EN3418 Aula04

(1)

Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras: Professoras:

Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Ana Maria Pereira Neto Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana Dra. Juliana

Dra. Juliana TófanoTófanoTófanoTófanoTófanoTófanoTófanoTófano de Campos Leite de Campos Leite Tonelide Campos Leite de Campos Leite de Campos Leite de Campos Leite de Campos Leite de Campos Leite ToneliToneliToneliToneliToneliToneliToneli

Universidade Federal do ABC

Biotecnologia: produção de combustíveis

a partir de fontes renováveis

Biotecnologia: produção de combustíveis

a partir de fontes renováveis

Biodiesel

(2)

Biodiesel

Será possível produzir biodiesel

sustentavelmente de modo que

este possa substituir o petróleo

como combustível?

Por que biodiesel?

(3)

Biodiesel

BIODIESEL

Questões: ambiental, econômica, estratégica...

Por que biodiesel no Brasil?

(4)

Biodiesel no Brasil

A produção de veículos no Brasil iniciou-se em 1957: Veículos leves (ciclo Otto).

Veículos de transporte de carga e de passageiros (ciclo Diesel).

Abandono do transporte ferroviário em um país de dimensão continental ( dependência do diesel de origem fóssil).

Em 2008, o diesel representa mais da metade dos combustíveis líquidos utilizados no Brasil.

Setor de Transportes

(5)

Brasil

Brasil -- Setor de Transportes

Setor de Transportes

Brasil

Brasil -- Setor de Transportes

Setor de Transportes

Segundo maior setor energético do país.

39,6%

29,1% 10,8%

11,2%

4,6% 2,9% 1,7%

setor industrial setor transportes setor residencial setor energético setor agropecuário setor comercial setor público óleo diesel gasolina álcool hidratado álcool anidro outras fontes 50,3% 23,6% 11,0% 5,5% 9,7%

Brasil

Brasil -- Setor de Transportes

Setor de Transportes

Brasil

Brasil -- Setor de Transportes

Setor de Transportes

ano base 2008

(6)

Brasil

Brasil -- Setor de Transportes

Setor de Transportes

Brasil

Brasil -- Setor de Transportes

Setor de Transportes

Energético 2007 (103 _tep) _{2008 (10}3 _tep) ∆∆∆∆_%

óleo diesel 28.731 30.997 7,9 gasolina 14.287 14.538 1,8 álcool hidratado 5.287 6.778 28,2 álcool anidro 3.325 3.361 1,1 outras fontes 5.991 5.974 -0,3 Total 57.621 61.648 7,0

BEN (2009), o consumo final energético do setor de transportes cresceu 7,0% em 2008.

outras fontes: inclui gasolina e querosene de aviação, gás natural, óleo combustível e eletricidade.

Biodiesel no Brasil

A Lei nº 11.097, publicada em 13 de janeiro de

2005, introduziu o biodiesel na matriz energética

brasileira.

De acordo com a ANP, o Brasil está entre os

maiores produtores e consumidores de biodiesel

(7)

Biodiesel no Brasil e no Mundo

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Evolução dos estudos e aplicações:

A proposta de utilização de biocombustíveis em motores de combustão interna é contemporânea com a construção dos primeiros protótipos de motores.

1900, na exposição mundial de Paris: Cia francesa Otto demonstrou o funcionamento de um pequeno motor diesel operando com óleo de amendoim. O experimento foi realizado após solicitação do Governo Francês, com o objetivo de reduzir as necessidades de importação de carvão e combustíveis líquidos.

Rudolf Diesel, em 1912 (São Pitesburgo), manifestou-se sobre a viabilidade do uso de óleos vegetais e animais em motores diesel, indicando sua grande perspectiva como combustível alternativo.

No Brasil, na década de 20, o Instituto Nacional de Tecnologia (INT) inicia alguns testes com combustíveis alternativos e renováveis.

(8)

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

1900 – 1930: descontinuidade no uso de óleos vegetais como combustível, provocada principalmente pelo baixo custo do óleo diesel de fonte mineral e por mudanças políticas no Governo Francês.

Década de 30 - Segunda Guerra Mundial:

aplicação de óleos vegetais como “combustíveis de emergência”;

Brasil: proibição de exportações de óleo de algodão, pois o mesmo poderia substituir as importações de óleo diesel;

China: produção de óleo diesel e outros a partir de óleo de tungue e outras matérias-primas oleaginosas.

