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O Futuro da Produção  do Biodiesel   Prof. Donato Aranda, Lab Tecnologias Verdes, Greentec Escola de Química/UFRJ Rio de Janeiro-BRASIL Curitiba, Outubro, 2009
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 ???
Demanda Energética
Brasil
 
 
 
 
Não podemos nos esquecer dessas curvas quando falamos do pré-sal !!!
MATRIZ ENERGÉTICA ATUAL
Matriz Energética Futura (EPE) Renováveis no Brasil: 45% Mundo: 13% Europa: 5% 12 Bilhões de Litros/ano
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
BIODIESEL MELHORA  LUBRICIDADE DO S50 Marta Souza, Luana Neves, Kátia Cavalcanti, Álvaro Barreto e D. Aranda 3º. Congresso RBTB, Brasília - 2009
Particulados, Fuligem Não podemos nos esquecer disso quando falamos do pré-sal !!!
[object Object],[object Object],[object Object]
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B20  decreases  12% particulate emissions.  Impact in S. Paulo city: 350 avoided deaths/year
PROGRAMA BRASILEIRO DE BIODIESEL ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],B5 em Janeiro/2010 B20 em regiões metropolitanas B100 nas regiões Centro-Norte
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
Rede Elétrica Brasileira Região Centro-Norte  B100 para setor agrícola e elétrico
* NREL (USA)  http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24089.pdf
*Ref: Lor, E.E.S. et al, World Bioenergy  http://www.svebio.se/attachments/33/295.pdf
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 !!
ALGAS ?
ALGAS ? 45 ha  Spirulina  cultivation, Hawaii (USA) Spirulina  cultivation, California (USA)
ALGAS ?  Principais Espécies: Dunaliela Salinas and Botryococcus. Brownii Custos elevados na colheita e extração
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.
Triglyceride Biodiesel FA FA FA FA Alcohol Glycerol Transesterificação Feedstock acidity have to be very low ! FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol
Transesterification vs. Saponification
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
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
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
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
CATÁLISE HETEROGÊNEA Processo Mais Limpo Sabão zero Alta Seletividade Reuso do catalisador Biodiesel mais puro Glicerol pharma (99% contra 75-80%)
FÁBRICA DA AGROPALMA Patent: D. A. G. Aranda et al; PI0301103-8, 2003.  D. A. G. Aranda et al, WO2004096962, 2004.
Fatty  Acids Esterification (AGROPALMA) Industrial  Hydrolysis (Known Process) Por que não integrar os dois processos ??? +
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
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
H 2 O FA A FA A + Fatty acid  Alcohol  Biodiesel  water
Hidroesterificação: Gorduras de frango, suíno, óleo de fritura
Hidroesterificação: Qualquer óleo ácido, qualquer gordura ácida
Impacto do custo da M. Prima no EBITDA (US$ MM) Margin/L
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BIO-BASED PRODUCTS ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
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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
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
Cana de Açúcar para Biodiesel ? Tecnologia LS9 Vinod Khosla, P & G, Chevron
CATALYTIC PYROLYSIS Biocombustível de segunda geração: hidrocarbonetos, Paulo Suarez (Revista BiodieselBR)
CONCLUSÕES ,[object Object],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
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Empresas : Petrobras, Agropalma, BASF e Evonik-Degussa
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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Donato Aranda

  • 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. 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 ???
  • 5.  
  • 6.  
  • 7.  
  • 8.  
  • 9. Não podemos nos esquecer dessas curvas quando falamos do pré-sal !!!
  • 11. Matriz Energética Futura (EPE) Renováveis no Brasil: 45% Mundo: 13% Europa: 5% 12 Bilhões de Litros/ano
  • 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
  • 13. BIODIESEL MELHORA LUBRICIDADE DO S50 Marta Souza, Luana Neves, Kátia Cavalcanti, Álvaro Barreto e D. Aranda 3º. Congresso RBTB, Brasília - 2009
  • 14. Particulados, Fuligem Não podemos nos esquecer disso quando falamos do pré-sal !!!
  • 15.
  • 16.
  • 17. B20 decreases 12% particulate emissions. Impact in S. Paulo city: 350 avoided deaths/year
  • 18.
  • 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
  • 20. Rede Elétrica Brasileira Região Centro-Norte B100 para setor agrícola e elétrico
  • 21. * NREL (USA) http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24089.pdf
  • 22. *Ref: Lor, E.E.S. et al, World Bioenergy http://www.svebio.se/attachments/33/295.pdf
  • 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 !!
  • 25. ALGAS ? 45 ha Spirulina cultivation, Hawaii (USA) Spirulina cultivation, California (USA)
  • 26. ALGAS ? Principais Espécies: Dunaliela Salinas and Botryococcus. Brownii Custos elevados na colheita e extração
  • 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.
  • 28. Triglyceride Biodiesel FA FA FA FA Alcohol Glycerol Transesterificação Feedstock acidity have to be very low ! FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 34. CATÁLISE HETEROGÊNEA Processo Mais Limpo Sabão zero Alta Seletividade Reuso do catalisador Biodiesel mais puro Glicerol pharma (99% contra 75-80%)
  • 35. FÁBRICA DA AGROPALMA Patent: D. A. G. Aranda et al; PI0301103-8, 2003. D. A. G. Aranda et al, WO2004096962, 2004.
  • 36. Fatty Acids Esterification (AGROPALMA) Industrial Hydrolysis (Known Process) Por que não integrar os dois processos ??? +
  • 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
  • 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
  • 39. H 2 O FA A FA A + Fatty acid Alcohol Biodiesel water
  • 40. Hidroesterificação: Gorduras de frango, suíno, óleo de fritura
  • 41. Hidroesterificação: Qualquer óleo ácido, qualquer gordura ácida
  • 42. Impacto do custo da M. Prima no EBITDA (US$ MM) Margin/L
  • 45.
  • 46.
  • 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
  • 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
  • 49. Cana de Açúcar para Biodiesel ? Tecnologia LS9 Vinod Khosla, P & G, Chevron
  • 50. CATALYTIC PYROLYSIS Biocombustível de segunda geração: hidrocarbonetos, Paulo Suarez (Revista BiodieselBR)
  • 51.
  • 52.
  • 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)