Biocombustíveis misturados como vanguarda energética do planeta
Biocombustíveis misturados como vanguarda energética do planeta
As investigações no setor dos combustíveis renováveis desde há muito tempo tornam-se uma das prioridades dos programas tecnológicos que se compõem por muitas potências mundiais. A estatística está clara. De acordo com a estratégia do desenvolvimento aceita nos países da UE, no ano de 2010, 5,75% de combustíveis para motores de combustão interna serão de base biogénica. Em 2017 EUA vão receber biocumbustíveis no total de mais de 100 milhões de toneladas. A partir de 2013, no Brasil é previsto subir a percentagem de consumo de biocombustíveis até 5%. Esta tendência é explicada por três fatores presentes na realidade: 1) demanda de consumo de recursos energéticos no mundo está crescendo (segundo as previsões de uma companhia petrolífera de grande porte, British Petroleum, a subida da demanda de recursos energéticos no ano de 2030 vai ser de 50% em comparação com os dados de 2005); 2) reservas mundiais de petróleo e gás estão se esgotando e as jazidas que ainda ficam são do acesso difícil e distante; 3) situação ecológica do planeta está piorando terrívelmente afetando a saúde de homem.
A partir do ano de 2007 os fabricantes e vendedores de combustíveis que atuavam nos países da UE estavam obrigados pela lei a misturar nas gasolinas até 5% de etanol, o que salienta a importância deste problema para a comunidade progressiva mundial.
Está crescendo também o ritmo das aplicações de insumos biológicos no setor de combustíveis. Se no final dos anos 90 a percentagem de biomassa dentro de produção da energia elétrica e térmica na Europa era igual a 60,20%, para o ano de 2010 é previsto que este valor aumentará até 74,2%. Planeja-se que no ano de 2020 a parte do biocombustível no total dos combustíveis usados em todos tipos de veículos vai subir até 10%. Precisamente os países da Comunidade Europeia sao os promocionam mais o desenvolvimento de biodiesel, comparando com dois gigantes do continente americano, os EUA e o Brasil, que lideram no setor de fabricação de etanol. Dentre os europeus destacam-se Alemanha, França e Itália onde a subida da produção de biocombustíveis vai ser notável também no futuro.
E necessário analisarmos o que é exatamente um biocombustível misturado e quais suas vantagens para a indústria.
І.
Os protagonistas deste estudo são biodiesel e bioetanol.
Bioetanol (griego βίος – vida) – O etanol é um composto químico que pode se usar como combustível, independentemente, ou misturado em quantidades variadas com gasolina, e seu uso ficou popular principalmente para substituir o consumo de derivados do petróleo. Ele é utilizado desde o início da indústria automotiva, servindo de combustível para motores a explosão do tipo ciclo Otto. Oferece várias vantgens ecológicas e econômicas.
O primeiro motor que funcionava com etanol e resina foi inventado e patenteado por Samuel Morey em 1826. A partir daquela época o combustível de etanol está conquistando o espaço comercial do mundo inteiro.
Também é importante sublinhar que a começos do século XX, Henry Ford esteve trabalhando em criação de um carro que funcionasse con um álcool combustível mais a Lei Seca e o bum petrolífero que estaurou em Texas fizeram que o engenheiro tivesse escolhido a gasolina.
Biodiesel é um éster de ácido graxo, renovável e biodegradável, obtido comumente a partir da reação química de óleos ou gorduras, de origem animal ou vegetal, com um álcool na presença de um catalisador (reação conhecida como transesterificação). Pode ser obtido também pelos processos de craqueamento e esterificação. O biodiesel substitui total ou parcialmente o óleo diesel de petróleo em motores ciclo diesel automotivos (de caminhões, tratores, camionetas, automóveis, etc) ou estacionários (geradores de eletricidade, calor, etc). Pode ser usado puro ou misturado ao diesel em diversas proporções.
A idéia sobre o uso do óleo vegetal como combustível é datada de 1895 quando Rudolf Diesel criou o primeiro motor com este combustível. O alemão não tinha dúvidas da importância de sua invenção prevendo uma grande popularidade do óleo vegetal usado como combustível.
