Biocombustível

Um biocombustível é um combustível que é produzido através de processos biológicos contemporâneos, como agricultura e digestão anaeróbica, ao invés de um combustível produzido por processos geológicos, como aqueles envolvidos na formação de combustíveis fósseis, como carvão e petróleo, a partir de matéria biológica pré-histórica.

Os biocombustíveis podem ser derivados diretamente de plantas (ou seja, culturas energéticas), ou indiretamente de resíduos agrícolas, comerciais, domésticos e / ou industriais. Biocombustíveis renováveis ​​geralmente envolvem a fixação contemporânea de carbono, como aqueles que ocorrem em plantas ou microalgas através do processo de fotossíntese. Outros biocombustíveis renováveis ​​são feitos através do uso ou conversão de biomassa (referindo-se a organismos vivos recentes, na maioria das vezes referindo-se a plantas ou materiais derivados de plantas). Esta biomassa pode ser convertida em substâncias contendo energia convenientes de três maneiras diferentes: conversão térmica, conversão química e conversão bioquímica. Essa conversão de biomassa pode resultar em combustível na forma sólida, líquida ou gasosa. Esta nova biomassa também pode ser usada diretamente para biocombustíveis.

Os biocombustíveis são, em teoria, neutros em carbono porque o dióxido de carbono que é absorvido pelas plantas é igual ao dióxido de carbono que é liberado quando o combustível é queimado. No entanto, na prática, o fato de um biocombustível ser neutro em carbono também depende, em grande parte, do fato de que a terra usada para cultivar o biocombustível (com biocombustível de 1ª e 2ª geração) precisa ser depurada da vegetação de retenção de carbono.

O bioetanol é um álcool produzido por fermentação, principalmente a partir de carboidratos produzidos em culturas de açúcar ou amido, como milho, cana-de-açúcar ou sorgo doce. A biomassa celulósica, derivada de fontes não alimentares, como árvores e gramíneas, também está sendo desenvolvida como matéria-prima para a produção de etanol. O etanol pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura (E100), mas é geralmente usado como um aditivo de gasolina para aumentar a octanagem e melhorar as emissões do veículo. O bioetanol é amplamente utilizado nos Estados Unidos e no Brasil. O projeto atual da usina não permite converter a porção de lignina das matérias-primas vegetais em componentes de combustível por fermentação.

O biodiesel pode ser usado como combustível para veículos em sua forma pura (B100), mas é normalmente usado como um aditivo para diesel para reduzir os níveis de partículas, monóxido de carbono e hidrocarbonetos de veículos movidos a diesel. O biodiesel é produzido a partir de óleos ou gorduras usando transesterificação e é o biocombustível mais comum na Europa.

Em 2010, a produção mundial de biocombustíveis chegou a 105 bilhões de litros (28 bilhões de galões), 17% a mais que em 2009, e os biocombustíveis forneceram 2,7% dos combustíveis do mundo para o transporte rodoviário. A produção global de etanol combustível atingiu 86 bilhões de litros em 2010, sendo os Estados Unidos e o Brasil os maiores produtores mundiais, responsáveis ​​por cerca de 90% da produção mundial. A maior produtora mundial de biodiesel é a União Européia, respondendo por 53% de toda a produção de biodiesel em 2010. A partir de 2011, existem mandatos para misturar biocombustíveis em 31 países em nível nacional e em 29 estados ou províncias. A Agência Internacional de Energia tem como meta que os biocombustíveis atinjam mais de um quarto da demanda mundial por combustíveis para transporte até 2050, para reduzir a dependência do petróleo e do carvão. A produção de biocombustíveis também levou a uma florescente indústria automotiva, onde, até 2010, 79% de todos os carros produzidos no Brasil eram feitos com um sistema híbrido de combustível de bioetanol e gasolina.

Existem várias questões sociais, econômicas, ambientais e técnicas relacionadas à produção e uso de biocombustíveis, que têm sido debatidas na mídia popular e em periódicos científicos.

Gerações

Biocombustíveis de primeira geração
Biocombustíveis de “primeira geração” ou convencionais são biocombustíveis produzidos a partir de culturas alimentares cultivadas em terras aráveis. Com esta geração de produção de biocombustível, as culturas de alimentos são assim explicitamente cultivadas para a produção de combustível, e não qualquer outra coisa. O açúcar, amido ou óleo vegetal obtido das culturas é convertido em biodiesel ou etanol, usando transesterificação ou fermentação de levedura.

