Produção de Biocombustíveis

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Biocombustíveis
Prof.ª Isabela Oliveira Guimarães
Descrição
Conceitos referentes à produção de biocombustíveis e sua
implementação no país e as análises e projeções no que tange às
políticas de implementação, projeções e novas formas de geração em
emergência.
Propósito
Compreender os diversos recursos energéticos disponíveis e se inteirar
das características particulares dos biocombustíveis e a forma de
geração de cada um deles é imprescindível ao profissional, uma vez que
se busca constantemente diversificar a matriz energética e reduzir a
quantidade de gases poluentes emitidos.
Objetivos
Módulo 1
Biocombustíveis
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Identificar os biocombustíveis e o potencial produtivo das
microalgas.
Módulo 2
Bioetanol
Identificar as formas de produção de etanol.
Módulo 3
Produção de biodiesel e vetor de hidrogênio
Analisar o emprego do biodiesel e seu potencial com o uso do
hidrogênio.
Introdução
Assista ao vídeo introdutório e compreenda os aspectos gerais
dos biocombustíveis.

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1 - Biocombustíveis
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os biocombustíveis e o potencial
produtivo das microalgas.
Vamos começar!
Biocombustíveis: de�nição, aplicação
e classi�cação
Assista ao vídeo e compreenda aspectos importantes relacionados aos
biocombustíveis.
Biocombustível

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De�nição
Os biocombustíveis se referem àqueles combustíveis originários da
matéria orgânica. Podem ser encontrados sob os três estados físicos
conhecidos: sólido (madeira), líquido (mais conhecidos: etanol e
biodiesel) e gasoso, sendo originários de vegetais (como a cana-de
açúcar, soja, milho, madeira, celulose) ou, ainda, de compostos animais.
Biocombustível é aquele que usa matéria orgânica em sua produção.
O surgimento dos biocombustíveis, e sua implementação ao longo dos
anos, deu-se com o intuito de alcançar novas formas energéticas
alternativas, possibilitando o desprendimento da dependência de
recursos fósseis dominantes e altamente poluentes.
Ao longo deste conteúdo, serão apresentados os aspectos produtivos
dos principais tipos de bicombustíveis líquidos – etanol (bioetanol) e
biodiesel. Além disso, será apresentada uma análise legislativa e de
mercado. Ainda que não seja o objeto deste conteúdo, vale ressaltar que
existem outros biocombustíveis, menos utilizados, como o biometanol e
o biogás.
Biodiesel é um dos principais biocombustíveis líquidos.
O biocombustível pode ser subdividido em gerações. Referem à matéria-
prima sob a qual são produzidos. A seguir, é possível ver a classificação
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dos tipos de biocombustíveis de acordo com a matéria-prima e
identificar as vantagens e desvantagens de cada um deles.
 Geração I
Insumos: cana de açúcar, grãos e oleaginosas.
Vantagens - Baixo custo e tecnologia disponível.
Desvantagens - Conflitos competitivos com o custo
dos alimentos.
 Geração II
Insumos: biomassa, resíduos agrícolas e �orestais.
Vantagem - Não há conflitos competitivos comos
alimentos.
Desvantagem - Alto custo produtivo.
 Geração III
Insumo: algas.
V t Nã há flit titi
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Biorre�narias
Por definição, uma biorrefinaria se qualifica como um complexo capaz
de transformar diversos materiais (matéria-prima) em produtos aptos a
serem utilizados como combustíveis, energia e alimentos. Pode ser
comparada às refinarias de petróleo, distinguindo-se por utilizar
matérias-primas renováveis.
Vantagens - Não há conflitos competitivos com os
alimentos e requer pequenas áreas para cultivo.
Desvantagem - Alto consumo de energia para
cultivo de algas.
 Geração IV
Insumo: algas geneticamente modi�cadas.
Vantagens - Alto rendimento e redução na emissão
de CO2.
Desvantagem - Custo elevado.
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Vista aérea de uma fábrica de biogás.
O intuito é o aproveitamento completo de toda a matéria-prima, bem
como dos resíduos, impulsionando a produção, caracterizando essas
instalações com um elevado grau tecnológico. Para que a biorrefinaria
seja implementada, devem ser considerados os aspectos a seguir
responsáveis por sua classificação:
Tipo de recurso/matéria-prima a ser utilizado: pode ser diverso,
sendo o principal as biomassas. Uma biorrefinaria pode ser
subclassificada de acordo com a matéria em processamento.
Fase I - Processa apenas um tipo de matéria-prima, com
proporções fixas e produto único.
Fase II - Nessa classificação, apesar de ainda processar apenas
uma matéria-prima, há variedade produtiva, bem como flexibilidade
nas proporções.
Fase III - Processamento de diversas matérias-primas, resultando
em diversos produtos (ideal).
Tecnologias disponíveis e seu estado.
Produto e subproduto gerado.
Quando se trata de produto resultante das biorrefinarias, é importante
destacar duas vertentes possíveis:
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Produção de energia
O objetivo é produzir biocombustíveis, energia e outros. Os
subprodutos são destinados à venda ou alterados para
agregação de valor ao processo.
Produção de bioprodutos
O objetivo deixa de ser a obtenção energética e passa a ser o
subproduto, como alimentos e biomateriais.
Apesar da complexidade, e por serem sustentáveis, as biorrefinarias
atualmente vêm ganhando espaço e se tornando objetos de estudo e
implementação, permitindo que os biocombustíveis alcancem patamar
competitivo.
