BIOMASSA E GERAÇÃO DE ENERGIA

(1)

Mesa-Redonda 3

Desenvolvimento de tecnologias alternativas

BIOMASSA E GERAÇÃO DE ENERGIA

Simoni M. Plentz Meneghetti

Grupo de Catálise e Reatividade Química - GCaR

IQB

(2)

Petróleo e gás natural

Hidrocarbonetos

Matérias-primas e intermediários

Biomassa / rejeitos

Biorrefinaria

Combustíveis, produtos químicos, materiais, etc.

Gasolina Diesel

Indústria petroquímica

Biocombustíveis, produtos químicos, materiais, etc.

Etanol Biodiesel

Açúcares, óleos, etc.

(3)

http://www.funcap.ce.gov.br

utilização de técnicas químicas e metodologias que reduzem ou eliminam o uso de solventes e reagentes ou

geração de produtos e sub-produtos tóxicos, que são nocivos à saúde humana ou ao ambiente.

12 princípios

Química Verde

(4)

http://alfin2300.blogspot.com.br/2011/11/danish-researchers-attempt-to-match.html

(5)

Biocombustíveis

1ª Geração

 etanol (cana de açúcar, milho, beterraba...)

 biodiesel e bióleo

 biogás (biodigestores)

2ª Geração

 etanol celulósico (novas técnicas/matérias-primas disponíveis)

3ª Geração

 hidrogênio (biomassa, processos industriais)

 biodiesel de algas (matérias-primas específicas)

4ª Geração

 técnicas avançadas e matérias-primas mais eficientes): balanço energético, integração de processos, captura e estocagem do gás carbônico resultante do processo de obtenção de biocombustíveis...

http://www.sae.gov.br/site/

(6)

BIOMASSA

Pré-tratamento. Armazenagem e Transporte

Tratamentos Físicos Tratamentos Bioquímicos Tratamentos Termoquímicos

Gaseificação Combustão Fermentação

Alcoólica Digestão

Anaeróbica Termólise Pirólise

Geração de Energia Calorífica, Elétrica, etc.

Etanol

Metanol Biogás

pobre Gás

Óleos Pirolíticos

pobre Gás

Óleos e Gorduras Vegetais ou Animais

Prensagem / Extração

6

(7)

O O

a b c

d

e f g

Oleoquímica  Óleos e Gorduras Vegetais ou Animais

 majoritariamente  triglicerídeos e derivados

Biocombustíveis:

- ésteres alquílicos de ácidos graxos

- hidrocarbonetos

(8)

Século XIX

1895  Rudolf DIESEL Motor ciclo Diesel

Simultaneamente  desenvolvimento na área do petróleo (óleo diesel)

1900  Exposição Universal de Paris

Motor a óleo de amendoim e óleo cru (petróleo filtrado)

“O motor Diesel pode ser alimentado com óleos vegetais e ajudará no desenvolvimento da agricultura dos países. Isto parece um sonho, mas no futuro posso

predizer com inteira convicção que esse modo de emprego de motor diesel pode adquirir uma grande

importância”

Rudolf Diesel, 1911

(9)

Século XX

Várias iniciativas = crises de desabastecimento

1ª Metade

- 1ªs patentes em transesterificação - Estudos técnico-científicos

- Utilização do craqueamento para obter sucedâneos do diesel e da gasolina

2ª Metade

- Crises no mercado mundial de petróleo  1970 e 1990 - Aumento da demanda de energia e da consciência

ambiental da população  combustíveis alternativos

renováveis

(10)

Utilização do Óleo Vegetal “in natura”, nos motores:

problemas de viscosidade, resíduos de queima, etc.

Solução????

Transformação em material menos viscoso

BIODIESEL ou BIO-ÓLEO

1ºs estudos: década de 1930

(11)

O O

O O O

R R

R

O Temperatura / (i)

Catalisador

O OH CO CO₂

O H₂O

a b c

d e f

g h i

C O O

CH₃ C O O

CH₂CH₃

j k l

m n o

Catalisador

(ii) HO CH₃ HO CH₂CH₃

HO-CH₃ HO-CH₂CH₃

C O

OH

Catalisador

Craqueamento

Transesterificação

Esterificação

(12)

O O

O O O

R R

R

O Temperatura / (i)

Catalisador

O OH CO CO2

O H2O

a b c

d e f

g h i

C O O

CH3

C O O

CH2CH3

j k l

m n o

Catalisador

C O

OH

Catalisador

1ªs patentes

Chavanne, G.; BE 422,877, 1937(CA 1938, 32, 4313) Keim, G. I.; US 2,383-601; 1945

testes de uso em larga escala (entre 1935 e 1945):

Bélgica 20.000 km rodados por caminhões  biodiesel  etanólise de óleo de dendê França estudos em motores

Transesterificação

O H

OH OH

+

(13)

Esterificação

^O

O

O O O

R R

R

O Temperatura / (i)

Catalisador

O OH CO CO₂

O H₂O

a b c

d e f

g h i

C O O

CH₃ C O

O

CH₂CH₃

j k l

m n o

Catalisador

C O

OH

Catalisador

+ H

₂

O

1) Processos combinados: Keim, G. I.; US 2,383-601; 1945 2) Hidroesterificação

(14)