Para a obtenção do biodiesel podem ser usados os óleos de girassol, linho, colza, etc…Segundo os estudos é precisamente de colza o óleo que se usa mais para produzir biodiesel (84%), seguido do de girassol (13%) e o de soja (2%). Outros óleos ocupam o restante 1%. Aliás, as caraterísticas do biodiesel mudam em função de matéria-prima. O combustível produzido de palmeira possui mais calorias e uma temperatura muito alta de filtragem e congelação sendo o óleo de colça de menos calorias mais resistindo melhor do que outros o frio, o que o torna adequado para os países con clima europeu. E de salientar que diferentes insumos oferecem umas potências de produção desiguais: colça (Europa) – 1200 l/ha de óleo; soja (EUA, Argentina) – 446 l/ha; canola (Canadá) – 1000 l/ha; mamola (Brasil) – 1410 l/ha; jatrofa (India) – 1900 l/ha; palmeira (Indonésia, Filipinas) – até 5900 l/ha. A que dá mais óleo é copra (62%); os que dão menos são gergelim e rícino. A média de óleo para produção de uma tonelada de biodiesel são 980 kg, a de álcool metílico são 125 kg e a de catalisador são 14,2 kg.
Biodiesel pode ser usado como um combustível independente (B100) e também como um aditivo ao combustível diesel (B5-B20). A mistura de diesel com biodiésel é indicada com a letra B. O número marca s percentagem do biodiesel. Por exemplo, В2 quer dizer que há 2 % de biodiesel e 98 % de diesel.
Analisando a evolução do combustível bioorgánico observam-se duas formas que substituem uma a outra: primário (não tratado) – madeira, farpa, grânulos são materiais orgânicos que se usam em sua forma natural, secundário (tratado) – sólido (carvão), líquido (etanol, biodiesel, óleo) e gasoso (biogás, hidrogênio).
ІІ.
Biocombustível misturado é um combustível com a octanagem e parâmetros de seguridade ecológica melhorados mediante aditivos de bioetanol ou biodiesel.
Os fabricantes de automóveis e umas grandes empresas petrolíferas rejeitavam a entrada de nova indústria no mercado e é por isso que durante muito tempo nos veículos se usava mormente um combustível tradicional a petróleo. Esta tendência continuava até o começo da crise petrolífera que chegou nos anos 70 abrindo o caminho para o uso de biocombustíveis como aditivos na gasolina. Hoje em dia, bioetanol e biodiésel são considerados dois combustíveis renováveis puros, que, segundo algumas previsões, são capazes de parar aquecimento global e reduzir contaminação do ar.
Qualquer gasolina pode ser considerada uma mistura porque na sua produção se usam vários aditivos (substâncias que se aditam na margem de 0,05-0,1% nos combustíveis e óleos minerais e sintéticos para melhorar suas propriedades operativas).
Uma das principais caraterísticas da gasolina é sua octanagem (resistência detonante). Quanto mais alta está, melhor. Detonação é uma combustão acompanhada duma inflamação da mistura produzida simultaneamente em vários pontos do cilindro. Octanagem da gasolina após a decantação inicial do petróleo não costuma superar o 70. Especialistas em tecnologias da mistura estão pesquisando soluções para aumentar este valor.
O uso de uniões de chumbo não foi um sucesso compelto. Estas substâncias mudam a octanagem sem prejudicar outras propriedades da gasolina. Porém, se revelou que os aditivos de chumbo eram venenosos demais. Seus vapores podiam levar a patologias e até à morte. Por isso as autoridades dos EUA decidiram diminuir o teor de chumbo na gasolina. A partir de 2000 na UE deixaram de usar gasolinas com chumbo.
Mas não havia volta para atrás. A gasolina precisava de uma mudança que a fizesse melhorar, mediante uns aditivos. A pedra angular da nova solução deveria ser seguridade do meio ambiente e o caráter amistoso com a saúde humana. Uma série de leis aprovadas entre os anos 1988 e 1990 marcaram o rumo das novas tecnologias. A lei exigiu a entrada na fórmula da gasolina de uns aditivos completamente incinerávies com alto teor de oxigênio que ganharam o nome “oxigenatos”. São uns álcoois (metílico, etílico e isobutílico) e uns éteres, ecologicamente limpos e feitos de insumos acessíveis. Estes aditivos sobem octanagem e regulam capacidade de vaporização dos combustíveis. No mesmo tempo, na gasolina sobe quantidade de oxigênio.
