[pt] Com a assinatura da Lei 11.097 de 13 de Janeiro de 2005, o Biodiesel fica introduzido na matriz energética brasileira. Até o fim de 2007, a mistura deste biocombustível ao diesel mineral, derivado do petróleo, é voluntária pelas distribuidoras de combustíveis. A partir de Janeiro de 2008, todo o óleo diesel será comercializado obrigatoriamente com 2% de Biodiesel misturado e, a partir de 2013 a mistura deverá conter 5% de Biodiesel. O mercado potencial de Biodiesel para esta meta de 2008 é de aproximadamente 800 mil toneladas anuais. Revela-se, portanto, um enorme esforço de todas as esferas interessadas neste mercado: instituições de ensino e pesquisa, agro-indústrias, indústrias ligadas ao setor energético, entre outras, com objetivo de se atingir a meta estipulada pela Lei. Como parte deste esforço, no presente trabalho foram levantados aspectos técnicos, econômicos, sociais e ambientais sobre a implementação do programa de implementação do Biodiesel na matriz energética brasileira, visando identificar os prós e contras da utilização deste biocombustível. Um modelo de análise termodinâmica de uma usina termelétrica foi desenvolvido para descrever o comportamento de motores ciclo diesel de grande porte operando com 4 tipos diferentes de Óleo Combustível e 5 tipos de Biodiesel. / [en] With the Federal Act number 11.097, from January 13, 2005, Biodiesel is introduced in the Brazilian energy matrix. To the end of 2007, a voluntary mixture of this fuel to mineral diesel oil can be prepared by fuel distributors. From January 2008, diesel oil will have to be commercialized with 2% of Biodiesel. This percentage is to be increased to 5% by 2013. The goal for 2008 means, approximately, 800 thousand ton of Biodiesel annually. All parts involved, universities, research institutes, agro business and energy industries, among others, have been putting a great deal of effort to meet the target set by Federal Government. The present work is a small contribution to this effort. Technical, economical, social and environmental aspects of the problem have been taking into account in the present study, in order to identify pros and cons of the utilization of Biodiesel. A simple thermodynamic model of a thermal-electric power plant was developed to predict the behavior of a large capacity diesel engine operating with conventional fuel (four different types of fuel oil) and with Biodiesel.

[pt] A busca pelo desenvolvimento sustentável tem como importante fator diferencial as fontes de energia renováveis. O biodiesel desponta como uma das alternativas mais relevantes, mas suas formas de obtenção no Rio de Janeiro não foram suficientemente investigadas. Este trabalho identifica a oportunidade da produção de biodiesel a partir de óleos residuais de fritura neste cenário, enfatizando os custos de transporte do óleo desde os principais produtores comerciais até a obtenção do biocombustível. O objetivo é avaliar os custos de forma a verificar a viabilidade do emprego desta alternativa. Para tanto, foram estudadas as diversas ferramentas de resolução do Problema de Roteamento de Veículos e foi proposto um algoritmo que visa à otimização dos custos. A formulação matemática utilizada baseia-se numa extensão de algoritmos clássicos, como o apresentado por Arenales et al. (2007), e nas equações desenvolvidas em Kallehauge (2006). Os resultados do modelo de roteamento, atrelados aos custos de produção, impostos e insumos, foram comparados com informações sobre a comercialização do biodiesel, comprovando sua viabilidade econômica. A consolidação dos dados obtidos aponta a produção de biodiesel a partir de óleo residual de fritura como viável, com custos logísticos equivalentes a R/tmp/aaaUFg8ya,19 por litro e custo final de R,22 por litro. / [en] The search for a sustainable development has in renewable energy sources an important differential factor. Biodiesel is one of the most important alternatives, but its obtainment forms in Rio de Janeiro have not been investigated enough. This work identifies the opportunity of biodiesel production from waste cooking oil in this scenery, emphasizing oil`s transport costs until factories, where it is possible to obtain biodiesel in its final form. The objective is to evaluate costs in order to verify viability of this alternative source of energy. Hence, this research analysed several tools for solving Vehicle Routing Problem and it proposes an algorithm that results in cost optimization. The adapted mathematic formulation is based in an extension of classic algorithms, like those presented by Arenales (2007), and in equations developed by Kallehauge (2006). The routing model results, linked to production, tributes and input costs, have been compared with information about biodiesel commercialization, verifying its economic viability. The data consolidation obtained indicates that the biodiesel production from waste cooking oil is viable, with logistic costs equal to R/tmp/aaaPLIh7a,19 per liter and final cost equal to R,22 per liter.

