UNIVERSIDADE POTIGUAR
PRÓ-REITORIA ACADÊMICA
PROGRAMA DE MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA DE
PETRÓLEO E GÁS
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Alanderson Rafael dos Santos Medeiros
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ANÁLISE DA VIABILIDADE AMBIENTAL, ECONÔMICA E
OPERACIONAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE
MICROALGAS
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NATAL
2014
Alanderson Rafael dos Santos Medeiros
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ANÁLISE DA VIABILIDADE AMBIENTAL, ECONÔMICA E
OPERACIONAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE
MICROALGAS
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Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa
de Mestrado Profissional em Engenharia de
Petróleo e Gás, área de concentração em Meio
Ambiente e Desenvolvimento Sustentável na
Indústria do Petróleo e Gás, da Universidade
Potiguar – UnP, como parte dos requisitos para
obtenção do título de Mestre em Engenharia de
Petróleo e Gás.
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ORIENTADORA: Profª. Drª. Ana Catarina
Fernandes Coriolano.
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NATAL
2014
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Alanderson Rafael dos Santos Medeiros
ANÁLISE DA VIABILIDADE AMBIENTAL, ECONÔMICA E
OPERACIONAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE
MICROALGAS
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Dissertação de Mestrado apresentada à
Universidade Potiguar – UnP, como parte dos
requisitos para obtenção do título de Mestre
em Engenharia de Petróleo e Gás.
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Aprovado em:____/____/_____
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BANCA EXAMINADORA
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Profª Drª Ana Catarina Fernandes Coriolano
Orientadora
Universidade Potiguar – UnP
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____________________________________
Prof. Dr. Elthon John Rodrigues de Medeiros
Avaliador Externo
Instituto Federal do Rio Grande do Norte – IFRN
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____________________________________
Prof. Dr. Franklin Silva Mendes
Avaliador Interno
Universidade Potiguar – UnP
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DEDICATÓRIA
A Deus por tudo, aos meus pais pela educação,
amor e honestidade que sempre me guiaram e
aos meus irmãos por compartilharem comigo os
momentos mais alegres da minha vida.
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AGRADECIMENTOS
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Agradeço primeiramente a Deus, pois sem ele, nada seria possível e não
estaria aqui, desfrutando, deste momento que me é tão importante. Assim sendo,
quero também externar os meus agradecimentos:
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À minha mãe por toda a educação e amor que ela me deu;
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Aos meus irmãos por todo amor e fé que sempre tiveram;
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Em especial ao meu irmão Mateus por me ajudar nas pesquisas;
•
A Zanoni Tadeu, meu primeiro orientador acadêmico, orientador da vida e
meu amigo. Nos deixou em abril de 2013, mas deixou o amor plantado.
• À minha orientadora Profª Drª. Ana Catarina Fernandes Coriolano pela
dedicação constante e confiança depositada;
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Aos meus amigos, professores e gestores do Instituto Federal de Ciência e
Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN) pela motivação constante;
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Aos professores e colegas do Curso de Mestrado em engenharia de petróleo
e gás da Universidade Potiguar (UnP) pela experiência compartilhada;
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RESUMO
A possibilidade de produzir energia renovável é um importante tópico, abordado
com frequência na atualidade, devido à problemática socioeconômica e os impactos
ambientais causados ao longo dos anos pelos combustíveis fósseis e as
implicações determinadas por estes. Há grandes expectativas direcionadas à
obtenção de energia renovável a partir de matrizes vegetais com grande potencial
energético, no intuito de reduzir os impactos ecológicos e promover a prática de
sustentabilidade. O presente trabalho conduz uma análise de aspectos ambientais,
econômicos e operacionais bem como, a discussão da viabilidade de produção de
biodiesel a partir de biomassa de microalgas. A pesquisa foi fundamentada em um
levantamento bibliográfico de títulos publicados nos últimos anos, e os dados
obtidos esclarecem de maneira holística os benefícios e limitações da aplicação de
microalgas como matéria-prima para síntese de biodiesel em detrimento à diversas
matrizes vegetais energéticas.
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PALAVRAS-CHAVE: biocombustíveis, biodiesel, microalgas, impactos ambientais,
viabilidade, aspectos operacionais.
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ABSTRACT
The possibility of producing renewable energy is an important topic frequently
discussed nowadays because of the socioeconomic issues and the environmental
impacts caused over the years by burning fossil fuels and its particular implications.
There are great expectations directed to obtain renewable energy from vegetable
matrices with huge potential energy, in order to minimize the ecological impacts and
promote the practice of sustainability. The present work conducts an analysis of
environmental, socioeconomic and operational aspects as well as a discussion of
the viability for the production of biodiesel from microalgae biomass. The research
was based on a bibliographical survey of published titles in the recent years, and the
obtained data holistically clarify the benefits and limitations of the application of
microalgae as a feedstock for the biodiesel synthesis to the detriment of various
energetic plant matrices.
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KEYWORDS: biofuel, biodiesel, microalgae, environmental impacts, viability,
operational aspects.
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SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO .................................................................................
12
1.1
CONTEXTUALIZAÇÃO…………………………………………………
12
1.2
Matrizes vegetais como matéria prima para produção de
biodiesel…………………………………………………………………..
14
2
OBJETIVOS ……………………………………………………………..
18
2.1
OBJETIVO GERAL ……………………………………………………..
18
2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS …………………………………………..
18
3
O BIODIESEL E SUA INTRODUÇÃO COMO MATRIZ
ENERGÉTICA BRASILEIRA…………………………………………..
19
4
BIODIESEL PROVENIENTE DA UTILIZAÇÃO DO ÓLEO
PRODUZIDO POR MICROALGAS……………………………………
5
22
O BIODIESEL E A VIABILIDADE AMBIENTAL NO CONTEXTO
DA SOCIEDADE ATUAL……………………………………………….
24
5.1
CONTEXTO HISTÓRICO-SOCIAL……………………………………
24
5.2
Perspectiva geral das vantagens do cultivo de microalgas para
produção de biodiesel…………………………………………………..
24
5.3
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
26
5.4
A PROBLEMÁTICA DOS PATOGENOS EM DIFERENTES
CULTURAS COM POTENCIAL BIOENERGETICO…………………
6
31
VIABILIDADE ECONÔMICA E OPERACIONAL DO BIODIESEL
PROVENIENTE DE MATRIZES VEGETAIS…………………………
34
7
DISCUSSÕES……………………………………………………………
40
8
CONCLUSÕES ...............................................................................
43
8.1
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS………………………
44
REFERÊNCIAS .................................................................................
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45
LISTA DE FIGURAS E GRÁFICOS
Figura 01 Distribuição de algumas oleaginosas no Brasil……………………..
15
Figura 02 Reação geral de Transesterificação para produção de
biodiesel……………………………………………………………………………..
19
Figura 03 Diagrama esquemático de reator do leito fixo utilizado no
processo de Pirólise……………………………….……………………………….
37
Gráfico 01 Evolução dos preços do petróleo e do custo de
extração……………………………………………………………………………..
12
Gráfico 02 Área e produção de cereais, leguminosas e oleaginosas no
Brasil…………………………………………………………………………………
40
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em
Microalgas…………………………………………………………………………..