+ +

1 R C

O

O CH₂

CH O

C O R

CH₂ O

C O R

3 C CH

R O

4 C

O H C

CH₂ ii

iii

H₂O CO

+ +

R CH CH₂ 5

CO₂ R CH₂ CH₃ +

6

i R CH₂ CH₂ C OH O

2

(1) pirólise de triglicerídeos (2) ácidos carboxílicos

(3) cetenos (4) acroleína

(5 e 6) hidrocarbonetos com ou sem insaturações terminais

Craqueamento

decarbonilação

decarboxilação

ésteres, ácidos carboxílicos e hidrocarbonetos

1945 (Boletim Instituto de Óleos)

pirólise de óleos vegetais  catalisadores heterogêneos (desoxigenação)

pirólise do óleo de mamona  produtos desoxigenados  raspas de cobre e alumínio.

 halogenetos, carbonatos e hidróxidos de metais representativos / transição desoxigenação

Chang, C. C.; Wan, S. W.; Ind. Eng. Chem.1947, 39, 1543.

Gusmão, J.; Brodzki, D.; Djéga-Mariadassou, G.; Frety, R.; Catal. Today1989, 5, 533.

(15)

 Catalisadores alternativos / processos

 Matérias-primas de baixo custo / alta

acidez

(16)

Tempo Transesterificação Misturas (FFA:TGA, wt%) Esterificação

(h) 0:100 30:70 50:50 70:30 100:0

1 52 61 71 91 89

2 59 69 85 92 91

3 67 90 91 93 93

4 - 93 - 95 -

Sn O

OH

Sn O

Sn O O

O

BTA DBTO O

DBTDL

(17)

(Al

₂

O

₃

)

_X

(SnO)

_Y

(ZnO)

_Z

(18)

BIOMASSA

Pré-tratamento. Armazenagem e Transporte

Tratamentos Físicos Tratamentos Bioquímicos Tratamentos Termoquímicos

Geração de Energia Calorífica, Elétrica, etc.

Etanol

Metanol Biogás

pobre Gás

Óleos Pirolíticos

pobre Gás

18

(19)

19

 Celulose

 Hemicelulose

 Lignina

 Minerais

INFORMATIVO DA OFFICE OF SCIENCE, 2007

Biomassa celulósica: açúcares fermentáveis, insumos químicos...

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(21)

(22)

(23)

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BIOMASSA

Pré-tratamento. Armazenagem e Transporte

Tratamentos Físicos Tratamentos Bioquímicos Tratamentos Termoquímicos

Geração de Energia Calorífica, Elétrica, etc.

Etanol

Metanol Biogás

pobre Gás

Óleos Pirolíticos

pobre Gás

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(25)

a-outra-face-dos-residuos.blogspot.com

25

(26)

BIOMASSA

Pré-tratamento. Armazenagem e Transporte

Tratamentos Físicos Tratamentos Bioquímicos Tratamentos Termoquímicos

Geração de Energia Calorífica, Elétrica, etc.

Etanol

Metanol Biogás

pobre Gás

Óleos Pirolíticos

pobre Gás

26

(27)

H

₂

O / CO

₂

/ CO / H

₂

/ CH

₄

Óleo pirolítico

27

(28)

http://www.revistaanalytica.com.br/ed_anteriores/04/4%20Art%20Biomassa.pdf

28

(29)

BIOMASSA

Pré-tratamento. Armazenagem e Transporte

Tratamentos Físicos Tratamentos Bioquímicos Tratamentos Termoquímicos

Geração de Energia Calorífica, Elétrica, etc.

Etanol

Metanol Biogás

pobre Gás

Óleos Pirolíticos

pobre Gás

29

(30)

H ₂ O / CO ₂ / CO / H ₂ / CH ₄

30

(31)

BIOMASSA

Pré-tratamento. Armazenagem e Transporte

Tratamentos Físicos Tratamentos Bioquímicos Tratamentos Termoquímicos

Geração de Energia Calorífica, Elétrica, etc.

Óleos

Vegetais Etanol

Metanol Biogás

pobre Gás

Óleos Pirolíticos

pobre Gás

Prensagem /

Extração

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(32)

http://www.esjcp.pt/areaprojecto/Site_GrupoD_EnergiasRenovaveis/design/en_biomassa.html

Combustão ou queima

32

(33)

blogdoclaret.com

http://www.tiopizzas.com.br/promo_cri.html

33

(34)

Universidade Federal de Alagoas - UFAL

(35)

A Equipe

Prof. Dr. Mario Roberto Meneghetti Profª. Drª. Simoni Plentz Meneghetti

Profª. Drª. Rusiene Monteiro de Almeida Profª. Drª. Janaína Heberle Bortoluzzi Prof. Dr. Daniel Thiele

Dr. Thiago Mendonça Estudantes

ICs / ITIs, mestrandos e doutorandos

(36)

Infra-estrutura

Reatores de vidro e aço selados e com agitação mecânica

Vidraria e equipamento básico para a síntese de catalisadores

GC e GC-MS

HPLC

UV-Vis com acessório de refletância

FT-IR

TG-DTA e DSC

BET

e Quimissorção (TPD/TPR/TPO)

Ponto de fulgor

Viscosímetro

Nanotrac (medidor de tamanho de partículas)

Raman

Raio X de bancada

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Agradecimentos

(38)