[pt] O biodiesel é um biocombustível produzido tipicamente a partir da transesterificação e/ou esterificação, de óleos vegetais (ex. soja e dendê) que é constituído por diferentes tipos de ácidos graxos como, por exemplo, ácido oleico, linoleico, linolênico em composições distintas. Todavia, entre os artigos encontrados na literatura que abordam simulações e intensificação de processos industriais na produção do biodiesel, a composição química do óleo é simplificada, reduzindo-se ao triglicerídeo de maior concentração. A fim de analisar a intensificação do processo de obtenção de biodiesel, a partir do óleo de soja, utilizando destilação reativa, inicialmente, foi realizado a comparação das propriedades do biodiesel, como densidade, viscosidade e composição, produzido via catálise homogênea e heterogênea, considerando-se a composição química total do óleo de soja e considerando apenas o triglicerídeo majoritário, composto por uma molécula de ácido oleio e duas de ácido linoleico. A análise confirmou que não há alteração significativa nos resultados em substituir a composição do biodiesel por uma fração única de triglicerídeos, devido à proximidade de propriedades físico-químicas. Visto isto, o desenvolvimento da simulação e intensificação do processo foi desenvolvido a partir do componente majoritário no óleo de soja. Considerando o déficit de informações completas relacionando os estudos de composição, destilação reativa, integração energética e avaliação econômica, a tese complementa uma metodologia para simular a produção do biodiesel via catálise homogênea e heterogênea, utilizando a destilação reativa (DR), integração energética e considerando a viabilidade financeira de todos os fluxogramas estudados. Nas simulações desenvolvidas resultaram um melhor aproveitamento da energia presente nos correntes quentes disponíveis, e assim reduzindo-se o investimento em utilidades. Concluiu-se que ao empregar a destilação reativa, para catálise homogênea e heterogênea, há energia a ser economizada, em torno de 30 a 48 por cento, ou seja, há disponibilidade de modificação no processo para que ocorra um melhor aproveitamento e economia de energia. A partir disto, empregou-se a integração energética, utilizando o sistema de reaproveitamento energético, obtendo um melhor cenário para o estudo energético proporcionando uma economia de 70 por cento e 65,8 por cento de energia nos processos homogêneo e heterogêneo, respectivamente. Quanto à viabilidade econômica, considerou-se a capacidade do processo com vida útil de 15 anos e as simulações indicaram rendimentos positivos e sugere-se serem viáveis economicamente. Porém, ao empregar a destilação reativa com intensificação do processo, a redução de gastos energéticos e financeiros com o catalisador heterogêneo se mostrou ser a melhor opção energeticamente e economicamente. Comparando o sistema com gastos, o inicial homogêneo, com o econômico, dito anteriormente, a economia de energia das utilidades foi em torno de 80 por cento e a diferença no valor presente líquido (VPL) de 744.089,84 de dólares. O resultado mostrou que o investimento em mais trocadores de calor de correntes de processo somados à redução de equipamentos da via por catalise heterogênea permitiu alcançar uma relação de custo alternativa mais atraente que o processo tradicional via catálise homogênea ainda que o custo do catalisador seja maior no caso heterogêneo. / [en] Biodiesel is a biofuel typically produced from transesterification and/or esterification of vegetable oils (eg soy and palm oil) which is made up of different types of fatty acids such as, for example, oleic, linoleic, linolenic acid in different compositions. However, among the articles found in the literature that address simulations and intensification of industrial processes in the production of biodiesel, the chemical composition of the oil is simplified, reducing it to the highest concentration triglyceride. In order to analyze the intensification of the process of obtaining biodiesel from soybean oil, using reactive distillation, initially, a comparison of the properties of biodiesel, such as density, viscosity and composition, produced via homogeneous and heterogeneous catalysis was performed, considering - the total chemical composition of soybean oil and considering only the major triglyceride, composed of one molecule of oleic acid and two of linoleic acid. The analysis confirmed that there is no significant change in the results in replacing the biodiesel composition with a single fraction of triglycerides, due to the proximity of physicochemical properties. In view of this, the development of simulation and process intensification was developed from the major component in soybean oil. Considering the lack of complete information relating composition studies, reactive distillation, energy integration and economic evaluation, the thesis complements a methodology to simulate the production