ANÁLISE DE EMISSÕES DE CO2 NA PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DO BIODIESEL DE ÓLEO DE COCO EM MAGANJA DA COSTA – MOÇAMBIQUE
FERNANDO ANÍBAL CHICHANGO
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA CENTRO DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA CENTRO DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
ANÁLISE DE EMISSÕES DE CO2 NA PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DO BIODIESEL DE ÓLEO DE COCO EM MAGANJA DA COSTA – MOÇAMBIQUE
Programa de Pós – Graduação Energia e Desenvolvimento Sustentável
Professor: João Nildo de Souza Vianna Aluno: Fernando Aníbal Chichango
Brasília 2014
Resumo Uma análise quantitativa de redução de emissões de CO2 equivalentes foi feito utilizando um software GaBi 06, na qual construiu – se uma cadeia de produção e de utilização de biodiesel com óleo de copra desde o cultivo até a queima do combustível nos veículos, analisou – se dois grupos de cenários, um grupo referente a variação da percentagem da mistura B0, B03, B7.5 e B100, o outro grupo de cenários tinha duas variáveis uma de cogeração de energia eléctrica sem excesso e com excesso de eletricidade para integração na rede eléctrica. Quantificou - se o rácio entre energia de entrada e saída do sistema que resultou em 15%; as emissões no cenário B0 atingiram 3.8 KgCO2/kg; no B03 - 0.57 KgCO2/kg; no B7.5 - 0.41 KgCO2/kg e no cenário B100 foram de 3.0 KgCO2/kg negativos. A cogeração eléctrica usando toda a biomassa de coprodutos com o excedente para integração na rede eléctrica mostrou – se ambientalmente inviável para a produção de 1 tonelada de biodiesel, o aumento de emissões foi de 243%.
Palavra Chave: Energia; Biodiesel; Extração de óleo de Coco; Transesterificação; Emissão de Dióxido de Carbono;
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Abstract A quantitative analysis of the reduction of CO2 emissions equivalent calculated using a software GaBi – 06 in which, a chain of production and use of coconuts biodiesel from cultivation up to fuel combustion in vehicles were constructed. Two groups of scenarios examined, the first group related to the variation in the percentage of biodiesel mix B0, B03, B100 and B7.5, the other group of scenarios had two variables: one of cogeneration of electricity without excess and with excess electricity for integration into the electricity grid. The ratio of energy input and output of the system quantified resulted in 15%, emissions in B0 scenario were 3.8 KgCO2/kg; in B03 - 00:57 KgCO2/kg; in B7.5 - 00:41KgCO2/kg and in B100 scenario was negative 3.0 KgCO2/kg. Cogeneration of electricity using biomass of all co – products with the surplus to integrate the power grid, is environmentally unfeasible when the production is 1 ton of biofuel; the increased emission is about 242%.
Keyword: Energy; Biodiesel; Coconut oil extraction; Transesterification; Emission of Carbon Dioxide;
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Sumário Lista de Figuras ............................................................................................... 1 Lista de Tabelas .............................................................................................. 2 Lista de Simbolos ............................................................................................ 2 1.
Introdução............................................................................................... 3
2.
Contextualização do Biodiesel de Óleo de Copra .................................. 5
3.
Cadeia produtiva de Biodiesel de CNL ................................................... 5 3.1
Descrição geral do CNL ...................................................................... 5
3.2
Cultivo do CNL .................................................................................... 9
3.3
Extração do óleo vegetal de CNL ...................................................... 13
3.4
Transesterificação de Óleo Vegetal de CNL ..................................... 15
3.2
Processo de Cogeração .................................................................... 16
4.
Produção do Diesel fossil ..................................................................... 17
5.
Construção de Cenários e Resultados ................................................. 18 5.1
Grupos de Cenários .......................................................................... 18
5.1.1 Cenário B0 .................................................................................. 18 5.1.2 Cenário B100 .............................................................................. 19 5.1.3 Cenário B03 ................................................................................ 23 5.1.4 Cenário B7.5 ............................................................................... 24 6.
Resultados............................................................................................ 27
7.
Análise e discussão dos resultados ...................................................... 28 7.1
Interpretação dos resultados ............................................................. 28
7.2
Análise ambiental, económica e tecnológica dos resultados. ........... 29
8.
