Biodiesel - Biodiesel

Um ônibus em Nebraska movido a biodiesel
Modelo de preenchimento de espaço de linoleato de metila, ou éster metílico de ácido linoléico, um éster metílico comum produzido a partir de óleo de soja ou canola e metanol
Modelo de preenchimento de espaço de estearato de etila, ou éster etílico de ácido esteárico, um éster etílico produzido a partir de óleo de soja ou canola e etanol

O biodiesel é uma forma de combustível diesel derivado de plantas ou animais e consiste em ésteres de ácidos graxos de cadeia longa . É normalmente feito por reação química de lipídios , como gordura animal ( sebo ), óleo de soja ou algum outro óleo vegetal com um álcool, produzindo um éster metílico , etílico ou propílico pelo processo de transesterificação.

Ao contrário dos óleos vegetais e residuais usados ​​para alimentar motores a diesel convertidos, o biodiesel é um biocombustível drop-in , o que significa que é compatível com os motores a diesel existentes e a infraestrutura de distribuição. No entanto, é geralmente misturado com petrodiesel (normalmente para menos de 10%), uma vez que a maioria dos motores não pode funcionar com biodiesel puro sem modificação. As misturas de biodiesel também podem ser usadas como óleo de aquecimento .

O US National Biodiesel Board define "biodiesel" como um éster monoalquil.

Misturas

Amostra de biodiesel

As misturas de biodiesel e diesel à base de hidrocarboneto convencional são mais comumente distribuídas para uso no mercado de varejo de combustível diesel. Grande parte do mundo usa um sistema conhecido como fator "B" para determinar a quantidade de biodiesel em qualquer mistura de combustível:

  • 100% biodiesel é referido como B100
  • 20% biodiesel, 80% petrodiesel é rotulado B20
  • 5% de biodiesel, 95% de petrodiesel é rotulado como B5
  • 2% de biodiesel, 98% de petrodiesel é rotulado como B2

Misturas de 20% de biodiesel e menos podem ser usadas em equipamentos diesel sem, ou apenas com pequenas modificações, embora alguns fabricantes não estendam a cobertura da garantia se o equipamento for danificado por essas misturas. As misturas B6 a B20 são cobertas pela especificação ASTM D7467. O biodiesel também pode ser usado em sua forma pura (B100), mas pode exigir certas modificações no motor para evitar problemas de manutenção e desempenho. A mistura de B100 com diesel de petróleo pode ser realizada por:

  • Mistura em tanques no ponto de fabricação antes da entrega ao caminhão-tanque
  • Mistura de respingos no caminhão-tanque (adicionando porcentagens específicas de biodiesel e diesel de petróleo)
  • Na mistura em linha, dois componentes chegam ao caminhão-tanque simultaneamente.
  • A mistura da bomba medida, os medidores de diesel de petróleo e biodiesel são definidos para o volume total X,

Formulários

Vagão Targray Biofuels transportando Biodiesel.

O biodiesel pode ser usado na forma pura (B100) ou pode ser misturado ao diesel de petróleo em qualquer concentração na maioria dos motores a diesel com bomba de injeção. Os novos motores common rail de extrema alta pressão (29.000 psi) têm limites de fábrica estritos de B5 ou B20, dependendo do fabricante. O biodiesel tem propriedades solventes diferentes do petrodiesel e irá degradar juntas e mangueiras de borracha natural em veículos (principalmente veículos fabricados antes de 1992), embora estes tendam a se desgastar naturalmente e provavelmente já terão sido substituídos por FKM , que não é reativo ao biodiesel. O biodiesel é conhecido por quebrar depósitos de resíduos nas linhas de combustível onde o petrodiesel foi usado. Como resultado, os filtros de combustível podem ficar obstruídos com partículas se uma rápida transição para o biodiesel puro for feita. Portanto, é recomendável trocar os filtros de combustível nos motores e aquecedores logo após a troca para uma mistura de biodiesel.

Distribuição

Desde a aprovação do Energy Policy Act de 2005 , o uso de biodiesel tem aumentado nos Estados Unidos. No Reino Unido, a Obrigação de Combustível para Transporte Renovável obriga os fornecedores a incluir 5% de combustível renovável em todo o combustível para transporte vendido no Reino Unido até 2010. Para o diesel rodoviário, isso efetivamente significa 5% de biodiesel (B5).

Uso veicular e aceitação do fabricante

Em 2005, a Chrysler (então parte da DaimlerChrysler) lançou o Jeep Liberty CRD diesel da fábrica no mercado europeu com misturas de 5% de biodiesel, indicando pelo menos aceitação parcial do biodiesel como um aditivo de combustível diesel aceitável. Em 2007, a DaimlerChrysler indicou sua intenção de aumentar a cobertura da garantia para misturas de biodiesel de 20% se a qualidade do biocombustível nos Estados Unidos puder ser padronizada.

O Grupo Volkswagen divulgou um comunicado indicando que vários de seus veículos são compatíveis com B5 e B100 feitos de óleo de colza e compatíveis com a norma EN 14214 . O uso do tipo de biodiesel especificado em seus carros não anula nenhuma garantia.

A Mercedes Benz não permite combustíveis diesel contendo mais de 5% de biodiesel (B5) devido a preocupações com "deficiências de produção". Quaisquer danos causados ​​pelo uso de tais combustíveis não aprovados não serão cobertos pela Garantia Limitada Mercedes-Benz.

A partir de 2004, a cidade de Halifax, na Nova Escócia, decidiu atualizar seu sistema de ônibus para permitir que a frota de ônibus urbanos funcionasse inteiramente com biodiesel à base de óleo de peixe. Isso causou à cidade alguns problemas mecânicos iniciais, mas após vários anos de refino, toda a frota foi convertida com sucesso.

Em 2007, o McDonald's do Reino Unido anunciou que começaria a produzir biodiesel a partir do óleo residual de seus restaurantes. Esse combustível seria usado para movimentar sua frota.

O Chevy Cruze Clean Turbo Diesel 2014, direto da fábrica, será classificado para compatibilidade de biodiesel até B20 (mistura de 20% de biodiesel / 80% de diesel regular)

Uso de ferrovia

Locomotiva a biodiesel e seu tanque de combustível externo na Mount Washington Cog Railway

A companhia ferroviária britânica Virgin Trains West Coast afirmou ter operado o primeiro "trem de biodiesel" do Reino Unido, quando um Classe 220 foi convertido para funcionar com 80% de petrodiesel e 20% de biodiesel.

O British Royal Train em 15 de setembro de 2007 completou sua primeira viagem com combustível 100% biodiesel fornecido pela Green Fuels Ltd. Prince Charles e o diretor administrativo da Green Fuels, James Hygate, foram os primeiros passageiros em um trem movido inteiramente a combustível biodiesel. Desde 2007, o Royal Train opera com sucesso no B100 (100% biodiesel). Um documento oficial do governo também propôs converter grande parte das ferrovias do Reino Unido em biodiesel, mas a proposta foi posteriormente rejeitada em favor de mais eletrificação.

Da mesma forma, uma ferrovia estatal de linhas curtas no leste de Washington fez um teste de mistura de 25% de biodiesel / 75% de petrodiesel durante o verão de 2008, comprando combustível de um produtor de biodiesel localizado ao longo dos trilhos da ferrovia. O trem será movido a biodiesel feito em parte da canola cultivada em regiões agrícolas por onde passa a linha curta.

