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4-BioProcessosBasicos

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PROCESSOS BÁSICOS 
DE CONVERSÃO DA 
BIOMASSA
Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro
Dept. Engenharia Mecânica da UFMG
Março 2012
Uso da Biomassa
Uso da Biomassa Uso da Biomassa
Uso da Biomassa Uso da Biomassa
Conversão e Uso dos BioCombustíveis
• Conversão Termoquímica:
• Combustão Residencial: Cocção e Aquecimento
Industrial: Calor, Vapor, Eletricidade
• Gaseificação: Eletricidade, Calor 
(hidrocarbonetos, metanol, hidrogênio - por 
processamento posterior)
• Pirólise: Carvão vegetal, bio-óleos
(químicos por processamento posterior)
• Conversão Bioquímica:
• Hidrólise / Fermentação: Etanol
• Digestão Anaeróbica: Biogás (metano)
• Conversão Mecânica:
• Extração: Óleos Vegetais (Biodiesel por processamento)
Pirólise da Biomassa
Pirólise é aquecer a biomassa em uma atmosfera isenta de 
oxigênio. Os produtos da pirólise são carbono fixo (carvão 
vegetal), bio-óleos e gás combustível (CH4, CO, H2).
Produtos da Pirólise
Pirólise Rápida
Bio-óleo
Pirólise Lenta
Carvão Vegetal
Carvão Vegetal 12%
Bio-óleo 75%
Gás 13%
Carvão Vegetal 35%
Bio-óleo 30%
Gás 35%
Carvão Vegetal - Tecnologia
Forno Meda Forno Rabo-Quente
Carvão Vegetal - Tecnologia
Forno DPC Retorta Lambiotte (Carboval)
Bio-óleo – Princípio
Bio-óleo – Etapas Bio-óleo – Propriedades
Bio-óleo Óleo 1 (BPF)
Umidade (% massa)
Ph
Peso Específico
5 – 30
2,5
1,2
~ 0
0,8
Análise Elementar
C
H
O
N
Cinzas
56,4
6,2
37,3
0,1
0,1
86 – 87
13 - 14
Poder Calorífico (kJ/kg)
Viscosidade (cSt)
16.000 – 19.000*
25 - 100
40.000
1,5 - 30
* 25% de Umidade
Gaseificação da Biomassa
Pela Gaseificação (Combustão com falta de ar) a biomassa é
transformada em um combustível gasoso que pode ser utilizado por 
diversos sistemas para a produção de calor e potência.
Combustão Gaseificação
C + O2 -> CO2
H2 + O2 -> H2O
CO2 + C -> 2CO
H2O + C -> CO + H2
Gaseificação - Princípios
IGCC – Integrated Gaseification Combined Cycle
Combustão
Oxidação dos componentes voláteis e do carbono residual
Combustão
Combustão da Biomassa nos países industrializados: 
Disponível comercialmente de 5kWth até 550 MWth
Combustão
Aquecimento Novas Instalações a Biocombustível
Fornalha separada com aquecimento elétrico Fornalha para combustível sólido
Fornalha separada com caldeira aquatubular 1) Fornalha com acumulador
2) Queima de pellets na caldeira
3) Stoker inferior para chips ou pellets
Potência 50 – 200 kW 1) Stoker inferior para chips ou pellets
2) Queimador de pellets auxiliar na caldeira
Potência 200 – 500 kW 1) Stoker inferior para chips, pellets ou briquettes
2) Queimador de pellets auxiliar na caldeira
3) Fornalha de grelha fixa para chips, pellets ou
briquettes
Potência 500 – 1000 kW 1) Stoker inferior para chips, pellets ou briquettes
2) Fornalha de grelha fixa para chips, pellets ou
briquettes
3) Fornalha de grelha móvel para chips, pellets ou
briquettes
Potência 1000 – 2000 kW 1) Fornalha de grelha móvel para chips, toras ou
briquettes
2) Stoker inferior para chips, toras ou briquettes
