusão externa 2 • Tipos de catálise: Homogênea Adsorção Produtos 5 SICat Dessorção Reação Heterogênea 4 A V = -d[A]/dt 6 Difusão interna 3 SECat 7 B Superfície catalítica LHHW Ciclo Catalítico: -r. A = k. [CA]α. [CB]β 1. Transferência de massa; Eley-Hideal 2. Difusão interna dos reagentes; 3. Adsorção; 4. Reação dos reagentes; 5. Dessorção dos produtos; 6. Difusão dos produtos; 7. Difusão externa.

* Modelagem cinética Cinética Heterogênea Qual etapa controladora? ØAdsorção; ØReação de superfície; ØDessorção; A+B↔C+D

• Etapa controladora; • Reversibilidade da reação; • Concentração inicial dos produtos; • Reagente(s) adsorvido(s); • Dissociação; Reação na superfície Colocando em termos de XA XA = CA 0 – CA CA 0

Modelos deduzidos para cinética heterogênea:

Hidrólise provoca geração de ácidos graxos a partir de óleos e gorduras H 2 O + Lypases O H 3 C-CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -COCH 2 O H 3 C-CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -COCH 2 Normalmente esse processo é inibido, mas pode ser acelerado. . . Hidrólise com conv de 99%: SGS (Ponta Grossa), ICSG (Campinas), Irgovel (Pelotas)

O Conceito da Hidroesterificação Esterificação De Àcidos Graxos (AGROPALMA ) + Hidrólise Industrial Existente em 3 Fábricas no Brasil Por que não integrar os dois processos ? ? ?

Hydroesterification (No acidity restriction in feedstock) FA FA G + 3 H 2 O 3 FA + G FA Triglyceride FA Fatty Acid Water Fatty Acid A FA Alcohol Glycerol A Biodiesel + H 2 O Water Aproveitamento Integral de Qualquer Matéria-Prima Graxa !

Custos Operacionais: Hidroesterificação vs Transesterificação Chemicals (¢/L) Energy (¢/L) Oper. Costs (¢/L) Transesterification Hydrolysis + Esterification 4 1 5 1 2 3 If biodiesel plant is integrated with an ethanol plant, operating costs will be less than 2 ¢/L. No acidity limits in the feedstocks

Estabilidade Oxidativa Conductivity measurement Air Reaction vessel Platine electrode Volatile reception Sample Heater block

Mecanismo de Oxidação

Período de Indução

Cold Properties palmitate oleate linoleate

Cold Properties

Aditivos de CFPP

SEGUNDA GERAÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS § Utilização de Resíduos de Biomassa para produção de combustíveis líquidos § Hidrólise Enzimática § Pirólise § Depolimerização Catalítica § Gaseificação, etc

Bagaços de Palma e Pinhão Manso Mais de 50% em massa dos cachos e sementes. 100 kg dessa biomassa em base seca podem produzir mais de 40 litros de etanol via processo enzimático

ÓLEO DE PIRÓLISE

DEPOLIMERIZAÇÃO CATALÍTICA Biomassa Hidrocarbonetos Síntese de “Petróleo Verde” Colaboração com “Engenhos Bioenergéticos” - Espanha

Conclusões § § Existe espaço para novos processos de produção de biodiesel; Hidroesterificação é um processo “Flex”; Grande demanda para aditivos – biodiesel; A segunda geração de biocombustíveis deve ser tratada já na decisão de qualquer novo empreendimento.

Obrigado ! www. greentec-ufrj. com “Todas as coisas cooperam para o bem daqueles que amam a Deus”