Introdução às Energias Renováveis: Biomassa e Processos de Conversão

Universidade Federal da Paraíba Centro de Energias Alternativas e Renováveis Programa de PósGraduação em Energias Renováveis Biomassa Profª Marta Dantas Introdução a Energias Renováveis 20221 Introdução Conversão FísicoQuímica da Biomassa Conversão Bioquímica da Biomassa Tipos de Biocombustíveis Gerações dos Biocombustíveis Considerações Finais 2 Processos de Conversão Introdução Biomassa é uma fonte energética limpa e renovável Utilização tem relevância no mercado de energia sendo uma boa alternativa para a diversificação da matriz energética mundial Investimentos e Incentivos setores público e privado produção de energia vários países têm aumentado nos últimos anos 3 Processos de Conversão Introdução 4 Atlas de Energia Elétrica do Brasil ANEEL 2008 Ocorrem através de rotas tecnológicas e produtivas bem diversificadas Processos de Conversão Introdução 5 Classificação é atribuída segundo a natureza dos processamentos aplicados à biomassa Termoquímicos FísicoQuímicos Bioquímicos Processos de Conversão Introdução 6 Conversão FísicoQuímica da Biomassa 7 Utiliza técnicas para disponibilização de lipídios através da compressão e esmagamento de matérias vegetais diversas e extração dos óleos vegetais que posteriormente sofrerão transformação química Transformações químicas irão depender do produto final a ser obtido VERINGA 2000 Conversão FísicoQuímica da Biomassa 8 Óleos vegetais são convertidos para a obtenção de biodieselatravés de processos tecnológicos diferentes Os mais comuns Transesterificação alcoólica via catalíse ácida básica ou enzimática Craqueamento catalítico ou térmico A otimização tecnológica mostra tendências para a adoção da transesterificação com metanol e etanol como processo principal para o uso em mistura binárias com o diesel derivado de petróleo MACEDO e NOGUEIRA 2005 Conversão FísicoQuímica da Biomassa 9 Craqueamento no processo clássico de craqueamento oleaginosas os triglicerídeos são transformados em moléculas de estrutura simples 350 ºCcatalisadores Produtos semelhantes aos hidrocarbonetos e olefinas presentes nos derivados de petróleo com frações nas faixas do diesel gasolina e querosene Transesterificação processo em que os triacilglicerídeos reagem com álcool para formar ésteres e glicerina Conversão FísicoQuímica da Biomassa 10 RIBEIRO BE 2007 Reação de craqueamento Reação de transesterificação Processos geram produtos diferentes Conversão FísicoQuímica da Biomassa 11 Esterificação é um processo em que ácidos graxos livres reagem com álcool formando ésteres e água É utilizada quando a acidez do óleo é elevada Conversão FísicoQuímica da Biomassa 12 Processo de produção do biodiesel Transesterificação GENOVESE 2006 Conversão Bioquímica da Biomassa 13 Processos biológicos e químicos digestão anaeróbica fermentaçãodestilação e a hidrólise fase na qual ocorre a quebra das ligações das cadeias complexas de açúcares Essas rotas apresentam as mais adequadas condições para produção de combustíveis líquidos etanol derivados da biomassa Destilação rota otimizada para produção de etanol utilizando matériasprimas variadas com base nos constituintes sacarídeos e amiláceos Hidrólise um processo que converte materiais celulósicos sacarificação e o produto intermediário segue para os processos de fermentaçãodestilação Conversão Bioquímica da Biomassa 14 Antes da hidrólise é necessário um prétratamento da matéria celulósica para remoção da lignina e às vezes separação da hemicelulose seguida pela hidrólise Prétratamentos Físicos picadores moagem Físicoquímicos autohidrólise descompressão com vapor com amônia ou com CO2 Químicos com ozônio ácidos diluídos ou concentrados alcalino ou com solventes dissolver a lignina Conversão Bioquímica da Biomassa 15 Fermentação ocorre a conversão de açúcares glicose frutose ou sacarídeos em etanol e CO2 Exemplo do processo de fermentação para formação de etanol Cardoso B M 2012 Conversão Bioquímica da Biomassa Destilação ocorre logo após a fermentação alcoólica etanol 96 4 de água e vinhoto Etanol 100 Etanol anidro Resíduo Vinhoto Etanol hidratado passa por um processo de desidratação Vinhoto É aproveitado através da biodigestão anaeróbica biogás Fertilizante na lavoura de cana deaçúcar Em média são gerados 12 L de vinhoto para cada litro de etanol produzido 16 Conversão Bioquímica da Biomassa A sacarose da canadeaçúcar é a matériaprima mais utilizada na produção de etanol Pesquisas vêm sendo intensificadas para viabilizar o uso de material lignocelulósico como matériaprima Os investimentos nesta nova tecnologia visa a redução dos custos da produção e o aumento da quantidade de etanol por área plantada 17 18 Composição da biomassa lignocelulósica Os resíduos agrícolas são constituídos principalmente de biomassa lignocelulósica A composição desses resíduos depende da sua origem e natureza variável Composição Celulose hemicelulose e lignina Ácidos Graxos amido proteínas e sais minerais Composição da biomassa lignocelulósica Celulose é um polissacarídeo constituído por unidades de β glicose com ligações covalentes por meio