27
Tabela 02 Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em
28
Girassol………………………………………………………………………………
Tabela 03 Produtos selecionados com maiores ganhos de posição no
ranking dos 100 maiores produtos e/ou serviços industriais, segundo o valor
de vendas - Brasil - 2007-2011…………………………………………………… 35
Tabela 04 Conteúdo Lipídico, Protéico e Glicídico de diversas fontes
oleaginosas…………………………………………………………………………. 38
Tabela 05 Produtividade comparativa de algumas fontes oleaginosas para
a produção de Biodiesel…………………………………………………………… 39
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NOMENCLATURAS E ABREVIAÇÕES
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ANP - Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
ASTM - American Society for Testing and Materials
CEIB - Comissão Executiva Interministerial do Biodiesel
CNPE - Conselho Nacional de Políticas Energéticas
CH4
- Gás Metano
CO
- Monóxido de Carbono
CO2
- Dióxido de Carbono (Gás Carbônico)
FAO - Food and Agriculture Organization
GLP - Gás Liquefeito de Petróleo
MCTI - Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação
MME - Ministério de Minas de Energia
OPEP - Organização dos Países Exportadores de Petróleo
PNPB - Programa Nacional de Produção e uso do Biodiesel
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12
1 INTRODUÇÃO
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1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO
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Desde a década de 70 do século XX, após a descoberta de que o petróleo é
uma fonte de energia esgotável, houve um intenso aumento na preocupação em
substituir os combustíveis fósseis por energia renovável. Após essa descoberta, em
cerca de 7 anos, os preços dos barris de petróleo chegaram a triplicar. O Proálcool
(Programa Nacional do Álcool) desenvolvido pelo governo brasileiro, foi uma das
iniciativas para buscar energia de biomassa vegetal e tentar minimizar os problemas
oriundos do choque do petróleo e seu aumento de custo.
Vários fatores propiciaram a elevação do preço do petróleo, dentre eles a
criação da OPEP (Organização dos Países Exportadores de Petróleo), formada
pelos principais produtores mundiais de petróleo para tabelar o preço do produto,
criando um monopólio e controlando a oferta do produto no mercado.
Em 1986 os preços do petróleo despencaram. O Brasil passava por
um período econômico preocupante, com sucessivos planos
econômicos, dificuldade de pagamento da dívida externa e inflação
em alta, de modo que os programas de biocombustíveis foram
deixados em último plano (CUNHA, 2006).
Apenas na metade da década de 1990, após a reestruturação da matriz
energética brasileira juntamente com as preocupações ambientais relacionadas ao
uso dos combustíveis fósseis, as ideias voltadas para o desenvolvimento de
biocombustíveis voltaram à aparecer como tópico importante para discussão. O
Gráfico 01 denota a evolução dos preços e custos de extração do petróleo entre
1995 e 2009.
Gráfico. 01:Evolução dos preços do petróleo e do custo de extração.
Fonte: Dimande et al. (2010)
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Grandes expectativas vêm sendo direcionadas ao desenvolvimento e
aplicação de formas energéticas renováveis, nas suas mais diversas
modalidades, com o objetivo de fortalecer a consciência e a prática da
sustentabilidade. Os combustíveis fósseis, essenciais para a dinâmica atual
da sociedade, apresentam limitações já evidenciadas, relacionadas ao
balanço negativo, decorrente do consumo crescente e superior à
capacidade de geração muito lenta e característica do petróleo; além da
preocupação com as emissões nocivas e o impacto ambiental resultante.
(MEDEIROS et al, 2013)
Neste contexto surgem alternativas para usar combustíveis renováveis no
intuito de amenizar o impacto causado pelo uso de combustíveis de origem fóssil,
uma dessas possibilidades é a mistura do Biodiesel proveniente de matrizes
vegetais com o óleo diesel produzido a partir do petróleo, Lobo et al (2009)
destacaram que:
No Brasil, a Lei 11097/05 instituiu a obrigatoriedade da adição de 2% de
biodiesel ao diesel (mistura B2) a partir de janeiro de 2008 e torna
obrigatórias as misturas de 5% até 2013. Antecipando as previsões, o
Conselho Nacional de Políticas Energéticas (CNPE), através de sua
Resolução no 2/2008, tornou obrigatória a adição de 3% de biodiesel ao
diesel (mistura B3) a partir de 1o de julho deste ano. Esta medida, além de
fortalecer a indústria nacional e reduzir a participação do diesel mineral na
matriz energética nacional, visa também escoar a produção nacional de
biodiesel. As especificações do B100, a ser misturado com o diesel mineral,
são estabelecidas pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e
Biocombustíveis (ANP), através da Resolução no 07 de 2008 (RANP 07/08)
que substituiu a Resolução no 42 de 2004, tornando os critérios de
avaliação da qualidade do biodiesel brasileiro mais restritivos. Os padrões
de qualidades presentes nesta resolução foram constituídos com base nas
normas ASTM D6751 e EN 14214 (Tabela 1). A mistura óleo diesel/biodiesel
tem sua especificação estabelecida pela resolução ANP 15/2006. (LOBO et
al., 2009)
A possibilidade de utilização de reservas energéticas renováveis surgiu como
alternativa, apontando matrizes vegetais para processos de conversão em
biocombustíveis. A viabilidade dessa proposta é frequentemente questionada,
principalmente no que diz respeito ao custeamento de produção e valor final – frente
aos combustíveis fósseis – e a possível competitividade desses recursos para
consumo alimentício.
A vantagem dos biocombustíveis em relação aos combustíveis fósseis é a
diminuição de emissão de CO2, SOx, fuligem e hidrocarbonetos. No
entanto, se por um lado os biocombustíveis são menos poluidores, por outro
a sua produção exige grandes áreas de terras agricultáveis. Como a
demanda por combustíveis para transporte aumenta anualmente, a
produção de biocombustíveis exigirá cada vez mais terras aráveis, e isso
começa a ameaçar a segurança alimentar, porque produzir mais álcool
significa produzir menos açúcar. (SUAREZ, 2011)
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1.2 MATRIZES VEGETAIS COMO MATÉRIA PRIMA PARA PRODUÇÃO DE
BIODIESEL
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As notáveis mudanças climáticas e a preocupação com os problemas
ambientais enfrentados na atualidade, têm sido alvo de intensas discussões na
sociedade e remete a medidas relacionadas à utilização de outras fontes
energéticas renováveis como alternativa em relação às fontes não renováveis.
Nesse contexto, os biocombustíveis ganham relevância como alternativa à matriz
energética atual, que é, em sua maior parte, concentrada no uso do petróleo e seus
derivados.
Dentre as principais matrizes vegetais com grande potencial energético, estão
a soja (Glycine max L.), o óleo extraído do cártamo (Carthamus tinctorius), da
Mamona (Ricinus communis L.), do Girassol (Helianthus annuus), Algodoeiro
(Gossypium sp.), além dessas espécies, existem outras fontes bioenergéticas que
vem sendo exploradas na atualidade, como por exemplo o Pinhão-manso (Jatropha
curcas) e o Dendezeiro ou Palma (Elaeis guineensis) no Estado do Rio Grande do
Norte. No Brasil, o cultivo de oleaginosas é privilegiado devido a características
climáticas e geográficas de certas regiões que favorecem o desenvolvimento de
algumas culturas. Na Figura 02, está representada a distribuição de algumas
oleaginosas mais cultivadas nos estados brasileiros.
