BCE_Bio_Comb

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
Disciplina de Bases Conceituais da Energia
Fotossíntese e Biocombustíveis
Reação por meio da qual parte da energia solar incidente em uma planta, alga
ou bactéria é convertida em energia química.
Essa energia fica disponível em carboidratos, utilizando como reagentes gás
carbônico e água e tendo como produto residual o oxigênio.
Seres vivos que realizam fotossíntese são chamados autótrofos, por serem
capazes de produzirem o próprio “alimento”.
FOTOSSÍNTESE
Para absorverem a luz, as plantas utilizam pigmentos presentes em suas
células, sendo a clorofila o mais importante deles. Curiosamente, a clorofila
absorve principalmente as componentes violeta e vermelho do espectro visível,
refletindo a luz verde.
Mecanismo de absorção de luz pelas plantas
A presença de muitos pigmentos auxiliares, como os carotenos, pode mascarar
a presença de clorofila e dar às folhas outras colorações além do verde. Da
mesma forma, mudanças sazonais nas concentrações de clorofila acarretam
mudança de coloração.
fisiologiavegetalporhilde.blogspot.
com
Tipos de clorofila
A maioria das plantas apresenta dois tipos de clorofila, a e b, cada uma com
um espectro de absorção característico, mas ambas com picos no violeta e no
vermelho.
http://www.aquaflux.com.br
Na fotossíntese de plantas verdes, elétrons da molécula de clorofila
absorvem a energia incidente, ficando assim excitados e se desligando
temporariamente da molécula de clorofila.
A energia adicional absorvida pelos elétrons não é liberada diretamente na
forma de fótons, mas sim transferida a outras substâncias, através de um
sofisticado sistema de transporte.
Por isso, dizemos que a energia luminosa captada é transformada em
energia química.
Pode-se dizer que, a partir da energia solar incidente, a fotossíntese permite à
planta produzir carboidratos (geralmente glicose) e oxigênio utilizando água e
gás carbônico.
Essência energética da fotossíntese nas plantas verdes
CO2 + H2O + energia luminosa O2 + carboidratos 
Energia química
Importante: os pigmentos, como a clorofila, agem como catalisadores,
permitindo às plantas criar açúcares e amidos a partir do CO2 no ar.
A reação da fotossíntese é endotérmica e tem eficiência energética próxima de
1% para as melhores culturas energéticas (há relatos de eficiência de 8% para a
cana de açúcar, em condições laboratoriais).
Detalhando a equação da fotossíntese
Fonte: Site Not 1
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ~ 1% 
A fotossíntese acontece em duas etapas, sendo uma
delas chamada
fase clara (ou fotoquímica)
fase escura (ou química)
Não acontece só no escuro, mas acontece
independentemente da presença da luz.
Fases da fotossíntese
Os acontecimentos essenciais da fotossíntese são:
• absorção de fótons de luz pela clorofila
• fotólise da água
• redução de um aceitador de elétrons chamado NADP,
que se transforma em outra substância chamada NADPH2
• a formação de outra substância energética chamada ATP
• a síntese dos carboidratos (geralmente glicose)
Fases da fotossíntese
A fotossíntese, nas plantas, ocorre no interior dos cloroplastos, organelas das
células vegetais nas quais estão as moléculas de clorofila.
Embora todas as células das partes verdes da planta tenham cloroplastos, a
absorção se dá principalmente nas folhas, nas quais pode haver entre 400 e
800 mil cloroplastos por mm2.
Em que local da planta ocorre a fotossíntese?
Fonte: FiocruzFonte: Site Not 1
http://salabioquimica.blogspot.com.br
Vista em corte do cloroplasto
fase clara
fase escura
O processo reverso da fotossíntese chama-se respiração.
Ocorre nas folhas e raízes dos vegetais e nos animais, assim como na matéria
orgânica em decomposição. A reação química correspondente é:
O2 + carboidratos CO2 + H2O + calor
CO2 + H2O + energia luminosa O2 + carboidratos 
Respiração:
Fotossíntese:
Note que a concentração de CO2 atmosférico pode variar entre o dia e 
a noite e mesmo de acordo com as estações do ano.
Respiração vs. fotossíntese
Ponto de 
compensação 
fótico
1) Na fase clara, ocorre, basicamente:
• a fotólise da água ou “quebra” de seus componentes, sendo o oxigênio
liberado e o hidrogênio absorvido pelo NADP, que se torna o NADPH2. Note
que o oxigênio liberado vem da quebra da água e não do CO2.
• sintetização do ATP (substância rica em energia a ser utilizada pelo próprio
cloroplasto no processo da fotossíntese), a partir do ADP e fosfato.
Destrinchando as fases da fotossíntese
FASE CLARA
Fotofosforilação – produção de ATP a partir do ADP e fosfato envolve a
liberação de elétrons pela clorofila (estimulados pelos fótons).
O transporte desses elétrons é feito ao longo de uma cadeia complexa
Elétrons cedem energia a outras substâncias e são absorvidos novamente por
moléculas de clorofila.