1945 – com o fim da Segunda Guerra Mundial, as indústrias de esmagamento de óleos desenvolvidas em caráter emergencial acabaram não progredindo.

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Países como Alemanha, EUA e Índia deram continuidade às suas pesquisas e, hoje, são referências mundiais no uso de óleos vegetais como combustíveis.

1970 – 1980:

Brasil: desenvolvimento do Plano Nacional de Produção de Óleos Vegetais para fins Energéticos (Pró-óleo), devido à primeira crise do petróleo (INT com o Instituto de Pesquisas Tecnológicas).

Resolução n°7 do Conselho Nacional de Energia (Programa Nac ional de Óleos Vegetais para fins Energéticos 1980): substituir até 30% do óleo diesel por óleos de colza, girassol, soja e amendoim.

(9)

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Europa (Alemanha) instituiu o biocombustível como a mistura de óleo à base de colza ao diesel, denominado biodiesel.

EUA: estímulo à produção de álcool à base de milho.

1990 – 2000: importantes avanços nos estudos de biocombustíveis, com notável revolução na oferta de alternativos derivados de biomassa.

Clean Air Act Amendments (1990) e Energy Policy Act (1992): obrigatório o uso

de combustíveis alternativos ou “limpos” em frotas cativas de ônibus e caminhões nos EUA.

Em 1998, o Energy Policy Act tornou lei o aumento na produção e uso do biodiesel nos EUA.

Brasil: incentivos à P&D de projetos relativos ao desenvolvimento de biodiesel, com especial destaque às pesquisas desenvolvidas pela EMBRAPA.

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

Biodiesel

Biodiesel -- Histórico

Histórico

2000 – 2008:

Brasil, 2003: constituição da Comissão Executiva Interministerial (CEI) e Grupo Gestor (GG), encarregados da implantação das ações para produção e uso do biodiesel.

Brasil, 2004: com base nos estudos desenvolvidos pela CEI e pelo GG, é lançado PNPB.

Programa Interministerial do Governo Federal que objetiva a implementação de forma sustentável, tanto técnica, como

economicamente, da produção e uso do Biodiesel, com enfoque na inclusão social e no desenvolvimento regional,

(10)

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Extensas terras agriculturáveis;

Clima favorável;

Diversidade de matérias-primas;

Reduz emissões de CO_2;

Inclusão social;

Indústria de óleos vegetais de grande porte;

Potencial exportador;

Expressiva economia para o país;

Diversificação da matriz energética.

Núcleo de Assuntos Estratégicos da Presidência da República

Biocombustíveis - Cadernos NAE n

o

_{2 (2004)}

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Principais diretrizes do PNPB:Principais diretrizes do PNPB:

1. Implantar um programa sustentável, promovendo inclusão social; 2. garantir preços competitivos, qualidade e suprimento;

3. produzir o biodiesel a partir de diferentes fontes de oleaginosas e em regiões diversas.

Brasil, 2005, Lei n_°11097/05: introduz o biodiesel na matriz energética

brasileira e estabelece prazos para cumprimento da adição de percentuais mínimos de mistura de biodiesel ao diesel mineral e o monitoramento da sua inserção no mercado.

(11)

Resolução CNPE nº 6 (2009)

Estabelece em cinco por cento, em volume, o

percentual mínimo obrigatório de adição de

biodiesel ao óleo diesel comercializado ao

consumidor final..

Estabelece em cinco por cento, em volume, o

percentual mínimo obrigatório de adição de

biodiesel ao óleo diesel comercializado ao

consumidor final..

Conselho Nacional de Política Energética:

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Conjunto de medidas específicas que visam estimular a inclusão social da agricultura na cadeia produtiva do biodiesel.

Concedido pelo Ministério do Desenvolvimento Agrário para empresas que possuam um projeto de produção de biodiesel que cumpra uma série de requisitos.

RequisitosRequisitos parapara aquisiçãoaquisição dodo seloselo combustívelcombustível socialsocial::

aquisições mínimas de matéria-prima dos agricultores devem ser realizadas de acordo com os seguinte parâmetros regionais:

50% região NE e Semi-árido;

30% Regiões Sudeste e Sul;

(12)

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

RequisitosRequisitos parapara aquisiçãoaquisição dodo seloselo combustívelcombustível socialsocial::

Contrato, com os agricultores familiares de quem irá adquirir matérias-primas, deverá ter a participação de pelo menos um representante dos agricultores familiares.

