Combustíveis

1. Combustíveis Luís Carlos Resnauer 2011.1

2. Classificação dos combustíveis • Fósseis - Petróleo - Carvão Mineral - Gás Natural • Renováveis - Álcool - Biodiesel - Biogás • Alternativos - Energia Solar - Energia Eólica - Célula combustível a hidrogênio - Energia Nuclear Luís Carlos Resnauer 2011.1

3. Formação dos Combustíveis - Ciclo do Carbono Luís Carlos Resnauer 2011.1

4. Formação dos combustíveis • Vegetais absorvem água e CO2 • Insolação • Processos bioquímicos (fotossíntese) • Formação de carboidratos, lipídios, proteínas Luís Carlos Resnauer 2011.1

5. Combustíveis Fósseis • Formados a milhões de anos • Origem: organismos vivos (animais e plantas) • Processos: microbiológicos termofísicos  compressão aquecimento  ausência O2 • Composição: moléculas de hidrocarbonetos Luís Carlos Resnauer 2011.1

6. Petróleo • Mistura de diversos hidrocarbonetos com massa molar (MM) diferentes. • Destilação fracionada • Frações leves ( Tebul) - GLP • Frações médias – nafta, gasolina, querosene • Frações pesadas – óleos • Frações muito pesadas - asfaltos Luís Carlos Resnauer 2011.1

7. Destilação Luís Carlos Resnauer 2011.1

8. Vantagens e Desvantagens • Vantagens: • Maior facilidade de transporte ser líquido; • As indústrias estão adaptadas para este tipo de combustível; • Obtenção de inúmeros produtos derivados; • Domínio da tecnologia para exploração e refino. • Desvantagens: • É um recurso esgotável; • Libera dióxido de carbono na atmosfera, poluindo o ambiente e colaborando para o aumento da temperatura da Terra. Luís Carlos Resnauer 2011.1

9. Carvão Mineral • Originado a partir do soterramento e da decomposição de material vegetal. • Apresenta teores variados de enxofre, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. • 4 tipos: turfa, linhito, hulha e antracito (teor crescente de carbono) • Subprodutos: coque e alcatrão de hulha Luís Carlos Resnauer 2011.1

10. Formação do Carvão mineral Luís Carlos Resnauer 2011.1

11. Vantagens e Desvantagens • Vantagens: • Domínio da tecnologia de aproveitamento; • Facilidade de transporte e distribuição. • Desvantagens: • Influencia na formação da chuva ácida devido à liberação de poluentes como dióxido de carbono (CO2) e enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio durante a combustão. Luís Carlos Resnauer 2011.1

12. Gás Natural • Composição: hidrocarbonetos leves (70% CH4) • Densidade menor que 1 (mais leve que o ar) • Usos: doméstico, industrial (termoelétricas) e transporte (GNV) • Combustão: produz 30% menos CO2 que petróleo e 45% menos CO2 que carvão Luís Carlos Resnauer 2011.1

13. Vantagens e Desvantagens • Vantagens: • Baixo impacto ambiental; • Facilidade de transporte e manuseio; • Segurança • Pode ser fonte de hidrogênio para células combustíveis. • Desvantagens: • É uma fonte de energia não renovável; • Difícil de ser liquidificado • Algumas jazidas estão associadas a mercúrio. Luís Carlos Resnauer 2011.1

14. Combustíveis renováveis • Formado a partir de biomassa • Álcool – fermentação de açúcares • Fontes: cana-de-açúcar, beterraba, milho • Biodiesel – reação química entre óleo e álcool • Fontes: plantas oleaginosas (soja, mamona, pinhão manso, sebo animal, etc.) Luís Carlos Resnauer 2011.1

15. Álcool combustível (etanol) • 1ª Geração: fermentação de solução de açúcares • Menor poder calorífico que gasolina devido à presença de um átomo de oxigênio na molécula. • Anidro (99,3º) – misturado na gasolina • Hidratado (92,6º) – álcool combustível Luís Carlos Resnauer 2011.1

16. Álcool combustível (etanol) • 2ª Geração: obtido a partir da celulose • Aproveitamento de resíduos agrícolas • Hidrólise (ácida ou enzimática) da celulose, liberando açúcares. • Processo fermentativo: idêntico ao etanol de 1ª geração Luís Carlos Resnauer 2011.1