Biocombustíveis de segunda geração
Os biocombustíveis de segunda geração são combustíveis fabricados a partir de vários tipos de biomassa. Biomassa é um termo abrangente que significa qualquer fonte de carbono orgânico que é renovada rapidamente como parte do ciclo do carbono. A biomassa é derivada de materiais vegetais, mas também pode incluir materiais animais.

Enquanto os biocombustíveis de primeira geração são feitos dos açúcares e óleos vegetais encontrados nas culturas arvenses, os biocombustíveis de segunda geração são feitos de biomassa lignocelulósica ou de culturas lenhosas, resíduos agrícolas ou resíduos de plantas (de culturas alimentares que já cumpriram o seu propósito alimentar). A matéria-prima usada para gerar biocombustíveis de segunda geração, portanto, cresce em terras aráveis, mas é apenas subproduto da colheita real (cultivo principal) ou é cultivada em terras que não podem ser usadas para cultivar alimentos e, em alguns casos, nem água extra ou fertilizante é aplicado a eles. Fontes de matérias-primas de segunda geração de alimentos não humanos incluem gramíneas, jatrofa e outras culturas de sementes, resíduos de óleo vegetal, resíduos sólidos urbanos e assim por diante.

Isto tem vantagens e desvantagens. A vantagem é que, ao contrário das culturas alimentares regulares, nenhuma terra arável é usada apenas para a produção de combustível. A desvantagem é que, ao contrário das culturas alimentares regulares, pode ser bastante difícil extrair o combustível. Por exemplo, uma série de tratamentos físicos e químicos pode ser necessária para converter a biomassa lignocelulósica em combustíveis líquidos adequados para o transporte.

Biocombustíveis de terceira geração
De 1978 a 1996, o US NREL experimentou o uso de algas como fonte de biocombustíveis no “Programa de Espécies Aquáticas”. Um artigo auto-publicado por Michael Briggs, no UNH Biofuels Group, oferece estimativas para a substituição realista de todos os combustíveis veiculares com biocombustíveis usando algas que têm um teor de óleo natural superior a 50%, que Briggs sugere pode ser cultivado em lagoas de algas em estações de tratamento de águas residuais. Essa alga rica em óleo pode então ser extraída do sistema e processada em biocombustíveis, com o restante seco sendo reprocessado para criar etanol. A produção de algas para a colheita de óleo para biocombustíveis ainda não foi realizada em escala comercial, mas estudos de viabilidade foram realizados para se chegar à estimativa de rendimento acima. Além de seu alto rendimento projetado, a alga – ao contrário dos biocombustíveis baseados em culturas – não implica uma diminuição na produção de alimentos, uma vez que não requer nem terras agrícolas nem água doce. Muitas empresas estão buscando biorreatores de algas para diversos fins, incluindo o aumento da produção de biocombustíveis para níveis comerciais. Rodrigo E. Teixeira, da Universidade do Alabama em Huntsville, demonstrou a extração de lipídios de biocombustíveis a partir de algas úmidas, utilizando uma reação simples e econômica em líquidos iônicos.

Biocombustíveis de quarta geração
À semelhança dos biocombustíveis de terceira geração, os biocombustíveis de quarta geração são produzidos em terras não aráveis. No entanto, ao contrário dos biocombustíveis de terceira geração, eles não exigem a destruição da biomassa. Esta classe de biocombustíveis inclui os combustíveis e os combustíveis solares fotobiológicos. Alguns desses combustíveis são neutros em carbono. A conversão do petróleo bruto das sementes da planta em combustíveis úteis é chamada de transesterificação.

Tipos
Os seguintes combustíveis podem ser produzidos usando procedimentos de produção de biocombustível de primeira, segunda, terceira ou quarta geração. A maioria destes pode até ser produzida usando dois ou três dos diferentes procedimentos de geração de biocombustível.

Biogás
O biogás é o metano produzido pelo processo de digestão anaeróbica de material orgânico por anaeróbios. Pode ser produzido a partir de materiais residuais biodegradáveis ​​ou pelo uso de culturas energéticas alimentadas em digestores anaeróbicos para complementar a produção de gás. O subproduto sólido, digerido, pode ser usado como biocombustível ou fertilizante.

