1. A biomassa: disponibilidade, produção, caracterização
1.1 Biomassa florestal
1.2 Culturas herbáceas e arbustivas: exigências edafo-climáticas das
principais culturas energéticas e noções sobre a sua tecnologia de cultivo
1.3 Algas
1.4 RSU e outros resíduos
2. Culturas energéticas
2.1 Terminologia
2.2 O consumo de energia
2.3 O processo de conversão: radiação – biomassa
3. Aproveitamento da biomassa
6.1 Colheita, transporte, armazenamento: aspectos técnicos e económicos
6.2 Conversões energéticas da biomassa
6.3 Impacte ambiental das culturas bioenergéticas
6.4 Expectativas de desenvolvimento do aproveitamento da energia da
biomassa
1. A biomassa: disponibilidade, produção, caracterização
Fontes e potencial da biomassa:
Origem
Valor energético
MJ/ kgMS
Resíduos urbanos
RSU:resíduos sólidos urbanos
Biosólidos: lamas de ETAR
12,7
19,0
Resíduos agrícolas sólidos
Pecuária
(animais estabulados: aves, bobinos, ovinos, suinos)
Resíduos de culturas
(deixados no campo ou resultantes da limpeza e selecção do produto)
13,5 - 17,8
18,6
Resíduos do corte de árvores
Resíduos da transformação da madeira
Resíduos industriais
Resíduos da industria de pasta para papel
Klass, 1998
Resíduos florestais
1.1 Biomassa florestal
Atlas do Ambiente, 2009
Atlas do Ambiente, 2009
Superfície florestal (x 1000 ha)
por Localização geográfica (Região agrária) e Tipo (superfície florestal) (1)
Período de referência dos dados
1995
Localização geográfica
(Região agrária)
Tipo (superfície florestal)
Áreas de
povoamentos
florestais
Áreas ardidas
de
povoamentos
Áreas de
corte raso
Outras
áreas
arborizadas
3 381,4
3 233,1
79,3
27,5
41,5
1: Entre Douro e Minho
352,2
323,8
27,0
0,1
1,3
2: Trás-os-montes
315,3
279,7
18,4
0,1
17,1
3: Beira litoral
565,6
535,2
14,6
10,8
5,0
4: Beira interior
428,1
412,4
6,3
4,3
5,1
5: Ribatejo e Oeste
435,0
416,5
6,9
8,7
2,9
6: Alentejo
1 144,4
1 136,0
2,5
3,5
2,3
7: Algarve
108,9
97,5
3,6
-
7,8
8: Açores
21,0
21,0
-
-
-
9: Madeira
11,0
11,0
-
-
-
Total
Portugal
Superfície florestal (ha) por Localização geográfica (Região agrária) e Tipo (superfície florestal) Decenal; Direcção-Geral dos Recursos Florestais
(1) Os relativos aos Açores e à Madeira são dados estimados
Distribuição da Área Florestal por Espécies (DGRF, IFN 2001)
Espécies Florestais
Pinheiro bravo
Pinus pinaster
Pinheiro manso
área florestal
(%)
área
(ha)
29,1
976 069
Pinus pinea
2,3
77 650
Outras resinosas
-
0,8
27 358
Azinheira
Quercus rotundifolia
13,8
461 577
Carvalhos
Quercus spp.
3,9
130 899
Castanheiro
Castanea sativa
1,2
40 579
Eucaliptos
Eucalyptus spp.
20,1
672 149
Sobreiro
Quercus suber
21,3
712 813
3,0
102 037
Outras Folhosas
Total
3 349 327
AEP, 2008
██ Carvalho Alvarinho (Quercus robur)
██ Carvalho Negral (Quercus pyrenaica)
██ Carvalho Cerquinho (Quercus faginea)
██ Sobreiro
(Quercus suber)
██ Azinheira
(Quercus rotundifolia)
Pinheiro-bravo
Eucalipto spp.
http://www.igeo.pt/atlas/Cap3/Cap3b_6.html
Soares, 2006
Soares, 2006
Soares, 2006
Soares, 2006
Características de algumas espécies florestais
ex. o cultivo do eucalipto
Soares, 2006
Produtividade
Eucalipto (Eucaliptus spp.)
Descrição
•Género com mais de 550 espécies
•Nos últimos 200 anos espalharam-se cerca de 200 espécies pelo
mundo
•Fotossíntese em C3
Austrália
Eucalipto (Eucaliptus spp.)
Principais espécies cultivadas
•Clima mediterrânico: E. camaldulensis (tb. zonas tropicais) e
•Climas tropicais:
E. globulus
E. grandis (ex. Brasil) e
E. teriticornis (ex.India)
•Espécies principais em alguns países
•E. globulus: Portugal e Espanha
•E. camaldulensis: Austrália, Espanha e Marrocos
•E. grandis: Brasil
•E. citriodora; China
Exigências edafo-climáticas
•Muitas espécies têm elevada plasticidade ecológica, mas deve-se
respeitar a época de chuvas – verão ou inverno - do local de
origem
•A principal limitação é a baixa temperatura (latitude e altitude)
•Solos: bem drenados
•pH: até valores baixos
•Suporta solos pobres em nutrientes mas responde bem à
fertilização
•Há espécies adaptadas a zonas áridas, alagadas, ao vento e ao
smog
Principais espécies na Península Ibérica
E. camaldulensis
E. camaldulensis
•altura 25 e 30m com DAP médio de 1 metro.
•Desrama natural, copa rala, coloração de casca quando nova
cinzento-prateado e quando velha castanho-avermelhado.
•Folhas lanceoladas, alternadas de cor verde fosca com 15 e 22cm.
Tronco mais tortuoso do q o Eucalyptus grandis e Eucalyptus alba.
•raiz pivotante, raizes secundárias bem desenvolvidas: resiste a
períodos secos prolongados.
•Cresce em <200mm, mas melhor se >400mm.
•produtividade aceitável mesmo em solos pobres
•Resistente a geadas
•Suporta perídos de encharcamento do solo
•Suporta salinidade do solo
•Em solos calcários: cloroses
•Óptima competitividade natural
•A madeira de cor avermelhada, dura, muito densa pode atingir
0,79 g/dm3 (uma das madeiras com maior durabilidade do
mundo)
•alto poder calorífico da madeira.
•Usado como combustível, para carvão, construção, postes,
cartão e pasta papel (<qualidade que E. globulus)
E. Globulus Labill. ssp. globulus
•árvore de grande dimensões: 30 a 55 m de altura (Excepc. > 90 m)
•tronco erecto e esguio, com ramificação apenas na parte terminal,
formando uma canópia esparsa e irregular a grande altura.
•ritidoma cinzento-claro, liso, que tende a soltar-se espontaneamente
libertando longas tira pendentes.
•madeira esbranquiçada, formada por longas fibras esbranquiçadas,
fissurando e contorcendo-se durante a secagem.
•a planta regenera rapidamente a partir da toiça,
•plantas juvenis e os rebentos basais e de toiça apresentam um tipo de
folha diferente das plantas adultas:
•as folhas juvenis são sésseis, oblolanceoladas, com 6-15 cm de
comprimento, com tegumento ceroso de cor azulada, em pares alternados,
em caules de secção quadrangular.
•folhas das árvores adultas: estreitas, falciformes a siculares (isto é
alongadas e contorcidas em forma de foice), com 15-35 cm, com
tegumento verde acinzentado (particularmente na página inferior), surgindo
alternadamente ao longo de caules arredondados.
