Biodiesel e as novas tecnologias

A Conferência Biodiesel BR 2010, realizada em São Paulo, no final de outubro, repetiu e amplificou o sucesso das anteriores, desta vez com o foco posto na construção do caminho para o B10. Factível ou não, visionário ou futurístico, este é um detalhe menor dentro do conjunto de ameaças e oportunidades para o setor. O aspecto verdadeiramente relevante é o consenso que foi observado entre os palestrantes de que a energia renovável ocupará, progressivamente, espaço cada vez maior na matriz energética brasileira, em especial na matriz de transporte. Portanto, caberá ao setor posicionar-se adequadamente, para capturar a parcela de mercado possível para o uso do biodiesel.

Durante o seminário coube-me analisar o impacto das novas tecnologias no mercado de biodiesel. Como outros conferencistas apresentaram e discutiram novas tecnologias destinadas, especificamente, a aprimorar a produção de biodiesel a partir de óleos vegetais, a minha preleção focou nas novas tecnologias de propulsão para serviços pesados, ou seja, novos processos e produtos que passam a disputar o mesmo espaço de mercado do biodiesel. Do resultado deste embate depende, em grande parte, o aplainamento do caminho para o B10 ou até além dele.

Dividi a apresentação em dois grandes segmentos. O curto e médio prazo será dominado por tecnologias similares às atuais, ou seja, mantém-se o motor de combustão interna de ciclo diesel e, consequentemente, os combustíveis líquidos. Para o médio e longo prazo, as células de combustíveis e os motores elétricos são promessas importantes, que merecem ser analisadas.

Cana-de-açúcar

1.    Etanol.
Existem diversas tecnologias para uso de etanol como combustível em motores diesel. As mais conhecidas são a mistura álcool-diesel (conhecida como MAD-8) e a aditivação do etanol. A mistura MAD-8 (8% de etanol, 90% de diesel e 2% de biodiesel) teve seus testes interrompidos devido às mudanças na tecnologia de injeção nos motores, que inviabilizou a proposta.

A aditivação do etanol com um detonante (normalmente um produto nitrogenado) já foi estudada por diversos institutos e empresas no Brasil. Todos chegaram praticamente às mesmas conclusões quanto às vantagens (em especial a drástica redução nas emissões de GEE) e desvantagens (alto custo). No momento, a Universidade de São Paulo (USP), por meio do Cenbio (Centro Nacional de Referência em Biomassa) do Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE), participa do projeto BEST (BioEthanol for Sustainable Transport), suportado pela prefeitura de Estocolmo e sendo conduzido em diversas cidades do mundo (Estocolmo (Suécia), Madri e País Basco (Espanha), Roterdam (Holanda), La Spezia (Itália), Somerset (Inglaterra), Nanyang (China) e Dublin (Irlanda).
 

Figura 1. Foto do ônibus em teste no projeto BEST, em São Paulo.

O ônibus movido a etanol circula em São Paulo, como teste para demonstração de viabilidade, no corredor Jabaquara - São Matheus, com parada em nove terminais e atendimento a quatro municípios: São Paulo, Diadema, São Bernardo do Campo e Santo André. O veículo foi incorporado à frota da operadora Metra (Sistema Metropolitano de Transporte), indicada pela EMTU/SP (Empresa Metropolitana de Transportes Urbanos de São Paulo), e por mais uma operadora escolhida pela SPTrans (São Paulo Transporte), que gerencia o transporte de ônibus na capital paulista. No período de teste, o ônibus será comparado a outro do mesmo modelo a diesel. Aguarda-se a conclusão do projeto para avaliar a sua viabilidade comercial, em especial no cotejo de custos com outras alternativas de substituição do petrodiesel.