Conclusões ........................................................................................... 30
9.
Referências .......................................................................................... 31
Lista de Figuras Figura 1 Composição do Coco NL ............................................................................. 6 Figura 2: Regiões com maior potencial na produção de cocos em Moçambique ...... 7 Figura 3: Quantidade de óleo de coco produzido em Moçambique em comparação com outras oleaginosas ............................................................................................. 8 Figura 4: Produção de CNL em Moçambique ............................................................ 8 Figura 5: Localização Geográfica de Maganja da Costa ............................................ 9 Figura 6: Processo de Cultivo de CNL ..................................................................... 12 Figura 7: Máquina de extração de Óleo de CNL ...................................................... 13 Figura 8: Esquema de Extração de óleo bruto de CNL ............................................ 15 Figura 9: Processo de Transesterificação de Óleo Bruto CNL ................................. 16 Figura 10: Parâmetros de entrada e saída no Processo de Cogeração .................. 17 Figura 11: Fluxos de parâmetros Simplificado de Utilização de Diesel no sector de transporte rodoviário ................................................................................................ 18 Figura 12: Emissões de CO2 equivalente no Cenário B0 ........................................ 19 Figura 13:Cenário B100 - Sem Cogeração .............................................................. 20 Figura 14: Cenário B100 - Com Cogeração e Sem Conexão com rede eléctrica .... 20 Figura 15: Cenário B100 - Com Cogeração e Excesso de Energia para a rede eléctrica ................................................................................................................................. 21 Figura 16: Plano Global de Produção de CNL - Cenário B100 com Cogeração sem excesso de energia electrica .................................................................................... 22 Figura 17:Cenario B03 - Cogeração com excesso ................................................... 23 Figura 18:Cenário B03 - Cogeração sem excesso ................................................... 23 Figura 19:Cenario B03 - Sem cogeração ................................................................. 24 Figura 20:Cenario B7.5 Sem Cogeracao ................................................................. 24 Figura 21: Cenario B7.5 - cogerado sem excesso .................................................. 25 Figura 22: Cenário B7.5 - Co gerado e Excesso para a rede eléctrica .................... 25 Figura 23: Plano global do Cenário B7.5 - Com Cogeração e Excesso ................... 26 Figura 24: Emissão de CO2 Eq por kg de Combustível para os diferentes cenários27
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Lista de Tabelas Tabela 1: Quantidade de insumos agrícolas recomendados para o cultivo de CNL .. 9 Tabela 2:Energia específica e fator de aquecimento global dos insumos agrícolas 10 Tabela 3: Quantidade de insumos agrícolas necessários para o cultivo de CNL ..... 10 Tabela 4: Parâmetros de entrada e saída no processo de cultivo de CNL .............. 12 Tabela 5: Parâmetro de saída no descasque de CNL.............................................. 13 Tabela 6: Parâmetros de entrada/saída no processo de extração de Óleo CNL ..... 14 Tabela 7: Parâmetros de Entrada / Saída no processo de Transesterificação ........ 15 Tabela 8: Fluxo de parâmetros de entrada / saída na Cogeração ........................... 16 Tabela 9: Balanco de CO2 Equivalente no Cenário B0............................................ 19
Lista de Simbolos CO2 – Dióxido de Carbono; ppm – partes por milhão 0C
– graus Celcius
BX – Mistura de Diesel com Biodiesel de x percentagem GEE – Gases de Efeito de Estufa CNL – Cocos Nucífera Linn IIAM – Instituto de Investigação Agrária de Moçambique ALC – Amarelecimento Letal de Coco EDM – Empresa de Eletricidade de Moçambique USD – Dólar dos Estados Unidos COG – Cogeração EXC – Excesso NaOH – Hidróxido de Sódio H2SO4 – Ácido Sulfúrico