Apresentar um plano de capacitação técnica para os agricultores familiares, compatível com as aquisições a serem feitas da agricultura familiar e com os princípios e diretrizes da Política Nacional de Assistência Técnica e Extensão Rural do MDA.

Contam também com reduções nas alíquotas de PIS/PASEP e Cofins e a possibilidade de participação em leilões de aquisição de biodiesel organizados pela ANP.

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

Biodiesel no Brasil

Biodiesel no Brasil -- PNPB

PNPB

De acordo com Holanda (2004), a cada 1% de

, a cada 1% de

participação da agricultura familiar no mercado

de biodiesel do país, baseado no uso do

B5, seria possível gerar cerca de 50 mil

empregos no campo, a um custo médio

de, aproximadamente, R$ 4.900,00 por emprego.

De acordo com Holanda (2004), a cada 1% de

, a cada 1% de

participação da agricultura familiar no mercado

de biodiesel do país, baseado no uso do

B5, seria possível gerar cerca de 50 mil

empregos no campo, a um custo médio

de, aproximadamente, R$ 4.900,00 por emprego.

(13)

Produção de Biodiesel

Produção de Biodiesel -- Brasil

Brasil

Produção de Biodiesel

Produção de Biodiesel -- Brasil

Brasil

Evolução da produção e da capacidade produtiva mensais:

Em dezembro, a produção estimada de biodiesel foi 155 milhões de litros, com base em dados de entregas no leilão.

A produção em 2009 totalizou 1,61 bilhões de litros, contra 1,17 em 2008 (aumento de 37,6%).

A capacidade instalada supera 335 milhões de litros/mês (4 bilhões de litros anuais), dos quais 93% oriundo de empresas com o Selo Combustível Social.

Fonte: Boletim mensal dos combustíveis renováveis (MME 2009).

Plantas Produtoras de Biodiesel

64 plantas produtoras de biodiesel no país, autorizadas pela ANP com capacidade total de 13.155,33 m3_/dia.

Quantidade m3_/dia

Plantas autorizadas somente para operação 17 1.351,50 Plantas autorizadas para operação e comercialização ₄₇ 11.542,80 TOTAL (plantas autorizadas para operação) 64 13.155,33

Há ainda 5 novas plantas de biodiesel autorizadas para construção e 6 para ampliação de capacidade, o que proporcionará um aumento na capacidade diária de 2.436,21 m3_.

Há também solicitações de Autorização para Construção, para Operação e referentes à ampliações de capacidade de plantas produtoras de biodiesel em processo de análise na ANP.

(14)

Plantas de Biodiesel

Plantas de biodiesel autorizadas para operação e para operação e comercialização:

Plantas de Biodiesel

(15)

Plantas de Biodiesel

(16)

Plantas de Biodiesel

(17)

Plantas de Biodiesel

Biodiesel no Brasil

Localização das usinas produtoras em 2008 (ANP 2010, MME 2009):

Região

Região % Produção (% Produção (novnov 2009)2009)

N 3,8

NE 12,0

CO 36,7

SE 16,7

(18)

Biodiesel no Brasil

Capacidade nominal* e produção de biodiesel (B100 - mil m3_{/ano), por região em 2008 (ANP 2010):}

* capacidade de processamento para a qual uma planta industrial é projetada.

Produção de Biodiesel no Brasil

Produção de biodiesel no Brasil, segundo ANP (2008):

Ano

Ano ProduçãoProdução ((mm33₎₎

2005

2005 736736

Distribuição da produção nacional de biodiesel puro (B100), no ano de 2007.

(19)

Mercado de Biodiesel

Os biocombustíveis oferecem uma fonte potencial de energia renovável que pode levar a novos e grandes mercados para produtores agrícolas.

Os benefícios ambientais e sociais, incluindo a mitigação das mudanças climáticas e a contribuição para a segurança energética, são citados como as principais razões para o sector público apoiar a crescente indústria de biocombustíveis.

O mercado potencial para o biodiesel é determinado essencialmente pelo mercado do derivado de petróleo.

Mercado de Biodiesel

Em 2005, a demanda total de óleo diesel no Brasil foi cerca de 40 bilhões de litros/ano (94% produzido no próprio país e 6% importado), com dispêndio de quase US$ 1 bilhão/ano com a importação.

Por exemplo, o uso da mistura B2 representa um volume de, aproximadamente, 840 milhões de litros/ano de biodiesel (redução das importações).

