O biodiesel é um líquido obtido a partir de lipídios naturais como óleos vegetais ou animais gordurosos, com ou sem uso, um por processos industriais de esterificação e transesterificação e aplicado na preparação de substituição total ou parcial de petrodiésel ou gasóleo obtido a partir de petróleo. O biodiesel pode ser misturado com o óleo diesel do refino de petróleo em diferentes quantidades.
Produção
O biodiesel é comumente produzido pela transesterificação do óleo vegetal ou gordura animal, e outras matérias-primas não comestíveis, como óleo de fritura, etc. Existem vários métodos para realizar essa reação de transesterificação, incluindo o processo de batelada comum, catalisadores heterogêneos e supercríticos. processos, métodos ultra-sônicos, e até mesmo métodos de microondas.
Quimicamente, o biodiesel transesterificado compreende uma mistura de ésteres mono-alquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. A forma mais comum usa metanol (convertido em metóxido de sódio) para produzir ésteres metílicos (comumente chamados de Ácidos Metílicos Ácidos Graxos – FAME), pois é o álcool mais barato disponível, embora o etanol possa ser usado para produzir um éster etílico como biodiesel de �ido gordo (FAEE), biodiesel e �coois superiores, tais como isopropanol e butanol, tamb� foram utilizados. O uso de álcoois de pesos moleculares mais elevados melhora as propriedades de fluxo a frio do éster resultante, ao custo de uma reação de transesterificação menos eficiente. Um processo de produção de transesterificação lipídica é usado para converter o óleo base nos ésteres desejados. Quaisquer ácidos graxos livres (FFAs) no óleo base são convertidos em sabão e removidos do processo, ou são esterificados (produzindo mais biodiesel) usando um catalisador ácido. Após esse processamento, ao contrário do óleo vegetal direto, o biodiesel tem propriedades de combustão muito semelhantes às do diesel de petróleo e pode substituí-lo na maioria dos usos atuais.
O metanol usado na maioria dos processos de produção de biodiesel é feito usando insumos de combustíveis fósseis. No entanto, existem fontes de metanol renovável feitas usando dióxido de carbono ou biomassa como matéria-prima, tornando seus processos de produção livres de combustíveis fósseis.
Um subproduto do processo de transesterificação é a produção de glicerol. Para cada 1 tonelada de biodiesel fabricada, são produzidos 100 kg de glicerol. Originalmente, havia um mercado valioso para o glicerol, que auxiliava a economia do processo como um todo. No entanto, com o aumento da produção global de biodiesel, o preço de mercado deste glicerol bruto (contendo 20% de água e resíduos de catalisador) caiu. A pesquisa está sendo conduzida globalmente para usar este glicerol como um bloco de construção químico (veja o intermediário químico no artigo da Wikipedia “Glicerol”). Uma iniciativa no Reino Unido é o The Glycerol Challenge.
Normalmente este glicerol em bruto tem que ser purificado, tipicamente realizando destilação a vácuo. Isso é bastante intensivo em energia. O glicerol refinado (98% + pureza) pode então ser utilizado diretamente ou convertido em outros produtos. Os seguintes anúncios foram feitos em 2007: uma joint venture entre a Ashland Inc. e a Cargill anunciou planos para produzir propilenoglicol na Europa a partir de glicerol e a Dow Chemical anunciou planos semelhantes para a América do Norte. A Dow também planeja construir uma fábrica na China para produzir epicloridrina a partir do glicerol. A epicloridrina é uma matéria-prima para resinas epóxi.
Níveis de produção
Em 2007, a capacidade de produção de biodiesel estava crescendo rapidamente, com uma taxa de crescimento anual média de 2002–06 de mais de 40%. Para o ano de 2006, o mais recente para o qual a produção real poderia ser obtida, a produção mundial total de biodiesel foi de cerca de 5 a 6 milhões de toneladas, com 4,9 milhões de toneladas processadas na Europa (das quais 2,7 milhões eram da Alemanha) e a maior parte do restante dos EUA. Em 2008, a produção só na Europa subiu para 7,8 milhões de toneladas. Em julho de 2009, um imposto foi adicionado ao biodiesel americano importado na União Européia, a fim de equilibrar a concorrência dos produtores europeus, especialmente os alemães. A capacidade para 2008 na Europa totalizou 16 milhões de toneladas. Isso se compara à demanda total por diesel nos EUA e na Europa de aproximadamente 490 milhões de toneladas (147 bilhões de galões). A produção mundial total de óleo vegetal para todos os efeitos em 2005/06 foi de cerca de 110 milhões de toneladas, com cerca de 34 milhões de toneladas cada de óleo de palma e óleo de soja. A partir de 2018, a Indonésia é o maior fornecedor mundial de biocombustível à base de palmoil com produção anual de 3,5 milhões de toneladas e deverá exportar cerca de 1 milhão de toneladas de biodiesel.
