Próximas Gerações de Biorrefinarias
Adelaide Maria de Souza Antunes
aantunes@inpi.gov.br
Necessidades de Biorefinarias
Fontes Alternativas & Fontes de Energia Renováveis Primárias
Fontes Alternativas & Combustíveis Renováveis para Transporte
Fontes Alternativas & Plataforma de Fontes de Química Verde
Fonte: Prof Arvind Lali– Centre for Energy Biosciences, India. Biorefinery, The theme of Next Generation Biofuels. International Conference on Green I ndustry in Asia. September, 2009 Philippines
O Porque dos BIOCOMBUSTÍVEIS
Redução da dependência do Petróleo (variação do Preço)
Próximas Gerações de Biorefinarias
Foco
Continua Sendo
Energia
Biocombustíveis
Necessidade de Energia no
Mundo
Doméstica (primária) – 40%
Transporte – 40%
Indústria – 20%
Divisão do destino do petróleo
e gás no Mundo
Transporte
(Energia primária) –
90%
Brasil tem a 3ª Energia mais Cara do
Mundo
Comparação da Produção de Diferentes
Fontes de Energia
Número
Fonte
Custo Capital por
MW
(em US$ milhões)
Custo da
Produção por
KWH
(em US$ milhões)
1
Bioetanol
(Biomassa)
1,00
0,05
2
Bioetanol (Milho)
0,60
0,06
2
Carvão
1,00
0,01
3
Gás
0,60
0,02
4
Energia Atômica
1,50
0,005
Evolução das Gerações de Refinarias &
Biocombustíveis
1ª Geração
Cana de açúcar e milho
Etanol
2ª Geração
Lignocelulose
Etanol
Óleos Vegetais
Biodiesel
3ª Geração
Biomassa
Hidrogênio
Algas
Biodiesel
4ª Geração
Biocombustíveis a partir de culturas com alta eficiência de captação solar
Fonte: Prof Arvind Lali– Centre for Energy Biosciences, India. Biorefinery, The theme of Next Generation Biofuels. International Conference on Green I ndustry in Asia. September, 2009 Philippines
Biorefinaria – 2ª Geração de
Biocombustíveis
Interesse global na produção de biocombustíveis
A 1ª Geração já vem sido debatida que compete com os produtos
alimentícios causando aumento nos preços
Pesquisadores tem visualizado como potencial matéria prima para
produção de etanol a biomassa lignocelulosica (bagaço de cana de
açúcar) que não afeta a segurança alimentícia
Biorefinaria de 2
°
Geração
Biomassa Lignocelulósica
Parte Biodegrável
Parte Recalcitrante
Celulose
Pré - Tratamento
Metano
Hemicelulose
Lignina
Hidrólise para
Hexoses
Hidrólise para
Pentosanas
Gaseificação para
Gás de Síntese
Alcoóis
Alcoóis
Hidrocarbonetos
Combustível
Fischer-Tropsch
Fermentação
Fermentação
Questões
Apesar do enorme potencial do etanol de lignocelulose, ainda
carece de desenvolvimento para comercialização
Nenhuma demonstração completa de tecnologia de etanol de
biomassa
Fonte de biomassa é variada e incerta
3ª Geração de Biocombustíveis
Futuro
Algumas Iniciativas
Biomassa
H2
Algas
H2
Óleo Diesel
Fonte: Prof Arvind Lali– Centre for Energy Biosciences, India. Biorefinery, The theme of Next Generation Biofuels. International Conference on Green I ndustry in Asia. September, 2009 Philippines
Conceito: Off-Shore Biorefinaria de Algas
Marinhas
Precisa para pesquisa e Desenvolvimento em:
Transformação/Melhora das Espécies Robustas de Algas
Sistema Eficiente de Transporte de Nutrientes
Sistema Eficiente de Controle de Temperatura
Tecnologia de Processamento e Colheita
Possível Resposta: 3ª Geração de
Biocombustíveis
Algas: Óleo e Amido
Cepas de microalgas e outras algas pode produzir óleo ou Amido até 50%
de biomassa
O crescimento médio em água permite melhor uso das luzes solares e
nutriente de dióxido de carbono
1 Hectare:
100 ton máxima de biomassa – 5 ton de etanol
5 ton de óleo vegetal – 5 ton de biodiesel
25 ton de óleo de alga – 25 ton de biodiesel
Fonte: Prof Arvind Lali– Centre for Energy Biosciences, India. Biorefinery, The theme of Next Generation Biofuels. International Conference on Green I ndustry in Asia. September, 2009 Philippines
