Bioenergia

Rudolf Diesel desenvolveu seu motor de ignição por compressão durante a década de 1890, com o primeiro modelo bem-sucedido concluído em 1897. Na Exposição de Paris de 1900, um pequeno motor Diesel construído pela empresa francesa Otto Company foi demonstrado funcionando com óleo de amendoim a pedido do governo francês. O motor tinha sido projetado para óleos comuns, mas funcionou com óleo vegetal sem modificações.

Biomassa e biocombustíveis podem ser armazenados por longos períodos e usados sempre que houver necessidade de energia, dando aos países segurança energética durante todo o ano. Porém, isso depende do tipo de biocombustível, e há exceções. A vida útil no armazenamento varia bastante conforme o combustível, a formulação e as condições de armazenamento, e alguns biocombustíveis são muito menos estáveis que outros ^{[58-64,66,68]}.

Por exemplo, pellets de madeira e outros tipos de biomassa sólida são especialmente afetados pela umidade, temperatura, ventilação e manuseio. Condições ruins podem causar degradação biológica, perda de conteúdo energético ou autoaquecimento, enquanto o armazenamento seco e bem ventilado pode preservar sua qualidade ^[60,61].

Um biocombustível de longa duração, como o HVO (Óleo Vegetal Hidrotratado), tem alta resistência à oxidação e pode durar cerca de 10 anos antes de se degradar, segundo fornecedores, desde que sejam mantidas condições adequadas de armazenamento ^A. Pesquisas independentes também confirmam a estabilidade relativamente alta do HVO, inclusive quando ele é incorporado a misturas de biodiesel - diesel ^[64]. A estabilidade do biodiesel FAME (ésteres metílicos de ácidos graxos) depende muito de sua composição de ácidos graxos: os FAMEs saturados geralmente são mais estáveis e duram mais que os FAMEs insaturados, dependendo do resíduo usado para produzi-los. Portanto, a matéria-prima original usada para criar o biocombustível pode afetar bastante sua vida útil no armazenamento ^[62,63].

Embora o biodiesel seja facilmente biodegradável, sua deterioração durante o armazenamento é causada principalmente por oxidação e contaminação, e não pela própria biodegradabilidade. Calor e exposição ao ar, à luz, à água ou a certos metais podem acelerar a degradação, enquanto antioxidantes e condições adequadas de armazenamento podem desacelerá-la ^[58,62,63]. Um estudo relata que o biodiesel tem capacidade de armazenamento de 6 meses antes de começar a se degradar, e depois de um ano talvez já não seja adequado para uso direto em motores ^[58,59].

Criar misturas de biocombustíveis (por exemplo, misturando biodiesel FAME com diesel de petróleo ou HVO) pode melhorar a estabilidade, aumentar o tempo de armazenamento e manter sua eficácia como combustível de uso direto para motores comuns, embora o resultado dependa dos combustíveis e das proporções envolvidas ^{[58,59,62,64]}.

Nanobiodieseis especialmente formulados recebem nanopartículas que reduzem a vulnerabilidade à oxidação e, por isso, podem permanecer estáveis por muito mais tempo ^[59]. Eles também podem melhorar a combustão do combustível e a eficiência energética, além de reduzir alguns poluentes. Porém, seus efeitos dependem do material, da concentração, do combustível e do motor, e algumas formulações podem aumentar as emissões de óxidos de nitrogênio ^B.

Os biocombustíveis têm vida útil no armazenamento mais curta que os combustíveis fósseis comuns (mas o HVO é uma exceção importante). Ainda assim, podem ajudar a resolver o problema da intermitência criado pela energia eólica/solar: mesmo biocombustíveis armazenados por meses, em vez de anos, podem fornecer energia de reserva pronta para uso e segurança energética em períodos de baixa geração eólica ou solar, desde que haja estoques e equipamentos suficientes ^[23,66,68]. Onde as matérias-primas e cadeias de fornecimento são geridas de forma sustentável, elas podem contribuir para a neutralidade de carbono e esforços mais amplos de redução de emissões ^{[19-22,72-76]}.

^A Como armazenar combustível HVO para durabilidade e segurança | Vectec

^B Aplicações da nanotecnologia na combustão e nas etapas pós-combustão do biodiesel | Renewable and Sustainable Energy Reviews

A bioenergia não é automaticamente neutra em carbono. Seu impacto no clima depende da matéria-prima, do recrescimento, do que teria acontecido com a terra ou o material de outra forma, das emissões da cadeia de suprimentos e do tempo necessário para reabsorver o CO₂ liberado. Caminhos que usam resíduos e sobras podem ter emissões relativamente baixas, enquanto mudanças no uso da terra ou a colheita de florestas que crescem lentamente podem criar uma dívida de carbono que dura anos ou décadas.

Veja: Carbon Accounting for Sustainable Biofuels - Analysis | IEA

No Brasil, milhões de hectares de floresta tropical, savana e outros ecossistemas nativos foram desmatados para fins agrícolas, incluindo a produção de soja e cana-de-açúcar.