Potência > 5000 kW 1) Fornalha de grelha móvel para chips ou toras
2) Leito Fluidizado
Lareiras
Câmara de Ar Catalisador Combustão em 2 Estágios
Potência: 4 - 12 kW
Aquecedor a Pellets
1) Entrada de combustível
2) Depósito de combustível
3) Sistema de Alimentação
4) Dosador de combustível
5) Ventilador ar de combustão
6) Trocador de calor
7) Ventilador do ar aquecido
8) Cinzeiro
9) Controle de entrada de ar
10) Tubulação Gases Quentes
Potência: 15 - 50 kW
Lareira Doméstica
Potência: 15 - 50 kW
Queimador de Pellets
Potência: 10 - 500 kW
Queimador de Grelha
Alimentação por Baixo:
Potência: 50 - 2000 kW
Alimentação por Cima:
Potência: 500 - 10.000 kW
Leito Fluidizado
Potência: 5 - 100 MW
Central de Incineração de Resíduos Urbanos
BioCombustíveis
Bio-combustíveis de Primeira Geração:
• bioetanol
• biodiesel
Produzidos a partir de: cana de açúcar e sementes oleoginosas
Bio-combustíveis de Segunda Geração:
Produzidos a partir da lignocelulose, i.e. de todos tipos de plantas: 
madeira e diversos resíduos. 
- Rota Termoquímica: Gaseificação em Syngas e síntese de 
combustíveis (usa lignina, celulose e hemicelulose).
- Rota Bioquímica: Conversão da Celulose e da hemicelulose em 
açúcares, e fermentação em álcool.
Grande produtividade por hectare. Oportunidade de grande escala.
Possível de serem produzidos nos países frios.
BioCombustíveis – Princípios de Conversão
BioCombustíveis – Princípios de Conversão BioCombustíveis – Processos de Produção
Gaseificação + FT BioDigestão
Decomposição de matéria orgânica por bactérias anaeróbicas em um 
ambiente isento de oxigênio
O digestor anaeróbico é um reator que limita o acesso de oxigênio, 
permitindo a geração de metano e CO2 pelas bactérias.
O Biogás pode ser queimado como combustível para produzir eletricidade.
Fermentação
Diferentemente das outras fontes renováveis, a biomassa pode ser 
convertida diretamente em combustível líquido para uso veículos de 
transporte.
Os dois tipos mais comuns de biocombustíveis são o etanol e o 
biodiesel.
O etanol é um álcool criado pela fermentação de biomassa com alto teor 
de carboidratos. Ele pode ser utilizado como aditivo da gasolina para 
diminuir a emissão de CO e outras emissões.
O Biodiesel é produzido combinando álcool com óleos vegetais, gordura 
animal ou óleos de cozinha reciclados.
Resumo
Análise do Ciclo de Vida de Emissões
Resumo
Emissões do Ciclo de Vida de Algumas Tecnologias (g/kWh)
Tecnologia CO2 SO2 NOx
Carvão Mineral
Gas CCGT
955
466
11,8
0,0
4,3
0,5
BioEnergia
 Palha – Ciclo de Vapor
 Resíduos Florestais – Ciclo de Vapor
 Resíduos Florestais – Gaseificação
 Resíduos de granja – Gaseificação
 Esterco – Digestão Anaeróbica
 Gas de Aterro sanitário
 Gas de Esgoto
 Incineração MSW
13
29
24
8
31
49
4
364
0,88
0,11
0,06
1,67
1,12
0,34
1,13
2,54
1,55
1,95
0,57
2,68
2,38
2,60
2,10
3,30
Resumo
• Biomassa / biocombustível possui uma grande aplicação e potencial:
• Aquecimento
• Eletricidade
• Combustível para transporte
• Produtos Químicos
• O uso sustentável da biomassa não produz emissão líquida de CO2
Resumo