Page 1

Vol. 06 - Nº 55 - Mai/Jun 2021

www.revistabiomassabr.com

SETOR DE BIOGÁS BRASILEIRO CRESCEU 22% EM 2020 SE COMPARADO A 2019

ISSN-2525-7129


Índice

Expediente

www.revistabiomassabr.com EDIÇÃO Grupo FRG Mídias & Eventos DIREÇÃO COMERCIAL Tiago Fraga COMERCIAL Cláudio Fraga CHEFE DE EDIÇÃO Dra. Suani Teixeira Coelho CONSELHO EDITORIAL Javier Escobar ― USP, Cássia Carneiro ― UFV, Fernando Santos ― UERS, José Dilcio Rocha ― EMBRAPA, Dimas Agostinho ― UFPR, Luziene Dantas ― UFRN, Alessandro Sanches ― USP, Horta Nogueira ― UNIFEI, Luiz A B Cortez ― Unicamp, Manoel Nogueira ― UFPA, Vanessa Pécora ― USP SUPERVISÃO Eliane T. Souza, Cristina Cardoso REVISÃO Maria Cristina Cardoso DISTRIBUIÇÃO Carlos Alberto Castilhos REDES SOCIAIS Matheus Vasques (WEB CONECTE) EDIÇÃO DE ARTE E PRODUÇÃO Gastão Neto - www.vorusdesign.com.br COLABORADORES Felipe Marques, Rafael Gonzalez, José D. Rocha, Raíssa A. da S. Rossi, Gustavo R. Costa, Ana L. G. Santos, Vinicius F. de B. Silveira, Marcos A. de S. Barrozo, Luiz G. M. Vieira, Débora C. Fenerick, Lúcia H. S. Tavares, Lucas C. Mourão, Laiane A. de Andrade, Thiago S. S. Ribeiro, Christian G. Alonso

04

Setor de Biogás brasileiro cresceu 22% em 2020

12

Georreferenciamento de clusters da suinocultura

18

Produção de BIO-ÓLEO a partir da hidropirólise solar

DISTRIBUIÇÃO DIRIGIDA Empresas, associações, câmaras e federações de indústrias, universidades, assinantes, feiras e eventos dos setores de biomassa, agronegócio, cana-de-açúcar, florestal, biocombustíveis, setor sucroenergético e meio ambiente.eventos do setor de energia solar, energias renováveis, construção sustentável e meio ambiente. VERSÕES:

TIRAGEM:

PUBLICAÇÃO:

Impressa / eletrônica

5.000

Bimestral

CONTATO: Curitiba - PR - Brasil +55 41 3225.6693 - 41 3222.6661 E-MAIL: contato@grupofrg.com.br

27

Gaseificação de etanol em água supercrítica como alternativa de produção de hidrogênio

PARA REPRODUÇÃO PARCIAL OU COMPLETA DAS INFORMAÇÕES DA REVISTA BIOMASSABR É OBRIGATÓRIO A CITAÇÃO DA FONTE.

A Revista Brasileira de Biomassa e Energia é uma publicação do OS ARTIGOS E MATÉRIAS ASSINADOS POR COLUNISTAS E OU COLABORADORES, NÃO CORRESPONDEM A OPINIÃO DA REVISTA BIOMASSABR, SENDO DE INTEIRA RESPONSABILIDADE DO AUTOR.

Revista Biomassa BR

3


Artigo

BIOGÁS BRASILEIRO cresceu 22% em 2020 se comparado a 2019 São 148 novas plantas espalhadas pelo país, com diversificação de tratamento de biomassa; ao todo são 675 plantas instaladas com operação focada na produção energética

Felipe Marques Diretor de Desenvolvimento Tecnológico do CIBiogás

Q

ue o agronegócio é um dos principais impulsionadores da economia nacional, isso não é novidade. De acordo com dados do Panorama Agro de 2020, realizado pelo Sistema CNA, as atividades agronômicas correspondem a 21,4% do PIB brasileiro ou R$1.55 trilhão. Dentre os segmentos, a maior parcela vem do ramo agrícola com 68% de representatividade e a pecuária com 32%.

Se considerarmos as frequentes mudanças de taxas sobre consumo de energia decorrente da crise hídrica nacional, somado à volatilidade cambial do momento de instabilidade econômica, o biogás é um elemento chave e que pode conferir competitividade ao agronegócio, reduzindo custos e descarbonizando processos produtivos, descentralizando a produção de energia, seja elétrica, térmica ou veicular, tratando resíduos orgânicos

Biodigestor de Lagoa Coberta na Granja São Pedro Colombari, localizada em São Miguel do Iguaçu (PR) - CIBiogás

4

Revista Biomassa BR

Rafael Gonzalez Diretor Presidente do CIBiogás

que seriam passivos ambientais. Ele contribui diretamente para a segurança energética no campo, afinal as frequentes oscilações de qualidade de energia no fornecimento da eletricidade causam a morte de animais e prejuízo financeiro ao produtor rural. Além de tudo, o biogás é uma fonte energética renovável, despachável e que promove a economia circular.

Granja São Pedro Colombari localizada em São Miguel do Iguaçu (PR) - CIBiogás


ABGD

Em defesa da geração descentralizada e democrática de energia elétrica. Somos mais de 600 empresas com um objetivo comum: fomentar o mercado de geração distribuída – a geração de energia junto ou próxima ao consumo.

JUNTE-SE A NÓS Defendemos os interesses de pequenas, médias e grandes empresas de toda a cadeia de geração distribuída, dando legitimidade institucional a seus pleitos e promovendo a expansão do mercado. Articulamos e lideramos debates com agências regulatórias, concessionárias de serviços públicos e órgãos governamentais. Promovemos a colaboração e o intercâmbio de informações entre fabricantes, distribuidores e empresas, bem como o marketing cooperado com os associados. Fomentamos a qualificação profissional por meio de treinamentos, de descontos em congressos, workshops, cursos e capacitações; da participação em grupos de discussões técnicas e da certificação de instaladores profissionais. Oferecemos assessoria jurídica e orientação regulatória.

Entre em contato conosco: www.geracaodistribuida.org

Capital Corporate Offices

Av. Dr. Chucri Zaidan, 1550 - 5o andar - conj. 518

www.linkedin.com/company/abgd

Vila Cordeiro, São Paulo (SP)

@abgdbrasil

Telefone: (11) 3796-3767

@abgd_oficial

CEP: 04583-110

Revista Biomassa BR

5


Artigo

Do rural ao urbano

Em termos de produção, o Brasil é líder no setor sucroenergético, somos responsáveis por 45% da exportação mundial. De acordo com a ABiogás, a safra 2019/2020 registrou um processamento de 590,36 milhões de toneladas de cana-de-açúcar. Desta forma, podemos considerar o grande potencial e volume de produção de biogás por meio do processamento dos resíduos deste setor.

Entre os anos de 2018 a 2019, o Brasil gerou por dia 216,6 mil toneladas de resíduos sólidos, segundo a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (Abrelpe). Por ano são estimados mais de 39 milhões de toneladas destes resíduos. Se compararmos o volume de resíduos gerados no país com o crescimento do PIB nacional, a nossa proTanto o agronegócio, como a gesdução de lixo avança mais do que o tão pública de resíduos urbanos, precrescimento populacional. cisam compreender que todo e qualA fração orgânica dos RSU cor- quer resíduo orgânico resultante da responde a 51% da produção total de cadeia produtiva nacional pode ser resíduos, e é composta por restos de utilizado para produção de biogás. alimentos de residências, restauran- Este pode ser produzido em escalas e tes, hotéis e shoppings centers, folhas, modelos diferentes, totalmente adapgalhos e gramas provenientes da ma- tado à realidade local. Do pequeno e nutenção de praças e jardins e restos grande produtor, das cooperativas às de frutas, legumes e verduras de fei- agroindústrias nacionais, do Norte ao ras livres e mercadões. A Abrelpe em Sul do país - o melhor substrato para conjunto com a ABiogás, relatam que produção de biogás é sempre a bioo potencial de produção de biogás massa que está disponível no local. focado na fração de RSU do Brasil, Para compreender melhor o ceseria de 7,6 bilhões de Nm3/ano, gás suficiente para gerar 14,40TWh/ano, nário do biogás brasileiro, o Centro eletricidade suficiente para abastecer Internacional de Energias Renováveis (CIBiogás), realiza anualmente um quase 50 milhões de residências. estudo que apresenta a evolução do setor a cada ano. A nota técnica intitulada de Panorama do Biogás no Brasil, cuja a última edição foi lançada recentemente, trouxe uma leitura sobre o avanço em número de plantas geradoras de energia (térmica, elétrica e veicular - biometano), bem como estimativa do potencial de produção de Produção de suínos em Entre Rios do Oeste (PR) - CIBiogás cada uma delas.

Produção de gado em Entre Rios do Oeste (PR)

6

Revista Biomassa BR

A nota técnica demonstra que durante o ano de 2020 a produção de biogás no Brasil cresceu 22%. Assim como a quantidade de plantas, o volume de biogás produzido para fins energéticos aumentou expressivamente nos últimos anos. De 2015 e 2019 o crescimento

Capa da Nota Técnica Panorama do Biogás no Brasil 2020

médio foi de 20% a.a. De 2019 para 2020, o índice de crescimento atingiu 23% a.a. Dentro da matriz elétrica nacional a biomassa corresponde a 8% da produção energética, e desta fração apenas 2% corresponde ao Biogás, ou seja 0,16% da nossa matriz elétrica do país. A exemplo de outros países que investiram esforços para transição energética, como a Alemanha, e que possuem condições menos competitivas para produção do biogás, como o clima e também um volume inferior de resíduos gerados, se comparado às condições do Brasil, o país é capaz de se tornar o grande protagonista mundial na cadeia de biogás, afirma Rafael González, diretor presidente do CIBiogás. “Temos demanda energética e biomassa para isso. Temos potencial para produzir 82,58 bilhões de metros cúbicos ao ano, considerando os setores sucroenergético, saneamento urbano, proteína animal e produção agrícola”. Deste potencial, no último levantamento do CIBiogás, o país aproveita apenas 2% (1,83 Nm3/ano), mesmo com clima favorável, dimensões continentais e atuação econômica nacional e internacional que resulta numa alta concentração de produtos que devem ser convertidos em ativos energéticos. Rafael reforça que o que falta para uma grande alavancagem do biogás são leis e incentivos fiscais, maior divulgação de ações e projetos de sucesso, desenvolvimento de políticas


