1 ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” João Prelhaz Dissertação apresentada à Universidade Nova de Lisboa/Faculdade de Ciências e Tecnologia para a obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia 14 de Dezembro 2009

2 Objectivos Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME Processo Resultados Conclusões ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Neste trabalho efectuou-se: -Avaliação ambiental ao processo de hidrogenação e isomerização para a produção de “green diesel”; -Comparação dos impactes ambientais do ACV do “Green diesel” com os ACV do Diesel e Biodiesel de 1ª geração Política Energética Cumprimento do mínimo de redução de 35% em emissões (Directiva Comunitária 2008/0016 COD)

3 Política Energética Processo Resultados Conclusões Politica energética da União Europeia e Nacional Principais linhas da Directiva Comunitária (2008/0016 COD): -Reduzir, até 2020, 20% das emissões de GEE relativamente ao ano 2007; -Elevar para 20% o contributo das energias renováveis no balanço energético de energia primária; -10% de energias renováveis no sector dos transportes (biocombustíveis); Objectivos Actualidade: -88% da energia primária consumida é de origem fóssil; -98% do sector dos transporte depende dos combustíveis fósseis; Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

4 Politica Energética Processo Resultados Conclusões Propriedades dos óleos vegetais Objectivos Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME -Elevado teor em carbono (77-78%); -Hidrogénio(12%) e oxigénio(10%); -Constituídos por triglicéridos e ácidos gordos livres. Culturas oleaginosas mais utilizadas na produção de biocombustíveis: Colza Soja Jatropha curcas Girassol ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

5 Politica Energética “Green Diesel”vs FAME Processo Resultados Conclusões Transesterificação alcalina (biodiesel – FAME) Objectivos Óleos vegetais Hidrogenação e isomerização (“Green Diesel”) ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

6 Politica Energética “Green Diesel”vs FAME Processo Resultados Conclusões Comparação das propriedades do Diesel, Biodiesel e “Green Diesel” Objectivos Óleos vegetais Parâmetros de qualidadePetrodiesel Biodiesel (FAME) “Green Diesel” Oxigénio (%)0110 Densidade (kg/dm 3 ) Teor de enxofre (ppm)<10<1 Poder calorífico (MJ/kg) Ponto de turvação ("Cloud Point") (ºC)-5-5 a a +10 Ponto de destilação (ºC) Número de Cetano Estabilidade à oxidaçãoBoaMarginalBoa ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

7 Politica Energética Processo Resultados Conclusões Processo de hidrogenação e isomerização Objectivos Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME Óleos vegetais Ácidos gordos R1 Separação Recuperador Green Diesel R2 Água, CO 2 Hidrogénio GPL, Nafta R1 – reactor onde ocorre a Hidrogenação R2 – reactor onde ocorre a Isomerização ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

8 Reacções em R1 Reacções em R2 CH 3 HO O H2H2 CO 2 H2OH2O + + H3CH3C CH 3 H3CH3C HC O O O O O O CH 3 CH 2 + CH 3 H2OH2O CO 2 H3CH3C H3CH3C H3CH3C CH 3 H3CH3C + H3CH3C + H3CH3C H3CH3C H3CH3C H3CH3C H3CH3C H3CH3C H3CH3C ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Politica Energética Processo Resultados Conclusões Objectivos Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

9 Objectivos Processo Resultados Conclusões Análise Energética Politica Energética Alimentação (% m/m)SojaPalmaJatrofaCanola Óleo vegetal Hidrogénio Produtos (%m/m) Propano5.18 Butano1.21 Nafta “Green Diesel” CO 2 + H 2 S4.51 Água9.03 “Light ends”0.29 Rendimentos teóricos para diferentes tipos de óleos vegetais Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

10 SojaPalmaJatrofaCanola Entradas (MJ) Óleo vegetal Hidrogénio Consumos Utilidades (MJ) Vapor, electricidade e fuelgás0.01 Balanço global (MJ Entrada/MJ Saída) Análise Energética Valor médio: 1.28 MJ entradas energéticas por MJ “Green Diesel” produzido ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

11 Análise Emissões de GEE Valor médio g CO 2 eq.por MJ “Green Diesel” produzido SojaPalmaJatrofaCanola Entradas (g CO 2 /MJ) Hidrogénio Saídas (g CO 2 /MJ) CO 2 + H 2 S Consumos de Utilidades (g CO 2 /MJ) Vapor, electricidade, fuelgás, tratamento, armazenagem e químicos 0.89 Balanço global (g CO 2 /MJ) Cenário A: Produção de hidrogénio a partir de uma unidade “steam reformer” ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

12 Análise Emissões de GEE Valor médio: 4.83 g CO 2 eq.por MJ “Green Diesel” produzido Cenário B: Produção de hidrogénio a partir de uma unidade “Platformer” SojaPalmaJatrofaCanola Entradas (g CO 2 /MJ) Hidrogénio Saídas (g CO 2 /MJ) CO 2 + H 2 S Consumos de Utilidades (g CO 2 /MJ) Vapor, electricidade, fuelgás, tratamento, armazenagem e químicos 0.89 Balanço global (g CO 2 /MJ) ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