da ligação β 14 glicosídica 40 50 Estrutura linear e fibrosa a celulose com múltiplas ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxilas favorecendo certa cristalinidade e a torna impenetrável à água 19 20 Composição da biomassa lignocelulósica Hemicelulose polímero não cristalino composto por monômeros de açúcares C5 e C6 xilose arabinose galactose glicose e manose sendo a xilose o monômero mais abundante Sua função é envolver as fibras de celulose e ligálas à lignina 25 30 21 Composição da biomassa lignocelulósica Lignina responsável pela rigidez estrutural das plantas proteção da parede celular e formação do sistema vascular hidrofóbico que permite o transporte de água e solutos Estrutura tridimensional e não cristalina Possui grupamentos de fenilpropano metoxilados álcoois coniferílico sinapílico e cumarílico 20 30 CLIMENT et al 2014 ALONSO et al 2010 RINALDI E SCHÜTH 2009 22 Zampieri 2011 Estrutura lignocelulósica evidenciando a distribuição da lignina hemicelulose e celulose em um tecido vegetal Tipos de Biocombustíveis Tipos dos Biocombustíveis 24 Biodiesel éster de ácido graxo renovável e biodegradável obtido comumente a partir da reação química de óleos ou gorduras de origem animal ou vegetal com um álcool na presença de um catalisador transesterificação Bioetanol produzido geralmente a partir da canade açúcar mandioca milho ou beterraba O processo consiste na fermentação alcoólica realizada por microorganismos em uma solução de açúcares extraídos desses vegetais Conhecido como álcool combustível ou álcool carburante Tipos dos Biocombustíveis 25 Biogás mistura gasosa de dióxido de carbono e metano produzida naturalmente em meio anaeróbico pela ação de bactérias em matérias orgânicas que são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura teor de umidade e acidez O metano principal componente do biogás não tem cheiro cor ou sabor mas os outros gases presentes conferemlhe um ligeiro odor desagradável Tipos dos Biocombustíveis 26 Processo produtivo do Biogás Tipos dos Biocombustíveis 27 Biogás Aplicações Combustível substitui o gás natural reservas minerais Cocção de alimentos em residências rurais substituição da lenha ou GLP No aquecimento de instalações para animais sensíveis ao frio ou no aquecimento de estufas de produção vegetal Na geração de energia elétrica geradores elétricos acoplados a motores de explosão adaptados ao consumo de gás Tipos dos Biocombustíveis 28 Biogás Aplicações Biofertilizante usados diretamente na adubação de espécies vegetais através de fertirrigação constituído pelos elementos químicos N P K Tipos dos Biocombustíveis 29 H Bio Processo desenvolvido e patenteado pela PETROBRAS HBIO constituição 10 a 20 de óleo vegetal ou gordura animal ao óleo diesel antes do processo de hidrotratamento nas refinarias reduzir o teor de enxofre do óleo diesel Nesse processo os principais constituintes de óleos vegetais e gorduras animais triglicerídeos sofrem decomposição por hidrogênio hidrogenólise Tipos dos Biocombustíveis 30 H Bio Produção A reação ocorre sob P e T elevadas na presença de catalisador metálico Produtos hidrocarbonetos lineares saturados n parafinas semelhantes aos principais constituintes do óleo diesel mineral e propano Tipos dos Biocombustíveis 31 Combustíveis a Base de Éter Bioéter dimetílico Éter dimetílico obtido a partir de biomassa biocombustível BioETBE bioéter etiltercbutílico obtido a partir do bioetanol sendo a porcentagem 47 em volume de bio ETBE considerada como biocombustível BioMTBE bioéter metiltercbutílico obtido a partir do biometanol porcentagem de 36 em volume de bio MTBEbiocombustível Gerações de Biocombustíveis Gerações de Biocombustíveis 33 Geração Zero Caracterizase pela baixa ou nenhuma tecnologia para produção e principalmente por matériaprima de fonte extrativa Lenha Carvão vegetal de lenha extrativa Gerações de Biocombustíveis 34 1ª Geração Biocombustíveis derivados de matériasprimas cultivadas e pela baixa complexidade tecnológica para a sua produção Tecnologia predominante na matriz energética Bioetanol milho canadeaçúcar beterraba e trigo Biodiesel oleaginosas Óleo vegetal Gerações de Biocombustíveis 35 2ª Geração Biocombustíveis derivados de resíduos agroindustriaistecnologia em fase de otimização Não gera disputa por solos com áreas de plantio de alimentos Bioetanol hidrólise da lignocelulose de resíduos da cana deaçúcar ou outros materiais celulares Biodiesel óleo residual de fritura gordura animal gordura de efluentes urbanos eou industrial Gerações de Biocombustíveis 36 3ª Geração Caracterizase pela alta velocidade de produção alto teor de óleo e carboidratos adaptação T meio ácido fixar o N da atmosfera e eficiência fotossintética Biodiesel de microalgas Gerações dos Biocombustíveis Considerações Finais 38 Os biocombustíveis são ambientalmente corretos e contribuem para a a redução de GEE promovem ações sociais e ainda estimulam a possibilidade de maior desenvolvimento nos países que os adotam em sua matriz 39 Obrigada pelo aprendizado Nossas dúvidas são traidoras e nos fazem perder por medo de tentar o que poderíamos ganhar William Shakespeare