Políticas públicas
RenovaBio
Por meio da Lei nº 13.576/2017, foi instaurada a Política Nacional de
Biocombustíveis (RenovaBio), que se refere às políticas que regem o
uso de biocombustíveis no país. O programa federal tem apoio do
Ministério de Minas Energia (MME) e apresenta como principais
funções, provenientes de sua implementação, os seguintes pontos:
contribuição para que o país cumpra seus compromissos no que
diz respeito ao Acordo de Paris;
diminuição da quantidade de gases emitidos nos processos de
produção de biocombustíveis (descarbonização);
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incentivo à expansão do uso de biocombustíveis na matriz
energética.
O Brasil possui metas de redução de emissão de carbono para
combustíveis que podem ser consultadas por meio da Resolução do
Conselho Nacional de Política Energética (CNPE) nº 15, emitida em 24
de junho de 2019. Os produtores e também importadores de
biocombustíveis, bem como as distribuidoras, ao emitirem créditos de
descarbonização (CBIO), certificam a redução de CO2 produzidos.
O CBIO é um ativo licenciado, dado por intermédio de instituições
financeiras. Assim, é gerado um incentivo para que produtores e
importadores reduzam o nível de emissão de gases e invistam na
produção.
Logo oficial da Política Nacional de Biocombustíveis (RenovaBio).
Porém, nem todos os estabelecimentos estão qualificados para
emissão de CBIO. Assim, a elegibilidade dessas essas ações é
fiscalizada pela Agência Nacional de Petróleo e Gás (ANP) e funciona
da seguinte maneira:
envio de documentação para ANP da usina geradora/ou
importadora interessada;
a ANP avalia a elegibilidade da usina a ser certificada;
liberação da certificação;
auditoria;
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validaçãoda eficiência energética;
início das emissões dos CBIOs pela usina.
Saiba mais
O Acordo de Paris foi assinado em 2015 e tem como função reduzir a
emissão de gases do efeito estufa.
Diversidade da matriz energética
O país atualmente conta com uma matriz energética bastante diversa,
isto é, sua composição energética é dada mediante contribuição de
diversas fontes geradoras (renováveis ou não). Cerca de 19% da geração
energética é proveniente da cana-de-açúcar (CANTO, 2021), o que pode
ser facilmente observado a seguir:
Representação da matriz energética brasileira.
Adiante, é possível ver quantas e quais são as instalações existentes no
Brasil referentes à produção de biocombustível. Ressalta-se que o mapa
é dinâmico, sendo atualizado conforme novas instalações são
posicionadas, permitindo, assim, acompanhar a expansão do setor de
biocombustíveis no país.
Distribuição dos produtores de biocombustível no país.
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Microalgas
Produção de combustíveis
Certos tipos de algas podem ser utilizados para a produção de
combustíveis, sendo classificados como terceira e quarta gerações. O
estudo de cultivo e extração referente às formas de produção dos
combustíveis provenientes desses microrganismos é relativamente
novo, assim a produção deles para uso comercial ainda não é realidade.
Exemplo de microalga.
As microalgas são organismos unicelulares e algumas são capazes de
realizar fotossíntese (fotoautotróficas e mixotróficas). São altamente
eficientes na tarefa de captação da luz solar e conversão em biomassa.
Além disso, diferentemente das demais matérias-primas utilizadas na
produção de biocombustíveis (como milho, soja, cana-de-açúcar e
outros), não são sazonais, isto é, podem ser cultivadas em qualquer
período, maximizando a produção de biocombustíveis.
Ao longo dos anos, diversos estudos foram desenvolvidos, o que tornou
possível mensurar a taxa com que as microalgas convertem a luz solar
em biomassa. Com essa característica de conversão e outros
parâmetros, como densidade luminosa, torna-se possível modelar a taxa
de produção das microalgas dada pela seguinte equação:
Sendo:
: Densidade de energia obtida da luz solar.
: Eficiência de conversão das microalgas (luz para biomassa).
Pa =
Ed ⋅ PAR ⋅ σ ⋅ Ef
Eb
Ed
Ef
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: Eficiência de transmissão da luz para as microalgas (variável que
depende do meio de cultivo, em geral algo próximo de para
produtividade máxima).
: Quantidade energética por unidade de biomassa, que depende de
aspectos que compõem o microrganismo, como proteínas, carboidratos
e outros.
: Taxa de produção das microalgas.
Analisando a equação, vê-se que a taxa de produção é dependente de
características do micro-organismo, bem como de características do
meio. Com sua aplicação, é possível avaliar condições como o pico de
produção das microalgas e com isso quais são os parâmetros
necessários para obtê-lo, o que beneficia as condições de produção.
Quanto maior a produtividade, menor o custo para a
produção de combustível.
No que tange à utilização das microalgas para a produção de
biocombustíveis, destacam-se os seguintes benefícios:
Benefício I
As áreas de cultivo podem ocorrer em locais não utilizados para o
plantio/cultivo de alimentos.
Benefício II
σ
98%
Eb
Pa
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Por não utilizar áreas destinadas ao cultivo de alimentos, não
competem com o setor alimentício.
Benefício III
São de alto rendimento, em comparação às demais formas de
produção de biocombustível.
Benefício IV
Podem ser utilizadas na redução/mitigação de gases do efeito
estufa.
As microalgas são ainda utilizadas para fins de consumo, como fontes
de proteínas, com destaque para a chlorella e spirulina.
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Chlorella, em tom verde claro.
Spirulina, em verde mais escuro.
Além disso, as microalgas são ainda destinadas ao tratamento de
efluentes, para a remoção de sólidos, permitindo assim que sejam
depositados no ambiente sem danos.
