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TECNOLOGIAS DE CONVERSÃO ENERGÉTICA DA BIOMASSA OS INSTRUTORES DO CURSO Electo Eduardo Silva Lora Doutor pela Universidade Técnica de São Petersburgo, atualmente é professor da Universidade Federal de Itajubá e Coordenador do Núcleo de Excelência em Geração Térmica e Distribuída – NEST da UNIFEI. Especialista em geração termelétrica, cogeração, combustão e controle da poluição, tem publicado mais de 100 artigos em periódicos e anais de eventos. Tem orientado 4 teses de Doutorado e 8 dissertações de Mestrado sobre temas de energia e ambiente. È autor de 7 livros. Edgardo Olivares Gómez Doutor pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP e atualmente professor da Universidade Federal de Itajubá. Atua nas áreas de Combustão, Gaseificação e Pirólise da Biomassa, e obtenção de biocombustíveis sintéticos. Têm publicado mais de 12 artigos em periódicos nacionais e internacionais de reconhecida qualidade científica, tais como Energy Conversion and Management, International Sugar Journal e Fuel Processing Technology, assim como mais de 30 trabalhos em congressos nacionais e internacionais. È autor de 3 capítulos do livro Tecnologias de Conversão Energética da Biomassa na sua 1ª e 2ª edição, editado pela Universidade Federal da Amazônia UFAM e a Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP (a 2ª edição em processo final de edição). OS BENEFICIOS DO CURSO Melhorar a qualificação e o desempenho profissional de técnicos envolvidos na área de conversão avançada de energia e o uso de tecnologias modernas de geração de energia através da biomassa. O curso leva o intuito de capacitar ao pessoal técnico para participar da tomada de decisões durante o projeto, construção, operação e avaliação técnica do desempenho termodinâmico de instalações industriais e para participar de programas de pesquisa no tema de conversão energética da biomassa, considerando-se também os aspectos ambientais decorrentes da operação destes sistemas. TECNOLOGIAS DE CONVERSÃO ENERGÉTICA DA BIOMASSA Busca-se que os participantes compreendam os conceitos, a importância e a necessidade da utilização mais eficiente dos combustíveis nas unidades de conversão, assim como que conheçam as principais ferramentas teóricas e práticas necessárias ao projeto, à avaliação técnico-ambiental e à otimização destas unidades. Introduzirem-se no estudo dos novos e avançados conceitos em caracterização e sistemas de pré-tratamento da biomassa e de produção de combustíveis de segunda e terceira geração, assim como abordar os fundamentos científicos e técnicos relacionados com modos diretos e indiretos de redução do teor de alcatrão e de material particulado no gás sintético da gaseificação da biomassa. Abrir um importante espaço de discussão acerca dos impactos ambientais produzidos durante a operação de unidades de conversão de energia que utilizam combustíveis fósseis e renováveis e estão baseadas em conceitos convencionais e avançados. 2 biomassa pela rota da gaseificação. O conceito de biorefinaria fundamentado na produção conjunta e integrada de bioenergia e biomateriais é também discutido. Abordam-se também os principais aspectos técnicoeconômicos e ambientais das tecnologias em discussão. O curso está direcionado principalmente para engenheiros e técnicos que trabalham diretamente vinculados com o projeto e a operação de sistemas de conversão de energia, sejam caldeiras de vapor, sejam motores térmicos primários de quaisquer tipos, sejam sistemas ou reatores químicos de conversão pertencentes aos mais variados segmentos da indústria moderna, tais como, usinas de açúcar e álcool, celulose e papel, centrais termelétricas, e refinarias de petróleo, dentre tantas outras. Criar um ambiente de intercâmbio de conhecimentos entre os participantes do curso e oportunidades informais de relacionamento. O CURSO O curso de cinco dias de duração pretende criar um ambiente de discussão acerca das principais tecnologias de conversão energética da biomassa, tanto aquelas inseridas em sistemas convencionais e tradicionais quanto àqueles conceitos mais modernos e avançados de conversão. Inicialmente são discutidos os principais aspectos relacionados com a disponibilidade e os impactos da produção e uso de biomassa para energia, assim como a sua caracterização físico-química, granulometrica, de forma e energética, além de métodos e protocolos metodológicos para a determinação destas propriedades. Neste caso são também considerados os métodos para o manuseio, transporte, e pré-tratamento final da biomassa. Em relação às tecnologias de conversão abordam-se aspectos teóricos da combustão, da gaseificação, da pirólise, do processo de transesterificação para produzir biodiesel pela rota direta de conversão de triglicerídeos em ésteres, além de outras tecnologias convencionais e moderno-avançadas para a conversão da biomassa. Apresenta-se