Biorefinaria de Algas
Massa Celular de Algas
Outros Metabólitos
Ex.: amino ácidos e proteínas
Constituintes Secundários
Ex.: Carotenóides
Amido
Mono-açúcares
Ex.: Galactose, Manose e Glicose
Óleos (lipídios)
Tecnologia Biomass – to – Gas
Biomassa
Hidrólise SCW
(supercritical water)
Hidrogênio
Fonte: Prof Arvind Lali– Centre for Energy Biosciences, India. Biorefinery, The theme of Next Generation Biofuels. International Conference on Green I ndustry in Asia. September, 2009 Philippines
Requerimentos Essenciais para Viabilizar
as Tecnologias de 2
°
, 3
°
Economicamente Sustentável
Ecologicamente Sustentável
Pontos Importantes para lembrar
Fontes Renováveis são:
Tecnologicamente complexas
Socio-politicamente complexas
Ecologicamente complexas
Plantas com escala :
Geração de “resíduos
Alto custo de capital
Recursos Renováveis
(Plantas, Culturas)
Quais?
Onde
Visão geral
Ásia
Não podem usar terra onde pode crescer alimentos
Uso mar/oceanos para crescer plantas – opção útil
Índia – Cana
Filipinas – Arroz
Europa
Biocombustíveis tem que contribuir em 10% da necessidade de
combustível em 2020
Especialistas acreditam que a 2ª geração precisará de 5 a 10 anos
para deslanchar
Visão Geral Centro de P&D
Atuação: Centre for Energy Biosciences – Institute of Chemical
Technology, Deemed University (DBT-ICT)
DBT-ICT
Áreas de
Trabalho na
Biotecnologia
Industrial
Tecnologia
Enzimática
Biologia
Sintética
Biotecnologia
de Algas
Tecnologia de
Separação
Segunda e
Próximas
Gerações de
Biocombustív
eis
Tecnologia de
Fermentação
DBT-ICT - Parcerias com Universidades
para P&D
School of Chemical Engineering (Purdue University, EUA)
Metabolomics and Metabolic Engineering
Centre for Tropical Crops and Biocommodities, Queensland
University of Technology (Brisbane, Australia)
Biomass handling, storage, transportation and algal biofuels
College of Engineering, University of Saskatchewan (Canadá)
Biomass-to-liquid Technologies
MAHYCO Research Laboratories (Índia)
DBT-ICT - Parcerias com Indústria para
P&D
Resindion SRL, 100% subsidiary of Mitsubishi Chemical Corporation (Italy)
Chromatographic Separations and Immobilized Enzyme Supports
Biorad Laboratories (India/USA)
ICT-BioRad Initiative in Chromatographic Purifications
Bio-Chromatography and Proteomics for Biotech/Biopharma Industry
Agilent Technologies (India/USA)
ICT-Agilent Initiative in Advanced Analytical Sciences
Advanced Analytical Sciences in Biology and Chemistry
HydroAir Research Italia (Italy)
Membrane Separations and Chromatographic Equipment
Snowtech Equipments Pvt. Ltd. (India)
Specialized Equipment Design, Fabrication and Erection
Novozymes (South Asia and Denmark)
Enzymes Design and Supply
Advanced Enzyme Technologies Ltd. (India)
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
Solena Group – Empresa americana com foco em bioenergia e
biocombustíveis
Tecnologia Rentechs
F-T
(Resíduos de Biomassa)
500.000 t/a
Gás de Síntese
48.000 ton/ano de
Biocombustível de
aviação
27.000 ton/ano de nafta
Qatar Petroleum, Qatar Airways e Qatar Science
and Technology Park
Estão estudando aspectos da engenharia e
economia para desenvolver sustentavelmente
biocombustíveis de aviação com suporte da
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
VarmlandsMetanol AB (Suécia) & Tecnologia Uhde’s PRENFLO (Alemã)
Biomassa –
Resíduos Florestal
1.000 t/dia (madeira
e celulose)
Metanol (100.000
t/a – Grau
Combustível
290t/dia
2013
US$ 416M
A industria Choren (Alemã) iniciou a produção de GS em sua planta Beta na
Alemanha
