Evolução da produção, reservas e dos preços do petróleo, gás natural e biocombustíveis: a importância dos biocombustíveis no cenário mundial

Este trabalho tem como objetivo estudar a indústria do petróleo, gás natural e biocombustíveis no contexto brasileiro e no mundial. Visa também analisar as vantagens e desvantagens dos biocombustíveis e seu possível impacto na indústria do petróleo, assim como os principais indicativos e projeções da indústria do petróleo, como reserva, produção, preço e consumo, através de coleta de dados e geração de gráficos pesquisados e comparados de grandes agências e empresas de energia. Os biocombustíveis podem ser um grande aliado da indústria do petróleo tendo em vista a duração das reservas mundiais de hidrocarbonetos. O uso dos biocombustíveis implicará no desenvolvimento de tecnologias renováveis e de reutilização de materiais antes descartados, trazendo benefício a toda sociedade. A indústria do petróleo é impactada pelas flutuações no mercado internacional e pela demanda, assim como pela manipulação da produção de combustíveis fósseis pelos países produtores. Esses aspectos apresentados interligados criam uma complexa indústria que a presente dissertação se propõe a analisar.

O Direito Internacional dos Investimentos: o caso do mercado brasileiro de biocombustíveis

A dissertação trata sobre o Direito dos Investimentos. O texto busca reconhecer os princípios mais importantes do Direito dos Investimentos, bem como verificar como esta disciplina tem sido aplicada a área de energia. Como estudo de casos, será analisado o mercado brasileiro de biocombustíveis. Em uma primeira parte o texto aborda o histórico e desenvolvimento do Direito dos Investimentos, demonstrando as modificações ocorridas ao longo do tempo e apresentando os principais questionamentos e tendências adotadas durante esta jornada. O segundo capítulo trata sobre os princípios do Direito dos Investimentos, suas aplicações e algumas controvérsias acerca da aplicação destes. O terceiro capítulo aborda o Direito dos Investimentos em matéria de energia, destacando definições, tendências atuais e casos relevantes para o International Energy Law, que se relacionam intimamente a atuação de investidores estrangeiros. Finalmente, no último capítulo o mercado brasileiro de biocombustíveis será analisado sob o prisma dos conceitos trabalhados nos capítulos anteriores, com foco nas questões relacionadas aos investidores e em que medida a regulação governamental pode ser considerada adequada à luz do Direito dos Investimentos.

Biocombustíveis, governança global e comércio internacional: Rumo a um novo paradigma energético?

Considerando-se este importante momento de transição em que as tradicionais matrizes energéticas são paulatinamente substituídas por um conjunto de fontes renováveis, das quais os biocombustíves sobressaem-se pela capacidade de contribuir para o meio ambiente, trazendo igualmente benefícios econômicos e sociais a seus produtores; o presente trabalho visa contribuir para o panorama energético global que se começa a se delinear. Diante da impotência do Estado em lidar hodiernamente com determinadas questões, testemunha-se a participação de atores privados (organizações não governamentais, empresas transnacionais e sociedade civil, entre outros) atuando como vetores na transmissão de compromissos internacionais junto a estruturas nacionais para a solução de problemas comuns da humanidade. A essa nova arquitetura jurídica e política convencionou-se designar de governança global. Diante da inexistência de uma governança energética global que opere no interesse de países importadores, exportadores e investidores do setor de energia, agindo também como promotora de desenvolvimento social e econômico junto a países em desenvolvimento; e, por fim, em face da ausência de uma regulação internacional exclusiva na área energética, o presente estudo se dedica a investigar as possibilidades de disciplinamento do comércio internacional dos biocombustíveis. Admitindo-se o relevante desempenho que o Brasil detém na produção e exportação deste produto, inclusive na área tecnológica, a presente tese busca identificar o foro adequado, condições justas de produção, investimento, concessão de subsídios, adoção de medidas técnicas, de compra e venda, concorrência entre outros itens que o tema relaciona.

