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Biomassas e Biorefinarias
Quem necessita delas e para que...?
Celso Foelkel
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Fonte: ORNL, 1998
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Os diferentes pontos de vista...
As diferentes opções...
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Fonte: Lynd, L.R.
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Qual o produto?
E o mercado? Qual a matéria-prima?
Para onde ir? O que produzir primeiro?
Fonte: Peek, M.
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What is Biomass?� Biomassa é
qualquer matéria
orgânica natural...
� Pode ser de
árvores, plantas,
restos vegetais,
lixo, lodos, esterco,
etc.
� As biomassas são
compostos naturais
renováveis
BIOMASSA
Fonte, Batista, H.
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Grandes fontes de biomassas
� Agricultura
� Silvicultura
� Lixos sanitários
� Lixos industriais
� Estercos
� Estações de tratamento de
efluentes
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Benefícios ambientais das biomassas
Proteção dos solos
Seqüestro de carbono
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Benefícios das biomassas
Fontes de produtos químicos
Fontes de energias
Fontes de alimentos
Matérias-primas para inúmeros processos
Fonte: Lessner, J.
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Energia
&
Alimentos
O2
CO2, H2O
(CH2O)n O2
Fonte: Amidon, T.; Liu, S.; 2008
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O
OO
O H
O H
O H
H OH O
O HO
O
OO
O H
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H OH O
O HO
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O HO
O HO
H O
H 3C O
O H
O C H 3
O C H 3
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O
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H 3C O
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H 3C O
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H 3 C O
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O C H 3
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O C H 3
O C H 3
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O H
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H OH O
O HO
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OO
O H
O H
O H
H OH O
O HO
A complexidade da biomassa
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Biorefinarias
� Toda biorefinaria visa quebrar a biomassa
em unidades químicas menores e que
possam ser úteis ao ser humano.
� Existem centenas de oportunidades para
biorefinarias, desde um simples
biodigestor de esterco de porco até
sofisticadas unidades de extração,
fermentação e purificação de químicos e
combustíveis.
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Produtos das biorefinarias
� Gases da fermentação anaeróbica (metano)
� Extração de químicos antes do uso industrial
� Fracionamento dos extraídos
� Fermentação dos extraídos
� Purificação � Etanol, etc.
� Celulose, papel, MDF, aglomerados, etc.
� Biocombustíveis sólidos e líquidos
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HO OH
OHHO OH
O
Glycerol3-Hydroxypropionic acid
HOOH
O
O
Succinic acid
HOOH
O
O
Fumaric acid
HOOH
O
O OH
Malic acid
O
HO
O
3-Hydroxybutirolactone
HOOH
O
O NH2
Aspartic acid
HO OH
OH
OH
OHXylitol/arabinitol
OH
O
O
Levulinic acid
OHHO
O
O
Itaconic acid
HO OH
O
NH2
O
Glutamic acid
O COOHHOOC
2,5-Furanedicarboxylic acid
HOOH
OH
OH
OH
OHSorbitol
HOOH
O
OH
OH
OH
OH
O
Glucaric acid
Biomassa
C
C
C
C
C
B
B
B
B
BB
B
Fonte: Silvestre, A.J.D.
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Cristalina
Amorfa
Celulose
Lignina
Hemiceluloses
Ladisch, 2006
Fonte: Richard, T.L.
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Exemplos do meu
passado...
OH
OH
COOH
OH
COOH
Ursolic acid Oleanolic acid
OH
COOH
Betulinic acid
O
COOH
Betulonic acid -Sitosterol
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Biomassa
Extrativos Lignina Hemiceluloses Celulose
Químicos Energia Etanol
Plásticos
PapelAlimentos
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Vapor para
calefação Eletricidade
Etanol Biogás
Vapor
Químicos
Fonte: Thorp, B.
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Biodigestão de estercos (galinhas, porcos, etc)
Fonte: Crain Consulting
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Madeira
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Madeira
� Compostos inorgânicos
K & Ca (400 ~ 1000 ppm);
Mg & P (100 ~ 400 ppm) e mais de 70 outros tipos de
íons
� Extrativos
Terpenos; terpenóides; ésteres; ácidos graxos;
álcoois;
Fenóis, estilbenos, flavonas, etc...
