BIORREFINO COMO ALTERNATIVA SUSTENTÁVEL PARA UTILIZAÇÃO DE INSUMOS PARA A SOCIEDADE MODERNA

Gabriel Fernando de Sousa Barbosa¹, Ana Catarina Fernandes Coriolano ^2*,

Antonio Sousa de Araujo³

¹ Discente de Graduação do Curso de Engenharia de Petróleo e Gás da Universidade Potiguar/UNP – LaureateInternationalUniversities, Av. Nascimento de Castro 1597, 59056-450, Natal/RN, Brasil.

^2* Professora Doutora da Universidade Potiguar/UNP – LaureateInternational.Universities; catarinaufrn@yahoo.com.br

³Professor Doutor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Instituto de Química.

 RESUMO

A utilização dos combustíveis fósseis levou a humanidade a desenvolver um parque industrial capaz de ofertar energia e produtos que qualificam nosso estilo de vida. Com o aumento da população e o uso cada vez mais intenso de recursos finitos, a nossa sociedade vive um momento de reflexão onde a preocupação é voltada para encontrar soluções, mudanças para um mundo mais sustentável. Entre tais mudanças e soluções e destaca-se a necessidade de estabilizar ou mesmo reduzir as emissões dos gases de efeito estufa. Isto entra em divergência com o atual modelo energético dos países desenvolvidos e com a demanda crescente de energia dos países em desenvolvimento.

Nesta situação, surge como alternativa promissora, a biorrefinaria. A definição de biorrefinaria apareceu pela primeira vez na legislação americana, com o significado de instalações, equipamentos e processos que convertem a biomassa em biocombustíveis, produtos químicos e ainda podem gerar eletricidade, tudo isso através de processos termoquímicos, bioquímicos e mecânicos. As biorrefinarias possuem nas mesmas instalações equipamentos e processos de conversão de biomassa, com vistas aproduzir combustíveis, energia e produtos químicos, assim como em uma refinaria de petróleo, capaz de produzir múltiplos produtos e, com isso, tirar vantagem nos componentes e intermediários da biomassa, maximizando valor, ao produzir produtos químicos em pequenos volumes, mas alto valor unitário, além de grandes volumes de combustíveis líquidos de baixo valor, e ao mesmo tempo gerar eletricidade. Assim, este trabalho expõe como objetivo mostrar a importância das biorrefinarias, seus processos para a obtenção de combustíveis, energia e entre outros produtos, também transparecer sua importância para a sustentabilidade.

Palavras-chave: Biorrefino, biorrefinaria, indústria, sustentabilidade.

ABSTRACT

The use of fossil fuels has led humanity to develop an industrial park able to supply energy and products that qualify our lifestyle. With the increase in population and the increasing use of heavy finite resources, our society is experiencing a moment of reflection where the concern is focused on finding solutions, changes to a more sustainable world. Among such changes and solutions, there is the need to stabilize or even reduce emissions of greenhouse gases. This is in disagreement with the current energy model of developed countries and the growing energy demand in developing countries.

In this situation, emerges as a promising alternative, the biorefinery. The definition of biorefinery first appeared in American law, with the meaning of facilities, equipment and processes that convert biomass into biofuels, chemicals and can even generate electricity, all through thermochemical, biochemical and mechanical processes. Biorefineries, has the same premises equipment and biomass conversion processes, in order to produce fuels, power and chemicals, as well as an oil refinery, capable of producing multiple products and, therefore, take advantage of components and intermediates biomass, maximizing value to produce chemicals in small volumes but high unit value, and large volumes of low value liquid fuel, while generating electricity. This work exposes intended to show the importance of biorefineries, processes for obtaining fuel , energy and other related products also disclose their importance for sustainability.

1.      INTRODUÇÃO

A Agência Internacional de Energia define biorrefinaria como o processamento sustentável de biomassa numa vasta gama de bio-produtos (alimentos, rações, químicos, materiais) e bioenergia (biocombustíveis, eletricidade e/ou calor). Pode ser considerada biomassa todo recurso renovável que provêm de matéria orgânica - de origem vegetal ou animal - tendo por objetivo principal a produção de energia.

A biomassa precisa ser convertida em combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos que serão usados para gerar eletricidade, fornecer calor ou para mover automóveis. Essa conversão é feita através de processos termoquímicos, bioquímicos e mecânicos. Combustão, gaseificação, pirólise e liquefação são exemplos de processos termoquímicos. Dentre os processos bioquímicos existe a fermentação, para converter açúcar em etanol, e a digestão anaeróbica para a produção de biogás. Os processos mecânicos não são exatamente um processo de conversão, uma vez que eles não alteram o estado físico da biomassa. Exemplos de processos mecânicos são a compactação de resíduos na forma de peletes (é um estrado de madeira, metal ou plástico que são utilizados na movimentação de cargas), moagem ou picagem de palha, extração mecânica do óleo em filtro prensa(equipamento destinado a fazer a separação de sólidos/líquidos). (BRIDGWATER, 2006)

2.      METODOLOGIA

Este estudo foi construído através de dados encontrados na literatura. Foram realizadas pesquisas bibliográficas nas bases de dados da Scielo e Capes, onde foram consultados artigos originais e de revisão sobre Biorrefinarias, revistas virtuais e Internet, quetem como objetivo principal expor o conhecimento geral sobre as biorrefinarias, processos utilizados pelas mesmas para a obtenção de energia, combustíveis entre outros produtos e sua importância para um mundo mais sustentável.

3.      BIORREFINARIAS

O conceito de biorrefinaria ainda é algo recente e tem um objetivo muito interessante que é substituir produtos e processos baseados em fontes de matérias-primas não renováveis, por produtos e processos que utilizem a biomassa como matéria-prima. (VAZ JUNIOR, 2011)

      Na literatura, podemos encontrar diferentes categorias de biorrefinaria. Segundo Ree e Annevelink (2007), há uma classificação de diferentes categorias:

− Biorrefinariasconvencionais ou Convencionalbiorefineries (CBR): utilizam as tecnologias tradicionais para processamento da biomassa obtendo os diferentes subprodutos. As atuais usinas de açúcar e etanol, indústrias de papel e celulose, complexo da soja, usinas de milho podem ser exemplos de CBR; (OLIVEIRA, 2010)

− Biorrefinarias Verdes ou Green Biorefineries (GBR): utilizam biomassa fresca e, através de processos de pressurização da biomassa úmida, aproveitam o caldo e a torta. É mais estudada para gramíneas (mais conhecidas como capins); (OLIVEIRA, 2010)

− Biorrefinarias de Cereais ou WholeCropBiorefineries (WCBR): utilizam cereais como milho, trigo, e centeio para a produção de um portfólio de produtos;(OLIVEIRA, 2010)

− Biorrefinaria de Lignocelulose ou LignoCellulosicFeedstockBiorefinaries(LCFBR): as Biorrefinarias de Lignocelulose se baseiam no fracionamento de biomassa rica em lignocelulósicos para a produção de correntes intermediárias de celulose, hemicelulose e lignina, que podem ser posteriormente processadas para obtenção de um portfólio de produtos finais; (OLIVEIRA, 2010)

− Biorrefinarias de Duas Plataformas ou Two Platform ConceptBiorefineries (TPCBR): promovem o fracionamento da biomassa em frações de açúcares (celulose e hemicelulose) e lignina (micromolécula cuja função e conferir rigidez). A fração de carboidratos é bioquimicamente convertida através da chamada “Plataforma de Açúcar”, produzindo um portfólio de potenciais bioprodutos, enquanto a fração de lignina e os resíduos do processo bioquímico serão termoquimicamente convertidos a gás de síntese através da chamada “Plataforma de Gás de Síntese”, produzindo uma gama de produtos biobaseados, incluindo calor e energia para satisfazer as demandas internas do processo; (OLIVEIRA, 2010)

− Biorrefinarias Termoquímicas ou ThermoChemicalBiorefinaries (TCBR): utilizam processos térmicos como a pirólise e a gaseificação para gerar um grande portfólio de produtos. A partir da geração do gás de síntese é possível gerar produtos como ureia, metanol, amônia, diesel, etc. Essa rota pode ter sinergias com os combustíveis fósseis; (OLIVEIRA, 2010)

− Biorrefinarias Aquáticas ou Marine Biorefinaries (MBR): realizam o processamento de biomassa aquática, como as micro e macroalgas. (OLIVEIRA, 2010)

4.      PROCESSOS UTILIZADOS NA BIORREFINARIA

COMBUSTÃO: A combustão da biomassa é utilizada para gerar calor para aquecimentos, gerar vapor em caldeiras e mover motores para a geração de energia elétrica. Emissões de monóxido de carbono, devido a queima incompleta, de particulados e os resíduos como as cinzas ainda são problemas técnicos a serem aperfeiçoados. Esta tecnologia é bastante disponível no mercado com uma quantidade de casos de sucesso na Europa e na América do Norte, geralmente utilizando resíduos agrícolas, florestais e industriais. No nosso país, como exemplo de sucesso temos a queima do bagaço da cana-de-açúcar em fornos, fogões ou caldeiras como mostra a Figura 1.

Figura 1: Queima da biomassa em fornos, caldeiras ou fogões. (DANIELet al. 2011)

GASEIFICAÇÃO: A gaseificação é um processo em que um líquido ou sólido a base de carbono, como a biomassa, carvão, bio-óleo ou gasóleo, reage com o ar, oxigênio puro ou vapor produzindo um gás contendo monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano e nitrogênio. Para a gaseificação, a biomassa é submetidaás seguintes etapas sequenciais: secagem para evaporação da umidade; pirólise para obtenção de gases, vapores do alcatrão e carvão e gaseificação ou oxidação parcial do carvão, alcatrão e gases obtidos na pirólise. As tecnologias de gaseificação de biomassa tem apresentado sucesso nas escalas protótipo e industrial, contudo, seu custo é elevado comparado com a energia produzida. A utilização da gaseificação em outros processos tem fundamental importância, como é utilizado nas biorrefinarias, Figura 2.

Figura 2: Processo de gaseificação. (DANIELet al 2011)

LIQUEFAÇÃO: A liquefação é a transformação da biomassa em produtos líquidos através de um processo de altas pressões. Nesse processo a suspensão de biomassa em um solvente (usualmente a água) é a carga e a reação é conduzida sob atmosfera redutora de hidrogênio e ou monóxido de carbono com a presença de catalisadores. O bio-óleo obtido possui um menor teor de oxigênio que o mesmo oriundo da pirólise, contudo, apresenta maior viscosidade.

PIRÓLISE: A pirólise é o craqueamento térmico na ausência de oxigênio, é a primeira etapa de alguns de outros processos como o de combustão e o de gaseificação, Figura 3. A pirólise da biomassa produz gás, líquido e sólido. O gás é composto de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrocarbonetos leves. O líquido é chamado de bio-óleo e o sólido de carvão vegetal. A pirólise recebe diferentes denominações dependendo das condições utilizadas. É chamada de pirólise lenta quando se emprega baixas temperaturas e longos tempos de residência favorecem a formação de carvão vegetal. Altas temperaturas e longos tempos de residência favorecem a formação de gases. Temperaturas moderadas e baixo tempo de residência favorecem a produção de líquido(bio-óleo).

Figura 3: Combustão da biomassa sem a presença de oxigênio. (DANIELet al 2011)

5.      DISCUSSÕES

Os desafios e as estratégias de desenvolvimento das biorrefinarias no Brasil passam pelas dificuldades técnico-científicos em produção de matérias-primas, processamento industrial e integração com cadeias produtivas regionalizadas. Como no Brasil existe uma grande diversidade de matérias-primas alternativas com potencial para produção de biodiesel e biomassa para cogeração de energia, é notória a oportunidade de desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de combustíveis a partir dessas matérias-primas. Para transformar a possibilidade em realidade, são necessários investimentos constantes em pesquisa, desenvolvimento e inovação.

6.      CONCLUSÕES

Nas buscas por materiais que traria essa temática, encontramos muitos que apontam grandes descobertas através de pesquisas onde estes conhecimentos construídos são aplicados contribuindo nos processos realizados nas biorrefinarias mostrando que apesar das dificuldades, esta alternativa sustentável tem boas perspectivas para a sociedade moderna.

Referências

OLIVEIRA, André Bello de. AnáliseProspectiva da Utilização de uma Usina como Plataforma para uma Biorefinaria, São Paulo, 2010. Disponível em: .  Acesso em :04 Jul. 2015.

VAZ JUNIOR, Sílvio. Biorrefinarias: Cenários e perspectivas, Brasília, 2011. Disponível em: http://www.bibliotecaflorestal.ufv.br/bitstream/handle/123456789/10778/EMBRAPA_Biorrefinarias-Cen%C3%A1rios-e-Perspectivas.pdf?sequence=1%20(Acesso%20em%2014/09/2014). Acesso em: 11 Jul. 2015.

 DANIEL, et al – Notas de Aula . Biomassa. 30 Set. 2011. il.color.  8,75 cm x 11,67 cm.