Artigo

públicas e agenda política estratégica para dar atenção à fonte. Como alavancar o biogás no país? Diante tantos desafios, Felipe Marques, Diretor de Desenvolvimento Tecnológico do CIBiogás, acredita que um dos aspectos mais importantes para continuar incentivando o mercado de biogás está ligado ao fortalecimento da cadeia de fornecedores no Brasil, e na formação de mão de obra especializada. Felipe complementa que a relevância do domínio tecnológico, com resultados que geraram entregas promissoras de plantas com propostas robustas, aproxima cada vez mais investidores para o setor. “O desenvolvimento de modelos de negócios para a realidade nacional também permitiu que mais empreendedores do biogás encontrem resultados relevantes em suas plantas.” A Nota Técnica Panorama do Biogás no Brasil 2020, revela que o crescimento é resultado do interesse de novos agentes e investidores, que desejam impulsionar a fonte prospectando novos projetos e ampliando a sua visão sobre sustentabilidade em diversas esferas. “A curva de crescimento do setor segue de forma ascendente, em tendência de alta exponencial. O número de plantas em operação entre 2019 e 2020 apresentou um crescimento de 22%", destaca Felipe. Mesmo com uma pequena variação dentro deste período, os dados ainda comprovam que a expansão

“O desenvolvimento de modelos de negócios para a realidade nacional também permitiu que mais empreendedores do biogás encontrem resultados relevantes em suas plantas.” Felipe Marques

mas mesmo em minoria de unidades, o volume de biogás produzido é alto e no montante são responsáveis por 73% do biogás produzido no país. Nesse sentido, há um rendimento médio na produção de gás por metro cúbico de dejetos no Brasil, os dados divulgados nas Notas Técnicas de 2018/2019 do CIBiogás, revelam que os números variam de acordo com os substratos: Bovino de leite = 0,008 m3biogas/kg dejeto Bovino de corte = 0,061 m3biogas/kg dejeto Suinocultura = 26,08 a 34,78 m3biogas/m3 dejeto (dependendo da tecnologia adotada)

No Laboratório do CIBiogás mais de 220 tipos de biomassa fodo biogás no Brasil continua em ple- ram testadas para descobrir o potenno desenvolvimento, mas que precisa cial de produção de biogás. Desde de atenção e força estratégica política 2011, o Laboratório acumula mais de 36.700 ensaios laboratoriais. Acrepara conseguir avançar. ditado pela Coordenação Geral de Hoje, a principal fonte de substra- Acreditação do Inmetro – CGCRE to utilizada para produção de biogás na norma ISO 17025:2017, para em sistemas de biodigestão no Brasil o ensaio de Potencial Bioquímico é a agropecuária. A atividade repre- de Metano. senta 79% das plantas em operação O levantamento de dados das (566 propriedades), mas a contribuição total no volume de biogás repre- plantas em operação foi realizado ao senta 11%. O Panorama do Biogás longo do ano de 2020 e nos meses de mostra que as plantas que processam Janeiro, Fevereiro e Março de 2021, resíduos sólidos urbanos ou efluentes por meio de bases de dados públicas de estações de tratamento de esgoto das Agências Reguladoras dos setores e aterros sanitários, que representam de energia elétrica (ANEEL) e bio9% das plantas totais em operação, combustíveis (ANP). As bases de dados utilizadas como ponto de partida para a atualização foram: o banco de dados do Biogasmap referente a 2019, o qual deu origem à Nota Técnica 002/2020 publicada pelo CIBiogás; banco de dados da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL; licenças ambientais emitidas pelos órgãos estaduais de meio ambiente; e por fim, dados enviados voluntariamente pelas plantas de produção de biogás por e-mail, aplicativo de mensagem de texto ou por meio de um formulário de cadastro online.

Minicentral Termelétrica localizada em Entre Rios do Oeste (PR)

É importante destacar que foram inseridas neste levantamento apenas as plantas de biogás que o utilizam

Revista Biomassa BR

7


Artigo

para aplicações energéticas e que entraram em operação ou tiveram sua construção iniciada até 2020. Unidades que iniciaram sua operação ou construção em 2021 não foram contabilizadas. O biogás no Congresso Nacional Instituições como a ABiogás e o CIBiogás estão se articulando para comprovar e enfatizar a importância e os benefícios que o biogás traz a diversos setores econômicos, sobretudo ao agronegócio, uma vez que o Projeto de Lei (PL) nº 5829/2019, sobre o marco legal da minigeração e microgeração distribuída no Brasil ainda está em tramitação no Congresso Nacional. Rafael González explica que existem aspectos relevantes a serem pautados nas discussões para aprovação do PL, sendo o destaque às fontes renováveis despacháveis como o biogás. "Ele é uma fonte energética renovável caracterizada por ter uma geração firme - armazenável, que fornece energia em todos os horários do dia, que promove a economia circular e ajuda a fixar o homem no campo", reforça. As contribuições são constantes para que as leis e regulamentações sejam favoráveis ao desenvolvimento do setor, como por exemplo em abril de 2019, o CIBiogás encaminhou para audiência pública da ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, contribuições referente ao aprimoramento das regras aplicáveis à micro e minigeração distribuída (REN número 482/2012). Para o Plano Nacional de Energia de 2050, foi entregue ao Ministério de Minas e Energia também contribuições sobre o papel do biogás na transição energética e modernização da matriz energética nacional. Sobre os sistemas de armazenamento, em parceira com os associados do CIBiogás, em novembro de 2020, foram encaminhadas contribuições para a tomada de subsídios da ANEEL. O biogás é um fonte energética produzida a partir da degradação da matéria orgânica, o que fortalece diversos programas de governo voltados 8

Revista Biomassa BR

essa fonte são dimensionados pela oferta de biomassa disponível, e muitas vezes o consumo energético é muito menor ao potencial a ser explorado e gerado por essa fonte em uma única propriedade. "As usinas que operam com biogás apresentam uma composição de custos de instalação, operação e Ele também representa um desti- manutenção distinta de outras fontes no adequado para os dejetos da pecu- energéticas, fator que deixa os projetos ária e biomassa residual da agroindús- mais sensíveis às alterações no sistema tria (ex.: dejetos 100 mil suínos podem de compensação". fornecer biogás para uma usina de 1 Os riscos são a não aprovação do MW), e as usinas termelétricas a biogás correspondem hoje a pouco mais PL nº 5829/2019 e a consequente ende 1% da potência instalada em GD trada das novas regras propostas em no país. Ou seja, quando o assunto é minuta pela ANEEL, que poderá inbiogás e geração distribuída de peque- terromper o ciclo de crescimento e no porte, tem-se segurança energéti- de transformação socioambiental que o biogás promove no campo através da mini e microgeração distribuída e desperdiçará um potencial que pode chegar 19 GW de potência instalada.

ao saneamento, segurança sanitária e sustentabilidade econômica. Ele pode ser utilizado ainda como fonte complementar de outras energias renováveis como a solar ou eólica, fortalecendo a base de energia dessas plantas com híbrida geração.

Oportunidade de investimento O Diretor, Felipe Marques, destaca o potencial do território para a gestão de Plantas de biogás cresceram 22% entre 2019 e 2020 resíduos, relata que o Brasil é o país que reúne as melhoca no abastecimento de propriedades res características para se estabelecer rurais, evitando perdas financeiras e como referência mundial em sustentaconferindo maior qualidade de vida bilidade energética e que o agronegóao produtor, além do tratamento ade- cio poderá, em pouco tempo, se aprequado aos passivos ambientais (deje- sentar ao mundo como o mais verde tos animais e resíduos orgânicos em do planeta. Sendo uma das atividades geral), transformando-os em ativos que mais impactam economicamente o Brasil, essa revolução de costumes energéticos; perante ao setor, irá trazer uma nova O pequeno produtor rural, ainda perspectiva ambiental sobre o país em 2021, tem sofrido com as constan- que abriga a Floresta Amazônica. tes quedas de energia e a dificuldade Outro exemplo capaz de ilustrar de fornecimento de energia elétrica no meio rural, especialmente em pon- esse novo futuro, serão os caminhões tas de rede. A título de exemplo, o que da logística de transporte do interior ocorreu no município de Arroio do para os portos rodando com biomeMeio/RS, onde a falta de energia pro- tano e gás natural e os resíduos urbavocou a morte de quase 30 mil aves, nos orgânicos sendo utilizados para causando um prejuízo de mais de R$ produzir biometano para o transporte público. É importante citar ainda 500 mil aos produtores da região. o marco regulatório da "Nova Lei do As modalidades de autoconsu- Gás", que incentiva novas oportunimo remoto e a geração compartilha- dades de oferta e demanda de gás nada, permitidas no sistema de com- tural e que o biometano é intercampensação (Resolução Normativa n° biável com a molécula de gás natural, 482/2012) são essenciais para viabi- sendo assim, o biometano garante a lizar o desenvolvimento do biogás. interiorização das estratégias de gás González cita que os projetos com no país - o chamado "Pré-sal Caipira".


Revista Biomassa BR

9


Artigo

"Duas alternativas que conectam com a circularidade e regionalização econômica'', diz Marques. Ainda há muito para ser explorado, porém o biogás vem conquistando um bom espaço nas discussões sobre o futuro sustentável do país, ainda mais com as metas declaradas no Acordo de Paris. Sendo assim, como uma fonte de energia firme, despachável e não intermitente, o biogás pode contribuir de forma significativa para a transição energética no Brasil, estendendo todas as perspectivas positivas para os outros países da América Latina. Marques enfatiza que o biogás no agronegócio possui uma boa trajetória devido ao amadurecimento da fonte, porém, naturalmente, alguns projetos implantados no passado não encontram os mesmos resultados que projetos similares implantados a curto prazo. O processo resultou no ganho de robustez tecnológica, aplicada em plantas de biogás, e o fortalecimento da produção em locais com potencial elevado. Dentro dessa situação, a tecnologia também contribui na solução da assimetria de informação, atualmente, o principal gargalo do setor de biogás no agronegócio. “Geradores, biodigestores, sistemas de tratamento e refino do biogás são exemplos de produtos consolidados para o biogás no Brasil. Porém o arranjo tecnológico precisa ser ajustado caso a caso.” complementa Marques.

além de perspectivas positivas focadas na transição energética nacional e na descarbonização dos setores produtivos. “A modernização da matriz energética é uma realidade que o país está enfrentando. Essa movimentação - política - aquece o interesse de investidores, sim, mas também acaba trazendo em pauta a necessidade de marcos regulatórios robustos que permitam a diversificação de nossa matriz energética, assim como, para a transição para uma economia de baixo carbono, nos setores de energia, agronegócio e gestão pública”.

“A inovação para nós é uma essência. Ou seja, a partir do momento que desenvolvemos uma solução, ela é entregue à cadeia de biogás e a nossa equipe busca trabalhar para melhorar o que foi entregue e/ ou encontrar outras questões para solucionar.”

