1 ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL” João Prelhaz Dissertação apresentada.

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1 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 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 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 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 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 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 )0.840.880.78 Teor de enxofre (ppm)<10<1 Poder calorífico (MJ/kg)433844 Ponto de turvação ("Cloud Point") (ºC)-5-5 a +15-20 a +10 Ponto de destilação (ºC)200-350340-355265-320 Número de Cetano4050-6570-90 Estabilidade à oxidaçãoBoaMarginalBoa ANÁLISE AMBIENTAL DO PROCESSO DE HIDROGENAÇÃO E ISOMERIZAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE “GREEN DIESEL”

7 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 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 9 Objectivos Processo Resultados Conclusões Análise Energética Politica Energética Alimentação (% m/m)SojaPalmaJatrofaCanola Óleo vegetal100.00 Hidrogénio3.392.993.733.24 Produtos (%m/m) Propano5.18 Butano1.21 Nafta6.086.066.116.07 “Green Diesel”77.0576.6877.3676.91 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 10 SojaPalmaJatrofaCanola Entradas (MJ) Óleo vegetal1.101.161.171.18 Hidrogénio0.120.110.130.11 Consumos Utilidades (MJ) Vapor, electricidade e fuelgás0.01 Balanço global (MJ Entrada/MJ Saída)1.231.291.311.30 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 11 Análise Emissões de GEE Valor médio 10.92 g CO 2 eq.por MJ “Green Diesel” produzido SojaPalmaJatrofaCanola Entradas (g CO 2 /MJ) Hidrogénio8.837.839.688.46 Saídas (g CO 2 /MJ) CO 2 + H 2 S1.331.341.321.33 Consumos de Utilidades (g CO 2 /MJ) Vapor, electricidade, fuelgás, tratamento, armazenagem e químicos 0.89 Balanço global (g CO 2 /MJ)11.0510.0511.8910.68 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 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) Hidrogénio2.652.352.902.54 Saídas (g CO 2 /MJ) CO 2 + H 2 S1.331.341.321.33 Consumos de Utilidades (g CO 2 /MJ) Vapor, electricidade, fuelgás, tratamento, armazenagem e químicos 0.89 Balanço global (g CO 2 /MJ)4.874.585.124.76 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 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) Hidrogénio5.745.096.295.50 Saídas (g CO 2 /MJ) CO 2 + H 2 S1.331.341.321.33 Consumos de Utilidades (g CO 2 /MJ) Vapor, electricidade, fuelgás, tratamento, armazenagem e químicos0.89 Balanço global (g CO 2 /MJ)7.967.328.517.72 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 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 0.11.081.28 Balanço de Emissões de GEE Produção do combustível g CO 2 / MJ combustível8.69.9511.05 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 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 0.11.081.28 Balanço de Emissões de GEE Produção do combustível g CO 2 / MJ combustível8.69.954.87 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 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 0.11.081.28 Balanço de Emissões de GEE Produção do combustível g CO 2 / MJ combustível8.69.957.96 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 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 Cultivo0.00000.0694 Produção do óleo1.12950.0875 Produção do combustível0.06501.08001.2315 Transporte do combustível 0.00630.0044 Uso do combustível - - - Total (MJ energia fornecida/MJ energia produzida) 1.201.241.39 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 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 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 10.5711.22 Produção do óleo 4.461.34 Produção do combustível10.919.9511.054.87 Transporte do combustível 0.250.91 Utilização do combustível74.504.020.00 Total (g CO 2 eq/MJ energia produzida)85.4129.2624.5218.34 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 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 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 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 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”