Uma norma europeia, no ano de 2006 ЕN 228-2000 estabeleceu o seguinte conteúdo máximo dos oxigenatos na gasolina (%): metanol – 3, etanol – 5, isopropanol, isobutanol – 10, tretbutanol – 7, éteres (С5+) – 15.
Logo vieram reformas que aumentaram a concentração admissível do etanol e biodiesel no combustível. Embora o potencial econômico global do biocombustível esteja valorado desde há relativamente pouco tempo, segundo as previsões do Banco Mundial, a média da percentagem do biocombustível nas gasolinas subirá de 1 a 6 % no ano 2020.
Os padrões da utilização de biocombustíveis mudam em função do país:
| País | Normativa |
| EUA, Minnessota | 5 % do biodiesel no combustível desde Maio de 2009 |
| EUA, Missuri | 5 % do biodiesel no diesel desde Julho de 2010 |
| França | 7 % de biocombustíveis no ano de 2010 (etanol e biodiesel) |
| UE | 5,75 % de biocombustíveis no ano 2010 (etanol e biodiesel) |
| Austrália | 350 milhões de litros de biocombustíveis no ano de 2010 (etanol e biodiesel) |
| Brasil | 2 % desde 1 de Janeiro de 2008, 4 % desde 1 de Julho, 5% desde o ano 2010; |
| Zimbábue | 10 % de biodiesel no total do diesel consumido; |
| Malásia | 20 % de biodiesel no total do diesel consumido; |
| Tailândia | 5 % de biodiesel no diesel desde 2011, 10 % no ano de 2012; |
| Nova Zelândia | 5 % de biocombustíveis desde 2008 (etanol e biodiesel); |
| India | 20% de biocombustíveis desde 2017 (etanol e biodiesel); |
| China | Fabricarão 8 milhões de toneladas para o ano 2020; |
| Indonésia | 10 % de biocombustíveis para 2010 (etanol e biodiesel); |
| Coréia do Sul | 0,5 % do biodiesel no total do diesel consumido a partir de 2006, 5 % a partir de 2008; |
| Canadá | 2 % de biodiesel nas gasolinas para 2012; |
| Japão | Em Março de 2007 foi permitido um 5 % do biodiesel no diesel de carros; |
| Filipinas | 1 % do biodiesel no combustível de automóveis desde 2007, 2 % desde 2008 ; |
| Alemanha | 5 % no combustível para veículos desde 1 de Janeiro de 2007; |
| Irlanda | 5,75 % de biocombustíveis em 2009. 10 % para 2020; |
| Dinamarca | 10 % para 2020; |
| Taiwan | 1% no combustível de veículos desde 2008, 2% desde 2010; |
| Portugal | 10% desde 2010. |
| Colômbia | 10% desde 2010, 20% desde 2012. |
| Argentina | 5% desde 2010. |
| Chile | Está permitido 5% no combustível de automóveis |
Os países bálticos também estão progressando. Na Letónia, em Outono do ano de 2009 foi aprovada uma lei, segundo a cual a partir de 1 de Outubro os veículos passaram a usar a gasolina 95 com um aditivo obrigatório de 5% de etanol. No entanto, no foi permitido aditar biocomponentes ao combustível ártico.
Há algum tempo o éter metilbutílico (EM) estava na frente do bioetanol no mercado dos EUA. Nas cidades grandes e no estado de Califórnia entrou no mercado uma espécie de gasolina reformulada que continha desde 5 até 15% do EM. No período do tempo entre os anos de 1992 e 2001 o consumo do EM nos EUA cresceu de 4 até 10,5 milhões de toneladas. Porém, concluiram que este aditivo era tóxico demais e por isso não podia seguir liderando. Souberam que o EM se descompunha emitindo metanol e sua incorporação nas águas podia impedir o fornecimento seguro de água. O etanol ficou mais popular do que o EM, e isto foi estipulado por uma lei nos EUA. Segundo os dados proporcionados pela Associação dos combustíveis renováveis, uns 900 000 granjeiros americanos participam das sociedades produtoras do etanol.