Avaliação de catalisadores à base de estanho visando à produção de biodiesel

Atualmente, existe um crescente interesse por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis. O biodiesel é uma fonte alternativa de combustível bastante atrativa em relação ao diesel em decorrência de seus benefícios ambientais. A obtenção de biodiesel é geralmente realizada através de reações de transesterificação de óleos vegetais com álcool de cadeia curta. Entretanto, também se pode produzi-lo através da esterificação de ácidos graxos livres utilizando-se matérias-primas de baixa qualidade como rejeitos industriais, domésticos ou gorduras animais. O estudo de catalisadores que melhorem os resultados destas reações tem importante papel no desenvolvimento da produção de biodiesel. Normalmente, utilizam-se catalisadores básicos como o NaOH, nas reações de transesterificação. No entanto, o uso destes catalisadores causa impactos ambientais, além de promover a reação de saponificação quando a matéria-prima apresenta teores significativos de acidez, reduzindo o rendimento e dificultando a separação de fases. Este trabalho apresenta o estudo de catalisadores ácidos, à base de estanho, com ênfase especial no sulfato de estanho II, voltados para utilização na reação de esterificação de cargas contendo elevados teores em ácidos graxos. Avaliou-se a influência das variáveis: temperatura, concentração do catalisador, tipo de sistema reacional, quantidade de etanol, tipo de álcool, acidez, natureza dos ácidos graxos e temperatura de calcinação. Uma comparação entre os catalisadores, a questão da reutilização do catalisador e das mudanças proporcionadas pelo tratamento térmico ao qual foram submetidos também foram analisadas. Dentre os catalisadores estudados, os de sulfato de estanho mostraram maior atividade catalítica frente à reação estudada, os mais promissores sendo os calcinados até a temperatura de 500C. O principal motivo para os altos rendimentos encontrados foi associado ao comportamento pseudo-homogêneo do SnSO4, que se solubiliza, acidificando o meio reacional durante as reações de esterificação

Estudo de pirólise catalítica de biomassa em escala piloto para melhoramento da qualidade do bio-óleo

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator

Produção de açúcares a partir da palha de cana-de-açúcar para a produção de etanol

A crescente demanda por tecnologias que produzam biocombustíveis de maneira sustentável vem incentivando a utilização de diversos materiais lignocelulósicos para tal finalidade. O objetivo deste trabalho foi comparar o potencial de produção de açúcares (glicose e xilose) da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, as duas biomassas foram caracterizadas, mostrando percentuais muito similares de celulose e hemicelulose (42,1% e 22,6% para o bagaço e 39,2% e 22,7% para a palha, respectivamente). Isto evidencia potenciais similares de produção de açúcares. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para comparar os resultados de rendimento de xilose e produção de furfural após as reações de hidrólise ácida das duas biomassas, com o intuito de verificar se este processo, comumente utilizado para o bagaço, pode ser utilizado para a palha. As variáveis que foram avaliadas foram a concentração de ácido (0,5-3,0%m/m), o tempo reacional (15-60min) e a relação sólido-líquido (RSL - 0,1-0,2m/m). Concentrações de 42,72g/L e de 41,31g/L de xilose foram encontradas para a palha e para o bagaço, respectivamente, alcançando rendimentos de xilose superiores a 80%, em reações em laboratório. Também foram realizados ensaios de hidrólise ácida em planta piloto e de hidrólise enzimática em laboratório para avaliar os resultados de rendimento de glicose da palha. Os resultados de rendimento de xilose e produção de inibidores para estas reações foram avaliados e comparados com os dados obtidos em laboratório. Concentrações de 35,2g/Lde xilose e de 27,3g/L de glicose foram encontradas para a palha, alcançando rendimentos de xilose próximos a 100% e de glicose superiores a 64%, em reações de pré-tratamento em planta piloto e em reações de hidrólise enzimática em laboratório. Os resultados evidenciaram que as variáveis concentração de ácido e relação sólido:líquido são as mais influenciam na produção de xilose e glicose

Impacto do uso de biocombustíveis na qualidade do ar da cidade do Rio de Janeiro um estudo de simulação