O biogás pode ser recuperado de sistemas de processamento de resíduos de tratamento biológico mecânico. O gás de aterro, uma forma menos limpa de biogás, é produzido em aterros através de digestão anaeróbica natural. Se escapar para a atmosfera, é um potencial gás de efeito estufa.

Os agricultores podem produzir biogás a partir do esterco de seus animais usando digestores anaeróbicos.

Syngas
O gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono, hidrogênio e outros hidrocarbonetos, é produzido pela combustão parcial da biomassa, isto é, combustão com uma quantidade de oxigênio que não é suficiente para converter completamente a biomassa em dióxido de carbono e água. Antes da combustão parcial, a biomassa é seca e algumas vezes pirolisada. A mistura de gases resultante, syngas, é mais eficiente que a combustão direta do biocombustível original; mais da energia contida no combustível é extraída.

O gás de síntese pode ser queimado diretamente em motores de combustão interna, turbinas ou células de combustível de alta temperatura. O gerador de gás de madeira, um reator de gaseificação movido a madeira, pode ser conectado a um motor de combustão interna.

O Syngas pode ser usado para produzir metanol, DME e hidrogênio, ou convertido através do processo Fischer-Tropsch para produzir um substituto do diesel, ou uma mistura de álcoois que podem ser misturados à gasolina. A gaseificação normalmente depende de temperaturas superiores a 700 ° C.

A gaseificação a baixa temperatura é desejável quando co-produz biochar, mas resulta em gás de síntese poluído com alcatrão.

Etanol
Álcoois produzidos biologicamente, mais comumente etanol, e menos comumente propanol e butanol, são produzidos pela ação de microorganismos e enzimas através da fermentação de açúcares ou amidos (mais fáceis), ou celulose (o que é mais difícil). O biobutanol (também chamado de biogasolina) é muitas vezes reivindicado para fornecer um substituto direto para a gasolina, porque pode ser usado diretamente em um motor a gasolina.

O etanol combustível é o biocombustível mais comum em todo o mundo, particularmente no Brasil. Os combustíveis alcoólicos são produzidos pela fermentação de açúcares derivados do trigo, milho, beterraba sacarina, cana-de-açúcar, melaço e qualquer açúcar ou amido de que possam ser feitas bebidas alcoólicas como o uísque (como resíduos de batata e fruta, etc.). Os métodos de produção de etanol utilizados são a digestão enzimática (para liberar açúcares de amidos armazenados), a fermentação dos açúcares, a destilação e a secagem. O processo de destilação requer uma quantidade significativa de energia para o calor (combustível fóssil natural às vezes insustentável, mas a biomassa celulósica, como o bagaço, o resíduo deixado após a cana de açúcar ser extraída) é o combustível mais comum no Brasil, enquanto pellets, cavacos de madeira. e também o calor desperdiçado é mais comum na Europa) Fábrica de etanol de combustíveis de vapor residual – onde o calor residual das fábricas também é usado na rede de aquecimento urbano.

O etanol pode ser usado em motores a gasolina como substituto da gasolina; pode ser misturado com gasolina a qualquer porcentagem. A maioria dos motores a gasolina de carros existentes pode funcionar com misturas de até 15% de bioetanol com petróleo / gasolina. O etanol tem uma densidade de energia menor que a da gasolina; Isso significa que é preciso mais combustível (volume e massa) para produzir a mesma quantidade de trabalho. Uma vantagem do etanol (CH
3CH
2OH) é que ele tem um índice de octanas mais alto do que a gasolina livre de etanol disponível em postos de gasolina na estrada, o que permite um aumento da taxa de compressão de um motor para aumentar a eficiência térmica. Em locais de grande altitude (ar rarefeito), alguns estados exigem uma mistura de gasolina e etanol como oxidante de inverno para reduzir as emissões de poluentes atmosféricos.

O etanol também é usado para abastecer lareiras a bioetanol. Como eles não exigem uma chaminé e são “sem noção”, os fogos a bioetanol são extremamente úteis para casas e apartamentos recém-construídos sem chaminé. As desvantagens dessas lareiras é que sua produção de calor é um pouco menor que o calor elétrico ou incêndios a gás, e precauções devem ser tomadas para evitar envenenamento por monóxido de carbono.