Também em 2007, a Disneylândia começou a operar os trens do parque no B98 (98% de biodiesel). O programa foi interrompido em 2008 devido a problemas de armazenamento, mas em janeiro de 2009, foi anunciado que o parque passaria a operar todos os trens com biodiesel fabricado a partir de seus próprios óleos de cozinha usados. Esta é uma mudança em relação ao funcionamento dos trens com biodiesel à base de soja.

Em 2007, a histórica Mt. Washington Cog Railway adicionou a primeira locomotiva a biodiesel à sua frota de locomotivas totalmente a vapor. A frota escalou as encostas ocidentais do Monte Washington em New Hampshire desde 1868 com uma subida vertical de pico de 37,4 graus.

Em 8 de julho de 2014, o então ministro indiano das ferrovias, DV Sadananda Gowda, anunciou em Railway Budget que 5% de biodiesel será usado nos motores a diesel da Indian Railways.

Uso de aeronaves

Um vôo de teste foi executado por um avião a jato tcheco totalmente movido a biodiesel. Outros voos recentes a jato usando biocombustível , no entanto, têm usado outros tipos de combustíveis renováveis.

Em 7 de novembro de 2011, a United Airlines realizou o primeiro vôo comercial do mundo em um biocombustível derivado de micróbios usando Solajet ™, o combustível renovável de aviação derivado de algas da Solazyme . O avião Eco-skies Boeing 737-800 foi abastecido com 40% de Solajet e 60% de combustível de aviação derivado do petróleo. O voo comercial Eco-skies 1403 decolou do aeroporto IAH de Houston às 10h30 e pousou no aeroporto ORD de Chicago às 13h03.

Em setembro de 2016, a transportadora de bandeira holandesa KLM contratou a AltAir Fuels para fornecer biocombustível a todos os voos da KLM que partiam do Aeroporto Internacional de Los Angeles. Pelos próximos três anos, a Paramount, empresa com sede na Califórnia, bombeará biocombustível diretamente para o aeroporto de sua refinaria próxima.

Como óleo de aquecimento

O biodiesel também pode ser usado como combustível de aquecimento em caldeiras domésticas e comerciais, uma mistura de óleo de aquecimento e biocombustível que é padronizado e tributado de forma ligeiramente diferente do combustível diesel usado para transporte. Combustível de bioaquecimento é uma mistura patenteada de biodiesel e óleo de aquecimento tradicional. Bioheat é uma marca registrada do National Biodiesel Board [NBB] e da National Oilheat Research Alliance [NORA] nos Estados Unidos, e Columbia Fuels no Canadá. O biodiesel de aquecimento está disponível em várias misturas. A ASTM 396 reconhece misturas de até 5 por cento de biodiesel como equivalentes ao óleo de aquecimento de petróleo puro. Misturas de níveis mais altos de até 20% de biocombustível são usadas por muitos consumidores. Pesquisas estão em andamento para determinar se essas misturas afetam o desempenho.

Os fornos mais antigos podem conter peças de borracha que seriam afetadas pelas propriedades de solvente do biodiesel, mas podem queimar o biodiesel sem qualquer conversão necessária. Deve-se ter cuidado, pois os vernizes deixados pelo petrodiesel serão liberados e podem entupir os tubos - a filtragem do combustível e a substituição imediata do filtro são necessárias. Outra abordagem é começar a usar o biodiesel como uma mistura, e diminuir a proporção do petróleo ao longo do tempo pode permitir que os vernizes saiam mais gradualmente e tenham menos probabilidade de entupir. Devido às fortes propriedades de solvente do biodiesel, o forno é limpo e geralmente se torna mais eficiente.

Uma lei aprovada pelo governador de Massachusetts , Deval Patrick, exige que todo o diesel para aquecimento doméstico naquele estado seja 2% biocombustível até 1º de julho de 2010 e 5% biocombustível até 2013. A cidade de Nova York aprovou uma lei semelhante.

Limpeza de derramamentos de óleo

Com 80-90% dos custos de derramamento de óleo investidos na limpeza da costa, há uma busca por métodos mais eficientes e econômicos para extrair derramamentos de óleo da costa. O biodiesel tem demonstrado sua capacidade de dissolver significativamente o petróleo bruto, dependendo da origem dos ácidos graxos. Em um ambiente de laboratório, sedimentos oleados que simulavam linhas costeiras poluídas foram pulverizados com uma única camada de biodiesel e expostos a marés simuladas. O biodiesel é um solvente eficaz para o óleo devido ao seu componente éster metílico, que reduz consideravelmente a viscosidade do óleo cru. Além disso, tem uma flutuabilidade maior do que o petróleo bruto, o que mais tarde auxilia na sua remoção. Como resultado, 80% do óleo foi removido da calçada e da areia fina, 50% da areia grossa e 30% do cascalho. Uma vez que o óleo é liberado da costa, a mistura de óleo e biodiesel é removida manualmente da superfície da água com escumadeiras. Qualquer mistura restante é facilmente decomposta devido à alta biodegradabilidade do biodiesel e ao aumento da exposição da área de superfície da mistura.

Biodiesel em geradores

O biodiesel também é usado em geradores de aluguel

Em 2001, a UC Riverside instalou um sistema de energia reserva de 6 megawatts que é totalmente movido a biodiesel. Os geradores de reserva a diesel permitem que as empresas evitem apagões prejudiciais de operações críticas às custas de altas taxas de poluição e emissão. Ao usar o B100, esses geradores foram capazes de eliminar essencialmente os subprodutos que resultam em emissões de smog, ozônio e enxofre. O uso desses geradores em áreas residenciais em torno de escolas, hospitais e o público em geral resulta em reduções substanciais de monóxido de carbono venenoso e material particulado.

Contexto histórico

Rudolf Diesel

A transesterificação de um óleo vegetal foi realizada já em 1853 por Patrick Duffy, quatro décadas antes de o primeiro motor a diesel se tornar funcional. O modelo principal de Rudolf Diesel , um único cilindro de ferro de 10 pés (3,05 m) com um volante em sua base, funcionou com sua própria energia pela primeira vez em Augsburg , Alemanha, em 10 de agosto de 1893, funcionando com nada além de óleo de amendoim . Em memória deste evento, o dia 10 de agosto foi declarado " Dia Internacional do Biodiesel ".

É freqüentemente relatado que Diesel projetou seu motor para funcionar com óleo de amendoim, mas este não é o caso. Diesel afirmou em seus artigos publicados, "na Exposição de Paris em 1900 ( Exposition Universelle ) foi mostrado pela Otto Company um pequeno motor Diesel, que, a pedido do governo francês, funcionava com arachide (amendoim ou amendoim) ) óleo (ver biodiesel), e funcionava tão bem que poucas pessoas sabiam disso. O motor foi construído para usar óleo mineral, e depois foi trabalhado com óleo vegetal sem nenhuma alteração. O governo francês da época pensava de testar a aplicabilidade à produção de energia do Arachide, ou castanha-da-terra, que cresce em quantidades consideráveis ​​em suas colônias africanas e pode ser facilmente cultivado lá. " O próprio Diesel posteriormente conduziu testes relacionados e pareceu apoiar a ideia. Em um discurso de 1912, Diesel disse, "o uso de óleos vegetais para combustíveis de motor pode parecer insignificante hoje, mas tais óleos podem se tornar, com o passar do tempo, tão importantes quanto o petróleo e os produtos de alcatrão de hulha da atualidade."