Já Rafael González destaca que, para o desenvolvimento eficaz do setor, é preciso haver um maior debate Rafael Gonzalez técnico com líderes das diversas esferas governamentais a fim de promover Quanto à inovação, essencial para um maior destaque ao biogás no âmbito legislativo com um amparo mais manter o mercado de biogás ativo e seguro e possíveis linhas de créditos, em progresso, o Brasil demonstra um

10 Revista Biomassa BR

grande avanço relacionado à inovações no setor, dado que o CIBiogás, centro especializado em inovação, contribuiu no desenvolvimento do primeiro projeto de Geração Distribuída com biogás no país, além da frota cativa que opera com biometano a partir da gestão de Resíduos Sólidos Orgânicos. Nesse âmbito também há o primeiro condomínio de agroenergia, e o primeiro projeto de MicroGrid atuante no Brasil. Atualmente há um domínio da tecnologia como recurso facilitador no quesito biogás, mas ao mesmo instante, o mercado busca as melhores performances e técnicas de aproveitamento total da biomassa, a fim de extrair todo a capacidade da fonte e incentivar a movimentação do mercado que constantemente necessita de uma integração além das fronteiras, e um contínuo aperfeiçoamento tecnológico e econômico. O biogás Por meio de um processo fermentativo (biodigestão) que ocorre na ausência de oxigênio (Anaerobiose) os resíduos orgânicos são degradados a compostos mais simples, reduzindo seu poder poluente e gerando o BIOGÁS. O biogás é composto em sua maior parte por metano, e devido a isso possui um alto potencial energético, podendo ser aplicado à geração de energia elétrica, térmica e na produção de biometano (como combustível veicular). No Brasil, ele é produzido principalmente a partir de substratos vinculados ao saneamento urbano (aterros sanitários), setor sucroenergético e à cadeia de proteína animal (frigoríficos e propriedades rurais).


EGO

TRABALHAMOS COM O DNA DA SUSTENTABILIDADE

Com mais de 50 anos, a LARA é muito mais do que uma empresa tratadora de resíduos. Produz, acima de tudo, Sustentabilidade hoje e para as próximas gerações.

Para isso, atua em Saneamento, Geração de Energia e Crédito de Carbono de forma sustentável no Brasil e no exterior.

Empresas do Grupo Lara

ÁGUA

w w w. l a r a . c o m . b r


Georreferenciamento de clusters da suinocultura José Dilcio Rocha Engenheiro químico, doutor em Engenharia Mecânica, pesquisador da Embrapa Territorial, Campinas, SP

RESUMO O crescimento da suinocultura no Brasil e no mundo está em ritmo acelerado assim como as tecnologias de tratamento de dejetos dessa atividade. A compostagem e a biodigestão anaeróbica estão entre os principais processos de manejo dos dejetos. Embora a biodigestão anaeróbica tenha altos investimentos iniciais relativamente a outras soluções, com esse processo é possível agregar valor aos rejeitos através do biogás, a geração de energia elétrica e térmica, purificação do biogás a biometano e a produção de biofertilizantes. Nesse estudo, resultado de uma parceria entre a Embrapa Territorial e a Embrapa Suínos e Aves, foi usada uma abordagem de bancos de dados georreferenciados como uma ferramenta eficaz no entendimento das melhores alternativas de tratamento de dejetos. Assim, um estudo de caso na sub-bacia hidrográfica do Lajeado dos Fragosos (SBHLF), em Concórdia, SC, estudamos a espacialização de vários aspectos territoriais, que juntos, podem auxiliar os produtores a tomares decisões e terem seus problemas com disposição de dejetos transformados em lucros. O objetivo da Embrapa é encontrar um parceiro privado capaz de automatizar essas operações e realizar uma análise precisa do melhor modelo para solucionar a questão do manejo e seu aproveitamento. PALAVRAS-CHAVES: suinocultura, espacialização, georrefenciamento, tratamento de dejetos, biodigestão..

O BRASIL É O QUARTO MAIOR PRODUTOR MUNDIAL DE CARNE SUÍNA, COM CERCA DE 4% DA PRODUÇÃO GLOBAL, FORAM 4,4 MILHÕES DE TONELADAS EM 2020 12 Revista Biomassa BR

Introdução A Embrapa Territorial localizada em Campinas, SP, é uma das unidades da Embrapa espalhadas pelo país e se dedica a estudos com o uso de imagens de satélites e realiza a espacialização de atividades típicas da agropecuária brasileira e de outros assuntos de interesse público. Nessa parceria com a Embrapa Suínos e Aves localizada em Concórdia, SC, profissionais de ambas unidades juntaram esforços para estudar as possibilidades de aproveitamento energético e nutricional dos dejetos da suinocultura em uma área densamente povoada por pequenos produtores rurais de suínos naquele município catarinense. A criação de suínos é exemplo de pecuária intensiva que usa o confinamento em todas as etapas de produção. É uma atividade com grande dependência da produção de grãos devido

ao alto consumo de milho e farelo de soja principalmente, sendo que parte do consumo de grãos é produzida na própria propriedade. As propriedades rurais com atividades granjeiras são igualmente agrícolas, assim elas se dedicam a agropecuária e isso traz sinergias. O tratamento de dejetos da suinocultura produze biofertilizantes, fonte alternativa de nutrientes aos fertilizantes comerciais que têm altos custos. Os cuidados que devem ser tomado são para evitar a contaminação dos solos agriculturáveis. Especificamente no estado de Santa Catarina a legislação é bem definida quanto aos níveis de utilização desses materiais na lavoura. O Brasil é o quarto maior produtor mundial de carne suína, com cerca de 4% da produção global, foram 4,4 milhões de toneladas em 2020, das quais 23% exportadas, segundo a Associação Brasileira de Proteína Ani-


mal – ABPA. Os três estados da Região Sul produzem juntos 70% da produção nacional e exportam quase que a totalidade das nossas exportações de carne suína, a região tem como maior destaque o estado de Santa Catarina, principalmente o oeste do estado, local onde esse estudo é desenvolvido. Os dejetos da suinocultura têm usos atualmente na compostagem e na lavoura diretamente. Nesse estudo propomos a biodigestão anaeróbica para além do que já se faz hoje e como forma de maximizar os ganhos econômicos e ambientais. Também pode haver custos de disposição envolvidos na disposição do excedente armazenado em esterqueira. O projeto total denominado “Tecnologias para Produção e Uso de Biogás e Fertilizantes a partir do Tratamento de Dejetos Animais no Âmbito do Plano ABC, da Rede BiogásFert” visa oferecer soluções tecnológicas para a sociedade para a produção e o uso integrado de biogás e biofertilizantes orgânicos e organominerais a partir de dejetos com foco em agricultura de baixo carbono. O local exato do levantamento é a região da Sub-Bacia Hidrográfica do Lajeado Fragoso (SBHLF) pertencente à mesorregião Oeste Catarinense. A SBHLF integra a Bacia Hidrográfica do Rio Jacutinga, entre as coordenadas geográficas 27º15’41,86” S e 27º12’31,95” S e 52º12’23,48” W e 52º1’47,79” W, e apresenta uma área de drenagem de aproximadamente 60 km2, o que corresponde a 7,5% da área total do município. Material e Métodos O estudo completo foi realizado a partir de uma abordagem espacial, para construir os mapas temáticos. Foram usadas várias ferramentas e fontes de dados e informações descritas a seguir:

1. base cartográfica municipal disponibilizada é compatível com a escala de 1:250.000, em sistema de coordenadas geográficas e sistema geodésico de referência SIRGAS 2000 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). 2. dados de tipologia raster do modelo digital de elevação (MDE) de 1-arcsec foi fornecido pela Earth Explorer (2019), originário da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), assim como o raster de bandas espectrais, com uso de três cenas do satélite Sentinel 2A (Copernicus Sentinel Data; European Space Agency, 2019), de fevereiro e março de 2019, com 10 m de resolução espacial. A imagem foi tratada usando o software de geoprocessamento ArcGIS 10.6 (ESRI, 2019), com a composição de mosaico das bandas RGB 04/03/02 e 08 (infravermelho próximo). 3. arquivos vetoriais pontuais da atividade pecuária de suínos, bovinos e aves foram levantados em campo e fornecidos pela Embrapa Suínos e Aves, a partir da visita e coleta de dados junto aos produtores rurais locais. 4. delimitação da SBHLF foi feita com base em arquivos vetoriais obtidos na Base Hidrográfica Ottocodificada 1:250.000 (BHO250) da Agência Nacional de Águas (Agência Nacional de Águas, 2018). 5. dados de malha viária foram obtidos em três diferentes fontes de informação e também são compatíveis com a escala 1: 250.000: por solicitação direta à Secretaria Municipal de Agricultura da Prefeitura Municipal de Concórdia, SC, pelo Trajeto dos Recenseadores do Censo Agro 2017 (IBGE, 2019); e na plataforma de compar-

A SUSTENTABILIDADE DO NEGÓCIO DA SUINOCULTURA PASSA PELO USO DOS DEJETOS E SUA TRANSFORMAÇÃO EM PRODUTOS CAPAZES DE MELHORAR A ECONOMICIDADE DA ATIVIDADE 14 Revista Biomassa BR

tilhamento de dados abertos Open Street Map (2019). 6. a caracterização ambiental das propriedades rurais, foram obtidos dados dos imóveis cadastrados no Sicar (Cadastro Ambiental Rural, 2019), selecionando entre as diversas categorias de dados disponíveis as áreas de preservação permanente (APP), reservas legais (RL) e áreas de vegetação nativa excedentes. Os dados oficiais sobre criação de animais foram obtidos no Portal Nacional do Licenciamento Ambiental (Brasil, 2019). 7. a caracterização do quadro de infraestrutura local, pertinente à temática do estudo, os dados de linhas de distribuição de energia e número de transformadores foram solicitados por contato direto com a área responsável e adquiridos diretamente da empresa Centrais Elétricas de Santa Catarina (Celesc), concessionária local. 8. informações sobre produção de nutrientes e potencial nutricional foram obtidas por meio de literatura e legislação estadual, consultando o Manual de Adubação e Calagem para os Estados de Rio Grande do Sul e Santa Catarina (Sociedade Brasileira de Ciência do Solo; Comissão de Química e Fertilidade do Solo, 2004) e a Instrução Normativa no 11, Suinocultura, do Instituto de Meio Ambiente de Santa Catarina (Instituto do Meio Ambiente de Santa Catarina, 2014). 9. dados do Portal Nacional de Licenciamento Ambiental (PNLA) foram obtidos no formato CSV de pontos de coordenadas geográficas registradas de criação de animais no estado de SC, e foram filtrados apenas pontos de licenciamento contidos no município de Concórdia. Esses dados foram organizados em um sistema de informações geográficas (SIG), no software ArcGIS 10.6 (ESRI, 2019), a partir da criação de um shapefile sem feições no ArcCatalog.


Figura 1 Distribuição das granjas de suínos na SBLF e a malha viária local.

Figura 2 Localização das construções granjeiras na SBLF.

FEED AND BIOFUEL

I M PU L S I O N A N D O S E U N E G Ó C I O D O CA M P O AO CO M B U S TÍ V E L

VA M OS A B AST ECE R O SE U N EG Ó CI O Quando se trata do futuro do seu negócio, nosso comprometimento envolve todo o ciclo de sua operação. Desde a primeira análise da matéria-prima no campo, até a sua produção. Como para a Georgia Biomass, uma das maiores plantas de biomassa do mundo, que conta com um centro de serviço ANDRITZ dedicado à sua planta. Descubra como nossas soluções em processos e serviços podem abastecer o seu negócio em andritz.com/ft.

