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Energia verde

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  • 1. ENERGIA VERDE Lílian Lefol Nani Guarieiro Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia (Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial), Instituto de Química (Universidade Federal da Bahia) e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energia e Ambiente Ednildo Andrade Torres Escola Politécnica e Centro Interdisciplinar de Energia e Ambiente (Universidade Federal da Bahia) e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energia e Ambiente Jailson Bittencourt de Andrade Instituto de Química e Centro Interdisciplinar FOTO DE REUTERS/PAULO WHITAKER de Energia e Ambiente (Universidade Federal da Bahia) e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energia e Ambiente36 | CIÊNCIAHOJE | VOL. 48 | 285
  • 2. QUÍMICAO uso de biomassa como fonte de energia tem recebido muita atenção, por se tratar de umafonte de energia renovável, que reduz os danos ao ambiente quando produzida de modo susten-tável. As fontes de biomassa mais estudadas e utilizadas atualmente, no Brasil, para produçãode biocombustíveis são a cana-de-açúcar e os óleos vegetais. O Instituto Nacional de Ciência eTecnologia de Energia e Ambiente mantém diversas linhas de pesquisa sobre aspectos da pro-dução de combustíveis a partir de materiais vegetais e animais e de seu emprego nos veículosque circulam no país, contribuindo com os avanços científicos e tecnológicos necessários paratornar a ‘energia verde’ cada vez mais competitiva e valorizada.A pesquisa brasileira em biocombustíveis busca por combustíveis alternativos, que permitam re- duzir a dependência dos derivados de petróleo e a emissão de poluentes para a atmosfera, estimula mui- tos estudos científicos. O objetivo é desenvol- ver combustíveis que possam ser utilizados nos veículos existentes sem a necessidade de maiores alterações em seus motores. Um termo muito usado para combustíveis originados de fontes renováveis é ‘biocombustível’, que tem forte ligação com o conceito de sustentabilidade, segundo o qual o aproveitamento dos recursos naturais para atender às necessidades atuais não deve comprometer as necessidades das gerações futuras. >>> 285 | SETEMBRO 2011 | CIÊNCIAHOJE | 37
  • 3. Os biocombustíveis são obtidos a partir da biomassa, sel, não requer modificações nos motores de ciclo Diesel.nome dado à matéria orgânica existente em um ecossis- No entanto, muitos estudos ainda são necessários paratema ou em uma população animal ou vegetal. Como verificar a durabilidade dos componentes veiculares queplantas e animais podem ser continuamente reproduzidos, entram em contato com esse tipo de biocombustível. Já apode-se considerar que são fontes renováveis de energia. utilização de etanol em motores ciclo Otto destinados aAs plantas, por meio da fotossíntese, transformam a ener- gasolina requer que o motor e seus componentes sejamgia solar que recebem em biomassa, e os animais a geram ajustados para evitar perda de rendimento, entupimentopela ingestão de matéria orgânica (de plantas ou outros de bico injetor e problemas de corrosão.animais). São diversos os tipos de biocombustíveis que Atualmente, a gasolina comercializada no Brasil con-podem ser produzidos a partir da biomassa, como o ál- tém entre 18% e 25% de álcool anidro (sem água), e es-cool (etanol e metanol), o biodiesel, o bioquerosene e ses percentuais são alterados periodicamente em funçãooutros, e as fontes para essa produção podem ser tanto da produção e para maior controle dos estoques e dosde origem animal (por exemplo, sebo bovino ou gordura preços dos combustíveis. No caso do biodiesel, desdede frango) quanto vegetal (por exemplo, óleos vegetais 1o de janeiro de 2010 todo o óleo diesel comercializadoe cana-de-açúcar). no Brasil deve conter 5% de biodiesel, segundo a Reso- Nos últimos 10 anos, o número de estudos científicos lução no 6 (de 26/10/2009) do Conselho Nacional de Po-e tecnológicos sobre biocombustíveis cresceu de maneira lítica Energética (CNPE).exponencial, segundo o banco de dados Web Knowledge,do Instituto para a Informação Científica (ISI, na sigla eminglês) (figura 1). Uma pesquisa mais refinada nesse ban- Substituto do