Para a mistura B5, (que seria obrigatória somente a partir de 2013), estima-se o volume de 2,6 bilhões de litros de biodiesel/ano.

(20)

Biodiesel no Brasil

Evolução da produção, da demanda compulsória e da capacidade nominal autorizada pela ANP (2005 a 2009).

Capacidade nominal acumulada autorizada pela ANP

Produção anual de biodiesel

Demanda compulsória anual de biodiesel

Biodiesel no Brasil

Projeção de produção de biodiesel (milhões L/dia):

(21)

Produção Mundial de Biodiesel

13% 75% 12% USA União Européia outros

De acordo com relatório sobre o Desenvolvimento Mundial de 2008 (The World Bank), a produção de biodiesel em 2006 foi de

6 6,,5

5 milhões

milhões de

de litros

litros..

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Biodiesel

(22)

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Segundo a Lei nº 11.097, de 13 de janeiro de 2005:

Biodiesel: “ biocombustível derivado de biomassa renovável para uso em

motores a combustão interna com ignição por compressão ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”.

De acordo com Resolução ANP n°25 (2008):

Biodiesel: “combustível composto de alquilésteres de ácidos graxos de

cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais, conforme a especificação contida no Regulamento Técnico ou regulamentação superveniente que venha substituí-la”.

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Combustível líquido biodegradável, derivado de fontes renováveis, composto de alquilésteres de ácidos graxos de origem vegetal, animal ou residual.

Obtido por diferentes processos (craqueamento, esterificação ou transesterificação, entre outros).

É uma alternativa aos combustíveis fósseis:

substituindo total ou parcialmente o óleo diesel em motores a combustão interna com ignição por compressão - automotivos

(23)

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Biodiesel

Biodiesel -- Definição

Definição

Ou ainda substituindo outros tipos de combustíveis fósseis na geração de energia (uso em caldeiras ou em geração de calor em processos industriais).

Proporciona reduções de emissões (comparadas às do diesel mineral): Tipo de Emissão B100 hidrocarbonetos −−−−37% CO2 −−−−78,45% material particulado −−−−32% SOx −−−−100%

Biodiesel

Biodiesel -- Redução de Emissões

Redução de Emissões

Biodiesel

Biodiesel -- Redução de Emissões

Redução de Emissões

% Biodiesel % A lt e ra ç õ e s n a s E m is s õ e s

Alterações nas emissões em função da porcentagem de biodiesel no diesel de origem fóssil:

(24)

Matéria

Matéria--Prima

Prima

Matéria

Matéria--Prima

Prima

Matéria

Matéria--Prima

Prima

Matéria

Matéria--Prima

Prima

OrigemOrigem vegetalvegetal:: grão de amendoim, polpa do dendê, amêndoa do

coco de dendê, amêndoa do coco da praia, caroço de algodão, amêndoa do coco de babaçu, semente de girassol, baga de mamona, semente de colza, semente de maracujá, polpa de abacate, caroço de oiticica, semente de linhaça, semente de tomate, entre muitos outros vegetais em forma de sementes, amêndoas ou polpas.

OrigemOrigem animalanimal::sebo bovino, os óleos de peixes, o óleo de mocotó, a

(25)

Brasil

Brasil -- Matéria

Matéria--Prima

Prima

Brasil

Brasil -- Matéria

Matéria--Prima

Prima

O Brasil dispõe de uma grande diversidade de matérias-primas para a produção de biodiesel, com diferentes potencialidades regionais.

Girassol Girassol Amendoim Amendoim Mamona Mamona Nabo forrageiro Nabo forrageiro Palma Palma Soja

Soja Pinhão MansoPinhão Manso

Dendê Dendê Tungue Tungue Algodão Algodão Babaçu Babaçu

Brasil

Brasil -- Matéria

Matéria--Prima

Prima

Brasil

Brasil -- Matéria

Matéria--Prima

Prima

(26)

Composição Química

Composição química de óleos e gorduras:

TAG: triglicerídeos ou triacilgliceróis (cerca de 90 a 98%);

mono- e diglicerídeos, ácidos graxos livres, produtos de decomposição dos TAG;

HC H₂C H₂C O O O C O C O C O C H₂ CH₃ C H₂ CH₃ C H₂ CH₃

(27)

Composição Química

Composição química de algumas fontes de ácidos graxos:

