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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
• 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
Acreditação ISO 17025 : Competência em Laboratórios de Ensaios e Calibração
• 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
5
Gasolina Etanol E27
Diesel Biodiesel B8
Querosene Bioquerosene (?)
Biocombustíveis no setor de transportes
Bioquerosene é o novo desafio tecnológico do setor de biocombustíveis
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.
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.
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)
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.
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.
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
BIOREFINARIA - Combustíveis drop in de Macaúba
Bioespumas da torta da polpa de Macaúba, após liquefação
Aplicação: isolamento térmico, acústico e embalagens
• 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
ma –
Min
as G
erai
s
Biocombustíveis Drop in : Bioquerosene e Diesel verde
Macaúba
Bio-óleo soja
Gordura Animal
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.
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
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
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
18
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.
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.
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
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
Planta Piloto – Próxima etapa
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
ific
ação
Co
mb
ust
íve
is d
os
He
licó
pte
ros
da
Po
lícia
Mili
tar
Agradecimentos
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
Produtos
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”