of biodiesel via homogeneous and heterogeneous catalysis, using reactive distillation (DR), energy integration and considering the financial feasibility of all studied flowcharts. The simulations developed resulted in a better use of the energy present in the available hot currents, thus reducing the investment in utilities. It was concluded that when using reactive distillation, for homogeneous and heterogeneous catalysis, there is energy to be saved, around 30 to 48 percent, that is, there is availability of modification in the process so that there is a better use and energy saving. From this, energy integration was used, using the energy reuse system, obtaining a better scenario for the energy study, providing savings of 70 percent and 65.8 percent of energy in homogeneous and heterogeneous processes, respectively. As for the economic feasibility, it was considered the capacity of the process with a useful life of 15 years and the simulations indicated positive yields and are suggested to be economically viable. However, by employing reactive distillation with process intensification, the reduction of energy and financial costs with the heterogeneous catalyst proved to be the best option energetically and economically. Comparing the system with expenses, the initial homogeneous, with the economic, mentioned above, the energy savings of the utilities was around 80 percent and the difference in the net present value (NPV) of 744,089.84 dollars. The result showed that the investment in more process current heat exchangers, added to the reduction of equipment in the heterogeneous catalysis path, allowed to reach a more attractive alternative cost ratio than the traditional process via homogeneous catalysis, even though the cost of the catalyst is higher in the heterogeneous case.

[pt] O desenvolvimento econômico-social desde a revolução industrial está relacionado à abundância de recursos naturais e à evolução de atividades produtivas baseadas na economia fóssil, em especial, a exploração e produção de petróleo e derivados. Todavia, os danos ambientais deste progresso e a escassez dos recursos não renováveis vêm conduzindo tal economia fóssil ao centro de um debate exatamente sobre a sua sustentabilidade. Surge, então, a bioeconomia, um conjunto de atividades produtivas geradoras de riqueza renovável e sustentável, estabelecendo-se como pauta prioritária nas agendas de governos e empresas. Nesse sentido, a pesquisa lança mão de um arcabouço teórico voltado à análise relacional, o Global SNA Framework, almejando investigar a sustentabilidade estratégica do negócio de biodiesel do Sistema Petrobras, parte de um dos maiores portfólios de empresas de energia do mundo, considerando as suas alianças e o contexto das redes de valor intra e supra-setoriais, na bioeconomia global. Para tanto, o método de estudo de caso mostrou-se o mais adequado, apoiando-se em múltiplas fontes de evidências: documentais, entrevistas e questionários de percepção com executivos da empresa. Os resultados indicaram que a estratégia caracterizada com o tipo Analítico é adequada à luz de Milles e Snow, não obstante o tipo Prospectivo ter sido evidenciado de forma relevante, durante a investigação. Alguns insights forjados durante a pesquisa inspiraram sugestões de temas aplicáveis a novos estudos acadêmicos e à própria gestão do negócio. / [en] The economic and social development since the industrial revolution is related to the abundance of natural resources and the evolution of productive activities based on fossil economy, in particular, the exploration and production of oil and its derived products. However, the environmental damage caused by this way of progress and the intrinsic scarcity of non-renewable fossil resources are leading this issue to the center of a debate precisely regarding its sustainability. Then comes the bioeconomy, as a set of productive activities that generates renewable and sustainable wealth, establishing itself as a priority issue in the agendas of governments and companies. In this sense, the research makes use of a theoretical framework aimed at relational analysis, the Global SNA Framework, intending to investigate the strategic fit of Petrobras System biodiesel business, which composes one of the largest energy companies’ portfolios in the world, considering its alliances and value nets through the global bioeconomy context. Thus, the case study method revealed to be the most appropriate, relying on multiple sources of evidences: documentary, interviews and perception questionnaires with company executives. The results indicated that the strategy characterized with the Analytical type fits well and is sustainable in light of Milles and Snow, despite the Prospective type have arisen in a relevant way through the investigation. Some insights obtained during this case study inspired suggestions of themes for academic research and the business management itself.

