Energia de Biomassa: Hidráulica e Biodiesel

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EAMi16 – Energia hidráulica e 
biomassa
Dr. Rafael Balbino Cardoso
e-mail: cardosorb@unifei.edu.br
1º semestre de 2013
Introdução à Energia de Biomassa
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
2
�Sistemas bioenergéticos no Brasil:
�Biocombustíveis automotivos (etanol e biodiesel)
�Geração elétrica (lenha, bagaço, etc)
�Produção de aço usando carvão vegetal de reflorestamento
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Fotossíntese:
�Água + CO2 O2 + Água + Glicose
�Plantas com ciclos C-3 e C-4 (C-4 são mais eficientes em fixação solar).
�Eficiência média < 2%.
ENERGIA DE BIOMASSA
Luz
4
�Presença da bioenergia no Brasil:
ENERGIA DE BIOMASSA
Fonte: BEN/MME, 2004
5
� Geração de energia elétrica – Ciclo Rankine:
ENERGIA DE BIOMASSA
Descreve o processo de operação de máquinas a vapor. É o ciclo de potência 
cuja a fonte de energia provém da queima de um combustível em uma caldeira.
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� Geração de energia elétrica – Ciclo Brayton:
ENERGIA DE BIOMASSA
7
� Geração de energia elétrica – Ciclo Combinado (mais eficiente):
ENERGIA DE BIOMASSA
8
�Demanda de bioenergia no Brasil:
ENERGIA DE BIOMASSA
0
10000
20000
30000
40000
50000
1985 1989 1993 1997 2001
1000 tep Etanol
Carvão vegetal
Subprodutos indust.
Bagaço
Lenha
0 %
2 0 %
4 0 %
6 0 %
8 0 %
1 0 0 %
1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0
M o d e rn B i o m a s s / T o t a l B i o m a s s
B i o m a s s s h a r e in t o t a l e n e rg y d e m a n d
Biocombustíveis estão se 
tornando mais “modernos” 
e diversificados 
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�Bioenergia - Álcool:
ENERGIA DE BIOMASSA
C AN A -D E -
AÇ Ú C A R
É
P U R A
E N E R G IA
1 T C A N A
AÇ Ú C ARE S 
1 5 3 K G
BAG AÇ O
(5 0% UM ID AD E )
2 7 6 K G
PA L H A
(1 5% UM ID AD E )
1 6 5 K G
6 0 8 x 1 0 3 KC AL
5 9 8 x 1 0 3 KC AL
5 1 2 x 1 0 3 KC AL
1 T -C AM PO
17 18 x 1 0 3 KC AL 1 7 1 8 x 1 0
3 K C AL
1 T C A N A
AÇ Ú C ARE S 
1 5 3 K G
BAG AÇ O
(5 0% UM ID AD E )
2 7 6 K G
PA L H A
(1 5% UM ID AD E )
1 6 5 K G
6 0 8 x 1 0 3 KC AL
5 9 8 x 1 0 3 KC AL
5 1 2 x 1 0 3 KC AL
1 T -C AM PO
17 18 x 1 0 3 KC AL 1 7 1 8 x 1 0
3 K C AL
1 ,2 B A R R IS P E TR Ó L E O
1 B AR R IL D E P ET RÓ LE O
138 6 x 1 0 3 KC A L
~
=
1 ,2 B A R R IS P E TR Ó L E O
1 B AR R IL D E P ET RÓ LE O
138 6 x 1 0 3 KC A L
~
=
~
=
E N E RG IA L IM P A E R E N O V ÁVE L1 /3 D O
B AG AÇO
E N E RG IA L IM P A E R E N O V ÁVE L1 /3 D O
B AG AÇO
1 /3 D A
P A L H A
E N E RG IA L IM P A E R E N O V ÁVE L1 /3 D A
P A L H A
E N E RG IA L IM P A E R E N O V ÁVE L
1 /3 D O
C A LD O D E
C AN A
AÇ Ú C AR : O A L IM E N T O (K CA L ) M A IS B AR A T O D O M U N DO
ET ANO L : E N ER G IA L IM P A E R E NO V ÁVE L
1 /3 D O
C A LD O D E
C AN A
AÇ Ú C AR : O A L IM E N T O (K CA L ) M A IS B AR A T O D O M U N DO
ET ANO L : E N ER G IA L IM P A E R E NO V ÁVE L
35 0 .0 0 0 
b /d
3 5 0 .0 0 0 
b /d
3 5 0 .0 0 0 
b /d
S AF R A 
9 9 /00
35 0 .0 0 0 
b /d
3 5 0 .0 0 0 
b /d
3 5 0 .0 0 0 
b /d
S AF R A 