Apesar do uso generalizado de combustíveis diesel derivados de petróleo, o interesse por óleos vegetais como combustíveis para motores de combustão interna foi relatado em vários países durante as décadas de 1920 e 1930 e, posteriormente, durante a Segunda Guerra Mundial . Bélgica , França, Itália, Reino Unido, Portugal , Alemanha, Brasil , Argentina , Japão e China testaram e usaram óleos vegetais como combustível diesel durante esse período. Alguns problemas operacionais foram relatados devido à alta viscosidade dos óleos vegetais em comparação ao óleo diesel de petróleo, o que resulta em má atomização do combustível no spray de combustível e muitas vezes leva a depósitos e coqueificação dos injetores, câmara de combustão e válvulas. As tentativas de superar esses problemas incluíram aquecimento do óleo vegetal, mistura com óleo diesel derivado do petróleo ou etanol, pirólise e craqueamento dos óleos.

Em 31 de agosto de 1937, G. Chavanne da Universidade de Bruxelas (Bélgica) obteve a patente de um "Procedimento para a transformação de óleos vegetais para uso como combustíveis" (fr. " Procédé de Transformation d'Huiles Végétales en Vue de Leur Utilization comme Carburants "), Patente Belga 422.877. Esta patente descreveu a alcoólise (freqüentemente referida como transesterificação) de óleos vegetais usando etanol (e menciona metanol) a fim de separar os ácidos graxos do glicerol, substituindo o glicerol por álcoois lineares curtos. Esse parece ser o primeiro relato da produção do que hoje se conhece como "biodiesel". Isso é semelhante (cópia) aos métodos patenteados usados ​​no século 18 para fazer óleo de lâmpada, e pode ser inspirado por algumas lâmpadas de óleo históricas antigas, em alguns lugares.

Mais recentemente, em 1977, o cientista brasileiro Expedito Parente inventou e patenteou o primeiro processo industrial para a produção de biodiesel. Este processo é classificado como biodiesel pelas normas internacionais, conferindo “identidade e qualidade padronizadas. Nenhum outro biocombustível proposto foi validado pela indústria automotiva”. A partir de 2010, a empresa Parente Tecbio está trabalhando com a Boeing e a NASA para certificar o bioquerosene (bioquerosene), outro produto produzido e patenteado pelo cientista brasileiro.

A pesquisa sobre o uso de óleo de girassol transesterificado e seu refino de acordo com os padrões do combustível diesel foi iniciada na África do Sul em 1979. Em 1983, o processo de produção de biodiesel testado em motores com qualidade de combustível foi concluído e publicado internacionalmente. Uma empresa austríaca, Gaskoks, obteve a tecnologia dos engenheiros agrícolas sul-africanos; a empresa ergueu a primeira planta piloto de biodiesel em novembro de 1987 e a primeira planta em escala industrial em abril de 1989 (com capacidade de 30.000 toneladas de colza por ano).

Ao longo da década de 1990, fábricas foram abertas em muitos países europeus, incluindo a República Tcheca , Alemanha e Suécia . A França lançou a produção local de combustível biodiesel (referido como diéster ) a partir do óleo de colza, que é misturado ao óleo diesel comum a um nível de 5%, e ao combustível diesel usado por algumas frotas cativas (por exemplo, transporte público ) a um nível de 30%. A Renault , a Peugeot e outros fabricantes têm motores de caminhão certificados para uso com até esse nível de biodiesel parcial; experimentos com 50% de biodiesel estão em andamento. No mesmo período, nações de outras partes do mundo também viram o início da produção local de biodiesel: em 1998, o Instituto Austríaco de Biocombustíveis identificou 21 países com projetos comerciais de biodiesel. 100% biodiesel está agora disponível em muitas estações de serviço normais em toda a Europa.

Propriedades

O biodiesel tem propriedades lubrificantes promissoras e índices de cetano em comparação com os combustíveis diesel com baixo teor de enxofre. Combustíveis com maior lubricidade podem aumentar a vida útil de equipamentos de injeção de combustível de alta pressão que dependem do combustível para sua lubrificação. Dependendo do motor, isso pode incluir bombas de injeção de alta pressão, injetores de bomba (também chamados de injetores de unidade ) e injetores de combustível .

Mercedes a diesel mais antigas são populares para funcionar com biodiesel.

O valor calorífico do biodiesel é de cerca de 37,27 MJ / kg. Isso é 9% menor do que o petrodiesel número 2 regular. As variações na densidade de energia do biodiesel dependem mais da matéria-prima usada do que do processo de produção. Ainda assim, essas variações são menores do que para o petrodiesel. Tem sido afirmado que o biodiesel oferece melhor lubrificação e combustão mais completa, aumentando assim a produção de energia do motor e compensando parcialmente a densidade de energia mais alta do petrodiesel.

A cor do biodiesel varia do dourado ao marrom escuro, dependendo do método de produção. É ligeiramente miscível com água, tem alto ponto de ebulição e baixa pressão de vapor . O ponto de inflamação do biodiesel excede 130 ° C (266 ° F), significativamente mais alto do que o do diesel de petróleo, que pode ser tão baixo quanto 52 ° C (126 ° F). O biodiesel tem densidade de ~ 0,88 g / cm³, maior que o petrodiesel (~ 0,85 g / cm³).

O biodiesel praticamente não contém enxofre e é frequentemente usado como aditivo ao combustível diesel com teor ultrabaixo de enxofre (ULSD) para auxiliar na lubrificação, já que os compostos de enxofre no petrodiesel fornecem grande parte da lubricidade.

Eficiência do combustível

A produção de energia do biodiesel depende de sua mistura, qualidade e condições de carga nas quais o combustível é queimado. A eficiência térmica, por exemplo, de B100 em comparação com B20 irá variar devido ao conteúdo de energia diferente das várias misturas. A eficiência térmica de um combustível é baseada em parte nas características do combustível, como: viscosidade , densidade específica e ponto de inflamação ; essas características mudarão à medida que as misturas, bem como a qualidade do biodiesel, variam. A American Society for Testing and Materials estabeleceu padrões para julgar a qualidade de uma determinada amostra de combustível.

Um estudo descobriu que a eficiência térmica do freio do B40 era superior à contraparte tradicional do petróleo em taxas de compressão mais altas (essa eficiência térmica do freio mais alta foi registrada em taxas de compressão de 21: 1). Observou-se que, à medida que as taxas de compressão aumentavam, a eficiência de todos os tipos de combustível - bem como das misturas em teste - aumentava; embora tenha sido descoberto que uma mistura de B40 era a mais econômica em uma taxa de compressão de 21: 1 sobre todas as outras misturas. O estudo implicou que esse aumento na eficiência foi devido à densidade do combustível, viscosidade e valores de aquecimento dos combustíveis.