C O M O P O D E M O S A J U DA R A ABASTERCER O SEU NEGÓCIO ?

ANDRITZ FEED & BIOFUEL Rua Progresso 450 Pomerode - SC - Brasil 89107-000 Tel: +55 47 3387 9198 E-mail: andritz-fb.br@andritz.com

Revista Biomassa BR

15


Resultados e Discussões A sustentabilidade do negócio da suinocultura passa pelo uso dos dejetos e sua transformação em produtos capazes de melhorar a economicidade da atividade. Exploramos o potencial da biodigestão anaeróbica com o objetivo de aumentar a rentabilidade, com pagamento dos investimentos (CAPEX) e ganhos reais, além de permitir a retirada dos dejetos, possibilitando a manutenção do negócio.

teligência territorial aplicada ao manejo de resíduos da pecuária”. Foram obtidos mais de 40 mapas com todos os aspectos abordados nos itens listados na sessão Materiais e Métodos, mas sabemos que muitos outros mapas podem ser construídos para ter clareza e visões que se complementam na busca da melhor solução. O nosso objetivo é encontrar parceiros no setor privado para usar todas as informações e au-

Alguns exemplos de mapas obtidos são mostrados nas figuras a seguir. A Figura 1 mostra a distribuição das granjas de suínos na SBLF e a malha viária local. Já na Figura 2 são as estruturas e construções espalhadas pela SBLF e os tipos de vegetação encontrada na região. Considerações Finais Este estudo foi publicado pela Embrapa para acesso público no seu sistema digital Ainfo com o título: “In-

16 Revista Biomassa BR

BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Suinocultura de baixa emissão de carbono: tecnologias de produção mais limpa e aproveitamento econômico dos resíduos da produção de suínos. Brasília, DF: MAPA, 2016. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Portal Nacional de Licenciamento Ambiental – Pesquisa de Licenciamento Ambiental. 2019. Disponível em: http://pnla.mma.gov.br/ pesquisa-de-licenciamento-ambiental Acesso em: 22 out. 2019.

A junção de bases de dados georreferenciadas de produção, de características naturais, econômicas e ambientais, além de uso e ocupação das terras e das condições de infraestrutura locais pode ser capaz de equacionar soluções inovadoras. Cada região tem suas próprias características intrínsecas, e soluções genéricas geralmente não funcionam muito bem. Algumas estratégias podem ser generalizadas e devem ser mescladas com as características regionais. A construção de um método automatizado que possa fazer uma análise de viabilidade para um novo empreendimento de manejo de dejetos animais em propriedades rurais será uma realidade muito em breve e deverá considerar premissas de caráter técnico, social, econômico, legal e ambiental, todos de forma regionalizada.

Tratamento de dejetos no âmbito do programa do ABC. Porto Alegre: Secretaria da Agricultura, Pecuária/RS, 2015. 13 p.

CADASTRO AMBIENTAL RURAL. Siscar Downloads. 2019. Disponível em: http:// www.car.gov.br/publico/imoveis/index ESRI. Environmental Systems Research Institute. ArcGIS Desktop 10.6. Redlands, CA, 2019.

tomatizar as soluções na forma de um aplicativo computacional. Os autores da pesquisa são pesquisadores da Embrapa Territorial e da Embrapa Suinos e Aves e três bolsistas de ambas unidades. A abordagem espacial é uma ferramenta poderosa no planejamento e na tomada de decisões para a adoção de soluções racionais e sustentáveis. Façam o download no Ainfo da Embrapa. Referências AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Base Hidrográfica Ottocodificada 1:250.000 (BHO250). 2018. BARROS, E. C.; NICOLOSO, R. da S.; HIGARASHI, M. M.; KUNZ, A.

IBGE. Downloads. 2019. Disponível em: https://www.ibge. gov.br/geo ciencias/downloads-geociencias.html Acesso em: 09 out. 2019. IMA, INSTITUTO DO MEIO AMBIENTE DE SANTA CATARINA. Suinocultura. Florianópolis: FATMA, 2014, 37 p. (Instrução Normativa, 11). Disponível em: http://www. ima.sc.gov.br/index.php/downloads/ licenciamento-ambiental/instrucoes-normativas-1/in11/2572-in11-suinocultura. OPEN STREET MAP. Map. 2019. Disponível em: https:// w w w. o p e n s t r e e t m ap. o r g / # m a p=14/-27.2500/-52.0402&layers=TD. ABPA – Assossiação Brasileira de Proteína Animal, Relatório Annual 2021, 75 p. Disponível em: http:// abpa-br.org/mercados#relatorios


Revista Biomassa BR

17


Artigo

Produção de BIO-ÓLEO a partir da hidropirólise solar da microalga Chlamydomonas Reinhardtii Raíssa Aparecida da Silveira Rossi1; Gustavo Rodrigues Costa1; Ana Luísa Gabriel Santos1; Vinicius Ferreira de Brito Silveira1; Marcos Antonio de Souza Barrozo1; Luiz Gustavo Martins Vieira1

RESUMO Emissões de carbono relacionadas à geração de energia tem se expandido devido ao crescimento econômico mundial. O presente trabalho combina diferentes formas de energias renováveis. A produção de hidrogênio através de eletrólise alcalina, usando como fonte de energia um painel fotovoltaico. A produção de bio-óleo através da hidropirólise, que utiliza um concentrador solar como fonte térmica na degradação da biomassa, implementado um protótipo para aproveitar a energia solar de duas formas diferentes. Este estudo teve como objetivo verificar o rendimento e a qualidade da fase líquida produzida na hidropirólise solar catalítica (CSH) ex-situ da microalga Chlamydomonas reinhardtii, usando um precursor catalítico tipo hidrotalcita (HTC) e gás H2 produzido por eletrólise solar alcalina. Os efeitos de diferentes porcentagens de catalisador e tempos de reação foram avaliados em relação ao rendimento do produto e à composição do bio-óleo. Os resultados revelaram que a CSH combinada a um leito catalítico de hidrotalcita foi capaz de produzir um rendimento líquido de 45,57%. A atmosfera de hidrogênio contribuiu para redução de compostos oxigenados e o catalisador foi capaz de reduzir compostos nitrogenados e elevar o nível de hidrocarbonetos na fase líquida. O melhor resultado relacionado à composição do bio-óleo apresentou 37% de hidrocarbonetos, 24% de compostos nitrogenados e 39% de oxigenados, indicando que a hidropirólise solar da microalga Chlamydomonas reinhardtii combinada com o precursor tipo hidrotalcita é uma alternativa promissora na produção de bio-combustível. PALAVRAS-CHAVES: Biomassa, Hidrogênio, Energia Solar, Catálise, Processo Termoquímico.

Introdução Devido à preocupação ambiental, países estão em busca de recursos renováveis, estabelecendo metas de energia mais ambiciosas e políticas de apoio que incentivam o crescimento da infraestrutura de geração de energias renováveis. A combinação da energia solar com o processo eletrolítico para produção de H2 tem sido centro de atenções, principalmente em locais com alto índice de irradiação (ÚRSUA et al., 2012). A utilização de biomassa também tem sido considerada como uma solução para a substituição de combustíveis fósseis, podendo fornecer energia à baixo custo, além evitar o acúmulo de CO2 na atmosfera (BRIDGWATER, 2003). Estudos recentes revelam que a piróliR.A.S. Rossi – Universidade Federal de Uberlândia, Dep. de Engenharia Química - Centro de Engenharias e Ciências Exatas, Uberlândia, MG, raissaasr@gmail.com

1

18 Revista Biomassa BR

se de microalgas pode ser conveniente na produção de bio-óleos com melhores características, quando comparados com aqueles originados a partir de material lignocelulósico (CHEN et al., 2015). A conversão da biomassa em produtos de maior poder calorífico e valor agregado se dá através de processos termoquímicos como a pirólise e a hidropirólise. Processos que utilizam energia solar também se apresentam importantes ao combinar fontes limpas de energia. A radiação solar é usada através de dispositivos de concentração ópticos capazes de alcançar a temperatura necessária à reação (ZENG et al., 2017). A produção de bio-óleo via processos termoquímicos tem sido amplamente explorada. Entretanto, o bio-óleo ainda apresenta propriedades indesejadas como baixo poder calorífico e alta instabilidade,

devido à presença de compostos oxigenados e nitrogenados (XIE et al., 2015). A hidropirólise é um processo termoquímico que acontece em uma atmosfera de H2 e vem sendo estudada para a formação de produtos de melhor qualidade em comparação com a pirólise. A presença de hidrogênio favorece a abertura da estrutura macromolecular da biomassa e ajuda na remoção de heteroátomos, o que facilita a formação de hidrocarbonetos (RESENDE, 2016). Estudos recentes sugerem que processos termoquímicos catalíticos de microalgas também podem ser apropriados para otimização do bio-óleo, alcançando maiores rendimentos e teores mais baixos de compostos indesejados (CHEN et al., 2015). O uso de precursores catalíticos como a hidrotalcita também são considerados vantajosos devido às suas propriedades como grande área superficial, estabilidade estrutural, ca-


Artigo

A unidade experimental da hidroracterísticas ácido-base e baixo custo de sintetização (CAVANI et al., 1991). pirólise é constituída por um espelho (acoplado a um tripé automatizado de Existe uma ampla área de pesqui- rastreamento) capaz de concentrar a sa, desde a otimização do rendimento luz solar e refleti-la em um ponto fodos produtos até a melhoria das carac- cal no qual estava localizado um reator de quartzo (transmitância de 0,94/ terísticas da fase líquida. diâmetro de 4,4 cm), no qual, cerca de Dessa forma, esse trabalho visa 1,5 g de microalgas eram degradados. avaliar o potencial da hidropirólise O desenho esquemático é apresentado catalítica da microalga de Chlamydo- na Figura 1. O processo acontecia em monas reinhardtii, usando energia so- bateladas em uma configuração ex-silar, como fonte alternativa de energia tu, sendo que o reator de hidropirólipara a produção de hidrogênio, bem se era seguido por um leito catalítico como para o processo de hidropiró- (hidrotalcita) fixo e aquecido. Antes lise, criando um protótipo totalmen- da reação de hidropirólise, o sistema te limpo, agregando valor aos novos era purgado com H2 produzido pela processos de geração de energia e aos célula eletrolítica, em um fluxo de bioprodutos. aproximadamente 63 mL/min (pressão atmosférica) para garantir uma Metodologia atmosfera sem oxigênio. Os vapores da hidropirólise fluíam com o auxílio A. do gás H2 pelo leito de hidrotalcita e Produção de H2 em seguida para o sistema de condenA energia elétrica necessária ao sação, consistindo por dois kitassatos processo de eletrólise, foi fornecida imersos em gelo. Os rendimentos de por um painel fotovoltaico. Os expe- sólido e líquido foram determinados rimentos foram realizados alterando por gravimetria. O rendimento de gás a concentração da solução de KOH foi calculado por diferença e a mase a irradiação fornecida, a fim de se sa inicial de microalgas foi adotada avaliar a produção de H2. O eletrolisa- como base de cálculo. Os testes foram dor alcalino era constituído por uma conduzidos sob irradiações de aprocélula eletrolítica cilíndrica (volume ximadamente 800 W/m2, o que perde 675 cm3), fabricada em acrílico. mitiu uma temperatura de reação de Os dois eletrodos (hastes cilíndri- aproximadamente 600ºC. cas) eram mantidos imersos em uma solução aquosa de KOH. A energia fornecida em corrente contínua pelo painel fotovoltaico permitia a dissociação das moléculas de água em H2 (polo negativo) e O2 (polo positivo), ambos gasosos. A descrição detalhada da unidade e do processo de produção de H2 foram realizados por ROSSI (2020). B.

