Professor Dr. Everson do Prado Banczek

Professor Dr. Everson do Prado BanczekFontes e composição17/05/20131Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) O biogás - CO 2 e CH 4 ; Produzido naturalmente a partir de biomassa e/ou da fraçãobiodegradável de resíduos; Derivada de resíduos de produção vegetal - restos de cultura; Produção animal - esterco e urina; Atividade humana - fezes, urina e resíduos domésticos;Bioenergia2

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)É classificado como biocombustível por ser uma fonte de energiarenovável.É constituído pela seguinte mistura de componentes:- Metano (50 – 75 %);- Dióxido de carbono (20 - 45 %);- Ácido sulfídrico (H 2 S), cujo teor varia com o teor em sulfato dosubstrato;- Outros componentes vestigiais.O biogás resulta da degradação biológica da matéria orgânica, pordiversas espécies microbianas que funcionam em condições sintrópicas(organizadas) em anaerobiose.Bioenergia3

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) Utilização Como combustível em substituição do gás natural ou do Gás Liquefeitode Petróleo (GLP 30% de gás Butano e 70% de Propano); Utilizado na produção rural no aquecimento de instalações para animaismuito sensíveis ao frio ou no aquecimento de estufas de produção vegetal; Pode ser usado também na geração de energia elétrica, através degeradores elétricos acoplados a motores de explosão adaptados aoconsumo de gás.Bioenergia4

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Condições AnaeróbicasAs condições ótimas de vida para as bactérias anaeróbicas são: O Oxigênio (O 2 ) do ar é letal para as bactérias anaeróbicas; As bactérias aeróbicas produzem dióxido de carbono (CO 2 ) comoproduto final de sua respiração; As bactérias anaeróbicas produzem metano (CH 4 ); Enquanto que o metano é um gás rico em energia química, o dióxido decarbono já está totalmente oxidado e não pode ser usado comocombustível; O biodigestor deve ser hermeticamente fechado;5Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) Temperatura adequadaA temperatura no interior do biodigestor é um parâmetroimportante para a produção de biogás. As bactérias que produzemmetano são muito sensíveis a alterações de temperatura. Alterações detemperatura que excedam 45 ºC ou vão abaixo de 15 °C paralisam aprodução de biogás. Assim, outro papel do biodigestor também é o deassegurar certa estabilidade de temperatura para as bactérias.Bioenergia6

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) Nutrientes Os principais nutrientes dos micro-organismos são o carbono, nitrogênioe sais minerais.; Fontes ricas de nitrogênio são os dejetos de animais (inclusive humanos); Fontes ricas de carbono são os restos de culturas vegetais.Bioenergia7

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) Nutrientes Os sais minerais, vitaminas e aminoácidos presentes nos dejetos animaise resíduos vegetais são suficientes para a nutrição das bactérias; Se não houver um adequado equilíbrio de compostos de carbono (quefornecem a energia) e de compostos nitrogenados (que fornecem onitrogênio) não ocorrerá uma eficiente produção de biogás.Bioenergia8

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) Relação Carbono/Nitrogênio- Este é um parâmetro muito importante e está relacionado com as condições emque se desenvolve o processo biológico da fermentação;-A relação carbono/nitrogênio ideal para uma digestão ótima está na faixa de 20 a30:1, isto é, 20 a 30 partes de carbono para uma de nitrogênio;- A maioria dos estercos de animais possuem baixa relação C/N e devem sercorrigidos com resíduos vegetais como palhas, sabugos, serragem, para atingir oponto idealBioenergia9

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Teor de água O material a ser fermentado deve possuir em torno de 90 a 95 % de umidadeem relação ao peso. Tanto muita água quanto pouca água são prejudiciais. O teor da água varia de acordo com as matérias-primas destinadas àfermentação. Esterco bovino (que possui em média 84% de umidade) precisa ser diluído em100% de seu peso em água. Já o de suínos (com 19% de umidade) precisa de 130% de seu peso em água. Os que precisam de mais água é o esterco dos ovinos e dos caprinos, queexigem 320% de água, sendo que a sua umidade é extremamente baixa.Bioenergia10