A frota de veículos movidos por biocombustíveis tem aumentado nos últimos dez anos e com isso as emissões para a atmosfera nas cidades têm sofrido alterações. Devido a esta problemática, estudos com modelos de previsão de emissões são o foco deste trabalho. Alguns modelos, homologados por agências de regulamentação de alguns países ou comunidades, servem de base para as análises de risco com auxílio de simulação.O objetivo geral deste trabalho é avaliar o impacto do uso de biocombustíveis na qualidade do ar na cidade do Rio de Janeiro e estudar cenários de qualidade do ar, em função do aumento da quantidade de biodiesel e álcool adicionada ao diesel e gasolina. Nesta dissertação, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, compostos orgânicos voláteis e ozônio são os principais poluentes estudados para a cidade do Rio de Janeiro. A avaliação de cenários foi realizada empregando um modelo de qualidade do ar com base no modelo de trajetórias OZIPR e no modelo químico SAPRC. Os resultados demonstram que o aumento do uso de biodiesel diminui a concentração de ozônio na atmosfera em relação ao caso base estudado, em 10,23% utilizando a mistura BE Diesel, em 5,28% utilizando a mistura B20 e apenas 0,33% utilizando a mistura B10. Isso de fato acontece pois o biodiesel possuiu mais oxigenados na sua estrutura. O estudo revelou o aumento nas emissões e concentrações de NOx na troposfera da cidade do Rio de Janeiro, para as mistura de BE- Diesel, B20 e o B10 em relação ao caso base, foram de 5,66%, 2,83% e 0% respectivamente. Em especial na cidade do Rio de janeiro existe um consumodo O3 pelo NO presente na atmosfera urbana. A redução na concentração de CO para as misturas de BE- Diesel, B20 e o B10 em relação ao caso base, foram de 13,11%, 6,56% e 4,12% respectivamente. O aumento da disponibilidade de oxigênio presente no biodiesel produz uma melhor queima do combustível, contribuindo para uma menor concentração de CO na troposfera

Estudo do equilíbrio líquido-líquido e da estabilidade de sistemas envolvendo biodiesel, álcoois e água

O estudo da estabilidade de emulsões de biocombustíveis destaca-se, dentre outros aspectos, pela necessidade de identificação das características destas. Esta necessidade reforça-se pela dificuldade de detecção de biodiesel e suas misturas quando estão fora de especificação, além de se aplicar aos processos de separação e purificação do biodiesel após a transesterificação. O entendimento deste problema poderá ser alcançado a partir de estudos de estabilidade associados aos modelos termodinâmicos de equilíbrio líquido-líquido (modelo NRTL) em sistemas ternários, que serão a base da modelagem proposta neste trabalho. O levantamento de dados envolve técnicas de observação direta em titulação, e ensaios de estabilidade e tensiometria, com algumas alterações das técnicas clássicas. Desta forma, o objetivo principal do trabalho é propor uma maneira de identificar e caracterizar as interfaces das emulsões formadas e estudar a estabilidade das fases envolvidas. Além disso, estuda-se a introdução de alcoóis como agentes tensoativos para viabilizar a utilização de misturas de combustíveis, mesmo na região de mais de uma fase. Para o desenvolvimento do trabalho, emulsões envolvendo os constituintes básicos serão combinadas entre si em diferentes proporções. A etapa inicial constitui-se de um mapeamento das misturas e proporções que formam as emulsões, baseadas nas curvas de equilíbrio. Em seguida, faz-se o estudo de caracterização e estabilidade destes sistemas. Com estas informações é possível mapear o sentido de incremento de tensão na interface e instabilidade da separação de fases das emulsões em relação aos diagramas ternários correspondentes. Por fim, propõe-se uma estratégia para estimar os parâmetros termodinâmicos do NRTL para as espécies presentes nos sistemas estudados e prever o comportamento dos mesmos e de sistemas similares. Este modelo matemático proposto tem como objetivo complementar a técnica experimental adotada para construção das curvas de equilíbrio, sendo bem sucedido

Quantifying the uncertainties in life cycle greenhouse gas emissions for UK wheat ethanol