Combustão

Os sistemas de combustível em alguns motores a diesel modernos não foram projetados para acomodar o biodiesel, enquanto muitos motores pesados ​​são capazes de funcionar com misturas de biodiesel até o B20. Os sistemas tradicionais de injeção direta de combustível operam a cerca de 3.000 psi na ponta do injetor, enquanto o sistema de combustível common rail moderno opera a mais de 30.000 psi na ponta do injetor. Os componentes são projetados para operar em uma grande faixa de temperatura, desde abaixo do ponto de congelamento até mais de 1.000 ° F (560 ° C). Espera-se que o óleo diesel queime com eficiência e produza o mínimo de emissões possível. À medida que os padrões de emissão estão sendo introduzidos nos motores a diesel, a necessidade de controlar as emissões prejudiciais está sendo projetada nos parâmetros dos sistemas de combustível do motor a diesel. O sistema de injeção em linha tradicional é mais indulgente com os combustíveis de qualidade inferior, em oposição ao sistema de combustível common rail. As pressões mais altas e as tolerâncias mais estreitas do sistema common rail permitem maior controle sobre a atomização e o tempo de injeção. Este controle de atomização, bem como de combustão, permite maior eficiência dos motores a diesel modernos, bem como maior controle sobre as emissões. Os componentes de um sistema de combustível diesel interagem com o combustível de forma a garantir a operação eficiente do sistema de combustível e, portanto, do motor. Se um combustível fora das especificações for introduzido em um sistema que possui parâmetros específicos de operação, a integridade de todo o sistema de combustível pode ser comprometida. Alguns desses parâmetros, como padrão de spray e atomização, estão diretamente relacionados ao tempo de injeção.

Um estudo descobriu que durante a atomização, o biodiesel e suas misturas produziram gotículas de diâmetro maior do que as gotículas produzidas pelo petrodiesel tradicional. As gotas menores foram atribuídas à menor viscosidade e tensão superficial do óleo diesel tradicional. Verificou-se que as gotículas na periferia do padrão de pulverização eram maiores em diâmetro do que as gotículas no centro. Isso foi atribuído à queda de pressão mais rápida na borda do padrão de pulverização; houve uma relação proporcional entre o tamanho da gota e a distância da ponta do injetor. Verificou-se que o B100 teve a maior penetração do spray, o que foi atribuído à maior densidade do B100. Ter um tamanho de gota maior pode levar a ineficiências na combustão, aumento de emissões e redução de cavalos de força. Em outro estudo, verificou-se que há um pequeno atraso na injeção ao injetar biodiesel. Este atraso na injeção foi atribuído à maior viscosidade do Biodiesel. Observou-se que a maior viscosidade e o maior índice de cetano do biodiesel em relação ao petrodiesel tradicional levam a uma atomização insuficiente, bem como à penetração da mistura com o ar durante o período de retardo de ignição. Outro estudo observou que esse atraso de ignição pode ajudar na diminuição da emissão de NOx .

Emissões

As emissões são inerentes à combustão de combustíveis diesel regulamentados pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos ( EPA ). Como essas emissões são um subproduto do processo de combustão, para garantir a conformidade com a EPA, um sistema de combustível deve ser capaz de controlar a combustão dos combustíveis, bem como a mitigação das emissões. Há uma série de novas tecnologias sendo implementadas para controlar a produção de emissões de diesel. O sistema de recirculação dos gases de escape , EGR, e o filtro de partículas diesel , DPF, são projetados para mitigar a produção de emissões prejudiciais.

Um estudo realizado pela Universidade Nacional Chonbuk concluir-se que uma mistura biodiesel B30 reduzida de monóxido de carbono das emissões de cerca de 83% e partículas em emissões por cerca de 33%. As emissões de NOx , no entanto, aumentaram sem a aplicação de um sistema EGR. O estudo também concluiu que, com o EGR, uma mistura de biodiesel B20 reduziu consideravelmente as emissões do motor. Além disso, a análise do California Air Resources Board descobriu que o biodiesel teve as menores emissões de carbono dos combustíveis testados, sendo diesel com baixíssimo teor de enxofre , gasolina, etanol à base de milho , gás natural comprimido e cinco tipos de biodiesel de matérias-primas variadas . Suas conclusões também mostraram grande variação nas emissões de carbono do biodiesel com base na matéria-prima utilizada. De soja , sebo , canola , milho e óleo de cozinha usado , a soja apresentou as maiores emissões de carbono, enquanto o óleo de cozinha usado produziu a menor.

Ao estudar o efeito do biodiesel em filtros de particulado de diesel , verificou-se que embora a presença de carbonatos de sódio e potássio auxilie na conversão catalítica de cinzas, como os particulados de diesel são catalisados, eles podem se reunir dentro do DPF e, assim, interferir nas folgas do filtro. Isso pode causar o entupimento do filtro e interferir no processo de regeneração. Em um estudo sobre o impacto das taxas de EGR com misturas de biodiesel de jatropa, foi demonstrado que houve uma diminuição na eficiência de combustível e na produção de torque devido ao uso de biodiesel em um motor diesel projetado com um sistema EGR. Verificou-se que as emissões de CO e CO2 aumentaram com um aumento na recirculação dos gases de escape, mas os níveis de NOx diminuíram. O nível de opacidade das misturas de jatropa estava em uma faixa aceitável, onde o diesel tradicional estava fora dos padrões aceitáveis. Foi demonstrado que uma redução nas emissões de Nox poderia ser obtida com um sistema EGR. Este estudo mostrou uma vantagem sobre o diesel tradicional dentro de uma certa faixa de operação do sistema EGR.

A partir de 2017, os combustíveis de biodiesel misturados (especialmente B5, B8 e B20) são usados ​​regularmente em muitos veículos pesados, especialmente ônibus de trânsito em cidades dos EUA. A caracterização das emissões de exaustão mostrou reduções de emissões significativas em comparação com o diesel comum.

Compatibilidade de material

  • Plásticos: o polietileno de alta densidade (HDPE) é compatível, mas o cloreto de polivinila (PVC) é degradado lentamente. O poliestireno é dissolvido em contato com o biodiesel.
  • Metais: o biodiesel (como o metanol ) tem efeito sobre os materiais à base de cobre (por exemplo, latão) e também afeta o zinco, o estanho, o chumbo e o ferro fundido. Os aços inoxidáveis ​​(316 e 304) e o alumínio não são afetados.
  • Borracha: o biodiesel também afeta os tipos de borrachas naturais encontradas em alguns componentes mais antigos do motor. Estudos também descobriram que elastômeros fluorados (FKM) curados com peróxido e óxidos de metais básicos podem ser degradados quando o biodiesel perde sua estabilidade causada pela oxidação. As borrachas sintéticas comumente usadas FKM-GBL-S e FKM-GF-S encontradas em veículos modernos foram encontradas para lidar com biodiesel em todas as condições.

Padrões técnicos

O biodiesel tem vários padrões de qualidade, incluindo o padrão europeu EN 14214 , ASTM International D6751 e outros.

Gelificação de baixa temperatura

Quando o biodiesel é resfriado abaixo de um certo ponto, algumas das moléculas se agregam e formam cristais. O combustível começa a parecer turvo quando os cristais se tornam maiores do que um quarto dos comprimentos de onda da luz visível - este é o ponto de nuvem (CP). À medida que o combustível é resfriado ainda mais, esses cristais se tornam maiores. A temperatura mais baixa na qual o combustível pode passar por um filtro de 45 micrômetros é o ponto de entupimento do filtro frio (CFPP). À medida que o biodiesel é resfriado ainda mais, ele gelificará e solidificará. Na Europa, existem diferenças nos requisitos do CFPP entre os países. Isso se reflete nos diferentes padrões nacionais desses países. A temperatura na qual o biodiesel puro (B100) começa a gelificar varia significativamente e depende da mistura de ésteres e, portanto, do óleo de matéria-prima usado para produzir o biodiesel. Por exemplo, o biodiesel produzido a partir de variedades de sementes de canola com baixo teor de ácido erúcico (RME) começa a gelificar a aproximadamente −10 ° C (14 ° F). O biodiesel produzido a partir do sebo bovino e do óleo de palma tende a gelificar em torno de 16 ° C (61 ° F) e 13 ° C (55 ° F), respectivamente. Existem vários aditivos disponíveis no mercado que reduzem significativamente o ponto de fluidez e o ponto de entupimento do filtro frio do biodiesel puro. A operação no inverno também é possível misturando biodiesel com outros óleos combustíveis, incluindo combustível diesel com baixo teor de enxofre nº 2 e diesel / querosene nº 1 .

