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Jorge L. Colodette
www.lcp.ufv.br
UFV
VIÇOSA, MG
18 de setembro de 2012
Laboratório de Celulose e Papel
Departamento de Engenharia Florestal
Universidade Federal de Viçosa
Biorrefinaria da madeira – o novo foco da pesquisa em celulose e papel
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SUMÁRIO
• Energia no Brasil e no Mundo • O conceito de biorrefinaria • Matérias primas • Processos
– As rotas termoquímica e bioquímica
• Produtos – Combustíveis – Produtos químicos – Materiais
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Energia no Brasil e no Mundo
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Consumo de Energia per Capita (2009)
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Fonte: The Outlook for Energy: A View to 2040 (2012)
Previsões sobre a Demanda Global por Tipo de Combustível
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Histórico do Uso da Biomassa na Geração de Energia
Fonte: IIASA (1998) e UN. EIA (2002)
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Evolução da Estrutura Interna Brasileira da Oferta de
Energia
Fonte: Plano Nacional de Energia 2030 (2007)
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O Moderno Conceito de Biorrefinaria
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Biorrefinaria é a integração de conversão de biomassa, processos e
equipamentos para produzir combustíveis, energia, e produtos
químicos
Refinaria vs. Biorrefinaria
Fonte: Status Report Biorefinery (2007)
REFINARIA BIORREFINARIA
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Conceitos
Biorrefinagem: É o processamento da biomassa em uma gama de produtos comerciais e energia, de maneira sustentável Biorrefinaria: É uma unidade industrial que integra equipamentos e processos de conversão de biomassa, para produzir combustíveis, energia, materiais e produtos químicos
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O Modelo da Petroquímica
• 42% do valor do petróleo resulta da conversão de apenas 4% dessa matéria-prima em produtos químicos, borracha, plásticos, polímeros em geral, etc.
• Dos 96% restantes, 70% é convertido em combustíveis líquidos gerando outros 43% do valor do petróleo.
• Os outros 26% são usados para gerar óleo combustível, asfalto, óleos para aquecimento, betume e outros produtos de baixo valor agregado, produzindo os restantes 15% do valor total do petróleo.
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O Modelo da Petroquímica
• Sozinha, a venda de gasolina, óleo diesel, querosene de aviação, etc. não é suficiente para garantir lucratividade, mas é vital para assegurar a lucratividade da refinaria de petróleo.
• Similarmente, calor, energia e biocombustíveis não devem ser vistos como garantia de lucratividade de uma biorrefinaria; existe a necessidade de se ter produtos de alto valor agregado obtidos de pequenas quantidades de biomassa.
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Porque a Indústria de Polpa Celulósica?
• Tem grande experiência nas operações de produção, colheita, transporte e armazenamento de grandes volumes de biomassa;
• Tem experiência e infra estrutura para processamento químico de biomassa, dentro de padrões e normas internacionais;
• Está localizada em áreas rurais e pode obter importantes sinergias entre madeira e resíduos da agricultura (gramíneas);
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A indústria de Celulose como Biorrefinaria?
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Borregaard Biorefinery - Sarpsborg (Norway)
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De uma Indústria de Celulose para uma Biorrefinaria
Integrada
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Matérias Primas
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Ocupação Territorial Brasileira
Fonte: Plano Nacional de Energia 2030 (2007)
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1/ Considerou-se na conversão 1 bep = 5,95 GJ;
2/ Licor negro com concentração entre 75 e 80% de resíduos sólidos
3/ Resíduos de madeira da indústria de celulose: Lenha, cavaco e cascas de árvore;
4/ Diferença entre a quantificação teórica da produção potencial nas áreas ocupadas pela silvicultura e o consumo de madeira
em tora para uso industrial oriundo de florestas plantadas.
Oferta de Biomassa no Brasil em 2009
Fonte: Plano Nacional de Energia 2030 (2007)
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Expansão da Produção Brasileira de Cana-de-Açúcar e
Derivados
Fonte: Plano Nacional de Energia 2030 (2007)
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Madeira não compete com a cadeia alimentar;
Madeira pode ser altamente produtiva:
→ 1ha de madeira produz 9500 L de etanol
→ 1 há de milho produz 3400 L de etanol
→ 1 ha de cana produz 8000 L de etanol
(desconsiderando palha e bagaço)
A madeira é mais eficiente quanto a emissão de
gases de efeito estufa (usa menos combustíveis
fósseis na produção e processamento).
Madeira versus não-madeira ?
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Madeira versus não-madeira?
Armazenamento no tronco (“living inventory) Baixo custo de armazenamento
Baixa perda por degradação
Colheita durante todo o ano Menor infra estrutura e capital para colheita e transporte
Rotação multianual Menor área plantada por ano
Períodos longos com pouco distúrbios na plantação (fertilização, irrigação, colheita, etc.) - menor impacto ambiental
Mercado bem estabelecido
Sistema de produção sustentável bem estabelecido
Sistema de colheita e transporte muito desenvolvido
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Classificação das biorrefinarias
quanto a matéria-prima
Biorrefinarias Verdes: principalmente gramíneas – ex:
cana-de-açúcar, sorgo sacarínico, etc.);
Biorrefinarias de Cereais: cereais tais como trigo, arroz,
centeio, cevada, milho, etc.;
Biorrefinarias de Lignocelulósicos: fracionamento de
biomassas lignocelulósicas (celulose, hemiceluloses e
ligninas);
Biorrefinarias Marinhas: Macro e microalgas capazes de
acumular significante quantidades de bio-produtos (óleos,
carboidratos, amido, proteínas, etc.).