13 Análise Emissões de GEE Valor médio: 7.88 g CO 2 eq.por MJ “Green Diesel” produzido Cenário C: Produção de hidrogénio a partir de uma unidade “Platformer” (50%)e a partir de uma unidade “steam reformer”(50%) SojaPalmaJatrofaCanola Entradas (g CO 2 /MJ) Hidrogénio Saídas (g CO 2 /MJ) CO 2 + H 2 S Consumos de Utilidades (g CO 2 /MJ) Vapor, electricidade, fuelgás, tratamento, armazenagem e químicos0.89 Balanço global (g CO 2 /MJ) ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

14 Análise comparativa dos 3 processos (destilação atmosférica, transesterificação alcalina e hidrogenação): Balanços analisadosPetro-DieselBiodiesel “Green Diesel” Balanço de Energia Produção do combustível MJ energia fornecida/ MJ combustível produzido Balanço de Emissões de GEE Produção do combustível g CO 2 / MJ combustível Cenário A: Produção de hidrogénio a partir de uma unidade “steam reformer” Não existem emissões de GEE evitadas ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

15 Análise comparativa dos 3 processos (destilação atmosférica, transesterificação alcalina e hidrogenação): Balanços analisadosPetro-DieselBiodiesel “Green Diesel” Balanço de Energia Produção do combustível MJ energia fornecida/ MJ combustível produzido Balanço de Emissões de GEE Produção do combustível g CO 2 / MJ combustível Cenário B: Produção de hidrogénio a partir de uma unidade “Platformer” Existe emissões de GEE evitadas (3.72 g CO 2 /MJ de combustível) o que corresponde a 43% emissões evitadas. Contudo, o CENÁRIO NÃO É REALISTA ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

16 Análise comparativa dos 3 processos (destilação atmosférica, transesterificação alcalina e hidrogenação): Balanços analisadosPetro-DieselBiodiesel “Green Diesel” Balanço de Energia Produção do combustível MJ energia fornecida/ MJ combustível produzido Balanço de Emissões de GEE Produção do combustível g CO 2 / MJ combustível Cenário C: Produção de hidrogénio a partir de uma unidade “Platformer” (50%)e a partir de uma unidade “steam reformer”(50%) Existe emissões de GEE evitadas (0.64 g CO 2 /MJ de combustível) o que corresponde a 7.4% emissões evitadas ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

17 ACV do Diesel, Biodiesel e “Green Diesel” Análise energética: Fases do Ciclo de Vida do Combustível Diesel fóssil Biodiesel de soja “Green Diesel” de soja Cultivo Produção do óleo Produção do combustível Transporte do combustível Uso do combustível Total (MJ energia fornecida/MJ energia produzida) ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

18 ACV do Diesel, Biodiesel e “Green Diesel” Análise energética: ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

19 ACV do Diesel, Biodiesel e “Green Diesel” Análise emissões de GEE: Fases do Ciclo de Vida do Combustível Diesel fóssil Biodiesel de soja “Green diesel” de soja (H 2 SMR) “Green diesel” de soja (H 2 PLT) Cultivo Produção do óleo Produção do combustível Transporte do combustível Utilização do combustível Total (g CO 2 eq/MJ energia produzida) H 2 SMR: hidrogénio produzido a partir de um “steam reformer” H 2 PLT: hidrogénio produzido a partir de um “platformer” ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

20 ACV do Diesel, Biodiesel e “Green Diesel” Análise emissões de GEE: H 2 SMR: hidrogénio produzido a partir de um “steam reformer” H 2 PLT: hidrogénio produzido a partir de um “platformer” ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

21 ACV do Diesel, Biodiesel e “Green Diesel” Análise emissões de GEE – EMISSÕES EVITADAS 66% 71% 79% ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” H 2 SMR: hidrogénio produzido a partir de um “steam reformer” H 2 PLT: hidrogénio produzido a partir de um “platformer” Objectivos Processo Resultados Conclusões Politica Energética Óleos vegetais “Green Diesel” vs FAME

22 Objectivos FAME “Green Diesel” Processo Conclusões Politica Energética Resultados -O processo de hidrogenação e isomerização para a produção de “green diesel” apresenta, quer em termos energéticos, quer em termos de emissões GEE, piores resultados do que os processos de produção de biodiesel e de diesel fóssil -O balanço de emissões de GEE do processo de produção de “green diesel” quando comparado com os outros (Diesel e Biodiesel de 1ª Geração) apenas fica positivo e cumpre a Directiva Comunitária quando o hidrogénio é produzido numa unidade “platforming” (cenário irrealista); -O ACV do “green diesel” é bastante positivo nas emissões de GEE, permitindo evitar cerca de 71% das emissões e cumprir a Directiva comunitária 2008/0016 COD ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

23 Objectivos FAME “Green Diesel” Processo Agradecimentos Politica Energética Resultados Conclusões - Ao Professor Nuno Lapa, pela orientação e apoio na realização do presente trabalho; - À Engª Cristina Cachola, pela co-orientação na realização do presente trabalho; -À área dos biocombustiveis e da DTR da ARL da Galpenergia, pela oportunidade de realizar este trabalho; -Ao Engº Soares Mota, pelo apoio prestado na realização do presente trabalho; -A todos os docentes do mestrado em Energia e Bioenergia pelos conhecimentos transmitidos. ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”