Biomassa e biocombustíveis
Modernidade ou retorno às origens?
Nossos antepassados sempre utilizavam a madeira e o carvão como principal fonte de energia.
Os óleos e resinas de origem animal e vegetal alimentaram as lâmpadas, lamparinas e lampiões,
desde muitos séculos.
Com a descoberta das propriedades do petróleo e o início de sua extração e beneficiamento,
utilizar madeira e óleos passou a ser considerado “primitivo”; e, assim, entramos na era industrial
moderna, desprezando antigas tecnologias.
Com a previsão de esgotamento das reservas do petróleo para os próximos 50 ou 100 anos, e
também com os indícios de que a utilização de combustíveis fósseis está causando danos
ambientais ao planeta, a humanidade está revendo seus conceitos do que seja “moderno”.
Os exemplos da queima da madeira e do carvão são bastante esclarecedores. A prática de
queimar madeira e carvão já transitou de “normal” para “crime ambiental”, em poucas décadas.
Mas, agora, com a possibilidade da utilização de madeira reflorestada ou de carvão vegetal de
reflorestamento, sua queima passa a ser considerada atividade “ecologicamente correta”. A
madeira de reflorestamento é um recurso energético renovável, cujo carbono estava,
recentemente, na atmosfera na forma de gás carbônico, em ciclos de, no máximo, dez anos, que
é o tempo de crescimento e corte do eucalipto. Enquanto a madeira é extraída, nova floresta é
plantada no mesmo lugar.
Por outro lado, o petróleo – antes, o “herói” do desenvolvimento nas décadas de 1940 até 1970 –
foi tomando ares de “arquivilão” destruidor do planeta, nas décadas mais recentes.
Essa mudança de paradigmas sobre a melhor forma de produzir e consumir energia é uma das
maiores transformações que estamos presenciando atualmente, em todo o mundo.
A utilização da biomassa está intimamente ligada a essa transformação de conceitos, pois ela é
o conjunto de todas as substâncias orgânicas de uma “massa biológica” produzida em um
ambiente qualquer; seja numa floresta natural, numa floresta artificial ou em resíduos de uma
atividade humana, seja de uma indústria, cidade ou residência.
Como já vimos, qualquer substância orgânica é um combustível. Ela contém energia solar
armazenada na forma de energia química, que foi guardada nas ligações entre os átomos,
quando a planta original realizou a fotossíntese.
Veja a equação termoquímica geral da fotossíntese:
6 CO2 (g)
+
6 H2O (l)
+ 2800kJ →
C6H12O6 (S)
Energia absorvida
+ 6O2 (g)
Obs.: Esta equação é uma simplificação da fotossíntese, uma vez que ela acontece em várias etapas bastante complexas,
em diferentes organelas das células vegetais, em fases claras e escuras, envolvendo também moléculas de clorofila
diferentes, com diferentes funções. Diversos cientistas no mundo todo estão tentando reproduzir a reação da
fotossíntese artificialmente, em laboratório, para melhor aproveitamento da energia solar.
Se considerarmos a mesma reação no sentido inverso, a energia, antes absorvida, é liberada na
forma de calor e luz, como na chama de uma fogueira.
C6H12O6 (S)
+ 6O2 (g)
→
6 CO2 (g)
+
6 H2O (l)
+ 2800kJ
Energia liberada
É claro que as substâncias orgânicas não têm a mesma fórmula geral (C 6H12O6). Existem
substâncias orgânicas com apenas um e outras com milhares de átomos de carbono, sem
mencionar os outros elementos. São cerca de 6 milhões de substâncias orgânicas conhecidas
atualmente; e, como elas podem ser fabricadas artificialmente, esse número só tende a aumentar.
Mesmo assim, a biomassa pode ter C6H12O6 como fórmula geral para efeito de cálculos. Ou, de
forma mais simples ainda, para uma árvore, por exemplo, considera-se que a metade da massa
de seu tronco e seus galhos – a parte lenhosa - seja formada de carbono e, portanto, conversível
em carvão.
Exemplos de biomassa por atividade humana
Imagine, então, que você seja o administrador de uma atividade comercial qualquer e que tenha
grande quantidade de rejeitos produzidos mensalmente. Será que nesses rejeitos existem
substâncias orgânicas que poderiam ser aproveitadas para, por exemplo, suprir parte da
necessidade de energia de sua empresa?
Se “jogada fora”, a energia solar armazenada nas ligações químicas (energia química) será
perdida com a decomposição da substância, até sua total mineralização; ou seja, tornar-se-á
novamente inorgânica. Então, para que deixá-la apodrecer?