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1. Introdução Os fatores humanos e naturais são apontados como causadores de mudanças climáticas [1], a queima do combustível fóssil para além das atividades de agricultura, é apontado como um potencial emissor de CO2 equivalente para atmosfera o principal gás de efeito de estufa, a meta é a redução de emissões de CO2 para salvar os gelos de Ártico, a previsão de cenários é que se a concentração de CO2 for limitado a 450 ppm (partículas por milhão) a temperatura media irá aumentar em 0.6 0C até o final do século causando uma diminuição no volume de gelos árticos em 25% no verão podendo se estabilizar até o ano 2100, mas se nada for feito a redução será de 75%, o que pode causar catástrofes mundiais dentre as quais o aumento do nível das águas do mar. Ciente do cenário drástico a União Europeia e as Organizações de protecção ambiental decidiram reduzir drasticamente as emissões de gases de estufa (ONU, 2007). No contexto nacional a redução das emissões de gases de efeito de estufa (GEE) foi acordado com assinatura do Decreto de obrigatoriedade de mistura de combustíveis, aliado aos fatores económicos de importação de petróleo e seus derivados do qual Moçambique é dependente, o biodiesel do óleo de copra foi proposto no decreto como uma das alternativas para a mistura com óleo Diesel. A mistura com biodiesel é ambientalmente considerado atrativo na redução das emissões de GEE em comparação ao uso do óleo Diesel isoladamente, o biodiesel é formado por monoésteres que o conferem 10% de oxigénio na sua composição facto que, facilita a combustão dos hidrocarbonetos recalcitrantes do Diesel [2] O objectivo deste trabalho é quantificar as emissões de dióxido de carbono equivalente na produção e utilização de biodiesel de óleo de copra no sector de automóvel em Moçambique. Motivado pelo esforço da sociedade na redução de efeitos de aquecimento global cujos danos afetam em grande medida os países subdesenvolvidos do qual Moçambique faz parte. Qual é a quantitativa do CO2 equivalente que pode ser emitido/reduzido no processo de produção do biodiesel e da redução de importação de Diesel em Maganja da Costa, Moçambique? No sector de transportes, Moçambique depende na íntegra de importação de petróleo, facto que causa a vulnerabilidade da economia no geral pela variação do preço internacional do petróleo e seus derivados, [3]. 3
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A avaliação quantitativa do CO2 equivalente emitido/reduzido na produção e utilização de Biodiesel foi estimado com o auxilio de software GaBi1, construiu – se uma cadeia produtiva de biodiesel desde o cultivo do Coco Nucifer Linn (CNL) até a utilização misturado com o Diesel nos veículos. Os dados de insumos agrícolas foram baseadas das recomendações do Instituto de Investigação Agrária de Moçambique (IIAM) para uma um distrito da Província de Zambézia – caso de estudo (Maganja da Costa, no Centro do País) com um potencial elevado na cultura de coqueiros, em 2010 tinha acima 22415 plantas [4], os demais dados foram selecionados de literaturas com renome nas publicações e outras que realizaram o trabalho similar. Grupos de cenários foram projetados, um grupo contempla a análise de emissões com a variação da percentagem da mistura (B00, B03, B7,5 e B100)2. O outro grupo é referente a análise dos efeitos de cogeração de energia eléctrica e vapor utilizando a biomassa dos coprodutos. Existem
diversos
poluentes
resultantes
da
queima
de
Diesel
os
regulamentados são: dióxido de enxofre (SO2), material particulado (MP), monóxido de carbono (CO), ozônio (O3) e óxidos de nitrogênio (SO X), compostos orgânicos voláteis (COV). Os poluentes provocam vários efeitos tanto na saúde humana assim como na atmosfera. Diversos pesquisadores analisam diferentes danos causados por estas partículas [5]. O presente trabalho foi limitado na quantificação das emissões de GEE (CO2 equivalente) responsável no aquecimento global e no rácio energético do sistema (cadeia produtiva) contabilizando a energia gasta na produção dos insumos agrícolas, do metanol usado na transesterificação e do catalisador (NaOH) com a energia que sai do sistema (energia do biodiesel e co gerada), a pesquisa não inclui a mão-de-obra, a energia gasta nas infraestruturas, equipamentos e a água de irrigação, considerando apenas a emissão na combustão do Diesel durante o bombeamento da agua na fase de plantação dos coqueiros.
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Aplicativo com dados internacionais que permite modelar cenários; Disponível em http://www.gabi-software.com/overview/product-sustainability-performance/ (a cessado aos 26/06/2010); 2 B00, B03, B7,5, B100 – mistura do combustível com 0%, 3%, 7.5% e 100% de Biodiesel respectivamente.