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Figura 02. Distribuição de algumas oleaginosas no Brasil
Fonte: Ciência e Tecnologia (2010)
Dentre as diversas possibilidades então conhecidas, estudos apontam que a
utilização de óleo extraído de microalgas para produção de biodiesel se destaca
frente à outras matrizes vegetais devido às suas características intrínsecas. Em
comparação às demais opções de biocombustíveis, o biodiesel proveniente de
microalgas apresenta destaque, uma vez que, além das variadas vantagens em
termos ambientais, possui alta compatibilidade físico-química com as características
observadas no diesel derivado do petróleo (número de cetanos, viscosidade
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cinemática etc.), com possibilidade de utilização nos motores destinados ao diesel,
sem a necessidade de altos custos para adaptações adicionais. O cultivo de
microalgas para a produção de biodiesel mostra-se vantajoso em várias
perspectivas, tais como rápida reposição e multiplicação celular e devido à suas
dimensões microscópicas, não implica em grandes extensões para sua cultura; o
intenso consumo de dióxido de carbono e a composição celular ricamente
oleaginosa. Tais características são demonstradas nos trabalhos de alguns autores,
sendo abordadas posteriormente.
Além disso, vale salientar que este modelo de cultivo não gera efeitos sobre a
indústria alimentícia, pois não suscita concorrência pelos terrenos cultiváveis. A
literatura atual lista uma série de vantagens das microalgas em detrimento às outras
matrizes vegetais energéticas: potencial de produção de óleo de 7 a 30 vezes
superior ao das oleaginosas típicas, como girassol, mamona, palma e soja;
possibilidade de produção contínua, sem período de plantio e entressafra; e, por fim,
taxa de sequestro de carbono muito superior a dos vegetais terrestres (Biodieselbr,
2013).
Johnson e Wen (2009) avaliaram parâmetros no biodiesel obtido a partir do
óleo da microalga Schizochytrium limanicum, tais como, glicerol livre, conteúdo
saponificável, viscosidade e material particulado. A partir desta avaliação, os autores
enfatizaram que a biomassa de algas não só é uma fonte sustentável para a
produção de biodiesel, do ponto de vista socioeconômico, como também o produto
obtido apresentou características físico-químicas semelhantes às do diesel, de
acordo com as normas estabelecidas pela American Society for Testing and
Materials (ASTM).
O presente trabalho visa realizar um estudo teórico detalhado com base na
literatura, onde foi analisado e discutido projetos e iniciativas em algumas das
principais áreas relativas à obtenção de biodiesel por meio do cultivo de microalgas,
bem como aspectos econômicos e ambientais resultantes do uso em larga escala do
biodiesel, além disso, a viabilidade da mistura de óleo diesel obtido do petróleo com
o biodiesel obtido a partir destas seguindo as exigências legais.
Diversos autores destacam a importância do uso da metodologia de
levantamento bibliográfico.
A pesquisa bibliográfica, ou de fontes secundárias, abrange toda
bibliografia já tornada pública em relação ao tema de estudo, desde
publicações avulsas, boletins, jornais, revistas, livros, pesquisas,
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monografias, teses, material cartográfico etc., até meios de comunicação
oral: rádio, gravações em fita magnética e audiovisuais: filmes e televisão.
Sua finalidade é colocar o pesquisador em contato direto com tudo o que foi
escrito, dito ou filmado sobre determinado assunto, inclusive conferências
seguidas de debates que tenham sido transcritos por alguma forma, quer
publicadas, quer gravadas. (LAKATOS & MARCONI, 1991, p. 183)
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Foram selecionados estudos realizados nos últimos anos, identificados em
duas vertentes gerais: análises de viabilidade econômica e socioambiental do
biodiesel proveniente de microalgas, bem como outras matrizes vegetais
energéticas. Os trabalhos encontrados foram distribuídos em duas categorias para
facilitar o direcionamento e a discussão dos processos e resultados: viabilidade
ambiental e econômica-operacional.
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2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O presente trabalho visa analisar e discutir a viabilidade do biodiesel
proveniente de microalgas no contexto das matrizes energéticas atual, além de
correlacionar as vantagens ambientais, econômicas e operacionais de diferentes
tipos de matrizes vegetais bioenergéticas.
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2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Realizar levantamento bibliográfico dos principais trabalhos acerca do tema
publicados nos últimos anos;
• Analisar aspectos econômicos, operacionais e ambientais da implementação do
biodiesel proveniente de microalgas em relação a outras oleaginosas;
• Discutir os parâmetros da viabilidade do uso do óleo de microalgas para produção
de biodiesel em larga escala;
• Discutir a viabilidade da mistura do óleo diesel com o biodiesel obtido de
microalgas de acordo com as exigências legais.
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3 O BIODIESEL E SUA INTRODUÇÃO COMO MATRIZ ENERGÉTICA
BRASILEIRA
Segundo Penteado (2005) o biodiesel é definido como um combustível
composto de mono-alquil-éteres de ácidos graxos de cadeia longa, apresentando ou
não duplas ligações em sua estrutura molecular.
“A molécula de óleo vegetal é formada por três moléculas de ácidos
graxos ligadas a uma molécula de glicerol, formando portanto um
triacilglicerol. O biodiesel pode ser obtido através de processos
distintos, ao exemplo do craqueamento, a esterificação ou pela
transesterificação. Esta última é a mais utilizada, e seus reagentes
podem ser óleos vegetais, gorduras animais ou residuais com álcool.
Uma catálise, que pode ser homogênea ou heterogênea, é realizada
a partir de catalisadores ácidos, básicos ou neutros. Os mais comuns
são os catalisadores básicos como o hidróxido de sódio.”
(DÂMASO, 2006).
A Figura 02 ilustra a reação geral de transesterificação em três etapas, em
que o triacilglicerol é convertido em diacilglicerol e, finalmente, em glicerol, com
produção final de uma mistura de alquil ésteres.
Figura 02 - Reação geral de Transesterificação para produção de biodiesel
Fonte: SILVA (2011)
De acordo com Fukuda (apud GALVAO, 2012), além da esterificação e
transesterificação, existem outras maneiras para obtenção do biodiesel a partir de
óleos vegetais ou gordura animal, seja em escala laboratorial ou industrial, tais como
pirólise ou craqueamento, técnicas de microemulsificações, misturas diretas de
óleos vegetais e diesel fóssil.
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O Brasil tem se destacado com relação a potencialidade da produção de
biodiesel a partir de matrizes vegetais energéticas e isso se deve, inclusive, a
características intrínsecas de sua localização geográfica. Por ser um país localizado
nos trópicos, recebe maior incidência de raios solares, apresenta recursos hídricos
naturais e uma temperatura média anual favorável para cultivo de espécimes
vegetais intencionado a obtenção de óleos para produzir biodiesel. Pois segundo
Nelson & Cox (p.742, cap.19, 2011) os organismos fotossintetizantes capturam a
energia solar e formam ATP e NADPH, que são usados como fonte de energia para
sintetizar carboidratos e outros compostos orgânicos a partir de CO2 e H2O e para
tanto necessitam das condições supracitadas.