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) Produção- Nos biodigestores que utilizam dejetos animais como matéria -prima, nãoapresenta nenhum problema, pois as fezes dos animais já contém bactériasmetanogênicas;- Já nos biodigestores que funcionam com resíduos celulósicos a inoculaçãodeve ser realizada com dejetos de animais para garantir a presença debactérias metanogênicas, sem as quais não há produção de biogás;- Após a arrancada inicial (± 20 dias), substitui-se gradativamente, osdejetos animais pela matéria celulósicas que será utilizada como matéria -prima.Bioenergia11

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano) BIODIGESTOR12Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)A biodigestão ou fermentação anaeróbica consiste num método dereciclagem de materiais orgânicos para a formação do Biogás eBiofertilizante.Pode ser dividida em três partes distintas, sendo elas:- Fase da Hidrólise;- Fase Ácida;- Fase Metanogênica;A produção do biogás só ocorre na última fase, e a obtenção do biofertilizante ocorre somente no final de todo o processo, que varia de 40 a55 dias.Bioenergia13

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Fase da HidróliseNesta fase da biodigestão, as bactérias liberam no meio aschamadas enzimas extracelulares, que tem por função realizar a chamadahidrólise das partículas, que nada mais é do que a transformação, ou quebra,das moléculas maiores (polissacarídeos) em ácidos orgânicos (ácido láctico eácido butílico), alcoóis, H 2 e CO 2 ; estas mesmas bactérias realizam ainda afermentação de proteínas e lipídeos originando compostos semelhantes dosmesmos.Bioenergia14

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Biodigestão – enzimas extracelularesFase da Hidrólise:AnimaisLípase Pancreática,PepsinaVegetaisBromelina, PapaínaMicrorganismosLactase: S.fragilis,Lipase: A.niger15Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)BiodigestãoFase Ácida:Nesta etapa, as bactérias que produzem os ácidos, transformam asmoléculas de proteínas, gorduras e carboidratos em moléculas de ácidosorgânicos, etanol, amônia, hidrogênio, dióxido de carbono, dentre outroscompostos.16

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)BiodigestãoFase Metanogênica:Na terceira e última fase do processo, as bactérias denominadasmetanogênicas atuam sobre o hidrogênio e o dióxido de carbono e ostransforma em metano (biogás). Esta é a parte mais demorada do processo,pois com o decorrer das reações químicas ocorre a formação demicrobolhas de metano e dióxido de carbono em torno da bactériametanogênica, isolando-a de um contato direto com a mistura. Por estemotivo, é aconselhada uma agitação no biodigestor, para poder "destruir"essas microbolhas.17

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Cadeia alimentar microbiana anaeróbica, na qual a celulose éconvertida em metanoBioenergia-Na primeira fase, o complexo orgânicobiodegradável, em estado insolúvel, éconvertido em matéria orgânica solúvel.Nesta fase predomina o grupo demicroorganismos aqui denominados de grupoA;- O segundo grupo (grupo B) demicroorganismos, atua sobre a matériaorgânica solúvel, transformando-a em ácidosgraxos, álcoois, CO 2 e H 2 .- O terceiro grupo (grupo C) de bactérias,chamado de bactérias metanogênicas, atuasobre o CO 2 e o H 2 , transformando-os emmetano.18

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)A biometanização obtém como subprodutos derivados nos três estadosbásicos da matéria, que são:1. Estado gasoso É neste primeiro estado que obtém-se o principalproduto, o biogás;2. Estado sólido O biofertilizante, fica decantado no fundo dosbiodigestores após a ação das bactérias dentro dos tanques. Alémdesses, também é gerado o Lodo e sólidos grosseiros;3. Estado líquido como subproduto o efluente mineralizado. Este podeser usado na produção de microalgas e na piscicultura.19

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Diferentes substratos para biodigestores e sua conversão em biogás20

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)- Remoção de H 2 S- Para remoção de H 2 S, são utilizados meios líquidos e sólidos. No primeirocaso, geralmente a remoção de sulfeto de hidrogênio se dá pela lavagem dogás em contracorrente num meio alcalino.- Já no segundo caso, o H 2 S reage quimicamente com o material do meio desuporte sólido que inativa o sulfeto. Em meio sólido pode-se utilizarmateriais baratos e de fácil aquisição no mercado, a exemplo da limalha deferro finamente dividida.21