• extenso sistema radicular (até dezenas de m em solos bem drenados
em torno da árvore, e por vezes mais de 10m de profundidade.
• a planta adulta não tem raiz apical, o sistema radicular distribui-se
radialmente em torno da árvore
•planta vivaz e resistente, prefere solos ligeiramente ácidos e as zonas
frescas e húmidas
• tolera bem a secura (muito e eficaz na absorção de água do solo).
• não resiste a nevoeiros persistentes e às secas prolongadas.
•afectado pelas geadas (+grave no interior do país)
•adapta-se a vários tipos de solos mas cresce melhor em solos
profundos areno-argilosos, e em argilo-limosos e argilosos se bem
drenados. É afectado por pouca profundidade dos solos, má drenagem
e salinidade
•Usa-se como lenha, na construção e dá a melhor pasta para papel
Condução da cultura
•Plantação e posteriormente em talhadia durante vários ciclos
•Plantação: com 20 a 30cm de altura. Espaçamento vulgar
3X3m (desde 1,5x1,5m até 4x2m)
•Fertilização melhora produtividade e pode ser fundamental em
solos mais pobres
•E relativamente pouco esgotante do solo porque a biomassa
produzida é constituída sobretudo por leninho-celuloses
•Atenção ao efeito da exploração de aquíferos
a
Produtividade
•Elevada produtividade resultante
alta taxa fotossintética a maior
parte do ano: excepto na parte mais
seca do Verão e no Inverno
•A maior produtividade ocorre na 2ª
rotação (recuperação mais rápida do
IAF)
•Decréscimo posterior (morte de
touças)
•Valor máximo biomassa total até
40t/ha
•Melhoria acentuada com
fertilização
A
Utilização e processamento
•Combustível: lenha, carvão (ex. Brasil: industria do aço)
•Pasta para papel
•Néctar: abelhas
•Casca: taninos
•Óleos essenciais: indústria e farmácia
O eucalipto como biocombustível
Soares, 2006
Soares, 2006
1.2 Culturas herbáceas e arbustivas: exigências edafoclimáticas das principais culturas energéticas e noções
sobre a sua tecnologia de cultivo
Exemplo:
Colza
Colza (Brassica napus L.)
Colza (Brassica napus L.)
Descrição
•Crucifera, C3, com variedades adaptadas ao
Verão e ao Inverno
•Germinação rápida, desenvolve raiz principal
profunda
•7 a 10 lançamentos axilares
•Cerca de 120 silíquas por planta, com 18-20
sementes cada (2000-3000 sementes/planta)
Mediterrâneo
Características do óleo (40 a 45% da MS da semente)
• Cerca de 6% de ácidos gordos saturados
• e 94% de ácidos gordos insaturados
•15% ac. oleico
•45% ac. erúcico (problemas alimentares, já há novas cv. com
baixo teor deste ácido e de glucosinolatos)
•14% ac. linoleico
Exigências edafo-climáticas
• é exigente no tipo de solos
(por ordem decrescente de aptidão)
• solos profundos franco-arenosos, ricos em húmus (MO) e
nutrientes
• francos, ricos em MO
• franco-argilosos
• sobretudo nos solos mais leves é necessário haver água
• solos mal drenados: inadequados
•As cv. de Primavera (sistema radical menos desenvolvido) são mais
sensíveis á falta de água
Aspectos biológicos e fisiológicos relevantes
• suporta baixa temperatura: danos abaixo de -15ºC
• necessita de cerca de 100 dias com T acima de 2ºC para obter o
desenvolvimento vegetativo necessário para ultrapassar o
período de Inverno (8 a 10 folhas e as raízes aprumadas)
•O crescimento é retomado quando T acima 5ºC
•Atenção às geadas de Primavera (flor  semente)
•Propagação por semente
•Cv: em função dos teores de ác. erucico e de glucosinolatos
(especialmente para a industria alimentar)
•„0-rape‟: cv. sem ác. erúcico
•„00-rape‟: cv. sem ác. erúcico e baixo em glucosinolatos
• e de: clima do local, produtividade, duração ciclo cultural,
tolerâncias, época de plantação (Inv./ Prim.)
ex. cv. de Inverno: „Lirajet‟, „Wotan‟, Silvia‟ (Alemanha)
Operações culturais
• Mobilização do solo: por lavoura convencional (LC) ou mobilização
mínima (MM)
•Ex. Itália, em solos arenosos, 3 anos, LC/MM: não se registaram
diferenças de produtividade (semente e biomassa)
•MM em média reduziu 55%:
•do tempo de trabalho,
•consumo de combustível,
•potencia necessária e
•custo global da operação
•mas deterioram-se as condições de solo para o desenvolvimento
das raízes
• sementeira: 3-4 kg/ha, linha 1,5-3cm, entre-linha: 13,5 - 28cm
•cv.Inv.: meio Ago.-início de Set. (Alemanha) (colh.Julho-330 dias)
•cv. Prim.: fim de Março a início de Maio (exige até 2x quantidade
de semente para a mesma densidade da cultura)
• densidade da cultura: 60 – 80 plantas/m2
Operações culturais
• Possível aplicação de herbicidas antes da germinação
•Doenças principais:
•Sclerotinia sclerotiorum; Botrytis cinerea; Phoma lingam;
Alternaria brassicae
• Pragas principais:
•Psylloides chryocephala, Bevicoryne brassicae, Deoceras agreste,
Meligethes aeneus e Ceuteorhynchus spp.
• Fertilização (kg/ha)
•Cv.Inverno
•N:
cv.Primavera
0-50 (Out.)
80-100 (sementeira)
até 100 (à retoma do crescimento)
80-100 (4 semanas + tarde)
•Fósforo (P2O5)
80-100
80
•Potássio (K2O)
180-220
120
•Magnésio (MgO)
25-30
40
•Recomendada a aplicação de fertilizantes orgânicos líquidos
Produtividade e rendimento
• cv. Inv:3t/ha semente e 10-12 de caules+folhas
•Balanço energético: energia total obtida/ energia total usada:
RME (rape seed methyl ester, substituto do gasóleo):
•5,5 (com a “rama” incluída)
•2,9 (só a semente)
•Comparação:
•etanol de trigo: 3,6 – 3,9 em set-aside
•etanol de beterraba: 2,46 – 2,53 em set-aside
•Refinação de comb.fóssil: 0,94
(sem incluir perdas de
extracção, transporte, etc)
um ex. (EUA):
•Input numa cultura de sequeiro: 7624 MJ/ha (sementeext.óleo)
•Output: 20066 MJ/ha (1233 kg/ha de semente c/ 41% óleo)
•Relação energética: 4,18 (a 2ªmaior de 9 espécies; soja, 4,56)
Processamento e utilização
• colheita: quando plantas acastanhadas e sementes soltas no interior
das silíquas
•à colheita:
•semente pode ter ainda 20% de humidade  secar a 9% para
armazenar
•caules: cortado para alimentação animal ou processamento (flash
pirólise para bio-óleo para queimadores e geradores eléctricos)
Exemplo:
•Total: 8650 kg/ha (5470 folhas e caules + 3180 semente)
•3180 kg de semente
•1848 kg bagaço de semente
•1332 kg de óleo  1279 kg de óleo refinado
•1279 kg óleo ref.+139 kg de metanol1285 kg RME (1460L/ha ≈ 47,8
GJ/ha) + 133 kg de glicerol
•Aplicações:
•Biodiesel (RME), óleos lubrificantes e hidráulicos
•Cosmética, plásticos, etc.
