biocombustíveis drop-in para aviação · biocombustíveis drop-in para aviação certificação...
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Biocombustíveis Drop-In para Aviação Certificação de Jet fuel e BioQav
Desenvolvimento de Rotas de Conversão
Profa. Vânya M. D. Pasa (Eng. Química, D.Sc. Química)
Seminário Desenvolvimento Sustentável e Descarbonização: Oportunidade de Negócios e Investimentos na Cadeia de Valor do Bioquerosene
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• A UFMG é a maior universidade de Minas Gerais (cerca de 50 000 estudantes e 75 cursos).
• É a que mais deposita patentes no Brasil
• O LEC-UFMG é um laboratório com grande experiência em análises e certificação de combustíveis automotivos
• Foi criado em 2000, a convite da ANP, para monitoramento da qualidade dos combustíveis em postos revendedores de Minas Gerais. Hoje atende demandas tanto da ANP como empresas em geral (prestação de serviços e pesquisas).
LEC-UFMG tem acreditação ISO /IEC 17025 – Requisitos Gerais para Competência de Laboratórios de Ensaios e Calibração
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Acreditação ISO 17025 : Competência em Laboratórios de Ensaios e Calibração
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• Compromisso
• I – Atingir crescimento neutro de carbono até 2020;
• II – Reduzir as emissões de CO2 em 50% até 2050.
Bioquerosene
A indústria de biocombustíveis para aviação é um negócio
promissor: mercado crescente
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Gasolina Etanol E27
Diesel Biodiesel B8
Querosene Bioquerosene (?)
Biocombustíveis no setor de transportes
Bioquerosene é o novo desafio tecnológico do setor de biocombustíveis
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Importância dos Biocombustíveis Drop-In
• Os biocombustíveis drop in são misturas de biohidrocarbonetos, similares aos derivados fósseis, que atendem à especificação de um combustível convencional de petróleo (elevado poder calorífico, não higroscópico devido a ausência de oxigênio).
• Podem compartilhar a infraestrutura de distribuição usada pelos derivados fósseis. Não exigem mudanças em motores.
• Destacam-se : diesel verde (substituto do biodiesel e Qav em baixos teores) e o bioquerosene (substituto do querosene para aviação - QAv).
• Desafio na área de desenvolvimento tecnológico do setor de Biocombustíveis (indústria nascente), pois envolve tecnologia mais complexa e requisitos de qualidade rígidos e difíceis de serem alcançados.
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Vantagens do Diesel Verde em relação ao Biodiesel
• Tem hidrocarbonetos similares aos do diesel de petróleo, não têm oxigênio.
• Diesel verde não absorve água, logo não causa a degradação microbiológica do combustível, não havendo formação de borra nem bolsões de água, não causando corrosão e danos aos motores.
• Diesel verde pode ser usado em qualquer teor, inclusive acima de 20%, sem ajustes de motores.
Profª. Drª. Vânya Pasa
• Diesel verde pode ser produzido por mesmas rotas de síntese que o bioquerosene para aviação, porém com menor número de etapas.
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Atividades Desenvolvidas em Biocombustíveis Drop-in no LEC- UFMG
Esforços para Implantação do Primeiro Laboratório Brasileiro de Certificação de Bioquerosene de Aviação
• Contrato de Parceria com a Boeing para implantação de 50% dos ensaios demandados para certificação de QAv- fóssil e alternativo.
• Estudo sobre legislações brasileira e americana • Participação Interlaboratorial ASTM- EUA • Busca de recursos para aquisição de equipamentos para realização os 50% dos ensaios restantes e
acreditação junto ao INMETRO (Minas Competitiva, BID)
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Querosene fóssil ASTM D1655
Certificação do Combustível
Querosene fóssil ANP resolução No.37
Querosene Alternativo ANP resolução No.63
Resoluções ANP Normas ASTM
Querosene alternativo ASTM D7566
O Brasil necessita de investimentos para a implantação do laboratório de certificação. Ensaios precisam ser todos acreditados, o que é um trabalho longo. 50% dos ensaios já implantado na UFMG.