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biomassa - Biogás (metano)Manutenção do elemento filtranteEmbrapa Suínos e Aves desenvolveu a tecnologia denominada EmbrapaBiogás TF-01, depósito n.º MU8700883-1 no Instituto Nacional daPropriedade Intelectual (INPI)Fe (s)+ H 2S (g) FeS (s)+ H 2(g)(01) corpo, com um pino sinalizador(02), que indica o estado de corrosãodo material filtrante; duas hastesparalelas, uma fixa (03) e outra móvel(04), com ganchos nas extremidadespara colocação do anel (06); 05) molapropulsora que mantém certa pressãosobre as hastes e anel; 07) freio paratroca do anel, que trava o dispositivoe permite fácil reposição desteanel/sensor.22

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – BiodieselBIODIESEL- O biodiesel é um biocombustível derivado de fontes renováveis, portanto,trata-se de uma alternativa aos combustíveis tradicionais, obtidos atravésdo petróleo.- Produzido a partir da reação de transesterificação entre óleo vegetal ougordura animal e um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol) CH 3 OH ouCH 3 CH 2 OH, o processo necessita da presença de um catalisador básico ouácido e uma boa separação do produto.Bioenergia23

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais- Grão de amendoim;- Polpa do dendê;- Amêndoa do coco de dendê;- Amêndoa do coco da praia;- Caroço de algodão;- Amêndoa do coco de babaçu;- Semente de girassol;- Baga de mamona;- Semente de colza- Semente de maracujá;- Polpa de abacate;Colza24Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais-Amendoim- Nordeste e Centro-Oeste- Teor de óleo vegetal = 39%- Produção de óleo = 702 kg/ha- Produção de biodiesel = 300 a 550 L/ha- Rendimento Provável = 1.800 kg/ha- Ciclo de 120 a 180 dias25Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetaisGergilim- Nordeste e Centro-Sul- Teor de óleo vegetal = 39%- Produção de óleo = 390 Kg/ha- Rendimento provável = 1.000kg/ha- Ciclo 120 a 180 dias26Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetaisSoja- Teor de óleo vegetal = 18%- Pode expandir 100 milhões de hectares- Produção de óleo = 396 Kg/ha- Rendimento Provável = 2.200 kg/ha- Razão 'Energia disponibilizada / Energia consumida no processo' = 1,4Bioenergia27

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetaisDendê- Norte- Teor de óleo vegetal = 20%- Produção de óleo = 2.000 Kg/ha- Produção de biodiesel = 1300 a 3000 L/ha- Rendimento Provável = 10.000 kg/ha- 12 meses de colheita28Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetaisBabaçu- Norte e Nordeste- Teor de óleo vegetal = 4%- Produção de óleo = 600 Kg/ha- Rendimento provável = 15.000 kg/ha- 12 meses de colheita29Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetaisMamona- Nordeste- Teor de óleo vegetal = 50%- Produção de óleo = 750 Kg/ha- Produção de biodiesel = 400 a 800L/ha- Rendimento Provável = 1.500 kg/ha- Ciclo de 100 a 300 dias30Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais - REGIONALIZAÇÃO NA PRODUÇÃO DEOLEAGINOSASFonte: RUY SEIJI YAMAOKA, SEMINÁRIO AÇÕES DO IAPAR NO PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA – SEAB –27/05/0831Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais - PRODUÇÃO DE OLEAGINOSAS NO ESTADO DOPARANÁFonte: RUY SEIJI YAMAOKA, SEMINÁRIO AÇÕES DO IAPAR NO PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA – SEAB –27/05/0832Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais - PRODUÇÃO DE OLEAGINOSAS NO ESTADO DOPARANÁFonte: RUY SEIJI YAMAOKA, SEMINÁRIO AÇÕES DO IAPAR NO PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA – SEAB –27/05/0833Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais - PRODUÇÃO DE OLEAGINOSAS NO ESTADO DOPARANÁFonte: RUY SEIJI YAMAOKA, SEMINÁRIO AÇÕES DO IAPAR NO PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA – SEAB –27/05/0834Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais -Atributos das matérias primas a serem consideradospara a produção de biodieselAlto teor de óleo Elevada produção por unidade de área Ciclo da cultura Adaptação regional Zoneamento agroclimático Tecnologia de produçãoBioenergia35