Hidropirólise

A biomassa utilizada foi a microalga desidratada Chlamydomonas reinhardtii (6% ± 0,03 de unidade). Sua caracterização pode ser encontrada no trabalho ANDRADE et al. (2018). O precursor catalítico tipo hidrotalcita [Mg6Al2(OH)16CO3.4H20] foi sintetizado por co-precipitação a pH constante (10,0 ± 0,2), segundo CAVANI et al. (1991). A ativação da hidrotalcita foi realizada por meio da calcinação à 550ºC em fluxo constante de oxigênio por 4h, para formação dos óxidos mistos.

laridade superior a 80%. Os produtos foram classificados em nitrogenados (N), oxigenados (O) e hidrocarbonetos (Hc). As condições experimentais foram escolhidas utilizando o planejamento composto central (PCC), com o objetivo de avaliar a influência do tempo de reação (t) e da porcentagem de catalisador (C) (fração catalisador/ biomassa) nos rendimentos (sólido, líquido e gasoso) e na composição do bio-óleo. O tratamento dos dados foi realizado por Técnicas de Regressão e Superfícies de Resposta. Os efeitos das variáveis independentes foram calculados e os parâmetros significativos foram determinados por análise de variância (ANOVA). Foi proposta a equação de predição para o teor de hidrocarbonetos (%) do bio-óleo. A adequação da equação ajustada foi avaliada com base nos valores do coeficiente de determinação (R²). Resultados e Discussões A.

Produção de H2

O perfil de produção de hidrogênio foi traçado em função das duas variáveis estudadas (irradiação solar e concentração de KOH). As condições que maximizam a produção de H2 se encontram nos níveis de maior irradiação e concentrações intermediárias do planejamento composto central. A concentração ideal para a irradiação de 800 W/m2 (valor no qual foram realizados os experimentos de hidropirólise) foi de 4.92 mol/L, o que permitiu um fluxo de 63 mL/min de H2. A qualidade do gás H2 produzido foi satisfatória (98,40% ± 0,13%). Os resultados e discussões são detalhados por ROSSI (2020). B.

Hidropirólise

A Tabela 1 (Apêndice A) apresenta as variáveis estudadas, codificadas através das Eqs. (1) e (2). Também são apresentados resultados experimentais de rendimento [sólido (SY), líquido (LY) e gás (GY)] e de composição O bio-óleo foi analisado por cro- do bio-óleo. Para análise mais detamatografia gasosa e espectrometria lhada da caracterização do produto de massa (GC/MS QP2010 Plus). Os líquido e melhor estudo dos efeitos na compostos foram identificados usan- produção de hidrocarbonetos, foram do a biblioteca de dados espectrais realizados quatro experimentos adide massa NIST com índice de simi- cionais. Revista Biomassa BR

19


Artigo

Como observado, os valores dos rendimentos de líquido são maiores que os de sólido e gás para todos os experimentos, indicando que a hidropirólise foi capaz de beneficiar o rendimento de bio-óleo (atingindo 48,40% no teste número 9). O uso de H2 auxilia na remoção de compostos oxigenados por meio de reações de desoxigenação, favorecendo a formação de líquido (BRIDGEWATER, 2003). Tempos de reação mais longos (x2) levam a rendimentos sólidos mais baixos (24,93% em 23 min), devido à maior degradação da biomassa. A porcentagem de catalisador (x1) não teve grande influência na produção de sólido por se tratar de uma configuração ex-situ. Maiores porcentagens de catalisador proporcionaram uma queda no rendimento líquido e um aumento na fração de gás (atingindo 31,95% de gás no teste 6). Maiores tempos de retenção dos vapores no leito catalítico podem ter ocasionado a quebra de moléculas de cadeia longa, tornando-as produtos não condensáveis (PATTIYA et al., 2012). O pico na produção de bio-óleo ocorreu para uma porcentagem de catalisador (x1) menor que a intermediária (cerca de 14%) e tempos de reação no nível central (13 min). Nesse tempo reacional (13 min), foi observada uma queda de 48,40 para 41,35% no rendimento de líquido quando a porcentagem de catalisador foi majorada de 25% para 50%. Maiores quantidades de catalisador desfavorecem o rendimento de líquido. Devido à vazão de H2 (63 mL/ min), relativamente baixa, o tempo ideal de permanência dos vapores no leito catalítico ocorre com uma coluna catalítica moderada, resultando na recombinação de moléculas gasosas, favorecendo a produção condensável (XIE et al., 2015). BRIDGEWATER (2003) explica que a chave para maximizar o produto líquido é um curto tempo de permanência dos voláteis no percurso até a condensação, evitando o acúmulo de partículas finas 20 Revista Biomassa BR

de char e reações secundárias de cra- pode resultar em reações secundárias, maximizando a relação CO/CO2 no queamento. gás e minimizando o carbono na fraQuanto a composição, a remoção ção líquida (RESENDE, 2016). Obserde compostos oxigenados e nitroge- vando os testes 5 e 8 vê-se que hounados é essencial na otimização da ve a formação de apenas 13,50% de qualidade do bio-óleo, reduzindo a hidrocarbonetos. acidez e a instabilidade e aumentando o poder calorífico. Alta porcentagem Conclusões de catalisador levou a quantidades maiores de compostos oxigenados, A produção líquida permaneceu atingindo nos testes 6, 14 e 15 uma entre 41,25 e 48,40%. Níveis interfração mássica entre 44,54 e 54,77%. mediários (25,00% de catalisador e Reações de repolimerização podem 13 min) produziram as maiores porter sido favorecidas em comparação centagens de bio-óleo, que apresentou com as reações de craqueamento, le- 37,01% de hidrocarbonetos em seu vando a formação de mais compostos melhor teste, 2 min de reação associaoxigenados. Tempos de reação mais do a 75,00% de catalisador. Os comlongos tenderam a formar maiores postos de nitrogenados são minimiquantidades de compostos nitrogena- zados nos mesmos níveis em que os dos, atingindo 48,94% em 23 min de hidrocarbonetos são maximizados, reação, o que pode ser resultado de o que implica que nessas condições um maior acúmulo de char no catali- existe uma interação adequada entre sador. Por outro lado, grandes porcen- os vapores de hidropirólise e o catalitagens de catalisador associadas a um sador. A queda nos oxigenados é forcurto tempo de reação favoreceram a temente influenciada pela porcentaqueda do teor de nitrogênio (24,84% gem de catalisador. O nível mais baixo de nitrogenados no teste 13). PRADO de oxigenação (35,79%) ocorreu com et al. (2016) afirmaram que o meca- 7,32% do precursor do catalisador e 5 nismo de Hofmamm é uma possível min de reação. O precursor catalítico rota de remoção de nitrogênio. Os da hidrotalcita combinado com o gás sítios ácidos e básicos da hidrotalcita H2 foi capaz de melhorar a seletividade atuam nessa eliminação. para a formação de hidrocarbonetos, além de ajudar a diminuir a quantidaA Superfície de Resposta capaz de de de compostos oxigenados e nitrodescrever o comportamento experi- genados. Este estudo mostrou que o mental para o teor de hidrocarbonetos bio-óleo obtido a partir da C.reinhard(%) foi delineada usando a equação tii tem potencial para ser usado como de regressão (Eq. (3), R2 de 0,821) e é combustível ou como fonte de produapresentada na Figura 2, onde efeito tos químicos de alto valor agregado. das variáveis porcentagem de catalisador (C) e tempo de reação (t) são exibidos. A condição experimental com maior nível de hidrocarbonetos (37,01%) foi o teste 13 (t = 2 min e C = 75%), menor tempo de degradação da biomassa associado a elevadas porcentagens de catalisador. No entanto, menores porcentagens de catalisador e tempos de reação mais longos prejudicaram a produção de hidrocarbonetos. Essa condição


Artigo

Anionic Clays: Preparation, Proper- [8] ROSSI, R.A.S. Hidropirólise soties and Applications. v. 11. Catalysis lar da microalga chlamydomonas reinhardtii combinada com o preToday, 1991. p. 173-186. cursor catalítico tipo hidrotalcita. [4] CHEN, W. H.; LIN, B. J.; HUANG, Universidade Federal de Uberlândia. Engenharia Química – Dissetação de M. Y.; CHANG, Mestrado, 2020. Agradecimentos J. S. Thermochemical conversion of Os autores desse trabalho agrade- microalgal biomass into biofuels: A [9] URSÚA, A.; GANDÍA, L. M.; cem à CAPES por todo apoio e supor- review. v. 184. Bioresource Technolo- SANCHIS, P. Hydrogen production from water electrolysis: curgy, 2015. te. rent status and future trends. v. [5] PATTIYA, A.; SUKKASI, S.; GOO- 100. Proceedings of the IEEE, 2012. Referências DWIN, V. Fast pyrolysis of sugarca- p. 410-426. [1] ANDRADE, L.A.; BARROZO, ne and cassava residues in a free-fall reactor. v. 44. Energy, 2012. p. 1067- [10] XIE, Q.; ADDY, M.; LIU, S.; M.A.S; VIEIRA, ZHANG, B.; CHENG, Y.; WAN, 1077. Y.; RUAN, R. Fast microwaveL.G.M. Catalytic solar pyrolysis of microalgae Chlamydomonas rei- [6] PRADO, G. H. C.; KLERK, A. -assisted catalytic co-pyrolysis nhardtii. v 173. Solar. Energy, 2018. Nitrogen removal from oil: A re- of microalgae and scum for bioview. v. 31. Energy Fuels, 2016. -oil production. v. 160. Fuel, 2015. p. 928–938. p. 577–582. p. 14- 36. [2] BRIDGWATER, A. Renewable fuels and chemicals by thermal pro- [7] RESENDE, F. L. P. Recent advan- [11] ZENG, K.; GAITHIER, D.; cessing of biomass. v. 91. Chem. Eng. ces on fast hydropyrolysis of bio- SORIA, J.; MAZZA, G.; FLAmass: Transformations of Biomass MANT, G. Solar Pyrolysis of CarJ., 2003. p. 87-102. : A Reand its derivatives to Fuels and Che- bonaceous Feedstocks  [3] CAVANI, F.; TRIFFIRÒ, F.; VAC- micals. v. 269. Catalysis Today, 2016. view. v. 156. Solar Energy, 2017. p.73–92. CARI, A. (1991) Hydrotalcite-type p. 148– 155. Esses resultados sugerem que o processo de hidropirólise solar catalítica pode ser uma maneira eficaz de produzir bio-óleo a partir de biomassa de microalgas.