Acúcares, amidos, amino-ácidos, etc...
� Hemiceluloses
� Celulose
� Lignina
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Hemiceluloses
� Hexoses (monômeros de 6-carbonos: C6H12O6)
D-glucose; D-manose; D-galactose
� Pentoses (monômeros de 5-carbonos : C5H10O5)
D-xilose; L-arabinose; D-arabinose
� Ácidos hexenurônicos(C7H12O7, C6H10O7)
4-O-methyl-D-glucurônico ácido; D-galacturônico
ácido; D-glucurônico ácido
� Deoxihexoses (C6H12O5)
L-ramnose (6-deoxi-L-manose);
L-fucose (6-deoxi-L-galactose)
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Extração com água
� Fácil
� Eficiente
� Viável, segura
� Recuperável, reciclável
� Fácil separação de fases
� Fácil extração e fermentação
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Como ?
� Vantagens das folhosas
� Uso de água quente apenas
� Uso de membranas separadoras
� Fermentações de pentoses
� Uso dos cavacos residuais modificados
![Page 27: Biorefinarias[1]. FOELKEL. Nova Prata.ppt - pdfMachine ... · Fonte: ORNL, 1998](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042908/5f398e75ceb736241271a0e9/html5/thumbnails/27.jpg)
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Fermentação para produção de etanol, etc.
� Micro-organismos / leveduras / enzimas
� Candida , Yamadazyma ,
Saccharomyces
� Processos aeróbicos e anaeróbicos
� Geração de produtos secundários
� Hidrogênio, metano, butano, etc.
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Fermentação para produção de etanol
Fonte: Heiningen, A.
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Produtos viáveis pela extração e
fracionamento
� Ácido acético
� Acetatos
� Hexoses, Pentoses
� Oligômeros
� Fragmentos de lignina
� Furfural, xilitol, etc.
� Cavacos alterados
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Processo kraft de produção de celulose
� Extração e remoção de Hemiceluloses
� Ácidos urônicos
� Grupos acéticos
� Grupos carbonílicos
� Íons metálicos
� Extração da Lignina
� Gases por gaseificação do licor preto
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Porque a indústria de celulose e papel?
�Grande usuária de biomassa
�Grande geradora de lodos
�Grande desperdiçadora de biomassas
�Grande geradora de resíduos sólidos
�Grande consumidora de bioenergia
�Enorme potencial para um novo negócio
dentro de um existente e bem-sucedido
![Page 32: Biorefinarias[1]. FOELKEL. Nova Prata.ppt - pdfMachine ... · Fonte: ORNL, 1998](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042908/5f398e75ceb736241271a0e9/html5/thumbnails/32.jpg)
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Produção
de Biomassa
Conversão
Industrial
Preparação
da Biomassa
Recuperação
de Produto
Suprimento
de Energia
Utilidades e
Processamento
de Resíduos
Produto
Primário
Subprodutos e
Efluentes
Tratados
Processo
Produção e Conversão
de Biomassa
Celulose
e Papel
Corretivos de Solo
Nutrientes de Solo
Adubo Orgânico
Reciclo de Água
Cozimento
Corte
Descasque
Picagem
HOJE
![Page 33: Biorefinarias[1]. FOELKEL. Nova Prata.ppt - pdfMachine ... · Fonte: ORNL, 1998](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042908/5f398e75ceb736241271a0e9/html5/thumbnails/33.jpg)
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Fonte: Nohlgren, I.
HOJE
![Page 34: Biorefinarias[1]. FOELKEL. Nova Prata.ppt - pdfMachine ... · Fonte: ORNL, 1998](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042908/5f398e75ceb736241271a0e9/html5/thumbnails/34.jpg)
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O2
CO2
CO2
Energia
Elétrica
Licor
Preto e
Resíduos
Celulose
Produtos
Manufaturados
Caldeira de Recuperação
Caldeira de ForçaEnergia,
Vapor e
QuímicosFonte: Batista, H.