A produção de biodiesel dos EUA em 2011 levou a indústria a um novo marco. Sob o Padrão de Combustível Renovável da EPA, foram implementadas metas para as usinas de produção de biodiesel, a fim de monitorar e documentar os níveis de produção em comparação com a demanda total. De acordo com os dados do final do ano divulgados pela EPA, a produção de biodiesel em 2011 alcançou mais de 1 bilhão de galões. Esse número de produção excedeu em muito a meta de 800 milhões de galões estabelecida pela EPA. A produção projetada para 2020 é de quase 12 bilhões de galões.
Disponibilidade e preços
A produção global de biodiesel atingiu 3,8 milhões de toneladas em 2005. Aproximadamente 85% da produção de biodiesel veio da União Européia.
Em 2007, nos Estados Unidos, os preços médios do varejo (na bomba), incluindo os impostos federais e estaduais sobre combustíveis, de B2 / B5 foram menores que o do petróleo em cerca de 12 centavos, e as misturas do B20 foram as mesmas do petrodiesel. No entanto, como parte de uma mudança dramática na precificação do diesel, até julho de 2009, o DOE dos EUA estava reportando custos médios de B20 15 centavos por galão acima do diesel de petróleo (US $ 2,69 / gal US $ 2,54 / gal). B99 e B100 geralmente custam mais do que o petrodiesel, exceto quando os governos locais fornecem um incentivo ou subsídio fiscal. No mês de outubro de 2016, o biodiesel (B20) foi 2 centavos menor que o petrodiesel.
Feedstocks de biodiesel
Uma variedade de óleos pode ser usada para produzir biodiesel. Esses incluem:
A matéria-prima de óleo virgem – colza e óleo de soja são os mais utilizados, sendo o óleo de soja responsável por cerca de metade da produção dos EUA. Também pode ser obtido a partir de Pongamia, penicilina e jatrofa e outras culturas, como mostarda, jojoba, linho, girassol, óleo de palma, coco e cânhamo (ver lista de óleos vegetais para biocombustível para obter mais informações);
Óleo vegetal usado (WVO);
Gorduras animais, incluindo sebo, banha, gordura amarela, gordura de frango e os subprodutos da produção de ácidos graxos ômega-3 do óleo de peixe.
Algas, que podem ser cultivadas usando materiais residuais como esgoto e sem o deslocamento de terras atualmente utilizadas para a produção de alimentos.
Óleo de halófitos como Salicornia bigelovii, que pode ser cultivado usando água salgada em áreas costeiras onde culturas convencionais não podem ser cultivadas, com rendimentos iguais aos rendimentos de soja e outras sementes oleaginosas cultivadas usando irrigação de água doce
Lodo de esgoto – O campo de esgoto para biocombustível está atraindo o interesse de grandes empresas como a Gestão de Resíduos e startups como a InfoSpi, que apostam que o biodiesel de esgoto renovável pode se tornar competitivo com o diesel de petróleo no preço.
Muitos defensores sugerem que o óleo vegetal usado é a melhor fonte de óleo para produzir biodiesel, mas como o suprimento disponível é drasticamente menor que a quantidade de combustível à base de petróleo que é queimado para transporte e aquecimento doméstico no mundo, essa solução local não escala à taxa atual de consumo.
