Donato Aranda

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Donato Aranda

  1. 1. O Futuro da Produção do Biodiesel Prof. Donato Aranda, Lab Tecnologias Verdes, Greentec Escola de Química/UFRJ Rio de Janeiro-BRASIL Curitiba, Outubro, 2009
  2. 2. 85 milhões barris/dia 31 bilhões barris/ano 5 trilhões de L/ano Fora isso: Carvão e Gás… Exploração de Petróleo na Terra Alguém pode esperar que isso não mude nada no planeta ???? O pré-sal ajuda ou atrapalha ???
  3. 3. Demanda Energética
  4. 4. Brasil
  5. 9. Não podemos nos esquecer dessas curvas quando falamos do pré-sal !!!
  6. 10. MATRIZ ENERGÉTICA ATUAL
  7. 11. Matriz Energética Futura (EPE) Renováveis no Brasil: 45% Mundo: 13% Europa: 5% 12 Bilhões de Litros/ano
  8. 12. Petrodiesel: SOx, CO, PM Emissions CH 3 -(CH 2 ) n -C O CH 3 O Biodiesel: Dramatic Reduction of Emissions + O 2 CO 2 + H 2 O + SOx + CO + MP + Arom. + O 2 + O 2 CO 2 + H 2 O More Oxidation, more complete oxidation
  9. 13. BIODIESEL MELHORA LUBRICIDADE DO S50 Marta Souza, Luana Neves, Kátia Cavalcanti, Álvaro Barreto e D. Aranda 3º. Congresso RBTB, Brasília - 2009
  10. 14. Particulados, Fuligem Não podemos nos esquecer disso quando falamos do pré-sal !!!
  11. 15. <ul><li>O National Renewable Energy Laboratory (NREL), vinculado ao Governo dos EUA, fez simulações computacionais do impacto sobre a toxicidade do ar, do uso de uma mescla B20 na frota de veículos pesados </li></ul><ul><li>para as grandes regiões metropolitanas do Sul da Califórnia. </li></ul><ul><li>Foram considerados dois cenários: Um com uso de B20 por 100 % da frota de veículos pesados; outro com 50 % de uso de B20 pela mesma frota. </li></ul>
  12. 16. <ul><li>Desta forma, os autores estimaram que o uso da mescla B20 impactaria em uma redução de 2 % e 5% nos riscos de morte prematura pela exposição a toxicidade do ar na área de estudo para os cenários em que fosse utilizado por 50% e 100% da frota de veículos pesados diesel, respectivamente. </li></ul>
  13. 17. B20 decreases 12% particulate emissions. Impact in S. Paulo city: 350 avoided deaths/year
  14. 18. PROGRAMA BRASILEIRO DE BIODIESEL <ul><li>B2 mandatory at Jan/2008 (850,000 ton/year) </li></ul><ul><li>B3 mandatory at Jul/2008 (1,300,000 ton/year) </li></ul><ul><li>B4 mandatory at Jul/2009 (1,800,00 ton/year) </li></ul><ul><li>B5 mandatory at Jan/2010 (2013, originaly) </li></ul><ul><li>64 biodiesel plants working (> 3,000,000 ton/year, capacity) </li></ul><ul><li>35,000 gas stations providing B4 </li></ul><ul><li>Some transportation companies using B20,B30 (More than 2,000 buses) </li></ul>B5 em Janeiro/2010 B20 em regiões metropolitanas B100 nas regiões Centro-Norte
  15. 19. Como acelerar esse crescimento do biodiesel ? Novas Tecnologias com menor custo operacional Matérias-Primas mais baratas Novas Tecnologias e usos de matérias-primas mais baratas Ampliar o uso do Biodiesel em áreas específicas
  16. 20. Rede Elétrica Brasileira Região Centro-Norte B100 para setor agrícola e elétrico
  17. 21. * NREL (USA) http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24089.pdf
  18. 22. *Ref: Lor, E.E.S. et al, World Bioenergy http://www.svebio.se/attachments/33/295.pdf
  19. 23. Matéria-Prima Palma: Custo de Produção – US$ 44 por barril O Pará possui cerca de 20 milhões de ha degradados A produção de palma em metade das áreas degradadas do Pará abasteceria o Brasil inteiro de B100 Outras palmáceas nativas devem ser apoiadas !!
  20. 24. ALGAS ?