Outra abordagem para facilitar o uso de biodiesel em condições frias é empregar um segundo tanque de combustível para biodiesel, além do tanque de combustível diesel padrão. O segundo tanque de combustível pode ser isolado e uma bobina de aquecimento usando o líquido de arrefecimento do motor é colocada no tanque. Os tanques de combustível podem ser trocados quando o combustível estiver suficientemente quente. Um método semelhante pode ser usado para operar veículos a diesel usando óleo vegetal puro.

Contaminação por água

O biodiesel pode conter pequenas mas problemáticas quantidades de água. Embora seja apenas ligeiramente miscível com água, é higroscópico . Uma das razões pelas quais o biodiesel pode absorver água é a persistência de mono e diglicerídeos que sobraram de uma reação incompleta. Essas moléculas podem atuar como um emulsificante, permitindo que a água se misture com o biodiesel. Além disso, pode haver água residual no processamento ou resultante da condensação do tanque de armazenamento . A presença de água é um problema porque:

  • A água reduz o calor da combustão do combustível , causando fumaça, partida mais difícil e potência reduzida .
  • A água causa corrosão dos componentes do sistema de combustível (bombas, linhas de combustível, etc.)
  • Micróbios na água fazem com que os filtros de elemento de papel no sistema apodreçam e falhem, causando falha na bomba de combustível devido à ingestão de partículas grandes.
  • A água congela para formar cristais de gelo que fornecem locais para nucleação , acelerando a gelificação do combustível.
  • A água causa corrosão nos pistões.

Anteriormente, a quantidade de biodiesel contaminante da água era difícil de medir por meio de amostras, uma vez que a água e o óleo se separam. No entanto, agora é possível medir o conteúdo de água usando sensores de água no óleo.

A contaminação da água também é um problema potencial ao usar certos catalisadores químicos envolvidos no processo de produção, reduzindo substancialmente a eficiência catalítica de catalisadores básicos (pH alto), como o hidróxido de potássio . No entanto, a metodologia de produção de metanol supercrítica, por meio da qual o processo de transesterificação da matéria-prima de óleo e metanol é efetuado sob alta temperatura e pressão, mostrou ser amplamente afetada pela presença de contaminação da água durante a fase de produção.

Disponibilidade e preços

Em alguns países, o biodiesel é mais barato que o diesel convencional

A produção global de biodiesel atingiu 3,8 milhões de toneladas em 2005. Aproximadamente 85% da produção de biodiesel veio da União Europeia.

Em 2007, nos Estados Unidos, os preços médios de varejo (na bomba), incluindo impostos federais e estaduais sobre combustíveis , de B2 / B5 eram mais baixos do que o diesel de petróleo em cerca de 12 centavos, e as misturas de B20 eram as mesmas do petrodiesel. No entanto, como parte de uma mudança dramática nos preços do diesel, em julho de 2009, o DOE dos EUA relatava custos médios de B20 15 centavos por galão mais altos do que o diesel de petróleo ($ 2,69 / gal vs. $ 2,54 / gal). O B99 e o B100 geralmente custam mais do que o petrodiesel, exceto quando os governos locais fornecem incentivos fiscais ou subsídios. No mês de outubro de 2016, o Biodiesel (B20) estava 2 centavos mais baixo / galão do que o petrodiesel.

Produção

O biodiesel é comumente produzido pela transesterificação do óleo vegetal ou matéria-prima de 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 lote comum, catalisadores heterogêneos, supercríticos processos, métodos ultrassônicos e até métodos de microondas.

Quimicamente, transesterificado biodiesel compreende uma mistura de mono alquilo de ésteres de cadeia longa de ácidos gordos . A forma mais comum usa metanol (convertido em metóxido de sódio) para produzir ésteres metílicos (comumente referido como Éster Metílico de Ácido Graxo - FAME), pois é o álcool mais barato disponível, embora o etanol possa ser usado para produzir um éster etílico (comumente referido como como éster etílico de ácidos graxos - FAEE), biodiesel e álcoois superiores, como isopropanol e butanol , também têm sido usados. 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 de 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 puro , 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 a partir de insumos de combustíveis fósseis. No entanto, existem fontes de metanol renováveis feitas a partir de 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, o que auxiliava na economia do processo como um todo. No entanto, com o aumento da produção global de biodiesel, o preço de mercado desse 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 (consulte o intermediário químico no artigo da Wikipedia " Glicerol "). Uma iniciativa no Reino Unido é o Desafio do Glicerol.

Normalmente, esse glicerol bruto deve ser purificado, normalmente por destilação a vácuo. Isso consome bastante 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 da Ashland Inc. e da Cargill anunciou planos para fazer propilenoglicol na Europa a partir do 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 média de crescimento anual de 2002 a 2006 de mais de 40%. Para o ano de 2006, o último para o qual os números reais de produção puderam ser obtidos, 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 de toneladas foram da Alemanha) e a maior parte do restante dos EUA. Em 2008, a produção apenas na Europa aumentou para 7,8 milhões de toneladas. Em julho de 2009, uma tarifa foi adicionada ao biodiesel importado americano na União Européia, a fim de equilibrar a competição dos produtores europeus, especialmente alemães. A capacidade para 2008 na Europa totalizou 16 milhões de toneladas. Isso se compara a uma demanda total de 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 fins 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 . Em 2018, a Indonésia é o maior fornecedor mundial de biocombustível à base de palmito, com produção anual de 3,5 milhões de toneladas e espera-se que exporte cerca de 1 milhão de toneladas de biodiesel.

A produção de biodiesel nos Estados Unidos em 2011 trouxe o setor a um novo marco. De acordo com o Padrão de Combustíveis Renováveis ​​da EPA, metas foram implementadas para as plantas 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 de final de ano divulgados pela EPA, a produção de biodiesel em 2011 atingiu mais de 1 bilhão de galões. Este número de produção excedeu em muito a meta de 800 milhões de galões definida pela EPA. A produção projetada para 2020 é de quase 12 bilhões de galões.

Matérias-primas para biodiesel

Uma variedade de óleos pode ser usada para produzir biodiesel. Esses incluem:

Muitos defensores sugerem que o óleo vegetal residual é a melhor fonte de óleo para produzir biodiesel, mas como a oferta disponível é drasticamente menor do que a quantidade de combustível à base de petróleo que é queimado para transporte e aquecimento doméstico no mundo, esta solução local não poderia escala à taxa atual de consumo.

