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Novas Metodologias para a Produção mais
eficaz do Biodiesel
Prof. Donato Aranda,
UBRABIO
Lab Tecnologias Verdes, Greentec
Escola de Química/UFRJ
São Paulo, Julho, 2011
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Fuel Market Share (Billion gal/year)
Demanda estimada (0-1% de aumento ao ano)
Demanda estimada (2-4% de aumento ao ano)
Demanda estimada (0-0,3% de aumento ao ano)
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Fuel Market Total Transportation Fuel Market : $2 trillion
• Diesel market: $1.061 billion
• Gasoline Market: $789 billion
• Jet-fuel market: $155 billion
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Fuel Consumption
Custos/km c/ preços atuais
Diesel = 0,092 R$/km
Etanol = 0,164 R$/km
Gasolina = 0,187 R$/km
Paridade de preços Necessária Atual
Paridade E/D = 43% 75%
Paridade G/D = 60% 121%
Paridade E/G = 71% 62%
*
*
*
* Preços médios de São Paulo, calculados com base em dados de out/09
Autonomia - Diesel
New Vauxhall Corsa Diesel Hatchback 1.3 = 21,4 km/L
VW Polo 1.9 D = 19,1 km/L
Toyota Corolla Diesel 2.0 D-4D T3 5dr car = 25,0 km/L
Toyota Corolla Verso Diesel Estate 2.2 D-4D T = 19,0 km/L
New Insignia 2.0 diesel = 23,3 km/L
Autonomia média - Diesel = 21,6 km/L
Preço médio Brasil - Diesel = 1,985 R$/L
Autonomia - Etanol
New Civic 1.8 Flex = 9,0 km/L
Corolla 1.8 16V Aut. = 8,1 km/L
Sandero 1.0 Flex = 10,6 km/L
Corsa 1.4 Flex = 9,5 km/L
Polo 1.6 Sedan = 8,7 km/L
Autonomia média - Etanol = 9,2 km/L
Preço médio Brasil - Etanol = 1,501 R$/L
Autonomia – Gasolina C
New Civic 1.8 Flex = 13,0 km/L
Corolla 1.8 16V Aut. = 11,7 km/L
Sandero 1.0 Flex = 13,7 km/L
Corsa 1.4 Flex = 14,6 km/L
Polo 1.6 Sedan = 11,3 km/L
Autonomia média – Gasolina C = 12,9 km/L
Preço médio Brasil – Gasolina C = 2,405 R$/L
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Palma, o óleo vegetal de menor
custo de produção
Palm Oil: Production Cost – US$ 44/bbl
Apenas no Pará existem cerca de 6 milhões de hectares para o
plantio da palma. Isso já seria suficiente para uma completa
substituição do diesel pelo biodiesel, no Brasil
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Mais de 25 ton de cachos/ha
Teor de óleo de 25-30%
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Triglicerídeos
G
FA
FA
FA
Tipicamente os óleos e gorduras possuem 99% de triglicerídeos e ácidos graxos
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Hidrólise
FA
FA + FA
FA
+ 3 G G 3 H2O
Triglyceride Water Fatty Acid Glycerol
Umidade é fundamental para que ocorra hidrólise e Consequentemente, aumento de acidez.
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FA: fatty acid A: alcohol G: glycerol
Triglyceride Biodiesel
FA
FA FA
FA
Alcohol Glycerol
Transesterificação
Feedstock acidity have to be very low !
