Biocombustíveis: sustentabilidade e segurança alimentar · Testes de microturbinas com biodiesel...
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Biocombustveis: sustentabilidadee segurana alimentar
Prof. Dr.Electo Silva [email protected]
SEMINRIO INTERNACIONALImpacto da Produo de biocombustveis
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBREDE CYTED BIALEMA
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1998 2009 25 pesquisadores, 7 dos quais Ph.D. 6 novos laboratrios. Projeto e testes de 3 prottipos (MS, TV, MTG). 80 cursos de extenso para mais de 1500
participantes. 30 Teses de Mestrado e 7 de Doutorado j
apresentadas (13 y 7 em andamento respectivamente)
10 Projetos de P&D concludos y 13 em andamento. 25 artigos em revistas internacionais y 68 em
conferencias internacionais. 10 consultorias nacionais e internacionais.
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Teses e Dissertaes
Roselis Ester da Costa. Inventrio do ciclo de vida do biodiesel obtido a partir do leo de palma para as condies do Brasil e da Colmbia. 2007. Dissertao (Mestrado em Engenharia de Energia)
Edgar Eduardo Yaez Angarita. Avaliao do impacto energtico e ambiental da cogerao no balano energtico e no ciclo de vida do biodiesel de leo de palma africana. 2008. 0 f. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica)
Mateus Henrique Rocha. Analise do ciclo de vida das vinhaas para diferentes tipos de tratamento. Incio: 2006. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica) -
Concludas
Em AndamentoMaria Luiza Grillo Reno. Anlise do ciclo de vida ACV da produo e uso de combustveis lquidos obtidos pela rota de gaseificao de biomassa. Incio: 2007. Tese (Doutorado em Engenharia Mecnica)
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LABORATRIOS
1. Turbinas a gs e gaseificao;
2. Sistemas a vapor e diesel;
3. Sistemas avanados de gerao distribuda
4. Refrigerao e ar condicionado.
5. Simulao de processos e sistemas trmicos;
6. Treinamento de operadores de centrais termeltricas;
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LIVROS PUBLICADOS
EM 2009
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BIOCOMBUSTVEISCapitulo 1- Biocombustiveis: fundamentosCapitulo 2 Gerao por combusto de biomassan naturaCaptulo 3- Biodiesel.Captulo 4 Biogs.Captulo 5 Bioetanol pela rota convencional.Captulo 6 Gs de sntese a partir da biomassa.Captulo 7 Combustveis Lquidos pela rota BTL
(biomass-to-liquid).Captulo 8 O bioetanol a partir de materiais
lignocelulsicos pela rota da hidrlise.Captulo 9 BioH2 e as bioFC.Captulo 10 Utilizao de biocombustveis em Motores
de Combusto Interna (MCIA).Captulo 11 Utilizao de biocombustveis em
Microturbinas a gs (MTG)Captulo 12 Resduos da produo de biocombustveis
vinhaa e glicerina.Captulo 13 Cogerao na indstria de produo de
biodiesel e de bioetanol.Capitulo 14 Planejamento e gesto de projetos em
biocombustveis.Capitulo 15 Avaliao planetaria integradaCapitulo 14 O futuro do biocombustveis: Biorefinerias,
bioalgas e bioeletricidade
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CURSOS NESTwww.nest.unifei.edu.br
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O NEST na internet www.nest.unifei.edu.br
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Biodiesel em MTG
SOFC e gs desintese
MotoresStirling a biomassa
Gaseificaode biomassa
Nucleo de Excelncia em GeraoTermeltrica e Distribuida
NEST
UNIV. FEDERAL DE ITAJUB
ATIVIDADES EM BIOENERGIA
ACV de biocombustiveis
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Modulo Gaseificador/MCI de 10 kWe. Modulo fornalha/Stirling 10 kWe. Microturbina a gs 600 kWe. Testes de MTG operando com biodiesel
(soja, mamona e dend) e etanol. Anlise do ciclo de vida do biodiesel,
biocombustiveis BTL e vinhaas.