Milho-para-etanol e outros estoques de alimentos levaram ao desenvolvimento de etanol celulósico. De acordo com uma agenda de pesquisa conjunta conduzida pelo Departamento de Energia dos EUA, as razões de energia fóssil (FER) para etanol celulósico, etanol de milho e gasolina são 10,3, 1,36 e 0,81, respectivamente.

O etanol tem aproximadamente um terço de baixo conteúdo de energia por unidade de volume comparado à gasolina. Isto é parcialmente contrabalançado pela maior eficiência no uso do etanol (em um teste de longo prazo de mais de 2,1 milhões de km, o projeto BEST descobriu que os veículos FFV são 1 a 26% mais eficientes energeticamente que os carros a gasolina, mas o consumo volumétrico aumenta aproximadamente 30%, portanto são necessárias mais paradas de combustível).

Com os atuais subsídios, o etanol combustível é ligeiramente mais barato por distância percorrida nos Estados Unidos.

Outros bioálcoois
O metanol é atualmente produzido a partir do gás natural, um combustível fóssil não renovável. No futuro, espera-se que seja produzido a partir da biomassa como biometanol. Isso é tecnicamente viável, mas a produção está sendo adiada para as preocupações de Jacob S. Gibbs e Brinsley Coleberd de que a viabilidade econômica ainda está pendente. A economia do metanol é uma alternativa à economia do hidrogênio, em comparação com a atual produção de hidrogênio a partir do gás natural.

Butanol (C
4H
9OH) é formada por fermentação ABE (acetona, butanol, etanol) e modificações experimentais do processo mostram ganhos líquidos de energia potencialmente elevados com o butanol como o único produto líquido. O butanol produzirá mais energia e supostamente pode ser queimado “diretamente” em motores a gasolina existentes (sem modificação no motor ou carro), e é menos corrosivo e menos solúvel em água que o etanol, e pode ser distribuído via infraestruturas existentes. A DuPont e a BP estão trabalhando juntas para ajudar a desenvolver o butanol. As estirpes de Escherichia coli foram também manipuladas com sucesso para produzir butanol, modificando o seu metabolismo de aminoácidos. Uma desvantagem da produção de butanol em E. coli continua sendo o alto custo dos meios ricos em nutrientes, no entanto, trabalhos recentes demonstraram que E. coli pode produzir butanol com o mínimo de suplementação nutricional.

Biodiesel
O biodiesel é o biocombustível mais comum na Europa. É produzido a partir de óleos ou gorduras usando transesterificação e é um líquido similar em composição ao diesel fóssil / mineral. Quimicamente, consiste principalmente de ésteres metílicos (ou etílicos) de ácidos graxos (FAMEs). As matérias-primas para o biodiesel incluem gorduras animais, óleos vegetais, soja, colza, jatropha, mahua, mostarda, linho, girassol, óleo de palma, cânhamo, pennycress de campo, Pongamia pinnata e algas. O biodiesel puro (B100, também conhecido como biodiesel “puro”) reduz atualmente as emissões em até 60% em comparação ao diesel de segunda geração B100.

O biodiesel pode ser usado em qualquer motor diesel quando misturado com diesel mineral. Também pode ser usado em sua forma pura (B100) em motores a diesel, mas alguns problemas de manutenção e desempenho podem ocorrer durante a utilização no inverno, já que o combustível se torna um pouco mais viscoso a baixas temperaturas, dependendo da matéria-prima usada. Em alguns países, os fabricantes cobrem seus motores a diesel sob garantia pelo uso do B100, embora a Volkswagen da Alemanha, por exemplo, peça aos motoristas para verificarem por telefone com o departamento de serviços ambientais da VW antes de mudar para o B100. Na maioria dos casos, o biodiesel é compatível com motores a diesel a partir de 1994, que usam borracha sintética ‘Viton’ (da DuPont) em seus sistemas mecânicos de injeção de combustível. Note, no entanto, que nenhum veículo é certificado para uso de biodiesel puro antes de 2014, já que não havia protocolo de controle de emissão disponível para biodiesel antes desta data.