A Trase associou a colheita de soja do Brasil em 2020 a 562.000 hectares - 5.620 quilômetros quadrados - de desmatamento recente e conversão de vegetação nativa. Isso incluiu cerca de 76.400 hectares na Amazônia e 23.600 hectares na Mata Atlântica, embora a maior parte tenha ocorrido no Cerrado e nos Pampas. O bioma Cerrado, uma área-chave para a soja e a cana-de-açúcar, passou por uma conversão de terras especialmente extensa ^[82,83]. Esses números ligam a produção brasileira de soja à conversão de terras medida em milhares de quilômetros quadrados, incluindo áreas consideráveis de floresta tropical.

Tanto a soja quanto a cana-de-açúcar estão ligadas à indústria de biocombustíveis do Brasil ^[78,80,81]. Cerca de metade da cana-de-açúcar brasileira é processada em etanol ^C. A soja é cultivada principalmente para ração animal, mas produz óleo de soja como subproduto, que fornece cerca de 70% do biodiesel do país ^D. Em toda a América do Sul, a área plantada com soja mais que dobrou, de 26,4 milhões de hectares em 2000 para 55,1 milhões de hectares em 2019 ^[82]. A expansão dessas culturas pode causar desmatamento diretamente, quando elas substituem a vegetação nativa, ou indiretamente, quando a expansão sobre terras agrícolas existentes desloca a criação de gado ou outras atividades para áreas recém-desmatadas ^[78-82,84].

O desmatamento ligado à soja no Brasil é consideravelmente maior que o desmatamento direto para a cana-de-açúcar ^[80-83]. A partir de 2009, a política de Zoneamento Agroecológico da Cana-de-Açúcar (ZAE Cana) restringiu a expansão da cana em biomas críticos como a Amazônia e o Pantanal (embora a política tenha sido revogada em 2019, aumentando as preocupações com o desmatamento) ^[81]. Por isso, o cultivo de cana-de-açúcar historicamente se concentrou nas regiões central e sul, fora da Amazônia, muitas vezes em terras agrícolas já existentes, pastagens degradadas ou no Cerrado. Sua contribuição direta para a perda de floresta tropical na Amazônia é, portanto, bem menor que a do gado ou da soja. Mesmo assim, sua expansão para o Cerrado ou sobre pastagens pode substituir a vegetação nativa ou deslocar outras atividades agrícolas, contribuindo para pressões mais amplas de desmatamento ^[78,80,81]. De fato, um estudo de modelagem de 2010 projetou que a expansão do etanol de cana-de-açúcar poderia ter contribuído indiretamente para cerca de 50.000 km² (5 milhões de hectares) de desmatamento até 2020, em grande parte ao deslocar pastagens de gado para áreas de floresta ^[85].

A demanda por biocombustíveis pode, portanto, contribuir para o desmatamento ao aumentar a demanda por etanol de cana-de-açúcar e óleo de soja para biodiesel. No entanto, toda a área afetada não pode ser atribuída especificamente aos biocombustíveis: a soja também fornece ração animal e alimentos, a cana-de-açúcar também fornece açúcar, e grande parte da vegetação convertida é savana ou campo, e não floresta tropical. Ainda assim, considerando a escala da conversão ligada à soja e os efeitos diretos e indiretos associados às duas culturas, continua sendo uma estimativa razoável de ordem de grandeza que milhares de quilômetros quadrados de floresta tropical brasileira tenham sido desmatados em parte para fornecer culturas para biocombustíveis, ainda que não seja um total preciso só de biocombustíveis ^[78-84].

^C Destino da cana-de-açúcar brasileira entre açúcar e etanol | Reuters

^D Cerca de 70% do biodiesel brasileiro vem da soja | Reuters

Leitura adicional:

A corrida pela cana-de-açúcar no Brasil traz uma nova ameaça à floresta tropical amazônica | Sierra Club

O crescimento da cana-de-açúcar no Brasil pode atender à demanda por biocombustíveis sem causar desmatamento: estudo | Mongabay

CORREÇÃO: Cerca de 55% dos compromissos públicos e acordos de fornecimento de SAF das companhias aéreas europeias devem vir de óleos e gorduras usados, incluindo gorduras animais, óleo de cozinha usado e outros óleos residuais. Isso descreve acordos e contratos planejados, e não combustível já em uso como diz o filme.

O BECCS só pode gerar emissões líquidas negativas quando o recrescimento da biomassa realmente retira CO₂ da atmosfera e mais desse CO₂ é armazenado permanentemente do que liberado em todo o processo. Na prática, isso depende de mais do que as emissões geradas na instalação de bioenergia. Também depende das emissões da cadeia de suprimentos e do uso da terra, além dos balanços de carbono de longo prazo envolvidos. Isso inclui o carbono perdido da vegetação e dos solos; o tempo necessário para a biomassa crescer de novo; as emissões do cultivo e dos fertilizantes, da colheita, do processamento e do transporte; a energia usada para capturar, comprimir e injetar o CO₂, e qualquer CO₂ que o sistema de captura não recolha. Outros gases de efeito estufa, como metano e óxido nitroso, também precisam ser incluídos. Portanto, o balanço final depende da matéria-prima, da gestão da terra, da taxa de captura, das fontes de energia e do período considerado ^{[72-76,97-102,118-121]}.