HOJE
CO2
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Amanhã
Biorefinaria Florestal
O2 CO2
Exportação
De Energia
Ou Combustíveis
e Químicos
Licor
Preto e
Resíduos
Celulose
Produtos
Manufaturados
Gaseificador de Licor
Gaseificador de Resíduos de Madeira
Processos Industriais para
Manufatura de Combustíveis
e Químicos
Energia,
Vapor e
Químicos
Celulose
Gás
Extração de hemicelulose e lignina
Novos produtos:
Químicos e Polímeros
Fonte: Batista, H.
CO2
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E a polpa celulósica resultante?
� Menor teor de hemiceluloses
� Ligações entre fibras prejudicadas ???
� Menores resistências ??
� Menores rendimentos ??
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CavacosCelulose
Papel
Resíduos florestais
Eletricidade
Alternativas sem remoção das hemiceluloses
Licor
Gaseificação Metanol
Gases ricos
em calorias
Remoção
ligninaLignina
![Page 38: Biorefinarias[1]. FOELKEL. Nova Prata.ppt - pdfMachine ... · Fonte: ORNL, 1998](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022042908/5f398e75ceb736241271a0e9/html5/thumbnails/38.jpg)
Licor preto
Caldeira de
Recuperação
mais simples
Outras substâncias orgânicas e água
Lignina
Precipitação
com CO2
Evaporação
Precipitação e Remoção da Lignina
Desague e
Secagem
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Planta piloto em Portugal
70% Sólidos
Péletes de lignina
Fonte: Axegard, P. & ARD.
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� Energia
� O poder calorífico da lignina é de 65% do
óleo combustível
� Pode ser usada na fábrica ou vendida
� Produtos químicos
� Fenóis, dispersantes, colas, seqüestrantes,
etc.
� Materiais
� Carvão ativo, compósitos com fibras,
plásticos, etc.
Aplicações da lignina
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Aplicações da lignina
Dispersante feito de lignina - Fonte: Axegard, P.
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Bioenergia ?
� A energia armazenada nas biomassas é
chamada bioenergia
� Bioenergia é muito versátil
� Bioenergia é renovável, segura, flexível,
econômica
� Bioforça (biomassa para queima)
� Biocombustíveis
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Bioenergia e Biocombustíveis
� Bioforça é o uso da biomassa para gerar
eletricidade e vapor por uso de caldeiras
de força
� Biocombustíveis são líquidos e gases
derivados da biomassas e que podem ser
usados para movimentar veículos
(metano, biodiesel, etanol, etc...)
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Gaseificação
� A gaseificação consiste no uso de
altas temperaturas para extrair
gases das biomassas
� Esse gás pode ser usado ou na
própria unidade geradora de
eletricidade ou pode ser estocado
e manuseado para alimentar veículos
Fonte: TRI
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O futuro da bioenergia
� Por ser mais competitiva que o petróleo,
deverá ganhar espaço cada vez maior
� Pode ser melhorada em termos de
tecnologias
� Pode ser obtida de detritos, resíduos, etc
ajudando a reduzir o lixo do planeta
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O futuro
das
Biorefinarias
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� Proteção e expansão do negócio de base florestal
� Eco-amigável ??
� Baixa demanda de capital
� Sinergia e integração fábrica e floresta
� Auto-suficiência energética
� Novos empregos nas fábricas e no campo
� Outras oportunidades sem grandes mudanças
tecnológicas
� Faltam pesquisas e comprovações mais fundamentadas
Benefícios ???
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� Como proteger os produtos atuais ?
� Como evitar a degradação do solo ?
� Como evitar o empobrecimento da biodiversidade ?
� Como evitar a competição pelo uso da terra ?
� Como evitar a piora da qualidade dos cursos d�água ?
� Como resgatar a fertilidade dos solos sem usar
fertilizantes caros e cada vez mais escassos ?
� Como evitar que os oportunistas se transformem em
extrativistas ?
Riscos ???
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OK meus amigos, fica o
dever de casa...
Estudar muito mais e
fazer as opções corretas
para vencer e ser
sustentável .... e não se
arrepender...
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E o lixo orgânico, porque os
técnicos não falam em
biorefinarias para resolver a
sua acumulação?
Algo para refletir...
Afinal, é uma biomassa
também e é barato....