•Se não tiver ác. erúcico: industria alimentar
•Microalgas
•Têm elevada capacidade fotossintética (5%)
•Algumas contêm 20 a 80% de óleo ( biodiesel)
•Possibilidade de cultivo em água salobras
•Conseguem fixar várias vezes o CO2 fixado pelas
plantas terrestres
http://www.environmentalexpert.com/STSE_resulteach_product.aspx?cid=26689&idprofile=14162&idproduct=3550
8&[email protected]&logincode=174656
1.3 Algas
http://www.environmentalexpert.com/STSE_resulteach_product.aspx?cid=26689&idprofile=14162&idproduct=3550
8&[email protected]&logincode=174656
Aproveitamento de microalgas
2.1 Terminologia
• Bioenergia: todos os tipos de energia derivados de
biocombustíveis/ biomassa
• Biocombustíveis: combustíveis derivados de materiais de origem
orgânica ou biomassa, usados para obter calor
e/ou potencia
• Energias renováveis
Bioenergia
Outras: Eólica, Solar (térmica e
fotovoltaica), Hídrica, Geotérmica
Bioenergia (2005):
- representava cerca de 10% da energia primária consumida a
nível mundial (47,2 EJ* de bioenergia de um total de 479EJ).
A maior parte para uso doméstico (aquecimento, cozinha).
- cerca de 78% da energia renovável produzida
- 71% dos biocombustíveis são biomassa sólida, sendo 71%
usados nas habitações
*E: 1018
Biofuel pode ter dois significados:
- combustíveis líquidos de origem biológica usados como
fontes de energia para transporte,
ex. bioeteanol e biodiesel (na Europa).
- todos os combustíveis de origem biológica
Segundo a FAO (2004) os biocombustíveis podem classificar-se de
acordo com a origem da biomassa e o estado do produto, em:
• de acordo com a origem:
- woodfuels,
- agrofuels: biomassa obtida de culturas energéticas e de resíduos
agrícolas, agro-industriais e de pecuária.
- municipal by-products: sobretudo resíduos como as lamas de ETAR, gases dos
aterros sanitários e RSU.
• de acordo com o seu estado físico:
-sólidos, líquidos e gasosos
ex.:Woodfuels:
solidos: madeira (natural, chips, serradura e pellets) e carvão vegetal
líquidos: black liquor (subproduto da industria de polpa de madeira), etanol,
metanol e óleo pirolitico (a partir do processamento bioquímico e termoquímico
da madeira);
gasosos: gás pirolítico (obtido por gaseificação de woodfuels sólidos e líquidos).
Outras designações (FAO/GBEP, 2008)
2.2 O consumo de energia
A madeira e outros materiais foram até há 100 anos o principal
combustível.
Ainda hoje a madeira é importante, bem como produtos como a turfa e
os dejectos animais (Ásia, África, América do Sul).
Type of energy Total in 1900
Share in 1990
Total in 1997
Share in 1997
Coal
501
55
2122
22
Oil
18
2
2940
30
Natural Gas
9
1
2173
23
Nuclear
0
0
579
6
383
42
1833
19
Renewables1
Total
1 Renewables
911
100
9647
100
Koopmans, Trends in energy use
Depois utilizou-se o carvão vegetal (máquinas a vapor), mais tarde o
carvão mineral e posteriormente os combustíveis derivados de petróleo.
includes biomass, hydro, wind, geothermal, solar, etc. Source: State of the World 1999 – World Watch Institute
Koopmans, Trends in energy use
Koopmans, Trends in energy use
(MTOE)
* membros: Australia, Austria, Belgium, Canada, Czech Republic, Denmark, Finland, France, Germany, Greece,
Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Japan, Korea, Luxembourg, Mexico, the Netherlands, New Zealand, Norway,
Poland, Portugal, Slovak Republic, Spain, Sweden, Switzerland, Turkey, United Kingdom, United States.
Koopmans, Trends in energy use
*
El Bassam, 1998
Anuário Estatístico de Portugal, 2007
Anuário Estatístico de Portugal, 2007
2.3 O processo de conversão: radiação – biomassa
El Bassam, 1998
Energia radiante
Energia para a fotossíntese
(fotossíntese: transformação biológica
de energia radiante em energia química)
(PAR= 43% da TER)
Energia química
(biomassa)
PAR: photosynthetically active radiation
TER: total energy radiation
Energia radiante (PAR 400-700nm)
200 000 000 000t de C
800 000 000t de C (0,4%)
utilizados pelo Homem
Energia química (<1%)
As clorofilas são responsáveis pela absorção de energia
luminosa utilizada na fotossíntese:
O CO2 reage com a água, formando-se glicose - base dos
hidratos de carbono - que é armazenada e utilizada pelas
plantas, libertando-se O2 como resíduo destas reacções.
A fotossíntese ocorre em 2 etapas:
1ª- Fase fotoquímica (luminosa ou clara), dependente da luz.
A luz é absorvida pela clorofila e armazenada em moléculas de ATP
(reserva energética).
Pela acção da radiação dá-se a fotólise da água (desdobramento das
moléculas da água em iões de O e H).
O H+ formado é inserido na molécula NADH+ que servirá no próximo
processo para oxidação-redução.
Equação: 12H2O + 6NADP + 9ADP+9P+luz9ATP+6NADPH2+3O2+6H2O
2ª- Fase química (escura, não precisa de luz para funcionar): ocorre o
ciclo de Calvin - o carbono que provém do CO2 do ar é fixado e
integrado numa molécula de hidrato de carbono.
Desta fase resulta a formação de compostos orgânicos, como a glicose,
necessários à actividade da planta.
Esta fase é denominada fase escura de forma inadequada pois para a
“RuBisCo"(ribulose bifosfato carboxilase-oxidase) entrar em actividade,
determinando a fixação do CO2 atmosférico para a formação de
moléculas de glicose, ela precisa estar num estado reduzido, e para
isso acontecer é necessário que haja luz.
Equação:
6CO2 + 12NADPH2 + 18ATP + (enzimas)  12NADP + 18ADP + 18P + 6H2O + C6H12O6
Somando e simplificando, obtém-se a equação geral da fotossíntese:
12H2O + 6CO2 → 6O2 +C6H12O6 + 6H2O
Obs.: Plantas jovens consomem mais dióxido de carbono e libertam mais
oxigénio, pois o carbono é incorporado a sua estrutura durante o crescimento.
Fase
luminosa
Fase
escura
•A taxa de fotossíntese depende da actividade enzimática, a qual
aumenta com a T até um valor máximo
(ex. de 10 para 20ºC a fotossíntese pode duplicar).
•O valor óptimo da T para a fotossíntese bruta varia entre 15 e
40ºC. Metade do CO2 fixado de dia pode ser libertado pela
respiração (fotossíntese liquida).
•A respiração é mais afectada pelo aumento da T do que a
fotossíntese.
•As plantas têm de manter um compromisso: maximizar troca de
gases/ minimizar perdas de água, porque estas ocorrem no mesmo
tempo e espaço. H2O e CO2 são limitantes para a fotossíntese, mas
para obter mais CO2 arriscam-se a perder demasiada água. Quando
este risco é alto, fecham os estomas e reduz-se a fotossíntese.
•Todas as plantas têm o mecanismo de fotossíntese designado C3 mas
há outros: C4 e CAM.
Anatomia das folhas das plantas vasculares
Mesófilo
Estomas
http://pt.wikipedia.org/wiki/Folha_(bot%C3%A2nica)
em paliçada
Fotossíntese C4
http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/photosyn/fg9.html
As plantas em C4 têm um ciclo
adicional em espaços separados.