Fonte

Fonte PalmíticoPalmítico EsteáricoEsteárico OléicoOléico LinoléicoLinoléico OutrosOutros

coco coco 5,00 3,00 6,00 --- 67,5 oliva oliva 14,6 --- 75,4 10,0 ---amendoim amendoim 8,50 6,00 51,6 26,0 7,90 algodão algodão 28,6 0,90 13,0 57,2 0,30 milho milho 6,00 2,00 44,00 48,00 ---soja soja 11,0 2,00 20,0 64,0 0,30 girassol girassol 6,40 2,90 17,7 72,8 0,20 mamona mamona --- 3,00 3,00 1,20 92,8

Gordura

Gordura vs

vs Óleo?

Óleo?

Gordura

(28)

uma gordura _{um óleo}

Gordura

Gordura vs

vs Óleo

Óleo

Gordura

Gordura vs

vs Óleo

Óleo

Arranjo estrutural:

Gordura

Gordura vs

vs Óleo

Óleo

Gordura

(29)

Teor de Óleo

Teor de óleo das principais culturas oleaginosas disponíveis no Brasil:

Biomassa

teor de óleo(%)

mamona

40-50

girassol

35-45

soja

18-20

palma

45-50

algodão

18-20

Brasil

Brasil –

– Produção de Oleaginosas

Produção de Oleaginosas

Brasil

Brasil –

– Produção de Oleaginosas

Produção de Oleaginosas

Potencial brasileiro para a produção de culturas energéticas

(30)

De acordo com o Ministério do Comércio, Desenvolvimento e De acordo com o Ministério do Comércio, Desenvolvimento e Comércio Exterior (2006), o Brasil possui um potencial de 140 Comércio Exterior (2006), o Brasil possui um potencial de 140 MhaMha

de área agriculturável adicional, dos quais boa parte não é de área agriculturável adicional, dos quais boa parte não é apropriada para a agricultura de alimentos, mas pode ser apropriada para a agricultura de alimentos, mas pode ser

empregada para o plantio de oleaginosas. empregada para o plantio de oleaginosas.

Produção de Biodiesel no Brasil

Microalgas X Biodiesel

(31)

Biomassa de Microalgas

Biocombustíveis: diesel, hidrogênio, etanol, metanol, etc;

Alta habilidade de fixação de CO₂ (~50% da biomassa é de C);

Única fonte renovável de biodiesel capaz de atender a demanda global por energia, substituindo o diesel.

Chisti. Biotechnology Advances. 25: 294-306 (2007). Miao & Wu. Bioresource Technology. 97: 841-846 (2006). Tsukahara & Sawayama. Journal of the Japan Petroleum Institute. 48: 251-259 (2005). Huntley & Redalje. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 12: 573-608 (2007).

Produção de Óleo Produtividade Área

Palma 5950 L/ha 45 Mha

Microalga 136900 L/ha 2 Mha

7,3%

Microalgas

80%

Plantas Terrestres

vs

‡

_{Projeção para 2050 de terras cultiváveis:}

Produção em Larga Escala

Hawaii (Cyanotech Corporation)

Berg-Nilsen, J. (2006). Algetech Produkter AS - Nordic Innovation Centre.

(32)

Produção em Escala Laboratorial

Solazyme Inc., EUA http://www.mvm.uni-karlsruhe.de Broadley-James Corporation Xu et al. J. Biotec. 126: 499–507 (2006).

Biodiesel de Microalgas

Propriedades _(microalgas)Biodiesel _{(origem fóssil)}Diesel Padronização_ASTM

Densidade (kgL-1₎ _0,864 _0,838 _{0,86 – 0,90}

Viscosidade (mm2_s-1_{, 40}o_C) _5,2 _{1,9 – 4,1} _{3,5 – 5,0}

(33)

---Atributos da Matéria

Atributos da Matéria--Prima

Prima

Atributos da Matéria

Atributos da Matéria--Prima

Prima

Teor de óleo;

Produção por unidade de área;

Atender a diferentes sistemas produtivos; Ciclo da planta (sazonalidade);

Condições edafoclimáticas favoráveis (solo e clima);

Conhecimento do sistema de produção; Uso do solo e de recursos hídricos; entre outros.