9 9 /00
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ENERGIA DE BIOMASSA
ETANOL
(+)
VINHAÇA
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE HIDRÓLISE
AS TRÊS ETAPAS DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ÁLCOOL A PARTIR DE 
MATERIAIS CELULÓSICOS
HIDRÓLISE
(SACARIFICAÇÃO)
FERMENTAÇÃO
( + )
DESTILAÇÃO
( + )
HEXOSES
HEXOSES
PENTOSES
VINHO
VINHO
+
GÁS 
CARBÔNICO
+ GÁS CARBÔNICO
MOSTO DE
HEXOSES
MOSTO DE
PENTOSES
LEVEDURA A
LEVEDURA B
MEIO
ÁCIDO
MEIO
ÁCIDO
CELULOSE
HEMICELULOSE
ÁGUA
ÁGUA
(+)
(+)
PROCESSOS
FÍSICOSVINHO
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�Bioenergia - Álcool:
�Parâmetros básicos:
�Produtividade média = 85 t/há
�85 l/t
�Balanço Energético (BE): 8 a 10 (cana) e 1,5 a 2 (milho)
�Custo de produção do álcool = cerca de 0,20 US$/l
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Segundo a EMBRAPA:
�O Brasil possui mais de 90 milhões de há para expansão 
agrícola tropical.
�Hoje cerca de 6 milhões de há é a área de produção de cana de 
açúcar (50% álcool e 50% açúcar)
�Brasil e EUA são responsáveis pela produção de 70% do álcool mundial 
em partes iguais.
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Segundo a EMBRAPA:
�O Brasil possui mais de 90 milhões de há para expansão 
agrícola tropical.
�Hoje cerca de 6 milhões de há é a área de produção de cana de 
açúcar (50% álcool e 50% açúcar)
�Brasil e EUA são responsáveis pela produção de 70% do álcool mundial:
�Brasil – cerca de 16 bilhões de litros por ano
�EUA – cerca de 18,8 bilhões de litros por ano.
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Álcool Brasileiro é cerca de 30% mais barato que o álcool dos EUA.
�Proteção dos EUA com relação ao álcool do Brasil.
�Segundo o astrônomo Martin Rees (Presidente da Royal Society) as 
chances de melhorar a cana são maiores que o milho, que começou há 
150 anos e não teve grandes avanços, enquanto que a cana só tem 30 
anos de pesquisas (início com o PROÁLCOOL).
�Brasil possui mais de 300 usinas em operação com 40 novos 
empreendimentos em construção (50% estado de SP)
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Bioenergia - Biodiesel:
�Combustível produzido mediante a transesterificação de óleos vegetais 
ou gorduras animais, com características semelhantes ao do óleo diesel 
derivado do petróleo.
�Óleo+etanol+catalizador (OH-) Biodiesel
�Mistura óleo diesel e biodiesel – BXX
�Devem obedecer as especificações técnicas de qualidade da ANP.
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Bioenergia - Biodiesel:
�Especificações do biodiesel: Deve garantir a durabilidade dos motores, a 
confiança dos consumidores e reduzir conflitos entre agentes econômicos.
�BE – Em média 1.5.
�Aspectos políticos e institucionais
�Contratos de compra e venda
�Subsídios
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Bioenergia - Biodiesel:
�1980 – OVEG / 2002 – PROBIODIESEL / 2003 – Programa de biodiesel 
(estímulos a pequenos produtores, inclusão social)
�B02 – 2008
�B05 – a partir de 2013
�Matérias primas principais utilizadas pelo Brasil: Soja (mais de 50% do 
total da produção) e mamona.