Esses fatores climáticos e geográficos favorecem o metabolismo de plantas e
principalmente microalgas, que necessitam de alta incidência solar durante todo o
ano, facilitando, dessa maneira, o cultivo de diversos espécimes.
As microalgas são os organismos mais eficazes no processo de conversão
da energia luminosa em energia química. Crescem rapidamente e são
eficientes conversores de energia solar e produzem muito mais biomassa
por unidade de área de terra plantada quando comparada com plantas
terrestres e, não necessitam de áreas aráveis ou de água potável, não
competindo, dessa forma, com a agricultura, animais ou pessoas.
(SOARES, 2011)
Os primeiros estudos concretos para a criação de uma política do biodiesel no
Brasil tiveram início em 2003 e, em dezembro de 2004, o governo lançou o
Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB), cuja gestão é realizada
pela Comissão Executiva Interministerial do Biodiesel (CEIB), coordenada pela Casa
Civil da Presidência da República e pelo Ministério de Minas e Energia (MME). O
foco principal do programa é promover a introdução do biodiesel na matriz
energética brasileira, visando a geração de empregos no setor primário, visto que no
Brasil é de fundamental importância para o desenvolvimento social e regional. Dessa
forma, ocorre redução na migração de trabalhadores do campo para grandes
cidades favorecendo o ciclo da economia auto-sustentável importante para a
independência do país.
Desde o lançamento do PNPB, grandes expectativas voltadas para a
produção de biodiesel no Brasil foram intensificadas e direcionadas ao
desenvolvimento de novas técnicas de produção e aplicações deste combustível.
Além disso, as iniciativas privadas vem investindo fortemente na pesquisa e procura
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de matérias-primas que promovam maior sustentabilidade ambiental, social e
econômica.
A mistura de biodiesel ao diesel fóssil teve início em 2004, em caráter
autorizativo. Em janeiro de 2008, entrou em vigor a mistura legalmente obrigatória
de 2% (B2), em todo o território nacional. Com o perceptível amadurecimento do
mercado brasileiro, esse percentual foi ampliado pelo Conselho Nacional de Política
Energética (CNPE) sucessivamente até atingir 5% (B5) em janeiro de 2010,
antecipando em três anos a meta estabelecida pela Lei nº 11.097, de 13 de janeiro
de 2005. A partir de Novembro de 2014, a mistura obrigatória será de 7%.
Segundo dados do Ministério de Minas e Energia (MME, 2012) o biodiesel é
usualmente vendido misturado ao diesel derivado de petróleo em mais de 30 mil
postos de abastecimento espalhados por todo o país. A produção do biodiesel
passou de 69 milhões de litros em 2006 para 2,7 bilhões de litros em 2011. Desde o
lançamento do PNPB até o final de 2011, o Brasil produziu 8,3 bilhões de litros de
biodiesel, reduzindo as importações de diesel em um montante de 5,3 bilhões de
dólares, contribuindo positivamente para a Balança Comercial brasileira. Esses
resultados credenciam o Brasil como um dos maiores mercados mundiais de
biodiesel.
No decorrer dos últimos anos, a produção de biodiesel no Brasil vem se
fortalecendo de maneira a gerar novos empregos e renda, tanto na fase agrícola e
nos mercados de insumos e serviços, bem como nas atividades de transporte,
mistura e comercialização de biocombustíveis. No entanto, foi a partir do lançamento
do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) que o biodiesel
avançou de forma extraordinária, tornando-se um instrumento de geração de riqueza
e inclusão social importantíssimo.
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4 BIODIESEL PROVENIENTE DA UTILIZAÇÃO DO ÓLEO PRODUZIDO POR
MICROALGAS
Os biocombustíveis podem ser subdivididos de acordo com sua geração,
sendo os de primeira geração aqueles fabricados a partir de matérias vegetais
oriundas da agricultura, sendo portanto, parte da indústria alimentícia. Os
biocombustíveis de segunda geração são originados de fibras de celulose e outras
substâncias de partes de vegetais que não são direcionadas à alimentação. Existem
ainda biocombustíveis de terceira e quarta gerações, em que utilizam-se resíduos de
espécies não comestíveis como matéria prima.
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O uso de biocombustíveis de primeira geração tem gerado
controvérsias, principalmente, devido ao seu impacto sobre os
mercados globais de alimentos, especialmente nas regiões
vulneráveis da economia mundial. Isso tem motivado
questionamentos pertinentes sobre o potencial desses recursos
como substituição dos combustíveis fósseis, e em relação à
sustentabilidade da sua produção (MOORE, 2008)
Segundo Demirbas (2009), a grande vantagem da utilização do biodiesel é
sua relação positiva com o meio ambiente comparado a gasolina e os combustíveis
derivados do petróleo. Além disso, o biodiesel apresenta excelente portabilidade,
avaliabilidade, rentabilidade, poder de combustão eficiente, baixo teor de enxofre e
aromáticos e é altamente biodegradável, tornando-o ecologicamente mais amigável.
Uma nova geração de biocombustíveis ganha espaço e interesse de
pesquisas devido às características intrínsecas do mesmo. Trata-se dos fluidos
combustíveis obtidos por meio do cultivo de algas, dentre eles, o biodiesel.
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Os maiores entraves à adoção do biodiesel de microalgas residem
na questão da economicidade do processo como um todo, analisado
em função do custo final do produto oferecido, área a que muitos
esforços tem sido direcionados, no intuito de minimizar os ônus e
garantir a viabilidade de produção e consumo desse combustível,
que mostra-se como alternativa ecologicamente adequada.
(MEDEIROS et al, 2013)
As microalgas são amplamente distribuídas no mundo. Comparado com
fontes de biomassa lignino-celulósica (hidrocarbonetos fibrosos de classe bioquímica
glicídica), as microalgas como matriz energética possuem, as seguintes vantagens:
(1) Possuem maior eficiência fotossintética e maior produção de biomassa
[comparado à plantas terrestres superiores]
(Peng et al., 2001; Schenk et al., 2008).
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(2) As microalgas podem ser cultivadas em meio aquático e não ocupam espaço
em terra arável [para produção primária]. (Rodolfi et al., 2009).
(3) A Composição química das microalgas podem ser moduladas facilmente através
de variações nas condições de cultivo e maior conteúdo lipidíco pode ser obtido.
(Rodolfi et al., 2009).
(4) As microalgas podem utilizar água salgada e matéria orgânica derivada de
águas residuais como fertilizantes. (Schenk et al., 2008).
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5 O BIODIESEL E A VIABILIDADE AMBIENTAL NO CONTEXTO DA SOCIEDADE
ATUAL
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5.1 CONTEXTO HISTÓRICO-SOCIAL
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Para que o biodiesel tenha sua produção aplicada em larga escala, é
imprescindível que, em detrimento de vários aspectos a serem considerados, haja
viabilidade em um contexto socio-econômico, operacional e ambiental, sendo o
último discutido no presente capítulo.