Revista Biomassa BR

21


Obtenção de biomassa ALGAL sob baixa luminosidade em meios de cultura alternativo e comercial Débora Cristina Fenerick¹; Lúcia Helena Sipaúba-Tavares²

RESUMO A diminuição de implementos para produzir biomassa algal, em virtude do elevado valor dos meios de cultura comerciais e o alto custo de energia elétrica no qual dificultam a viabilidade financeira para o cultivo desses microrganismos são ferramentas a serem adotadas a esse empreendimento. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o cultivo da microalga Messastrum gracile em meio comercial CHU12 e meio alternativo de macrófita (Eichhornia crassipes), sob intensidade luminosa de 30µmol mˉ² sˉ¹. No meio de macrófita foi observado os maiores valores de crescimento com densidade celular máxima de 224 x105 cels mL-¹ e no meio comercial, com 150 x105 cels mL-¹. A taxa especifica de crescimento foi de k= 0,38 (macrófita) e k= 0,28 (CHU12), com tempo de duplicação mais rápido no meio alternativo com 2,66 dias, do que no meio comercial que foi de 3,62 dias. Os teores de clorofila-a foram melhores para E. crassipes com 0,74± 0,26 mgL-¹, já no meio CHU12 averiguou-se 0,40 ± 0,08 mgL-¹. Os resultados do presente estudo ressaltaram que o cultivo a base de macrófitas é eficaz para o desenvolvimento da M. gracile, visto que a densidade celular, taxa especifica de crescimento, tempo de duplicação e clorofila-a foram superiores ao meio de cultura comercial (CHU12). O meio alternativo proporciona uma elevada biomassa, com viabilidade econômica eficaz, sendo assim, as macrófitas são ferramentas a serem inseridas no mercado de produção de microalgas para obtenção de biomassa algal, em função de possuírem nutrientes essenciais como nitrogênio e fósforo. PALAVRAS-CHAVES: Microalga; macrófita; CHU12, intensidade luminosa.

INTRODUÇÃO

ponentes através de meios de cultura alternativos (SIPAÚBA-TAVARES et al., 2017) e também redução do uso de energia, pois o consumo da iluminação artificial representa 94,5% dos custos totais de uma produção algal (FRANCISCI et al., 2018), sendo também, um dos principais fatores no cultivo desses microrganismos, afetando a fotossíntese, biomassa e na composição bioquímica (KHAN et al., 2018).

O cultivo de microalgas promove diversos estudos mundialmente, com o objetivo de propor melhor manejo na produção e diminuição de custos, pois implantar um sistema para produzi-las continua elevado, devido a necessidade de luz e principalmente o meio de cultivo que exige compostos de alto valor (macro e micro nutrientes, vitaminas e minerais). Assim, pesquisas hodiernas são voltadas em O método foto-autotrófico é o minimizar os custos com esses com- mais empregado para o crescimento das microalgas, utilizando-se de fontes de energia e carbono inorgânico Mestranda em Aquicultura – Centro de Aquicultura da Unesp (CAUNESP), Jaboticabal, São Paulo, deborafeneriO princípio da intensidade luminosa ck@hotmail.com desse regime provém naturalmente ou de algum sistema artificial e o carProf.ª Dr.ª em Aquicultura – Centro de Aquicultura da Unesp (CAUNESP), Jaboticabal, São Paulo, lucia. bono inorgânico do dióxido de car1

2

sipauba@unesp.br.

22 Revista Biomassa BR

O MÉTODO FOTO-AUTOTRÓFICO É O MAIS EMPREGADO PARA O CRESCIMENTO DAS MICROALGAS, UTILIZANDO-SE DE FONTES DE ENERGIA E CARBONO INORGÂNICO


bono, por exemplo. Proporcionando dessa forma para as microalgas após o processo de fotossíntese produzir polissacarídeos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos através de suas biomoléculas. (BENAVENTE-VALDÉS et al., 2016). Além da importância da luminosidade ao cultivo, os fatores físicos, químicos e biológicos da microalga devem estar constantemente controlados como (temperatura, pH, dias de cultivo, nutrientes e meios de cultura), pois esses aspectos influenciam na qualidade e produtividade das microalgas (FONTOURA et al., 2017). Outro fator que impacta para obter uma produção algal de sucesso são os meios de cultura. O elevado custo dos meios comerciais dificultam muitas vezes a viabilidade para cultivar esse microrganismo. Desse modo, meios alternativos estão sendo empregados aos cultivos, como forma de substituir os comerciais (SIPAÚBA-TAVARES et al., 2017). As plantas aquáticas desfrutam de características de alto interesse no âmbito comercial, pois acumulam biomassa, aceleram a ciclagem de nutrientes, atuam como substrato para perifiton, fonte de oxigênio, alimento e abrigo para as demais vidas aquáticas. A macrófita Eichhornia crassipes, é comumente utilizada como meio de cultura. (SIPAÚBA-TAVARES et al., 2018, 2019), esta planta tem propriedades luxuriantes de absorver nutrientes, metais, sedimentos, e por isso é considerada eficaz para purificar a água.

zantes inorgânicos e plantas aquáticas cultura comercial CHU12 que é prepa(SIPAÚBA-TAVES et al., 2015, 2017, rado à base de vários reagentes quími2018). cos: Ca(NO3)2, K2HPO4, MgSO47H2O, KCl, Na2CO3, K2SiO, biotina. PosteO intuito deste trabalho é utilizar riormente foram diluídos em 1L de o resíduo da aquicultura, a macrófita água destilada e autoclavados a 120°C Eichhornia crassipes para diminuir os durante 20 minutos, 10 ml do meio custos de produção com meio de cul- preparado foram adicionados em 1,4 tura e avaliar o crescimento e desen- L de água destilada autoclavada para volvimento da microalga Messastrum o cultivo da microalga. E o meio altergracile em baixa intensidade lumino- nativo foi baseado em estudo elaborasa. do por Sipaúba-Tavares et al. (2017), onde pesou- se cinco quilos da macróMETODOLOGIA fita Eichhornia crassipes que após secar e triturar foi fervida com água destilaDescrição do local: da durante 30 minutos. Com o extrato ainda quente foi retirado e filtrado por O estudo foi desenvolvido no uma malha e autoclavado durante 20 Centro de Aquicultura da UNESP minutos em 120ºC, posteriormente 70 (CAUNESP), Jaboticabal, SP, no La- ml do meio foram adicionados em 1,4 boratório de Limnologia e Produção L de água destilada. de Plâncton, onde é mantida a microalga M. gracile. Um dos setores do O experimento foi realizado em laboratório é destinado somente para sistema batch, em triplicatas durano cultivo das microalgas, o cepário te 21 dias, totalizando 15 recipientes possui um sistema controlado de ae- para cada meio de cultivo, e as variração, temperatura, onde é mantida áveis fisiológicas semanalmente (1, 7, entre 22±2ºC e sob iluminação com 14 e 21 dias). Os inóculos da microallâmpada de LED, na intensidade de 60 ga em meio alternativo foram iniciaμmol m-2 s-1 em fotoperíodo de 24h. dos em meio NPK (20:5:20) em frasA cepa desta espécie é proveniente da cos de 2L com a densidade celular de Universidade Federal de São Carlos, 2,15 x105cels.ml-1. Após as culturas allinhagem CCMA-UFSCar5 isolada da cançarem a faze exponencial a microRepresa do Broa (SP, Brasil). alga foi transferida para recipientes de 2L contendo o meio de macrófita. Procedimento Experimental: Para a avaliação do crescimenPara o cultivo foto-autotrófico, a to da microalga M. gracile nos dois microalga foi cultivada em meio de meios de cultura, foram removidos

A biomassa desta planta aquática além de ser uma opção para produção de meios de culturas para microalgas, também possuem outros destinos de interesse econômico, como: produção de briquetes (SILVA, 2017), biocarvão (MASTO et al., 2013), produção de biogás (HU et al., 2015), dentre outros. A Chlorophyceae Messastrum gracile, é uma espécie abundante em proteína, lipídio e antioxidante, possuindo alto interesse comercial, sendo um microrganismo de fácil manejo, rápido crescimento e bem adaptada em meios alternativos como, fertiliRevista Biomassa BR

23


absorve e transfere energia luminosa (CHEN, 2015). Dentre os dois meios de cultivo, a E. crassipes apresentou altos teores do pigmento, sendo 0,74 mg L-1. Segundo Jacob et al (2012), a oxigenação do meio de cultura é um dos principais fatores no cultivo das microalgas, pois movimenta as células evitando a decantação da mesma. O pH apresentou resultados semelhantes e alcalinos para os dois meios de cultura. Variações foram observadas na condutividade elétrica quando os meios foram comparados. O meio CHU12 apresentou maior valor, sendo de 759,59 μScm-¹, já no meio de Eichhornia crassipes, a condutividade elétrica foi de 619,87 μScm-¹. CONCLUSÕES 1ml diariamente ao longo de 21 dias consecutivos e foram contadas em hemocitômetro de Neubauer, os dados obtidos na contagem foram expressos em número de células (ml-1 x 105). A taxa de crescimento (k) e o tempo de duplicação (tempo de divisão celular ou tempo de geração) foram calculados através da fórmula proposta por (GUILLARD 1973).

relacionado com produção de biomassa. Os melhores resultados de crescimento foram encontrados no meio de cultura E. crassipes com densidade celular máxima de 224 x105 cels mL-¹, obtida no 21º dia. Já no meio CHU12, o crescimento foi menor, com densidade celular máxima de 150 x105 cels ml-1 no 21º dia. Consequentemente o meio alternativo apresentou a melhor taxa de crescimento e melhor tempo As variáveis da qualidade do meio de duplicação (Tabela 1). de cultura foram amostradas semanalmente em triplicata. A TemperatuA intensidade luminosa é um ra, oxigênio dissolvido, condutividade fator de impacto limitante no crescie pH da água foram avaliados com mento algal estimulando diretamensonda multiparâmetros YSI 556 MPS. te na produção de biomassa. Cada A clorofila- a foi extraída com álco- microalga possui uma preferência ol 90% e quantificada a 663 e 750nm pela intensidade de luz, a Messastrum (NUSCH, 1980). gracile apresenta uma preferência de 60µmol mˉ² sˉ¹, abaixo desta intenRESULTADOS E DISCUSSÕES sidade o crescimento tende a ser menor (SIPAÚBA-TAVARES et al., 2015; A densidade celular da microalga 2017). Messastrum gracile apresentou diferença dentre os dois meios de cultiA clorofila-a é um pigmento envo (Figura 1), Segundo Perez-Garcia contrado nos organismos fotossinet al. (2010) cada esquema de cultivo téticos oxigenados, como as plantas, tem sua condição especifica e depen- algas e cianobactéria. Sendo de grande do objetivo final do cultivo que está de importância na fotossíntese, pois

