SIMPÓSIO NACIONAL DE BIOCOMBUSTÍVEL DE AVIAÇÃO 13-14 DE SETEMBRO DE 2012 Gasification of Biomass Dr. Gerhard Ett Gasification Project Manager IPT Innovation Directorate Dr. Fernando Landgraf PRESIDENT

Who we are IPT - Institute for Technological Research of the State of São Paulo S.A. One of the first applied R&D&I institutions in Brazil and the largest applied multipurpose R&D&I institution in Latin America Linked to the State of São Paulo Secretariat for Economic Development, Science and Technology IPT provides technological solutions to public and private companies and institutions Biotechnology and Nanotechnology Buildings

History 1899: creation of the Materials Resistance Laboratory 1st IPT’s unit 1934: IPT is established 1960s: technical areas are restructured Technical divisions, focused on engineering Early 1970s: IPT improves is relationship with industries Increasing R&D&I contracts with private companies 1975: creation of the Science, Technology and Culture Secretariat of the State of SP currently Secretariat for Economic Development, Science and Technology 2005: technical areas are restructured Focus on the needs of clients 2008/12: Modernization of IPT Opcional

Aircraft Industry & Renewable Energy History Design and manufacturing of the first Brazilian airplanes (Proalcool -Program: processes and products) Flex Fuel technology 1950 1979 O IPT desenvolveu materiais, equipamentos, instrumentos de vôo, e trabalhou na elaboração de projetos, na construção e experimentação de planadores baseados em tecnologia nacional, além de aviões monomotores. O IPT projetava e construía avião com madeiras brasileiras. Induziu a criação e produziu peças de aviação para a Cia. de Aviação Paulista – CAP ( de Francisco Baby Pignatari). A CAP produziu 800 aviões de treinamento, o “Paulistinha”. Depois mais 250 na Neiva. Foto maior: Planalto Fotos da direita: Paulistinha First cars running on ethanol (July 1979)

Energy Oil and gas flow Ethanol and biofuels Corrosion & protection Fuel quality Biomass gasification

Annual budget: R$ 205 million IPT TODAY IPT units in: São Paulo Franca (individual protection equipment)) São José dos Campos* (composite materials) Piracicaba* (biomass) Human Resources Researchers 440 Technicians 400 Administrative support 260 Interns 175 Total 1275 * in progress 12 technology centers 40 laboratories 103.523,00 m2 of built area 240.000 m2 of total area Annual budget: R$ 205 million

Suggar-cane Saccharum officinarum Martim Affonso de Souza que em 1532 trouxe a primeira muda de cana ao Brasil e iniciou seu cultivo na Capitania de São Vicente. Lá, ele próprio construiu o primeiro engenho de açúcar. 2010, 650 Mt of sugarcane were harvested Each ton produces 150 kg of sugars 140 kg of bagasse 70 kg of straw in cane 70 kg of straw left in field 570 kg water Availability of 90Mt (bagasse + straw) /year Spread in 400 sugar-ethanol mills Fonte: http://www.portalsaofrancisco.com.br

IPT R&D Enzimatic hidrolisys Gasification (50 Specialist) IPT IPT

Biomass Processes Biochemical processes Thermochemical processes Combustion Torrefaction (240oC) Pirolisis (400o C) Carvoejamento (500o C) Gaseification at 900oC Fluidized bed and Fixed bed Gaseification at 1200o C (Entrained flow) Em cada um desses, Dezenas de alternativas

É queimar o bagaço e a palha com pouco oxigênio, Biomass Gasification É queimar o bagaço e a palha com pouco oxigênio, de forma autotérmica, de maneira a obter um gás, contendo principalmente CO + H2. Esse gás é reativo, Pode ser queimado numa turbina para gerar EE Pode ser reagido (syngas) e transformar-se em Biocombustíveis: biodiesel, metanol, etc Bioprodutos: biopolímeros, amônia, hidrogênio.

Alternativas tecnológicas da gaseificação dependem da alimentação Num maçarico confinado Numa cama de areia (modelo Siemens) Entrained Flow Fluidized Bed (For liquid and powder) (For powder)

Principais processos de gaseificação Escolha depende de: Qual a escala mais adequada? Quais os produtos desejados? 150 kt/ano 1500 kt/ano

Zhang (2010) Ref: EVTE: Abraham Sin Oih Yu / IPT

A aposta do IPT: a gaseificação por fluxo de arraste

Products from Syngas DROP IN

Biomass EFG on the World Projeto Chemrec - Sweden Projeto Choren, Germany Projeto BioTfuel - Frande BioSyngas Project - Brazil

COAL Gasification Plant in China Shenhua Shell 1Mt coal/year oil products Shenhua GE 600kt coal/year PP+PE Shenhua Siemens 500 kt coal /year PP GE