a tecnologia biofermentativa para produzir biogás e etanol, fazendo-se sempre maior ênfase nos processos, seus fundamentos teóricos e práticos, estado atual da tecnologia no Brasil e no mundo, principais parâmetros operacionais e critérios de operação e projeto, plantas pilotos, comerciais e demonstrativas, expectativas para estas tecnologias, principais gargalos e barreiras tecnológicas, dentre outros aspectos de interesse. Discutem-se os principais aspectos teóricos e práticos da produção e uso dos biocombustíveis sintéticos de segunda e terceira geração, a tecnologia BTL ou Biomass to Liquid, a síntese Fischer-Tropsch, a síntese do metanol e da amônia, e a produção de hidrogênio a partir da O Núcleo de Excelência em Geração Termelétrica e Distribuída - NEST Foi criado em 7 de março de 1998, e pertence ao Instituto de Engenharia Mecânica da UNIFEI. É considerado um dos grupos de excelência apoiados pela CEMIG. Atualmente o NEST é composto de mais de 30 pesquisadores, dos quais 7 são Doutores, 7 Mestres e 5 professores. As principais linhas de pesquisa do grupo são: Geração Termelétrica e Cogeração, Turbinas a Gás e a Vapor, Tecnologias para a Geração Distribuída (motores de combustão interna, microturbinas, motores Stirling e células a combustível), Uso Energético da Biomassa (combustão e gaseificação), Bio-metanização de resíduos (vinhaça e lixo), Refrigeração e Ar Condicionado, Modelagem e Diagnostico de Processos Térmicos, Análise de Ciclo de Vida e Aspectos Ambientais do Uso da Energia. O NEST possui 6 laboratórios: Turbinas a gás e gaseificação de biomassa, Sistemas térmicos a vapor e diesel, Sistemas avançados de geração distribuída, Refrigeração e ar condicionado, Simulação de processos e sistemas térmicos e Laboratório de treinamento de operadores de centrais INFORMAÇÕES FUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500 NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected] TECNOLOGIAS DE CONVERSÃO ENERGÉTICA DA BIOMASSA termelétricas em simuladores. Nos 8 anos de existência do NEST os professores integrantes do grupo orientaram 21 dissertações de mestrado, 3 teses de doutorado e 3 posdoutorados. Atualmente estão em andamento 17 dissertações de mestrado e 11 teses de doutorado. Neste período foram publicados 15 artigos em revistas internacionais e 8 livros. Com relação a projetos de P&D, já foram concluídos 8 e 14 estão em execução, sendo os principais parceiros: CEMIG, FINEP, CNPq, CENPES, Bandeirante, Tractebel Energia, Petrobras e CPFL. Uma das atividades mais importantes do NEST são os cursos de extensão nas suas temáticas da atuação. Até o momento foram ministrados 79 cursos para um total de mais de 1500 alunos. Alem disso o NEST tem colaboração com varias universidades estrangeiras tais como Cranfield University, a Universidade de Delft, a Universidade Técnica de Dinamarca, a Universidade Nacional Politécnica de Odessa, a Universidade Politécnica de Havana, a Universidade de Porto e outras, visando o intercambio de conhecimentos científicos e tecnológicos. 3 14:00 – 18:00 hrs Caracterização e pré-tratamento da biomassa Métodos para o manuseio, transporte e pré-tratamento final da biomassa. Caracterização dos biocombustíveis primários e finais: caracterização físico-química, granulométrica, pela forma das partículas e energética, o poder calorífico, o teor de umidade, de impurezas e de cinzas. Adequação da granulometria, moinhos e sistemas de classificação mecânicos e pneumáticos, sistemas de densificação (briquetadeiras e peletizadoras). Adequação da umidade da biomassa ao processo de conversão (secadores). Sistemas de transporte e alimentação de biomassa aos reatores de conversão. Introdução aos métodos termo-analíticos para os biocombustíveis. Normas e protocolos de ensaios das propriedades. 2º Dia: 08:00 – 12:00 hrs As principais tecnologias de conversão energética da biomassa Apresentação dos conceitos gerais sobre as tecnologias e processos de conversão de formas diferentes de energia. Processos termoquímicos (combustão, gaseificação, pirólise e liquefação). Processos bioquímicos (fermentação e biodigestão). Processos de extração e transesterificação (produção de óleos vegetais e biodiesel). Hidrogênio renovável a partir da biomassa. Obtenção de produtos químicos e biocombustíveis a partir do gás de síntese. Os processos de obtenção de metanol, amônia e hidrocarbonetos a partir da biomassa. O conceito de biorefinaria. 