Através dos resultados obtidos, o estudo demonstrou que a utilização do meio alternativo da macrófita (E. crassipes) para o cultivo da microalga Messastrum gracile obteve melhores resultados do que o meio comercial CHU12, onde apresentou as maiores densidades celulares e os melhores parâmetros para esta Chlorophyceae. AGRADECIMENTOS Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, FAPESP pelo suporte financeiro (2019/21053-1). REFERÊNCIAS BENAVENTE-VALDÉS, J.R., AGUILAR, C., CONTRERAS-ESQUIVEL, J.C., MÉNDEZZAVALA, A., MONTAÑEZ, J.: Strategies to enhance the production of photosynthetic pigments and lipids in chlorophycae Species. - Biotechnology Reports, vol.10, p. 117-125, 2016. CHEN, M. L. I. A cyanobacterium that contains chlorophyll f-a red-absorbing photopigment. FEBS Lett

A CLOROFILA-A É UM PIGMENTO ENCONTRADO NOS ORGANISMOS FOTOSSINTÉTICOS OXIGENADOS, COMO AS PLANTAS, ALGAS E CIANOBACTÉRIA. SENDO DE GRANDE IMPORTÂNCIA NA FOTOSSÍNTESE... 24 Revista Biomassa BR


Precisando de um Video institucional ou Transmissão de um Evento? Fale com nossos especialistas.

Ligue agora (41) 99289-8563

Envie-nos um e-mail contato@g7brasilproducoes.com.br Revista Biomassa BR

25


newable industry for biofuels, feed, CHU12 and macrophyte with NPK and other products. Microbial Cell media. Boletim do Instituto de Pesca, [S.l.], v. 35, n. 1, p. 111 - 118, nov. FONTOURA, J.T.: Crescimento de Factories, vol. 17(1), 36, 2018. 2018. ISSN 1678-2305. microalgas em efluente de curtume: remoção de nutrientes, viabilidade de Masto, R. E.; Kumar, S.; Rout, T. K.; produção de biodiesel e utilização da Sarkar, P.; George, J.; Ram, L. C. Bio- SIPAÚBA-TAVARES, L.H., FERbiomassa residual. Tese a grau de dou- char from Water Hyacinth (Eichhor- NANDES, J.B.K., MELO-SANTOS, torado em Engenharia na área de cou- nia crassipes) and its Impact on Soil G.L., SCARDOELI-TRUZZI, B.: Miro e biotecnologia pela Universidade Biological Activity. Catena 2013,111, croalgae Ankistrodesmus gracilis as feed ingrediente for ornamental fish Federal do Rio Grande do Sul, 2017. 64–71. Xiphophorus maculatus. - Int Aquat FRANCISCI, D.; SU, Y.; IITAL, NUSCH, E.A. Of different methods Res vol. 11, p. 125–134, 2019. A.; ANGELIDAKI, I.: Evaluation of for chlorophyll and phaeopigments microalgae production coupled with determination. Archiv für Hydro- SIPAÚBA-TAVARES, L.H., SEGALI, A.M.D.L., BERCHIELLI-MORAIS, wastewater treatment. Environmen- biologie, v. 14, n. 1, p. 14-36, 1980. F.A., SCARDOELI-TRUZZI1, B.: Detal Technology, vol. 39, n.5, p. 581PÉREZ-GARCIA, O.; ESCALANTE, velopment of low-cost culture media 592, 2018. F.M.E.; DE-BASHAN, L.E.; BASHAN for Ankistrodesmus gracilis based on GUILLARD, R.R.L. 1973. Division ra- Y. 2011. Heterotrophic cultures of mi- inorganic fertilizer and macrophyte. tes. In: STEIN, J. R. (Ed.). Handbook croalgae: metabolism and potential Acta Limnologica Brasiliensia, vol. of phycological methods: culture me- products. Water Research, v.45, n. 1, 29, e5, 2017. thods and growth measurements, p.11-36. SIPAÚBA-TAVARES, L.H.; FLORÊNLondon: Cambridge University SILVA, D.M.: Redução da incrustação CIO, T.; SCARDOELI-TRUZZI, B.: Press, p. 289-311. em fornos industriais através da pro- Aquaculture biological waste as cultuHu, Z.; Ma, X.; Li, l. Optimal Condi- dução de briquetes com resíduos de re medium to cultivation of Ankistrotions for the Catalytic and Non-ca- biomassa de macrófitas aéreas asso- desmus gracilis (Reinsch) Korshikov. talytic Pyrolysis of Water Hyacinth. ciadas a resíduo de gesso. Dissertação Brazilian Journal of Biology, vol.78, Energy Conversion and Manage- a grau de Mestre em Desenvolvimento n. 3, p. 579 - 587, 2018. de processos ambientais da Universiment 2015, 94, 337–344. dade católica de Pernambuco, 2017. SIPAÚBA-TAVARES, L.H.; LUSSER- SEGALI, A.M.D.; SCARDOJACOB, A., BUCHARSKY, E. C., GUENTERSCHELL, K. The Appli- SIPAUBA-TAVARES, L. H. et ELLI-TRUZZI B.: Aquatic Plants: cation of Transparent Glass Sponge al . Comparison of photoautotrophic Alternative Medium for Microalgae for Improvement of Light Distribu- and mixotrophic cultivation of mi- Growth. - Ann Aquac Res vol. 2(1): p. tion in Photobioreactors. Journal of croalgae Messastrum gracile (Chloro- 1009, 2015. Bioprocessing e Biotechniques, v.02 phyceae) in alternative culture media. SIPAUBA-TAVARES, Lúcia Helena Braz. J. Biol., São Carlos, 2019. n. 01 p. 1-8, 2012. et al . Development of low-cost culKHAN, M. I., SHIN, J. H., & KIM, J. SIPAÚBA-TAVARES, L. H.; BAR- ture media for Ankistrodesmus graD.: The promising future of microal- RA, L. C. C. ; FIORESI, T. B.: Ankis- cilis based on inorganic fertilizer and gae: current status, challenges, and trodesmus gracilis(Reisch) Korsikov macrophyte. Acta Limnol. Bras., Rio optimization of a sustainable and re- (Chlorophyta) laboratory cultured in Claro , v. 29, e5, 2017. v.586 p.3249-3254, 2015.

26 Revista Biomassa BR


GASEIFICAÇÃO DE ETANOL EM ÁGUA SUPERCRÍTICA COMO ALTERNATIVA DE PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO Lucas Clementino Mourão 1, Laiane Alves de Andrade 1, Thiago Soares Silva Ribeiro1, Christian Gonçalves Alonso 1

RESUMO O hidrogênio, de enorme importância em processos industriais, destaca-se como uma fonte de energia limpa e renovável, entretanto, sua produção se dá basicamente a partir de fontes não renováveis. Devido a características reacionais específicas, a gaseificação de biomassas em meio contendo água em condições supercrítica é um caminho promissor e alternativo para a produção de hidrogênio e outros gases combustíveis com alto valor agregado. No presente trabalho foi avaliado a gaseificação de etanol em água supercrítica com catalisadores monometálicos e bimetálico à base de Cu e Co suportados em pellets esféricos de Al2O3 previamente sintetizados a partir do método de impregnação aquosa com excesso de solventes dos precursores metálicos. Os catalisadores e o suporte catalítico foram caracterizados por Termogravimetria e Análise Térmica Diferencial (TG/ATD), análise textural por Isotermas de Adsorção/Dessorção de N2 a 77 K. Os testes ocorreram em reator contínuo feito em aço inoxidável (Inconel 625) com temperaturas variando de 400 a 650ºC sob pressão constante de 250 bar. Amostras líquidas e gasosas dos produtos foram coletadas no final do reator e foram analisadas por cromatografia gasosa (CG). O catalisador à base de cobre obteve maior rendimento a H2 (0,34 mol/mol de Etanol) à temperatura de 650ºC. O catalisador bimetálico à base de Co e Cu apresentou maior conversão de etanol (88% a 650ºC). Os catalisadores esféricos usados neste trabalho mostraram-se satisfatórios uma vez a síntese se dá de maneira simples e é possível a recuperação dos catalisadores após o uso em reator. PALAVRAS-CHAVE. Gaseificação em água supercrítica. Biomassa. Etanol. Catálise heterogênea. Hidrogênio.

Introdução Hidrogênio é uma fonte de energia que têm atraído grande interesse em diversas pesquisas como alternativa para derivados do petróleo. Dentre as fontes energéticas conhecidas o hidrogênio se destaca por ser uma fonte de energia limpa e apresentar uma alta densidade energética frente a outras matrizes (LI; LI; GONG, 2016; MOHAN; PANDEY, 2013). A maior parte da produção de hidrogênio provém de processos que utilizam derivados do petróleo como matéria-prima, sendo a reforma à vapor do gás natural responsável por mais de 90% dessa produção. Com isso se faz necessária a busca por matéria-prima renovável como alternativa para a produção de hidrogênio, 1 Universidade Federal de Goiás – Instituto de Química, lucasclementinom@gmail.com

passam o ponto crítico (T ≥ 374,29 ºC, P ≥ 22,089 MPa) ocorrem mudanças significativas nas propriedades físicas Etanol é uma matéria-prima atra- da água. Devido a essas novas protiva para a produção de hidrogênio priedades o uso da água supercrítica por possuir baixa toxicidade, é fácil no meio reacional passa a ter algumas de manusear além de ser produzi- vantagens, como: alta taxa de reação, do em larga escala a partir de fontes reações mais rápidas; menos intermerenováveis, sendo a fermentação do diários de reação, baixa formação de mosto da cana-de-açúcar o proces- coque; eliminação de etapas de secaso mais conhecido no Brasil. Além gem de matéria-prima, entre outras disso, o etanol possui alto teor de hi- (LI et al., 2011; REDDY et al., 2014). drogênio frente a outras moléculas Alguns obstáculos da técnica preprovenientes de biomassas utilizadas em processos de gaseificação. (LI; LI; cisam ser contornados, como o alto GONG, 2016; MOUNT ROYAL UNI- custo de implementação de equipamentos e a otimização de variáveis VERSITY, 2016). de operação. Buscando viabilizar o A gaseificação com água super- processo de gaseificação em água sucrítica é uma tecnologia que vem sen- percrítica um ponto crucial é a pesdo muito estudada para conversão de quisa e desenvolvimento de novos camatéria orgânica em produto gasoso talisadores de modo a reduzir alguns rico em gás hidrogênio. Quando a custos energéticos como também do temperatura e a pressão da água ultra- aumento de seletividade a produtos como é o caso das biomassas (BALAT; KIRTAY, 2010; BASU, 2010).