diesel O biodiesel é, em termos quí-co de dados revela que os setores em que são realizadas micos, uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos gra-mais pesquisas sobre esse tema são ‘combustíveis e ener- xos, pode ser produzido a partir de óleos extraídos de ve-gia’, ‘química’, ‘engenharia’ e ‘biotecnologia e microbio- getais, de óleos e gorduras residuais (resultantes de pro-logia aplicada’ (figura 2). A maior concentração nessas cessos domésticos, comerciais e industriais, como, poráreas talvez esteja ligada à otimização dos processos de exemplo, frituras) ou de gorduras animais. Dezenas deprodução dos combustíveis derivados de biomassa, visan- espécies vegetais presentes no Brasil podem ser utiliza-do melhorar a relação custo/benefício e a competitivida- das para a produção desse biocombustível, como soja,de frente aos combustíveis fósseis e buscando uma cadeia dendê, girassol, babaçu, amendoim, mamona, pinhão- FONTE: ISI WEB OF KNOWLEGDE (11/2010)sustentável de produção. -manso e outras. O etanol e o biodiesel são dois exemplos de biocom- Para se tornar compatível com os motores de ciclo Die-bustíveis já utilizados na frota veicular brasileira e com sel, o óleo vegetal precisa passar pela transesterificação,normatização estabelecida no país. No caso do biodiesel, processo químico no qual os óleos vegetais ou gorduraspode-se dizer que seu uso, puro ou misturado ao óleo die- animais reagem com um álcool (metanol ou etanol) naFigura 1. Número de artigosque têm ‘biocombustível’ comopalavra-chave publicadosem periódicos nacionaise internacionais no períodode 1998 a 201038 | CIÊNCIAHOJE | VOL. 48 | 285
  • 4. QUÍMICA Figura 2. Setores que concentram pesquisas sobre o tema biocombustível, em todo o mundo O uso de biodiesel na matriz energética brasileira traz uma série de vantagens sociais, econômicas e principal- mente ambientais. Na área social, proporciona ganhos como a geração de postos de trabalho no campo, e uma série de vantagens de ordem técnica, como, por exemplo, o baixo risco de explosão (esta só ocorre se esse combus- tível for exposto a uma fonte de calor superior a 1.500oC), que confere grande facilidade de transporte e armazena- mento. Outras vantagens seriam a maior oferta de espé- cies oleaginosas, insumos importantes para as indústrias de alimentos e ração animal, e a maior fixação de nitro- gênio no solo. Em termos econômicos, a produção de bio- diesel, especificamente para o Brasil, possibilita a redução nas importações de petróleo e diesel refinado. No aspecto ambiental, o novo combustível, mesmo misturado ao diesel de petróleo, pode trazer claros bene- fícios para o ambiente. Um deles é a redução da emissão de gases indesejáveis, incluindo os envolvidos na acele- ração do ‘efeito estufa’ (o aquecimento global da atmos- fera), como óxidos de enxofre (SOx), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx), e de material particulado. Para satisfazer as necessidades de biodiesel de todo o Brasil, em 2010, foi necessário produzir mais de 2 bilhões de litros desse combustível. Atualmente, o biodiesel pro- duzido no país utiliza como fontes os óleos de soja (80% da produção) e de algodão (4%) e a gordura bovina (14%), segundo dados da Agência Nacional do Petróleo (ANP). Até junho de 2011, 67 unidades de produção de biodiesel presença de um catalisador (uma substância que acelera já tinham autorização da ANP para operar no país, e 61 ou torna mais eficiente a reação), formando biodiesel e delas já estavam autorizadas a comercializar o biodiesel glicerina. Em termos de rendimento energético, pode-se produzido. A capacidade de produção dessas 61 usinasFONTE: ISI WEB OF KNOWLEGDE (11/2010) dizer que, se forem consumidos 25 mil joules (o joule é a corresponde a 17,015 mil m3 por dia. unidade básica de energia) na produção de biodiesel, este As usinas de biodiesel geram, além da glicerina, vários fornece 39,4 mil joules de energia. Assim, cada unidade outros subprodutos, como torta e farelo (resíduos dos ma- de energia consumida produz 1,57 unidade, rendimento teriais vegetais utilizados no processo), que podem asse- considerado eficiente (57%). gurar outras fontes de renda para os produtores. >>> 285 | SETEMBRO 2011 | CIÊNCIAHOJE | 39