  21. 25. ALGAS ? 45 ha Spirulina cultivation, Hawaii (USA) Spirulina cultivation, California (USA)
  22. 26. ALGAS ? Principais Espécies: Dunaliela Salinas and Botryococcus. Brownii Custos elevados na colheita e extração
  23. 27. EXXON-MOBIL e as algas US$ 600 milhões Algas modificadas geneticamente que expelem todo o óleo produzido Evitam-se custos com a etapa de colheita e extração Óleo algal segue para a superfície sendo separado por decantação ou centrifugação Principal Parceiro tecnológico: Synthetic Genomics (Craig Venter) MCT está fazendo sua parte apoiando vários projetos em rede Outra forma de acelerar o advento das algas como matéria-prima economicamente viável para biodiesel: Co-produtos.
  24. 28. Triglyceride Biodiesel FA FA FA FA Alcohol Glycerol Transesterificação Feedstock acidity have to be very low ! FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol
  25. 29. Transesterification vs. Saponification
  26. 30. OIL REFINING, PRE-TREATMENT BEFORE TRANSESTERIFICATION M1 C1 M2 R2 Óleo vegetal Vapor Ácido fosfórico Soda Cáustica Vapor Óleo Neutralizado Soap Stock C2 M3 R3 Vapor Vapor H 2 O quente Óleo Úmido Sabão Óleo Seco Óleo Seco C3 Gordura animal Vapor Vapor Gordura neutra Ácido graxo destilado D1 R1 VS
  27. 31. M4 MeOH e MeONa Óleo Seco Vapor Vapor R4 D2 R5 D3 MeOH e MeONa Glicerina Glicerina Biodiesel Biodiesel M5 H 2 O e água quente acidulada D4 Glicerina M6 H 2 O quente D5 H 2 O Biodiesel Biodiesel úmido Biodiesel Seco Biodiesel Seco M7 C3 R6 M8 R7 E1 Ácido clorídrico Soda Cáustica Soap Stock Glicerina M9 Glicerina Oleína (ácido sulfúrico) H 2 O e MeOH C4 H 2 O MeOH SV
  28. 32. M1 C1 M2 R2 Óleo vegetal Vapor Acido fosfórico Soda Cáustica Vapor Óleo Neutralizado Soap Stock C2 M3 R3 Vapor Vapor H 2 O quente Óleo umido Sabão Óleo Seco M4 MeOH e MeONa Óleo Seco Vapor Vapor R4 D2 R5 D3 MeOH e MeONa Glicerina Glicerina Biodiesel Biodiesel M5 H 2 O quente e ácido cítrico D4 Glicerina M6 H 2 O quente D5 H 2 O Biodiesel Biodiesel umido Biodiesel Seco Biodiesel Seco M7 C3 R6 M8 R7 E1 Ácido clorídrico Soda Cáustica Soap Stock Glicerina M9 Glicerina Oleína (ácido sulfúrico) H 2 O e MeOH C4 H 2 O MeOH Feedstock pre-treatment Biodiesel separation and purification Glycerol separation and purification Biodiesel Production Transesterificação R1 VS SV
  29. 33. Rota Etílica Dificuldades: Reação mais lenta Etanol (mesmo anidro) possui mais de 50 vezes mais água que o metanol Mais sabões, separação mais difícil Recuperação do excesso de etanol – Coluna azeotrópica Solução Presente: Fertibom (Catanduva-SP) Já entregou mais de 50 milhões de litros de biodiesel etílico Capacidade autorizada: 50,4 milhões L/ano Soja, sebo, amendoim e algodão
  30. 34. CATÁLISE HETEROGÊNEA Processo Mais Limpo Sabão zero Alta Seletividade Reuso do catalisador Biodiesel mais puro Glicerol pharma (99% contra 75-80%)
  31. 35. FÁBRICA DA AGROPALMA Patent: D. A. G. Aranda et al; PI0301103-8, 2003. D. A. G. Aranda et al, WO2004096962, 2004.