Gorduras animais são um subproduto da produção de carne e cozinhar. Embora não seja eficiente criar animais (ou pescar) simplesmente por sua gordura, o uso do subproduto agrega valor à pecuária (suínos, bovinos, aves). Hoje, as instalações de biodiesel com múltiplas matérias-primas estão produzindo biodiesel de alta qualidade baseada em gordura animal. Atualmente, uma fábrica de 5 milhões de dólares está sendo construída nos EUA, com a intenção de produzir 11,4 milhões de litros (biodiesel de 3 milhões de galões) de cerca de 1 bilhão de kg de gordura de frango produzida anualmente no local. Tyson avicultura. Da mesma forma, algumas fábricas de biodiesel de pequena escala usam óleo de peixe como matéria-prima. Um projecto financiado pela UE (ENERFISH) sugere que numa fábrica vietnamita para produzir biodiesel a partir de peixe-gato (basa, também conhecido como pangasius), pode ser produzida uma produção de 13 toneladas / dia de biodiesel a partir de 81 toneladas de peixe (resultando de 130 toneladas de peixe). Este projeto utiliza o biodiesel para abastecer uma unidade de cogeração na planta de processamento de pescado, principalmente para alimentar a planta de congelamento de peixes.
Quantidade de matérias-primas necessárias
A produção mundial atual de óleo vegetal e gordura animal não é suficiente para substituir o uso de combustível fóssil líquido. Além disso, alguns se opõem à vasta quantidade de agricultura e à fertilização resultante, uso de pesticidas e conversão do uso da terra que seriam necessários para produzir o óleo vegetal adicional. O custo estimado de transporte de diesel e óleo para aquecimento doméstico nos Estados Unidos é de cerca de 160 milhões de toneladas (350 bilhões de dólares), segundo a Energy Information Administration, do Departamento de Energia dos EUA. Nos Estados Unidos, a produção estimada de óleo vegetal para todos os usos é de cerca de 11 milhões de toneladas (24 bilhões de libras) e a produção estimada de gordura animal é de 5,3 milhões de toneladas (12 bilhões de libras).
Se toda a área de terras aráveis dos EUA (470 milhões de acres, ou 1,9 milhão de quilômetros quadrados) fossem dedicados à produção de biodiesel a partir da soja, isso forneceria os 160 milhões de toneladas necessárias (supondo um otimista 98 galões / acre de biodiesel) . Esta área de terra poderia, em princípio, ser reduzida significativamente usando algas, se os obstáculos puderem ser superados. O DOE dos EUA estima que, se o combustível de algas substituir todo o combustível de petróleo nos Estados Unidos, seria necessário 39.000 quilômetros quadrados, que é de alguns milhares de quilômetros quadrados maiores que Maryland, ou 30% maior que a área da Bélgica. , assumindo um rendimento de 140 toneladas / hectare (15.000 US gal / acre). Dado um rendimento mais realista de 36 toneladas / hectare (3834 galões / acres), a área necessária é de cerca de 152.000 quilômetros quadrados, ou aproximadamente igual à do estado da Geórgia ou da Inglaterra e do País de Gales. As vantagens das algas são que elas podem ser cultivadas em terras não aráveis, como os desertos ou em ambientes marinhos, e o rendimento potencial do óleo é muito maior do que nas plantas.
Produção
A eficiência do rendimento da matéria-prima por unidade de área afeta a viabilidade de elevar a produção aos enormes níveis industriais necessários para alimentar uma porcentagem significativa de veículos.
Alguns rendimentos típicos
Colheita Produção
L / ha EUA gal / acre
azeite de dendê 4752 508
Coco 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Colza 954 102
Soja (Indiana) 554-922 59,2–98,6
Sebo chinês 907 97
Amendoim 842 90
Girassol 767 82
Cânhamo 242 26
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Os rendimentos de combustível de algas ainda não foram determinados com precisão, mas o DOE é relatado como dizendo que as algas produzem 30 vezes mais energia por acre do que as culturas terrestres como a soja. Os rendimentos de 36 toneladas / hectare são considerados práticos por Ami Ben-Amotz, do Instituto de Oceanografia em Haifa, que cultiva Algas comercialmente há mais de 20 anos.
Jatropha tem sido citada como uma fonte de alto rendimento de biodiesel, mas os rendimentos são altamente dependentes das condições climáticas e do solo. As estimativas na extremidade inferior colocam o rendimento em cerca de 200 galões / hectare dos EUA (1,5 a 2 toneladas por hectare) por safra; em climas mais favoráveis, duas ou mais safras por ano foram alcançadas. É cultivada nas Filipinas, no Mali e na Índia, é resistente à seca e pode dividir espaço com outras culturas comerciais, como café, açúcar, frutas e vegetais. É bem adequado para terras semi-áridas e pode contribuir para retardar a desertificação, de acordo com seus defensores.