Energia liberada pelos elétrons para retornarem ao estado inicial é utilizada pela
planta na síntese do ATP.
FASE CLARA
Destrinchando as fases da fotossíntese
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Quando os elétrons retornam a clorofilas
do mesmo tipo da qual saíram, a
fotofosforilação é chamada cíclica.
Nesse processo forma-se apenas o ATP.
FASE CLARA
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E, quando os elétrons retornam a clorofilas de um tipo diferente
do qual saíram, a fotofosforilação é chamada acíclica. Nesse
processo, além do ADP, forma-se também o NADPH2.
FASE CLARA
2) Na fase escura, ocorre, basicamente:
• planta produz os carboidratos, utilizando-se da energia do ATP e da
capacidade redutiva do NADPH2, o qual reduz o CO2 até a formação do
carboidrato.
• a partir do ATP e do NADPH2 formados na fase luminosa e do CO2 que a
planta absorveu e o que produziu na sua própria respiração,
• reação é endotérmica, por isso necessita da energia proveniente do ATP
produzido na fase clara.
FASE ESCURA
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Síntese da fotossíntese
BIOMASSA
A energia da biomassa é aquela derivada de matéria viva como:
• grãos
• as árvores e plantas aquáticas e terrestres
• resíduos agrícolas e florestais (incluindo restos de colheitas e e estrumes)
• resíduos sólidos municipais.
A energia da biomassa pode ser descrita como energia solar armazenada na
forma de energia química, através do processo da fotossíntese.
Pode ser utilizada como combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos.
Existem 3 tipos de processos de conversão da energia da biomassa em 
outras formas de energia (geralmente calor). São eles:
1) Processos bioquímicos: quando há decomposição de matéria orgânica
em uma atmosfera deficiente em O2. Como exemplo, temos a produção
do gás metano (CH4 – digestão anaeróbica) e a fermentação controlada
para a produção de etanol e metanol.
Processos de utilização da energia da biomassa
2) Combustão direta: queima de biomassa para produzir calor. Por
exemplo, para aquecer um ambiente ou para produzir eletricidade em
uma usina termoelétrica.
3) Pirólise: decomposição térmica de resíduos orgânicos em um gás ou
líquido sob altas temperaturas, em atmosfera deficiente em O2.
Biocombustíveis obtidos por fermentação 
1) Etanol
C2H5OH 
Obs: a fermentação para a produção de bebidas alcoólicas data de 4000 
anos a.C. Os egípcios faziam cerveja com grãos e uva.
Obtido a partir de grãos (milho), cana de açúcar, madeira, beterraba, centeio, 
etc...
O etanol da cana é o que demanda menos energia no plantio/colheita.
O de milho é questionável do ponto de vista energético, pois acredita-se que
sua cultura pode consumir mais energia do que ele poderá disponibilizar.
http://www.usinasaofernando.com.br/upload/fotos/att/02952010_134135.jpg
USINA DE ÁLCOOL
Afogador em carros antigos
BAGAÇO DE CANA
2) Metanol
CH3OH
Pode ser obtido a partir de qualquer material que contenha
carbono.
Geralmente é obtido a partir da destilação da madeira.
Pode também ser obtido a partir do carvão ou gás natural.
É utilizado em carros de corrida.
É o “fogo que arde sem se ver”, já que não emite chamas quando
entra em combustão.
Obtidoa partir de óleos vegetais em geral, como o de soja.
A goma e a glicerina do óleo são removidas, formando um combustível com
propriedades semelhantes ao diesel – daí o nome.
O biodiesel produz aproximadamente 3 unidades energia/ 1 unid. comb. fóssil
consumida na produção.
É praticamente livre de enxofre e biodegradável.
Biodiesel
O biodiesel pode ser obtido a partir de:
• Óleo de soja (1º lugar no BR)
• Óleo de canola
• Óleo de colza
• Óleo de mamona
• Óleo de algodão (cerca de 4% da produção no BR)
• Óleo de dendê
• Pinhão manso
• Óleo de crambe
• Sebo bovino (2° lugar no BR)
• Óleo residual de frituras
• Eles não estariam concorrendo com os alimentos?
• A quantidade de energia de origem fóssil utilizada em 
sua produção não seria até mesmo maior que a 
energia “limpa” desses combustíveis?
Questões principais envolvendo os biocombustíveis:
Exercício resolvido:
Em uma plantação de cana-de-açúcar no interior do Estado de São Paulo, a
produtividade é de 80 t/ha, com tempo de colheita de 12 meses. O valor
energético dessa cana é de 1.718 kcal/kg*. Nessa localidade, a irradiação
solar média é de 5,0 kWh/m2/dia e a área plantada ocupa 290 ha. Determine,
em porcentagem, a eficiência de conversão da energia solar em energia de
biomassa nessa fazenda.
Dados: 1 ano = 365 dias; 1 cal = 4,184 J.
* https://www.novacana.com/estudos/a-cana-de-acucar-como-fonte-de-energia-eletrica-241013/