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
Parceria da alemã Uhde
(detentora da tecnologia PRENFLO)
& empresa Francesa
Diferentes Matérias
Primas
Gás de Síntese
(rico em H2)
Líquidos
(local: França
2 plantas pilotos –
2012)
Gaseificação
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
A Comissão de Energia Atômica Francesa (CEA) & cooperação da
Air Liquide (proverá H2 e CO2), Choren, SNC Lavalin, Foster
Wheeler-France e MSW Energy
7.500 t/a resíduos
agricultura e
florestal
BTL
Planta
Demonstração em
Bure Sandron
23.000 t/a
Líquidos (Nafta,
Diesel e
Querosene)
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
Neste Oil Biofuels (Finlândia)
Demonstração
Biodiesel
2009
Industrial
800.000 t/a Biodiesel
2011
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
O consórcio “Optfuel” composto pela Volkswagen (Alemã) com
Instituto Francês de Petróleo (IFP) + 10 industrias e instituições
públicas
Biomassa –
Resíduos
Celulósicos
Biocombustível para
veículo mono e flex
fuel
Remoção de S e
Aromáticos
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
Flambeau River Biofuels (EUA)
Resíduos
Celulósicos
(papel e polpa)
GS
Diesel e Ceras
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
Oxford Catalyst Group
Tecnologia BTL - Projeta, Constrói e Licencia Catalisadores
Reator com microcanais para gaseificar biomassa. Planta Piloto em
Gussing, Austria
Desenvolveu um novo processo para catalisadores metálicos Chamado de
“Organic Matrix Combustion Method” Plantas piloto também em 2010
Acordo Sued-Chemie Ag (Suécia) com Basf (Alemã)
Produção de catalisador de gás de Síntese e H2 CTL (coal to liquid),
GTL e BTL para produzir diesel na China
E a Biorrefinaria Química?
Química Verde
EXs:
Enzimas
Ácido Succínico
Butanol
Biopolímeros
QÚIMICA VERDE
As empresas de combustíveis estão quebrando a cabeça em
diferentes métodos de produção
Alemanha é a mais adiantada
EUA mais demanda de bioetanol de celulose
Enzimas
caras são necessárias
Tentativa de solução: O custo de misturas de enzimas pode
Produtos: Enzimas
Novoenzymes (Dinamarca)
Enzimas para bioetanol de milho
Enzimas para bioetanol de resíduos de agricultura e domésticos
Genencor (EUA)
Primeira em escala comercial a fabricar enzimas para converter material
celulósico em biocombustível (2009)
Recentemente (2010) com a linha Genencor’s accellerase enzymes para
conversão de palha em combustível
Mercado de Biorefinarias – Iniciativas
Recentes
Solena Group – Empresa americana com foco em bioenergia e
biocombustíveis
Tecnologia Rentechs
F-T
(Resíduos de Biomassa)
500.000 t/a
Gás de Síntese
48.000 ton/ano de
Biocombustível de
aviação
27.000 ton/ano de nafta
+
Química verde
Produtos: Ácido Succínico
NGB/DNP Green Technology and Green Field Ethanol
Aliança para produzir ácido succínico
Reduz corrosão em estradas, aeroportos e freios de aeronaves
Primeiro ácido succínico renovável nos EUA licenciado pelo BioAmber (única
que oferece tecnologia em escala comercial)
Vantagens Ambientais de Produtos Químicos Bio
Redução da Emissão dos Gases do Efeito Estufa do Ácido
Bio-succínico
Demanda Mundial de Butanol: Aproximadamente
3000kt - $4 bilhões mercado
Produtos:Biopolímeros
Novamont (Itália)
Biorefinaria em 2006-2010
Matéria prima: Milho (amido) e óleos vegetais
Conclusão
Matéria Prima lignocelulosica : Avanço na geração de
biocombustíveis
Materias lignocelulosicos são as mais abundantes fontes de matéria
orgânica renovável (cerca de 200 bilhões de toneladas/ano)
São disponíveis para conversão de etanol e outros produtos de valor
agregado
Culturas energéticas e resíduos sólidos urbanos (alimentos e resíduos de
cozinha).