Os sistemas de tipo “common rail” e “injector unitário” controlados electronicamente a partir do final dos anos 90 só podem utilizar biodiesel misturado com gasóleo convencional. Esses motores têm sistemas de injeção de múltiplos estágios de medição fina e atomizada que são muito sensíveis à viscosidade do combustível. Muitos motores a diesel da geração atual são fabricados de modo que possam rodar com o B100 sem alterar o motor em si, embora isso dependa do projeto do trilho de combustível. Como o biodiesel é um solvente efetivo e limpa os resíduos depositados pelo diesel mineral, os filtros do motor podem precisar ser substituídos com mais frequência, pois o biocombustível dissolve depósitos antigos no tanque de combustível e nos tubos. Também limpa eficazmente a câmara de combustão do motor dos depósitos de carbono, ajudando a manter a eficiência. Em muitos países europeus, uma mistura de 5% de biodiesel é amplamente utilizada e está disponível em milhares de postos de gasolina. O biodiesel também é um combustível oxigenado, o que significa que contém uma quantidade reduzida de carbono e maior teor de hidrogênio e oxigênio do que o diesel fóssil. Isso melhora a combustão do biodiesel e reduz as emissões de particulados de carbono não queimado. No entanto, usar biodiesel puro pode aumentar as emissões de NOx

O biodiesel também é seguro de manusear e transportar porque é não-tóxico e biodegradável, e tem um ponto de fulgor alto de cerca de 148 ° C em comparação com o diesel de petróleo, que tem um ponto de fulgor de 125 ° F (52 ° C).

Nos EUA, mais de 80% dos caminhões comerciais e ônibus urbanos funcionam com diesel. Estima-se que o mercado emergente de biodiesel dos EUA tenha crescido 200% de 2004 a 2005. “Até o final de 2006, a produção de biodiesel aumentou quatro vezes (de 2004) para mais de” 1 bilhão de galões (3.800.000 m3).

Na França, o biodiesel é incorporado a uma taxa de 8% no combustível usado por todos os veículos a diesel franceses. A Avril Group produz sob a marca Diester, um quinto dos 11 milhões de toneladas de biodiesel consumidos anualmente pela União Européia. É o principal produtor europeu de biodiesel.

Diesel verde
O diesel verde é produzido através de matérias-primas biológicas de hidrocraqueamento, como óleos vegetais e gorduras animais. O hydrocracking é um método de refinaria que utiliza temperaturas e pressões elevadas na presença de um catalisador para decompor moléculas maiores, como as encontradas em óleos vegetais, em cadeias de hidrocarbonetos mais curtas usadas em motores a diesel. Também pode ser chamado de diesel renovável, óleo vegetal hidrotratado ou diesel renovável derivado de hidrogênio. Ao contrário do biodiesel, o diesel verde tem exatamente as mesmas propriedades químicas do diesel à base de petróleo. Não requer novos motores, dutos ou infraestrutura para distribuir e usar, mas não foi produzido a um custo competitivo com o petróleo. Versões de gasolina também estão sendo desenvolvidas. O diesel verde está sendo desenvolvido em Louisiana e Cingapura pela ConocoPhillips, a Neste Oil, a Valero, a Dynamic Fuels e a Honeywell UOP, bem como a Preem em Gotemburgo, na Suécia, criando o que é conhecido como Evolution Diesel.

Óleo Vegetal Reto
O óleo vegetal comestível não modificado em linha reta geralmente não é usado como combustível, mas o óleo de baixa qualidade tem sido usado para essa finalidade. O óleo vegetal usado é cada vez mais processado em biodiesel, ou (mais raramente) limpo de água e particulados e depois usado como combustível.

Assim como com 100% de biodiesel (B100), para garantir que os injetores de combustível atomizem o óleo vegetal no padrão correto para uma combustão eficiente, o combustível de óleo vegetal deve ser aquecido para reduzir sua viscosidade ao diesel, seja por bobinas elétricas ou trocadores de calor. Isso é mais fácil em climas quentes ou temperados. A MAN B & W Diesel, a Wärtsilä e a Deutz AG, bem como várias empresas menores, como a Elsbett, oferecem motores compatíveis com óleo vegetal direto, sem a necessidade de modificações posteriores ao mercado.

O óleo vegetal também pode ser usado em muitos motores a diesel mais antigos que não usam sistemas de injeção eletrônica de trilho comum ou injeção de unidade. Devido ao design das câmaras de combustão em motores de injeção indireta, estes são os melhores motores para uso com óleo vegetal. Este sistema permite que as moléculas de óleo relativamente maiores tenham mais tempo para queimar. Alguns motores mais antigos, especialmente Mercedes, são conduzidos experimentalmente por entusiastas sem qualquer conversão, um punhado de motoristas experimentou um sucesso limitado com motores prévios “Pumpe Duse” VW TDI e outros motores similares com injeção direta. Várias empresas, como a Elsbett ou a Wolf, desenvolveram kits de conversão profissional e instalaram com sucesso centenas delas nas últimas décadas.