Estas plantas fixam o CO2 em
oxaloacetato (c/ 4C) nas células do
mesófilo.
O ciclo C4 faz circular o CO2
rapidamente (maior difusão de CO2) e
sequestra-o.
Este mecanismo consome alguma
energia mas conserva melhor a água,
por isso estas plantas funcionam
melhor e dominam em climas quentes e
com muita luz. Sob T +alta a difusão
do CO2 baixa, e elas conseguem
absorver CO2 e controlar a
transpiração (perda de água).
O mecanismo C4 está desenhado para
fixar CO2 com maior eficiência, em
condições de baixa concentração de
CO2.
(bainha
vascular)
http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/photosyn/fg9.html
Fotossíntese C4
• O mecanismo C4 é assim uma estratégia das plantas de ambientes
quentes e secos para poupar água durante o dia, mas esta estratégia
reduz também a entrada de CO2.
• Para isso deixam entrar CO2 à noite, fixam-no no composto em C4
(oxaloacetato), ex: milho, cana-do-açucar, etc e plantas de deserto
(usam outro processo um pouco diferente: o metabolismo ácido das
Crassulaceas - CAM).
• De dia estas plantas usam na fotossíntese o CO2 fixado na noite
anterior.
*Por isso as folhas têm sabor ácido à noite e
doce de dia
À noite (+frio e húmido) abrem os estomas para
CO2 sem
perda de água e
CAM:absorver
metabolismos
ácidogrande
das Crassuláceas
concentram-no na forma de malato (o
fosfoenolpiruvato (PEP) recebe CO2, converte-se em
oxaloacetato e este em malato, ambos compostos com
4C) que é armazenado nos vacúolos das células)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/CAM.png
No dia seguinte a planta fecha os estomas; o malato é conduzido e transformado em piruvato nos
cloroplastos, libertando o CO2. O piruvato pode ser fosforilado (recebe grupo fosfato do ATP)
regenerando PEP e reiniciando o processo na noite seguinte e/ou entrar no ciclo do àc. citrico nas
mitocondrias libertando-se mais CO2. O CO2 libertado do malato e do piruvato é dirigido para o
estroma dos cloroplastos e fornecido à RuBisCo aumentando a eficiência desta ou seja a produção de
açucares pelo ciclo de Calvin
CAM
• Fixam o CO2 também à noite na forma de malato* (C4) e libertamno de dia à volta da RuBisCo, aumentando a eficiência da fotossíntese
mesmo com os estomas fechados de dia: adaptação xerofitica.
• O consumo energético para produzir e destruir o malato é
compensado pela maior eficiência da RuBisCo, mas o mais importante é
a poupança de água que as plantas conseguem por manterem os
estomas fechados durante a fase mais quente e seca do dia.
• Tanto o mecanismo C4 como o CAM concentram CO2 à volta da
RuBisCo, mas
• as CAM concentram-no no tempo (de dia, quando faz falta)
• as C4 concentram-no no espaço, isto é, nas células da bainha
vascular ("bundle sheath cell“) onde se localiza a RuBisCo.
*Por isso as folhas têm sabor ácido à noite e
doce de dia
• As plantas CAM apresentam outras adaptações xerofiticas: folhas
espessas e pequenas, de baixa relação superfície/volume, cutícula
espessa e estomas zonas em depressão (ex. ananás e sisal, plantas
xerofíticas).
• As plantas C3 plantas perdem na transpiração cerca de 97% da água
absorvida pelas raízes, o que é evitado nas CAM.
•As CAM não só conservam bem a água como usam o N com maior
eficiência, embora o facto de os estomas estarem fechados de dia
lhes reduza a disponibilidade de C para o crescimento.
C4
Sorgo
(Digitaria spp)
Cana-de-açúcar
CAM
Bromeliáceas epífitas
•As CAM usam melhor a água (+MS)
•C4 com comportamento intermédio
•Menor ponto de compensação para
o CO2: precisam de menos
concentração de CO2 para que a
fotossíntese liquida seja positiva
(por isso muitas plantas aquáticas
são CAM)
•O Na é muito importante para as
C4 (muitas são halófitas), para a
entrada do piruvato nas células do
mesófilo onde ele regenera o
fosfoenolpiruvato (PEP)
http://www.scribd.com/doc/3805126/Biologia-Fisiologia-Vegetal-07-Tabela
Obs:
Em resumo, os principais mecanismos da fotossíntese:
•C3
•O mecanismmo mais directo
•Requer maiores concentrações de água e CO2
•Gasta 18 ATP para fixar cada molécula de CO2
•C4
•Exige menor concentração de CO2 na atmosfera
•Requer mais estruturas e consome mais energia (30 ATP CO2-1)
•Mais apropriado para ambientes secos.
•CAM
•Fixa pouco CO2 (baixa taxa de crescimento)
•Adequado para ambientes áridos
Principais características das plantas devidas aos seus
diferentes mecanismos da fotossíntese:
C3:
• C4:
taxas óptimas a T baixa: 15-20ºC.
para um dado nível de radiação apresentam menores trocas
de CO2
perdem muita água por transpiração
taxas óptimas a T alta: 30-35ºC;
maior fluxo de CO2 (não precisam manter estomas tão
abertos)
muitas são halófitas
• CAM: semelhantes às C4, mas características particulares: fixam
CO2 de noite com a energia obtida de dia, aumentando
eficiência do uso da água.