Saiba mais
Existem, além das microalgas, as chamadas macroalgas, que não
apresentam potencial para a produção de biocombustíveis.
Cultivo
Para que a biomassa a ser utilizada na produção do biocombustível seja
obtida, são observadas diversas etapas, iniciando com o cultivo dos
microrganismos. São eles: cultivo das microalgas; coleta da biomassa; e
secagem.
As microalgas podem apresentar um rápido
crescimento. Por isso, a etapa de coleta é feita quase
todos os dias.
Todas as etapas aqui citadas exigem implementação de tecnologias
ainda em desenvolvimento. Entre os diversos tipos de sistema utilizados
para a produção (autotrófico, heterotrófico e mixotrófico), o mais
comum e já citado é a utilização da luz solar para a obtenção da
biomassa (autotrófico). Para esse tipo de sistema, destacam-se as
modalidades tecnológicas de cultivo descritas a seguir:
 Cultivo aberto
De mais baixo custo, pode ser feito em lagoas, até
mesmo sem revestimento (não ideal). Menos
fi i t d i t f h d
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eficiente se comparado aos sistemas fechados,
pode apresentar contaminação.
 Cultivo fechado
Observa-se a existência de impedimento/redução
de contaminação por espécies invasoras, uma
correção feita no cultivo aberto. É também
conhecido por fotobiorreator, que pode ser tubular
ou planar.
 Cultivo híbrido
Este tipo de cultivo utiliza a combinação dos dois
apresentados anteriormente.
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Atenção!
O cultivo autotrófico utiliza CO2, uma interessante ferramenta para
mitigar os gases residuais de processos produtivos.
Após cultivadas, as microalgas são coletadas e a biomassa é separada
do meio líquido. Não há uma padronização quanto à técnica utilizada,
podendo variar de acordo com a forma de cultivo e com o tipo do micro-
organismo. Alguns métodos implementados são a centrifugação e a
filtragem. Por fim, é necessário, ainda, incluir métodos para que a
eficácia seja melhorada e então seja extraído o óleo para a produção do
biocombustível.
Aplicam-se técnicas como homogeneização, secagem e redução do
tamanho das partículas para que toda a água pertencente ao meio de
cultivo seja removida. As microalgas produzem compostos como amido
e lipídios (triacilglicerol) e, por isso, é possível obter o bioetanol e o
biodiesel.
Microalga.
O óleo extraído da biomassa microalgal é muito similar ao de origem
vegetal, e a concentração varia com a espécie cultivada, assim como
ocorre com os grãos. O mesmo se aplica à capacidade de conversão em
biomassa. A seguir é apresentada uma tabela com algumas espécies e
o teor de óleo concentrado:
Espécie
Concentração de óleo (% peso
seco)
Botryococcus braunii 25-75
Chlorella sp. 28-32
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Espécie
Concentração de óleo (% peso
seco)
Cohnii Crypthecodinium 20
Cylindrotheca sp. 16-37
Dunaliella primolecta 23
Isochrysis sp. 25-33
Monallanthus salina >20
Nannochloris sp. 20-35
Nannochloropsis sp. 31-68
Neochloris oleoabundans 25-54
Nitzschia sp. 45-47
Phaeodactylum
tricornutum
20-30
Schizochytrium sp. 50-77
Tetraselmis sueica 15-23
Tabela - Concentração de óleo nas principais microalgas.
Arceo (2012) e Chisti (2007, p. 294-306).
Um dos principais conflitos atribuídos ao uso do biocombustível se
refere à segurança alimentar, uma vez que são utilizados produtos
agrícolas, bem como alto consumo de água e ocorre a delegação de
regiões para plantio.Como o óleo proveniente das microalgas é altamente
energético e similar ao vegetal, sua implementação
beneficia a produção dos biocombustíveis uma vez que
esse questionamento deixa de existir.
A tabela mostrada a seguir apresenta uma comparação entre os tipos
de óleos obtidos de diferentes matérias-primas e a área utilizada para
plantio, tomando como exemplo a produção do biodiesel:
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Matéria-prima (%
mm-1)
Produtividade
(L/m²)
Área utilizada
(m²ano-1kg-
1Biodiesel)
Milho 172 1540
Soja 446 594
Canola 1190 223
Palma 5950 45
Microalga A 136 900 2
Microalga B 58 700 4,5
Tabela - Matéria-prima e produção de óleo.
Arceo (2012 apud HERNANDES et al., 2009) e Chisti (2007).
Sobre as algas, é importante ressaltar que a microalga A possui alto
rendimento, enquanto amicroalga B tem baixo rendimento.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Sobre as definições e os conceitos apresentados a respeito do
biocombustível, assinale a alternativa correta:
A São provenientes de combustíveis fósseis.
B São obtidos de processos nucleares.
C Só podem ser obtidos da cana-de-açúcar e do milho.
D Não são sustentáveis.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
Os biocombustíveis são fonte de energia, renováveis, que podem
ser obtidos de diversos materiais como resíduos agrícolas, vegetais
e outros. Trata-se de uma fonte alternativa e sustentável que
diversifica a matriz energética e reduz a emissão de gases do efeito
estufa.
Questão 2
Analise as afirmativas a seguir sobre as microalgas e marque a
alternativa correta.
I. São potencialmente fontes futuras de produção de
biocombustíveis.
II. Não necessitam de luz e por isso podem ser cultivadas em
sistemas fechados.
III. Podem ser usadas para mitigar a emissão de CO2 dos processos
industriais.
Parabéns! A alternativa C está correta.
E
São derivados de produtos agrícolas, biomassa,
resíduos agropecuários e outros, além de serem
sustentáveis.
