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Recentes Avanços e Desafios na Área dos Biocombustíveis

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.

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Recentes Avanços e Desafios na Área dos Biocombustíveis

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Presentation Transcript

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

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

  3. Custos do Biodiesel

  4. BIODIESEL DE ÓLEO DE SOJA (Output/input energy ~ 3)* * NREL (USA) http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24089.pdf

  5. Preço do óleo de soja

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

  7. Jatropha:Combate a Desertificação e Consórcio de Alimentos

  8. 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

  9. 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)

  10. Biodiesel na Europa: Rapseed

  11. 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.

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

  13. AGROPALMA: BIODIESEL DE RESÍDUOS: QUALIDADE PREMIUM

  14. AGROPALMA, BELÉM-PA, ABRIL/2005 Patent:D. A. G. Aranda e O. A. C. Antunes; PI0301103-8, 2003. D. A. G. Aranda e O. A. C. Antunes, WO2004096962, 2004.

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

  16. HOMOmetanol E= -0,264 eV LUMOacido protonado E= -0,230 eV

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

  18. * Modelagem cinética Cinética Heterogênea Qual etapa controladora? • Adsorção; • Reação de superfície; • Dessorção; A + B ↔ C + D

  19. Etapa controladora; • Reversibilidade da reação; • Concentração inicial dos produtos; • Reagente(s) adsorvido(s); • Dissociação; Colocando em termos de XA XA = CA0 – CA CA0

  20. Modelos deduzidos para cinética heterogênea:

  21. O H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-CH2-COCH2 H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCH H3C-CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCH2 O O Hidrólise provoca geração de ácidos graxos a partir de óleos e gorduras H2O + Lypases Normalmente esse processo é inibido, mas pode ser acelerado... Hidrólise com conv de 99%: SGS (Ponta Grossa), ICSG (Campinas), Irgovel (Pelotas)

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

  23. Hydroesterification (No acidity restriction in feedstock) FA H2O FA 3 FA + G + 3 G FA Triglyceride Water Fatty Acid Glycerol H2O + FA A FA A Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water Aproveitamento Integral de Qualquer Matéria-Prima Graxa !

  24. Custos Operacionais: Hidroesterificação vs Transesterificação If biodiesel plant is integrated with an ethanol plant, operating costs will be less than 2 ¢/L. No acidity limits in the feedstocks

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

  26. Mecanismo de Oxidação

  27. Período de Indução

  28. Cold Properties palmitate oleate linoleate

  29. Cold Properties

  30. Aditivos de CFPP

  31. SEGUNDA GERAÇÃODE BIOCOMBUSTÍVEIS • Utilização de Resíduos de Biomassa para produção de combustíveis líquidos • Hidrólise Enzimática • Pirólise • Depolimerização Catalítica • Gaseificação, etc

  32. 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

  33. ÓLEO DE PIRÓLISE

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

  35. 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.

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

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