  32. 36. Fatty Acids Esterification (AGROPALMA) Industrial Hydrolysis (Known Process) Por que não integrar os dois processos ??? +
  33. 37. Triglyceride Fatty Acid FA FA + FA FA Water Glycerol Hidroesterificação + 3 G H 2 O G 3 FA A FA A H 2 O + Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water (No acidity restriction in feedstock) Complete transformation of fatty material
  34. 38. Fatty Material Steam Glycerol And water c1 Steam e Glycerol water c2 Biodiesel Methanol Ethanol water Fatty material Teses UFRJ: Jussara Araújo, Layla Leão, Luana Leão e Ana Encarnação
  35. 39. H 2 O FA A FA A + Fatty acid Alcohol Biodiesel water
  36. 40. Hidroesterificação: Gorduras de frango, suíno, óleo de fritura
  37. 41. Hidroesterificação: Qualquer óleo ácido, qualquer gordura ácida
  38. 42. Impacto do custo da M. Prima no EBITDA (US$ MM) Margin/L
  39. 43. Margin/L NPV (US$ MM)
  40. 44. Margin/L Payback (years)
  41. 45. BIO-BASED PRODUCTS <ul><li>Hidroesterificação produz glicerol food </li></ul><ul><li>grade , apto para produzir... </li></ul><ul><li>Ésteres alimentícios (mono and di-glicerideos) </li></ul><ul><li>Glicerol + Álcoois -> Éteres (Mota, C, Aranda and </li></ul><ul><li>Antunes - Petrobras) </li></ul><ul><li>Plásticos de Glycerol (Apesteguia et al) </li></ul><ul><li>Hidrogênio da Reforma de Glicerol (baixa temp. </li></ul><ul><li>, baixa conc. de CO),Dumesic et al, Apesteguia et al, </li></ul><ul><li>Fornasiero et al. </li></ul>
  42. 46. BIO-BASED PRODUCTS <ul><li>H 2 + Fatty acids -> Ácido Esteárico </li></ul><ul><li>(processo conhecido, baixa pressão) </li></ul><ul><li>H 2 + Fatty acids -> Hidrocarbonetos </li></ul><ul><li>(Neste Oil, Turku Univ, Média pressão) </li></ul><ul><li>H 2 + Fatty acids -> Álcoois Graxos </li></ul><ul><li>(processo conhecido, alta pressão) </li></ul>
  43. 47. Ácido Graxo Glicerina Aquosa Ácidos Graxos Destilados Glicerina Pharma Hidrogênio Níquel Ácido Esteárico Açúcares Níquel / H2 Oleatos, Estearatos e Palmitatos de Sorbitan Níquel / H 2 Alcoóis Graxos Pt-Cr / H 2 Hidrocarboneto Grau Alimentício Pd / H 2 BIOREFINARIA Hidrólise de Óleos e Gorduras Shampoo Condicionador Cosméticos Embalagens Alimentícias Lubrificantes Tintas Pneus
  44. 48. Ácido Graxo Glicerina Aquosa Metil ou Etil Éster (Biodiesel) Metil Éster C16 Hidrogenado Níquel / H 2 MES (Metil Éster Sulfonado) Hidrólise de Óleos e Gorduras Metil Éster C18 Metil Éster C16 SO 3 MeOH / EtOH Glicerina Pharma H2 Poliól Graxo Poliuretanas Di-isocianatos Hidratação
  45. 49. Cana de Açúcar para Biodiesel ? Tecnologia LS9 Vinod Khosla, P & G, Chevron
  46. 50. CATALYTIC PYROLYSIS Biocombustível de segunda geração: hidrocarbonetos, Paulo Suarez (Revista BiodieselBR)
  47. 51. CONCLUSÕES <ul><li>O PNPB deve ser ampliado com o pré-sal </li></ul>As palmáceas devem ser priorizadas Gorduras ácidas hoje excluídas serão já utilizadas a partir de 2010. Etanol: uso amplificado 2012-2013: biodiesel de cana, grande escala Maiores margens e retornos financeiros para projetos de oleoquímica/biorefinarias
  48. 52. <ul><li>Postdocs : Luciana Camacho, Neyda Om, Yordanka Reyes </li></ul><ul><li>Ph D : Gisel Chenard, Angel Amarales, Jose Sotolongo , Rosana Amorim, Chaline Detoni, Marcelo Tondello, Elisa Cruz, Anderson Kurunczi, Jussara Goncalves, Carla Pereira. Ana Paula Duarte, Luciana Rios, Laura Valente, Rodolfo Salazar, Cristiane Mesquita, Vivian Vicentini </li></ul><ul><li>M Sc : Michelle Gomes, Priscila Henriques, Leonardi Almeida, Margarida Castello, Kevin Buchner </li></ul><ul><li>Pesquisadores : Ana Encarnação, Luana Leão, Nélder Galvão, Alex Constantino, Cláudia Carvalho, Robson Monteiro, Leôncio Diógenes </li></ul>Empresas : Petrobras, Agropalma, BASF e Evonik-Degussa
  49. 53. Obrigado ! www.greentec-ufrj.com www.biodieselbr.com/blog/donato/ “ God causes all things to work together for good to those who love Him” ( Rm 8,28)

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