A As alternativas I e II estão corretas.
B As alternativas II e III estão corretas.
C As alternativas I e III estão corretas.
D Somente I está correta.
E Somente III está correta.
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As microalgas vêm sendo estudadas e implementadas na 3ª e 4ª
gerações de biocombustívisl, o que potencializa a produção e reduz
os argumentos envolvendo o setor alimentício. A implementação
em larga escala é ainda inviável, dada a necessidade de tecnologias
eficientes e de custo acessível. As microalgas necessitam de luz
para realizar a fotossíntese. Podem ser utilizadas para diversos fins,
como a redução de CO2 emitido.
2 - Bioetanol
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as formas de produção de etanol.
Vamos começar!
As três gerações de bioetanol
Assista ao vídeo e compreenda os detalhes envolvendo as três gerações
do bioetanol.

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Etanol
O etanol, de representação molecular C2H60, no cenário de interesse
desse estudo, é o combustível obtido por meio da biomassa. O
bioetanol, assim chamado, pode ser obtido por meio de fermentação de
produtos vegetais (ANDREOLI; SOUZA, 2006 apud SOUZA, 2010;
GOLDEMBERG; COELHO; GUARDABASSI, 2008).
Cana-de-açúcar: a produção do bioetanol.
A biomassa pode ser de origem petroquímica ou carboquímica, o que
não é de interesse neste estudo, entretanto, vale a pena a critério de
conhecimento. O uso do etanol se deu em detrimento da necessidade
de novas fontes energéticas, distintas, de característica renovável. Por
ser altamente energético, vem sendo utilizado como combustível,
podendo ser extraído de fontes naturais, renováveis, sua principal
característica. O Brasil é pioneiro no uso de etanol em larga escala.
Primeira geração de etanol (E1G)
Aspectos gerais
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O Brasil é considerado o segundo maior produtor de etanol no mundo.
Sua produção demanda a utilização de plantações de cana-de-açúcar. O
etanol ainda pode ser obtido de outras fontes, como trigo, mandioca e
milho. O etanol proveniente de materiais amiláceos vem apresentando
crescimento na produção (BRASIL, 2021).
Inicialmente, é importante entender como o etanol é produzido. Para tal,
a matéria-prima (cana-de-açúcar ou grão) passa por diversas etapas até
que se transforme no produto desejado. A primeira geração desse
produto é caracterizada por utilizar açúcares ou óleos vegetais.
Usina de produção de etanol.
A seguir, são apresentadas as etapas gerais desse processo, em que há
pequenas distinções dependendo da fonte originária.
Produção pela cana-de-açúcar
A produção do etanol de primeira geração (E1G) por meio da cana-de-
açúcar segue as etapas apresentadas na imagem:
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Processo produtivo E1G.
Adiante, conheça os detalhes relacionados a cada etapa presente na
imagem anterior:
Lavagem: após a colheita, a cana-de-açúcar requer uma lavagem
para a retirada dos resíduos do plantio.
Moagem/trituração: a cana é moída/triturada e vira um caldo,
conhecido como melado. Além dele, há um resíduo sólido, o
bagaço, que poderá ser utilizado para geração de energia.
Peneiramento: o caldo é peneirado no intuito de retirar impurezas.
Caleação/aquecimento: são implementadas diversas ações para a
retirada de impurezas residuais no caldo, como alteração no pH e
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aquecimento.
Decantação: em seguida, o líquido é colocado em repouso a fim de
se obter a separação das partículas por meio da diferença de
densidade.
Resfriamento: após decantado, o melado passa a se chamar caldo
clarificado e carece de resfriamento.
Preparação: o caldo é transformado e recebe o nome de mosto, isto
é, há um ajuste na concentração de açúcares e também no pH
(redução).
Fermentação: nesta etapa, é produzido o álcool. Adiciona-se mosto,
fermento específico e CO2, e a mistura é levada para as dornas.
Obtém-se, assim, o vinho fermentado, uma composição de células
de levedura, etanol e açúcar não fermentado.
Destilação: neste ponto, o álcool (etanol) é retirado do vinho bruto
(ou fermentado). Ocorrem, portanto, duas destilações (pelo menos)
– a primeira para eliminação de impurezas, e a segunda para
produzir a flegma (água e álcool) e a vinhaça (resíduo aquoso que
pode ser altamente prejudicial ao ambiente e deve ser tratada, se
possível). Destaca-se que somente 10% do vinho fermentado é
referente ao álcool.
Retificação: o álcool é retificado e separado, e seu teor é elevado.
Nesta etapa, ocorre também a desidratação. Assim, o álcool
alcança o nível de etanol anidro e pode ser adicionado em
combustíveis.
Armazenamento: é a etapa de armazenamento do produto final
para que seja transportado para, enfim, ser utilizado.
Produção proveniente de grãos
A produção pelo milho ou por outro grão, como soja, ocorre de forma
muito similar à da cana-de-açúcar. Uma vantagem de se utilizar grãos
são os subprodutos produzidos no processo, que podem ser
comercializados, agregando valor ao produto final. Vale ressaltar que
existem dois processos distintos para obtenção de etanol via grãos:
moagem seca e moagem úmida. Isso impacta diretamente nos
subprodutos a serem obtidos.
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Campo de milhoem usina de produção de etanol.
O processo via moagem seca é de menor custo e vem sendo mais
utilizado. Para isso, são observadas as etapas a seguir:
Limpeza: os grãos devem ser limpos e retirados os resíduos do
plantio e também do transporte. São em seguida armazenados em
silos até que sejam utilizados no processo.