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Consumo de Energia- Comparação de Biomassas
Biorrefinarias Considerações Finais
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Composição Química da Biomassa de Lignocelulose
15- 30 %
30- 50 %
10- 25 %
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Processos de Biorrefinaria
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Duas Importantes Plataformas para
Conversão da Biomassa
Hidrólise do Amido Fermentação
de Açúcares
Glicose
Amido
• Etanol • Químicos
Açúcares Fermentaveis
Conversão Termo-Química Biomassa
Lignocelulósica
Resíduo de Lignina
Açúcares C5
Açúcares C6
Pre-tratamentos
Hidrólise da Celulose
• Calor e eletricidade • Combustíveis/químicos
Bio-óleo Syn Gas
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Rota Bioquímica para Produção de Etanol
Biomassa
Etanol
Enzimas
Pré-tratamento Fermentação Hidrólise
Enzimática
Destilação
Lignina
Vapor Calor e
Energia
Geração de Energia
Aumento da área
de Superfície
Quebra de
polisacaríedeos
em açúcares
Conversão
de açúcares
em etanol
Levedura
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Biocombustíveis Processos de Conversão Térmicos
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Decomposição térmica na ausência de oxigênio.
É sempre a primeira etapa nos processos de combustão e gasificação.
Tecnologia conhecida na produção do carvão.
Biocombustíveis Fast Pyrolysis
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Biocombustíveis Bio-óleo
Aplicações do Bio-óleo:
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Produtos da Biorrefinaria
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Classes de Produtos da Biorrefinaria
• Sólidos (Coque, lignina, bagaço)
• Líquido (Etanol, metanol, óleo combustível)
• Gasoso (gás de síntese, metano, Hidrogênio) Biocombustíveis
• Carvão ativado, aditivos de combustíveis, fenóis e furfural,óleos e ácido acético, surfactantes, agroquímicos.
Bioquímicos
• Óleos, pigmentos e tintas, vernizes, detergentes e desifetantes, adesivos industriais, biopolímeros e filmes, materiais compostos
Biomateriais
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Geração Matéria-Prima Produtos
Primeira Geração Açúcar, amido, óleo
vegetal, ou gordura
animal
Bioetanol, óleo vegetal,
biodiesel, biosyngas,
biogas
Segunda Geração Plantações não-
alimentos, palha de
trigo, milho, madeira,
lixo sólido, plantações
para fins energéticos
Bioetanol, bio-óleo, bio-
DME, bio-hidrogênio,
Bio-Fischer-Tropsch
diesel
Terceira Geração
Algas Óleo vegetal, biodiesel
Quarta Geração Óleo vegetal, biodiesel Bio-gasolina
Classificação Quanto à Geração
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Biocombustíveis – Algumas Observações
Primeira geração: →Principalmente amido e sacarose como matéria prima
→Capacidade de ser misturado com combustível derivados
do petróleo, combustão nos motores existentes, pode ser
distribuído na infraestrutura existente e ser usado em
veículos FFV (Flexible Fuel Vehicle).
→Preocupação sobre impacto ambiental e balanço de
carbono
→Principal desvantagem: Debate alimentos vs combustível
(aumento de preço dos alimentos)
Segunda geração: →Materiais lignocelulósicos como matéria-prima
→Não compete com alimentos (?)
→Baixo custo e abundante
→Atualmente não-rentável devido à um número de
barreiras técnicas.
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Biocombustíveis Ethanol
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Biocombustíveis Ethanol
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Biocombustíveis Ethanol
![Page 39: Biorrefinaria da madeira o novo foco da pesquisa em celulose e … L. Colodette.pdf · 3/ Resíduos de madeira da indústria de celulose: Lenha, cavaco e cascas de árvore; 4/ Diferença](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022052407/5be65daa09d3f2d8348d23ce/html5/thumbnails/39.jpg)
Produção Biodiesel Mundial
Biocombustíveis Biodiesel
Fonte: OECD-FAO (2008)
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Biocombustíveis Biodiesel
Fonte: ANP (2011)
Matérias-Prima Utilizadas para Produção de Biodiesel
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Oleaginosa Litros por hectare
Babaçu 1.500 a 2.000
dendê/palma 5.500 a 8.000
pinhão manso 3.000 a 3.600
Pequi 2.600 a 3.200
macaúba 3.500 a 4.000
Soja 400 a 650
girassol 800 a 1.000
mamona 400 a 1.000
amendoim 800 a 1.200
Algodão 250 a 500
colza/canola 650 a 1000
Produtividade média por hectare
Biocombustíveis Biodiesel
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Biocombustíveis Biodiesel
Produção de Biodiesel
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Biocombustíveis Lignina
Fonte: STFI- Packforsk
Produtos da Lignina
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Bioquímicos
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Biomateriais
Wood-Plastic Composites
Natural Fibre Reinforced Plastics
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Desafios da Biorrefinaria
Econômicos e barreiras tecnológicas:
→ Colheita da biomassa, transporte e estocagem
→ Tecnologias de conversão da biomassa, pré-processamento
→ Alto valor, grande volume de co-produtos
Impactos ecológicos e ambientais:
→ Uso da terra
→ Sustentabilidade
→ Biodiversidade
Biorrefinarias Considerações Finais