Não se esqueceu também do biodiesel para o qual as autoridades europeais prepararam uma série de normativas: EN14214, EN590 (ou EN590:2000). Admite-se um 5% do biodiesel no diesel mineral. Em alguns países (França, entre eles) todos os combustíveis diesel contêm um 5% do biodiesel. DIN V 51606 é um standard alemão rígido aprovado no ano 1997 e aplicado para os motores quase de todas as marcas de veículos. Existem também outros padrões: EUA (ASTM D-6751), aprovado no ano de 2002; Austria (ON C 1191), aprovado em 1997; Austrália (FS (B) D), aprovado no ano de 2003; Suécia (SS 155436), aprovado em 1996.
Um dos líderes mais claros no setor da fabricação de biocombustíveis são EUA, que começaram a produção e aplicação do etanol cultivando o milho como un insumo principal. O Governo apoia este setor usando a política de estimulação fiscal outorgando umas subvenções estatais e federais. Porém, um dos rivais dos EUA na área de combustíveis, o Brasil, não se deixa ultrapassar tendo fabricado para o ano de 2006 um total de 12,3 milhões de toneladas do bioetanol.
Os resultados das investigações realizadas pela companhia AUS Consultants mostraram que a aprovação do novo padrão reduzirá a importação do petróleo cru nos EUA no ano de2012 em 250 milhões de toneladas.
ІІІ.
As maiores vantagens que tem bioetanol em comparação com seus rivais:
ü Resistência antidetonante alta;
ü Melhora do processo de combustão de gasolina (pela presência do oxigênio dentro da molécula);
ü Combustão completa;
ü Não há produtos de combustão tóxicos nem cancerígenos.
Também é favorável para seu uso a facilidade da obtenção do etanol. O álcool fabrica-se com uns gastos mínimos. Por exemplo, na Alemanha no ano de 2007 gastava-se desde 0,55 até 0,80 euros por um litro na produção de um combustível a partir de beterraba. As matérias-primas principais são as seguintes: trigo – 350 l/t (produtividade no bioetanol por uma tonelada); batata – 115 l/t; milho – 370 l/t; beterraba – 85 l/t; cana-de-açúcar – 70 l/t; iúca – 180 l/t; frutas – 160 l/t; celulosa – 340 l/t. A cana-de-açúcar é mais popular no Brasil e o milho, trigo e beterraba são mais usáveis nos EUA e na Europa.
O tema da influência que a gasolina tradicional provoca sobre a saúde humana foi muitas vezes colocado por várias instituções e científicos. Os efeitos que os produtos de combustão de diesel trazem também são importantes para a etiologia (um estudo das causas sobre alguma doença) do câncer. A contaminação do ar é a sétima causa mais difundida da morte no mundo inteiro. Os carros emitem no ar um 30% de todas as contaminações fazendo este valor crescer nas cidades até o 80%. Usando os combustíveis será possível solucionar este problema.
O uso do bioetanol de 5% reduz as emissões do carbono em 3,5%, e as do E85 ( 85% do álcool combustível) em 50%. Caso no biocombustível haja até 15% do álcool etílico, CO nos gases de escape cai em 25%, os hidrocarbonetos e os óxidos de nitrogênio baixam em 5–15%, porque o bioetanol queima as emissões venenosas da gasolina.
Porém, há umas pequenas desvantagens no álcool combustível, como por exemplo uma fácil voabilidade do líquido homogêneo; impato na fração da gasolina; calor baixo de combustão. Também é famoso seu alto nível de higroscopia, isso quer dizer que o combustível mistura-se facilmente na água, pelo qual a mistura do bioetanol com gasolina se separa quando está presente água. Este fator não atrapalha caso o combsutível seja aplicado de um jeito correto. A incorporação de um estabilizador impede a separação da gasolina com álcool até os valores de temperatura iguais a -40 – -23°С. Os óleos de fusel são um estabilizador excelente e também barato, que pode garantir a homogeneidade do combustível a temperatura superior a -25°С.