Eficiência e argumentos econômicos
De acordo com um estudo realizado pelos drs. Para Van Dyne e Raymer da Tennessee Valley Authority, a fazenda média dos EUA consome combustível a uma taxa de 82 litros por hectare (8,75 US gal / acre) para produzir uma única safra. No entanto, as culturas médias de colza produzem óleo a uma taxa média de 1.029 L / ha (110 US gal / acre), e campos de colza de alto rendimento produzem cerca de 1.356 L / ha (145 US gal / acre). A proporção de entrada para saída nesses casos é de aproximadamente 1: 12,5 e 1: 16,5. A fotossíntese é conhecida por ter uma taxa de eficiência de cerca de 3-6% da radiação solar total e se toda a massa de uma cultura é utilizada para produção de energia, a eficiência global desta cadeia é atualmente de cerca de 1%, enquanto isso pode ser comparado desfavoravelmente à energia solar. células combinadas com um trem de acionamento elétrico, o biodiesel é menos caro de implantar (células solares custam aproximadamente US $ 250 por metro quadrado) e transporte (veículos elétricos exigem baterias que atualmente têm uma densidade de energia muito menor do que combustíveis líquidos). Um estudo de 2005 descobriu que a produção de biodiesel usando soja requer 27% mais energia fóssil do que o biodiesel produzido e 118% mais energia usando girassóis.
No entanto, essas estatísticas por si só não são suficientes para mostrar se tal mudança faz sentido econômico. Fatores adicionais devem ser levados em conta, tais como: o equivalente de combustível da energia necessária para o processamento, o rendimento do combustível do óleo cru, o retorno sobre o cultivo de alimentos, o efeito que o biodiesel terá sobre os preços dos alimentos eo custo relativo do biodiesel. petrodiesel, a poluição da água causada pelo escoamento da fazenda, o esgotamento do solo e os custos externalizados da interferência política e militar nos países produtores de petróleo, destinados a controlar o preço do petrodiesel.
O debate sobre o balanço energético do biodiesel está em andamento. A transição total para biocombustíveis pode exigir imensas extensões de terra se forem utilizadas culturas alimentares tradicionais (embora possam ser utilizadas culturas não alimentares). O problema seria especialmente severo para nações com grandes economias, já que o consumo de energia é proporcional à produção econômica.
Se forem usadas apenas plantas alimentícias tradicionais, a maioria dessas nações não possui terra arável suficiente para produzir biocombustível para os veículos da nação. Nações com economias menores (e, portanto, menor consumo de energia) e mais terra arável podem estar em melhores condições, embora muitas regiões não possam se dar ao luxo de desviar a terra da produção de alimentos.
Para os países do terceiro mundo, as fontes de biodiesel que usam terras marginais poderiam fazer mais sentido; por exemplo, nozes de óleo de pongam cultivadas ao longo de estradas ou jatrofa cultivadas ao longo de linhas ferroviárias.
Em regiões tropicais, como a Malásia e a Indonésia, as plantas que produzem óleo de palma estão sendo plantadas em ritmo acelerado para suprir a demanda crescente de biodiesel na Europa e em outros mercados. Os cientistas mostraram que a remoção da floresta tropical para as plantações de palmeiras não é ecologicamente correta, já que a expansão das plantações de dendezeiros representa uma ameaça à floresta tropical e à biodiversidade.
Foi estimado na Alemanha que o biodiesel do óleo de palma tem menos de um terço dos custos de produção do biodiesel de colza. A fonte direta do conteúdo energético do biodiesel é a energia solar captada pelas plantas durante a fotossíntese. Em relação ao balanço energético positivo do biodiesel:
Quando a palha foi deixada no campo, a produção de biodiesel foi fortemente positiva em termos energéticos, produzindo 1 GJ de biodiesel para cada 0,561 GJ de entrada de energia (uma relação rendimento / custo de 1,78).
Quando a palha foi queimada como combustível e o farelo de sementes oleaginosas foi usado como fertilizante, a relação rendimento / custo para a produção de biodiesel foi ainda melhor (3,71). Em outras palavras, para cada unidade de entrada de energia para produzir biodiesel, a produção foi de 3,71 unidades (a diferença de 2,71 unidades seria de energia solar).