Moagem: os grãos são moídos e obtém-se uma farinha, ou seja, é
obtido aqui casca, óleo e amido.
Cozimento: o amido é cozido com uma pequena quantidade de
água.
Liquefação/sacarificação: o material pré-cozido segue para
liquefação e depois para a sacarificação, processos realizados em
altas temperaturas com o intuito de promover a liberação de
açúcares.
Após isso, os demais processos são iguais ao da produção pela cana-
de-açúcar e ocorrerá a fermentação da levedura e a destilação do vinho.
Por fim, obtém-se o álcool.
Saiba mais
No processo de obtenção do etanol pelo milho, encontramos diversos
subprodutos, como o dry distillers grains - DDG (grãos secos por
destilação, muito usados na alimentação animal) e também o óleo
refinado. É importante pontuar que a produção proveniente do açúcar é
de melhor rendimento, uma vez que a produção pelo amido tem um
elevado consumo energético, podendo se tornar inviável em alguns
casos.
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Segunda geração de etanol (E2G)
Produção do etanol de segunda geração (E2G)
O E2G surgiu com o propósito de aproveitar os resíduos da geração do
E1G (biomassa), além de evitar que a demanda por terras para o plantio
das fontes viesse a ser um problema. Também a demanda por álcool
em substituição a outras fontes energéticas vem crescendo ao longo
dos anos. Para a produção do E2G, passa-se então a utilizar bagaço de
cana, palha de milho e outras matérias que anteriormente eram
desprezadas no processo produtivo.
Esses materiais são altamente energéticos e, ao serem aproveitados,
espera-se uma elevação na produção de álcool para o mesmo plantio.
Há ainda uma discussão em torno dos setores de biocombustíveis e de
alimentos cuja utilização para sua produção faz com que seja
“condenado”. Assim, a produção de etanol E2G é favorável quando se
trata dessa pauta, uma vez que há maximização do processo produtivo
e um aproveitamento dos resíduos.
Vale destacar que, apesar de ser um bom plano, o E2G ainda não é
produzido para comércio, sendo ainda pouco utilizado em nível
industrial no Brasil. Isso ocorre devido ao elevado valor inerente à sua
produção. Dessa maneira, diversos países vêm se dedicando em
pesquisas e inovações para que o processo desse biocombustível se
viabilize e possa ser implementado.
Usina de produção de etanol.
Saiba mais
O material energético presente na cana-de-açúcar, responsável pela
produção do álcool, é chamado lignocelulose, composto de celulose,
hemicelulose e lignina.
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Como é produzido o E2G?
A produção do E2G é bem semelhante à do E1G. De forma geral, tem-se
a fermentação de um material cuja composição é rica em glicose, por
exemplo. Assim, identifica-se a transformação do açúcar em álcool.
Nesse caso, porém, a matéria-prima, diferentemente do que ocorre na
primeira geração, apresenta ainda elevados índices de celulose em sua
composição, e por isso o processo produtivo se distingue.
A celulose requer uma transformação, pois não consegue ser
fermentada diretamente. Assim, a modificação é dada por meio de
substâncias químicas ou enzimáticas que permitirão, por sua vez, que a
celulose seja fermentada e o álcool então produzido. É possível
observar essas etapas do processo no diagrama a seguir:
Diagrama produtivo E2G.
Adiante, conheça os detalhes relacionados a cada etapa presente na
imagem anterior:
Pré-tratamento: é equivalente à limpeza na produção do E1G, etapa
em que são retirados os resíduos da matéria-prima.
Transformação da celulose: ocorre por meio de substâncias
químicas ou enzimáticas. Um exemplo é a hidrólise enzimática – a
celulose é transformada em açúcares por meio da atuação de
enzimas.
Fermentação: a glicose é transformada em álcool por meio da
fermentação.
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Destilação: o vinho fermentado é destilado para que se obtenha o
álcool, que então passa por um processo para ser armazenado e
transportado.
A imagem a seguir ilustra o processo produtivo do E2G, considerando
uma fonte rica em glicose, como a bagaço da cana.
Processo produtivo do E2G.
Terceira geração de etanol (E3G)
A produção do etanol (ou outro biocombustível) de terceira geração
(E3G) ocorre a partir das algas. Como mostrado na primeira parte deste
conteúdo, as algas também são responsáveis pela produção de
combustíveis de quarta geração. A distinção entre o tipo de combustível
produzido se deve ao processo utilizado e, principalmente, ao tipo de
alga. O E3G é produzido a partir de microalgas, sendo estas as
principais espécies utilizadas:
Chamydomonas sp.
Chlorella sp.
Oscillatoria sp.
Cyanothece sp.
S. platensis
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Microalgas são responsáveis pela produção de E3G.
Essas espécies apresentam alta concentração de matéria fermentável, e
o primeiro passo para produção do etanol é preparar a biomassa. É
desejável a obtenção dos carboidratos a serem utilizados. Para tanto, as
paredes celulares são quebradas. Em seguida, os carboidratos são
fermentados para que o açúcar seja transformado em álcool, seguindo
então para destilação e armazenamento. Assim como o E2G, o E3G
também enfrenta desafios para ser produzido em nível comercial, como
a eficiência do processo, os custos envolvidos e a tecnologia utilizada.
Atenção!
Assim como ocorre nos demais processos de geração (E1G e E2G), há
formação de subprodutos na produção de E3G, como CO2 e H2O.