ENERGIA DE BIOMASSA
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ENERGIA DE BIOMASSA
LIMITES MÉTODOS CARACTERÍSTICAS UNIDADES 
Biodiesel ABNT NBR ASTM D EN/ISO 
Aspecto - LII - - - 
Enxofre total, máx. % massa 0, 050 (0,001) 
- 
- 
5453 
- 
- 
EN ISO 14596 
Massa específica a 20ºC kg/m3 
anotar 
(850 - 900) 
7148 
14065 
1298 
4052 
- 
- 
Ponto de fulgor, mín. °C 100,0 14598 
- 
93 
- 
- 
ISO/CD 3679 
Viscosidade a 40°C cSt (mm2/s) anotar 10441 445 EN ISO 3104 
Ponto de entupimento filtro a frio, 
máx. °C tabela 14747 6371 - 
Número de Cetano, mín. - 45 - 613 EN ISO 5165 
Corrosividade ao cobre, 3h a 50 °C, 
máx. - 1 14359 130 EN ISO 2160 
Água e sedimentos, máx. % volume 0,050 - 2709 - 
Portaria ANP 255/2003
(Características comuns ao Óleo Diesel e ao Biodiesel)
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ENERGIA DE BIOMASSA
Portaria ANP 255/2003
(Características comuns ao Óleo Diesel e ao Biodiesel)
MÉTODOS CARACTERÍSTICAS UNIDADES LIMITES ABNT NBR ASTM D EN/ISO 
Destilação 90% (95%) volume 
recuperado, máx. °C 360,0 - 1160 - 
Resíduo de carbono, máx. % massa 0,10 (0,05) 
- 
- 
4530 
189 
EN ISO 10370 
- 
Índice de acidez, máx. mg KOH/g 0,80 14448 664 BS EN 14104 
Glicerina livre, máx. %massa 0,02 - 
- 
6584 
- 
BS EN 14105 
BS EN 14106 
Glicerina total, máx. %massa 0,38 - 6584 BS EN 14105 
Metanol ou Etanol, máx. % massa 0,5 - - BS EN 14110 
Índice de iodo, máx. % massa Anotar - - BS EN 14111 
Monoglicerídeos, máx. % massa 1,00 - 6584 BS EN 14105 
Diglicerídeos, máx. % massa 0,25 - 6584 BS EN 14105 
Triglicerídeos,máx. % massa 0,25 - 6584 BS EN 14105 
Sódio + Potássio, máx. mg/kg 10 - 
- 
- 
- 
BS EN 14108 
BS EN 14109 
(Fósforo, máx.) mg/kg (10) - 4951 BS EN 14107 
Estabilidade à oxidação a 110°C, 
mín. h 6 - - BS EN 14112 
 
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ENERGIA DE BIOMASSA
Rendimentos dos óleos vegetais
 
Espécie Origem do Óleo 
Conteúdo 
de Óleo 
(%) 
Meses 
de 
Colheita 
Rendimento 
em Óleo 
(t/ha) 
Dendê (Elaeis guineensis N.) Amêndoa 26 12 3,0-6,0 
Babaçu (Attalea speciosa M.) Amêndoa 66 12 0,4-0,8 
Girassol (Helianthus annus) Grão 38-48 3 0,5-1,5 
Colza (Brassica campestris) Grão 40-48 3 0,5-0,9 
Mamona (Ricinus communis ) Grão 43-45 3 0,5-1,0 
Amendoim (Arachis hipogaea) Grão 40-50 3 0,6-0,8 
Soja (Glycine max) Grão 17 3 0,2-0,6 
 
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ENERGIA DE BIOMASSA
Viabilidade da adoção do biodiesel no Brasil
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�Bioenergia - Biodiesel:
�Desafios:
�Controle de oferta e demanda
�Estimular a tecnologia
�Testes com B05 para não afetar a vida útil dos motores
�Modelo tributário compatível
ENERGIA DE BIOMASSA
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�Bioenergia - Biodiesel:
�Temas estratégicos:
�Balanço Energético pouco explorado.
�Emissões de poluentes
�Novas matérias primas
�Transformar o Biodiesel em um Comoditie internacional para 
substituir o petróleo.
ENERGIA DE BIOMASSA