Biorrefinaria de Microalgas -...
Transcript of Biorrefinaria de Microalgas -...
Prof. Donato A. G. Aranda, Ph. D Greentec Lab
UFRJ (Federal University of Rio de Janeiro)
FlRJAN, Setembro - 2014
Biorrefinaria de Microalgas
Brazilian Biodiesel Program
B2 mandatory at Jan/2008 (850,000 ton/year)
B3 mandatory at Jul/2008 (1,300,000 ton/year)
B4 mandatory at Jul/2009 (1,800,00 ton/year)
B5 mandatory at Jan/2010 (2013, originaly)
67 biodiesel plants (> 8,000,000 ton/year, capacity)
43,000 gas stations providing B5
B7 – 2014 ! (4.2 million ton/year – Biodiesel)
B20 and B100 in some bus fleets
(São Paulo, more than 3,000 buses using B20)
5
Diesel Imports
Diesel Imports
1,000,000 m3/month
2013 (Jan-Setembro)
Fonte:
Average value:
US$ 0.83/Liter
R$ 1.95/Liter
Diesel importado mais caro que o Biodiesel em 2013 !
Emissions
• CO2 emissions drop 65-72% in Brazilian biodiesel
(LCA, Delta CO2)
• So far, about 25 million mton of avoided CO2 emissions
• Biodiesel has no sulphur !!!
• CO, Soot and Aromatics significantly reduced
Bio Jet Fuel
Two main processes to obtain bio-isoparaffins:
Biomass Gaseification + Fischer Tropsch + Hydroisomerization
Hydrotreating Esters and Fatty Acids (HEFA)
International Aviation Organizations looking just for “drop in” biofuels
Fatty Acid
FATTY ACID DEOXYGENATION FOR BIO-JETFUEL
PRODUCTION
Bio jet fuel (1-Pd/K10, 30 bar H2 e 6 h)
Soybean Biodiesel (Output/Input Energy~ 3)*
* NREL (USA) http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24089.pdf
Soybean produces 4 times more meal than biodiesel.
5 kg of Soybean produces: 4 kg of Soybean meal + 1 liter of biodiesel
Massive soybean meal production reduces protein based food prices !
MICROALGAE – NEW TREND FOR BIODIESEL PRODUCERS
Soybean Oil per hectare: 450 liter/ha.year
Palm Oil per hectare: 5,000 liters/ha.year (however, it spends 5 years to start production)
Algae Oil per hectare: More than 400,000 liters/ha.year
Main feed for algae: CO2 !!!
Waste water can be used and treated by some algae
Main species: Chlorela, Spirulina, Monoraphidium, Scenedesmus,
Dunaliela, Nanochloropsis. (> 200,000 species)
Low investment Raceways
Problems: Evaporation + Contamination
Feasibility: Spirulina prices at US$ 15-20/kg, Not for fuel !!
Biomassas concentradas na
Unidade Piloto
Biomassa úmida de
Monoraphidium sp. (MORF-1)
Biomassa úmida de
Chlamydomonas sp.
Expensive Transparent Materials
Glass: US$ 150/m2
Polycarbonate: US$ 200/m2
Much more expensives than materials like:
Carbon Steal
Polyethylene
PVC
US$ 10/m2
Photobioreactors with sunlight concentrators
PBR with sunlight concentrator
Sunlight Prisms
Fresnel Lens
Biorefinery Treatment for Algae Biomass
Algas
Anti-oxidantes and PU Fatty Acids (Omega 3, Omega 6)
Lipids
Protein (human and animal feeding)
Esterification Hydrotreating
Biodiesel
US$ 100 – 500/kg
US$ 1-1.2/kg
US$ 1/kg
0.5-2%
40-60%
10-40%
(90% água)
Ácidos graxos
• Ácidos graxos saturados
• Ácidos graxos insaturados
C
C
O
HO
O
HO
Ác. Esteárico
Ác.Oleico
MUFAs
PUFAs
PUFAs de interesse comercial
• Ômega 6
• Ômega 3
Ácido eicosapentaenóico (EPA) Ácido docosahexaenóico (DHA)
Métodos de purificação de PUFAs
• Destilação molecular • Fluidos supercríticos • Métodos enzimáticos • Extração a frio com centrifugação • Complexo de ureia
Complexo de ureia
• Baseia-se nas propriedades da cristalização da ureia por a interação com as moléculas.
• Os canais da ureia podem ser ocupados por cadeias orgânicas com estrutura linear e com um número de carbono superior a seis para favorecer a cristalização.
Etanol + Ureia +
Ác.graxo Reação
70 °C 4 °C
Etanol + Ureia +
Ác.graxo
filtração
Ureia, Ác graxo saturado
e MUFAs
Etanol + PUFAs
Cristalização
Esquema do processo
Aplicação do método de complexo de ureia
• Obtenção de PUFAs para aplicações alimentícias.
• Obtenção de Biodiesel com baixo ponto de congelamento
• Baixar o índice de acidez dos óleos.
SAPONIFICAÇÃO
1h de reação a 80 ºC
Biomassa úmida de microalgas - Centrifugada
Sln. Hidroalcoólica de
KOH
CENTRIFUGAÇÃO
Hexano
Sabão
Fração
Insaponificável
(Antioxidantes –
Carotenóides) +
Hexano
Evaporação de
Solvente
Fração Insaponificável
(Antioxidantes – Carotenóides)
Hexano
Recuperado
Produto da saponificação
Biomassa Residual
Úmida
SEPARAÇÃO
Hexano
Fração líquida
saponificada
ACIDULAÇÃO
2h de reação a 80 ºC
H2SO4, calculado
estequiometricamente para
neutralizar a quantidade de
KOH adicionada na
saponificação Produto da acidulação
LAVAGEM, SEPARAÇÃO,
RECUPERAÇÃO DO HEXANO
E SECAGEM
Água
Resíduo de ácido sulfúrico,
água + K2SO4
ESTERIFICAÇÃO
1h de reação a 200 ºC
Ácidos Graxos
Álcool
Catalisador
Biodiesel
Água
Hexano
Recuperado
Ômega 3
Planta no Brasil deverá ser
inaugurada em 2014.
Parceria com a Bunge
Planta de 100 mil ton/ano
Orindiúva-SP
Conclusions
Following the soybean model (with much larger productivity), Microalgae production
must be considered in a muliti-products biorefinery concept.
Coproducts like Omega 3 and Antioxidants and High Proteic Meal are very important
to provide cheap and feasible algae biofuels.
Reduction in CAPEX using sunlight concentrators
Brazilian Biodiesel Program is quite successful with strong social impacts and
strategical domestic energy production
Food crops like soybean not necessary a problem since soybean meal is
simultaneously produced (4 times more than oil)
Thank you !
www.greentec-ufrj.com www.procat-ufrj.com
“ God causes all things to work together for good to those who love Him” ( Rm 8,28)