Impacto econômico
Múltiplos estudos econômicos foram realizados sobre o impacto econômico da produção de biodiesel. Um estudo, encomendado pelo National Biodiesel Board, informou que a produção de biodiesel em 2011 apoiou 39.027 empregos e mais de US $ 2,1 bilhões em renda domiciliar nos Estados Unidos. O crescimento do biodiesel também ajuda a aumentar significativamente o PIB. Em 2011, o biodiesel gerou mais de US $ 3 bilhões no PIB. A julgar pelo crescimento contínuo do Renewable Fuel Standard e a extensão do incentivo fiscal ao biodiesel, o número de empregos pode aumentar para 50.725, US $ 2,7 bilhões em renda e alcançar US $ 5 bilhões em PIB até 2012 e 2013.
Seguranca energetica
Um dos principais impulsionadores da adoção do biodiesel é a segurança energética. Isso significa que a dependência de um país em relação ao petróleo é reduzida e substituída pelo uso de fontes disponíveis localmente, como carvão, gás ou fontes renováveis. Assim, um país pode se beneficiar da adoção de biocombustíveis, sem redução das emissões de gases de efeito estufa. Enquanto o balanço energético total é debatido, fica claro que a dependência do petróleo é reduzida. Um exemplo é a energia usada para fabricar fertilizantes, que pode vir de uma variedade de outras fontes além do petróleo. O Laboratório Nacional de Energia Renovável dos Estados Unidos (NREL) afirma que a segurança energética é a força motriz número um por trás do programa de biocombustíveis dos EUA, e um documento da Casa Branca “Segurança Energética para o Século 21” deixa claro que a segurança energética é uma das principais razões para promover biodiesel. O ex-presidente da comissão da UE, José Manuel Barroso, falando em uma recente conferência da UE sobre biocombustíveis, ressaltou que os biocombustíveis geridos adequadamente têm o potencial de reforçar a segurança da oferta da UE através da diversificação de fontes de energia.
Efeitos ambientais
A onda de interesse em biodiesels destacou uma série de efeitos ambientais associados ao seu uso. Estas incluem potencialmente reduções nas emissões de gases com efeito de estufa, desflorestação, poluição e taxa de biodegradação.
De acordo com a Análise de Impacto Regulatório do Programa de Normas de Combustíveis Renováveis da EPA, divulgada em fevereiro de 2010, o biodiesel do óleo de soja resulta, em média, em 57% de redução nos gases de efeito estufa em comparação ao diesel de petróleo, e o biodiesel produzido a partir de resíduos redução. Veja o capítulo 2.6 do relatório da EPA para obter informações mais detalhadas.
No entanto, organizações ambientais, por exemplo, a Rainforest Rescue e a Greenpeace, criticam o cultivo de plantas usadas para a produção de biodiesel, por exemplo, dendezeiros, soja e cana-de-açúcar. Eles dizem que o desmatamento das florestas tropicais agrava a mudança climática e que os ecossistemas sensíveis são destruídos para limpar as terras das plantações de dendê, soja e cana-de-açúcar. Além disso, os biocombustíveis contribuem para a fome no mundo, visto que a terra arável não é mais usada para o cultivo de alimentos. A Agência de Proteção Ambiental (EPA) publicou dados em janeiro de 2012, mostrando que os biocombustíveis feitos de óleo de palma não contam para o mandato de combustíveis renováveis do país, já que eles não são favoráveis ao clima. Ambientalistas acolhem a conclusão porque o crescimento das plantações de dendezeiros tem impulsionado o desmatamento tropical, por exemplo, na Indonésia e na Malásia.
Comida, terra e água vs. combustível
Em alguns países pobres, o aumento do preço do óleo vegetal está causando problemas. Alguns propõem que o combustível só seja feito a partir de óleos vegetais não comestíveis, como camelina, jatropha ou malária à beira-mar, que podem prosperar em terras agrícolas marginais, onde muitas árvores e plantações não crescerão, ou produziriam apenas baixos rendimentos.
Outros argumentam que o problema é mais fundamental. Os agricultores podem passar da produção de alimentos para a produção de biocombustíveis para ganhar mais dinheiro, mesmo que as novas culturas não sejam comestíveis. A lei de oferta e demanda prevê que, se menos agricultores estiverem produzindo alimentos, o preço dos alimentos aumentará. Pode levar algum tempo, já que os agricultores podem levar algum tempo para mudar as coisas que estão crescendo, mas a crescente demanda por biocombustíveis de primeira geração provavelmente resultará em aumentos de preços para muitos tipos de alimentos. Alguns salientaram que há agricultores pobres e países pobres que estão ganhando mais dinheiro por causa do preço mais alto do óleo vegetal.