A possibilidade da utilização de matrizes energéticas renováveis surgiu como
uma alternativa ao uso dos combustíveis fósseis da atualidade, apontando culturas
vegetais para processos de conversão de biomassa em biocombustíveis. Não
obstante, a viabilidade dessas iniciativas tem sido questionada, devido à baixa
competitividade financeira – frente aos combustíveis fósseis – e à ótica basal do
cultivo desses recursos para consumo alimentício.
A utilização de microalgas para tal fim evidencia-se com grande potencial para
eficiente incremento na matriz energética brasileira utilizando a mistura do biodiesel
obtido, com o diesel derivado do petróleo.
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5.2 PERSPECTIVA GERAL DAS VANTAGENS DO CULTIVO DE MICROALGAS
PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
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O cultivo de microalgas para a produção de biodiesel mostra-se vantajoso em
várias perspectivas, tal como Kochem (2010) afirmou, esses organismos são
microscópicos e crescem rapidamente devido a sua estrutura celular mais
simplificada, isso desencadeia uma rápida reposição populacional desses
organismos que ainda devido à característica de microscopia, não implica em
grandes extensões para sua cultura; o intenso consumo de dióxido de carbono e a
composição celular ricamente oleaginosa permitem um maior aproveitamento da
biomassa, visto que maiores taxas de fotossíntese permitem gerar carboidratos
complexos, fomentando o desenvolvimento e multiplicação desses organismos.
Além disso, vale salientar que este modelo de cultivo não gera efeitos sobre a
indústria alimentícia, pois não suscita concorrência pelos terrenos cultiváveis.
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Como discutido no trabalho de Lobo (2010), em comparação às demais
opções de biocombustíveis, o biodiesel proveniente de microalgas apresenta
destaque, uma vez que, além das variadas vantagens em termos ambientais, possui
alta compatibilidade com as características observadas no diesel derivado do
petróleo (número de cetanos, viscosidade cinemática etc.), com possibilidade de
utilização nos motores destinados a este último, sem a necessidade de adaptações
adicionais.
Em virtude da similaridade do biodiesel com as características do diesel
convencional, muitos estudos efetuados e mencionados neste trabalho buscam
testar a viabilidade de utilização desse combustível com minimização dos danos
ambientais, já bastante enfatizados para a modalidade dos originários fósseis.
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5.3 PROBLEMÁTICA AMBIENTAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
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Em relação aos processos produtivos implicados na produção do biodiesel,
aquele ligado à utilização de algas vem sendo confrontado a outras modalidades,
objetivando medir os impactos ambientais suscitados, tal como descrito em
Figueiredo (2011), que conduziu uma comparação entre os processos envolvidos na
extração do biodiesel a partir de duas culturas distintas, microalgas e girassol.
Foram considerados os impactos de ciclo de vida para os dois tipos de biodiesel,
utilizando métodos de avaliação de impactos ambientais. Os resultados mostram
que o biodiesel de microalgas apresenta menores impactos para todas as categorias
apreciadas, dentre elas, efeito estufa, toxicidade humana, eutrofização, acidificação
e ecotoxicidade de recursos freáticos e marinhos.
Figueiredo (2011) reuniu o trabalho de diversos autores que analisaram os
impactos atribuídos à produção de biodiesel a partir de microalgas e de girassol em
diversos países. A partir disso, foram construídas duas tabelas (Tabela 01 e Tabela
02) comparando o método de substituição de impactos na produção de microalgas e
girassol.
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Tabela 01. Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em Microalgas
País
Autor/Ano
Biomassa/Combustível
Atribuição de Impactos
França
Lardon et al., 2009
Microalgas/Biodiesel
alocação energética:
37,9% óleo de algas e
62,1% farelo de algas
USA (Virgínia,
Califórnia, Iowa)
Clarens et al., 2010
Microalgas
n.a: diz respeito ao
cultivo, o produto é
apenas um, daí não é
necessária alocação
USA
Sander et al., 2010
Microalgas/biodiesel
Substituição:
farelo de algas
substitui milho para
produção etanol
USA
Yang et al., 2010
Microalgas/Biodiesel
n.d
UK
Stephenson et al.,
2010
Microalgas/Biodiesel
Substituição:
farelo de algas é
utilizado em digestão
anaeróbia para
produzir metano que
seria utilizado para
produção de calor
USA
Batan et al., 2010
Microalgas/Biodiesel
Alocação energética,
alocação econômica e
substituição:
farelo de algas serve
como alimento em
aquiculturas de peixe e
glicerina substitui
diretamente a glicerina
com origem no
petróleo
Austrália
Campbell et al., 2010
Microalgas/Biodiesel
Substituição:
farelo de algas é
utilizado em digestão
anaeróbia para
produzir metano para
queima com produção
de calor
USA
Clarens et al., 2011
Microalgas, colza,
switchgrass/biodiesel,
bioeletricidade
Alocação energética:
65,8% óleo girassol e
34,3% ao farelo
95,7% Biodiesel e
4,3% glicerina
•n.a = alocação não é necessária
• n.d = não determina alocação
Fonte: Adaptado de Figueiredo (2011)
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Tabela 02. Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em Girassol
País
Autor/Ano
Grécia
Balafoutis et al., 2010
Itália
Cotana et al., 2010
Espanha
Requena et al., 2010
Biomassa/Combustível
Atribuição de Impactos
Girassol
alocação energética:
55,1% óleo de girassol
e 44,9% farelo
Girassol e colza/
biodiesel
n.d
Girassol, colza e soja/
biodiesel
n.d
Chile
Iriarte et al., 2009
Girassol e colza
n.a: diz respeito ao
cultivo, o produto é
apenas um, daí não é
necessária alocação
Grécia
Kalivroussis et al.,
2002
Girassol/biodiesel
n.a
Girassol/biodiesel
Alocação mássica:
26,4% óleo girassol e
73,6% ao farelo;
90,7% biodiesel e 9,3%
à glicerina
Girassol/biodiesel
n.d
a
Alocação energética:
65,8% óleo girassol e
34,3% ao farelo
95,7% Biodiesel e
4,3% glicerina
Brasil
Viana, 2008
Grécia
Tsoutsos et al., 2009
UE
Biograce, 2011
Fonte: Figueiredo (2011) Adaptado
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Apesar de se extrair uma maior quantidade de óleo por kg de matéria-prima
para o girassol, a produtividade das microalgas é bastante superior, o que revela
uma maior quantidade de óleo por hectare para as microalgas (FIGUEIREDO, 2011).
As Tabelas comparativas 01 e 02 deixam notório a existência de uma
vantagem do uso de microalgas para produção de biodiesel no que diz respeito à
atribuição de impactos, tornando o aproveitamento dessa matéria prima aprimorado.