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2. Contextualização do Biodiesel de Óleo de Copra Muitos estudos já foram publicados realçando o potencial do óleo de Copra como matéria – prima para a produção de biodiesel. ARAUJO [6] fez um estudo de produção de Biodiesel de Coco usando a catálise acida (H2SO4) e em seguida a base, a produção de biodiesel foi feita num pequeno reator de vidro pirex com capacidade de 1 Litro, avaliando os efeitos das variáveis: Óleo/álcool, temperatura do sistema racional e percentagem de catalisador no rendimento da reação de transesterificação e o tempo da reação. O SILVA [7] realizou um estudo similar da produção de Biodiesel a partir do óleo bruto de Coco mas usando uma catálise metílica e seguida da básica. A equipa de TAN [8] publicou um artigo sobre implicações no balanço de carbono na utilização de Biodiesel de Coco no sector automóvel em Filipinas. O outro estudo foi realizado na Universidade de Baylor em Texas por BRADLEY [9] sob o tema “Coco um recurso energético abundante” no qual o biodiesel foi testado e utilizando em geradores elétrico estáticos mostrando bons resultados como fonte alternativa de energia nas zonas rurais. VALE [10] caracterizou a biomassa e o carvão vegetal produzido pelos co – produtos de Coco para o uso energético. SHAFIE [11] publicou numa das revistas cientificas um artigo intitulado “Revisão na Geração de Eletricidade com Base nos Resíduos da Biomassa” no qual apresenta o potencial energético dos resíduos de Coco. O presente trabalho traz uma abordagem mais ampla em comparação aos acima apresentados, avalia as emissões na produção agrícola de coco, a colheita, os processos de extração de óleo vegetal, a transesterificação, a mistura com o óleo Diesel, a utilização em veículos e o processo de co – geração, em todas etapas figura o transporte de materiais de um processo para o outro.
3. Cadeia produtiva de Biodiesel de CNL 3.2 Descrição geral do CNL Os coqueiros crescem abundantemente ao longo da costa nos países dentro de 150 do equador e eles podem prosperar na areia, no solo salino e em climas tropicais, um coqueiro saudável chega a produzir cerca de 120 cocos por ano [9]. A composição do fruto do coqueiro - coco está apresentado na figura 1, é composto por 6 elementos principais: o Epicarpo – casca que envolve o fruto; Mesocarpo – a parte fibrosa do coco; Endocarpo – parte rígida que envolve a copra; Copra – composto 5
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gorduroso do coco (carne do coco); Agua – líquido proveniente da formação da copra no coco; o Embrião – parte que interliga do fruto com o casco da árvore (EMBRAPA, 2010).
Figura 1 Composição do Coco NL
Fonte : [12] Em geral, o óleo de coco possui os seguintes ácidos graxos: caprílico 5,0 10,0%, cáprico 4,5 – 8,0%, mirístico 16 – 21%, palmítico 7,5 - 10%, esteárico 2,0 – 4,0%, oleico 5 – 10% e linoleico 1,0 – 2,5%, com destaque para o ácido láurico 43 51% (ANVISA, 1999 aprud [13] O coqueiro Gigante começa a florescer de 5 a 7 anos nas condições ecológicas ideais. A produtividade pode ser de 80 frutos /planta /ano e uma vida económica de 60 a 70 anos [14]. O conteúdo do óleo na polpa é superior a 60%, o que equivale a uma produção de 500 a 3000 kg de Óleo/ha (MAZZANI, 1963 aprud [6].
O coqueiro é uma planta com valor económico agregado e de grande importância social nos trópicos, por fornecer óleo, gorduras, minerais e vitaminas essenciais e fruto fresco. A casca do coco é usada na fabricação de cordas, tapetes, chapéus e encosto de veículos. O óleo para além de ser matéria – prima para 6
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biodiesel é largamente usado na indústria detergentes sintéticos, sabão, velas e fluidos para freio de avião [15]. Em Moçambique o coqueiro está distribuído ao longo de todo o pais mais com maior concentração nas províncias de Inhambane (no sul), Zambézia (centro) e Nampula (norte).