1-Autorização para inserção no mercado (nova tecnologia) 2- Autorização para venda/ controle qualidade.
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Certificação de Combustíveis para Aviação
• Total: 33 testes – Querosene (Fóssil + biojet) segundo ASTM D 1655 e ASTM D 7566
16 testes
aguardando
investimentos = 48%
Único laboratório brasileiro a participar do Programa interlaboratorial da ASTM para Jet-fuel
LEC-UFMG é membro da Plataforma Mineira de Bioquerosene, comprometeu-se em fazer a Certificação do BioQAv.
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Desenvolvimento de Tecnologias de Conversão
Atividades Desenvolvidas em Biocombustíveis Drop-in no LEC- UFMG
• Trabalhos Finalizados no tema: 1 Pós-doutorado (óleo de palma e residual) e 2 doutorados (óleo de macaúba e óleo de palma) .
• Trabalhos em andamento : 1 doutorado com estágio sanduíche nos EUA – Universidade de Oklahoma (óleo de soja, LCC e lignina); 1 doutorado (resíduos ligno-celulósicos – pirólise e liquefação hidrotermal).; 1pos-doutorado ( simulação de processo, estudo de viabilidade econômica, sistemas contínuos)
LCC- Liquido castanha caju Macauba Palma Soja Gordura frango Sebo bovino
Bagaço
Lignina
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BIOREFINARIA - Combustíveis drop in de Macaúba
Bioespumas da torta da polpa de Macaúba, após liquefação
Aplicação: isolamento térmico, acústico e embalagens
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• A integração de diferentes cadeias produtivas poderá garantir matéria prima para novos biocombustíveis e o desenvolvimento econômico do estado de Minas Gerais.
Óleo de Macaúba – Cooperativa em Montes Claros
Mat
éria
Pri
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Min
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erai
s
Biocombustíveis Drop in : Bioquerosene e Diesel verde
Macaúba
Bio-óleo soja
Gordura Animal
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Fase P&D
Implantação do Primeiro Laboratório Brasileiro de Certificação de Combustíveis
Aeronáuticos
Desenvolvimento Tecnológico -UFMG
Testes reator em batelada Escala Laboratório
Testes Reator Contínuo Escala Piloto
Implantação Unidade Industrial Contínua Fase P&D Laboratório
Fase Semi-industrial e Industrial
O desenvolvimento tecnológico tem sido acelerado na UFMG pela expertise na área de certificação do Bio-jet.
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Profª. Drª. Vânya Pasa
Alcohol-to-jet (ATJ)
Oil-to-jet (OTJ) -
Gas-to-jet (GTJ)
Sugar-to-jet (STJ)
Principais Tecnologias para produção de Querosene
Alternativo - BioQAv
Flexibilidade nas Tecnologias - Diversidade nos processos - Diversidade de Matériais – primas (sólido, líquido e gás)
Obrigatoriedade:
- Sustentabilidade - Preço competitivo com Jet fuel
- -Qualidade Elevada
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Processo HEFA / (OTJ) ou HVO (Hydrotreated Vegetable Oil)
Profª. Drª. Vânya Pasa Renewable and Sustainable Energy Reviews 53 (2016) 801–822
Catalisadores:
Metais nobres suportados (Pd, Pt);
CoMo/ gAl2O3, NiMo/ gAl2O3.