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Monteiro (2009) desenvolveu um estudo de caso, baseado na aplicação de
biodiesel em automóveis urbanos da cidade de Braga, Portugal. Os resultados
mostraram que, embora o consumo energético total do biocombustível tenha
atingido valores 9,5% superiores (em comparação ao abastecimento convencional),
com a utilização do biodiesel, reduções relevantes ocorreram na maioria dos gases
poluentes considerados. Nas emissões de CO2 e óxidos de enxofre as reduções
foram, respectivamente, de 15% e 52%. Para CO e óxidos de nitrogênio, foram
constatadas restrições de até 17%, e em relação às partículas de CH4 as reduções
correspondem a 22%. Andrade (2012) em sua análise de emissões atribuídas ao
biodiesel, também aponta consideráveis diminuições, de cerca de 30% para o CO2 e
18% para os demais gases, ainda que a energia requerida tenha sido 30% maior.
Trabalhos recentes relacionando o cultivo de microalgas e impactos
ambientais têm dedicado preocupação particular aos problemas com os extensivos
recursos hídricos necessários para manutenção das algas, matéria-prima para o
biodiesel. Uma solução recorrente na pesquisa acadêmica, e que mostra-se bem
sucedida sob diversas análises, é a reutilização de águas residuais.
Park et al. (2013) discutem as vantagens e desvantagens de basear a cultura
de microalgas em fontes de águas residuais, provenientes de atividades urbanas,
agrícolas e industriais, com potencial para fornecer meios eficientes (com custo
reduzido) e sustentáveis de crescimento de algas para biocombustíveis, além de
combinar tratamento dessas águas pelos microrganismos, com a o aproveitamento
dos nutrientes úteis para a produção do biodiesel.
Galindro (2012) apontou o uso do efluente do cultivo superintensivo de
camarões marinhos como matéria-prima para impulsionar o crescimento de
microalgas destinadas à produção de biodiesel. O estudo mostrou que a
produtividade de biomassa obtida com o uso do efluente foi 17,5% superior à
utilização de fertilizantes químicos.
Pittman, Dean e Osundeko (2011) em seus estudos, baseados em vários
relatos científicos, concluem que tecnologias atuais de cultivo de algas,
isoladamente, não constituem alternativa viável para o fornecimento de energia, mas
reforçam que a dupla utilização, de cultivo de microalgas e tratamento de águas
residuais é, por conseguinte, uma opção atraente, em termos de redução dos
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custos, emissões, e uso de insumos (fertilizantes e água doce), além do incremento
na produtividade.
Estudos vêm analisando também a possibilidade de associar o cultivo de
microalgas a áreas de intensa produção e emissão de dióxido de carbono (CO2),
uma vez que esse tipo de emissão pode gerar diversos inconvenientes do ponto de
vista ambiental e social. Por outro lado, este gás constitui fonte primária para os
processos fotossintéticos, e pesquisas na área revelam que o crescimento de
biomassa nessas condições é superior (FIGUEIREDO, 2011).
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5.4 A PROBLEMÁTICA DOS PATÓGENOS EM DIFERENTES CULTURAS COM
POTENCIAL BIOENERGÉTICO
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Em detrimento às diferentes matrizes vegetais energéticas, as microalgas
possuem uma grande vantagem no que diz respeito a dificuldades de cultivo
relacionadas a susceptibilidade à infecção por patógenos que prejudicam o
desenvolvimento da plantação, como relata Leite apud HENNING (1977):
A expansão da cultura do girassol pode ser prejudicada, entre outros
fatores, pela presença de doenças causadas por vírus, bactérias e
fungos. O girassol é hospedeiro de mais de 35 microrganismos
fitopatogênicos, a maioria fungos. No Brasil, não há dados exatos
sobre a magnitude da perda na produção provocada pelas doenças,
mas sabe-se que esta pode chegar a até 100%, dependendo das
condições climáticas. (Leite apud HENNING p. 409, 1977).
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Dentre as diversas doenças que afetam o Girassol (Helianthus annuus L.) ,
primariamente de origem fúngica, como a Mancha de alternaria, que é comum nas
regiões de cultivo com clima subtropical úmido no Brasil, a plantação pode ser
gravemente afetada, acarretando em grandes perdas de produção. Segundo Leite
(apud HENNING, 1977), condições favoráveis como temperatura ótima e umidade
relativa alta, permitem ao agente etiológico (Alternaria spp.) produção de altas
quantidades de conídios (esporos fúngicos) que afetam a planta inteira e se alastram
para outras plantas na área, através de vento e chuvas. As espécies de A. spp. são
capazes de infectar sementes e ficarem viáveis por anos.
Além dessas doenças de importância econômica, pode-se citar ainda a
Ferrugem do girassol, a mancha cinzenta da haste e diversas podridões radiculares
(que acometem as raízes) que podem atacar a cultura do girassol.
A cultura de Mamona (Ricinus communis L.), atualmente uma das mais
importantes matrizes vegetais com potencial para produção de biodiesel, apresenta
susceptibilidade à ação de organismos causadores de doenças, dentre estas, o
mofo cinzento, que segundo Massola (apud HENNING,1977), a doença foi
constatada em 1932 e é atualmente a de maior importância econômica pois em um
curto período de tempo pode destruir grande parte da produção, atacando as
inflorescências e os frutos. Outras doenças da Mamoneira ocorrem no Brasil, como
a mancha bacteriana das folhas, que também ocorre em países como a Rússia,
Japão, Coréia e Uganda, a Fusariose (Fusarium spp.), que ocorre em quase todas
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regiões do Brasil e a Mancha foliar (Alternaria ricini), doença que apresenta pouca
importância econômica pois não causa grandes prejuízos na produção.
Segundo Pereira (apud HENNING, 1977) por muito tempo o milho (Zea mays
L.) foi considerado uma planta altamente resistente a estresses ambientais (tais
como alta salinidade, temperatura, baixa disponibilidade de água etc) mas
atualmente surgiram novos problemas para a cultura, principalmente com relação às
doenças que podem promover grandes perdas na produção total da cultura.
A plantação do milho (Zea mays L.) em diversas regiões do Brasil é
comumente afetada por algumas doenças, dentre as quais diversas de origem
fúngica, tais como ferrugens e carvões, sendo estas as mais comuns, doenças
bacterianas e virais. Algumas dessas doenças podem comprometer seriamente a
produção final do cultivo.
O cártamo (Carthamus tinctorius L.), uma asterácea de cultivo anual, é uma
oleaginosa promissora para cultivo no semi-árido brasileiro, apresenta resistência a
alguns estresses ambientais, mas alguns estudos mostram que essa espécie é
suscetível à infecção por fungos, tal como Carneiro (2009) constatou a ocorrência de
manchas de coloração marrom escuro nas folhas e hastes em plantas de cártamo
(Carthamus tinctorius L.) cultivadas em Londrina - PR e confirmaram a espécie de
fungo patogênico Colletotrichum gloeosporioides, causador de antracnose em
alguns cultivos.
Segundo a FAO - Food and Agriculture Organization - (2010), o cultivo de soja
(Glycine max L.) no Brasil é um dos principais itens da produção agrícola, sendo o
segundo maior produtor mundial, atrás apenas dos Estados Unidos, movimentando
bilhões de dólares em sua cadeia produtiva de agronegócio.