Vejamos alguns casos:
Madeireira e fábrica de móveis
Gera, mensalmente, uma grande quantidade de madeira sem utilidade, na forma de pequenos
pedaços e serragem. Deixados apodrecer, não terão qualquer serventia. Mas a madeira pode ser
queimada, gerando calor, que, por sua vez, pode gerar eletricidade; ou pode ser fermentada em
biodigestores para a geração de gás metano. A serragem - ou “pó de serra” - é explosiva. Não
aproveitá-la e fazer depósitos próximos do local de trabalho ou de residências é um grande risco
de incêndio.
Atividade florestal
Florestas artificiais de eucalipto são muito utilizadas para produção de carvão vegetal,
especialmente para atender às indústrias siderúrgicas. Não há melhor termo-redutor para o
minério de ferro que o carvão. Mas existem vários rejeitos nessa atividade, como palha de
troncos, gravetos e folhas, que são substâncias orgânicas. Esses rejeitos podem ser fermentados
ou queimados diretamente para a produção de energia térmica ou elétrica; ou, ainda, podem
gerar fertilizantes. Existem até projetos para a transformação de florestas artificiais – que são
renováveis, ou seja, “replantáveis” – com a finalidade de alimentar usinas termoelétricas, que
deixariam de usar combustíveis fósseis.
Produtora e beneficiadora de grãos
A casca de arroz e vários outros grãos também podem ser fermentados ou queimados
diretamente para a produção de energia. A energia dos grãos também é imensa, especialmente a
soja e o milho. Se parte de uma safra estiver impossibilitada de comercialização como alimentos,
os óleos contidos nos grãos podem ser utilizados como matéria-prima para produção de
biocombustíveis. Existem até casos em que silos (containers de armazenamento) de grãos
explodem espontaneamente por emitirem gases inflamáveis, que se misturam ao oxigênio do ar e
entram em combustão.
Lanchonete e residências
O óleo de soja usado em frituras de pastéis e salgados em geral pode ser destinado à produção
de biodiesel. Existem vários modelos de projetos de pequeno porte, muitos deles até “caseiros”,
que convertem os óleos vegetais usados em biodiesel, que, depois, pode abastecer diretamente o
motor de um carro a diesel. Descartados diretamente na rede de esgotos, o óleo de soja é grande
poluidor das águas dos rios.
Pecuária e aves
Os estercos suíno, bovino e de aves sempre sobram nas atividades de criação, mesmo quando
utilizados para adubar o solo na agricultura. Sua fermentação gera gás metano, excelente
combustível. Para essa fermentação, existem vários modelos de biodigestores domésticos ou
comunitários. O sólido e o líquido que sobra do biodigestor são excelentes adubos para a lavoura.
Esgoto urbano
É um conjunto enorme de substâncias orgânicas e inorgânicas jogadas fora, mas é muito rico em
gorduras e óleos, que poderiam ser separados, beneficiados quimicamente e aproveitados como
combustíveis. O biogás de esgoto também é rico em metano e existem muitos projetos para
aproveitá-lo a partir das usinas de tratamento de esgoto nas grandes cidades. Infelizmente a
maior parte das cidades brasileiras não têm qualquer tratamento de esgoto, que é descartado
diretamente nos rios, matando a fauna e a flora aquáticas. Além de erro ecológico, um
desperdício energético.
Lixo urbano
É uma mistura de todos os tipos de substâncias recicláveis e reaproveitáveis, mas quase sempre
toda descartada. Além da possibilidade de reciclar plásticos, metais e vidros, o lixo orgânico pode
ser separado e fermentado para produção de gás metano. Além disso, o material líquido e sólido
que sobra dessa fermentação, retirando possíveis metais pesados, é excelente fertilizante. Até
mesmo os plásticos que não estiverem em condições para reciclagem por fusão (derretimento)
podem ser queimados, com excelente rendimento térmico. Mas lembre-se de que os plásticos
são derivados do petróleo, podendo ser considerados “combustíveis fósseis”, se forem
incinerados.
Aterro sanitário
Mesmo o lixo que não foi reciclado, que não sofreu qualquer beneficiamento, entra em
fermentação anaeróbica (sem oxigênio do ar) e produz gás metano. Esse gás costuma sair do
solo aterrado e até entrar em combustão espontânea, quando chega à superfície, pelo contato
com o oxigênio do ar. Existem muitos projetos para aproveitamento do gás de lixo a partir de
aterros sanitários, faltando apenas verbas para sua implementação.