Zonas de Moçambique com
potencial elevado na produção de
Figura 2: Regiões com maior potencial na produção de cocos em Moçambique
Segundo a [16] os dados relativos a produção de coco em Moçambique são conforme a tabela baixo. Parâmetro
Valor
Unidade
Produção
270,000.00
ton
Produtividade
3214.29
kg/ha
Área Colheita
84000.00
ha
Fonte: Dados colhidos do [16] referentes ao ano 2012
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O gráfico da figura 3 ilustra a variação da quantidade de óleo de coco produzido em comparação com outras oleaginosas desde 2004 a 2012.
toneladas
Figura 3: Quantidade de óleo de coco produzido em Moçambique em comparação com outras oleaginosas 150000 100000 50000 0
2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 Sunflower oil
Sesame oil
Maize oil
Groundnut oil
Cottonseed oil
Coconut (copra) oil
Fonte : knoema3,(2014)
A doença de Amarelecimento Letal do Coqueiro ALC, assolou a zona centro e norte tendo reduzido a produção de coco nos últimos cinco anos. O gráfico 4 foi construído a partir dos dados da [16], ilustra o decrescimento da quantidade de cocos produzidos nos últimos anos, e com as medidas tomadas já há tendências de crescimento da produção de 2011 a 2012.
Produção de CNL em Moçambique 310000 300000 290000 280000 270000 260000 2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Figura 4: Produção de CNL em Moçambique Fonte: Autor
3
Disponível em www.pt.knoema.com A cessada aos 20/06/2014
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3.3 Cultivo do CNL Devido a necessidade de incorporação de dados locais na ACV, o estudo foi feito considerando os dados de distrito de Maganja da Costa província de Zambeze figura 5, para simplificar o estudo devido a falta de dados do local não se considerou a questão de uso directa ou indireta da terra. Figura 5: Localização Geográfica de Maganja da Costa
Maganja da Costa
Coordenadas 17015’47.3”S; 37020’38.0”E; Fonte: https://earth.google.com
O cultivo do CNL é o primeiro passo para a produção do biodiesel, os dados de entrada de insumos agrícolas foram calculados mediante as tabelas 1 e 2. A tabela 1apresenta as quantidades de insumos necessários para o cultivo de CNL e a tabela 2 apresenta as quantidades de energia específica e o fator de emissão de CO2 equivalente. Tabela 1: Quantidade de insumos agrícolas recomendados para o cultivo de CNL
Fonte: [12] 9
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Tabela 2:Energia específica e fator de aquecimento global dos insumos agrícolas Energia Especifica
Fator de aquecimento global
Herbicidas
429.27
MJ/Kg
22.8
kg CO2eq/kg
Pesticidas
439.73
MJ/Kg
24.5
kg CO2eq/kg
Fertilizante (P2O5)
19.01
MJ/Kg
1.34
kg CO2eq/kg
Fertilizante (K2O)
9.04
MJ/Kg
0.642
kg CO2eq/kg
70.62
MJ/Kg
3.27
kg CO2eq/kg
Fertilizante (N)
Fonte: [17] A produtividade do coqueiro Gigante estima – se em 60 a 80 cocos por árvore ano, e cada coco pesa 1.5 kg, para o cultivo no espaçamento triangular de 7.5 X 7.5 X 7.5 estima – se 205 arvores por hectare [18]. Baseado nos dados acima estimados calculou – se os coeficientes de conversão por tonelada de biodiesel produzido. Número de plantas - 40 coqueiros; Número de Frutos por árvore – 70 frutos; Massa de cada fruto -1.5 kg; Área necessária - 0.195 ha; Espaçamento dos coqueiros 7.5 X 7.5 X 7.5 m. A quantidade de entrada de insumos agrícolas foi resumida e apresentada na tabela 3. Estimou – se o uso de herbicidas e pesticidas, as herbicidas são aplicadas em media 1 a 3 vezes por ano totalizando e 0.28 kg/t frutas e 0.10 kg/t em pesticidas [19]. Tabela 3: Quantidade de insumos agrícolas necessários para o cultivo de CNL Parâmetro
Valor
Unidade
Valor
Unidade
Herbicidas
0.28
kg/t fruta
1.162
Kg
Pesticidas
0.1
kg/t fruta
0.415
Kg
Fertilizante (P2O5)
400