Outra tecnologia que permite a substituição parcial do petrodiesel por etanol foi desenvolvida e testada em dinamômetro, sendo utilizada autalmente em um veículo de teste (Figura 2). Uma adaptação no motor original permite que seja substituído até 50% do petrodiesel por etanol, porém sem misturar os dois combustíveis, pois cada qual possui um sistema individualizado de alimentação e de injeção na câmara de combustão.

Os resultados disponíveis ainda são preliminares, entretanto indicam perspectivas animadoras para o desenvolvimento desta tecnologia, no tocante ao ganho de eficiência dos motores, à redução das emissões de GEE e à redução de custo de operação dos veículos ou motores estacionários.

Nos testes com dinamômetro, observou-se um aumento do rendimento térmico do motor (Figura 3) e melhoria da sua eficiência energética, medida em termos de demanda de unidades de energia contida no combustível para produzir determinada unidade de energia para uso no veículo (Figura 4).
 

Figura 2. Protótipo de veículo de teste da tecnologia de uso de etanol hidratado para substituição parcial de petrodiesel.


Figura 3. Rendimento térmico de um motor diesel operando com diferentes taxas de substituição de diesel por etanol, em diferentes rotações do motor.


Figura 4. Consumo energético de um motor diesel, operando com diferentes taxas de substituição de diesel por etanol, em diferentes rotações do motor.


Figura 5. Variação da emissão de gás carbônico em um motor diesel com diferentes taxas de substituição de diesel por etanol, em diferentes rotações do motor.


Figura 6. Variação da emissão de óxidos de nitrogênio em um motor diesel com diferentes taxas de substituição de diesel por etanol, em diferentes rotações do motor.


Figura 7. Variação da emissão de material particulado em um motor diesel com diferentes taxas de substituição de diesel por etanol, em diferentes rotações do motor.


A Figura 5 mostra a redução das emissões de gás carbônico, conforme aumenta a proporção de etanol consumida pelo motor, sendo esta mais intensa na rotação mais alta (3000 rpm), que é o giro ideal de operação de um motor de ciclo diesel. A Figura 6 mostra a redução das emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) que, ao contrário do CO2, se acentua nas baixas rotações. Entretanto, é forçoso salientar que, em qualquer rotação do motor é percebida uma redução das emissões, tendo em vista que o oposto ocorre com o uso de biodiesel. E a Figura 7 mostra uma redução linear de emissões de particulados, que pode atingir até 80%, comparativamente ao diesel puro, independentemente da rotação do motor.

Um resumo dos resultados dos testes é apresentado a seguir.

  - Emissões de NOx – Redução de até 83%;
  - Emissões de particulados – Redução de até 81%;
  - Emissão de CO2 - Redução de até 18%;
  - Rendimento térmico do motor - Aumento de até 25%;
  - Temperatura do ar comprimido - Redução de até 74°C;
  - Intercooler – Dispensado;
  - Funcionamento do motor – Sem diferenças;
  - Consumo mássico de diesel - Reduções de até 60%;
  - Overdrive de potência - Potência até 30% superiores;
  - Óleo lubrificante do motor – Menor contaminação;
  - Custo de operação – Até 10% menor.

Baseado em um processo semelhante, a empresa Massey Ferguson produziu uma linha especial de tratores, que também permite a substituição parcial de petrodiesel por etanol, com significativos ganhos ambientais e financeiros (Figura 8).


Figura 8. Trator com motor de ciclo diesel movido a etanol em substituição parcial do petrodiesel.

2.    Diesel vegetal
Diversas empresas de base biotecnológica, usando técnicas futurísticas de biologia sintética, engenheiraram fermentos e bactérias para produzir substâncias químicas customizadas, a partir da biomassa. Já existem processos que permitem produzir farneseno ou fanesano a partir de sacarose de cana. Estas substâncias fazem parte do complexo do petrodiesel, sendo reconhecidas pelo motor diesel sem necessidade de adaptação. Também foram desenvolvidos processos para obtenção de alcanos (hidrocarbonetos lineares com 12-16 átomos de carbono) a partir do desdobramento de celulose ou hemicelulose, presentes no bagaço ou na palhada de cana.