Produção de açúcar, etanol e cachaça
O bagaço da cana-de-açúcar é a principal fonte de biomassa utilizada no Brasil atualmente.
Grandes usinas de açúcar e álcool no Brasil gaseificam o bagaço seco, e esse gás é usado como
aquecimento dos sistemas de destilação ou mesmo para a produção de energia elétrica para a
usina. Atualmente o bagaço é utilizado para suprir integralmente as necessidades energéticas das
usinas e ainda sobra! Mesmo o produtor de cachaça mais rústico queima o bagaço seco para
aquecer seu alambique para a destilação da bebida. Com esse aproveitamento, lenha, carvão ou
gás deixam de ser utilizados.
Açúcar
A sacarose, obtida no Brasil a partir da cana-de-açúcar, também pode ser obtida de outros
vegetais, como a beterraba. Fermentada, ela é a principal fonte de etanol, principal
biocombustível produzido atualmente. Além da sacarose, outros açúcares também podem ser
fermentados para a produção de etanol. O Brasil é pioneiro na produção do álcool de cana em
larga escala, tornado-o uma alternativa viável aos derivados do petróleo, além de ser o primeiro
país a desenvolver a tecnologia da produção de automóveis movidos a álcool, e de motores
conhecidos como “flex”, que funcionam ao mesmo tempo com gasolina e álcool, misturados em
qualquer proporção.
Fábrica de suco de laranja
Ela gera uma grande quantidade de cascas e bagaço de laranja, que, depois de secos, são
gaseificados e o gás é usado como combustível para geração de energia térmica e elétrica para a
indústria. É um processo bastante semelhante ao do aproveitamento do bagaço de cana. Esse
processo já é utilizado nas grandes produtoras de sucos no Brasil, principalmente para
exportação.
Plantas oleaginosas
Soja, milho, babaçu, mamona, canola, girassol, várias espécies de côco, dendê, algodão,
amendoim e muitas outras oleaginosas podem ser fontes de combustíveis que, além do etanol,
também são “biocombustíveis”. Geralmente esses óleos vegetais precisam ser convertidos em
compostos de cadeia carbônica menor para se tornarem substâncias com propriedades mais
semelhantes à do diesel do petróleo, embora continuem sendo de famílias orgânicas bem
distintas das dos hidrocarbonetos. Essa conversão acontece através de reações químicas de
esterificação, transesterificação ou craqueamento, dependendo da matéria-prima ou opção
mercadológica. A mais utilizada é a transesterificação, pois ela usa etanol ou metanol como
reagente e tem a glicerina como subproduto de alto valor para a indústria de cosméticos. O nome
“biodiesel” é atribuído a esse biocombustível porque ele pode ser utilizado em motores diesel.
Desde 2008, os postos de combustíveis no Brasil vendem “biodiesel”; mas, apesar do nome,
trata-se de uma mistura de diesel de petróleo com apenas 2% de biodiesel, por enquanto. Outros
óleos vegetais de cadeia carbônica menor estão sendo estudados como fonte direta de
biocombustíveis, sem a necessidade de passarem por reações como a de esterificação.
Portanto, existem cinco formas principais de aproveitamento energético da biomassa:

Queima direta para produção de energia térmica

Gaseificação e queima em termoelétricas para converter a energia térmica em eletricidade

Fermentação em biodigestores para produção de gás metano (biogás)

Fermentação alcóolica de açúcares para produção de etanol (biocombustível)

Esterificação ou craqueamento de óleos e gorduras para produção de biodiesel
(biocombustível)
O Brasil é um dos países com as melhores condições naturais para ser líder mundial em
aproveitamento energético da biomassa, pois tem grande incidência de sol, boa pluviosidade,
muita água disponível para irrigação, espécies vegetais nativas ricas em energia química, grande
rebanho bovino, suíno etc.
Não é à toa que a Petrobrás, antes uma empresa exclusivamente petrolífera, se diversifica hoje
em diversos segmentos de energia renovável. No site da empresa, pode-se ler:
(…) Os investimentos em biocombustíveis reafirmam nosso compromisso com o desenvolvimento associado
à responsabilidade socioambiental. Nosso objetivo é criar e aprimorar tecnologias que assegurem a
liderança mundial na produção de biocombustíveis.
Em 2008, a Petrobras criou a subsidiária integral Petrobras Biocombustível, que atua na produção de etanol e
biodiesel. Presente em todas as regiões do País, a empresa tem como missão produzir biocombustíveis no
Brasil e no exterior de forma segura e rentável, com sustentabilidade social e ambiental, contribuindo para a
redução das emissões de gases do efeito estufa e promovendo o desenvolvimento nos países onde atua.