Um dos fatores mais que faz duvidar da utilidade do uso do combustível do bioetanol é considerado o problema de sua influência no chamado efeito estufa, um fenômeno que desperta a preocupação de cientistas, que predizem que as emissões dos gases na atmosfera nos próximos 30 anos vão crescer o dobro.
Como resposta ao seu cepticismo frisamos as seguintes razões:
1) usando etanol misturado com a gasolina reduz-se emissão do óxido de carbono, que em 20% dos casos provoca a formação do smog;
2) O CO2 que aparece se absorve pelas plantações verdes, o que complementa a circulação de substâncias no ambiente;
3) aditando aos combustíveis de motor tradicionais 10% dos biocombustíveis, a quantidade de substâncias venenosas nas emissões de veículos reduz.se 30%;
4) também, existe uma teoria que diz que o efecto estufa surge pela troca de pólos magnéticos da Tierra e o fator humano é uma causa secundária deste processo.
Não é por acaso que na ONU achem que o desenvolvimento do mercado do combustível limpo é uma das tarefas mais importantes da comunidade mundial.
No ano de 2007, usava-se uns 3 milhões de carros que consumiam uma gasolina com uma mistura de até 85% de etanol. Uns gigantes da indústria de automóveis, «General Motors», «Ford» ou «Daimler-Chrysler», estão criando muitos veículos que funcionam igualmente com uma gasolina normal e con um combustível misturado com etanol.
ІV.
As vantagens principais de biodiesel :
ü Possibilidade do uso em motores a diesel tradicionais não modificados;
ü Armazena-se nas mesmas condições que o diesel;
ü Produçãe e utilização de biodiesel supõem um 80% menos de emissões do óxido de carbono e quase 100% menos do dióxido de enxofre;
ü Reduzem-se em 90% hidrocarbonetos não queimados e em 75-90% hidrocarbonetos aromáticos policíclicos;
ü Não é cancerígeno;
ü Sobe a vida útil dos motores a diesel por causa das propriedades lubrificantes;
ü E pouco tóxico e possui um alto ponto de fulgor.
Também tem umas pequenas desvantagens:
- E mais agressivo do que um combustível mineral com componentes poliméricos e de borracha dos carros;
- A superfície pintada do veículo pode se estragar no contato com biodiesel;
- A potência do motor é um 6-8% menor do que no regime nominal;
- Não pode ser usado como combustível de Inverno nem como combustível ártico.
Os cálculos feitos pelos cientistas russos revelam que o desenvolvimento da produção dos combustíveis alternativos permitirá independentizar o setor agrícola do custo de petróleo. Criar um emprego na Rússia, segundo setor, custa: indústria petrolífera – $220, siderúrgica $145, automóveis $91, produção de biodiésel na agricultura $11.
V.
Existem vários tipos de máquinas que misturam líquidos: mecânicas, eletromagnéticas, de gravitação, ultra-sónicas. Um ou outro tipo escolhe-se em função de necessidades da mistura final. Para misturarem combustíveis em postos de gasolina e pequenas empresas petrolíferas usam-se dois tipos de mistura: 1) pelo volume, usada para pequenos tanques, uma tecnologia bastante velha e de baixo rendimento; 2) em fluxo, uma tecnologia avançada e de alto rendimento.
A tecnologia de mistura em fluxo tem algumas vantagens: é fácil em manutenção; dosagem de componentes é de alta precisão; alta qualidade do produto final; alta capacidade; opção para serem usados múltiplos aditivos; controle constante de consumo dos componentes; fácil ensamblagem com novos módulos;redução do ciclo de mistura, não é preciso usar tanques para homogeneizar o produto final. Um misturador de fluxo funciona em regime de mistura que permite colocar simultameamente todos os componentes no coletor comum de acordo com receitas previstas e encaminhando o produto final para o tanque de armazenagem.
A mistura em fluxo pode ser feita de dois jeitos: com jato de dosagem ou mediante ejeção. Este último método é o mais avançado.