g/planta
16
Kg
Fertilizante (K2O)
1200
g/planta
48
Kg
Fertilizante (N)
1350
g/planta
54
Kg
Cálculo para a produção de 1 tonelada de biodiesel com 4150kg de frutas e 40 coqueiros
Fonte: Autor
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No cultivo para além dos insumos agrícolas, considerou – se o Diesel usado na motobomba para a irrigação das mudas no viveiro cerca de 12 L/m2 de água duas vezes por dia durante cerca de 12 meses, considerando o espaçamento do viveiro de 30 cm X 30 cm, a área necessária para 40 plantas é de 3.6 m2. A quantidade de água necessária para os 12 meses no viveiro será de 86.4 L/dia, no total foi de 31104 litros de água para a irrigação no viveiro, assumiu – se no campo definitivo para o desenvolvimento das plantas a irrigação é feita pela água da chuva. Usando um Motobomba de 1,25 L/h de consumo de Diesel com capacidade de 7500 L, será necessário 5.184 litros de Diesel por tonelada de biodiesel produzido. Para estimar a energia das sementes assumiu – se um pré – cultivo de um coqueiro (70 frutos com 43% de perdas) e a energia estimou – se do óleo Diesel para o bombeamento de água de irrigação do coqueiro. A quantidade de Diesel foi de 1.44 Litros, considerando o coeficiente energético medio de Diesel de 43.5 MJ/kg [2], a energia associado as sementes foi de 53.1 MJ, a emissão especifica de Diesel é de 0.0745 kgCO2eq/MJ [20] ou 0.510 KgCO2eq/litro incluindo emissões desde a produção e a combustão nos motores a Diesel, [21]. Na fase adulta um coqueiro sequestra em media 4,27 kg de carbono/ ano [7], o equivalente a 15.8 Kg CO2 equivalente/planta e até a primeira colheita (no mínimo 7 anos) pode sequestrar 110.6 kgCO2eq/planta, considerando uma plantação de 40 coqueiros, a massa de CO2 sequestrado pode estar na cifra de 4424 kgCO2equivalente por tonelada de Biodiesel produzido. O esquema da figura 6 apresenta processos de cultivo de CNL com módulos de entrada e saída para a produção de 4150 frutos necessários para a produção de 1 toneladas de Biodiesel. A tabela 4 contém dados de entrada e saída do mesmo processo.
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Figura 6: Processo de Cultivo de CNL
Fonte: Autor
Tabela 4: Parâmetros de entrada e saída no processo de cultivo de CNL Emissão Energia Fator de Valor Energia CO2 Fonte específic Emissão Equivalente Parâmetro Kg MJ/Kg MJ kgCO2eq/kg Herbicidas 1.16 429.27 497.9532 22.8 26.448 [17], [19] Pesticidas 0.415 439.73 182.488 24.5 10.1675 [17] Fertilizante 16 19.01 304.16 1.34 21.44 [17] (P2O5) Fertilizante 48 9.04 433.92 0.642 30.816 [17] (K2O) Fertilizante (N) 54 70.62 3813.48 3.27 176.58 [17] Sementes 1.44* 43.5 53.07 0.51** 0.7344 [20], [2] Diesel Irrigação 5.184* 43.5 187.9 0.51** 2.64384 Estimado Frutas CNL 4150 Calculado Stock de CO2 eq capt. [kgCO2eq] -4424 [7] Balanço energético e de Emissões 5472.971 Fonte: Autor
-4155.17
O fruto é descascado manualmente obtendo - se o Mesocarpo e Endocarpo coprodutos para o processo de cogeração, a copra é armazenada para secagem e em seguida transportada para extração de óleo. A tabela 5 apresenta as 12
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percentagens em massa dos parâmetros a pós o descasque do fruto. Os poderes caloríficos do Mesocarpo e do Endocarpo são 19.6 MJ/kg e 20.15 MJ/kg respectivamente [11], o TAN [8] apresenta 18 MJ/kg para os dois coprodutos em conjunto. Tabela 5: Parâmetro de saída no descasque de CNL Descasque do fruto
Fonte
Fruto fresco
4150.0
Kg
100%
Calculado
Mesocarpo
1120.5
Kg
27%
[11]
Endocarpo
1369.5
Kg
33%
[11]
Copra
1660.0
Kg
40%
[11]
Fonte: Autor
3.4 Extração do óleo vegetal de CNL A extraçao do óleo vegetal contido na copra assumiu – se ser feita na máquina de extração de óleo com caracteristicas semelhantes as da figura 7.