17. Vantagens e Desvantagens • Vantagens • Originário de fontes renováveis • A biomassa fixa o CO2 • Reduz a emissão de poluentes • Desvantagens • Produção depende de condições ambientais • Queima parcial produz aldeídos • Produção de álcool gera subprodutos tóxicos (vinhoto) Luís Carlos Resnauer 2011.1

18. Biodiesel • Ésteres de ácido graxos • Obtenção: reação química entre lipídios com um álcool na presença de um catalisador. • Pode ser utilizado puro (B100) ou em misturas com o diesel de petróleo (BXX) Luís Carlos Resnauer 2011.1

19. Produção de Biodiesel • Reação de transesterificação • FAME – fattyacidmethylester (éster metílico de ácido graxo) • Catalisador: ácido ou básico Luís Carlos Resnauer 2011.1

20. Vantagens e Desvantagens • Vantagens • Fonte renovável • Alto ponto de fulgor: segurança no manuseio • Diminuição na emissão de poluentes • A biomassa fixa CO2 • Desvantagens • Subproduto: glicerina (excesso) • Depende de condições ambientais • Competição com alimentos Luís Carlos Resnauer 2011.1

21. Energia Solar • Captação de energia luminosa e transformação em energia utilizável. • Aquecimento de água – aquecedores solares • Produção de eletricidade – células eletrovoltaicas Luís Carlos Resnauer 2011.1

22. Vantagens e Desvantagens • Vantagens • Pouco poluente • Fonte adequada para locais isolados • Baixa manutenção • Desvantagens • Custo de fabricação dos painéis • Custo de produção de energia elétrica • Variação na produção de energia devido a fatores ambientais Luís Carlos Resnauer 2011.1

23. Energia Eólica • Energia que provém do vento • Utilização de turbinas de vento (aerogeradores) • Parques eólicos: regiões com alta incidência de ventos. • Aerogerador: 100 m de altura • Capacidade de geração: 5 MW • 45 parques eólicos no Brasil (~ 800 MW) Luís Carlos Resnauer 2011.1

24. Vantagens e Desvantagens • Vantagens: • Fonte de energia grátis • Não poluente (poluição visual) • Baixo custo de manutenção • Desvantagens: • Custo de produção elevado • Poluição sonora e visual nas proximidades • Necessidade de ventos constantes com velocidade média Luís Carlos Resnauer 2011.1

25. Energia Nuclear • Energia liberada quando da fissão de um átomo • Einstein: massa se transforma em energia E = m.c2 • Liberação controlada de energia aquece água em sistema fechado e essa água aquece sistema de produção de vapor Luís Carlos Resnauer 2011.1

26. Energia Nuclear • Fissão do átomo de urânio pelo bombardeamento de nêutrons. • 1000 reações possíveis Luís Carlos Resnauer 2011.1

27. Vantagens e Desvantagens • Vantagens • Não empregar combustíveis fósseis • Menor área, quando comparado a hidrelétricas • Não depende de variações climáticas • Desvantagens • Produção de resíduos radioativos, que demoram muito tempo para se neutralizarem. • Acidentes provocam contaminações em grandes áreas Luís Carlos Resnauer 2011.1

28. Célula Combustível • Célula eletroquímica que converte energia química em elétrica. • Reagentes são hidrogênio (anodo) e oxigênio (catodo) • Produto: H2O • Conversão: > 90% Luís Carlos Resnauer 2011.1

29. Célula Combustível • Células PEM (protonexchangemembrane) – baixa temperatura (< 250 ºC) • Membrana polimérica que transporta prótons Luís Carlos Resnauer 2011.1

30. Vantagens e Desvantagens • Vantagens • Conversão > 90% da energia do combustível • Produção pode ser feita junto ao consumidor • Produção de vapor quente (co-geração) • Baixa emissão, silencioso • Desvantagens • Hidrogênio não é fonte primária de energia • Alto consumo de energia para produção de H2 • Alto custo de catalisadores • Elevada pureza da fonte de hidrogênio Luís Carlos Resnauer 2011.1