14:00 – 18:00 hrs PROGRAMA DO CURSO (Duração 40 horas) 1º Dia: 08:00 – 12:00 hrs Disponibilidade e impactos A fotossíntese. Produção de biomassa (biomassas lignocelúlósicas, oleginosas, produtoras de açúcares, de amido, e de fibra). Fatores que influenciam na sua produtividade (clima, solo e tecnologias). Disponibilidade, potencial, e os impactos da produção e uso de grandes quantidades de biomassa para energia. A biomassa no contexto do Balanço Energético Nacional Brasileiro e do mundo. Sistemas bioenergéticos. A sustentabilidade dos sistemas bioenergéticos. A biomassa e a mitigação do efeito estufa. O protocolo de Kyoto e os créditos de carbono. O papel da biomassa no contexto do protocolo. Biodiesel Tipos e composição dos óleos vegetais. Programas de biodiesel no mundo e no Brasil. Craqueamento térmico. Transesterificação (via metílica e etílica). Tecnologia e operação de uma planta de biodiesel moderna. Padrões de qualidade do biodiesel. Custos. Utilização do biodiesel em motores de combustão interna e turbinas a gás. Desempenho térmico e emissões. Análise do ciclo de vida da produção de biodiesel de palma de azeite e mamona. 3º Dia: 08:00 – 12:00 hrs Combustão Fundamentos teóricos. Excesso e distribuição do ar de INFORMAÇÕES FUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500 NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected] TECNOLOGIAS DE CONVERSÃO ENERGÉTICA DA BIOMASSA combustão. Ar primário e secundário. Fogões domésticos. Fornalhas. Caldeiras a biomassa: balanço térmico e eficiência. Controle das emissões gasosas e do material particulado em caldeiras a biomassa. Integração em centrais térmicas de cogeração. Estudo de caso da cogeração em usinas de açúcar e álcool. Motores Stirling acoplados a fornalhas. 4 biohidrocarbonetos (biogasolina e biodiesel). Fundamentos da cinética do processo F-T. Produção de metanol, dimetil-eter, amônia, e hidrogênio a partir da biomassa. Principais rotas tecnológicas. Especificação e tratamento do gás de síntese. Uma biorefinaria - produção conjunta de bioenergia e biomateriais a partir da biomassa. Integração das plantações energéticas e das biorefinarias. 14:00 – 18:00 hrs 5º Dia: 08:00 – 12:00 hrs Gaseificação Fundamentos teóricos da gaseificação de biomassa. Principais reações de gaseificação, parâmetros, agentes de gaseificação e características da biomassa. Principais tecnologias de gaseificação. Composição do gás obtido (“syngas”, gás de síntese primário, ou gás sintético). Requerimentos de qualidade do gás e adequação. Integração dos sistemas de gaseificação de biomassa com motores de combustão interna e turbinas a gás em pequena e grande escala. Problemas da integração com células a combustível. Histórias de sucesso. 4º Dia: 08:00 – 12:00 hrs Pirólise e Liquefação Transformações químicas dos componentes da biomassa. Fundamentos físico-químicos e da cinética da pirólise de materiais lignocelulósicos. Mecanismos de reação para a pirólise de materiais orgânicos individuais (celulose, hemicelulose e lignina) e complexos (a biomassa). Produtos da pirólise dos componentes da biomassa. Estudos dos mecanismos de pirólise através da análise termogravimétrica da biomassa. Tipos de processos, tecnologias e reatores de pirólise. O processo tradicional de carbonização e as retortas de carbonização. Conceitos avançados de pirólise: a pirólise rápida, flash pirólise, a vácuo, e hidropirólise. Rendimento e caracterização dos produtos. Melhoramento dos produtos da pirólise. Tratamento com zeolitas e hidrogênio Aspectos econômicos e de mercado para os produtos da pirólise avançada. Casos de estudo sobre plantas de pirólise em operação. Tendências e desafios para a pirólise avançada no mundo. A tecnologia de liquefação: fundamentos e aplicações. 14:00 – 18:00 hrs Biogás Fundamentos biológicos da produção de biogás. Substratos. Potencial de produção de biogás no Brasil. Fatores que influenciam o processo de biodigestão. Tratamento e uso do biogás (motores, microturbinas e caldeiras), Aterros sanitários. Casos de estudo de biodigestores em operação. 14:00 – 18:00 hrs Bioetanol Propriedades do etanol. Matérias primas para a produção do etanol. Aspectos técnicos e econômicos. O processo de fermentação. Microbiologia: parâmetros e indicadores. Destilação e separação. Etanol a partir da celulose. Melhorias da eficiência do processo de produção de etanol. Tratamento e disposição das vinhaças. Integração energética das destilarias. Análise do ciclo de vida da produção e uso do etanol a partir da cana-de-açúcar. BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL DO CURSO Nogueira, L.A.H., Lora, E.E.S., Dendroenergia: Fundamentos e aplicações, 2da Edição, Editora Interciência, 2003. Tecnologias de Conversão Energética da Biomassa, Coordenadores: Cortez, L.A.B., Lora, E.E.S., 2da Edição, Editora da Unicamp, 2007. TAXAS Valor: Consultar a Fupai. INCLUSO: Material didático e certificado do curso, Coffee break e jantar de confraternização. Biocombustíveis pela rota BTL Biocombustíveis de primeira, segunda e terceira geração a partir da biomassa. Tecnologias BTL – “Biomass to Liquid”. Síntese de Fischer-Tropsh (F-T ). Produção de www.nest.unifei.edu.br INFORMAÇÕES FUPAI - Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria - (35) 3629-3500 NEST - Núcleo de Excelência - em Geração Termelétrica e Distribuída – IEM/UNIFEI - (35) 3629-1355, [email protected]