Condições: 300-450 °C
Pressão: 20-80 bar
300- 450 °C
20 – 80 bar H2
Óleo novo
Pre-tratamento
Hidrólise Desoxigenação
e Craqueamento
Isomerização
Destilação Fracionada Óleo ou Gordura residual
-Nafta -Diesel verde -Bioquerosene
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Desenvolvimento Tecnológico Focado em Redução de Custos • Diferentes Rotas de Desoxigenação : pirólise catalítica e HEFA • Desenvolvimento de catalisadores residuais e de baixo custo Catalisadores sustentáveis
• Processos com condições experimentais brandas: menores temperaturas e pressões, baixa
dependência de H2
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
0e6
10e6
20e6
30e6
40e6
Fraction 1
Fraction 2
Fraction 3
Fraction 4 F1 F2 F3 F4
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
10e6
20e6
30e6
40e6
50e6
60e6
70e6
Petrobras Fossil Kerosene
Fraction 4
Macaúba Green Diesel and
Biokerosene
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Produção de Catalisadores Sustentáveis Residuais e Uso Inovador de Catalisadores Metálicos de Menor Custo
Normalmente, os catalisadores representam 10% do custo operacional do processo.
A UFMG registrou patente junto ao INPI para processo com catalisador residual.
18 catalisadores diferentes já foram testados com sucesso no LEC-UFMG.
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LEC- Projetos de P&D
• Trabalhos em reator batelada, catalisadores residuais.
• Um pedido de patente já foi encaminhado ao INPI.
• Próxima Etapa: testes em reator contínuo.
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Resultados
0
10
20
30
40
50
60
Cat.A Cat.B Cat.C Cat.D
Gasoline C5-C10
Biokerosene C9-C15
Green Diesel C14-C20Fig.1: Hydrocarbon contents formed.
Reaction using pressure 10 bar N2, 350 °C temperature, agitation 700 rpm and 5% catalyst
Fig.2: Hydrocarbon content components of biogasoline fraction, biokerosene and green diesel.
92 100
79 79
0
20
40
60
80
100
Cat.A Cat.B Cat.C Cat.D
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O
O
O
O
O
O
CH3
CH3
CH3
Hidrocarbonetos lineares
Pd/C
Óleos de Palma
CH3 CH3
CH3CH3
CH3 CH3
CH3 CH3CH3OH
O
-
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
Hidrocarbonetos
Destilação Catalisadores Ácidos
Oleos de Palma
CH3
CH3CH3
CH3CH3
CH3 CH3CH3
CH3
CH3O
O
O
O
O
O
CH3
CH3
CH3
CH3OH
O
Bioquerosene
-
Bioquerosene
40 60 80 100 NbOPO
4-POORG1
Inte
nsi
ty (
u.a
.)
Retention time (min)
Jet-fuel
Biojet-juel
BCH3
CH3CH3
CH3
CH3
CH3
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
NbOPO4-POORG1 fracttion 15%
Jet-fuel
-47 °C
Hea
t flo
w (
a.u.
)
Temperature (°C)
-62 °C
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Planta Piloto – Próxima etapa
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25
O bio-crude pode ser processado para a produção de biocombustíveis
Bio-crude a partir da liquefação (Solvólise)
Liquefação
Biomassa Biocrude
Algas, resíduos lignocelulósico, esgoto e dejetos
-
Re
con
he
cim
en
to d
os
Serv
iço
s P
rest
ado
s-
C
ert
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ação
Co
mb
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íve
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os
He
licó
pte
ros
da
Po
lícia
Mili
tar
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Agradecimentos
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Investimentos -Planta Piloto
• Planta piloto para 50 kg de óleo/hora = 288 toneladas /ano
Envolve sistema para:
• pré-tratamento do óleo ou gordura
• Reator de síntese contínuo e de alta pressão
• Sistema de destilação
• Sistema para preparo e ativação do catalisador
• Valor: R$ 1.500.000,00 em equipamentos
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Produtos
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30
Cana de açúcar
moagem
Caldo Etanol (1ª geração) fermentação
Bagaço Palha
Pré-tratamento
hidrólise
Celulose
Etanol (2ª geração)
Lignina
Bio-crude Biocombustível
BioQAv
Bioquerosene a partir de lignina residual
Liquefação
“Upgrade”