PROJETOS EM ANDAMENTO NO NEST
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Esquema do Sistema de
Gaseificao
Freeboard
Leito
PlenumSilo de
alimentao secundrio
Alimentao de
Biomassa
Motor
Vvula Rotativa
Combustvelpara o
queimador
Queimador
Sadade gua de
resfriamento
Variador de velocidade
Transportadora helicoidal
Ar
Rosca de
alimentao principal
Bicos Injetores
Silo de alimentao
principal
Entradade gua de
resfriamento
Isolante
Aquisiode
Dados
Coletor de
Cinzas
Sinal de 4 a 20 mA
CicloneTermopar
Sadade gs
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Resultados dos testes de gaseificao
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Testes de microturbinas com biodiesel
Diesel
Electricity
Biodiesel and
mixtures
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RESULTADOS DOS TESTES EXPERIMENTAIS
10000
30000
50000
70000
90000
110000
0 5 10 15 20 25 30
Power [kW]
Hea
t Rat
e [k
J/kW
h]
DF100
BD5
BD10
BD15
BD20
BD25
BD30
BD50
BD75
BD100
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30Power [kW]
Fuel
Vol
umet
ric F
low
[l/h
]]
DF100
BD5
BD10
BD15
BD20
BD25
BD30
BD50
BD75
BD100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30
Potncia Corrigida [kW]
CO
[ppm
]
DF100
BD5
BD10
BD15
BD20
BD25
BD30
BD50
BD75
BD100
0
10
20
30
40
50
0 5 10 15 20 25 30
Potncia Corrigida [kW]
NO [p
pm]
DF100
BD5
BD10
BD15
BD20
BD25
BD30
BD50
BD75
BD100
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COGERAO NA INDUSTRIA DE ACAR E ALCOOL
CASO DE REFERNCIA
Processo
Refino
63 bar abs. @ 480C
33 bar abs. @ 320C
T.G 40 MW
T.G 15 MW
G.V n: 122 bar abs. @ 300C
11 bar abs.
2,47 bar abs.
22 bar abs.
22 bar abs.
G.V n: 5
G.V n: 4 G.V n: 2
Bomba 1
Bomba 2
Bomba 3
***
***
2,47 bar abs.
180C
128C
Bomba circulao
* Tandem I ** Tandem II *** Tandem III
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REPOTENCIAO
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Balano de Energia (Diagrama de Sankey) da Usina A com configurao AB e AAP.
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LA ENERGIA EN EL MUNDO
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BIOCOMBUSTIBLES Y ALIMENTOS
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E ACASOS
CAUSAS
BIOCOMBUSTIBLES OU NECROCOMBUSTIBLES
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Una evidencia de la existenciadel calentamiento global
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LA TIERRA COMO ORESTES ES ASEDIADA POR TRES FURIAS: EL HAMBRE,LA FALTA DE ENERGIA Y LA DEGRADACI]N AMBIENTAL
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Las caricaturas.........
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La cruda realidad: galletas de barro con aceite en Hait
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ALTOS PRECIO DE LOS ALIMENTOS: UNA CAJA DE PANDORA
Qued apenas la esperanza......................
Subsidios
Biocombustbles
Especulain
Distribucin desigual de la riqueza
Falta de apoyo a los agricultores
Petrleo caro
COMIDA CARA
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SUSTENTABILIDADE DOS BIOCOMBUSTVEIS
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CERTIFICADOS DE SUSTENTABILIDADE ??????????
CADA DIA SE FALA MAIS DISTO!!
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Sustentabilidad de los biocombustbles - LCA
Relacin Energia renovble/Energia fosil(OUTPUT/INPUT)
Energia fsil substituda por hectarea
Alocacin de la energia de los sub-produtos
Balance de carbono GEE
Mudanzas en el uso de la terra (Ecosistemaprecedente)
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COSAS INTERESANTESPRODUCTIVIDAD BIODIESEL/ETANOL EN LITROS POR HECTAREA
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AL FINAL DE CUENTAS EL SUELO ES NUESTRO LTIMO RECURSO (y lo estamos perdiendo: salinizacin, erosin..)