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Óleos vegetais -DISPONIBILIDADE DE ÓLEO VEGETAL DURANTEO ANOFonte: RUY SEIJI YAMAOKA, SEMINÁRIO AÇÕES DO IAPAR NO PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA – SEAB –3627/05/08Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - catalisadoresA PRODUÇÃO DO BIODIESEL GERA COMO RESÍDUO O GLICEROL.37Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Reação de transesterificação:38Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – BiodieselTipos de catálise: Homogênea: Apenas uma fase – líquida;ÁcidaBásica Heterogênea: Duas fases – Sólida/LíquidaSólida: Compostos metálicosLíquida: Ácidos graxos e metanol ou etanol39Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primasCatálise homogênea ÁcidaReagentes: Gordura animal ou vegetal, Etanol (CH 3CH 2OH) ou metanol(CH 3OH), ácido sulfônico (CH 3SO 2OH) , ácido sulfúrico (H 2SO 4), ácidoclorídrico (HCl). BásicaReagentes: Gordura animal ou vegetal, Etanol (CH 3CH 2OH) ou metanol(CH 3OH), carbonatos, hidróxidos (NaOH ou KOH), metóxido e etóxido desódio ou potássio.Bioenergia40

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primasCatálise homogêneaA utilização da catálise homogênea possui algumas limitações devido àformação de sabão pela neutralização dos ácidos graxos livres presente noóleo.Essas limitações geram:- Dificuldades nas etapas de purificação do biodiesel e o seu alto custorelativo;- Consumo do catalisador e menor rendimento do biodiesel;- Impossibilidade de reutilização do catalisador e contaminação do biodieselpelo mesmo.Bioenergia41

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – BiodieselCatálise heterogênea – sólido + líquido Para minimizar os problemas associados ao uso de catalisadoreshomogêneos consideráveis atenções têm-se dado à utilização decatalisadores heterogêneos. Esses catalisadores minimizam os custos deseparação e purificação dos produtos e podem ser reutilizados. Além disso,sabão não é formado através da neutralização dos ácidos graxos livres. Na catálise heterogênea, a massa catalítica fica suportada em sólidos nãose dissolvendo nos reagentes durante a reação. Desta forma, não necessitamser separados da fase reacional após a síntese, evitando custos associados aestas operações e a geração de águas residuais, ainda podendo serreciclados e reutilizados.Bioenergia42

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – BiodieselCatálise heterogênea – sólido + líquidoUma grande variedade de catalisadores tem sido estudada nosúltimos anos: metais alcalinos suportados por γ-Al 2 O 3 e SiO 2 , bemcomo, ácidos orgânicos e inorgânicos suportados em sólidos.Os catalisadores heterogêneos podem ser agrupados emcatalisadores metálicos, básicos e ácidos. Entre as desvantagenspodem-se citar as altas temperaturas e pressões geralmente exigidasnos processos, além dos custos associados ao processo de síntese doscatalisadores.Bioenergia43

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primasCatálise heterogênea ÁcidaReagentes: Gordura animal ou vegetal, Etanol (CH 3CH 2OH) ou metanol(CH 3OH), Catalisadores sólidos: Nb 2O 5 BásicaReagentes: Gordura animal ou vegetal, Etanol (CH 3CH 2OH) ou metanol(CH 3OH), Catalisadores sólidos: MgO, CaO, CaTiO 3, CaMnO 3, Ca 2Fe 2O 5,CaZrO 3e CaO-CeO 2Bioenergia44

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – BiodieselCatálise heterogênea A catálise homogênea apresenta limitações relacionadas aos baixosrendimentos; Para aumentar o rendimento tempo, temperatura e pressõeselevados devem ser utilizados em reatores fechados.Bioenergia45