Biofuels are increasingly promoted worldwide as a means for reducing greenhouse gas (GHG) emissions from transport. However, current regulatory frameworks and most academic life cycle analyses adopt a deterministic approach in determining the GHG intensities of biofuels and thus ignore the inherent risk associated with biofuel production. This study aims to develop a transparent stochastic method for evaluating UK biofuels that determines both the magnitude and uncertainty of GHG intensity on the basis of current industry practices. Using wheat ethanol as a case study, we show that the GHG intensity could span a range of 40-110 gCO2e MJ-1 when land use change (LUC) emissions and various sources of uncertainty are taken into account, as compared with a regulatory default value of 44 gCO2e MJ-1. This suggests that the current deterministic regulatory framework underestimates wheat ethanol GHG intensity and thus may not be effective in evaluating transport fuels. Uncertainties in determining the GHG intensity of UK wheat ethanol include limitations of available data at a localized scale, and significant scientific uncertainty of parameters such as soil N2O and LUC emissions. Biofuel polices should be robust enough to incorporate the currently irreducible uncertainties and flexible enough to be readily revised when better science is available. © 2013 IOP Publishing Ltd.

Biomethane production from food waste and organic residues

Anaerobic digestion (AD) of biodegradable waste is an environmentally and economically sustainable solution which incorporates waste treatment and energy recovery. The organic fraction of municipal solid waste (OFMSW), which comprises mostly of food waste, is highly degradable under anaerobic conditions. Biogas produced from OFMSW, when upgraded to biomethane, is recognised as one of the most sustainable renewable biofuels and can also be one of the cheapest sources of biomethane if a gate fee is associated with the substrate. OFMSW is a complex and heterogeneous material which may have widely different characteristics depending on the source of origin and collection system used. The research presented in this thesis investigates the potential energy resource from a wide range of organic waste streams through field and laboratory research on real world samples. OFMSW samples collected from a range of sources generated methane yields ranging from 75 to 160 m3 per tonne. Higher methane yields are associated with source segregated food waste from commercial catering premises as opposed to domestic sources. The inclusion of garden waste reduces the specific methane yield from household organic waste. In continuous AD trials it was found that a conventional continuously stirred tank reactor (CSTR) gave the highest specific methane yields at a moderate organic loading rate of 2 kg volatile solids (VS) m-3 digester day-1 and a hydraulic retention time of 30 days. The average specific methane yield obtained at this loading rate in continuous digestion was 560 ± 29 L CH4 kg-1 VS which exceeded the biomethane potential test result by 5%. The low carbon to nitrogen ratio (C: N <14:1) associated with canteen food waste lead to increasing concentrations of volatile fatty acids in line with high concentrations of ammonia nitrogen at higher organic loading rates. At an organic loading rate of 4 kg VS m-3day-1 the specific methane yield dropped considerably (381 L CH4 kg-1 VS), the pH rose to 8.1 and free ammonia (NH3 ) concentrations reached toxicity levels towards the end of the trial (ca. 950 mg L-1). A novel two phase AD reactor configuration consisting of a series of sequentially fed leach bed reactors connected to an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) demonstrated a high rate of organic matter decay but resulted in lower specific methane yields (384 L CH4 kg-1 VS) than the conventional CSTR system.

Climate and energy scenarios for Ireland to 2050 using the Irish TIMES energy systems model