Revista Biomassa BR

27


de interesse. Das abordagens catalíticas destaca-se a catálise heterogênea devido a facilidade de recuperação dos materiais, que em sua maioria são valiosos e seu reuso é economicamente atrativo (GUO et al., 2010; ROTHENBERG, 2008). Isto posto, o objetivo desse trabalho é avaliar a gaseificação de etanol em água supercrítica em reator de fluxo contínuo com leito de catalisadores à base de cobre e cobalto suportados em pellets esféricos de óxido de alumínio. Metodologia

Figura 1 -Representação da unidade reacional

A. Síntese e caracterização de ca- tipo serpentina de aço inox 316 refrigerado por um banho termostático talisadores (Cole-Parmer Polystat) configurado Os catalisadores esféricos fo- a temperatura de 6ºC. A pressão do ram preparados via método de im- sistema é controlada a partir de uma pregnação úmida com excesso de válvula do tipo contrapressão (Swasolvente usando nitratos metálicos gelok). Em seguida se encontra um Cu(NO3)2·3H2O e Co(NO3)2·6H2O separador de fases feito em aço ino(Sigma-Aldrich) como precursores xidável 316 (também refrigerado por catalíticos de Cu e Co (5% em massa um banho termostático) onde os prode composição nominal), e suporte dutos são coletados ou direcionados catalítico de Al2O3 em pellets esféricos para um medidor de vazão. com diâmetro médio de 3 mm (Sigma As amostras de produtos gasosos Aldrich). Após etapa de impregnação seguido de secagem, os catalisadores foram analisadas em um cromatógraforam submetidos a etapa de calcina- fo a gás (ThermoFinnigan TRACE ção a 700ºC por 4h. Os catalisadores GC) equipado com detector por conpreparados foram submetidos a aná- dutividade térmica (TCD) e coluna lise textural por Isotermas de Adsor- Porapak em série com uma Peneira ção/Dessorção de N2 a 77K, para ava- Molecular 13X para análise de H2 e liação de propriedades estruturais. outros coprodutos gasosos como CO, CO2, CH4, C2H4 e C2H6. Os produtos B. Unidade reacional e parâmetros líquidos foram analisados em cromatógrafo a gás (Varian 3300) equipado de avaliação dos testes com detector de condutividade térmiOs testes foram conduzidos em ca (TCD) e coluna empacotada Caruma unidade reacional representada bowax para identificação de etanol esquematicamente na Figura 1. A mis- e alguns possíveis coprodutos como tura contendo etanol e água foi bom- acetaldeído, acetona e éter etílico. beada por uma bomba Isocrática de Todos os testes foram realizaalta pressão (Agilent 1260), passando por um pré aquecedor em serpentina dos com pressão interna de 250  bar de aço inoxidável 316 antes de ser in- (25 MPa). O forno pré-aquecedor foi troduzida no reator. O reator tubular é estabilizado em 350ºC. As temperatufeito em liga de aço inoxidável Inconel ras avaliadas para o reator foram 400, 625 (0,3m comprimento, 40 mm d.e. e 450, 500, 550, 600 e 650 ºC. A mistura 11 mm d.i.) em fluxo ascendente. Os de etanol e água foi preparada em uma dois fornos são equipados com resis- razão molar de 1:10 (etanol:água) o tências cerâmicas de irradiação infra- equivalente a uma concentração de aproximadamente 20% de etanol em vermelho. massa. A carga de catalisador inserida Posteriormente ao reator de leito no reator foi igual a 5g e a vazão de fixo os produtos de reação foram res- alimentação do sistema resultou em friados por um trocador de calor do uma razão entre massa de catalisador 28 Revista Biomassa BR

e vazão molar de etanol (W/FA0) de 3,8 gcat.h/mol e velocidade espacial horária mássica (WHSV do inglês Weight Hourly Spacial Velocity) igual a 12,1 g/h.gcat. A conversão X (%) foi calculada a partir da equação 1, em que FE entra é vazão molar de etanol na corrente de entrada do sistema (mol/min) e FE sai é a vazão molar de etanol não reagido na corrente de saída do sistema (mol/ min). O rendimento de H2 (RH) foi calculado utilizando a equação 2, em que FH2 é a vazão molar de hidrogênio na corrente dos produtos (mol/min), e FE entra é a vazão molar de etanol na entrada do sistema (mol/min). (1)

(2)

Resultados e Discussões res

Análise Textural dos Catalisado-

As informações texturais por Isotermas de Adsorção/Dessorção de N2 do suporte catalítico Al2O3 antes e depois da calcinação e dos catalisadores prontos estão presentes da Tabela 1. É possível observar que há um decréscimo no valor de área superficial após calcinação para o suporte catalítico Al2O3 que pode ser explicado pelo aumento no diâmetro médio de poros, o que indica uma mudança na porosi-


dade da superfície do material. Para os catalisadores a área superficial variou pouco em relação ao suporte catalítico calcinado, indicando que as principais mudanças estruturais ocorrem devido à etapa de tratamento térmico. Tabela 1 - Propriedades texturais do suporte catalítico e catalisadores prontos

Testes catalíticos

Figura 2 - Conversão de Etanol para os testes em catalisadores e em suporte catalítico Al2O3.

A Figura 2 apresenta os resultados de conversão de etanol em função da temperatura para os testes catalíticos. De maneira geral o perfil da atividade para conversão do etanol se mostrou similar. Nesse sentido, foi possível observar um efeito crescente para a conversão com o aumento da temperatura. Além disso, os resultados confirmam a presença dos metais na fase ativa dos catalisadores. Isso porque, em praticamente todas as condições, uma maior conversão de etanol foi obtida se comparado aos resultados obtidos apenas como o suporte (Al2O3). Para os testes em temperatura menor que 500ºC o catalisador a base de cobre CuAl se destaca frente aos outros catalisadores e ao suporte catalítico enquanto que o catalisador à base de cobalto CoAl mostra uma maior atividade em temperaturas mais altas, o que resultou em maiores valores para conversão de etanol. O maior valor foi obtido com o catalisador bimetálico CoCuAl com aproximadamente 88% de conversão a temperatura de 650ºC. Isso mostra um efeito sinérgico positivo entre os dois metais compondo a fase ativado catalisador bimetálico.

Figura 3 - Rendimento a H2 para os testes em catalisadores e em suporte catalítico Al2O3

a base de cobalto, sendo que o catalisador a base de cobalto teve sua performance melhorada apenas com o aumento da temperatura. Ao contrário do visto nos resultados de conversão de etanol o catalisador bimetálico CoCuAl possui baixo rendimento a A Figura 3 mostra o rendimento a hidrogênio na temperatura de 650ºC produção de hidrogênio para cada ca- quando comparado com o catalisador talisador em função da temperatura. CuAl, o qual possui rendimento máÉ observado que de maneira geral os ximo de 0,34 mol/mol de Etanol. catalisadores contendo cobre na fase Byrd e colaboradores (2007) alativa apresentaram melhor desempenho para produção de hidrogênio se cançaram rendimento a H2 em torno comparado ao suporte e o catalisador de 2,4 mol/mol Etanol com a mesma

razão molar de etanol e água de 1:10. Entretanto tal resultado foi alcançado a temperatura de 800ºC usando uma razão de massa de catalisador e vazão molar de etanol (W/FA0) por volta de 23,3 gcat.h/mol e WHSV de aproximadamente 1,98 g/h.gcat. No presente trabalho foi utilizado W/FA0 igual a 3,8 gcat.h/mol e WHSV de 12,1 g/h.gcat, evidenciando que mesmo com uma menor quantidade de catalisador em contato com uma elevada vazão de matéria orgânica os catalisadores testados ainda demostram possuir atividade para a produção de H2. Revista Biomassa BR

29


Conclusão Considerando as dificuldades de implementação do processo de gaseificação do etanol em água supercrítica, os resultados atenderam às expectativas do trabalho contribuindo para o desenvolvimento de rotas renováveis de produção de H2. Por possuir poucas etapas de síntese, a metodologia de produção dos catalisadores em pellets para o se mostrou bastante eficaz, devido sua simplicidade e rapidez. Diante disso uma maior exploração e investigação da técnica, junto a outros materiais catalisadores, é crucial para o desenvolvimento dessa tecnologia. Referências Bibliográficas BALAT, H.; KIRTAY, E. Hydrogen from biomass - Present scenario and future prospects. International Journal of Hydrogen Energy, v. 35, n. 14, p. 7416–7426, 2010. BASU, P. Biomass Gasification and Pyrolysis: Practical Design and The-

30 Revista Biomassa BR

ory. Burlington, MA: Academic Press, 2010.

MOHAN, S. V.; PANDEY, A. Chapter 1 - Biohydrogen Production: An Introduction. In: MOHAN, S. BYRD, A. J.; PANT, K. K.; GUPTA, V.; PANDEY, A. (Eds.). . BiohyR. B. Hydrogen production from drogen. Amsterdam: Elsevier, 2013 ethanol by reforming in supercriti- . p. 1–24. cal water using Ru/Al2O3 catalyst. Energy and Fuels, v. 21, n. 6, p. 3541– MOUNT ROYAL UNIVERSITY. 7.9: Fuels as Sources of Energy. Dispo3547, 2007. nível em: <https://chem.libretexts. GUO, Y. et al. Review of catalytic su- org/LibreTexts/Mount_Royal_Unipercritical water gasification for hy- versity/Chem_1202/Unit_5%3A_ drogen production from biomass. Fundamentals_of_ThermochemisRenewable and Sustainable Energy tr y/7.9%3A_Fuels_as_S ources_ Reviews, v. 14, n. 1, p. 334–343, 2010. of_Energy>. Acesso em: 26 maio. 2017. LI, D.; LI, X.; GONG, J. Catalytic Reforming of Oxygenates: State of the REDDY, S. N. et al. SupercritiArt and Future Prospects. Chemi- cal water gasification of biomass cal Reviews, v. 116, n. 19, p. 11529– for hydrogen production. International Journal of Hydrogen 11653, 2016. Energy, v. 39, n. 13, p. 6912–6926, LI, S. et al. Hydrogen production by 2014. biomass gasification in supercritical G. Catalysis: water with bimetallic Ni-M/γAl2O3 ROTHENBERG, catalysts (M = Cu, Co and Sn). Inter- Concepts and Green Applicanational Journal of Hydrogen Ener- tions. Weinheim: WILEY-VCH, gy, v. 36, n. 22, p. 14391–14400, 2011. 2008.


Revista Biomassa BR

31


32 Revista Biomassa BR

Profile for Revista Biomassa Br

Revista Biomassa Ed. 55  

• Biogás brasileiro cresceu 22% em 2020 • Georreferenciamento de clusters da suinocultura • Produção de BIO-ÓLEO a partir da hidropirólise...

Revista Biomassa Ed. 55  

• Biogás brasileiro cresceu 22% em 2020 • Georreferenciamento de clusters da suinocultura • Produção de BIO-ÓLEO a partir da hidropirólise...

Advertisement

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded