22
Sustainability of the Biofuels and Biorefinery Claudinei Andreoli PRIMER FORO IBEROAMERICANO DE CIENCIAS PARA LA ENERGÍA 11 – 13 June 2012 Quito, Ecuador

Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Embed Size (px)

DESCRIPTION

PRIMER  FORO  IBEROAMERICANO     DE  CIENCIAS  PARA  LA  ENERGÍA     11  –  13  June  2012   Quito,  Ecuador   Claudinei  Andreoli    

Citation preview

Page 1: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Sustainability  of  the  Biofuels  and  Biorefinery    

Claudinei  Andreoli  

PRIMER  FORO  IBEROAMERICANO    DE  CIENCIAS  PARA  LA  ENERGÍA  

 11  –  13  June  2012  Quito,  Ecuador  

Page 2: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

The  Concept  of  Biorefinery  

Ø  The  concept  is  analogous  to  the  concept  of  oil  refineries:  they  are  plants  or  industries  or  fabrics  that  convert  biomass  (feedstocks)  into  others  products:  

Energy  –  Foods  –  Fibers  PlasTcs  -­‐  Chemicals  –  Enzymes  

PharmaceuTcals  

 Current  energy  supply  and  use  are  unsustainable  –  

economically,  environmentally  and  socially.  ExecuTve  Director,  IEA  

   

Copyright  and  All  Reserved  Fenix  S&I©  2012  

Page 3: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Types  of  Biofuels  

Ø  ConvenTonal  biofuel  tech  (first-­‐generaTon)  •  Sugar  and  starch-­‐based  ethanol  •  Oil  crop  based  and  fats  biodiesel    •  Biogas  thru  anaerobic  digesTon  

Ø  Typical  feedstocks:    •  Sugarcane  and  sugar  beets  •  Corn  and  wheat  •  Oil  crops  –  canola,  soybean,  oil  pam  and  animal  fats  

Ø  Advanced  biofuel  tech  (second-­‐  or  third-­‐generaTon)  •   HVO  (Hydrated  vegetable  oil)  •  Lignocellulosic  biomass  (celullosic  ethanol)  •  Biomass-­‐to-­‐liquids  (BtL)-­‐diesel  •  Bio-­‐syntheTc  gas  (bio-­‐SG)  •  Novel  tech  –  algae-­‐based  biofuels  and  sugar  into  diesel-­‐type  biofuels    

Page 4: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Overview  of  biofuels  blending  targets  and  mandates  

Country   Current  mandate/target   Future  mandate/target  

Current  Status  

ArgenTna   E5,  B7   n.a   M  

Bolivia   E10,  B2.5   B20  (2015)   T  

Brazil   E20-­‐25,  B5   B20  and  36%  reducTon  GHG  (2020)  

M,  T  

Chile   E5,  B5   n.a   T  

Colombia   E10,  B10   n.a   M  

European  U.   5,75%   10%  renewable  energy  in  transport  

T  

Mexico   E2  in  Guadalajara   E2  in  Monterey  and  Mexico  City  (2012)  

M  

USA   48  billion  liters   136  BL  (60  BL  cellulose  ethanol  in  2022)  

M  

Page 5: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

CommercializaTon  status  of  biofuel  technologies              Advanced  biofuels                                                      Conven9onal  biofuels  

Basic  /Applied   DemonstraTon   Early  Commercial  

Commercial  

Bioethanol   Cellulosic  ethanol                                                                                  Ethanol    from  sugar                                                                                                                                                  and  starch  crops  

Diesel-­‐type  biofuels  

Biodiesel  from  Algae;  Sugar-­‐based    hydrocarbons  

BtL  diesel  from  gasificaTon  +  FT  

Hydrotreated  vegetable  oil  

Biodiesel    (by  transesterificaTon)  

Others  fuels   Novel  fuels  (eg  furanics)  

Biobutanol;  DME;  Pyrolysis-­‐based  

fuels  

Methanol  

Biomethane                                                                                                                                                                                                                             Bio-­‐SC                                                                                                                            Biogas                                                                                                                                              (anaerobic  digesTon)  

Hydrogen        All  other                        GasificaTon                            Biogas  novel  routes          with  reforming                reforming  

Liquid  biofuel   Gaseous  biofuel  Source:  Modified  from  Bauen  et  al.,  2009  

Page 6: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito
Page 7: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Ø  Roadmap  Purpose  of  the  Biorefinery    

q  IEA  analysis  presented  in  ETP  2010  and  its  BLUE  Map  Scenario,  

shows  that,  inter  alia,  to  stabilize  atmospheric  greenhouse  

gases  around  450  parts  per  million  (ppm)  to  limit  global  

temperature  rise  to  below  2°C,  a  significant  increase  in  use  of  

low-­‐carbon  biofuels  will  be  required  by  2050.      

q  AviaTon  jet  fuel  –  50%  replacement  of  fossil  fuel  for  

sustainable  biofuels  and  50%  reducTon  in  GHG  by  2050.  

