COMUNICAÇÃO TÉCNICA 171653 Gaseificação de biomassa

COMUNICAÇÃO TÉCNICA
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171653
Gaseificação de biomassa: rota via pirólise rápida para produção de
biocombustíveis
Gerhard Ett
Ana Paula de Souza Silva
Fernando José Gomes Landgraf
Pôster apresentado na 4.Escola de
Combustão, Belém, 2013 .
A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em
eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública.
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Hilton Belém Hotel
24 a 29 de junho de 2013
Belém-Pará
GASEIFICAÇÃO de Biomassa – rota via pirólise rápida
para produção de BIOCOMBUSTÍVEIS
Gerhard Ett, Ana Paula de Souza Silva e Fernando Landgraf
IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A,
Contato: [email protected]
INTRODUÇÃO
A biomassa, como vertente energética, pode trazer diversos benefícios para o
meio ambiente, especialmente por apresentar ciclo fechado de carbono.
Atualmente o Brasil possui a maior plantação de cana-de-açúcar do mundo e é o
segundo produtor de álcool, atrás somente dos Estados Unidos, que o produz a
partir do milho por um custo superior.
De uma tonelada de cana-de-açúcar é possível extrair aproximadamente 28% de
biomassa, 57% de água e 15% de açúcar, os quais podem ser convertidos em 89
litros de etanol. Para abastecer o carro com etanol (45 litros) são necessários 0,5
toneladas de cana-de-açúcar e uma área de 60 m2 de plantio (tomando como base
85 toneladas de cana-de-açúcar/hectare).
História do IPT com gaseificação
Desde a primeira crise do petróleo na década de 1970, o Instituto de Pesquisas
Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), vem realizando trabalhos de
pesquisa e desenvolvimento visando a conversão de combustíveis e resíduos,
sólidos e líquidos, em combustíveis gasosos.
A história do IPT em gaseificação teve o primeiro marco no ano de 1982 com o
desenvolvimento de um gaseificador de leito fixo multipropósito, operando com
fluxos contracorrente e concorrente, com a extração intermediária de gás, com
recirculação de gás e alcatrão, dispondo ainda de um programa de simulação.
Gás de síntese
O syngas é uma espécie de “LEGO®” para a indústria química, a partir dele é
possível sintetizar, por diversas rotas (Fischer-Tropsch, amônia e metanol), vários
produtos: combustíveis líquidos verdes (querosene, diesel, etanol, gasolina,
combustíveis gasosos (hidrogênio); biopolímeros (polipropileno, polietileno);
fertilizantes e energia elétrica (via célula-combustível e turbinas).
Na Figura 2 é possível verificar as várias opções de rotas a partir da gaseificação
de biomassa.
Rotas Tecnológicas para Conversão de Biomassa
A rota termoquímica engloba os processos de torrefação, pirólise, gaseificação e
combustão. Nesses processos a biomassa necessita de menor tempo de
processamento e menor volume de água. Por exemplo, o tempo de
processamento dentro de um gaseificador de fluxo de arraste é de 3 segundos
com menor emprego de água.
Gaseificação
A gaseificação é um processo termoquímico que converte um insumo sólido ou
líquido em gás por meio de sua oxidação parcial em uma mistura
subestequiométrica, pobre em oxigênio e de forma autotérmica. O gás resultante
pode constituir uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio, denominada
gás de síntese ou syngas.
O bagaço de cana-de-açúcar (50% de umidade) possui Poder Calorífico Superior
(PCS) de aproximadamente 9 MJ/kg, mas se o bagaço for seco e processado via
pirólise para produzir bio-óleo, poderá quase dobrar a quantidade de energia por
quilograma, passando para cerca de 20 MJ/kg e, por ser líquido, será mais
facilmente transportado.
Syngas produzido por gaseificação no mundo em 2012:
• 50 mil MWth para produtos químicos; 35 mil MWth para combustíveis líquidos;
• 30 mil MWth para energia; 10 mil MWth para combustíveis gasosos.
Síntese de Fischer-tropsch
A síntese Fischer-Tropsch é uma
reação catalítica (Co, Fe) a uma
temperatura entre 200 ºC e 350 ºC,
que converte o gás de síntese
(H2/CO) na proporção molar próximo
de 2:1 em uma grande variedade de
produtos.
Grasmam Diagram
(Pyrolisys route)
Estudo de viabilidade técnica e econômica (EVTE)
Este estudo foi realizado para a implementação de uma planta com capacidade
para produzir 647 MWth, processando 1600 mil toneladas de bagaço por ano e
operando com uma eficiência de 55%, para produção de diesel verde, que tomou
como cenário entre 2020 e 2030 as projeções do custo do bagaço e o preço do
diesel de petróleo. Verificou-se que o retorno de investimento provável é de
114%, e para um cenário otimista é de 286%. Para preços de petróleo acima de
US$66/barril, o Valor Presente Líquido (VPL) será positivo, isto é, terá uma
margem de lucro positivo. Foi simulada uma taxa de Retorno sobre o
Investimento (ROI) mínima de 25% (ROI padrão para a ampliação de planta
petroquímica) e, nesse caso, o preço de petróleo terá que ser US$81/barril.
Scenarios for 2020 - 2030
Scenario
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com a previsão mundial de que o consumo de combustível irá dobrar nos
próximos 40 anos e as fontes renováveis representarão 1/3 da energia mundial.
Todas essas formas de energia são mais caras comparativamente à energia
oriunda do petróleo atualmente. O Brasil possui enorme potencial energético, com
uma diversidade de fontes de energia O processo de gaseificação aumenta sua
eficiência energética, produzindo biocombustíveis e biomateriais.
Realização:
Optimist
Probable
Pessimist
Bagasse cost
(US$/ton)
30
50
70
Diesel price 2020Discount rate
2030
(US$/litro)
0,08
2,1
0,10
1,8
0,12
1,5
ROI requirement of 25% for
investments in petrochemical plant
TCI
(M US$2010)
549
689
917
NPV = Net present Value
TCI = Total Capital Investment
NPV (M US$)
786
334
-2
ROI
286%
114%
-1%
ROI = Return of Investment
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
•
•
•
•
BASU, P. Biomass gasification and pyrolysis. Elsevier, 2010.
CENBIO, Estado da arte da gaseificação São Paulo, 2002
CORTEZ et al. Biomassa para energia. Campinas: Unicamp, 2008
HIGMAN, C.; VAN DER BURGT, M. Gasification. Elsevier, 2008
Apoio:
Agradecimento
IPT, UFPA e
Rede de combustão