Due to growing concerns regarding the anthropogenic interference with the climate system, countries across the world are being challenged to develop effective strategies to mitigate climate change by reducing or preventing greenhouse gas (GHG) emissions. The European Union (EU) is committed to contribute to this challenge by setting a number of climate and energy targets for the years 2020, 2030 and 2050 and then agreeing effort sharing amongst Member States. This thesis focus on one Member State, Ireland, which faces specific challenges and is not on track to meet the targets agreed to date. Before this work commenced, there were no projections of energy demand or supply for Ireland beyond 2020. This thesis uses techno-economic energy modelling instruments to address this knowledge gap. It builds and compares robust, comprehensive policy scenarios, providing a means of assessing the implications of different future energy and emissions pathways for the Irish economy, Ireland’s energy mix and the environment. A central focus of this thesis is to explore the dynamics of the energy system moving towards a low carbon economy. This thesis develops an energy systems model (the Irish TIMES model) to assess the implications of a range of energy and climate policy targets and target years. The thesis also compares the results generated from the least cost scenarios with official projections and target pathways and provides useful metrics and indications to identify key drivers and to support both policy makers and stakeholder in identifying cost optimal strategies. The thesis also extends the functionality of energy system modelling by developing and applying new methodologies to provide additional insights with a focus on particular issues that emerge from the scenario analysis carried out. Firstly, the thesis develops a methodology for soft-linking an energy systems model (Irish TIMES) with a power systems model (PLEXOS) to improve the interpretation of the electricity sector results in the energy system model. The soft-linking enables higher temporal resolution and improved characterisation of power plants and power system operation Secondly, the thesis develops a methodology for the integration of agriculture and energy systems modelling to enable coherent economy wide climate mitigation scenario analysis. This provides a very useful starting point for considering the trade-offs between the energy system and agriculture in the context of a low carbon economy and for enabling analysis of land-use competition. Three specific time scale perspectives are examined in this thesis (2020, 2030, 2050), aligning with key policy target time horizons. The results indicate that Ireland’s short term mandatory emissions reduction target will not be achieved without a significant reassessment of renewable energy policy and that the current dominant policy focus on wind-generated electricity is misplaced. In the medium to long term, the results suggest that energy efficiency is the first cost effective measure to deliver emissions reduction; biomass and biofuels are likely to be the most significant fuel source for Ireland in the context of a low carbon future prompting the need for a detailed assessment of possible implications for sustainability and competition with the agri-food sectors; significant changes are required in infrastructure to deliver deep emissions reductions (to enable the electrification of heat and transport, to accommodate carbon capture and storage facilities (CCS) and for biofuels); competition between energy and agriculture for land-use will become a key issue. The purpose of this thesis is to increase the evidence-based underpinning energy and climate policy decisions in Ireland. The methodology is replicable in other Member States.

Biogas production from novel substrates

Biogas production is the conversion of the organic material into methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) under anaerobic conditions. Anaerobic digestion (AD) is widely used in continental and Scandinavian communities as both a waste treatment option and a source of renewable energy. Ireland however lags behind this European movement. Numerous feedstocks exist which could be digested and used to fuel a renewable transport fleet in Ireland. An issue exists with the variety of feedstocks; these need to be assessed and quantified to ascertain their potential resource and application to AD. From literature the ideal C:N ratio is between 25 and 30:1. Low levels of C:N (<15) can lead to problems with ammonia inhibition. Within the digester a plentiful supply of nutrients and a balanced C:N is required for stable performance. Feedstocks were sampled from a range of over 100 different substrates in Ireland including for first, second and third generation feedstocks. The C:N ranged from 81:1 (Winter Oats) to 7:1 (Silage Effluent). The BMP yields were recorded ranging from 38 ± 2.0 L CH4 kg−1 VS for pig slurry (weaning pigs) to 805 ± 57 L CH4 kg−1 VS for used cooking oil (UCO). However the selection of the best preforming feedstock in terms of C:N ratio or BMP yield alone is not sufficiently adequate. A total picture has to be created which includes C:N ratio, BMP yield, harvest yield and availability. Potential feedstocks which best meet these requirements include for Grass silage, Milk processing waste (MPW) and Saccharina latissima. MPW has a potential of meeting over 6 times the required energy for Ireland’s 2020 transport in energy targets. S. Latissima recorded a yield of over 10,000 GJ ha-1 yr-1 which out ranks traditional second generation biofuels by a factor of more than 4.

Characterization and analysis of the exogenous application of selected phytohormones on C. reinhardtii metabolism

Gemstone Team Genes to Fuels

Agronomic and economic viability of Miscanthus x giganteus as a novel biofuel in the Maryland climate

Gemstone Team Biofuels