Mistura hidrodinâmica de ejeção é uma tecnologia nascida da necessidade em combustíveis de alta octanagem e em resposta aos estragos provocados pelos aditivos de chumbo. O equipamiento ejetor é um conjunto de misturadores colocados de um jeito especial dentro do tanque. A dosagem é feita com um contador eletrónico montado na linha de entrada dos componentes ou com uma aparelhagem de dosagem precisa que houver na empresa. As máquinas de regime ejetor podem ser usadas nos postos de gasolina e nos armazens e empresas da indústria petrolífera. São usáveis em lugares cobertos ou em espaços que fiquem de baixo de toldo. São portáteis e podem ser montadas sobre plataformas ferroviarias e chassis automóveis. O desenho da máquina garante um trabalho seguro dentro das oficinas com condições altamente perigosas, nas empresas em funcionamento, e em aquelas que estão em construção. Os componentes principais do equipamento de mistura ejetor são os seguintes: bomba centrífuga que cria o fluxo principal; caudilímetros dos componentes e aditivos; filtros armadilhas e indicadores do régimen operativo. O essencial deste tipo da preparação das gasolinas é uma ejeção ininterrompida dos componentes combustíveis e sua mistura ultra-sónica. O fluxo tem pressão sobre 0,7 МPа e cria rarefação no coletor da máquina. Devido a um vácuo realiza-se uma dosagem dos componentes e aditivos. Após isto o combustível dosado chega ao misturador onde se transforma numa mistura altamente dispersa e ao passar pela cabeça ultra-sónica finaliza a mistura.
Os engenheiros da companhia ucraniana GLOBECORE desenvolveram as idéais que fizeram possível a criação das máquinas deste tipo (USB-18, USB-20, USB-60, USB-100, USB-150). Este equipamento é capaz de misturar em fluxo combustíveis e outros líquidos (de dois a cinco componentes), colocando uns aditivos de origem vegetal e de bioetanol. As máquinas elaboradas e fabricadas na empresa ucraniana podem ser fixas e móveis para serem transportadas com reboques, peruas e plataformas. Durante a fabricação é preciso ter em consideração as necessidades do cliente e a receita do produto final (gasolinas A-80, A-92, A-95, diesel de Verão, diesel de Inverno, diesel ártico, combustíveis de alta octanagem). O método de ejeção e mistura ultra-sónica permitem aumentar octanagem em gasolinas, e a separação do produto não ocorre em 180 dias posteriores à mistura. Evita-se os inconvenientes que provocam separação do produto em conseqüencia da mistura tradicional.
As vantagens da tecnologia implementada por GLOBECORE
Uma importante diminuição da duração do ciclo misturador e uma saída constante do produto feito permite prescindir das misturas repetidas e leva a redução dos bens para serem inventariadas.
Redução da quantidade dos tanques. Esta tecnologia permite baixar a quantidade dos tanques, pois o processo tecnológico se acelera. Um misturador hidrodinâmico, em 11 horas, permite produzir a mesma quantidade de gasolina que se tirava duma mistura segundo o esquema tradicional com duração de 40 horas. Prescindindo da construção dos novos tanques de armazenagem poupa-se de 1 até 2 milhões de dólares.
Aumento de rendimento e o uso ótimo dos componentes. O sistema de melhora da produção no chamado regime de «fora do tempo real» faz conseguir o uso ótimo dos componentes disponíveis subindo a percentagem dos componentes com baixo custo e estruturando o registro dos materiais iniciales e seu consumo para as operações de mistura. Tudo isto permite poupar uns 0,25–1,12 dólares em mil litros da gasolina produzida, que são de 150 até 480 dólares num turno de trabalho.
Redução do pessoal e ações de trabalho. A misturadora hidrodinâmica não precisa do trabalho de tantos operários como um ciclo normal de mistura combinado com as análises no laboratório. O controle automatizado dos tanques faz desnecessário o trabalho de muitos operários, que trabalhavam manualmente com as bombas. Estima-se que este fator permitiria poupar uns 500 mil dólares mais.
Outras vantagens: aumento de capacidade; o uso eficaz da maquinaria; uns processos de mistura fáceis; redução das paradas do transporte na hora de descarregar os productos feitos; a saída direita do produto aos camiões; uma melhor programação das operações de misturar; diminuição de mão-de-obra.
Fica claro que a implementação das tecnologias de ejeção e de mistura ultra-sónica na produção de combustíveis de motor pode aperfeiçoar o trabalho das empresas petrolíferas, subir nível industrial e proporcionar numerosas vantagens econômicas.
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