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - AlgasEntre as muitas alternativas de produção de biocombustíveis, ocultivo intensivo de algas e fungos vem recebendo especial atençãodevido à possibilidade de se produzir até 200 vezes mais óleo ou açúcarpor hectare, sem a necessidade do uso de terras férteis.Bioenergia46

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas60-70 % delipídeos47Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas48Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas49Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - AlgasOs resultados alcançados, em pequena escala de laboratório, sãoanimadores. Entretanto, todas as experiências com algas, em grandeescala, para a produção de óleo visando a biocombustíveis falharam.As principais razões dessas falhas foram:1 - ataque de cepas selvagens não produtoras de óleo;2 - preço alto dos nutrientes;3 - o óleo obtido geralmente tem alto teor de ácidos graxos livres eelevado índice de iodo;4 - dificuldades em se desidratar a alga para extração do óleo;5 - controle difícil dos parâmetros acidez, temperatura e nutrientespara evitar quedas bruscas na produção e até mesmo a extinção doscultivares das algas.Bioenergia50

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas51Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas52Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas53Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas- CULTIVO – Lagoa aberta- O método natural de cultivo de algas é através da lagoa aberta;-O cultivo em lagoa aberta pode ser feito em áreas quentes e ensolaradas;- O tempo ruim pode retardar o crescimento, assim como a contaminaçãopor uma variedade de bactérias ou outros organismos externos;- A água onde as algas crescem também deve ser mantida em certatemperatura, o que pode ser difícil.Bioenergia54

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - AlgasCULTIVO – em sistema fechado (biorreatores)- As algas são colocadas em sacosplásticos transparentes, de modo a seremexpostas à luz solar em ambos os lados;- Os sacos são empilhados e cobertos paraficarem protegidos da chuva;- As algas são protegidas da contaminação.55Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - AlgasCULTIVO – Biorreatores em tanques fechados- As algas são cultivadas em tonéis grandes e redondos;- As algas são manipuladas para crescer ao máximo e serem colhidasdiariamente;- Biorreatores fechados podem ser construídos próximos de usinas deenergia para capturar o excesso de CO 2 .Bioenergia56

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição – Biodiesel Matérias primas - Algas57Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol O álcool etílico hidrato (ou anidro) é obtido do desdobramento, via fermentaçãode açúcares diversos.O álcool combustível é um produto renovável e limpo que contribui para reduçãodo efeito estufa e diminui substancialmente a poluição do ar, minimizando os seusimpactos na saúde pública. TIPOSAnidro - o álcool anidro é bastante caracterizado pelo teor alcoólico máximo de99,3° (INPM), sendo composto apenas de etanol ou álcool etílico. É utilizado comocombustível para veículos (Gasolina C) e matéria prima na indústria de tintas,solventes e vernizes.Hidratado - é uma mistura hidroalcoólica (álcool e água) com teor alcoólico mínimode 92,6° (INPM), composto por álcool etílico ou etanol. O emprego de álcoolhidratado é na indústria farmacêutica, alcoolquímica e de bebidas. O etanol étambém usado como matéria prima para a produção de vinagre e ácido acético.Bioenergia58

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol59Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol BIOETANOLPesquisadores e empresários classificam as tecnologias de produção deálcool em três categorias:1) O etanol produzido de caldo de cana é de primeira geração;2) O etanol de celulose é de segunda geração;3) O etanol produzido a partir de biomassa gaseificada e de reações desíntese para produção de combustíveis líquidos é de terceira geração.Bioenergia60

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol BIOETANOL- O biocombustível mais utilizado é o etanol proveniente da cana-deaçúcar.- Outras principais fontes são o milho, trigo, a mandioca, a beterraba eprodutos celulósicos, como cascas, palhas, madeira e outros materiaisfibrosos.Bioenergia61

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃODuas rotas tecnológicas:-utilizando matérias-primas doces, diretamente fermentáveis (cana-deaçúcar,beterraba açucareira, sorgo sacarino).- matérias-primas amiláceas, como o milho e o trigo, cujo amido deveser convertido em açúcares (sacarificado) antes da fermentaçãoSorgo sacarinoBioenergia62