El Bassam, 1998
Estimativa da capacidade potencial máxima de conversão
de radiação em biomassa
C4: 100% x 0,50 x 0,80 x 0,28 x 0,60= 6,7% sendo;
50%: (aproximadamente) a % de radiação activa da radiação PAR
80%: radiação transformada em composto orgânicos (o resto é reflectido,
transmitido, absorvido por órgãos não fotocontetizadores)
28%: eficiência máxima de conversão de radiação PAR em glicose
60%: energia remanescente depois do consumo por respiração para
manutenção dos processos metabólicos
70%: 30% da energia fixada é perdida na fotorespiração
70%: porque o sistema fotossintético atingem a saturação a níveis inferiores
de radiação, não conseguindo aproveitar cerca de 30% da radiação absorvida
pelos pigmentos (clorofilas principalmente)
El Bassam, 1998
C3: 6,7% x 0,70 x 0,70= 3,3%
Factores condicionantes da taxa de acumulação de
biomassa:
•Duração do período de crescimento
•Radiação solar média diária na região
•Teor energético do material
•Repartição da biomassa parte aérea/parte radical
•Disponibilidade de água e nutrientes
•Características genéticas das planta
Máximo potencial (latitude 40º)
C4
C3
55t/ha
33t/ha
(Podendo ser mais elevado em meios
mais húmidos e quentes)
El Bassam, 1998
•População das plantas
Factores condicionantes da produtividade obtida numa
dada região:
•Potencial genético das plantas
•Características do solo e clima
El Bassam, 1998
•Tecnologia de cultivo (em particular: fertilização, rega)
Atlas do Ambiente, 2009
Ambiente e Produtividade
Atlas do Ambiente, 2009
Atlas do Ambiente, 2009
Atlas do Ambiente, 2009
Atlas do Ambiente, 2009
Atlas do Ambiente, 2009
Atlas do Ambiente, 2009
AEP, 2008
3. Aproveitamento da biomassa
3.1 Colheita, transporte, armazenamento: aspectos
técnicos e económicos
3.2 Aproveitamentos energéticos da biomassa
3.3 Impacte ambiental das culturas bioenergéticas
3.4 Expectativas para o desenvolvimento do
aproveitamento da energia da biomassa
3.1 Colheita, transporte, armazenamento: aspectos
técnicos e económicos
• Necessidade de um sistema logístico para produção,
colheita, transporte e o armazenamento
• Especificidade do sistema logístico
(f: humidade, forma, tamanho, consistência, etc., da
matéria-prima)
• Normalmente: grandes volumes (ex. herbáceas anuais)
• Limitação: a relação massa/valor energético varia
relativamente pouco (MS) mas a relação volume/valor
energético apresenta grande variação em função do
método de colheita e do tipo de processamento
Relação entre massa e energia nos biocombustíveis:
custo de transporte e armazenamento
≈ 10x
Sistema de colheita
f( teor de humidade, dureza do material)
a) Em várias operações
• ceifeiras  enfardadeiras
• Fardos cilíndricos e rectangulares: até 120 kg/m3
• Fardos cilíndricos compactos: até 350 kg/m3
b) Numa só operação
• Corte e estilha (chopping) (até 70-90 kg/m3)
• Unidade de corte dianteira + reboque
• Unidade tipo colhedor de milho-forragem, com barra de corte
• Corte e enfardamento (perdas reduzidas)
• Corte e molhos
• Corte e pelletização (300 – 500kg/m3)
Armazenamento e conservação
Essencial para fornecimento escalonada ao longo do ano
Atenção: teor de humidade (especialmente na Primavera e Outono)
Chopped (rachada)
Humidade: preferível < 25% (<18% se
mais de 1 ano)
Armazenar em armazéns com piso
ventilado ou em pilhas ao ar livre
cobertas com filme plástico
Alternativa: ensilagem (compressão
para obter + de 50%MS e biodigestão
dos lexiviados
Fardos
•Humidade: fardos grandes ou>350kg/m3  humidade até 25%
•Sob coberto/ao ar livre (elevada compactação  maior defesa contra
a chuva ao ar livre)
•Exigem menos espaço e mão de obra para recolha
Construção civil
Molhos
•Conservam-se facilmente ao ar livre desde que cobertos com
filme plástico
Pellets e briquettes
•Exigem menos espaço e mão de obra para recolha
Chips (estilha)
•Ex. de choupo, dois sistemas
•Corte e estilha , armazenamento curto  utilização
•Corte , armazenamento  estilha e utilização
Capacidade de recolha e espaço de armazenamento
necessário: custo de transporte e armazenamento
Adaptado de El Bassam, 1998
Capacidade
de recolha
Necessidade de armazenamento
Capacidade de recolha
Necessidade de
armazenamento
Adaptado de El Bassam, 1998
Balanço de massa em Miscanthus
Adaptado de El Bassam, 1998
Balanço energético em Miscanthus
ODT: oven dried t
ex. para uma central de 20MW e 10tMS/ha  para uma taxa de uso do solo de 10% é
necessário usar culturas num raio de 14 km da central (calculo baseado em 45%
eficiência, 80% de carga e 18GJ/ODT, oven dried tonne)
Adaptado de El Bassam, 1998
x 1000 ha
3.2 Conversões energéticas da biomassa
Processos físicos
Secagem
Redução de tamanho
Processos térmicos
Combustão
Pirólise e Liquefacção
Gaseificação
Processos naturais
Liquefacção
Síntese industrial
Combustíveis líquidos
Processos microbiológicos
Metano
Hidrogénio
Klass, 1998
Densificação
Separação
3.2.1 Conversão biológica em biocombustíveis (biofuel)
Por processos microbianos e enzimáticos
Etanol (etil-alcool)
é obtido a partir de:
• fermentação de açucares  destilação
• hidrólise de amido/degradação de celulose  destilação
• biomassa lignocelusósica
Etanol (etil-alcool)
é usado:
• directamente em motores adaptados (não exige
desidratação)
•em misturas com gasolina (até 5% na UE)
•convertido em ETBE (ethyl-tertio-butyl-ether) (até 15% na UE)
•como componente na produção de biodiesel
Metanol
•convertido é MTBE (o mais usado na Europa)
Vantagens das gasolinas com ETEB ou MTEB:
• o O2 reduz a emissão de CO
•Menos RVP (Reid vapour pressure) reduz poluentes que
formam ozono
•Mais octanas (exige menos benzeno na mistura,
carcinogénico, ou outros aditivos)
Nos EUA: “gasohol” (90% gasolina: 10% etil-alcool)
As misturas não exigem adaptação dos motores
convencionais a gasolina (exigida para uso de 100%
bioetanol)
Óleos
•As suas moléculas complexas tornam-nos mais ricos em
energia
•Extraem-se por compressão das sementes (até 95%, a
quente ou a frio) ou com solventes (até 99% mas com
balanço energético negativo)
•Os óleos vegetais têm de ser adaptados para uso nos
motores actuais, por:
•Refinação
•Trans-esterificação (por processamento dos
triglicéridos dos óleos com um álcool e agentes
catalizadores)
•Cracking (tranformação em moléculas mais simples):
produtos pouco regulares, exige larga escala, custo elevado,
grandes perdas na conversão, produtos mais adequados para
substituir a gasolina, menos interessante)
•Sistema Veba (adição de óleo de colza durante refinação
de óleos minerais  craking, aplicação de H. Não produz
glicerina, mas consome H e baixa a biodegradabilidade dos
produtos finais)
•Os óleos vegetais puros podem ser usados depois de
refinados, em:
•motores diesel de injecção indirecta
•Motores diesel de “swirl-chamber”
•Motores diesel em misturas (puros queimam o motor,
mesmo em misturas ainda deixam depósitos)
•Motor “Elsbett”: usa óleos puros (câmara especial)
•Motor diesel da Deutz (usa turbulencia e injecção
indirecta, maior consumo mas robusto e fiável)
•Motor “Wankelmotor” da John Deere
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://vegburner.co.uk/images2/IDIphoto.jpg&imgrefurl=http://vegburner.co.uk/dieselengine.html&usg=__LucE1CfYzGoUUSIWHL
QIgAVZmso=&h=300&w=300&sz=8&hl=pt-PT&start=9&um=1&tbnid=R7DMb-kUBNFnGM:&tbnh=116&tbnw=116&prev=/images%3Fq%3Dswirl-chamber%26hl%3DptPT%26lr%3D%26rlz%3D1T4GGLR_enPT314PT314%26sa%3DN%26um%3D1
A trans-esterificação permite usar estes óleos puros ou
em misturas.
Comparação do
gasóleo com os
principais óleos
e os seus metilesteres
3.2.2 Conversão de biomassa lignocelulósica em
biocombustíveis (biofuel)
Plantas mais adequadas:
•herbáceas anuais : cereais, cânhamo, milho, girassol, etc
•herbáceas perenes de colheita anual: Miscantus, etc
•Lenhosas de rápido crescimento: choupos, etc
•Lenhosas de ciclo longo
Podem ser usados
•directamente ou
•após conversão noutros biocombustíveis.