Rendimento lquido de energia por hectarea para diferentesbiocombustbles y cultivos
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Produtividade en leo e energia para os cultivos energticosmais importantes
Soja Pinho manso(JatrophaCurcas)
Girasol Colza PalmaAfricana
Produtividade(kg ha-1) 3,000 2000-5000 1,500 4,315 20,000
Taxa de extrao de leo (%)
18 34-38 42 40 20
Produtividadeem leo(kg/ha-1)
540 1200-1600 : 2200 630 1,726 4,000
Produtividadeem energia
(MJ ha-1)21,38 47,5- 87,37 24.95 68.35 158.40
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BIOCOMBUSTVEIS OU REFLORESTAMENTO ????
Righelato e Spracklen, SCIENCE, 2007
Emisses cumulativas evitadas de carbono por hectare
Carbono sequestrado por reflorestamento
Desmatamento
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Influncia dasmudanas nosolo na
produo debiocombustveis
ECOSISTEMAPRECEDENTE
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Uma parte do nitrognio aplicado como fertilizantepassa para a atmosfera como N2O (GEE:GWP 269)
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Na tentativa de considerar todos os aspectosmencionados foram obtidos estes resultadosEU NO GOSTO DESTES RESULTADOS !!!!!!
ZAH et al., 2007
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possvel aumentar os rendimentos da maioria das culturas.
AGRICULTURA SUSTENTVEL
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ENFASE EM TERRAS IMPRODUTIVAS
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BIOCOMBUTVEISEstado-da-arte das rotas
termoquimica e bioqumica.
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Plataforma
termoqumica
GASEIFICAO
Converso termoqumica da biomassa, com fornecimento de oxignio em quantidades sub-estequiomtricas, num gs com altos teores de CO, H2 e CH4.
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Etapas de obteno de combustveis pela rota termoqumica.
Fonte: Adaptado de Jenkins, 2006
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Plataforma bioqumica
Trs enzimas
ou
um cupim
RESILNCIA!!
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Parede celular da planta
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Processo de bioconverso da biomassa utilizando o processo de hidrlise enzimtica
Fonte: Hahn-Hgerdal et al., 2006
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Anlise comparativa e concluses (I) A plataforma bioqumica tem alcanado um estgio de
desenvolvimento que pode ser caracterizado como pr-comercial. Desafios: bioengenharia de novas enzimas e leveduras, destoxificao de substratos e integrao de processos.
A plataforma termoqumica encontra-se em estgio de concepo de plantas pilotos. A tecnologia de gaseificao para produo de gs de sntese ainda precisa ser desenvolvida (qualidade do gs e capacidades requeridas).
Tanto no caso da plataforma bioqumica como da plataforma termoqumica so requeridas plantas de grande capacidade para se alcanar viabilidade econmica. Estudos recentes publicados referem-se 100 t/h de biomassa seca para a plataforma bioqumica e 500 t/h para a termoqumica (gaseificadores de 150 t/h de capacidade).
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Anlise comparativa e concluses (II) Custos atuais na faixa de 0,5 a 0,6 US$/l para a plataforma
termoqumica. Para a plataforma bioqumica 0,7 a 0,9 US$/l, porm no caso da plataforma bioqumica as redues esperadas at 2012 so muito maiores, sendo que o custo poderia chegar prxima de 0,3 US$/l.
Oportunidades para o desenvolvimento tecnolgico em Universidades e centros de pesquisas brasileiros: Novas tecnologias de gaseificao, Catlise aplicada a processos de obteno e purificao de gs de sntese, Desenvolvimento de novos processos de pr-tratamento, novas enzimas e leveduras, Integrao produtiva e energtica de processos.
Formao de mo de obra qualificada!!!
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Principais projetos no mundo
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Projetos para obteno de etanol celulsico no mundo
32 nos EUA: sendo 16 de hidrlise enzimtica, 6 termoqumicas e 2 de hidrlise cida concentrada e 8 no possuem informaes. 5 na Europa: sendo 4 de hidrlise enzimtica e 1 sem informaes. 4 no restante do mundo: 2 de hidrlise enzimtica e 2 sem informaes.