As gorduras animais são um subproduto da produção e do cozimento da carne. Embora não seja eficiente criar animais (ou pescar) simplesmente pela gordura, o aproveitamento do subproduto agrega valor à pecuária (suínos, bovinos, aves). Hoje, as instalações de biodiesel com múltiplas matérias-primas estão produzindo biodiesel de alta qualidade à base de gordura animal. Atualmente, uma fábrica de 5 milhões de dólares está sendo construída nos Estados Unidos, com a intenção de produzir 11,4 milhões de litros (3 milhões de galões) de biodiesel a partir de parte do estimado 1 bilhão de kg (2,2 bilhões de libras) de gordura de frango produzidos anualmente no local Planta avícola Tyson. Da mesma forma, algumas fábricas de biodiesel em pequena escala usam óleo de peixe residual como matéria-prima. Um projeto financiado pela UE (ENERFISH) sugere que em uma fábrica vietnamita para produzir biodiesel de bagre (basa, também conhecido como pangasius), uma produção de 13 toneladas / dia de biodiesel pode ser produzida a partir de 81 toneladas de resíduos de peixe (por sua vez, resultando de 130 toneladas de peixes). Este projeto utiliza o biodiesel para abastecer uma unidade de cogeração na planta de processamento de pescado, principalmente para abastecer a planta de congelamento de pescado.

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 grande 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 óleo combustível para transporte diesel e aquecimento doméstico estimado utilizado nos Estados Unidos é de cerca de 160 milhões de toneladas (350 mil milhões de libras) de acordo com a Administração de Informação de Energia , 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 terra arável dos EUA (470 milhões de acres, ou 1,9 milhão de quilômetros quadrados) fosse dedicada à produção de biodiesel a partir da soja, isso forneceria quase os 160 milhões de toneladas necessárias (assumindo um otimista 98 ​​gal / acre de biodiesel dos EUA) . Esta área de terra poderia, em princípio, ser reduzida significativamente com o uso de algas, se os obstáculos pudessem ser superados. O DOE dos EUA estima que se o combustível de algas substituísse todo o combustível de petróleo nos Estados Unidos, seriam necessários 15.000 milhas quadradas (39.000 quilômetros quadrados), o que é alguns milhares de milhas quadradas maior do que Maryland , ou 30% maior do que a área da Bélgica , assumindo um rendimento de 140 toneladas / hectare (15.000 gal / acre dos EUA). Dada uma produção mais realista de 36 toneladas / hectare (3.834 gal / acre dos EUA), a área necessária é de cerca de 152.000 quilômetros quadrados, ou aproximadamente igual à do estado da Geórgia ou da Inglaterra e País de Gales. As vantagens das algas são que podem ser cultivadas em terras não aráveis, como desertos ou em ambientes marinhos, e a produção potencial de óleo é muito maior do que nas plantas.

Produção

A eficiência do rendimento da matéria-prima por unidade de área afeta a viabilidade de aumentar a produção até os enormes níveis industriais necessários para alimentar uma porcentagem significativa de veículos.

Alguns rendimentos típicos
Cortar Produção
L / ha US 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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  2. ^ Makareviciene et al., "Opportunities for the use of chufa sedge in biodiesel production",
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  4. ^ Kitani, Osamu, "Volume V: Engenharia de Energia e Biomassa,
    CIGR Handbook of Agricultural Engineering", Amer Society of Agricultural, 1999.

A produção de combustível de algas ainda não foi determinada com precisão, mas o DOE disse que as algas produzem 30 vezes mais energia por acre do que as culturas terrestres, como a soja. Rendimentos de 36 toneladas / hectare são considerados práticos por Ami Ben-Amotz, do Instituto de Oceanografia de Haifa , que cultiva algas comercialmente há mais de 20 anos.

A Jatropha foi citada como uma fonte de biodiesel de alto rendimento, mas os rendimentos são altamente dependentes das condições climáticas e do solo. As estimativas mais baixas colocam o rendimento em cerca de 200 gal / acre (1,5-2 toneladas por hectare) por safra; em climas mais favoráveis, foram alcançadas duas ou mais safras por ano. É cultivado nas Filipinas , Mali e Índia , é resistente à seca e pode dividir espaço com outras culturas de rendimento, como café, açúcar, frutas e vegetais. É adequado para terras semi-áridas e pode contribuir para desacelerar a desertificação , de acordo com seus defensores.

Eficiência e argumentos econômicos

Biodiesel puro (B-100) feito de soja

De acordo com um estudo realizado pelos drs. Van Dyne e Raymer para a Autoridade do Vale do Tennessee , a fazenda média dos EUA consome combustível a uma taxa de 82 litros por hectare (8,75 US gal / acre) de terra para produzir uma safra. No entanto, as safras médias de colza produzem óleo a uma taxa média de 1.029 L / ha (110 US gal / acre), e os 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 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 colheita for utilizada para a produção de energia, a eficiência geral desta cadeia é atualmente de cerca de 1%. Embora isso possa ser comparado desfavoravelmente com a energia solar células combinadas com um trem de força elétrico, o biodiesel é menos caro para implantar (as células solares custam aproximadamente US $ 250 por metro quadrado) e transporte (os veículos elétricos requerem baterias que atualmente têm uma densidade de energia muito menor do que os 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 do ponto de vista econômico. Fatores adicionais devem ser levados em consideração, tais como: o combustível equivalente à energia necessária para o processamento, o rendimento do combustível do óleo bruto, o retorno do cultivo de alimentos, o efeito do biodiesel sobre os preços dos alimentos e o custo relativo do biodiesel versus petrodiesel, poluição da água pelo escoamento de fazendas, esgotamento do solo e os custos externalizados da interferência política e militar em países produtores de petróleo com o objetivo de controlar o preço do petrodiesel.

O debate sobre o balanço energético do biodiesel continua. A transição total para os biocombustíveis pode exigir imensas extensões de terra se forem utilizadas culturas alimentares tradicionais (embora possam ser utilizadas culturas não alimentares ). O problema seria especialmente grave para nações com grandes economias, uma vez que o consumo de energia varia com a produção econômica.

Se usarem apenas plantas alimentícias tradicionais, a maioria dessas nações não terá terra arável suficiente para produzir biocombustível para os veículos nacionais. Nações com economias menores (portanto, menos consumo de energia) e mais terras aráveis ​​podem estar em melhores situações, embora muitas regiões não possam se dar ao luxo de desviar terras da produção de alimentos.

Para os países do terceiro mundo , as fontes de biodiesel que usam terras marginais podem fazer mais sentido; por exemplo, nozes pongam oleaginosas cultivadas ao longo de estradas ou jatropha cultivada 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 atender à crescente demanda de biodiesel na Europa e em outros mercados. Cientistas demonstraram que a remoção da floresta tropical para plantações de palmeiras não é ecologicamente correta, uma vez que a expansão das plantações de dendezeiros representa uma ameaça à floresta tropical natural e à biodiversidade.

Estima-se na Alemanha que o óleo de palma diesel representa 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 de energia, rendendo 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 a semente de cana oleaginosa como fertilizante, a relação rendimento / custo para a produção de biodiesel foi ainda melhor (3,71). Ou seja, para cada unidade de entrada de energia para a produção de biodiesel, a saída foi de 3,71 unidades (a diferença de 2,71 unidades seria da energia solar).

Impacto econômico

Vários estudos econômicos têm sido realizados sobre o impacto econômico da produção de biodiesel. Um estudo, encomendado pelo National Biodiesel Board, relatou que a produção de biodiesel gerou mais de 64.000 empregos. 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 Padrão de Combustíveis Renováveis ​​e pela extensão do incentivo fiscal ao biodiesel, o número de empregos pode aumentar para 50.725, US $ 2,7 bilhões em receita, e chegando a US $ 5 bilhões no PIB em 2012 e 2013.