Principais processos de conversão :
•Combustão directa (calor)
•Gaseificação avançada: gaz
•Flash pirólise: bioóleo, convertível em produtos semelhantes a óleos
minerais (técnica +promissora
)
•Gaseificação termo-química: metanol ou hidrogénio (+caros que
hidrocarbonetos convencionais)
•Pirólise lenta: carvão (ex. para carvão activado)
3.2.2 Conversão de biomassa lignocelulósica em
biocombustíveis (biofuel)
Comparação dos principais combustíveis líquidos
3.3 Impacte ambiental das culturas bioenergéticas
Os combustíveis convencionais apresentam
como principais inconvenientes:
Combustíveis fósseis
•Aumento do CO2 na atmosfera
•Aumento de GEE e outros poluentes
•Risco de contaminação ambiental (derrame)
Energia nuclear
•Escape de radiações
•Custo de transporte, utilização e deposição
Biomassa: energia renovável que não aumenta
o CO2 no ciclo
O CO2 dos
combustíveis fosseis é
“novo” no sistema
Soares, 2006
O CO2 libertado ao
usar os biocombustíveis
volta a ser fixado pelas
plantas
Alternativa: plantas - biomassa
•Aproveitamento dos solos e dos resíduos das culturas
•Potencial re-uso de espécies ecologicamente + adaptadas (menos factores
de produção: fertilizantes, água, fitofarmacos. Ex. trigo para bioetanol:
grão – palha, cv. tradicionais de trigo de palha longa)
•Fixação de CO2
•Os biocombustiveis líquidos apresentam elevada biodegradabilidade,
incluindo RME, SME e misturas de biodiesel e óleos minerais
•Na produção e biocombustíveis a relação output/input variou entre 2,14
(RME) e 1,04 (bioalcool a partir de beterraba sacarina)
•Os biocombustíveis para veículos geram menos CO2 e SOx e um pouco
mais de NOx (em mistura com 30% de biodisel a emissão era similar)
•Bioalcool relativamente a gasolina (ciclo Otto) reduziu emissão CO e HC e
•Oleo de colza e RME (ciclo Diesel) reduziu emissão de hidrocarbonetos
policiclicos aromáticos (PAH) e carcinogénicos
•A combustão de biomassa emite menos CO2
•Conversão por gaseificação* em:
Biomassa (heterogenea)  gás (homogéneo), que pode ser usado de
diferentes formas:
•Sem limpeza: caldeiras a gás combinadas com turbinas a vapor, ou vapor
sobreaquecido (maior eficiência, usadas em centrais térmicas de RSU)
•Com limpeza simples: queimadores de baixa emissão de NOx, tecnologia
ligada “indirectly fired power technologies” (ex. “indirectly fired gas
turbines” e “Stirling engines”) com eficiencia >28%
•Com limpeza profunda: queima directa em turbinas motores a gás
(eficinecia >32%) ou em “células de combustível” (efciciencia >40%)
•Em ciclos combinado integrados de gaseificação pode-se produzir:
electricidade, amoníaco, óleo, metano e hidrogénio para células de
combustível.
*Informação:
http://www.bioenergywiki.net/index.php/Gasification#Types_of_Gasification_Technologies
mas existem riscos…
outros efeitos:
Principal risco do recurso à biomassa:
A sustentabilidade do fornecimento das
matérias-primas
Sustentabilidade:
?
Social
Ambiental
Económica
Outros factores condicionantes da expansão das culturas
energéticas:
• Redução da biodiversidade (monocultura, a +rentável, OGM?)
•ex: óleo-de-palma/orangotangos, soja/floresta tropical, etc.
• Redução da agricultura para alimentação humana
• Os outros combustíveis, e as suas emissões de GEE, usados para a
obtenção das bioenergias devem ser contabilizados se tivermos como
objectivo o controlo das alterações climáticas através do uso de
bioenergias.
3.4 Expectativas para o desenvolvimento do
aproveitamento da energia da biomassa
El Bassam, 1998
Transição para as energias renováveis, por:
• preço elevado combustíveis fosseis (CF)
• riscos de dependência energética
• aumento da emissão de GEE pela utilização dos CF
Características positivas da utilização de biomassa:
• Recurso renovável
• Pode ser usada para obter calor, electricidade e
combustível para transporte
• Balanço energético positivo (até um máximo 25:1)
• As cinzas (nutrientes) são recicláveis
• Usando técnicas adequadas podem-se produzir sem ou com
reduzido aumento de CO2
• As culturas perenes contribuem para protecção contra
erosão, aumento da retenção de água pelo solo, fornecem
habitats e permitem redução de uso de fitofarmacos
• O seu transporte, armazenamento, processamento e
transformação não coloca problemas ambientais relevantes
El Bassam. 1998. Energy Plant Species. James & James. Reino Unido.
Exploração integrada
de produção de
energia e alimento:
-Zonagem das culturas
-Equipamentos:
-Moinhos de vento
-Paineis solares (térmicos
e fotovoltaicos)
-Equipamento de pellets e
briquetes
-Biogás
-Geração de energia (óleos
vegetais, vento, paineis
fotovoltaicos)
-Extracção e purificação
de óleos
-Fermentação e destilação
- bombas de água (solar,
vento e a óleos vegetais)
-Transporte (solar ou
biofuels)
-monitorização
Alguns exemplos de uso das bioenergias:
Aquecimento de estufas
Caldeiras de aquecimento de ar
a biomassa de produção local,
ex. bagaço de azeitona, cascas
de frutos, estilha e serradura
http://www.builditsolar.com/Projects/Sunspace/NewAlchemycompost.pdf
Aquecimento de estufas
(Fonte: Sonneveld, et al. 2008. Innovative roof produces
electricity. Flower Tech, 11(6):18-19)
(Fonte: http://www.greenportkas.nl/telers/wat_is_greenportkas_113)
Aquecimento de estufas
Energia térmica
Energia solar
Energia eléctrica
Aquecimento de estufas
Aquecimento de estufas
Aquecimento de água
5 kg de composto fino: 1m3 de metano = 0,5L gasolina super
Fonte: http://www.permacultureactivist.net/PeterBane/Jean_Pain.html
Vídeos sobre o sistema de Jean Pain:
1ª parte: http://www.youtube.com/watch?v=JHRvwNJRNag&feature=related
2ª parte http://www.youtube.com/watch?v=zGCj7NA0OIs&feature=related
Produção de energia eléctrica
The electric farmers
At the Audet family's Blue Spruce Farm in Vermont, 1,500 head of cattle drop thousands of
cow pies a day-enough, it turns out, to produce 1.8 million kilowatt-hours of electricity a
year. The nation's first direct farm-to-consumer renewable-energy program is supplying
thousands of Vermonters with cow power, generated through a process called anaerobic
digestion. The Audets feed their cow manure into an on-site oxygen-free closed-reaction
tank, which uses bacteria to decompose waste into gas suitable for burning in electricityproducing turbines (manure naturally produces methane, a greenhouse gas 20 times as
destructive as CO2). They use the excess generator heat to warm their water, and after the
bacteria work their magic and destroy pathogens like E. coli, they get a rich compost
that's safe to handle. Best of all, Marie Audet says, "it's less stinky. Our neighbors are
happy about that."
Fonte:
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.popsci.com/files/imagecache/article_image_large/files/articles/gasTrash_485.jpg&imgrefurl=http://www.popsci.com/environm
ent/article/2006-07/step-9-make-gas-trash&usg=__YziR2-DaVu-C3NyoTGGxtfgHqmg=&h=313&w=485&sz=62&hl=ptPT&start=34&tbnid=zlHoGlxYcMAL0M:&tbnh=83&tbnw=129&prev=/images%3Fq%3Dcompost%2Bheat%2Bgaz%26start%3D20%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26hl%3DptPT%26rls%3DGGLR,GGLR:2006-10,GGLR:en%26sa%3DN
http://www.nytimes.com/2007/06/06/science/earth/06manure.html
Referências:
AEP., 2008. Sector Florestal. Gabinete de Estudos.
