A) Planejamento Integrado dos Recursos Energ

1
A) Planejamento Integrado dos Recursos
EnergéticosB) Soluções Bioenergéticas para a
Suinocultura e AviculturaC) Álcool de 2ª geração
Universidade Federal de Viçosa
Workshop de Biocombustíveis

• Prof. Delly Oliveira Filho
• São Paulo, SP
• 11 e 12 de maio de 2009

2
OFERTA INTERNA DE ENERGIA ()
OUTRAS
100
PRODUTOS DA CANA
80
LENHA C.VEGETAL
URÂNIO
60
HIDRÁULICA
40
GÁS NATURAL
CARVÃO MINERAL
20
PETRÓLEO E DERIVADOS
0
1994
2000
2006
1940
1946
1952
1958
1964
1970
1976
1982
1988
3
PARTICIPAÇÃO NA OFERTA INTERNA DE ENERGIA ()
70
RENOVÁVEIS
60
50
BIOENERGIA
40
LENHA E CARVÃO VEGETAL
30
20
PRODUTOS DA CANA
10
0
1970
1974
1978
1982
1986
1990
1994
1998
2002
2006
4
USOS DA LENHA ()
100
0
1
13
GERAÇÃO ELÉTRICA
19
20
80
16
8
8
INDUSTRIAL
60
29
29
AGROPECUÁRIA
60
40
RESIDENCIAL
43
42
20
PRODUÇÃO DE CARVÃO
11
0
1970
1988
2006
milhões tep
(-0,3 aa)
31,6
28,4
5
USOS DO BAGAÇO DE CANA ()
100
3
3
3
6
OUTRAS INDÚSTRIAS
80
38
59
GERAÇÃO ELÉTRICA
60
94
93
PRODUÇÃO DE AÇÚCAR
40
58
20
PRODUÇÃO DE ÁLCOOL
35
4
3
0
1970
1975
1990
2006
milhões tep
25,8
(5,9 aa)
3,2
6

• O amanhã da energia no Brasil

7
CENÁRIO DEMOGRÁFICO DE REFERÊNCIA
300,0
2030 238 milhões hab. PIB/capta US 9.125
250,0
2005 185 milhões hab. PIB/capta US 4.301
200,0
Milhào de habitantes
150,0
Aumento de53 milhões (1,01 aa)
100,0
50,0
0,0
1970
2005
2030
8
OFERTA INTERNA DE ENERGIA ()
0,3
100
2,9
5,4
9,1
OUTRAS RENOV.
13,8
PRODUTOS DA CANA
80
18,5
13,0
LENHA E
CARVÃO VEGETAL
5,5
HIDRÁLICA E
14,8
13,5
47,6
60
ELETRICIDADE
1,2
3,0
NUCLEAR
6,3
CARVÃO MINERAL
6,9
5,1
9,4
0,0
40
3,6
GÁS NATURAL
0,3
15,5
20
PETRÓLEO E
38,7
DERIVADOS
28,0
37,7
0
1970
2005
2030
milhões tep
557,1
66,9
218,7
renováveis
46,6
58,4
44,5
9
RENOVÁVEIS NA OFERTA INTERNA DE ENERGIA

46,6
2030
53,4
45,8
2020
54,2
57,0
43,0
2010
44,5
2005
55,5
0,0
25,0
50,0
75,0
100,0
Renovável
Não renovável
10
A) Planejamento Integrado dos Recursos
Energéticos
Universidade Federal de Viçosa
11
Composition of a General Energy System
Level
NR
NR
n
1
nr
Natural Resource
Transport of
TN
TN
n
tn
1
Natural Resource
RE
RE
n
re
Refinery
1
PP
PP
PP
PP
n
m1
m
1
pp
Power Plant
Transmission Line
TF
TF
n
TL
TL
tf
1
n
1
tl
and
Fuel Transport
EC
EC
EC
n
Conversion
EC
ec
r
r1
1
Device
EU
EU
EU
n
EU
End Use
s1
s
eu
1
12
The Energy Planning Challenge
13
First Principle of Thermodynamics
The principle of energy conservation
Input Energy Output Energy
Useful Energy Losses
Useful Energy ?
Input Energy
14
What is exergy ?
Exergy is the maximum theoretical work obtainable
as two states interact to equilibrium.

• From the Greek, meaning available work, or
  availability.
• Energy convertible into any other form.
• A measure of the quality of energy.

15
Second Principle of Thermodynamics
The principle of energy degradation
Input Exergy Output Exergy Exergy
Destruction (Input - Output) Exergy
Output Exergy
e
Input Exergy
16
Basic Energy Conversion Element
Energy, Exergy Losses
Input Energy, Exergy
Useful Energy, Exergy
Energy Conversion Element, ?, e
Exergy Destruction
17
Significance of Exergy

• To Compare Different
• Sources of Energy
• Types of Processes
• To Account Energy Quality
• To Use Rationally the Natural Resources

18
Energy and Exergy Efficiencies Relationship
X a E, 0 a 1
19
Taxation of natural resources?
20
CASE STUDY Small Scale Water Heating Systems

• Reduction of Peak Demand
• Water heating alternatives
• Solar Collector
• Direct gas heater
• Electric showers, without resevoir
• Electric heater with resevoir

21
Present value of water heating alternatives
0.14
0.12
0.1
0.08
Costs (US/kWh)
0.06
0.04
0.02
0
Solar collector
Gas heater
Shower 3.6 kW
Shower 6.4 kW
Electric heater
Capital
Maintenance
Energy
22
Conclusions A

• Exergy is an important resource
• Exergy should be conserved
• Exergy is significant in IRP
• Economic and other implications

23
Soluções Bioenergéticas para a Suinocultura e
Avicultura

• Introdução
• Desafios
• Trigeração

24
Tipos de aproveitamento da energia do biogás

• Energia térmica Fornalhas e/ou Caldeiras, e
  fogões
• Energia elétrica - Termelétrica
• Energia elétrica e térmica - Cogeração
• Energia elétrica e térmica (para gerar frio e
  calor) - Trigeração

25

(No Transcript)
26
Objetivo

• Estudar soluções energéticas e integradas com a
  gestão de resíduos com o foco no uso de biogás
  para a avicultura e suinocultura brasileiras.
• Os objetivos específicos são
• Geração distribuída de energia nas granjas
• Geração termelétrica centralizada, localizada
  no centro de carga dos pólos regionais
• Trigeração centralizada de energia elétrica,
  calor e de frio, localizada ao lado das centrais
  de processamento (próximo as agroindústrias)

27
Discriminação de VPL da Trigeração na Suinocultura

• Energia Elétrica 56,6
• Calor para Processo 6,6
• Calor para refrigeração 36,8
• Total
  100

28
Conclusão B

• A busca de soluções que integre as necessidades e
  disponibilidades energéticas locais promovem
  situações ganha-ganha, para
• Integrados pois venderão não somente energia
  elétrica, mas calor
• Agroindústria que passará a gerar calor, frio e
  energia elétrica a baixo custo
• Meio ambiente pelo aproveitamento do biogás e
  adiamento da construção de novas usinas geradoras
• Região pois mantém ao máximo os recursos na
  região promovendo a sustentabilidade

29
C) Álcool de 2ª geração
Universidade Federal de Viçosa
30
Introdução
170 x109 L
Billion Gallons/Year
Cellulosic ethanol
32 x109 L
Conventional ethanol
2005
2020
2010
2030
2015
2025
2000
31
Objetivo Geral

• Analisar a viabilidade técnica da produção
  integrada de biodiesel, com enfoque na produção
  de etanol de lignocelulose do processo produtivo
  de biodiesel.

32
Celulose

• Mais abundante material carbonáceo em vegetais
• É um polímero de cadeia longa composto de um só
  tipo de monossacarídeo (glicose), e é
  classificado como polissacarídeo ou carboidrato

33
Hemicelulose

• Segundo mais abundante material carbonáceo em
  vegetais
• Natureza heteropolissacarídica, composta de
  açúcares de 5 e 6 carbonos, podendo estar
  presentes xilose, glicose, manose, arabinose e
  galactose, bem como ácidos orgânicos (urônico e
  acético)

34
O Complexo Lignocelulósico

• Composição básica
• Celulose (40-60)
• Hemicelulose (20-40)
• Lignina (10-25)

35
Pré-tratamento do material lignocelulósico
Visa à desorganização do complexo lignocelulósico
e, como conseqüência, aumento da acessibilidade
das enzimas às moléculas de celulose
36
Potencial da produção de bioetanol(Material e
Métodos)

• Potencial médio de produção de etanol por
  tonelada de celulose de co-produto 662 L t-1
• Etanol necessário para biodiesel Relação
  estequiométrica de 31 (relação molar),
  equivalente a 20 (v/m)

37
Biorefinaria (biodiesel e bioetanol)
?
38
Potencial de produção
Protein () Carbohydrates () Lignin () Ethanol (L/ha) Biodiesel ethanol demands met by lignocellulosic ethanol ()
Soybean 38.0 16.2 12.9 247 257
Castor seed 39.7 49.1 4.0 103 206
Jatropha curcas 38.4 32.4 14.2 695 199
Oil Palm Kernel 16.0 61.2 12.2 6725 575
Sunflower seed 31.2 41.3 8.0 210 146
Rapeseed 40.0 39.8 9.1 235 144
Cottonseed 25.6 30.8 14.9 402 574
39
Jatropha curcas

• Potencial de Biodiesel em Minas Gerias
• Alto teor de óleo
• Tóxico

www.pinhaomanso.com.br
40
Conclusão C

• Os co-produtos de Pinhão-manso podem ser
  aproveitados para a produção de etanol de segunda
  geração
• Pré-tratamento alcalino é mais efetivo na
  produção de etanol de celulose do que o
  tratamento ácido
• Existe a possibilidade de desintoxicar e
  pré-tratar a biomassa ao mesmo tempo

41
Desafios

• Planejamento Integrado a Lei Robin Hood ( Lei
  Estadual do ICMS Ecológico) contemple o incentivo
  o Uso Eficiente da Energia
• Suinocultura e Avicultura Tri geração e
  Auto-suficiência Energética gestão de resíduos
  e implantação de gasodutos
• Álcool de 2ª geração incentivo a pesquisas de
  base
• Demanda de tecnologia de cogeração em processos
  agroindustriais

42
Desafios

1. Planejamento Integrado a Lei Robin Hood ( Lei
   Estadual do ICMS Ecológico) contemple o incentivo
   o Uso Eficiente da Energia

43
Desafios

• B. Suinocultura e Avicultura Tri geração e
  Auto-suficiência Energética gestão de resíduos
  e implantação de gasodutos

44
Desafios

• C. Álcool de 2ª geração incentivo a pesquisas
  de base

45
Desafios

• D.Demanda de tecnologia de cogeração em processos
  agroindustriais.
• Nota Somente os setores de papel e celulose e
  sucro-alcoleiro que tem feito a co-geração
  (produção simultânea de calor e de energia
  mecânica/elétrica)

46
Desafios

• E. Aproveitamento de bio-combustíveis em aterros
  sanitários para geração de energia elétrica
• Fortalecimento e implantação de novas unidades
• Biodiesel da reciclagem de óleos e gorduras
• Álcool de águas residuárias

47
Prioridade do uso da terra?A)
Critério Local Regional Internacional
Humano (e.g.cidade) 1 2 3
Alimentos 4 5 6
Animais 7 8 9
Preservação 10 11 12
Energia 13 14 15
48
Prioridade do uso da terra?B)
Critério Local Regional Internacional
Humano (e.g.cidade) 1 6 11
Alimentos 2 7 12
Energia 3 8 13
Animais 4 9 14
Preservação 5 10 15
49
Obrigado!
Perguntas? delly_at_ufv.br