Green  Economy  and    Sustainable  Development  

Page 8: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

World  Ethanol  ProducTon  

0  

20  

40  

60  

80  

100  

120  

140  

160  

2000   2005   2010   2020  

Billion

 Lite

rs  

All  Others  

China    

EU-­‐27  

Brazil  

U.S  

0  

5  

10  

15  

20  

25  

30  

35  

40  

45  

2005   2010   2020  

Billion

 Lite

rs  

All  Others  

Malaysia  

U.S  

Brazil  

ArgenTna  

EU-­‐27  

World  Biodiesel  ProducTon  

Page 9: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

EvoluTon  of  Sugarcane  Area  and  ProducTon  Brazil    (1990-­‐2011)  

0    

1.000    

2.000    

3.000    

4.000    

5.000    

6.000    

7.000    

8.000    

9.000    

10.000    

1990  

1991  

1992  

1993  

1994  

1995  

1996  

1997  

1998  

1999  

2000  

2001  

2002  

2003  

2004  

2005  

2006  

2007  

2008  

2009  

2010  

Sugarcane  Area  (000  ha)  -­‐  Brasil  

0    

100    

200    

300    

400    

500    

600    

700    

1990  

1991  

1992  

1993  

1994  

1995  

1996  

1997  

1998  

1999  

2000  

2001  

2002  

2003  

2004  

2005  

2006  

2007  

2008  

2009  

2010  

2011  

Sugarcane  Produc9on  (m  t)  -­‐  Brasil  

Page 10: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Global  energy  use  in  the  transport  sector  (lem)  and  use  of  biofuels  in  different  transport  modes  (right)  in  2050    

7%  

13%  

23%  

13%  2%  2%  

13%  

27%  

Hydrogen   Gasoline   Diesel   Jet  fuel  

Heavy  fuel  oil   NG  and  LPG   Electricity   Biofuels  

37%  

26%  

11%  

26%  

Road  passenger  transport  Road  freight  transport  AviaTon  

Page 11: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Sustainability  of  Biorefinery  

Social  

•  Employment  •  Land  issues  •  Smallholder  integraTon  

•  Food  Security  

Environmental  

• NER  and  GHG  emissions  

•  Soil  Quality  • Water  use  and  quality  

•  Biodiversity  

Economic  

•  Energy  Security  •  Balance  of  payments  

•  Financing  •  Fuel  Cost  

Page 12: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

The Global Bioenergy Partnership Sustainability Indicators for Bioenergy  First edition December  2011  

10  NaTons  and  7  internaTonal  organizaTons    

Presented  a  set  of  24  Sustainability-­‐related  themes  and  Indicators    

Page 13: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Energy  Sustainability  Index    

ESI  =  (Energy  balance  *  EE)/  WUE    

Energy  crop   Energy  balance  (MJ  fossil/MJ  biofuel)  

Energy  Efficiency  (MJ  biofuel/MJ)  

Water  use  efficiency  (m3/L  biofuel)  

ESI  

sugarcane   5.1   0.2613   1.725   0.772  

corn   1.5   0.326   2.655   0.184  

oil  palm   8.0   0.228   3.403   0.536  

soybean   1.43   0.086   12.222   0.010  

Source:  Andreoli,  Pimentel  &  Souza  (2012).  

Page 14: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Environmental  Sustainability    

-­‐1,5  

-­‐1  

-­‐0,5  

0  

0,5  

1  

1,5  

2  

Hill  2006   Pimentel  2008  

Wang  2008  

Liska  2009   EPA  2010   USDA  2010  

Net  energy  raTo  of  corn  ethanol  

NEB  

Source:  Andreoli  &  Pimentel,  2012  

Page 15: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Comparison  of  energy  balance  of  sugarcane  ethanol  

LIFE CYCLE  PHASE  

Macedo  (2008)  

Boddey  (2008)  

Wang  (2008)  

Andreoli et   (2012)  

(MJ/ton)  Farming and transport   210.2   159.70   194.2   389.59  

Fuel Production   23.6   34.04   37.2   8.07  

Fossil Input   233.8   193.74   231.4   397.66  

Ethanol   1,926.0   1,756.8   1,952.0   1,802.0  

Bagasse surplus   176.0   0.0   0.0   0.0  

Electricity surplus   82.8   0.0   279.0   230.06  

Renewable output   2,185.0   1,756.8   2,231.0   2,032.06  

Energy balance   9.3   9.1   9.6   5.11  Source:  Andreoli    et  al.,  2012  

Page 16: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Life-­‐cycle  GHG  of  different  conven9onal  and  advanced  biofuels  and  current  state  of  technology  

 

-­‐60  

-­‐40  

-­‐20  

0  

20  

40  

60  

80  

100  

120  

140  

%  Emission

 Red

uc9o

n  to  Fossil  Fue

l  

Source:  IEA  analysis  based  on  UNEP  and  IEA  review  of  60  LCA  studies    

Conventional biofuels

Demonstration Commercial R&D/Pilot

Andreoli,  C.  et  al.  (2012)  

Advanced biofuels

Gasoline

Diesel

Natural gas

Page 17: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Economical  Sustainability  of  Biodiesel  

Page 18: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Economical  Sustainability  of  Bioethanol  

Page 19: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Economical  Sustainability  of  Bioethanol    

EvoluTon  of  Ethanol,  Sugar  and  Gasoline  Prices  –  2003-­‐12  

Page 20: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Conclusions  

ü  Are  the  energy  and  biofuels  economically  and  environmentally  sustainable?  

ü  There  will  be  available  land  and  water  for  all  energy  use  in  2050?  

ü  This  Forum  should  propose  the  creaTon:  “Centro  Iberoamericano  de  Bioenergia”  

Page 21: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

Gracias!  

Claudinei  Andreoli  Fênix  Soluções  e  Inovações  Tecnológicas    

 [email protected]  

Page 22: Claudinei Andreoli - Brasil_Quito

The  Book  of  Biofuels  -­‐2012  

h{p://www.amazon.com/Economic-­‐Environmental-­‐Biofuels-­‐Advances-­‐Agroecology/dp/1439834636