Para armazenamento de longo prazo, o CO₂ capturado normalmente é comprimido e injetado em formações rochosas profundas e porosas, como formações de água salgada ou reservatórios esgotados de petróleo e gás. Na prática, o CO₂ ocupa espaços minúsculos na rocha, em vez de simplesmente encher uma grande caverna subterrânea ou poço de mina. A escolha cuidadosa do local, poços seguros, gestão da pressão, monitoramento e supervisão de longo prazo são essenciais para mantê-lo contido ^{[118,127,128]}.

A principal preocupação com vazamentos é o CO₂ capturado escapar durante o transporte ou a injeção, ou mais tarde por falhas, fraturas ou poços danificados ou mal selados. As evidências em [125-128] tratam principalmente de possíveis caminhos de vazamento, experimentos controlados, modelagem e avaliação de riscos; elas não indicam que vazamentos sejam comuns em locais comerciais de armazenamento bem geridos. Espera-se que formações geológicas bem escolhidas e monitoradas retenham quase todo o CO₂ injetado por períodos muito longos, embora o risco não possa ser tratado como zero. Qualquer CO₂ que escape deve ser subtraído do total declarado como retirado da atmosfera e tratado com monitoramento contínuo e remediação.

As microalgas podem ser cultivadas em tanques abertos ou fotobiorreatores fechados em terras não aráveis, degradadas, salinas ou de baixo valor, evitando competição direta com culturas alimentares convencionais. Ainda assim, locais adequados precisam de luz, água, nutrientes e CO₂ suficientes, enquanto a quantidade de terra necessária depende da espécie de alga, do clima local e do sistema de cultivo. Como as algas crescem rápido e podem produzir mais combustível por unidade de terra do que culturas convencionais de biocombustíveis, sua necessidade total de terra pode ser bem menor ^[129-134].

As algas marinhas não precisam nem de terras agrícolas nem de água doce. Fazendas de algas marinhas podem criar habitats temporários para peixes e invertebrados, absorver nutrientes em excesso, aumentar os níveis locais de oxigênio e pH e reduzir a energia das ondas. Os benefícios para a biodiversidade dependem das espécies cultivadas, do tamanho e do desenho da fazenda, do movimento da água, da localização e das práticas de colheita. Uma escolha cuidadosa do local pode maximizar esses benefícios, evitando danos a habitats existentes, como pradarias marinhas, ou a introdução de espécies não nativas ^[135-140].

Células de combustível microbianas usam bactérias para decompor matéria orgânica em águas residuais e transferir os elétrons liberados para um eletrodo, criando uma corrente elétrica. Remover essa matéria orgânica ajuda a limpar as águas residuais, embora as MFCs normalmente não façam todas as etapas do tratamento sozinhas: ainda pode ser necessário tratamento adicional para remover matéria orgânica, nutrientes e patógenos restantes ^[141-144].

Na prática, seu principal benefício econômico pode vir da redução da eletricidade necessária para o tratamento, e não da geração de grandes quantidades de energia excedente que podem ser usadas em outros lugares. O tratamento convencional de águas residuais usa bastante energia para bombear oxigênio para a água. As MFCs podem reduzir parte dessa aeração enquanto recuperam uma pequena quantidade da energia química das águas residuais como eletricidade, potencialmente reduzindo a demanda total de energia da estação de tratamento. Juntos, esses benefícios poderiam acabar tornando o tratamento de águas residuais mais barato. Por enquanto, porém, os altos custos de construção e materiais significam que isso ainda não foi demonstrado de forma consistente em escala comercial ^[141-143].

Chegar a esse ponto pode não exigir que as MFCs maximizem a geração de eletricidade. Em outras palavras, o sistema que produz mais eletricidade não é necessariamente o sistema de tratamento mais econômico. Um estudo tecnoeconômico constatou que materiais de eletrodo mais baratos poderiam oferecer um tratamento de águas residuais mais econômico, apesar de produzirem menos eletricidade ^E. Isso sugere que o desenvolvimento prático das MFCs pode se beneficiar ao priorizar um tratamento acessível em vez da máxima geração de eletricidade.

No entanto, a geração de eletricidade continua baixa, especialmente à medida que as águas residuais ficam mais limpas e sobra menos matéria orgânica para as bactérias consumirem. Sistemas maiores também precisam superar desafios relacionados aos custos de eletrodos e membranas, às incrustações, ao desempenho irregular e à confiabilidade de longo prazo. Um estudo-piloto de 1.000 litros demonstrou que a tecnologia pode funcionar com águas residuais municipais reais, mas alcançou tratamento parcial e geração modesta de eletricidade. Por enquanto, portanto, as MFCs continuam sendo principalmente um método experimental de combinar o tratamento de águas residuais com recuperação de energia em pequena escala, e não uma grande fonte de eletricidade ^[141-144].

^E Sacrificar potência por um tratamento mais econômico: uma abordagem tecnoeconômica para projetar células a combustível microbianas | Chemosphere