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0 10 20 30 40 50
0
20
40
60
80
100
Saponificação
TransesterificaçãoC
on
ve
rsã
o (
%)
Tempo (min)
Transesterification vs. Saponification
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Rota Etílica
Dificuldades:
Reação mais lenta
Etanol (mesmo anidro) possui mais de 50 vezes mais água
que o metanol
Mais sabões, separação mais difícil
Recuperação do excesso de etanol – Coluna azeotrópica
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M1 C1 R1 M2 R2 Óleo vegetal
Vapor Acido fosfórico Soda Cáustica
Vapor
Óleo Neutralizado
Soap Stock
C2 M3 R3
Vapor
Vapor
H2O quente
Óleo umido
Sabão
VS Óleo Seco
M4
MeOH e MeONa
Óleo Seco
Vapor
Vapor
R4 D2 R5 D3
MeOH e MeONa
Glicerina Glicerina
Biodiesel
Biodiesel
M5
H2O quente e ácido cítrico
D4
Glicerina
M6
H2O quente
D5
H2O
Biodiesel
Biodiesel
umido
SV Biodiesel Seco
Biodiesel Seco
M7 C3 R6 M8 R7 E1
Ácido clorídrico Soda Cáustica
Soap Stock
Glicerina M9
Glicerina
Oleína (ácido sulfúrico)
H2O e MeOH C4
H2O
MeOH
Feedstock pre-treatment
Biodiesel separation and purification
Glycerol separation and purification
Biodiesel Production
Transesterificação
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HIDROESTERIFICAÇÃO
Fatty Acids Esterification
(AGROPALMA)
Industrial Hydrolysis
(Known Process) +
Why don t integrate both processes ???
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Triglyceride Fatty Acid
FA
FA + FA
FA
Water Glycerol
+ 3 G
H2O
G 3
FA A FA A
H2O
+
Fatty Acid Alcohol Biodiesel Water
(No acidity restriction in feedstock)
Complete transformation of fatty material
Hidoesterificação
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Hidoesterificação
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H2O FA A FA A +
REACTIVE DISTILATION
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Fatty
Material
Steam
Glycerol
And water
c1
Steam
e Glycerol
water
c2
Biodiesel Methanol
Ethanol
water Fatty material
Teses EQ/UFRJ concluídas nesse tema:
Jussara Araújo, Layla Leão, Luana Leão
Elisa Cruz, Michele Gomes e Ana Encarnação
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PLANTA PILOTO – P. GROSSA-PR
Hidroesterificação: Gorduras de frango, suíno, óleo de fritura
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PLANTA PILOTO – P. GROSSA-PR
Hidroesterificação: Qualquer óleo ácido, qualquer gordura ácida
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PLANTA HIDROESTERIFICAÇÃO – UNA-BA
Biobrax
60.000 ton/ano
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BIOBRAX
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Consumo Custo Unitário
(R$)*
Custo por ton de
biodiesel (R$)
Óleo BPF 13 Kg/ton de
biodiesel 1,00 13,00
Biomassa
(vapor 8 bar)
164 Kg/ton de
biodiesel 0,04 6,56
Energia Elétrica 32,2 kWh/ton de
biodiesel 0,23 7,40
Outros insumos - - 4,38
TOTAL 31,34
Custos Operacionais da Hidroesterificação
* Valores referenciais no Brasil (Reais) * * Não estão inclusos impostos e seguros
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ÍNDICES FINANCEIROS
TIR (%) EBITDA (%)
Transesterificação 19 8
Hidroesterificação 30 11
Premissas: Planta de 100 mil t/ano. Biodiesel a R$ 2,25/L , óleo a R$ 2000/t
Glicerina Bruta a R$ 200/t e Glicerina Técnico a R$ 900/t
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Produz também metil ésteres por hidrólise e
esterificação. Depois hidrogenam-se os
ésteres graxos à álcoois graxos. Indústria de
tensoativos, home care, etc.
Matéria-prima; Óleo de Palma e Palmiste.