Atributos Tecnológicos

Composição e teor de ácidos graxos saturados e poliinsaturados; Complexidade do processo de extração;

Remoção da umidade da biomassa; Presença de outros compostos no óleo; Impactos ocasionados pela emissão de NOx;

Quantificação do seqüestro de carbono; Valoração do ativo ambiental (emissões); Logística (colheita, estoque, etc);

(34)

Atributos Tecnológicos

Aprimoramento de tecnologias de conversão energética;

Custo de implantação e manutenção dependentes da cotação do barril de petróleo;

Valor agregado de co-produtos, em especial, glicerina;

Balanço energético positivo; entre outros.

Produção de Biodiesel

(35)

Rotas Tecnológicas

Pirólise ou craqueamento:

Modificação química causada pela aplicação de energia térmica na presença de ar ou nitrogênio.

Estudos envolve a clivagem de ligações químicas para a formação de moléculas menores, adequadas para aplicação em motores diesel.

Parâmetros estudados são:

efeito da temperatura no tipo de produto obtido;

uso de catalisadores (em geral sais metálicos), para obtenção de parafinas e olefinas similares àquelas do diesel de origem fóssil;

caracterização dos produtos de decomposição térmica (alcanos, alcenos alcadienos, aromáticos e ácidos carboxílicos).

No Brasil, há estudos desenvolvidos pela EMBRAPA, em parceria com a UNB;

Protótipo comercial em fase de desenvolvimento pela empresa Global Energy

and Telecommunication (GET), com apoio da FINEP.

Rotas Tecnológicas

Microemulsificação:

Microemulsões são dispersões termodinamicamente estáveis, translúcidas, claras e isotrópicas de óleo, água, surfactante e cosurfactantes (moléculas anfifílicas pequenas), com tamanho das gotículas variando de 100 a 1000 Å.

Pode ser produzida de óleos vegetais com um éster e um dispersante (cosolvente) ou de óleos vegetais, um álcool (metanol, etanol ou propanol-aditivo para baixar a viscosidade) e um surfactante (alcoóis maiores), com ou sem óleo diesel.

Propiciam melhoria de desempenho, mas o uso prolongado causa entupimento no injetor, acúmulo de carbono (ao redor dos orifícios do injetor e depósitos nas válvulas de exaustão) e combustão incompleta, reduzindo a qualidade das emissões e a quantidade de energia produzida.

(36)

Rotas Tecnológicas

Diluição de óleos vegetais em óleo diesel, um solvente ou etanol.

Porém, os resultados dessa abordagem foram variados, gerando problemas de motor similares aos encontrados para a combustão de óleos vegetais puros.

Reação de Esterificação:

ácido carboxílico + álcool éster alquílico + H2O Catalisador

Diluição:

Esterificação e Transesterificação:

Processo que consiste na reação de matéria-prima graxa com um produto intermediário ativo (metóxido ou etóxido), oriundo da reação entre alcoóis (metanol ou etanol) e uma base (hidróxido de sódio ou de potássio). Os produtos desta reação química são: a glicerina (transesterificação) ou água (esterificação); e uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos (biodiesel).

Transesterificação

C H₂ CH CH₂ O O O C C C O O O CH₂ CH₂ CH₂ C O CH₂ O C H 2 CH₃ C H₂ CH CH₂ OH OH OH C H₃ C H₂ OH

3 + 3 +

catalisador

Reação global de transesterificação:

álcool álcool

triglicerídeo

triglicerídeo éster alquílicoéster alquílico glicerol glicerol

(37)

Biodiesel

Biodiesel -- Cadeia Produtiva

Cadeia Produtiva

Biodiesel

Biodiesel -- Cadeia Produtiva

Cadeia Produtiva

Visão Geral da cadeia de produção do biodiesel:

ABIOVE 2004 Biodiesel Biodiesel Requer desenvolvimento tecnológico Grãos Óleo Bruto Indústria de Óleos Vegetais Produtor de Biodiesel Produtor de Biodiesel Biodiesel Etanol Esmagamento Produtor de Oleaginosas Agricultura _Postos Mercado Consumidor Distribuidoras Glicerina Requer desenvolvimento agrícola Requer desenvolvimento em logística Requer desenvolvimento em comunicação

Subprodutos

Glicerina: alto valor agregado e com aplicações diversas na indústria

química.

Indústria farmacêutica:

cápsulas, supositórios, xaropes, cremes, pomadas, etc;

Cosméticos: batons, cremes de pele, loções pós-barba, etc; Tabaco: filtros de cigarro e veículo de aromas;

Têxteis: amaciamento das fibras;

Alimentos e bebidas: umectante e conservador.