Óleos e gorduras podem ser hidrogenados para dar um substituto do diesel. O produto resultante é um hidrocarboneto de cadeia linear com um elevado número de cetano, baixo teor em aromáticos e enxofre e não contém oxigénio. Os óleos hidrogenados podem ser misturados com diesel em todas as proporções. Eles têm várias vantagens sobre o biodiesel, incluindo bom desempenho a baixas temperaturas, sem problemas de estabilidade de armazenamento e sem suscetibilidade a ataques microbianos.

Bioéteres
Os bioéteres (também chamados de éteres combustíveis ou combustíveis oxigenados) são compostos de baixo custo que atuam como intensificadores de classificação de octanagem: “Os bioéteres são produzidos pela reação de iso-olefinas reativas, como o iso-butileno, com o bioetanol”. Os bioéteres são criados por trigo ou beterraba sacarina. Eles também melhoram o desempenho do motor, reduzindo significativamente o desgaste do motor e as emissões de gases tóxicos. Embora seja provável que os bioéteres substituam os petroéteres no Reino Unido, é altamente improvável que se tornem um combustível em si mesmo devido à baixa densidade de energia. Reduzindo enormemente a quantidade de emissões de ozônio no nível do solo, elas contribuem para a qualidade do ar.

Quando se trata de combustível de transporte existem seis aditivos de éter: éter dimetílico (DME), éter dietílico (DEE), éter metil terciário-butílico (MTBE), éter terc-butílico de etila (ETBE), éter ter-amil metílico (TAME) e ter etil-ter etico (TAEE).

A Associação Européia de Oxigenatos de Combustível (EFOA) credita o éter metil-terciário-butílico (MTBE) e o éter etil-ter-butílico (ETBE) como os éteres mais comumente usados ​​no combustível para substituir o chumbo. Os éteres foram introduzidos na Europa na década de 1970 para substituir o composto altamente tóxico. Embora os europeus ainda usem aditivos de bio-éter, os EUA não têm mais um requisito de oxigenação, portanto, bio-éteres não são mais usados ​​como o principal aditivo de combustível.

Combustíveis sólidos de biomassa
Os exemplos incluem madeira, serragem, aparas de relva, lixo doméstico, carvão vegetal, resíduos agrícolas, culturas energéticas não alimentares e estrume seco.

Quando a biomassa sólida já está em uma forma adequada (como a lenha), ela pode queimar diretamente em um fogão ou forno para fornecer calor ou aumentar o vapor. Quando a biomassa sólida está em uma forma inconveniente (como serragem, aparas de madeira, grama, resíduos urbanos, resíduos agrícolas), o processo típico é densificar a biomassa. Este processo inclui trituração da biomassa bruta para um tamanho apropriado de partículas (conhecido como hoguil), que, dependendo do tipo de densificação, pode ser de 1 a 3 cm (0,4 a 1,2 pol), que é então concentrado em um produto combustível. Os processos atuais produzem pellets de madeira, cubos ou discos. O processo de peletização é mais comum na Europa e é tipicamente um produto de madeira pura. Os outros tipos de densificação são maiores em tamanho comparado a um pellet e são compatíveis com uma ampla gama de matérias primas de entrada. O combustível densificado resultante é mais fácil de transportar e alimentar em sistemas de geração térmica, como caldeiras.

Serragem, casca e cavacos já são usados ​​há décadas para combustível em processos industriais; exemplos incluem a indústria de celulose e papel e a indústria de cana-de-açúcar. Caldeiras na faixa de 500.000 lb / h de vapor, e maiores, estão em operação de rotina, usando grelha, queimador de suspensão, queima de suspensão e combustão de leito fluidizado. Utilidades geram energia, tipicamente na faixa de 5 a 50 MW, usando combustível disponível localmente. Outras indústrias também instalaram caldeiras e secadores movidos a resíduos de madeira em áreas com combustível de baixo custo.