Seguranca energetica

Um dos principais direcionadores para a adoção do biodiesel é a segurança energética . Isso significa que a dependência de uma nação do 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 nas emissões de gases de efeito estufa. Enquanto o balanço energético total é debatido, é claro que a dependência do petróleo é reduzida. Um exemplo é a energia usada para fabricar fertilizantes, que pode vir de uma variedade de fontes além do petróleo. O Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (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 um dos principais motivos para promover biodiesel. O ex-presidente da comissão da UE, José Manuel Barroso, falando em uma recente conferência sobre biocombustíveis da UE, enfatizou que os biocombustíveis adequadamente gerenciados têm o potencial de reforçar a segurança do abastecimento da UE por meio da diversificação das fontes de energia.

Políticas globais de biocombustíveis

Muitos países ao redor do mundo estão envolvidos no uso e produção crescentes de biocombustíveis, como o biodiesel, como fonte de energia alternativa aos combustíveis fósseis e ao petróleo. Para fomentar a indústria de biocombustíveis, os governos implementaram legislações e leis como incentivos para reduzir a dependência do petróleo e aumentar o uso de energias renováveis. Muitos países têm suas próprias políticas independentes em relação à tributação e abatimento do uso, importação e produção de biodiesel.

Canadá

Foi exigido pelo Canadian Environmental Protection Act Bill C-33 que até o ano de 2010, a gasolina continha 5% de conteúdo renovável e que, em 2013, o diesel e o óleo para aquecimento continham 2% de conteúdo renovável. O Programa EcoENERGY para Biocombustíveis subsidiou a produção de biodiesel, entre outros biocombustíveis, por meio de uma taxa de incentivo de CAN $ 0,20 por litro de 2008 a 2010. Uma redução de $ 0,04 será aplicada a cada ano seguinte, até que a taxa de incentivo chegue a $ 0,06 em 2016. Individual as províncias também têm medidas legislativas específicas em relação ao uso e produção de biocombustíveis.

Estados Unidos

O Crédito Volumétrico do Imposto Sobre o Álcool (VEETC) era a principal fonte de apoio financeiro para os biocombustíveis, mas estava previsto para expirar em 2010. Por meio dessa lei, a produção de biodiesel garantiu um crédito tributário de US $ 1 por galão produzido a partir de óleos virgens, e US $ 0,50 por galão feito de óleos reciclados. Atualmente, o óleo de soja está sendo usado para produzir biodiesel de soja para muitos fins comerciais, como a mistura de combustível para os setores de transporte.

União Européia

A União Europeia é o maior produtor de biodiesel, sendo a França e a Alemanha os maiores produtores. Para aumentar o uso do biodiesel, existem políticas que exigem a mistura do biodiesel aos combustíveis, incluindo penalidades caso essas taxas não sejam atingidas. Na França, a meta era chegar a 10% de integração, mas os planos para isso pararam em 2010. Como incentivo para os países da União Europeia continuarem a produzir o biocombustível, há abatimento de impostos para cotas específicas do biocombustível produzido. Na Alemanha, o percentual mínimo de biodiesel no diesel de transporte é fixado em 7%, denominado "B7".

Efeitos ambientais

O aumento do interesse em biodiesels destacou uma série de efeitos ambientais associados ao seu uso. Isso pode incluir reduções nas emissões de gases de efeito estufa , desmatamento , poluição e taxa de biodegradação .

De acordo com a Análise de Impacto Regulatório do Programa de Padrões de Combustíveis Renováveis da EPA , divulgada em fevereiro de 2010, o biodiesel de óleo de soja resulta, em média, em uma redução de 57% nos gases de efeito estufa em comparação ao diesel de petróleo, e o biodiesel produzido a partir de graxa residual resulta em 86% redução. Consulte o capítulo 2.6 do relatório da EPA para obter informações mais detalhadas.

No entanto, organizações ambientais, por exemplo, Rainforest Rescue e Greenpeace , criticam o cultivo de plantas utilizadas para a produção de biodiesel, por exemplo, dendezeiros, soja e cana-de-açúcar. O desmatamento das florestas tropicais agrava as mudanças climáticas e ecossistemas sensíveis são destruídos para limpar terras para plantações de dendê, soja e cana-de-açúcar. Além disso, os biocombustíveis contribuem para a fome mundial, visto que as terras aráveis ​​não são mais utilizadas 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 contarão para o mandato de combustíveis renováveis ​​do país, pois não são amigos do clima. Ambientalistas acolhem a conclusão porque o crescimento das plantações de dendezeiros tem causado o desmatamento tropical, por exemplo, na Indonésia e na Malásia.

Alimentos, terra e água vs. combustível

Em alguns países pobres, o aumento do preço do óleo vegetal está causando problemas. Alguns propõem que o combustível seja feito apenas de óleos vegetais não comestíveis, como camelina , jatropha ou malva costeira, que podem prosperar em terras agrícolas marginais onde muitas árvores e plantações não crescerão ou produzirão apenas baixos rendimentos.

Outros argumentam que o problema é mais fundamental. Os agricultores podem deixar de produzir safras de alimentos para produzir safras de biocombustíveis para ganhar mais dinheiro, mesmo que as novas safras 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, pois os agricultores podem levar algum tempo para mudar as coisas que estão cultivando, mas o aumento da demanda por biocombustíveis de primeira geração provavelmente resultará em aumentos de preços para muitos tipos de alimentos. Alguns apontaram que há agricultores e países pobres que estão ganhando mais dinheiro por causa do preço mais alto do óleo vegetal.

O biodiesel de algas marinhas não deslocaria necessariamente a terra terrestre atualmente usada para a produção de alimentos e novos empregos na cultura de algas poderiam 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 safras mais adequadas e melhorar a produção de óleo. Outras fontes são possíveis, incluindo matéria fecal humana , com Gana construindo sua primeira "usina de biodiesel alimentada com lama fecal". Usando os rendimentos atuais, grandes quantidades de terra e água doce seriam necessárias para produzir óleo suficiente para substituir completamente o uso de combustível fóssil. Isso exigiria o dobro da área terrestre dos Estados Unidos para ser dedicada à produção de soja, ou dois terços para a produção de colza, para atender às atuais necessidades de aquecimento e transporte dos Estados Unidos.

Variedades de mostarda especialmente cultivadas 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 de farinha após a extração do óleo pode atuar como um pesticida eficaz e biodegradável.

O NFESC , com a Biodiesel Industries sediada em Santa Bárbara, está trabalhando para desenvolver tecnologias de biodiesel para a marinha e os militares dos EUA, um dos maiores usuários de óleo diesel do mundo.

Um grupo de desenvolvedores espanhóis que trabalha para uma empresa chamada Ecofasa anunciou um novo biocombustível feito de lixo. O combustível é criado a partir de lixo urbano geral que é tratado por bactérias para produzir ácidos graxos, que podem ser usados ​​para fazer 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 publicado por Michael Briggs, do UNH Biodiesel Group, oferece estimativas para a substituição realista de todos os combustíveis veiculares por biodiesel, utilizando algas com teor de óleo natural superior a 50%, que Briggs sugere que podem ser cultivadas em tanques de algas em estações de tratamento de águas residuais . Essas algas ricas em óleo podem então ser extraídas do sistema e processadas em biodiesel, com o restante seco ainda 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 conduzidos para chegar à estimativa de rendimento acima. Além de sua alta produtividade projetada, a algacultura - ao contrário dos biocombustíveis de base agrícola - não acarreta uma diminuição na produção de alimentos , uma vez que não requer terras agrícolas nem água doce . Muitas empresas estão buscando biorreatores 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 lipídios de biodiesel de algas úmidas usando uma reação simples e econômica em líquidos iônicos .