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO63Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO64Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO – PRODUTIVIDADE MÉDIADO BIOETANOL POR ÁREA PARA DIFERENTES CULTURASBioenergia65

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO – MATÉRIA PRIMAO açúcar é essencialmente constituído por uma substância chamada sacarose,presente em plantas como a cana-de-açúcar e a beterraba. No Brasil, o açúcar é produzido a partir da cana-de-açúcar. Na Europa, utiliza-se a beterraba como matéria-prima. Também a partir da cana-de-açúcar, é possível produzir álcool, sendo suaprodução normalmente anexada à produção do açúcar. Para obter o açúcar em sua forma comercial, é necessário que se extraia asacarose, separando-a dos demais componentes da planta.Bioenergia66

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO – MATÉRIA PRIMAA cana-de-açúcar é constituída basicamente de: água (65-75%), sólidos (11-18%): sacarose, glicose, frutose e sais. fibras (8-14%) e pequenas quantidades de ácidos orgânicos e inorgânicos,proteínas, amido, ceras, graxas e corantesBioenergia67

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO – MATÉRIA PRIMA- Na extração pormoagem a separação éfeita por pressãomecânica do rolos damoenda sobre a cana.A eficiência dos difusoresé de 98% e a extração pormoagem têm 96 % deeficiência.- Na difusão, aseparação é feita pelalavagem da sacaroseabsorvida na cana.68Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO – Conceitosa) Mosto: líquido açucarado que se pretende fermentar.Ex.: mistura água/glicose, ou caldo de cana, ou suco de frutas diversas etc.b) Vinho - mosto fermentado: produto resultante da fermentação alcoólicade qualquer mosto. Sem vinho não há álcool.Ex.: A cerveja é um vinho de cereais.c) Levedura: células de fermento (Saccharomyces cerevisae) destinada àfermentação alcoólica.d) Vinhoto (vinhaça é o líquido (subproduto) resultante da destilação de umvinho de onde se extraiu o álcool. Para cada litro de álcool 10 a 15 L devinhaça.Bioenergia69

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE PRIMEIRA GERAÇÃO – Conceitosd) VINHAÇAPode ser aproveitado como fertilizante ou na produção de biogás.Empregado na lavoura como substituto de fertilizantes, ou na pecuáriacomo complemento de alto teor protéico da ração animal.Bioenergia70

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo tecnológico de produção de etanol a partir de matériacelulósica pode ser esquematicamente dividida e três fases:1) Extração de acúcares a partir da matéria prima;2) Fermentação alcóolica dos açúcares;3) Destilação e retificação do álcool contido na cerveja resultante dafermentação.71Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO etanol de lignocelulose (bioetanol) é umcombustível renovável produzido a partir deresíduos agroindustriais, como o bagaço decana. Além do bagaço de cana pode serutilizada a madeira ou restos de madeira.Bioenergia72

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEA estrutura molecular complexa da matéria prima requer atransformação de seus polissacarídeos (celulose e hemicelulose) emaçúcares mais simples que são fermentados posteriormente pelasleveduras.BioenergiaA matéria prima vegetal éheterogênea consistindoprincipalmente de três polímeros:celulose, hemicelulose e ligninanuma proporção de aproximada de50:20:30.73

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetaisé dividido em quatro etapas:1) Pré-tratamento ácido ou básico do bagaço de canaNa primeira etapa, há o pré-tratamento no reator com ácido oubase. O material é submetido a quebra da estrutura cristalina da e arecuperação de açúcares mais fáceis de hidrolisar.Bioenergia74

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetaisé dividido em quatro etapas:2) DeslignificaçãoEm seguida, vem a etapa de deslignificação. É retirada a lignina,complexo que dá resistência a fibra e protege a celulose da ação demicroorganismos porém, apresenta grande inibição ao processofermentativo.A lignina que permanece nos hidrolizadores após a saída dosaçúcares é descarregada com uma umidade de 96% e em seguidasecada para a utilização como combustível na caldeira.Bioenergia75