Atlas do Ambiente. 2009. Agencia Nacional do Ambiente. (disponível em
http://www.iambiente.pt/atlas/, acedido em 5/3/2009)
Anuário Estatístico de Portugal, 2007. INE.
El Bassam, N. 1998. Energy plant species. James & James, Reino Unido.
FAO. 2004. Unified bioenergy terminology. (disponível em
www.fao.org/DOCREP/007/j4504E/j4504e00.htm#TopOfPage)
FAO/GBEP. 2008. A review of the current state of Bioenergy Development in
G8+5 countries. (disponível em www.globalbioenergy.org)
Hendrickson, J. 1994. "Energy Use in the U.S. Food System: a summary of
existing research and analysis", Center for Integrated Agricultural
Systems, UW-Madison. (disponível em
http://www.cias.wisc.edu/pdf/energyuse.pdf;
http://www.cias.wisc.edu/archives/1994/01/01/energy_use_in_the_us_foo
d_system_a_summary_of_existing_research_and_analysis/index.php )
Klass, D.L. 1998. Biomass for Renewable Energy, Fuels, and Chemicals. Academic
Press. USA.
Miranowski, 2004 (disponível em em http://www.energyfarms.net/node/1497 ,
acedido em 13/1/2009)
Soares, J. 2006. Florestas e eucaliptos :mitos e realidades. SEMAPA.
India
Afeganistão
Fonte: http://css.snre.umich.edu/css_doc/CSS01-06.pdf
Quad (energy), a unit of energy (short for quadrillion) defined as 10 15
British thermal units (about 1.055 exajoule (EJ) or 1.055 × 1018 J)
Miscanthus
1 tree over a 100 year period will absorb ~1100 Kg of CO2 from the
Atmosphere.
(Based on offset company claims and international research by the
University of Florida, which states that an acre of young growing trees
(~400 trees) can absorb 5000 Kg of CO2 per year)
Our model also takes into account that a mature tree only absorbs 7,5
kg of CO2 per year, while a young and actively growing tree can absorb
13 kg+ of CO2 per year.
http://www.carbon-info.org/product/Checkout.htm
“Efeitos colaterais” da fotossíntese: “sink” de CO2
How much CO2 does a tree take up?
The issue of sequestration is very complicated.
Sequestration rates vary greatly according to the age, composition,
and location of the forests and the type of soil.
The information TCI used for its computer brochure was taken from: Forests
and Global Change, Vol. 2, Forest Management Opportunities for Mitigation of
Carbon Emissions. Neil Sampson and Dwight Hair, Washington, 1996.
Northeast, maple (acer)-beech (Fagus spp.) birch (bétula)- forests
25 year old forest: 12,000 lbs of carbon / 25 = 480 lbs of C per acre
per year x 44/12 =1,760 lbs of CO2 per acre per year
120 year old forest: 128,000 lbs of carbon / 120 = 1,066 lbs of C
per year per acre x 44/12 =3,909 lbs of CO2 per acre per year
http://wiki.answers.com/Q/Co2_consumption_by_rain_tree
Tree density varies, and we used an average of 700 trees per acre
(this number was taken from DOE's "Sector-Specific Issues and Reporting
Methodologies Supporting the General Guidelines for the Voluntary Reporting of
Greenhouse Gases under Sections 1605(b) of the Energy Policy Act of 1992")
25 year old forest: 1,760 lbs of CO2 per acre per year / 700 trees =
average of 2.52 lbs of CO2 per tree per year (rounded to 3 lbs)
120 year old forest: 3,909 lbs of CO2 per year per acre = average of
5.58 lbs of CO2 per tree per year
Northeast, white and red pine forests
25 year old forest: 67,000 lbs of carbon / 25 = 2,680 lbs of C per
acre per year x 44/12 = 9,826 lbs of CO2 per acre per year / 700 =
average of 14 lbs of CO2 per year per tree (rounded to 15 lbs)
120 year old forest: 246,000 lbs of carbon / 120 = 2,050 lbs of C
per acre per year x 44/12 = 7,516 lbs of CO2 per acre per year /
700 = average of 11.7 lbs of CO2 per year per tree.
http://wiki.answers.com/Q/Co2_consumption_by_rain_tree
(Found at <tufts.edu/tie/tci/sequestration.htm> by Endru Kiss <endru.k{at}gmail.com>)
a energia obtida das energy crops deve ser superior à consumida no seu
cultivo
Potencia e eficiência de diferentes tecnologias
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://energyt
ower.org/images/r_combine.jpg&imgrefurl=http://energ
ytower.org/energy_harvester.html&usg=__ISWlsafoy9
mPIqk6Dk4SUtSUCys=&h=305&w=400&sz=24&hl=ptPT&start=30&tbnid=YSG5mDIDk8R9M:&tbnh=95&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Dbio
mass%2Bcombine%2Bharvester%26gbv%3D2%26ndsp%
3D20%26hl%3DptPT%26rlz%3D1T4GGLR_enPT314PT314%26sa%3DN%2
6start%3D20
The Energy Harvester
The idea is to grow crops specifically for wood gas harvesting, dessicate the standing crops
with a glyphosate type product to dry them standing and then "harvest" the wood gas with
a self-propelled harvester. The equipment can run on it's own produced wood gas and either
pressurize or cryogenically cool the wood gas which would then be transported to a pipeline
or storage facility.
There is also another possibility of CO2 storage by stopping the pyrolysis process prior to oxidization of the
carbon and grinding the charcoal and just dropping the finely ground charcoal on the farmland. There is supposedly
some value in adding charcoal to agricultural land and in the worst case, charcoal is neutral and not going to cause
any environmental problems with the farm land.
Swirl chamber consists of a spherical chamber located in the cylinder head and
separated from the engine cylinder by a tangential throat. About 50% of air enters this
swirl chamber during compression stroke of the engine producing a swirl.
The products after combustion returns through the same throat to the main cylinder at
much higher velocity. So more heat loss to walls of the passage takes place.
Pyrolysis is the chemical decomposition of a condensed substance by heating.
Pyrolysis is a special case of thermolysis, and is most commonly used for organic
materials. It occurs spontaneously at high temperatures (ie above 300 °C for wood,
it varies for other material), for example in wildfires or when vegetation comes into
contact with lava in volcanic eruptions. It does not involve reactions with oxygen or
any other reagents but can take place in their presence. Extreme pyrolysis, which
leaves only carbon as the residue, is called carbonization and is also related to the
chemical process of charring.
Pyrolysis is heavily used in the chemical industry, for example, to produce charcoal,
activated carbon, methanol and other chemicals from wood, to convert ethylene
dichloride into vinyl chloride to make PVC, to produce coke from coal, to convert
biomass into syngas, to turn waste into safely disposable substances, and for the
cracking of medium-weight hydrocarbons from oil to produce lighter ones like gasoline.
Although water is normally excluded along with other reagents, the term has also been
applied to the decompositon of organic material in the presence of superheated water
or steam (hydrous pyrolysis), for example in the steam cracking of oil.
Flash Pyrolysis - producing bio-oil, char and gas at temperatures between 350550°C and residence times < 1 second (also called anhydrous pyrolysis).