As plantações de soja no Brasil podem ser afetadas por algumas doenças
virais, bacterianas e fúngicas, dependendo da região em questão. Almeida et al
(apud HENNING, 1977) afirma que a Mancha Parda ou Septoriose é a doença mais
amplamente disseminada no Brasil, podendo afetar severamente a produção da
plantação.
Segundo Almeida et al (apud HENNING, 1977), a Antracnose (Colletotrichum
dematium) é a principal doença que afeta a fase inicial de formação das vagens e é
um dos principais problemas dos cerrados. Em anos chuvosos, pode causar perda
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total da produção mas, com maior freqüência, causa alta redução do número de
vagens, induzindo a planta à retenção foliar e haste verde.
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6 VIABILIDADE ECONÔMICA E OPERACIONAL DO BIODIESEL PROVENIENTE
DE MATRIZES VEGETAIS
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Segundo Demirbas, A. e Demirbas, M. (2011) os poucos estudos existentes
nessa temática enfatizam as estimativas com base em três parâmetros: eficiência
fotossintética, adoção em larga escala e cultivo em longo prazo. Eles ressaltam que
o cultivo de microalgas em modalidades abertas costuma incorrer em baixa
eficiência, por outro lado, a utilização de fotobiorreatores eleva os custos e, como
resultado, ambas as configurações apresentam alto custo final do biodiesel ($1.40/l
para o cultivo aberto e $1.81/l em fotobiorreatores), tornando-o pouco competitivo
economicamente em comparação ao diesel de origem fóssil ($0.48/l).
Nos últimos anos, houve um crescimento exponencial na produção de
biodiesel para acompanhar o crescimento das vendas, como mostrado na Tabela 03.
A partir disso, pode-se inferir que haverá maior direcionamento para o
desenvolvimento de tecnologias inovadoras na área de produção do biodiesel com
concomitante possibilidade de reduções nos valores de venda do biodiesel. O
Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), divulgou em novembro de
2013, o investimento de R$ 36,8 milhões, onde R$ 11,2 milhões foram investidos
para pesquisas sobre a produção de microalgas para finalidades energéticas.
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Tabela 03. Produtos selecionados com maiores ganhos de posição no ranking dos 100 maiores
produtos e/ou serviços industriais, segundo o valor de vendas - Brasil - 2007-2011
Fonte: IBGE, 2012
Slade e Bauen (2013) analisaram três aspectos da produção de microalgas
que irão influenciar intensamente a aplicabilidade futura da produção de
biocombustíveis dessa origem: o balanço energético e de carbono, impactos
ambientais e custos de produção. Os autores concluíram que, para se atingir um
balanço positivo de energia, serão necessários avanços tecnológicos e otimização
dos sistemas de produção, e encaram a mitigação dos impactos ambientais, em
particular, a gestão da água, como oportunidade e desafio, simultaneamente. Por
outro lado, assinalam que o custo pode ser significativamente reduzido (em até 50%)
se CO2, água e nutrientes forem obtidos a baixo custo.
Uma discussão acerca dos benefícios e dificuldades na produção em larga
escala do biodiesel de microalgas foi dirigida por Rawat et al. (2013). Uma reflexão
foi tecida, abordando diversos pontos ligados ao tema, como a seleção das
microalgas, marinhas ou de água doce, a origem das culturas e a viabilidade das
cepas; a determinação do uso ou não de linhagens submetidas a condições
estressantes do meio para o aumento na produtividade de lipídios; além de
considerar as interações sinérgicas que ocorrem naturalmente entre algas e outros
microrganismos. Considerações relativas ao melhor modelo de cultivo (modalidades
abertas e fechadas) também estão delineadas neste estudo, apontando que a
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maioria das empresas pesquisadas utilizam sistemas fechados (52%), e as demais,
tanques abertos (26%) e configurações naturais (22%). Soares et al, 2011, em seu
estudo, analisa em profundidade as variáveis que podem influenciar cada
configuração de cultivo de microalgas, apontando vantagens e desvantagens em
cada uma.
Abordagens críticas e concernentes ao panorama presente da produção de
biodiesel em grandes proporções foram realizadas também por Singh e Gu (2010);
Alam et al (2012) e Mata et al (2010), com apontamentos semelhantes, ou seja, a
viabilidade econômica do processo depende da minimização do custo operacional e
de manutenção, além da maximização da produção de microalgas. Carmo (2012)
ressalta ainda que a aquisição da cultura e a extração somam mais de 90% do custo
total de obtenção do biodiesel, e que o custo final é bastante superior ao valor de
mercado, indicando como formas de diminuir o custo de produção, a otimização dos
níveis de solvente aplicado, bem como, métodos mais eficientes de processamento.
Gao et al (2012) apontam ainda, como alternativa viável para redução dos
altos custos referidos para a produção do biodiesel, o reaproveitamento dos
resíduos da biomassa oriunda das microalgas, como fonte de nutrientes para
fermentação em diferentes vias.
O aproveitamento de resíduos de biomassa obtidos das microalgas pode ser
realizado através do processo de Pirólise. A Pirólise é considerada um eficiente
processo de conversão de biomassa em produtos precursores de combustíveis. Tais
produtos incluem “char” (material sólido residual de compostos carbonados após
combustão), elementos gasosos e bio-óleos. Essencialmente, pirolisar biomassa é
um processo atrativo devido à alta densidade energética e conveniência em seu uso,
armazenamento e transporte (ISLAM et al., 2004).
Pan et al. (2010), realizou um trabalho comparativo entre o processo de
pirólise direta e com uso do catalisador HZSM-5 em um reator de leito fixo, utilizando
biomassa resídual da microalga verde Nannochloropsis sp. (utilizada devido ao seu
alto teor lipídico, seus resíduos metabólicos podem ser utilizados para síntese de
bio-óleos renováveis precursores de biocombustíveis) (Ver esquema da Figura 03).
Os autores apontam que os resíduos metabólicos das microalgas em questão
podem ser utilizados como recurso renovável devido à produtividade e eficiência em
dimensão qualitativa/quantitativa no processo de pirólise, otimizado pela síntese do
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“Char”, sendo a produção mais eficiente na utilização do catalisador HZSM-5.
Também foi possível estabelecer a temperatura ótima para obtenção de produtos
finais notavelmente melhores. Além de apresentar boa capacidade de estocagem, os
óleos obtidos na pirólise catalítica apresentaram baixo teor de gás oxigênio,
promovendo diminuição da oxidação dos óleos. A pirólise dos resíduos de
Nannochloropsis sp. apresentou-se mais eficiente do que a pirólise de biomassa
lignino-celulósica comumente utilizada. Os produtos precursores formados
apresentaram grande potencial para uso como biocombustíveis.
Figura 03. Diagrama esquemático de reator do leito fixo
utilizado no processo de Pirólise
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Cúpula Térmica
Nitrogênio
Reservatório interno
Forno Aquecedor
Tubo de escape
Capturador de
Gás
Condensador
Fonte: Adaptado de Pan et al. (2010)
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Algumas espécies de microorganismos, apresentam-se superiores à soja no
que diz respeito ao teor lipídico acumulado por estes organismos segundo o trabalho
comparativo de Fontana (2010), conforme os dados apresentados na Tabela 04.