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetaisé dividido em quatro etapas:3) FermentaçãoNa terceira fase, o líquido proveniente do pré-tratamento ácido,rico em açúcares, é fermentado, por exemplo, pela levedura Pichiastipitis.Em função da presença de produtos tóxicos à levedura, ohidrolizado é submetido a uma sequência de tratamentos que otransforma em um padrão adequado para a atividade de levedura defermentação alcóolica.Bioenergia76

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetais é divididoem quatro etapas:3) FermentaçãoEm resumo, pode-se dividir em quatro fases a etapa de transformação dohidrolisado em mosto para a fermentação:VAPORIZAÇÃO: em que ocorre o desprendimento da fração rica em furfural e umresfriamento inicial do hidrolisado.NEUTRALIZAÇÃO: o pH do hidrolisado é levado a níveis mais adequados aatividade da levedura.FILTRAÇÃO: em que o sulfato de cálcio que se formou na fase anterior e a matériaorgânica em suspensão são removidos para evitar incrustações em fases posterioresdo processo.RESFRIAMENTO: o hidrolisado é filtrado a cerca de 95 ºC é resfriado até 30 a 32ºC, que é a temperatura adequada à fermentação alcoólica.Bioenergia77

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetais é divididoem quatro etapas:3) FermentaçãoO sólido proveniente da etapa de deslignificação rico em celulose, tambémé tratado: ele passa por um processo de sacarificação (transformação em açúcares)por meio de enzimas e é fermentado pela levedura Sacharomyces cerevisiae, omesmo fungo utilizado na fabricação de pães. A Petrobrás ainda estuda as enzimasmais eficazes para este processo de fabricação, testando enzimas disponíveis nomercado e pesquisando novos preparados enzimáticos.Bioenergia78

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO - CELULOSEO processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetais é divididoem quatro etapas:4) DestilaçãoNa etapa final, ambos os líquidos provenientes das diferentesfermentações são destilados. O produto desta destilação é o etanol, que possui asmesmas características daquele fabricado a partir da cana em processo industrial.Bioenergia79

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE TERCEIRA GERAÇÃO – GASES COMBUSTÍVEIS Atualmente, mais de 90% da produção de etanol nos EUA vem dafermentação de grãos utilizando processos tradicionais de milho, trigo oucevada e quase 100% vêm da cana-de-açúcar no Brasil. Uma alternativa muito “mais verde” e renovável é a produção de etanol apartir de fontes mais sustentáveis de matérias-primas, como lixo municipal,resíduos de madeira, restos culturais, bagaços e algas secas.Bioenergia80

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE TERCEIRA GERAÇÃO – GASES COMBUSTÍVEISEssas biomassas alternativas não competem com a agricultura e aprodução de alimentos humanos como os processos atualmente utilizados.Espera-se também criar uma maior redução do efeito estufa e mais créditosde carbono do que o processo clássico de fermentação do etanol.Existem três etapas básicas e importantes na conversão de biomassa emetanol:1. Produção de gás de síntese (CO, H 2, CO 2e H 2O) através da gaseificação debiomassa como matéria-prima.2. Conversão de gás de síntese em etanol através de catalisadores químicos oubacterianos.3. Destilação do etanol, para obtenção de alta pureza (> 99,5%).81Bioenergia

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE TERCEIRA GERAÇÃO – GASES COMBUSTÍVEIS Produção do gás de síntese a partir reforma do de biogás (CH 4 ) comdióxido de carbono em reator de leito fluidizadoCH 4 + CO 2 2CO + 2H 2CO 2 + H 2 CO + H 2 OCH 4 C + 2H 22CO CO 2 + CBioenergia82

Professor Dr. Everson do Prado BanczekMatérias Primas – Fontes e composição - Bioetanol PRODUÇÃO DO ETANOL DE TERCEIRA GERAÇÃO – GASES COMBUSTÍVEIS Produção do etanol a partir do gás de síntese.IPT vai construir usina para gaseificar bagaço de canaCom informações do IPT - 15/02/2011O gás de síntese terá três aplicações práticas: geração de energia elétrica, produção de biocombustível líquido (etanol) ecomo precursor de biopolímeros, que são os monômeros de produção do plástico.Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=usina-gaseificacao-bagaco-canaBioenergia83