1 L de biodiesel

(38)

Subprodutos

Torta, farelo, entre outros subprodutos: podem agregar valor se

constituir em outras fontes de renda importantes para os produtores agrícolas e industriais.

Entretanto, deve ser observado que a magnitude do mercado de combustíveis introduz o desafio de se buscar novos mercados e aplicações para o uso da glicerina e de outros subprodutos, haja vista que a capacidade produtiva destes aumentará bastante com o

desenvolvimento da produção do biodiesel.

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Biodiesel

(39)

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Vantagens:

isento de enxofre e compostos aromáticos, proporcionando uma

combustão mais limpa, livre de SOxe compostos carcinogênicos;

maior ponto de fulgor, tornando mais seguros seu transporte, manuseio e utilização;

composição química homogênea e presença de oxigênio (~11%)

proporcionam uma combustão mais completa e eficiente, gerando menos resíduos indesejáveis, como materiais particulados e CO;

alto número de cetano (em torno de 56% superior): elevado poder de

auto-ignição e de combustão, aspecto que se reflete na partida “a frio”, no ruído do motor e no gradiente de pressão dos motores diesel;

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Vantagens:

viscosidade apropriada, próxima à do diesel mineral;

biodegradável, não tóxico e possui uma excelente capacidade lubrificante, proporcionando uma maior vida útil aos equipamentos dos

motores diesel nas quais for empregado.

Desvantagens:

menor estabilidade oxidativa, decorrente das ligações insaturadas

existentes nas cadeias carbônicas provenientes dos ácidos graxos. Pode comprometer a armazenagem e as características do biocombustível;

*pode ser superada pela utilização de aditivos (antioxidantes) que melhorem sua conservação.

(40)

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Biodiesel

Biodiesel vs

vs Diesel

Diesel

Desvantagens:

maior ponto de névoa, ou seja, temperatura inicial de cristalização do

óleo, relacionada à sua fluidez. Implica negativamente no funcionamento do filtro de combustível e nos sistemas de alimentação do motor, quando é acionado a baixas temperaturas.

maior emissão de gases nitrogenados (NOx), responsáveis por

provocar a chuva ácida e pela destruição da camada de ozônio;

menor poder calorífico (~ 5%), ou seja, menor quantidade de energia

desenvolvida por unidade de massa, por ocasião da queima do biodiesel. Porém, dada a combustão mais completa, o consumo específico é equivalente ao do diesel mineral.

Biodiesel: Principais Desafios

(41)

Desafios

Como evitar o avanço exagerado de fronteiras agrícolas e onde produzir oleaginosas?

Qual deverá ser o investimento (tempo e montante) necessário de P, D & I?

Políticas públicas de incentivo ao uso de fontes de energia renováveis, criação de taxas, subsídios, incentivos fiscais, etc.

O que fazer com os co-produtos da cadeia produtiva do biodiesel? Como o mercado de óleo, farelo e glicerina será afetado?

Como ampliar a produção das fontes de óleo e utilizá-las de forma sustentável (logística de transporte, estocagem, etc)?

Desafios

Qual é o limite do mercado do biodiesel?

Até que ponto a produção de biodiesel será sustentável? O balanço energético é positivo?

Como padronizar o biodiesel final derivado de diversas fontes? Como o uso da terra e dos recursos hídricos são realizados?

O clima é um fator de volatilidade das cotações dos preços agrícolas.

Como quantificar o seqüestro de carbono? Como valorar os ativos ambientais? ...

(42)

Biodiesel no Brasil

A produção e o uso do biodiesel no Brasil propiciam o desenvolvimento de uma fonte energética sustentável.

Em 2008, o uso do biodiesel evitou a importação de 1,1 bilhões de litros de diesel de petróleo (economia de cerca de US$ 976 milhões). O biodiesel traz outros efeitos indiretos de sua produção e uso, como o incremento à economias locais e regionais, tanto na etapa agrícola como na indústria de bens e serviços.

Com a ampliação do mercado do biodiesel, milhares de famílias brasileiras serão beneficiadas, com o aumento de renda proveniente do cultivo e comercialização das plantas oleaginosas utilizadas na produção do biodiesel.

Biodiesel no Brasil

A produção de biodiesel já gerou cerca de 600 mil postos de trabalho no campo, de acordo com dados do Ministério do Desenvolvimento Agrário.