O biodiesel derivado de algas marinhas não iria necessariamente deslocar a terra terrestre usada atualmente para a produção de alimentos e novos trabalhos de alga podem ser criados.
Por comparação, deve-se mencionar que a produção de biogás utiliza resíduos agrícolas para gerar um biocombustível conhecido como biogás, e também produz composto, aumentando assim a agricultura, a sustentabilidade e a produção de alimentos.
Pesquisa atual
Há pesquisas em andamento para encontrar culturas mais adequadas e melhorar o rendimento do óleo. Outras fontes são possíveis, incluindo matéria fecal humana, com Gana construindo sua primeira “planta de biodiesel alimentada com lodo fecal”. Usando os rendimentos atuais, vastas quantidades de terra e água fresca seriam necessárias para produzir petróleo suficiente para substituir completamente o uso de combustível fóssil. Isso exigiria que o dobro da área de terra dos EUA fosse dedicada à produção de soja, ou dois terços a serem dedicados à produção de colza, para atender às atuais necessidades de aquecimento e transporte dos EUA.
Variedades de mostarda especialmente produzidas podem produzir rendimentos de óleo razoavelmente altos e são muito úteis na rotação de culturas com cereais, e têm o benefício adicional de que a sobra da refeição após o óleo ter sido pressionado pode agir como um pesticida efetivo e biodegradável.
O NFESC, com a Biodiesel Industries, sediada em Santa Bárbara, está trabalhando para desenvolver tecnologias de biodiesel para a Marinha e Militar dos EUA, um dos maiores usuários de diesel do mundo.
Um grupo de desenvolvedores espanhóis trabalhando para uma empresa chamada Ecofasa anunciou um novo biocombustível feito de lixo. O combustível é criado a partir de resíduos urbanos em geral, que são tratados por bactérias para produzir ácidos graxos, que podem ser usados para produzir biodiesel.
Outra abordagem que não requer o uso de produtos químicos para a produção envolve o uso de micróbios geneticamente modificados.
Biodiesel de algas
De 1978 a 1996, o US NREL experimentou o uso de algas como fonte de biodiesel no “Programa de Espécies Aquáticas”. Um artigo auto-publicado por Michael Briggs, no UNH Biodiesel Group, oferece estimativas para a substituição realista de todo o combustível veicular com biodiesel, utilizando algas que têm um teor de óleo natural superior a 50%, que Briggs sugere pode ser cultivado em lagoas de algas em estações de tratamento de águas residuais. Essa alga rica em óleo pode então ser extraída do sistema e transformada em biodiesel, com o restante seco novamente reprocessado para criar etanol.
A produção de algas para colher óleo para biodiesel ainda não foi realizada em escala comercial, mas estudos de viabilidade foram realizados para se chegar à estimativa de rendimento acima. Além de seu alto rendimento projetado, a alga – ao contrário dos biocombustíveis baseados em culturas – não implica uma diminuição na produção de alimentos, uma vez que não requer nem terras agrícolas nem água doce. Muitas empresas estão buscando bio-reatores de algas para diversos fins, incluindo o aumento da produção de biodiesel para níveis comerciais.
Rodrigo E. Teixeira, da Universidade do Alabama, em Huntsville, demonstrou a extração de lipídeos de biodiesel a partir de algas úmidas, utilizando uma reação simples e econômica em líquidos iônicos.
Pongamia
A Millettia pinnata, também conhecida como Pongam Oiltree ou Pongamia, é uma árvore leguminosa com sementes oleaginosas que foi identificada como candidata para a produção de óleos vegetais não comestíveis.
As plantações de Pongamia para produção de biodiesel têm um duplo benefício ambiental. As árvores armazenam carbono e produzem óleo combustível. Pongamia cresce em terras marginais não próprias para culturas alimentares e não requer fertilizantes de nitratos. A árvore produtora de petróleo tem o maior rendimento de plantas produtoras de petróleo (aproximadamente 40% do peso da semente é o óleo) enquanto cresce em solos desnutridos com altos níveis de sal. Está se tornando um foco principal em várias organizações de pesquisa de biodiesel. As principais vantagens do Pongamia são uma maior recuperação e qualidade do petróleo do que outras culturas e nenhuma competição direta com as culturas alimentares. No entanto, o crescimento em terras marginais pode levar a menores rendimentos de petróleo, o que poderia causar concorrência com culturas alimentares para melhor solo.