SUGARCANE BIOMASS GASIFICATION PROJECT ? IPT SUGARCANE BIOMASS GASIFICATION PROJECT IPT - Institute for Technological Research

IPT - Entrained flow gasifier specification 500kg biomass/h capacity 40bar – 1500 oC Preferentially “flex”: able to gasify powder or bio-oil Oxygen blown heat recovery Gas composition targets: 80% (CO+H2) < 0,5% CH4 <1g tarr / Nm3 < 0,5%N2

Why choose entrained flow gasification: Large scale commercial plants for petrochemical waste and coal gasification. Quality of generated gases: low tar and methane levels due to high operating temperatures (greater than 1300 °C) and high CO and H2 levels. The ability to operate with liquid flows or low granulometry particulate materials (bio-oil and torrified grounded biomass). High pressures and high power. The ability to remove molten ashes

Gaseification at 40bar Gasification Pressure 5 bar 50 bar Energia de bombeamento de alimentação 35.450 kg/h 0,03 MW 0,09 MW Compressão de oxigênio 21.120 Nm²/h 2,85 MW 4,97 MW Compressão de gás de síntese 100.000 Nm³/h 19,70 MW 0 MW Total 22,58 MW 5,06 MW O Consumo energético para processos de gaseificação feitos a baixa pressão é quatro vezes maior do que o consumo de energia para compressão de processos realizados a alta pressão, mostrando maior viabilidade econômica para o segundo caso. FONTE: Higmann e Brugt (2007).

Projeto BIOSYNGAS Escope Objective Description Plant Capacity Projetar, implantar e operar uma Unidade Piloto de Gaseificação de Biomassa para produzir “Syngas” na composição de H2:CO=2 Objective Obter conhecimentos científicos e tecnológicos de gaseificação de biomassa para projetar e implantar uma planta industrial de 300MWth, com capacidade de processamento de 120t/hora base úmida (50%) com Capex de USD360M Description A Planta será composta por módulos de: secagem, torrefação, Moagem e Picador, Pirólise, Gaseificação, Shift e Limpeza (Remoção de sólidos e CO2) Os módulos de secagem, torrefação, moagem e pirólise deverão poder operar de forma integrada ou independente dos posteriores, visando projetos em paralelo Plant Capacity  Processamento de Biomassa: 1100-1300Kg/h (Base úmida 50%) Produção de Syngas (H2:CO=2): 230-260Kg/h @ 40bar Potência gaseificador: 2,5MWth   .

Partners Apoio Parceiros Financiamento

Gasification Biomass Process Acho que esse slide é técnico demais para o evento

Localization Pilot Plant: Piracicaba / Estado de São Paulo Cosan Dedini CTC Esalq

Licença de Instalação - Emitida Resultado da Consulta Nº da SD - 21016661 Data da SD - 24/11/2011 Razão Social - INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO S.A. IPT Logradouro - RODOVIA LAÉRCIO CORTE - SP 147 Nº Complemento - KM 142+50 METROS Bairro - VILA AREIÃO Município - PIRACICABA CNPJ- Nº do Processo - 21/01456/11 Objeto da Solicitação -LICENÇA PRÉVIA E DE INSTALAÇÃO Nº Documento -21000905 Situação - Emitida Desde 07/02/2012

Etapas

Parâmetros dos Cenários 2020 - 2030 Custo de bagaço (US$/ton) Taxa de desconto Preço de combustível Brasil 2020-2030 (US$/litro) Otimista 30 0,08 2,1 Esperado 50 0,10 1,8 Pessimista 70 0,12 1,5 REF: ABRAHAM YU / IPT

Planta de Gaseificação de 323 MWth 400 mtb/a Produção de FT Fuel; Eficiência Energética = 55%; Safra de 8 meses TCI (M US$2010) VPL (M US$) ROI Cenário otimista 388 358 185% Cenário esperado 487 116 56% Cenário pessimista 647 -53 -23% REF: ABRAHAM YU / IPT TCI: Total Capital Investment

Planta de Gaseificação de 647 MWth 800 mtb/a Produção de FT Fuel; Eficiência Energética = 55%; Safra de 8 meses Energia elétrica requerida pela usina de cana: 21 MW TCI (M US$2010) VPL (M US$) ROI Cenário otimista 549 786 286% Cenário esperado 689 334 114% Cenário pessimista 917 -2 -1% REF: ABRAHAM YU / IPT TCI: Total Capital Investment

Quer saber mais? Save the date Workshop Internacional sobre Gaseificação de Biomassa Data: 17/09/2012 Local: Fapesp, São Paulo Organização: IPT Parte das comemorações de 50 anos da Fapesp. WWW.FAPESP.BR (GASEIFICAÇÃO)

Contatos: Dr. Gerhard Ett Gerente de Gaseificação - IPT gett@ipt.br +55 (11) 3767-4455