Máquina de Extração de Óleo de Coco
Figura 7: Máquina de extração de Óleo de CNL Fonte: www.hahd.en.alibaba.com (A cessado em 11/06/2014)
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Especificações técnicas básicas Circunstância: Novo
Uso: óleo de coco
Classe Automático Marca: hd
automática: Capacidade de Produção: 150200kg/h Número do Modelo: D-1685 Dimensão (L*W*H): Poder (W): 5.5 kw 1460*1300*1580mm Certificação: ISO: 9001
Tipo: Máquina de pressão fria & quente Lugar de origem: China (continente) Tensão: 380v Peso: 780kg
Fonte: www.hahd.en.alibaba.com (A cessado em 11/06/2014)
Segundo as características técnicas da máquina, para a Poténcia de 19.8 MJ/h e capacidade média de 175 kg/h, o ceficiente energético é de 0.113MJ/kg. Para o processamento de 1660kg de copra são necessárias 9.5 horas e um consumo médio de electricidade de 187.8 MJ. O rendimento da máquina estimou – se ser de 67 % e a massa da tarta na saida de 10% da massa da copa na entrada. O esquema da figura 8 mostra uma unidade de extração de óleo in natura e a torta na na saida do processo. o poder calorífico da torta é de 4500Kcal/kg ou 18.8 MJ/kg [22]. O óleo in natura de CNL tem poder calorífico superior médio de 19.23MJ/kg [23]. Tabela 6: Parâmetros de entrada/saída no processo de extração de Óleo CNL Energia Parâmetro Valor Unidade Energia Fonte específica MJ/Kg MJ Copra 1660 Kg Calculado Vapor 465 Kg 3.1 1441.5 [24] Eletricidade 187.58 MJ 0.113 187.58 Maquina Óleo Bruto 1015 Kg 38.7 39280.5 [2] CNL Torta 645 Kg 18.8 12126 Calculado Nota: Os parâmetros são referentes a 1660 kg de Copra;
Fonte: Autor
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Figura 8: Esquema de Extração de óleo bruto de CNL
Fonte: Autor O óleo bruto de CNL obtido é conduzido para a transesterificação do qual obtem – se o biodiesel e a glicerina (ou glicerol) 3.5 Transesterificação de Óleo Vegetal de CNL A transesterificação é o processo de separação da glicerina nas moleculas de ácido graxo, de triesteres para monoesteres, no processo utilizou – se a catalize metilica1:6 e 03% de NaOH. Os dados de parametros e fluxos de entrada/saida estão resumiodos na tabela 7 de processo de transesterificação. Tabela 7: Parâmetros de Entrada / Saída no processo de Transesterificação Parâmetro Metanol Vapor Eletricidade Óleo Bruto CNL Metanol recuperado Cat. NaOH Glicerina Biodiesel CNL
Valor
Unidade Kg Kg MJ Kg
Energia específica MJ/Kg 38.08 3.1 0.27 38.7
Energia MJ 6441.866667 2046 45.675 39280.5
169.16667 660 274.05 1015
Fonte Calculado [24], [25] Maquina [2]
42.291667
Kg
38.08
1610.466667
[26]
3.045 144.92 1000
kg kg kg
19.9 22 38
60.5955 3188.24 38000
[26] [27] [6]
Nota: Dados referentes a produção de 1 tonelada de biodiesel CNL;
Fonte: Autor 15
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O esquema do processo de transesterificação está apresentado na figura 9 para os dados aprsentados na tabela 7. Figura 9: Processo de Transesterificação de Óleo Bruto CNL
Fonte: Autor
3.6
Processo de Cogeração
O vapor e a energia eléctrica utilizada nos processos de extração de Óleo e de transesterificação podem ser produzida pela biomassa resultante do cultivo do coqueiro e pelos coprodutos na produção de Biodiesel CNL, para cogeração de energia eléctrica e produção do vapor usou - se a massa do Mesocarpo, Endocarpo, Torta e a Glicerina, a tabela 8 apresenta os fluxos de entrada e saída no processo de cogeração de energia eléctrica e vapor. Tabela 8: Fluxo de parâmetros de entrada / saída na Cogeração Valor