No segmento de etanol, a Petrobras Biocombustível constitui parcerias para a produção do biocombustível.
O bagaço da cana-de-açúcar utilizada na produção de etanol é aproveitado para geração de energia elétrica.
Uma parte dessa energia move as usinas e o restante é comercializado.
No negócio de biodiesel, a Petrobras Biocombustível atua na produção e na comercialização. A empresa
ainda comercializa os subprodutos derivados do biodiesel, como: a glicerina, o ácido graxo, a goma, o óleo
de mamona, o farelo de soja, a torta de mamona, o farelo de girassol e o óleo de girassol.”
Fonte: http://www.petrobras.com.br/pt/energia-e-tecnologia/fontes-de-energia/biocombustiveis/ - Acesso
em 15/10/2013.
Como se processa a fermentação anaeróbica para gerar o biogás?
O biodigestor é um tanque metálico ou construído em alvenaria, em diversos modelos e
tamanhos, onde a matéria orgânica úmida - geralmente fezes animais - é metabolizada por
bactérias, na ausência de oxigênio. O gás obtido é uma mistura formada principalmente de
metano e gás carbônico.
Biodigestor rústico de pequena propriedade rural
Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Biodigestor.JPG – Acesso em 15/10/2013.
Considere a equação abaixo, normalmente usada para representar a biodigestão de matéria
orgânica:
116 C6H12O6
→
Matéria orgânica
(Observe que a fórmula usada é a mesma da glicose)
→ 126 CH3COOH + 48 CH3CH2COOH + 26 CH3CH2CH2COOH + 125 CO2 + 71 CH4 + 54 H2O
ácidos carboxílicos líquidos:
biogás
etanóico, propanóico e butanóico
Como se pode perceber, boa parte do carbono original é convertido a gás carbônico e outros para
a forma de substâncias orgânicas em fase úmida, difícil de ser queimada. Pouco mais de um
décimo do carbono total (116 x 6 = 696) é realmente convertido em gás combustível,
metano (71 mol de CH4).
Porque “gaseificação” e não “biodigestão”?
Por causa da relação metano/carbono total acima, a gaseificação do material seco é bem mais
rentável energeticamente, pois toda a massa é convertida em monóxido de carbono (CO) e gás
hidrogênio (H2), ambos combustíveis. Nos sistemas de gaseificação, boa parte da energia térmica
liberada na queima dessa mistura gasosa é convertida em energia elétrica, como uma
termoelétrica a vapor, sendo que, para os processos em que seja necessária a energia térmica,
ela é aproveitada diretamente. Certamente, para isso, são necessárias instalações muito maiores
e grandes investimentos. Mas o governo brasileiro tem vários programas de crédito e de
assistência técnica para a instalação dessas usinas em empresas e fazendas do agronegócio.
Mesmo assim, para pequenas propriedades rurais, cooperativas e comunidades agrícolas, um
biodigestor comum já é bastante vantajoso. Se o projeto for bem dimensionado, o biogás gerado
pode suprir quase integralmente a necessidade de energia da comunidade.
Quais as diferenças entre as reações de esterificação, transesterificação e de
craqueamento para a produção de biodiesel?
A reação de esterificação geral acontece entre um ácido carboxílico e um monoálcool,
produzindo éster e água, em meio ácido como catalisador.
Esterificação geral
Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Esterifica%C3%A7%C3%A3o.png – Acesso em
15/10/2013.
Se o ácido for ácido graxo (gordura animal ou vegetal), o éster formado pode ser usado como
biodiesel ou bio-óleo, dependendo do tamanho da cadeia R. Se o álcool for o metanol, R1 terá um
carbono apenas; se for etanol, R1 terá dois carbonos.
As vantagens da esterificação consistem no aproveitamento de resíduos oleosos pouco nobres,
tidos como rejeitos, e o fato de ter água como subproduto. No Brasil, o biodiesel de resíduos do
óleo de palma é feito por esterificação.
Já a transesterificação é o método atualmente preferido, inclusive adotado pela Petrobrás
Biocombustíveis. Consiste em uma série de reações reversíveis em meio alcóolico em excesso
– que também pode ser metanol ou etanol – em que um triglicerídeo (éster de cadeia longa)
reage com álcool, tendo um meio básico forte como catalizador. A reação gera novos ésteres de
cadeia menor e glicerina (triálcool), substância de alto valor agregado para a indústria de
cosméticos.
Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Generic_Biodiesel_Reaction1.gif – Acesso em
15/10/2013.
Na equação abaixo, está representada a reação de um triglicerídeo de origem animal, de cadeia
carbônica longa, com 55 átomos de carbono. O método é o FAME (fatty acid methyl ester), usado
em análise de gorduras por transesterificação. Os três tipos de ésteres formados podem ser
usados como biodiesel.
Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FAME_Synthesis_V.2.png – Acesso em 15/10/2013.
No caso do craqueamento, é usado apenas o calor e catalisadores de vários tipos para quebrar
as moléculas grandes em tamanhos menores. O craqueamento pode ser realizado na presença
de moléculas de hidrogênio, que reagem com os átomos de oxigênio, gerando um biocombustível
sem compostos oxigenados, bem semelhante à do diesel de petróleo. Esta tecnologia é chamada
“H-Bio” ou “hidrocraqueamento” e também é desenvolvida na Petrobrás Biocombustíveis.
Quadro resumo das principais fontes de biomassa
Biocombustível
Matéria-prima
Processos de obtenção
Composição química
Carvão Vegetal
Álcool
Madeira
Açúcares (glicose,
amido, celulose
etc.)
Fermentação
anaeróbica
Biomassa em geral
Pirólise
Fermentação anaeróbica
Carbono
Etanol (CH3CH2OH)
Todo o tipo de Biomassa
Óleos e gorduras
Esterificação ou
transesterificação
Craqueamento ou
hidrocraqueamento
Hidrocarbonetos leves
(metano) e CO2
Mistura de vários gases,
essencialmente CO e H2
Mono-ésteres de ácidos
graxos
Hidrocarbonetos e
compostos oxigenados
Biogás
Biogás de
síntese
Biodiesel
Bio-óleo
Óleos e gorduras
Gaseificação
Fonte: Revista Química Nova na Escola, nº 28, maio/2008
Principais ácidos graxos conhecidos na natureza (Moretto e cols., 1989)
Ácido Graxo
Nome Sistemático
Fórmula
P.F. (oC)
Láurico
Dodecanoico
C12H24O2
44,8
Palmítico
Hexadecanoico
C16H32O2
62,9
Palmitoleico
cis-9-hexadecenoico
C16H30O2
0,50
Esteárico
Octadecanoico
C18H36O2
70,1
Oleico
cis-9-octadecenoico
C18H34O2
16,0
Linoleico
cis-9,cis-12-Octadecadienoico
C18H32O2
-5,0
Linolênico
cis-9,cis-12,cis-15-Octadecatrienoico
C18H30O2
-17,0
Fonte: Revista Química Nova na Escola, nº 28, maio/2008
Porcentagem de ácidos graxos de alguns óleos e gorduras vegetais
Fonte do óleo ou
gordura
Palmítico
Esteárico
Oléico
Linoléico Linolênico
Algodão
17-31
1-4
13-44
33-59
0,1-2,1
Amendoim
6-16
1,3-6,5
35-72
13-45
<1
Dendê
32-59
1,5-8
27-52
5-14
<1,5
Girassol
3-10
1-10
14-65
20-75
<0,7
Oliva
7,5-20
0,5-3,5
56-83
3,5-20
<1,5
Milho
8-19
0,5-4
19-50
34-62
4-11
Soja
7-14
1,4-5,5
19-30
44-62
4-11
Fonte: Adaptado de Revista Química Nova na Escola, nº 28, maio/2008
Recomendamos os seguintes filmes e reportagens sobre biodiesel:
Reportagem TVE parte 1
http://www.youtube.com/watch?v=6-NIpiw9N8w
Reportagem TVE parte 2
http://www.youtube.com/watch?v=iHquSLs90-o&list=PLAEACAFBA01B35FB9
Globo News / babaçu parte 1
http://www.youtube.com/watch?v=Pq2nwcnQb6A&list=PLAEACAFBA01B35FB9
Globo News / babaçu parte 2
http://www.youtube.com/watch?v=taDSoG38Wg4&list=PLAEACAFBA01B35FB9
Globo News / babaçu parte 3
http://www.youtube.com/watch?v=bJ_Si8vwDyk&list=PLAEACAFBA01B35FB9
Faça seu próprio biodiesel
http://www.youtube.com/watch?v=MyaXr3iseC8
http://www.youtube.com/watch?v=-BETWVFwbgM
Biodigestor comunitário
http://www.youtube.com/watch?v=HDi09emfzjE&list=PLk0o-8XFLRrkuVGDgUB-Ey4vg36rDz_WI