Projeções da empresa de pesquisa
energética (EPE)
A implementação do álcool no mercado brasileiro se deu por volta de
1933, com o Instituto do Açúcar e do Álcool (IAA), quando foi imposta a
obrigatoriedade da mistura de etanol na gasolina. Mais tarde, em 1975,
foi lançado o Programa Nacional do Álcool (Proálcool), com foco na
redução da dependência de importação do petróleo. De acordo com os
dados fornecidos pela EPE, em 2020 foram produzidos 32,6 bilhões de
litros de etanol sendo divididos em:
22,6 bilhões de etanol hidratado (queda de 10,6%);
10,0 bilhões de etanol anidro (redução de 6,8%).
Esses valores, quando comparados aos anos anteriores, apresentaram
queda. A redução, por sua vez, é atribuída ao cenário pandêmico
vivenciado. A seguir, podem ser observados os dados referentes à
produção de etanol ao longo de dez anos. O gráfico mostra a tendência
de crescimento na implementação desse biocombustível no mercado.
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Produção de etanol ao longo de dez anos.
Ainda que a produção total tenha apresentado queda, houve um
aumento na produção de etanol proveniente de grãos, como já
mencionado.
Aumento da produção de etanol proveniente de grãos.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A produção do etanol passa por diversas etapas desde a chegada
da matéria-prima na usina até sua transformação no produto final.
Sobre esse processo, assinale qual das alternativas a seguir está
ligada à produção do etanol via cana-de-açúcar.
A Fotossíntese
B Respiração
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Parabéns! A alternativa C está correta.
A obtenção do etanol se dá por meio dafermentação, processo que
se refere à conversão do açúcar presente no mosto, em etanol.
Questão 2
O etanol pode ser obtido de diferentes formas, o que lhe confere
diferentes classificações. Isso varia conforme a tecnologia e a
matéria-prima utilizadas. De acordo com os conhecimentos sobre
as diferentes formas de obtenção do etanol, avalie as afirmativas a
seguir e assinale a alternativa correta.
I. É possível obter E3G de toda espécie de micro e macroalgas,
desde que seja feito em cultivo fechado.
II. O E3G já é comercializado em maiores escalas.
III. Todas as gerações de etanol são sustentáveis.
IV. O E2G tem o intuito de potencializar a produção do E1G.
C Fermentação
D Fixação de N2
E Quimiossíntese
A As afirmativas I e II são verdadeiras.
B As afirmativas I e III são verdadeiras.
C As afirmativas II e III são verdadeiras.
D As afirmativas III e IV são verdadeiras.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
O E2G surgiu com o intuito de potencializar a produção de E1G, bem
como aproveitar seus resíduos produtivos. O bioetanol, bem como
todo biocombustível, tem como característica principal o fato de ser
sustentável e com isso reduzir a quantidade de gases CO2 emitidos
na produção ou no uso.
3 - Produção de biodiesel e vetor de hidrogênio
Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar o emprego do biodiesel e seu potencial com
o uso do hidrogênio.
Vamos começar!
Implementação do biodiesel e do
vetor de hidrogênio
E As afirmativas II e IV são verdadeiras.

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Assista ao vídeo e compreenda o processo de implementação do
biodiesel e do vetor de hidrogênio.
Biodiesel
Inserção no mercado
Segundo a definição proposta pela Agência Nacional do Petróleo (ANP),
o biodiesel é um combustível renovável obtido por meio de processo
químico chamado de transesterificação. Todavia, considera-se biodiesel
todo combustível obtido por meio da biomassa (renovável) que esteja
apto a ser implementado em motores de ciclo.O biodiesel foi inserido na
matriz nacional entre 2005 e 2007, após ter passado por uma fase de
testes em 2004.
Atualmente, observa-se a existência de uma mistura de biodiesel ao
diesel fóssil instaurada por lei, que permite 12% de aditivo (de bio ao
fóssil), sendo atualmente permitida extensão (gradual) para 15%, desde
que seja testada e aprovada pelos motores. No gráfico a seguir, pode-se
observar a evolução da imersão do biodiesel na mistura do diesel fóssil
ao longo dos anos, bem como a projeção para que esse valor alcance os
15% atualmente permitidos:
Evolução do marco legal do biodiesel.
Ainda que a queda de produção de biocombustíveis tenha sido
observada durante o cenário pandêmico, a obrigatoriedade do uso do
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aditivo garantiu que houvesse aumento do consumo em 2020 em
comparação a 2019.
Atenção!
O diesel “S”, S10 e S500 indica a quantidade de partes por enxofre.
Exemplo: no S10 há dez partes por milhão de enxofre. É uma mistura;
não se trata do biodiesel puro. O biodiesel é totalmente livre de enxofre e
qualquer proveniente aromático. Quanto menor o número que
acompanha o S, mais claro é o combustível.
A utilização do biodiesel, como esperado, pode promover vantagens e
desvantagens, bem como ocorre com o etanol e demais
biocombustíveis. Dessa forma, é necessário ponderar e avaliar se os
benefícios promovidos são superiores aos pontos negativos. A seguir, é
possível verificar alguns pontos levantados quando a questão é
utilização e produção desse combustível:
Vantagens: baixo índice de poluição durante a queima; não
contribui no ciclo de carbono; redução da dependência de
combustíveis fósseis; renovável.
Desvantagens: elevada demanda, requer grandes áreas de plantio;
pode haver elevação no preço dos grãos.
Produção do biodiesel
A produção do biodiesel, assim como dos demais biocombustíveis,
segue algumas etapas, garantindo que a matéria-prima (sendo a
principal delas o óleo vegetal) seja transformada no produto final. Essa
produção passa pelas etapas descritas a seguir:
 Pré-tratamento
Filtragem do óleo (matéria-prima), serve para
eliminar a água, resultando em glicerol e ácidos
graxos.