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Mais de 400 mil ton/ano de biodiesel de palma
Vale Energia Limpa – Tecnologia de Gaseificação e Fischer
Tropsch de Biomassa
Matérias-Primas: Bagaço de Cana e Biomassa de Dendê
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HIDROLISADO DE BIOMASSAS
“Melaço” contendo açúcares C5 e C6
Ácido ou Enzima
Biodiesel
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- 27 - Proprietary & Confidential
ADVANCED BIOMASS TECHNOLOGY
• Production of Fatty Acid Ethyl Esters (FAEE)
• Elimination of alcohol (MeOH) feed
• Direct production of FAEE from biomass feedstocks (Hemicellulose)
• Progress toward a consolidated bioprocess
MAKING MORE
OF BIOMASS Bacterial production of biofuels
Biomass Ultraclean™Diesel Microrefinery™ catalyst
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Projeto LS9
Fonte: LS9
Nova rota para os ácidos graxos
28 Fonte: LS9
• Biossíntese de ácidos graxos • Processo preferível
• Eficiência energética de 90%
• Produtividade comercial
• Adequadamente caracterizado
• Estruturalmente diverso
• Imiscível
Ácido carboxílico
Cadeia de hidrocarboneto
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Projeto LS9 Características do processo
Fonte: LS9
Conversão mais eficiente
•A LS9 é a primeira companhia a produzir, de modo recombinante, hidrocarbonetos, ésteres alquila de ácido graxo (biodiesel) e uma variedade de substâncias químicas industriais provindas de açúcares através da biossíntese do ácido graxo.
•A LS9 utiliza E. coli geneticamente modificada
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Fonte: LS9
Projeto LS9 Vantagem da plataforma tecnológica
Catalisadores de Microrefinaria™ Possibilitam
Processo Bifásico de Estágio Único
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OUROFINO
Empresa Brasileira de Biotecnologia – Região de Ribeirão
Preto-SP
Parte de melaço e vinhaça. Microorganismo (GMO free)
produz óleo
Da vinhaça dessa fermentação produz-se algas
Retira-se óleo do microorganismo e das algas
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OUTRA OPORTUNIDADE: OLEOQUÍMICA
H2 + FATTY ACIDS -> ÁCIDO ESTEÁRICO
(PROCESSO CONHECIDO, BAIXA PRESSÃO)
H2 + FATTY ACIDS -> HIDROCARBONETOS
(NESTE OIL, TURKU UNIV, MÉDIA PRESSÃO)
H2 + FATTY ACIDS -> ÁLCOOIS GRAXOS
(PROCESSO CONHECIDO, ALTA PRESSÃO)
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Ácido Graxo Glicerina
Aquosa
Ácidos Graxos
Destilados
Glicerina
Pharma
Hidrogênio Níquel
Ácido
Esteárico
Açúcares
Níquel / H2
Oleatos,
Estearatos e
Palmitatos de
Sorbitan
Níquel / H2
Alcoóis
Graxos
Pt-Cr / H2
Hidrocarboneto
Grau Alimentício
Pd / H2
Hidrólise de Óleos e
Gorduras
Shampoo
Condicionador
Cosméticos
Embalagens
Alimentícias
Lubrificantes
Tintas
Pneus
BIOREFINARIA
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Glicerina
Aquosa
Metil Éster C16
Hidrogenado
Níquel / H2
MES (Metil Éster
Sulfonado)
Hidrólise de Óleos
e Gorduras
Metil Éster
C18
Metil Éster
C16
SO3
MeOH / EtOH
Glicerina
Pharma
Poliól
Graxo
Poliuretanas
Di-isocianatos
Hidratação Ácido
Graxo
Metil ou Etil Éster
(Biodiesel)
BIOREFINARIA
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CONCLUSÕES
•Óleo de Palma será cada vez mais empregado para produção de biodiesel.
A Hidroesterificação aplica-se a qualquer óleo vegetal. A acidez deixa de ser um problema.
Processos Termoquímicos surgem em projetos de grande escala Novos processos bioquímicos podem revolucionar a indústria do biodiesel
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Obrigado !
www.greentec-ufrj.com
“ God causes all things to work together for good to those who love Him” ( Rm 8,28)