Uma das vantagens do combustível de biomassa sólida é que ele é frequentemente um subproduto, resíduo ou produto residual de outros processos, como agricultura, pecuária e silvicultura. Em teoria, isso significa que a produção de combustíveis e alimentos não compete por recursos, embora nem sempre seja o caso.

Um problema com a combustão de combustíveis sólidos de biomassa é que emite quantidades consideráveis ​​de poluentes, como partículas e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Mesmo as modernas caldeiras de pellets geram muito mais poluentes do que as caldeiras a óleo ou a gás natural. As pelotas produzidas a partir de resíduos agrícolas são geralmente piores do que as pelotas de madeira, produzindo emissões muito maiores de dioxinas e clorofenóis.

Um combustível derivado é o biochar, que é produzido pela pirólise da biomassa. Biochar feito a partir de resíduos agrícolas pode substituir o carvão vegetal de madeira. Como o estoque de madeira se torna escasso, esta alternativa está ganhando terreno. No leste da República Democrática do Congo, por exemplo, os briquetes de biomassa estão sendo comercializados como uma alternativa ao carvão vegetal para proteger o Parque Nacional de Virunga do desmatamento associado à produção de carvão vegetal.

Pesquisa atual
A pesquisa está em andamento para encontrar culturas de biocombustível mais adequadas e melhorar o rendimento de óleo dessas culturas. Usando os rendimentos atuais, vastas quantidades de terra e água fresca seriam necessárias para produzir petróleo suficiente para substituir completamente o uso de combustível fóssil. Isso exigiria que o dobro da área de terra dos EUA fosse dedicada à produção de soja, ou dois terços a serem dedicados à produção de colza, para atender às atuais necessidades de aquecimento e transporte dos EUA.

Variedades de mostarda especialmente produzidas podem produzir rendimentos de óleo razoavelmente altos e são muito úteis na rotação de culturas com cereais, e têm o benefício adicional de que a refeição deixada após o óleo ter sido pressionado pode agir como um pesticida efetivo e biodegradável.

O NFESC, com a Biodiesel Industries, sediada em Santa Bárbara, está trabalhando para desenvolver tecnologias de biocombustíveis para a marinha e militar dos EUA, um dos maiores usuários de diesel do mundo. Um grupo de desenvolvedores espanhóis trabalhando para uma empresa chamada Ecofasa anunciou um novo biocombustível feito de lixo. O combustível é criado a partir de resíduos urbanos em geral, que são tratados por bactérias para produzir ácidos graxos, que podem ser usados ​​para produzir biocombustíveis. Antes do seu desligamento, a Joule Unlimited estava tentando produzir etanol barato e biodiesel a partir de uma bactéria fotossintética geneticamente modificada.

Biocombustíveis de etanol (bioetanol)
Como principal fonte de biocombustíveis na América do Norte, muitas organizações estão realizando pesquisas na área de produção de etanol. O Centro Nacional de Pesquisa de Milho com Etanol (NCERC) é uma divisão de pesquisa da Southern Illinois University Edwardsville, dedicada exclusivamente a projetos de pesquisa de biocombustíveis baseados em etanol. No nível federal, o USDA realiza uma grande quantidade de pesquisas sobre a produção de etanol nos Estados Unidos. Grande parte dessa pesquisa é voltada para o efeito da produção de etanol nos mercados domésticos de alimentos. Uma divisão do Departamento de Energia dos EUA, o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), também realizou vários projetos de pesquisa de etanol, principalmente na área de etanol celulósico.

A comercialização de etanol celulósico é o processo de construir uma indústria a partir de métodos de transformar matéria orgânica contendo celulose em combustível. Empresas como Iogen, POET e Abengoa estão construindo refinarias que podem processar biomassa e transformá-la em bioetanol. Empresas como Diversa, Novozymes e Dyadic estão produzindo enzimas que poderiam permitir um futuro de etanol celulósico. A mudança de matérias-primas de culturas alimentares para resíduos de resíduos e gramíneas nativas oferece oportunidades significativas para uma variedade de atores, desde agricultores a empresas de biotecnologia e de desenvolvedores de projetos a investidores.

A partir de 2013, as primeiras plantas em escala comercial para produzir biocombustíveis celulósicos começaram a operar. Vários caminhos para a conversão de diferentes matérias-primas de biocombustível estão sendo usados. Nos próximos anos, os dados de custo dessas tecnologias operando em escala comercial e seu desempenho relativo ficarão disponíveis. As lições aprendidas reduzirão os custos dos processos industriais envolvidos.