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A imagem adiante ilustra as etapas do processo produtivo do biodiesel:
Etapas do processo produtivo do biodiesel.
Além do método convencional, cuja produção do biodiesel utiliza como
matéria-prima óleos vegetais ou animais, o biodiesel também pode ser
obtido de microalgas, como já citado.
Saiba mais
 Tratamento
O ácido graxo é tratado se tornando base, e o
glicerídeo é removido.
 Reação/transesteri�cação
A base é adicionada ao álcool. Nesta etapa, a
mistura apresenta fases em que se separa o
glicerol e o biodiesel. Para essa reação, utiliza-se
um catalisador (que afeta a velocidade da reação).
 Puri�cação
Removem-se os subprodutos gerados do biodiesel.
Essa remoção pode ser feita de formas distintas,
dependendo do tipo de catalisador utilizado.
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Existem outras formas de reação do ácido graxo, como o craqueamento,
porém a mais utilizada é a transesterificação, o que se deve
principalmente ao fato de essa tecnologia ser mais difundida no país.
Hidrogênio
Hidrogênio como vetor de energia
O hidrogênio vem sendo estudado como uma possível alternativa para a
geração de energia, sendo então levantadas questões que envolvem seu
acréscimo à matriz energética. O uso do hidrogênio ganhou maior
destaque por volta do século XX, com balões e dirigíveis, sendo
realmente explorado após a Segunda Guerra Mundial, quando os
avanços científicos e tecnológicos possibilitaram a exploração de
formas alternativas de recursos energéticos.
Hidrogênio usado como energia limpa para funcionamento de turbinas solares e eólicas.
O elemento é altamente energético, mas, ao longo dos anos, observou-
se que seu estudo se voltou para aplicações militares. Ainda que seja
encontrado em abundância, o hidrogênio disponível não está em sua
forma pura, isto é, costuma estar combinado a outro elemento. Para que
seja utilizado como recurso energético, o hidrogênio precisa ser
separado dos demais, fornecendo assim o H2.
Para tanto, é necessário utilizar processos específicos como a eletrólise
(separação do hidrogênio da molécula de água), a reforma de vapor de
hidrocarbonetos, a oxidação de óleos e a oxidação de carvão. O
hidrogênio pode ser obtido de diversas fontes, como mostra a imagem a
seguir, o que faz dele uma ferramenta versátil. A separação do
hidrogênio puro dependerá da fonte primária.
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Possíveis rotas para produção e utilização do hidrogênio como vetor energético.
Diferentemente dos combustíveis fósseis, em que é necessária a
queima para que a energia seja utilizada, com o hidrogênio esse
processo ocorre com as chamadas células a combustível. Nelas haverá
uma combinação de hidrogênio com oxigênio, resultando em energia e
água, não impactando o ambiente.
Porém, um fator a ser pontuado é que atualmente o hidrogênio é
produzido principalmente a partir do gás natural, o que é bastante
poluente. O intuito é que deixe de ser produzido dessa forma, utilizando
apenas as células combustíveis. O processo produtivo é conduzido da
seguinte forma:
Hidrogênio cinza (proveniente do gás natural, contribui com altas
doses de CO2);
Hidrogênio azul;
Hidrogênio verde (desejável, proveniente de fontes renováveis).
O hidrogênio azul é um patamar intermediário entre custo e emissão degases poluentes para alcançar o combustível desejável – o verde, que
ainda é de valor elevado. A imagem a seguir representa o tal processo
desejado para o uso do hidrogênio como vetor de energia, proveniente
de fontes renováveis.
Produção e uso de hidrogênio verde.
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Implementação do hidrogênio no Brasil
A implementação do hidrogênio ainda é uma questão a ser discutida. Há
diversos desafios a serem enfrentados, como o fato de o hidrogênio não
ser uma fonte primária de energia, a questão do transporte do material,
além da logística de armazenamento e a implementação de tecnologias.
São dois os principais programas correntes no país para o incentivo ao
uso do hidrogênio como vetor energético, como veremos a seguir.
Instaurado em 2005, alguns de seus objetivos englobam:
diversificar a matriz energética; reduzir impactos ambientais e a
dependência por combustíveis fósseis; produzir hidrogênio
utilizando gás natural e fontes renováveis etc.
Iniciado em 2002, seu objetivo é desenvolver pesquisas,
implementar projetos, incentivar tecnologias de hidrogênio e de
célula a combustível, além de garantir a infraestrutura para
projetos de empresas e grupos de pesquisas da área.
Há atualmente alguns pontos críticos que são discutidos para que a
produção e o uso do hidrogênio se tornem mais eficazes e amplos,
como veremos a seguir.
Para o gás
Armazenamento: uma forma eficaz de armazenar é comprimir o
gás, porém ainda se enfrentam dificuldades para que essa tarefa
seja desempenhada no país, dada a ausência de compressores de
alta pressão para o hidrogênio. Deve-se, ainda, levar em conta as
características do elemento durante o armazenamento (em
qualquer estado, líquido ou gasoso), pois isso afeta diretamente a
segurança.
Transporte: atualmente a forma mais econômica é utilizar
gasodutos, porém a regulamentação para esse mercado ainda é
Roteiro para a estruturação da economia do hidrogênio no
Brasil 
Ciência, tecnologia e inovação para a economia do
hidrogênio 
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restrita e pode ser de alto custo, uma vez que ainda é baixa a
quantidade disponível a ser transportada.