Jatropha
Vários grupos em vários setores estão realizando pesquisas sobre a Jatropha curcas, uma árvore venenosa parecida com um arbusto que produz sementes consideradas por muitos como uma fonte viável de óleo de biodiesel. Grande parte desta pesquisa se concentra em melhorar o rendimento global de óleo por hectare de Jatropha através de avanços em genética, ciência do solo e práticas de horticultura.
A SG Biofuels, um desenvolvedor de Jatropha baseado em San Diego, utilizou a reprodução molecular e a biotecnologia para produzir sementes híbridas de elite de Jatropha que mostram melhorias significativas no rendimento em relação às variedades de primeira geração. A SG Biofuels também afirma que benefícios adicionais surgiram de tais cepas, incluindo a melhoria na sincronicidade da floração, maior resistência a pragas e doenças e maior tolerância ao clima frio.
A Plant Research International, um departamento do Centro de Pesquisa e Universidade de Wageningen, na Holanda, mantém um Projeto de Avaliação de Jatropha (JPP) em andamento que examina a viabilidade do cultivo de Jatropha em larga escala através de experimentos de campo e de laboratório.
O Centro para Agricultura Sustentável em Energia (CfSEF) é uma organização de pesquisa sem fins lucrativos com sede em Los Angeles dedicada à pesquisa de jatrofa nas áreas de ciência de plantas, agronomia e horticultura. Espera-se que a exploração bem-sucedida dessas disciplinas aumente a produção agrícola da Jatropha em 200 a 300% nos próximos dez anos.
Fungos
Um grupo da Academia Russa de Ciências de Moscou publicou um artigo em setembro de 2008, afirmando que eles isolaram grandes quantidades de lipídios de fungos unicelulares e os transformaram em biodiesel de maneira economicamente eficiente. Mais pesquisas sobre essa espécie de fungo; É provável que Cunninghamella japonica e outros apareçam no futuro próximo.
A recente descoberta de uma variante do fungo Gliocladium roseum aponta para a produção do chamado micofluoreto de celulose. Este organismo foi descoberto recentemente nas florestas tropicais do norte da Patagônia e tem a capacidade única de converter celulose em hidrocarbonetos de comprimento médio, tipicamente encontrados em combustível diesel.
Biodiesel de borra de café usada
Pesquisadores da Universidade de Nevada, em Reno, produziram com sucesso biodiesel a partir de óleo derivado de grãos de café usados. A análise dos fundamentos utilizados mostrou um teor de óleo de 10% a 15% (em peso). Depois que o óleo foi extraído, ele foi submetido ao processamento convencional em biodiesel. Estima-se que o biodiesel acabado possa ser produzido por cerca de um dólar por galão. Além disso, foi relatado que “a técnica não é difícil” e que “há tanto café em torno do qual várias centenas de milhões de galões de biodiesel poderiam potencialmente ser produzidos anualmente”. No entanto, mesmo que todas as borras de café no mundo fossem usadas para produzir combustível, a quantidade produzida seria inferior a 1% do diesel usado nos Estados Unidos anualmente. “Isso não vai resolver o problema de energia do mundo”, disse o Dr. Misra sobre seu trabalho.
Fontes exóticas
Recentemente, a gordura de jacaré foi identificada como fonte de produção de biodiesel. Todos os anos, cerca de 15 milhões de libras de gordura de jacaré são descartadas em aterros sanitários como um subproduto da indústria de carne e pele de jacaré. Estudos têm mostrado que o biodiesel produzido a partir de gordura de jacaré é similar em composição ao biodiesel criado a partir de soja, e é mais barato de refinar uma vez que é principalmente um produto residual.
Biodiesel ao poder das células de hidrogênio
Um microrreator foi desenvolvido para converter o biodiesel em vapor de hidrogênio para alimentar as células a combustível.