Pongamia

Millettia pinnata , também conhecida como Pongam Oiltree ou Pongamia, é uma leguminosa árvore oleaginosa que foi identificada como candidata à produção de óleo vegetal não comestível.

As plantações de Pongamia para a produção de biodiesel têm um benefício ambiental duplo. As árvores armazenam carbono e produzem óleo combustível. Pongamia cresce em terras marginais impróprias para plantações de alimentos e não requer fertilizantes de nitrato. A árvore produtora de óleo tem o maior rendimento da planta produtora de óleo (aproximadamente 40% do peso da semente é 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 de Pongamia são uma maior recuperação e qualidade do óleo 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 competição com as culturas alimentares por um solo melhor.

Jatropha

Jatropha Biodiesel de DRDO , Índia.

Vários grupos em vários setores estão conduzindo pesquisas sobre Jatropha curcas, uma árvore semelhante a um arbusto venenoso que produz sementes consideradas por muitos como uma fonte viável de óleo de biodiesel como matéria-prima. Muitas dessas pesquisas se concentram em melhorar a produção geral de óleo de Jatropha por acre por meio de avanços em genética, ciência do solo e práticas de horticultura.

A SG Biofuels , uma desenvolvedora de Jatropha sediada em San Diego, usou o melhoramento molecular e a biotecnologia para produzir sementes híbridas de elite de Jatropha que mostram melhorias de rendimento significativas em relação às variedades de primeira geração. A SG Biofuels também afirma que benefícios adicionais surgiram de tais cepas, incluindo melhor sincronicidade de floração, maior resistência a pragas e doenças e maior tolerância ao frio.

A Plant Research International, um departamento da Universidade e Centro de Pesquisa de Wageningen na Holanda, mantém um Projeto de Avaliação de Jatropha (JEP) em andamento que examina a viabilidade do cultivo de Jatropha em grande escala por meio de experimentos de campo e de laboratório.

O Center for Sustainable Energy Farming (CfSEF) é uma organização de pesquisa sem fins lucrativos com sede em Los Angeles, dedicada à pesquisa de Jatropha nas áreas de ciência vegetal, agronomia e horticultura. A exploração bem-sucedida dessas disciplinas deve aumentar o rendimento da produção da fazenda de Jatropha em 200–300% nos próximos dez anos.

FOG de esgoto

As chamadas gorduras, óleos e graxas (FOG), recuperadas do esgoto, também podem ser transformadas em biodiesel.

Fungi

Um grupo da Academia Russa de Ciências em Moscou publicou um artigo em setembro de 2008, afirmando que haviam isolado grandes quantidades de lipídios de fungos unicelulares e os transformado em biodiesel de maneira economicamente eficiente. Mais pesquisas sobre esta espécie de fungo; Cunninghamella japonica , e outros, provavelmente aparecerão em um futuro próximo.

A recente descoberta de uma variante do fungo Gliocladium roseum aponta para a produção do chamado myco-diesel a partir da 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, normalmente encontrados no combustível diesel.

Biodiesel de borra de café usada

Pesquisadores da Universidade de Nevada, Reno , produziram biodiesel com sucesso a partir de óleo derivado de borra de café usada . A análise do pó usado mostrou um teor de óleo de 10% a 15% (em peso). Depois que o óleo foi extraído, ele passou por processamento convencional em biodiesel. Estima-se que o biodiesel acabado poderia ser produzido por cerca de um dólar americano por galão. Além disso, foi relatado que "a técnica não é difícil" e que "há tanto café que várias centenas de milhões de galões de biodiesel poderiam ser produzidos anualmente". No entanto, mesmo que todos os grãos de café do mundo fossem usados ​​para fazer combustível, a quantidade produzida seria inferior a 1 por cento do diesel usado nos Estados Unidos anualmente. "Isso não resolverá o problema de energia do mundo", disse 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 crocodilo são descartadas em aterros como subproduto de resíduos da indústria de carne e pele de crocodilo. Estudos demonstraram que o biodiesel produzido a partir da gordura do crocodilo é semelhante em composição ao biodiesel criado a partir da soja e é mais barato para refinar, uma vez que é principalmente um resíduo.

Biodiesel para energia de célula de hidrogênio

Um microrreator foi desenvolvido para converter biodiesel em vapor de hidrogênio para alimentar células de 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 que variam de 700 a 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 pela oxidação adicional do monóxido de carbono para produzir mais hidrogênio e dióxido de carbono:

CO + H2O → CO2 + H2 (levemente exotérmico)

Informações básicas das células de combustível de hidrogênio

As células de combustível operam de forma semelhante a uma bateria, em que a eletricidade é aproveitada de reações químicas. A diferença das células a combustível em relação às baterias é a capacidade de serem alimentadas pelo fluxo constante de hidrogênio encontrado na atmosfera. Além disso, eles produzem apenas água como subproduto e são virtualmente 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 maneira de os novos processadores 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 denominado reforma a vapor. Isso produz até 160 galões de hidrogênio / minuto e dá o potencial de abastecer estações de reabastecimento de hidrogênio, ou mesmo uma fonte de combustível de hidrogênio a bordo para veículos com células de hidrogênio. A implementação em carros permitiria que combustíveis ricos em energia, como o biodiesel, fossem transferidos para energia cinética, evitando a combustão e subprodutos poluentes. O pedaço de metal quadrado do tamanho de uma mão contém canais microscópicos com sítios catalíticos, que convertem continuamente o biodiesel, e até mesmo seu subproduto de glicerol, em hidrogênio.

Óleo de cártamo

Em 2020, pesquisadores da CSIRO da Austrália estudaram óleo de cártamo de uma variedade especialmente criada como lubrificante de motor , e pesquisadores do Centro de Combustível Avançado da Universidade Estadual de Montana, nos Estados Unidos, estudaram o desempenho do óleo em um grande motor a diesel , com resultados descritos como "viradores de jogo".

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 aos componentes de metal que estão constantemente em contato uns com os outros. O biodiesel é um lubrificante muito melhor em comparação com o diesel de petróleo fóssil 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, em um período de tempo mais longo (2–4 anos), os estudos mostram que o biodiesel perde sua lubricidade. Isso pode ser devido ao aumento da corrosão ao longo do tempo devido à oxidação das moléculas insaturadas ou ao aumento do conteúdo 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 2,5-3,2 cSt a 40 ° C e a viscosidade do biodiesel feito de 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 em temperatura operacional. A alta viscosidade pode obstruir o filtro de combustível e o sistema de injeção nos motores. O óleo vegetal é composto por lipídios com longas cadeias de hidrocarbonetos, para reduzir sua viscosidade os lipídios são quebrados em moléculas menores de ésteres. Isso é feito através da conversão de óleo vegetal e gorduras animais em ésteres alquílicos usando transesterificação para reduzir sua viscosidade. No entanto, a viscosidade do biodiesel permanece maior do que a do diesel, e o motor pode não ser capaz de usar o combustível em baixas temperaturas devido ao fluxo lento através o filtro de combustível.

Desempenho do motor

O biodiesel tem maior consumo de combustível específico para freio em comparação com o diesel, o que significa que mais consumo de combustível de biodiesel é necessário para o mesmo torque. No entanto, a mistura de biodiesel B20 foi encontrada para fornecer aumento máximo na eficiência térmica, menor consumo de energia específico do freio e menores emissões 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, isso pode ser responsável pelos relatórios contraditórios no que diz respeito ao desempenho do motor.

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Referências

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