Para o líquido
O transporte e o armazenamento são os mais simples, realizados
em tanques que podem ser móveis. Mas há ainda a falta de
regulamentação para o transporte de hidrogênio liquefeito. Ainda
existem problemas críticos quando se trata da distribuição do
gás/líquido, mesmo com o processo de separação da molécula.
Saiba mais
O Brasil foi o primeiro país da América Latina a ter uma frota de ônibus
movida a células de hidrogênio.
Hidrogênio versus biodiesel
A fim de comparar o potencial desses dois combustíveis, a tabela
seguinte contém aspectos característicos de ambos, sendo possível
comparar os benefícios de implementação, os custos dos processos
produtivos e demais fatores.
Aspectos característicos
Biodiesel
Tecnologia - Já é utilizado nos motores.
Matéria-prima - Sementes, gorduras vegetais e animais, totalmente
renovável, sem emissão de CO2.
Distribuição - Método convencional.
Armazenamento - Convencional.
Hidrogênio
Tecnologia - Ainda em fase de desenvolvimento.
Matéria-prima - Eletrólise da água ou mesmo combustíveis fósseis,
há emissão de CO2.
Distribuição - Necessita de formas específicas (alto investimento).
Armazenamento - Necessita de armazenamento especial,
altamente inflamável.
É notório que, apesar dos pontos benéficos apresentados, um dos
principais aspectos a ser pontuado é o fato de que o uso do hidrogênio
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ainda está em fase inicial. Existem aplicações, protótipos e testes,
porém as tecnologias em desenvolvimento são de valor elevado. Isso
impede que o desenvolvimento seja mais expressivo. Assim, a
comparação entre o hidrogênio e um combustível já consolidado, como
foi feito, deixa de ser justa, uma vez que o primeiro ainda não é
competitivo.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O biodiesel é um biocombustível obtido por meio de um processo
químico. Marque a seguir a alternativa correta.
Parabéns! A alternativa C está correta.
O biodiesel é um biocombustível formado de ésteres e ácidos
graxos provenientes de biomassa, orgânica ou animal. É um dos
biocombustíveis em estudo e aplicação com o intuito de
descarbonizar a matriz energética.
A
Por lei, é permitida a adição de biodiesel junto ao
diesel fóssil, mas não há obrigatoriedade.
B
O biodiesel não reduz a emissão de gás carbônico
devido ao seu processo produtivo.
C
O biodiesel é obtido de fontes renováveis, ou seja, é
um combustível sustentável.
D
O diesel é benéfico comparado ao biodiesel por ser
proveniente de fontes renováveis.
E
A adição de biodiesel ao diesel aumenta a emissão
de CO2 e a eficiência do combustível.
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Questão 2
O hidrogênio vem sendo estudado para que seja um combustível
altamente utilizado no futuro. Marque a seguir a alternativa correta.
Parabéns! A alternativa E está correta.
Entre os principais problemas enfrentados no que tange ao uso do
hidrogênio, o principal é o fato de que a extração, majoritariamente,
é proveniente do gás natural. Isso faz com que seja poluente
durante o processo de separação molecular.
Considerações �nais
O conteúdo abordado teve por objetivo apresentar novas formas
energéticas, o processo de obtenção e como vêm sendo integradas na
matriz brasileira ao longo dos anos. Foram expostas definições e
características dos biocombustíveis de uma forma geral, bem como as
classificações que recebem de acordo com a matéria-prima a ser
trabalhada, além de aspectos referentes ao uso de microalgas.
A Não é abundante.
B É fonte primária.
C A tecnologia é acessível.
D Há baixa integração na matriz.
E Seu processo de extração é poluente.
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Em seguida, vimos a apresentação de um estudo sobre as três gerações
de etanol e seu crescimento ao longo dos anos. Por fim, foi apresentado
o biodiesel e como foi implementado no mercado, bem como as
projeções de aumento já previstas para o setor automobilístico, e
também dados referentes ao estudo do hidrogênio como vetor
energético, considerado o combustível para o futuro.
Podcast
Ouça o conteúdo preparado especialmente para enriquecer o seu
conhecimento.

Explore +
Para saber mais sobre o bioetanol e as diversas matérias-primas, leia os
artigos na página da PROPEQ:
Etanol de segunda geração: o combustível do futuro?
Confira as diferenças entre etanol de milho e etanol de cana
Para acessar as informações governamentais legislativas que regem a
implementação do uso dos biocombustíveis no país, leia Produção e
fornecimento de biocombustíveis, na página do Ministério de Minas e
Energia.
Mais informações sobre a geração de energia pelo hidrogênio você
encontra pesquisando Hydrogen Solutions na página da Siemens
Energy.
Entenda um pouco mais sobre a importância do uso da biomassa para
geração de energia, em: ZEMKE P. E.; WOOD B. D.; DYE D. J.
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https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03685/index.html# 46/47
Considerations for the maximum production rates of triacylglycerol
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Referências
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hidroesterificação da biomassa das microalgas Scenedesmus
dimorphus e Nannochloropsis oculata. Rio de Janeiro: UFRJ, 2012.
BRASIL. Governo do Brasil.Produção de etanol de milho avança no país
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CANTO, K. Com a matriz energética mais renovável do mundo, Brasil
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CHISTI, Y. Biodiesel from microalgae. Biotecnology Advances, n. 25, p.
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energético no Brasil. Brasília: CGEE, 2010.
CINELLI, B. A. Produção de etanol a partir da fermentação simultânea à
hidrólise do amido granular de resíduo agroindustrial. Rio de Janeiro:
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EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Análise de conjuntura de
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Engenharia Ambiental) – Escola de Engenharia de São Carlos da
Universidade de São Paulo, São Carlos, 2010.
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