  • 5. tros, traz o risco de acidentes fatais. O querosene de FOTO DELFIM MARTINS/PULSAR IMAGENS aviação, uma combinação complexa de hidrocarbonetos obtidos do petróleo, é um combustível de elevada pureza e confiabilidade, sendo por isso utilizado em toda a fro- ta aérea. A grande novidade é que já vêm sendo feitos, no Bra- sil, testes preliminares para avaliar o uso de bioquerose- ne – mistura de biodiesel e querosene – como combustí- vel de aviação. Uma das justificativas dessa proposta é aDesafios do álcool Outro combustível ‘verde’ usa- participação do transporte aéreo mundial nas emissõesdo no Brasil é o etanol (álcool etílico), que pode ser obtido de gases vinculados ao efeito estufa: a frota mundial éa partir de vegetais ricos em açúcar (como cana-de-açú- responsável por cerca de 2% dessas emissões. Assim, acar, beterraba e frutas) e em amido (como arroz, mandio- utilização de biocombustíveis é uma opção para reduzirca e milho), ou da celulose (extraída principalmente de essas emissões.eucaliptos). No Brasil, porém, a maior parte do etanol é Atenção especial deve ser dada às afirmações, às vezesproduzida a partir da cana-de-açúcar. Desde a implan- equivocadas, de que os biocombustíveis são amigáveistação do Programa Nacional do Álcool (Proálcool), nos para o ambiente. Sua produção e uso requerem cuidadosanos 1970, o teor do etanol na gasolina tem variado de continuados com relação: i) à ampliação desordenadaacordo com as necessidades do mercado. No entanto, os da área de cultivo de oleaginosas, de forma a evitar a der-veículos do tipo flex podem funcionar com proporções rubada de florestas e, em consequência, a intensifica-variáveis de etanol e gasolina, inclusive com apenas um ção da perda de biodiversidade e de serviços ecológicos;desses combustíveis. ii) ao uso intensivo de agrotóxicos, que resulta em maior O etanol obtido da cana-de-açúcar é o bicombustível contaminação do solo, do ar atmosférico e dos corposde maior rendimento energético: cada joule (unidade de d’água; iii) ao uso intensivo de captação de água nos aquí-energia) empregado na sua produção permite o retorno feros, que contribui para a redução da quantidade dede cerca de sete joules. O Brasil desenvolveu as tecnolo- ‘água limpa’ disponível; iv) ao uso de fontes de biomassagias de produção do etanol e de adaptação dos motores a importantes para a alimentação, que possam resultar emgasolina a ele, mas o álcool é considerado por muitos um escassez de alimentos e/ou aumento de preços.combustível de luxo, por ser utilizado somente em veícu- Nesse sentido, é relevante intensificar o uso de ma-los de pequeno porte. Um grande desafio atual é o de- térias-primas como óleos residuais, vegetais oleaginosossenvolvimento de tecnologias que tornem possível o uso não adequados para emprego como alimento (por exem-do etanol como combustível em veículos de grande porte plo, certas algas e o pinhão-manso). Com relação às emis-(ônibus e caminhões) e na aviação. sões provenientes da queima dos biocombustíveis, muitos No caso do combustível de aviação, é indispensável estudos ainda precisam ser desenvolvidos com os objeti-o uso de combustíveis com alto nível de confiabilidade, vos de melhorar a eficiência dos motores e reduzir suasporque a ocorrência de problemas com os motores, emissões, e de entender a composição e a toxicidade dascomo entupimentos, perda de potência, corrosão e ou- emissões (gases e partículas).40 | CIÊNCIAHOJE | VOL. 48 | 285
  • 6. QUÍMICAO estado da arte Com o objetivo de propor novosbiocombustíveis para o mercado e avaliar seu impactotanto na emissão de poluentes quanto no desgaste dosmotores, variados estudos vêm sendo desenvolvidos no ENERGIA OTIMIZADABrasil. O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia deEnergia e Ambiente (INCT-E&A), sediado no CentroInterdisciplinar de Energia e Ambiente (CIEnAm), da O programa Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia, iniciadoUniversidade Federal da Bahia (UFBA), atua como uma em 2008, visa promover a pesquisa científica básica e a pesquisarede nacional de grupos de pesquisas na área de tecnológica de ponta, reunindo os melhores grupos de pesquisa dobiocombustíveis (ver ‘Energia otimizada’). país em torno de temas específicos. Dentro do programa nasceu o O Centro