Tabela 04. Conteúdo Lipídico, Protéico e Glicídico das diversas fontes oleaginosas
Fonte: Fontana (2010)
(*) unicelular mas formando filamentos alongados espiralados ou tricomas; (#) suco
de abacaxi como fonte de C; (%) principalmente glicogênio (reserva polimérica de glicose);
(@) meio e condições de cultura otimizados para tal fim.
Ainda em caráter comparativo, a produtividade de outras oleaginosas,
comumente utilizadas para obter biodiesel é inferior àquela observada na utilização
de microalgas, tal como mostrado na Tabela 05, que evidencia o rendimento da
produção de óleo de cada organismo e a área necessária para o cultivo/produção,
destacando as microalgas como promissoras nestes quesitos.
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Tabela 05. Produtividade comparativa de algumas fontes oleaginosas para a produção de
Biodiesel
Fonte: Fontana (2010)
(*) como exemplificação, Mega-hectares teoricamente necessários para suprir 1⁄2 de
toda demanda de combustíveis para transporte nos USA / ano
(#) assumindo 30% de óleo na base seca da biomassa
(##) assumindo 70% de óleo na base seca da biomassa
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7 DISCUSSÕES
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Nos últimos 40 anos, devido à crescente diminuição das reservas de petróleo,
com o aumento dos custos de seus derivados, tornou-se necessário a busca de uma
nova matriz energética com renovação cíclica. Dentre os principais combustíveis, o
biodiesel surge como uma opção que atualmente pode ser aplicada em uma mistura
com o diesel oriundo do petróleo, tornando-se um eficiente combustível em termos
de rendimento, ao passo em que minimiza os conhecidos danos ambientais
causados pela utilização de combustíveis fósseis amplamente usados.
Inicialmente, as pesquisas apontavam gramíneas, leguminosas e plantas
oleaginosas como matrizes vegetais energéticas com grande potencial para a
produção de biodiesel. De 1980 à 2014, houve um grande crescimento na produção
das matrizes supracitadas, como de acordo com o Figura 04 abaixo, todavia, esses
vegetais são utilizados amplamente na indústria alimentícia. Isso pode gerar
competição com o consumo humano e um direcionamento maior da produção
dessas matrizes para produção de biocombustíveis.
Gráfico 01 - Área e produção de cereais, leguminosas e oleaginosas no Brasil
Fonte: IBGE
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O constante crescimento na produção dessas matrizes, demanda uma área
de cultivo ampla e cada vez maior, porém, a figura 04 aponta que de 1980 à 2002, a
área de cultivo era praticamente a mesma, mas nos últimos 10 anos houve um
crescimento de 50% da área. A partir disso, infere-se que haverá demanda de uma
área de cultivo maior, o que pode gerar desde comprometer a área de produção
voltada para o consumo alimentício ao fato de que o espaço geográfico é limitado.
Nesse contexto, a obtenção de biodiesel a partir do óleo de microalgas tornase uma possibilidade que mostra-se mais eficiente em relação a diversos
parâmetros, como por exemplo, a área de cultivo necessário para as microalgas é
exclusivamente em meio aquático com possibilidade de verticalização, o que exclui a
necessidade da exploração horizontal em terra arável, sendo portanto, uma matriz
vegetal energética eficiente em termos de aproveitamento de área de cultivo. Além
disso, a produção pode ser estável e contínua, sem período de plantio e entressafra
como é o caso de outras fontes vegetais.
Segundo Holanda & Ramos (2011), a eficiência fotossintética das microalgas
é maior do que as matrizes ligninocelulósicas e portanto tendem a apresentar maior
produção de biomassa, além disso, a composição bioquímica das microalgas podem
ser controladas
com facilidade através de variações nas condições de cultivo e
dessa forma, a obtenção de óleos é mais eficiente.
Outro aspecto importante, é o fato de que as microalgas podem utilizar água
salgada e matéria orgânica derivada de águas residuais como fertilizantes no cultivo.
O seu cultivo em água de produção de petróleo também é uma possibilidade de
aplicação futura que poderia aliar a produção de matéria-prima ao uso das
microalgas para o tratamento da água para descarte ou para o reutilização na
produção do petróleo.
O biodiesel de microalgas apresenta menores impactos para todas as
categorias apreciadas, dentre elas, efeito estufa, toxicidade humana, eutrofização,
acidificação e ecotoxicidade de recursos freáticos e marinhos.
Ainda com relação às diferentes fontes vegetais, como o girassol, mamona,
palma, soja e cártamo, as microalgas possuem um importante e altamente vantajoso
aspecto com relação à dificuldades de cultivo, como por exemplo os problemas
relacionados à infecção por patógenos que prejudicam o desenvolvimento de
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algumas plantações, em que as microalgas não apresentam esse tipo de
susceptibilidade.
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8 CONCLUSÕES
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Em comparação às demais matrizes vegetais energéticas, o biodiesel
proveniente de microalgas apresenta destaque para a síntese de uma mistura mais
eficiente, uma vez que, além das variadas vantagens em termos ambientais, possui
alta compatibilidade com as características observadas no diesel derivado do
petróleo (número de cetanos, viscosidade cinemática, hidrocarbonetos etc.), com
possibilidade de utilização nos motores destinados a este último, sem a necessidade
de adaptações adicionais, que gerariam custos mais elevados.
A produção do conteúdo lipídico das microalgas é cerca de sete à trinta vezes
superior ao de matrizes vegetais, como girassol, mamona, palma e soja. Além disso,
as melhores condições de cultivo dessas matrizes necessitam de investimento
hídrico maior.
Atualmente, o custo final do biodiesel para o consumidor é cerca de três
vezes mais elevado devido aos altos custos de produção, entretanto, o crescente
investimento governamental na área de inovação tecnológica da produção de
biodiesel oriundo de matrizes vegetais, principalmente microlagas, pode tornar viável
a diminuição dos custos de cultivo/produção e consequente redução do custo final
de mercado.
Diante do exposto, a análise de literaturas mais recentes relacionadas à
produção de biodiesel permite-se inferir que o biodiesel oriundo de microalgas frente
à outras matrizes vegetais mostra-se mais viável no que diz respeito à múltiplos
aspectos discutidos, apesar da constante necessidade de mais pesquisas
inovadoras para que haja a implementação do cultivo de microalgas como principal
matéria prima para produção em larga escala.
Uma das principais considerações, destacada pela reunião dos diversos
títulos apresentados neste trabalho, é a importância de relacionar áreas distintas de
conhecimento em prol do avanço nas pesquisas, de modo a acelerar e aumentar a
eficiência dos projetos, por meio de designações multidisciplinares e, portanto, com
embasamento ainda mais sólido.
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8.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
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- Pesquisas com utilização de engenharia genética, uma proposta que pode
apresentar meios de aumentar a eficiência técnico-econômica do biodiesel;
- Análise de diferentes métodos técnicos para a obtenção de biodiesel, no quesito
eficiência e custo/benefício dos métodos de obtenção;
- Comparação do rendimento em biomassa de diferentes espécies de microalgas
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