A reforma a vapor, também conhecida como reforma de combustível fóssil, é um processo que produz gás hidrogênio a partir de combustíveis de hidrocarbonetos, principalmente o biodiesel, devido à sua eficiência. Um ** microrreator **, ou reformador, é o dispositivo de processamento no qual o vapor d’água reage com o combustível líquido sob alta temperatura e pressão. Sob temperaturas variando de 700 – 1100 ° C, um catalisador à base de níquel permite a produção de monóxido de carbono e hidrogênio:
Hidrocarboneto + H2O ⇌ CO + 3 H2 (Altamente endotérmico)
Além disso, um maior rendimento de gás hidrogênio pode ser aproveitado por mais oxidação do monóxido de carbono para produzir mais hidrogênio e dióxido de carbono:
CO + H2O → CO2 + H2 (levemente exotérmico)
Informações de fundo de células de combustível de hidrogênio
As células de combustível operam de forma semelhante a uma bateria, na medida em que a eletricidade é aproveitada por reações químicas. A diferença nas células de combustível quando comparadas às baterias é sua capacidade de ser alimentada pelo fluxo constante de hidrogênio encontrado na atmosfera. Além disso, eles produzem apenas água como subproduto e são praticamente silenciosos. A desvantagem das células a combustível movidas a hidrogênio é o alto custo e os perigos de armazenar hidrogênio altamente combustível sob pressão.
Uma das maneiras pelas quais novos processadores podem superar os perigos do transporte de hidrogênio é produzi-lo conforme necessário. Os microrreatores podem ser unidos para criar um sistema que aquece o hidrocarboneto sob alta pressão para gerar gás hidrogênio e dióxido de carbono, um processo chamado de reforma a vapor. Isso produz até 160 galões de hidrogênio / minuto e dá o potencial de alimentar estações de reabastecimento de hidrogênio, ou até mesmo uma fonte de combustível de hidrogênio a bordo para veículos com células de hidrogênio. A implementação em carros permitiria que os combustíveis ricos em energia, como o biodiesel, fossem transferidos para a energia cinética, evitando a combustão e os subprodutos poluentes. O pedaço quadrado de metal do tamanho de uma mão contém canais microscópicos com sítios catalíticos, que convertem continuamente biodiesel, e até seu subproduto de glicerol, em hidrogênio.
Preocupações
Desgaste do motor
A lubrificação do combustível desempenha um papel importante no desgaste que ocorre em um motor. Um motor a diesel depende de seu combustível para fornecer lubrificação para os componentes metálicos que estão constantemente em contato uns com os outros. O biodiesel é um lubrificante muito melhor em comparação com o diesel de petróleo, devido à presença de ésteres. Testes mostraram que a adição de uma pequena quantidade de biodiesel ao diesel pode aumentar significativamente a lubricidade do combustível em curto prazo. No entanto, durante um longo período de tempo (2 a 4 anos), estudos mostram que o biodiesel perde sua lubricidade. Isto pode ser devido à corrosão aumentada ao longo do tempo devido à oxidação das moléculas insaturadas ou ao aumento do teor de água no biodiesel devido à absorção de umidade.
Viscosidade do combustível
Uma das principais preocupações em relação ao biodiesel é a sua viscosidade. A viscosidade do diesel é de 2,5-3,2 cSt a 40ºC e a viscosidade do biodiesel feita a partir do óleo de soja está entre 4,2 e 4,6 cSt. A viscosidade do diesel deve ser alta o suficiente para fornecer lubrificação suficiente para as peças do motor, mas baixa o suficiente para fluir temperatura operacional. A alta viscosidade pode obstruir o filtro de combustível e o sistema de injeção nos motores. O óleo vegetal é composto de lipídios com longas cadeias de hidrocarbonetos, para reduzir sua viscosidade, os lipídios são decompostos em moléculas menores de ésteres.Isto é feito convertendo óleo vegetal e gorduras animais em ésteres alquílicos usando transesterificação para suas viscosidades. No entanto, a viscosidade do biodiesel é maior do que o diesel, o motor pode não ser capaz de absorver o combustível, o combustível lento, o filtro de combustível.
Desempenho do motor
O biodiesel tem maior poder de combustão específico do freio ao diesel, o que significa que o consumo de combustível biodiesel é necessário para o mesmo torque. No entanto, quando se trata de uma mistura de biodiesel, B20 proporcionam uma redução na eficiência da energia, menor consumo de energia específico e mais comprimentos prejudiciais. O desempenho do motor depende das propriedades do combustível, bem como da combustão, pressão do injetor e muitos outros fatores. Como existem várias misturas de biodiesel, podem ser mais precisamente os relatos contraditórios em relação ao desempenho do motor.