Interdisciplinar de Energia e Ambiente INCT de Energia e Ambiente, que reúne grupos das universidadesvem pesquisando a produção de biodiesel em labora- federais da Bahia, do Rio de Janeiro, do Paraná, de Santa Catarinatório e em uma planta-piloto, instalada na Escola Po- e do Rio Grande do Sul, e das universidades estaduais de Feira delitécnica da Universidade Federal da Bahia. A prin- Santana/BA, do Estado da Bahia e do Sudoeste da Bahia, além dacipal matéria-prima empregada na produção desse Universidade de São Paulo, também de âmbito estadual.biocombustível são óleos e gorduras residuais, mas a Os objetivos desse Instituto são a otimização e o uso ecoe-unidade pode utilizar diferentes óleos vegetais (obtidos ficiente de energia, a pesquisa em combustíveis fósseis e bio-de dendê, mamona, soja, algodão e outros). Os estudos combustíveis, o estudo de impactos ambientais do setor (naenvolvem toda a cadeia produtiva do biodiesel e in- atmosfera, litosfera, hidrosfera e biosfera) e o desenvolvimentocluem a identificação de novas rotas para sua prepa- de tecnologias limpas, de nanotecnologia e de novos materiais.ração, análises e especificações de matérias-primas e Os grupos participantes do INCT-E&A têm hoje linhas dede subprodutos, e a busca de novas aplicações para a pesquisa voltadas para a preparação de biocombustíveis (asso-glicerina, resíduo químico desse processo de produção ciada à valorização dos subprodutos de sua produção), a formu-(para cada 100 kg de biodiesel são gerados 11 kg de lação e certificação de combustíveis e de misturas de combustí-glicerina). A glicerina pode ser empregada em muitos veis fósseis e biocombustíveis, a combustão em diferentes tipossetores, como os de plásticos, cosméticos, alimentos, de motores e o impacto dos gases e do material particulado emi-medicamentos e outros. tidos pela queima de combustíveis na atmosfera. Também são O biodiesel produzido na planta-piloto pode ser realizados estudos sobre o sequestro e conversão de carbono as-utilizado na formulação de misturas combustíveis que sociado aos combustíveis (de petróleo e biomassa) e estudos decontenham também etanol e diesel de petróleo em impactos ambientais e toxicologia.diferentes proporções. A baixa miscibilidade do dieselde petróleo e do etanol faz com que esses combustíveisse separem naturalmente, o que representa um sérioproblema para a utilização dessa mistura, e a adiçãode biodiesel ajuda a evitar essa separação. Além dis-so, essa adição favorece uma combustão mais comple-ta, reduzindo a emissão de gases de efeito estufa e dematerial particulado para a atmosfera. Os estudos realizados na UFBA avaliam os poluen-tes que têm suas emissões regulamentadas no país(material particulado, monóxido de carbono, dióxidode carbono, óxidos de nitrogênio e alguns hidrocar-bonetos) e outros para os quais não há regulamenta- Sugestões para leituração. Além de testes de emissão, são investigadas as PINTO, A. C. e outros. ‘Biodiesel: an overview’, em Journal of the Brazilianpossíveis reações dos gases (por ação da luz solar), Chemical Society, v. 16, nº 6B, p. 1.313, 2005.que podem originar novos compostos nocivos (ozônio, GUARIEIRO, L. L. N. e outros. ‘Carbonyl compounds emitted by a dieselaldeídos, cetonas e outros) na atmosfera. Os biocom- engine fulled with diesel and biodiesel–diesel blends: sampling optimization and emissions profile’, em Atmospheric Environment, v. 42, p. 8.211, 2008.bustíveis elaborados são testados em motores esta- GUARIEIRO, L. L. N. e outros. ‘Emission profile of 18 carbonyl compounds,cionários e veiculares, o que também permite avaliar CO, CO2, and NOx emitted by a diesel engine fuelled with diesel and ternaryo desgaste que causam nos motores e seus compo- blends containing diesel, ethanol and biodiesel or vegetable oils’,nentes. A página do INCT-E&A na internet (www. em Atmospheric Environment, v. 43, p. 2.754, 2009.inct.cienam.ufba.br) exibe uma visão ampla dos RIBEIRO, N. M. e outros. ‘The role of additives for diesel and diesel blended (ethanol or biodiesel) fuels: a review’,trabalhos realizados por essa rede de pesquisa, em em Energy & Fuels, v. 21, p. 2.433, 2007todo o país. 285 | SETEMBRO 2011 | CIÊNCIAHOJE | 41

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