Apesar do sucesso obtido no laboratório, há limitações para o substratos
lignocelulósicos, em escala comercial.
O futuro da lignocelulose:
encontrar melhorias da biomassa da planta, engenharia metabólica de
etanol e enzimas celuloticas produzidas por microrganismos e integração
Conclusão
O aumento do consumo de biocombustíveis pode levar a um
regime de comércio que favorece as exportações de
biocombustíveis de países tropicais (em desenvolvimento) para
países desenvolvidos.
Há um crescente interesse em mitigar os impactos do uso da terra
desses biocombustíveis potenciais para exportações através da
conversão de resíduos da biorrefinaria em
etanol celulósico, reduzindo a quantidade de terra necessária para
cumprir as metas de produção
Desafios
Conversão de biomassa em combustíveis e produtos químicos
envolve uma variedade de compostos contendo oxigênio e rotas
de reação termoquímica
Desafios na produção de hidrocarbonetos a partir de biomassa :
reduzir o teor de oxigênio substancial da matéria-prima principal para
melhorar a densidade de energia
a criação de ligações CC entre os produtos intermédiários derivados de
biomassa para aumentar o peso molecular da final produto de
Desafios
Fatores determinantes para dimensão, localização e seleção da
tecnologia de uma biorefinaria de 2ª geração tanto bioquímica quanto
temoquímica: Logística de matérias primas, Localização e distribuição,
Infraestrutura de transporte
Base na logística de matérias-primas, incluindo o modo de entrega (rodoviário,
ferroviário ou embarcação), número máximo de entregas por modalidade, tipo
de matéria-prima (conjunto de toras, lascas, pelotas , ou bio-óleo) e na
Desafios - Conclusões
Para uma indústria comercial madura – há necessidade de
desenvolvimento sustentável tanto tecnológico quanto econômico
A biomassa tem recebido atenção considerável como matéria-prima
sustentável, que pode substituir combustíveis fósseis na produção de
energia, especialmente no setor de transportes.
“
gasolina
verde”, “diesel verde” e “combustível de aviação verde”
a partir
de matérias-primas não alimentares ( resíduos lignocelulósicos florestais e
resíduos agrícolas) –
Desafio:
Usar a fonte renovável para produzir biocombustível de uma maneira
sustentável
Agricultor pode produzir ambos: ALIMENTO e COMBUSTÍVEL
Agricultura precisa se transformar em Industria (baseada em
biorefinarias)
Produtos Bio não apenas para energia mas também para futuras
plataformas de produtos químicos (chaves)
Necessidade de explorar a “fazenda” nos oceanos e mares e....
Fonte: Prof Arvind Lali– Centre for Energy Biosciences, India. Biorefinery, The theme of Next Generation Biofuels. International Conference on Green I ndustry in Asia. September, 2009 Philippines
- Biorefinaria de Leite (agropecuária)
Leite
Caseína – Produtos Alimentícios
Coalho / Ácido
Soro Doce / Soro Ácido
(WPI, WPC)
Proteínas
Lactoferrina, lactoperoxidase, alfa-lactalbumina, beta-lactoglubolina, Albumina
sérica bovina,glico-macropeptideos
Minerais
WPC (Whey Protein
Concentrate): Concentrados protéicos de soro de leite
WPI (Whey Protein Isolate):
Isolados protéicos de soro de leite