Dessa forma, o biocombustíveis têm uma importância estratégica para o desenvolvimento sustentável do país e para a redução das disparidades regionais.

Outro benefício para a sociedade é o efeito positivo sobre o meio ambiente, acarretando a diminuição das principais emissões no setor de transportes em comparação ao diesel derivado do petróleo.

(43)

Biodiesel no Brasil

É possível usar mais de uma fonte vegetal no mesmo biodiesel. A mamona, por exemplo, se usada em mistura com outros óleos, agrega propriedades positivas ao produto final, como a redução do ponto de congelamento, sem alterar as especificações da ANP. A adição de biodiesel ao diesel de petróleo foi amplamente testada, dentro do Programa de Testes coordenado pelo MCT, que contou com a participação da Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores.

Os resultados demonstraram, até o momento, não haver a necessidade de qualquer ajuste ou alteração nos motores e veículos que utilizem essa mistura.

Outros Usos de Óleos Vegetais

Tungue: produz o ácido eleosteárico (semente), um tipo de óleo muito raro não encontrado em outras espécies vegetais.

Este ácido possui propriedades industriais interessantes, em especial na aceleração da secagem de tintas a óleo.

Além disso, confere à pintura características desejáveis de durabilidade e resistência à umidade, tanto em superfícies de madeira quanto em plásticos.

Se fossem usados óleos comuns para esta finalidade, a tinta não seria absorvida pela madeira, nem secaria a contento, resultando em uma pintura de baixa qualidade.

(44)

Outros Usos de Óleos Vegetais

Mas é muito difícil produzir tungue, um arbusto sobre o qual pouco se conhece.

Alternativa: BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA.

Através da implementação de ferramentas de biologia molecular, o ácido eleosteárico pode ser produzido em plantas que os agricultores estão acostumados a cultivar, mas que hoje não são capazes de gerar esse óleo.

Outros Usos de Óleos Vegetais

A indústria química atual é baseada no petróleo, produto que hoje está associado a impactos ambientais, preços em ascensão e esgotamento das reservas.

Logo, há um grande potencial para os óleos vegetais, que são quimicamente semelhantes ao petróleo cru, tornarem-se matéria-prima para tintas, revestimentos, plásticos, fármacos ou combustíveis. Alguns óleos importantes do ponto de vista industrial são produzidos em pequenas quantidades pelas plantas ou são plantas de cultivo muito difícil e de baixa de produtividade.

(45)

Brasil

“O biodiesel oferece uma oportunidade para a integração

entre indústria, agricultura familiar e combate à pobreza.

Tudo isso ao lado da conquista de novo padrão

energético: sustentável, ambientalmente responsável e

economicamente dinâmico.”

Luiz Fernando Furlan

Ministro de Estado do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior

MDIC (2006). O Futuro da Indústria: Biodiesel .

Bibliografia

Agência Nacional de Energia Elétrica (2005). Biomassa.

Disponível em: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/05-Biomassa(2).pdf. Acesso em abril de 2008.

Agência Nacional de Energia Elétrica (2008). Atlas de Energia Elétrica do Brasil. Brasília, DF, 3ª edição.

Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (2010). Disponível em: www.anp.gov.br . Acesso março 2010.

Balanço Energético Nacional 2008: Ano Base 2007 (2008). Empresa de Pesquisa Energética. Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro.

Bioenergia (2004). Manual sobre Tecnologias, Projetos e Instalações – Fontes de Energias Renováveis no Espaço Europeu. Portugal.

Knothe, G., Gerpen, J. V., Krahl, J., Ramos, L. P. (2006). Manual do Biodiesel. Ed. Edgard Blücher. São Paulo.

(46)

Bibliografia

Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (2006). O Futuro da Indústria: Biodiesel. Coletânea de Artigos. Série Política Industrial, Tecnológica e de Comércio Exterior-14. Brasília, DF.

Ministério de Minas e Energia (2007). Matriz Energética Nacional 2030. Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético e Empresa de Pesquisa Energética. 1-254.

Ministério de Minas e Energia (2009). Boletim mensal dos combustíveis renováveis. Departamento de Combustíveis Renováveis. Disponível em: www.mme.gov.br/spg/menu/publicacoes.html. Acesso em março de 2010.

SEBRAE. Biodiesel. (disponível em: www.biodiesel.gov.br. - último acesso em agosto/09).

Srivastava, A. & Prasad, R. (2000) . Triglycerides-based diesel fuels. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 4. 111-133.