Unidade
Energia específica
Parâmetro MJ/Kg Endocarpo 1369.5 kg 20.1 Mesocarpo 1120.5 kg 19.6 Torta 645 kg 18.8 Glicerina 145.00 Kg 22 Eletricidade Co gerada Vapor 1125 kg 3.1 Eletricidade 461.63 MJ Excesso de Energia para a rede eléctrica
Energia MJ 27526.95 21961.8 12126 3190 64804.75 3487.5 461.63 60855.62
Fator de Emissão kgCO2eq/MJ 0.00571 0.266 0.266
Emissão CO2 Equivalente
-
Fonte
Calculado Calculado Calculado Calculado
19.913625 GaBI 06 122.79358 GaBI 06 16310.32 GaBI 06
Fonte: Autor 16
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A figura 10 mostra o esquema do processo de cogeração com fluxos de parâmetros de entrada e saída do sistema. Figura 10: Parâmetros de entrada e saída no Processo de Cogeração
Fonte: Autor
4. Produção do Diesel fossil O óleo Diesel para a mistura com o biodiesel considerou – se importado e com características básicas semelhantes ao Diesel refinado no Brasil, um dos parâmetros essenciais observado no processo de mistura de combustíveis foi o teor de enxofre presente no óleo Diesel, o enxofre contido no óleo Diesel lubrifica a bombas injetoras durante o funcionamento dos motores de ciclo Diesel porém, depois da combustão é libertado na forma de anidrido sulfuroso - SO2 que por hidratação forma chuvas acidas - H2SO4 [2], na utilização do óleo Diesel não misturado (B0) foi considerado especificações contidas na base de dados do GaBi 06 – BR Diesel mix at refinary PE, nas quais o teor de enxofre é de 500 ppm, devido a formação das chuvas acidas há uma tendência na redução do enxofre limitado pela custo dos aditivos, o óleo Diesel comercializado em países ambientalmente exigentes, o teor de enxofre é de 10 ppm. A mistura B02 garante a lubrificação dos injetores sem necessidade de outros aditivos [2].
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Figura 11: Fluxos de parâmetros Simplificado de Utilização de Diesel no sector de transporte rodoviário
Fonte: Autor
5. Construção de Cenários e Resultados 3.7
Grupos de Cenários Os grupos de cenários analisados foram da variação da percentagem de
biodiesel nas misturas como o óleo Diesel em B0, B3, B7,5 e B100, em cada mistura BX analisou – se o efeito de cogeração de energia eléctrica para o sistema e o excesso para a integração na rede eléctrica. 5.1.1 Cenário B0 Biodiesel B0, nesta mistura a percentagem de biodiesel é 0% ou seja óleo Diesel sem conteúdo de mono ésteres, foi considerado como referência ou base para a determinação das quantidades de emissão de CO2 equivalente e de energia em relação a outros cenários. Para o efeito, analisou – se a emissão de CO2 na produção e uso de 1000 Kg de B0, o esquema está apresentado na figura 11. Os resultados foram apresentados na tabela 9 e no diagrama da figura 12.
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Tabela 9: Balanco de CO2 Equivalente no Cenário B0 Valor
Unidade
Parâmetro Diesel Da 1000 refinaria Combustão -1000 Veiculo
Energia específica MJ/Kg
Energia
Fator de Emissão
MJ
kgCO2eq/Kg
Emissão CO2 Equivalente
Fonte
GaBi 06
kg
43
43000
0.333
333 (8.7%)
kg
43
-43000
3.5
3500 (91.3%)
[28]
Total de emissão em kgCO2Eq 3833 (100%) Calculado
Fonte: Autor Figura 12: Emissões de CO2 equivalente no Cenário B0 GWP
Climate change [kg CO2-Equiv.]
3,500.0
3,000.0
2,500.0
2,000.0
1,500.0
1,000.0
500.0
0.0 Total
MZ: Diesel Da Refinaria ACV