Em partes da Ásia e da África onde as terras secas prevalecem, o sorgo sacarino está sendo investigado como uma fonte potencial de alimento, ração e combustível combinados. A cultura é particularmente adequada para o cultivo em condições áridas, pois apenas extrai um sétimo da água utilizada pela cana-de-açúcar. Na Índia e em outros lugares, os talos de sorgo doce são usados ​​para produzir biocombustível espremendo o suco e depois fermentando em etanol.

Um estudo realizado por pesquisadores do Instituto Internacional de Pesquisa de Culturas para os Trópicos Semiáridos (ICRISAT) descobriu que o cultivo de sorgo doce em vez de sorgo poderia aumentar a renda dos agricultores em US $ 40 por hectare por safra, pois pode fornecer combustível além de alimentos e animais. alimentação. Com o sorgo atualmente cultivado em mais de 11 milhões de hectares (ha) na Ásia e em 23,4 milhões ha na África, uma mudança para o sorgo sacarino pode ter um impacto econômico considerável.

Jatropha
Vários grupos em vários setores estão realizando pesquisas sobre a Jatropha curcas, uma árvore venenosa semelhante a um arbusto que produz sementes consideradas por muitos como uma fonte viável de óleo de biocombustível. Grande parte desta pesquisa se concentra em melhorar o rendimento global de óleo por hectare de Jatropha através de avanços em genética, ciência do solo e práticas de horticultura.

A SG Biofuels, uma empresa de desenvolvimento de jatrofa em San Diego, utilizou a reprodução molecular e a biotecnologia para produzir sementes híbridas de elite que mostram melhorias significativas no rendimento em relação às variedades de primeira geração. A SG Biofuels também alega que benefícios adicionais surgiram de tais cepas, incluindo maior sincronicidade de florescimento, maior resistência a pragas e doenças e maior tolerância a climas frios.

A Plant Research International, um departamento do Centro de Pesquisa e Universidade de Wageningen, na Holanda, mantém um Projeto de Avaliação de Jatropha em andamento que examina a viabilidade do cultivo de jatrofa em larga escala por meio de experimentos de campo e de laboratório. O Centro para Agricultura Sustentável em Energia (CfSEF) é uma organização de pesquisa sem fins lucrativos com sede em Los Angeles dedicada à pesquisa de jatrofa nas áreas de ciência de plantas, agronomia e horticultura. A exploração bem-sucedida dessas disciplinas é projetada para aumentar os rendimentos da produção agrícola de jatrofa em 200-300% nos próximos 10 anos.

Fungos
Um grupo da Academia Russa de Ciências de Moscou, em um artigo de 2008, afirmou que eles isolaram grandes quantidades de lipídios de fungos unicelulares e os transformaram em biocombustíveis de maneira economicamente eficiente. Mais pesquisas sobre esta espécie de fungo, Cunninghamella japonica, entre outras, provavelmente aparecerão em breve. A recente descoberta de uma variante do fungo Gliocladium roseum (mais tarde denominada Ascocoryne sarcoides) aponta para a produção do chamado micofluoreto de celulose. Este organismo foi descoberto recentemente nas florestas tropicais do norte da Patagônia, e tem a capacidade única de converter celulose em hidrocarbonetos de comprimento médio, tipicamente encontrados em combustível diesel. Muitos outros fungos que podem degradar a celulose e outros polímeros foram observados para produzir moléculas que atualmente estão sendo projetadas usando organismos de outros reinos, sugerindo que os fungos podem desempenhar um grande papel na bio-produção de combustíveis no futuro (revisto em).

Bactérias do intestino de animais
A flora gastrointestinal microbiana em uma variedade de animais mostrou potencial para a produção de biocombustíveis. Pesquisas recentes mostraram que o TU-103, uma cepa de bactéria Clostridium encontrada nas fezes de Zebra, pode converter praticamente qualquer forma de celulose em combustível butanol. Micróbios em resíduos de pandas estão sendo investigados para uso na criação de biocombustíveis a partir de bambu e outros materiais vegetais. Também houve pesquisas substanciais sobre a tecnologia de uso dos microbiomas intestinais de insetos que se alimentam de madeira para a conversão de material lignocelulótico em biocombustível.