Existe um predomnio absoluto da plataforma bioqumica enzimtica, como conseqncia de uma maior maturidade desta tecnologia.
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O futuro dos biocombustveis: biorefinerias, algas, etc
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A promessa das algas
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CONVERSO DE UMA SRIE DE FLUXOS DE BIOMASSA RENOVVELPELAS ROTAS BIOQUMICAS OU TERMOQUMICAS NUM CONJUNTO
OTIMIZADO DE PROFUTOS (BIOCOMBUSTVEIS, ELETRICIDADEE CALOR,BIOMATERIAS, BIOPRODUTOS E REAGENTES) POR MEIO DA
INTEGRAO DE DIFERENTES PROCESSOS DE CONVERSO DA MANEIRAMAIS EFICIENTE POSSIVEL.
BIOREFINARIA INTEGRADA
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Clulas a combustvel acionadas por micrbios
MICROBIAL FUEL CELLS MFC
Os microorganismos transferem parao anodo eltrons obtidos de um doador de eltrons (glicose) formando tambm protons. Atravs de uma resistncia externa os eltrons passampara o catodo reagindo com oxignio.Prtons passam para o catodo atravsde uma membrana
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Brasil vai produzir diesel de cana-de-acar a partir de 2010
O mesmo caldo de cana que serve como matria-prima para a produo de acar e lcool servir em breve, tambm, para a produo de diesel. A nova tecnologia, desenvolvida pela empresa Amyris, da Califrnia (implementao 2010-2012).
A grande inovao est no DNA da levedura, a que foi geneticamente modificada para secretar diesel no lugar de lcool.
"No biodiesel. diesel mesmo!!!. Sem enxofre
A cana no tem leo, ela apenas fornece o acar necessrio para alimentar as leveduras que vo produzir o combustvel.
............ foram necessrios mais de 15 genes para transformar a levedura em uma "fbrica biolgica" de diesel. A espcie usada no processo a mesma da fermentao do lcool (Saccharomycescerevisiae).
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A FOTOSSINTESE DEVE CONTINUAR !!!!!
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AS BACTERIAS E OUTROS MICROORGANISMOS QUE J NOS ENFERMARAM, ALIMENTARAM (PO, BOLOS, PASTEIS) E NOS DIVIRTIRAM (VINHOS, CERVEJA, CACHAA, RUM......), AGORA SO A NOSSA ESPERANA DE SALVAO.....
.... E O CUPIM TAMBM......
PROTEJAMOS A BIODIVERSIDADE!!!
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Biocombustveis: sustentabilidade e segurana alimentar1998 2009Teses e DissertaesLABORATRIOSBIOCOMBUSTVEISCURSOS NESTwww.nest.unifei.edu.brO NEST na internet www.nest.unifei.edu.brEsquema do Sistema de GaseificaoResultados dos testes de gaseificaoRESULTADOS DOS TESTES EXPERIMENTAISCOGERAO NA INDUSTRIA DE ACAR E ALCOOLCASO DE REFERNCIAREPOTENCIAO Balano de Energia (Diagrama de Sankey) da Usina A com configurao AB e AAP. BIOCOMBUSTIBLES Y ALIMENTOSALTOS PRECIO DE LOS ALIMENTOS: UNA CAJA DE PANDORASUSTENTABILIDADE DOS BIOCOMBUSTVEISSustentabilidad de los biocombustbles - LCARelacin Energia renovble/Energia fosil (OUTPUT/INPUT)Energia fsil substituProdutividade en leo e energia para os cultivos energticos mais importantes BIOCOMBUTVEISEstado-da-arte das rotas termoquimica e bioqumica.Anlise comparativa e concluses (I)Anlise comparativa e concluses (II)Principais projetos no mundoO futuro dos biocombustveis: biorefinerias, algas, etcBrasil vai produzir diesel de cana-de-acar a partir de 2010