[pt] A dissertação faz uma análise do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB), criado em 2005, que introduziu na matriz energética brasileira o biodiesel, um combustível renovável e orgânico, que pode ser produzido a partir de óleos vegetais, gorduras de animais e óleos residuais de frituras. O PNPB estabeleceu a adição do biodiesel ao diesel fóssil de forma gradual e parcial, cujo teor deverá alcançar 15 por cento em 2026. O PNPB é analisado com base nos três pilares da sustentabilidade, considerando os aspectos econômicos, sociais e ambientais. Na economia, apesar dos custos do biodiesel serem maiores que os do diesel fóssil, o PNPB vem contribuindo para reduzir a sua importação, melhorando o saldo da balança comercial. Na questão ambiental, o biodiesel, ao substituir parcialmente o consumo de diesel, contribui para a descarbonização do setor de transporte e para que o Brasil cumpra seu objetivo de redução de emissões, determinado no Acordo de Paris (2015), uma vez que o biodiesel emite cerca de 70 por cento menos GEE, em relação ao diesel fóssil. No aspecto social, embora não tenha cumprido o objetivo original de priorizar a agricultura familiar do Norte e Nordeste, o PNPB instituiu desonerações fiscais através do Selo Biocombustível Social aos produtores de biodiesel que adquirissem matérias-primas da agricultura familiar, fomentando a inclusão social, a geração de trabalho e renda no campo e o desenvolvimento regional. Desse modo, o PNPB contribui para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), que englobam metas ambientais, econômicas e sociais, que deverão ser cumpridas até 2030. A dissertação também analisa se há competição relevante pelo uso da terra entre a produção de biodiesel e as terras reservadas à conservação ambiental ou utilizadas na produção de alimentos. Por fim, são analisados diferentes cenários tendenciais de produção e uso do biodiesel e biocombustíveis no Brasil, em um contexto em que os veículos elétricos tendem a ser cada vez mais disseminados, mas com intensidade menor no caso dos veículos pesados (caminhões e ônibus) e nos países em desenvolvimento. / [en] The dissertation analyzes the National Program for the Production and Use of Biodiesel (PNPB), created in 2005, which introduced biodiesel into the Brazilian energy matrix, a renewable and organic fuel that can be produced from vegetable oils, animal fats and used cooking oil. The PNPB established the gradual and partial addition of biodiesel to fossil diesel, whose content should reach 15 percent in 2026. The PNPB was analyzed based on the three pillars of sustainability, considering the economic, social and environmental aspects. In the economy, despite the higher costs of biodiesel than diesel, the PNPB has contributed to reducing diesel imports, improving the trade balance. On the environmental side, biodiesel contributes to the decarbonization of the transport sector by partly replacing diesel consumption. It also helps Brazil to meet its Paris Agreement emission reduction objectives, since biodiesel emits about 70 percent less GHG than fossil diesel. In terms of social contribution, even though it did not fulfill its original objective to prioritize family farming in the North and Northeast, the PNPB instituted tax breaks for biodiesel producers who purchase raw materials from family farmers through the Social Biofuel Certificate, fostering social inclusion, the generation of jobs and income in the countryside and regional development. In this way, the PNPB contributes to the Sustainable Development Goals (SDGs), which include environmental, economic and social goals, which must be met by 2030. The dissertation also analyzes whether there is relevant land use competition between the production of biodiesel with land reserved for environmental conservation or used in food production. Finally, different future scenarios of production and use of biodiesel and biofuels in Brazil are analyzed, in a context in which electric vehicles tend to be increasingly widespread, but with lower intensity in the case of heavy vehicles (trucks and buses) and in developing countries.