Veículos movido a diesel vegetal (caminhões e ônibus) estão sendo testados por uma montadora que, tendo em vista os ótimos resultados alcançados em seu campo de testes, expandiu a avaliação para ônibus comerciais que estão trafegando em linhas regulares em São Paulo. Um caminhão movido a diesel vegetal foi apresentado em recente feira do setor, realizada no Rio de Janeiro, com a presença de altas autoridades governamentais (Figura 9).


Figura 9. Veículo movido a diesel vegetal, apresentado em feira setorial no Rio de Janeiro.

Veículo movido a hidrogênio ou célula de combustível

Embora os custos desta tecnologia ainda sejam mais elevados que o uso do petrodiesel, pode-se afirmar que o futuro é visível, pois já existem protótipos de veículos para serviços pesados (transporte de passageiros ou de carga) operando com hidrogênio. A questão do alto custo é apenas mais um desafio para os cientistas, o que deve ser resolvido em um período razoável de tempo (não mais que 2 décadas), através de novos processos de obtenção de hidrogênio, inclusive o biohidrogênio, seja por fotossíntese artificial ou por degradação de matéria orgânica por meio de bactérias especializadas. Um destes veículos foi desenvolvido pela Universidade Federal do Rio de Janeiro e opera no transporte de passageiros do Campus da Ilha do Fundão (Figura 10). Na Figura 11 é apresentado um veículo misto, operando com célula de combustível e motor elétrico.


Figura 10. Ônibus movido a Hidrogênio, desenvolvido pela UFRJ.


Figura 11. Veículo híbrido operando com motor elétrico e célula de combustível.

Veículos elétricos

Veículos de carga ou de transporte de passageiros, movido a energia elétrica não representam novidades, pois a tecnologia existe desde o tempo dos bondes, passando pelos trams, troleibus e os modernos trens europeus. Estamos assistindo a um revival da tecnologia, em função da necessidade de despoluir as grandes metrópoles.

Existe um limitador que é a necessidade de conexão permanente dos veículos com as linhas de eletricidade, que representa custo de instalação e manutenção, degradação da paisagem urbana e condicionamento do veículo à linha energizada. As tentativas de utilizar baterias para substituir a fiação elétrica esbarram na baixa autonomia das atuais baterias.

O grande breaktrough tecnológico está na tecnologia denominada “Ultra Capacitor Zero Emissions Transit Bus”, em que as baterias são substituídas por ultracapacitadores, com elevada capacidade de carga e tempo de recarga ultrarápido, com baixa latência (Figura 12). O veículo possui bateria de backup com autonomia de 80 km (ou seja, baixa autonomia). Entretanto, pode ser recarregado nas paradas de ônibus (5´ de carga = 2km), mesmo que o tempo de parada seja inferior a um minuto.


Figura 12. Ultra Capacitor Zero Emissions Transit Bus sendo recarregado em uma parada de ônibus.

Além disso, o veículo está equipado com um sistema que permite a recuperação de energia cinética nas frenagens, ou seja, ao invés de aplicar um atrito nas rotas (pastilhas ou lonas de freio), no momento da frenagem é aplicada uma carga representada por um gerador elétrico, que ao mesmo tempo em que diminui a velocidade do veículo, auxilia na recarga dos capacitores. Com este , em teoria o veículo pode rodar durante todo o dia, sem necessitar de fiação permanente.

As considerações sobre novas tecnologias não significam que devemos abdicar do sonho do B10. Minha intenção foi mostra que existem ameaças pelo caminho, que devem ser devidamente equacionadas através de ganhos tecnológicos, de eficiência de gestão e de políticas públicas, para atingir a meta a que o setor está se propondo.

Décio Luiz Gazzoni é Engenheiro Agrônomo, assessor da SAE/Presidência da República.