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.cirad.fr/upload/fr/actualite/precond_web.jpg&imgrefurl=http://www.cirad.fr/en/actualite/communique.php%3Fid%3D1054&usg=
__EBKvFY6L5zXYazL_Qiij_C-LK3c=&h=300&w=218&sz=60&hl=ptPT&start=30&um=1&tbnid=bJEgPeM2Gja0rM:&tbnh=116&tbnw=84&prev=/images%3Fq%3Dflash%2Bpyrolisis%26ndsp%3D20%26hl%3DptPT%26lr%3D%26rlz%3D1T4GGLR_enPT314PT314%26sa%3DN%26start%3D20%26um%3D1
Renewable Energy Cost Trends
100
COE cents/kWh
40
Wind
30
60
20
40
10
20
0
1980
COE cents/kWh
10
1990
2000
Geothermal
8
6
4
2
0
1980
1990
PV
80
2000
2010
2020
2010
70
60
50
40
30
20
10
0
1980
0
1980
2020
1990
Solar thermal
2000
2010
2020
15
Thomas, Paul A. 2006. A Review
of Alternative Energy Sources
Levelized cents/kWh in constant $20001
Biomass
12
9
6
3
1990
2000
2010
2020
0
1980
Source: NREL Energy Analysis Office (www.nrel.gov/analysis/docs/cost_curves_2002.ppt)
1These graphs are reflections of historical cost trends NOT precise annual historical data.
Updated: October 2002
1990
2000
2010
2020
Fossil fuel reforming is a method of producing hydrogen or other useful products from fossil fuels such
as natural gas. This is achieved in a processing device called a reformer which reacts steam at high
temperature with the fossil fuel. The steam methane reformer is widely used in industry to make hydrogen.
There is also interest in the development of much smaller units based on similar technology to produce
hydrogen as a feedstock for fuel cells [1]. Small-scale steam reforming units to supply fuel cells are
currently the subject of research and development, typically involving the reforming of methanol or natural
gas[2] but other fuels are also being considered such as propane, gasoline, autogas, diesel fuel, and
ethanol.[3]
During the conversion of the fossil fuel into hydrogen, carbon is released into the atmosphere, typically as
carbon dioxide.[4] As a result, fuel cell systems using reformed fossil fuels would emit substantial
amounts of carbon dioxide, so would not make much contribution to reducing carbon dioxide emissions.
Steam reforming of natural gas or syngas sometimes referred to as steam methane reforming (SMR) is the
most common method of producing commercial bulk hydrogen as well as the hydrogen used in the industrial
synthesis of ammonia. It is also the least expensive method.[5] At high temperatures (700 – 1100 °C) and
in the presence of a metal-based catalyst (nickel), steam reacts with methane to yield carbon monoxide and
hydrogen. These two reactions are reversible in nature.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Additional hydrogen can be recovered by a lower-temperature gas-shift reaction with the carbon monoxide
produced. The reaction is summarized by:
CO + H2O → CO2 + H2
The first reaction is strongly endothermic (consumes heat), the second reaction is mildly exothermic
(produces heat).
The United States produces nine million tons of hydrogen per year, mostly with steam reforming of natural
gas. The worldwide ammonia production, using hydrogen derived from steam reforming, was 109 million
metric tonnes in 2004.[6]
This SMR process is quite different from and not to be confused with catalytic reforming of naphtha, an oil
refinery process that also produces significant amounts of hydrogen along with high octane gasoline.
The efficiency of the process is approximately 65% to 75%.
Gasification is a process that converts carbonaceous materials, such as coal, petroleum, biofuel, or biomass, into carbon monoxide and hydrogen by
reacting the raw material, such as house waste, or compost at high temperatures with a controlled amount of oxygen and/or steam. The resulting
gas mixture is called synthesis gas or syngas and is itself a fuel. Gasification is a method for extracting energy from many different types of
organic materials.
The advantage of gasification is that using the syngas is potentially more efficient than direct combustion of the original fuel because it can be
combusted at higher temperatures or even in fuel cells, so that the thermodynamic upper limit to the efficiency defined by Carnot's rule is
higher or not applicable. Syngas may be burned directly in internal combustion engines, used to produce methanol and hydrogen, or converted via
the Fischer-Tropsch process into synthetic fuel. Gasification can also begin with materials that are not otherwise useful fuels, such as biomass
or organic waste. In addition, the high-temperature combustion refines out corrosive ash elements such as chloride and potassium, allowing clean
gas production from otherwise problematic fuels.
Gasification of fossil fuels is currently widely used on industrial scales to generate electricity. However, almost any type of organic material can be
used as the raw material for gasification, such as wood, biomass, or even plastic waste.
Gasification relies on chemical processes at elevated temperatures >700°C, which distinguishes it from biological processes such as anaerobic
digestion that produce biogas
In a gasifier, the carbonaceous material undergoes several different processes:
The pyrolysis (or devolatilization) process occurs as the carbonaceous particle heats up. Volatiles are released and char is produced, resulting in up to
70% weight loss for coal. The process is dependent on the properties of the carbonaceous material and determines the structure and
composition of the char, which will then undergo gasification reactions.
2.
The combustion process occurs as the volatile products and some of the char reacts with oxygen to form carbon dioxide and carbon monoxide,
which provides heat for the subsequent gasification reactions. Letting C represent a carbon-containing organic compound, the basic reaction
here is
3.
The gasification process occurs as the char reacts with carbon dioxide and steam to produce carbon monoxide and hydrogen, via the reaction
4.
In addition, the reversible gas phase water gas shift reaction reaches equilibrium very fast at the temperatures in a gasifier. This balances the
concentrations of carbon monoxide, steam, carbon dioxide and hydrogen.
In essence, a limited amount of oxygen or air is introduced into the reactor to allow some of the organic material to be "burned" to produce carbon
monoxide and energy, which drives a second reaction that converts further organic material to hydrogen and additional carbon dioxide.
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www2.esecmirandela.rcts.pt/E_Vegatais/sl_41.jpg&imgrefurl=http://www2.esecmirandela.rcts.pt/E_Vegatais/dicotiledonea1.htm&usg=__NATTNka0pvJG0eg4aYc81eLcGbE=&h=375&w
=500&sz=45&hl=en&start=10&um=1&itbs=1&tbnid=RVTyiwiANQ6LUM:&tbnh=98&tbnw=130&prev=/imag
es%3Fq%3Dparenquima%2Blacunoso%26um%3D1%26hl%3Den%26sa%3DG%26rlz%3D1I7SUNC_ptPT%26tbs%3Disch:1
The leaves of C4 plants have Kranz anatomy. The xylem and phloem of these leaves are
surrounded by thick walled parenchyma cells called bundle sheath cells where most of the
photosynthesis takes place.
http://www.agroinformacion.com/leer-contenidos.aspx?articulo=129
•Para a colza, (por ordem decrescente de aptidão)
• solos profundos franco-arenosos, ricos em húmus (MO) e
nutrientes
• francos, ricos em MO
http://www.afcee.brooks.af.mil/ldg/s12Irrigation/c05Appendix.html
• franco-argilosos
% areia
% areia
Diagramas da textura do solo
loam: franco
sand: areia (arenosa)
silt: limo (limosa)
http://searchstorage.techtarget.com/sDefinition/0,,sid5_gci49
9008,00.html
Prefix
Symbol(s) Power of 10 Power of 2
yoctoy
10-24 *
-zeptoz
10-21 *
-attoa
10-18 *
-femtof
10-15 *
-picop
10-12 *
-nanon
10-9 *
-microm
10-6 *
-millim
10-3 *
-centic
10-2 *
-decid
10-1 *
-(none)
-100
20
dekaD
101 *
-hectoh
102 *
-kilok or K **
103
210
megaM
106
220
gigaG
109
230
teraT
1012
240
petaP
1015
250
exaE
1018 *
260
zettaZ
1021 *
270
yottaY
1024 *
280
* Not generally used to express data speed
** k = 103 and K = 210