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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Alternative aviation fuels in Brazil : environmental performance and economic feasibility = Combustíveis alternativos de aviação no Brasil: performance ambiental e viabilidade econômica
Title Alternative: Combustíveis alternativos de aviação no Brasil : performance ambiental e viabilidade econômica
Author: Capaz, Rafael Silva, 1985-
Advisor: Seabra, Joaquim Eugênio Abel, 1981-
Abstract: Resumo: O setor de aviação é responsável por apenas 3% das emissões antrópicas de carbono no mundo. No entanto, este meio de transporte, que consome três vezes mais energia per capita que outros modais de transporte coletivo, como trens e o ônibus, é exclusivamente abastecido por combustíveis fósseis e apresentou uma impressionante taxa de crescimento de 7.5% ao ano na última década. Em sintonia com as metas globais de reduzir as emissões de Gases de Efeito Estuda (GHG, em inglês) e a dependência de combustíveis fósseis, a descarbonização do setor de aviação é um desafio, visto que este setor geralmente depende de projetos com altos custos e está submetido a um rigoroso controle de qualidade. Uma vez que o Acordo de Paris não aborda voos internacionais, que são responsáveis por 60% das operações do setor, iniciativas de agências setoriais poderiam preencher esta lacuna. Neste contexto, em 2010, a Organização Internacional de Aviação Civil (ICAO, em inglês), definiu metas ambiciosas para redução da emissão de GEE para voos internacionais. Iniciativas para expandir o uso de biocombustíveis "das estradas para os céus" tem aparecido em vários lugares. Apesar disso, a transição energética sustentável do altamente competitivo setor de aviação deveria ser enfrentada numa perspectiva mais abrangente, i.e. combinando aspectos ambientais com socioeconômicos além da redução de GEE, bem como diferentes formas avaliação. Embora o Brasil corresponda à pequena parcela de 2% das operações aéreas mundiais, seu relevante potencial de biomassa e reconhecida expertise na produção de bioenergia poderiam, futuramente, colocá-lo numa posição estratégica de fornecedor global de AJF, conforme já indicado por alguns estudos. Assim, esta tese contribuiu para responder à algumas lacunas identificadas neste contexto e motivadas pelas seguintes perguntas: i) O AJF produzido no Brasil poderia reduzir as emissões de GEE em comparação com o combustível fóssil?, ii) Quanto custaria o carbono mitigado por cada rota de produção de AJF?, iii) O AJF poderia trazer outros benefícios ambientais além da possível redução das emissões de GEE? A partir de um recente Roadmap para biocombustíveis de aviação no Brasil, que foi conduzido por experts da indústria e da universidade, dez a quatorze promissoras e estratégicas rotas produtivas de AJF foram selecionadas e avaliadas nesta tese, abrangendo rotas baseadas em resíduos e culturas agrícolas. Para as rotas produtivas baseadas em culturas agrícolas (ou de primeira geração, rotas 1G), foram considerados o hidrotratamento do óleo de soja e de palma, bem como o processo "alcohol-to-jet" do etanol a partir de cana-de-açúcar. Das rotas produtivas baseadas em resíduos (ou de segunda geração, rotas 2G), foram analisados o hidrotratamento do óleo residual de cozinha (UCO, em inglês) de do sebo bovino. Da mesma forma, o processo "alcohol-to-jet" do etanol obtido de resíduos de cana-de-açúcar, resíduos florestais, ou gases de aciaria foi também considerado, bem como o Fischer-Tropsch de resíduos de cana e de florestas. A liquefação hidrotérmica (HTL, em inglês) de resíduos de cana e de florestas foi avaliada como um caso específico, uma vez que esta tecnologia ainda não está aprovada para a indústria de aviação, e não atingiu a escala comercial

Abstract: The aviation sector is responsible for only 3% of the anthropogenic carbon emissions in the world. However, this transport mode – which demands 3-fold more energy per capita than other collective modes, such as railway and bus transportation – is exclusively supplied by fossil fuels, and it has grown at an impressive rate of 7.5% per year in the last decade in the world. In line with the global aims to reduce Greenhouse Gases (GHG) emissions and the dependency on fossil fuels, the decarbonization of the aviation sector – which is typically based on cost-intensive projects with rigorous quality control – is a challenge. Since the Paris Agreement did not address international flights – which are responsible for around 60% of the sector’s operations – this gap should be fulfilled by international agency initiatives. Then, in 2010, the International Civil Aviation Organization (ICAO) set ambitious targets for reducing GHG emissions for international flights. Initiatives for expanding the use of biofuels "from the road to the sky" have popped-up in several places. Even though, the sustainable energy transition of the highly competitive aviation sector should be tackled from a broader perspective, i.e., combining environmental and socio-economic issues beyond GHG reductions and different assessment methods. Although Brazil corresponds to a tiny share of 2% of global aviation operations, its huge biomass potential and recognized expertise in bioenergy production could place Brazil as a strategic global supplier of AJF in the future, as already pointed out by some studies. This thesis contributed to fill knowledge gaps identified in this context, being motivated by the following questions: i) Could AJF produced in Brazil reduce the GHG emissions in comparison with fossil fuel? ii) How much would cost the carbon mitigated by each AJF pathway?, and iii) Could AJF bring other environmental benefits beyond the possible reduction of GHG emissions? From a recent Roadmap for aviation biofuels in Brazil – which was carried out by industry and academia experts – ten to fourteen promising and strategic pathways for AJF production were selected and evaluated in this thesis, comprising residues-based pathways and food crop-based pathways. For food crop-based pathways (or first-generation, 1G pathways), hydrotreating of soybean and palm oil was considered, as well as the "alcohol-to-jet" process of ethanol from sugarcane. Of the residues-based pathways (or second-generation, 2G pathways), the hydrotreating of used cooking oil (UCO) and beef tallow was evaluated. Likewise, the "alcohol-to-jet" process of ethanol obtained from sugarcane residues, forestry residues, and steel off-gases was also considered, as well as the Fischer-Tropsch of sugarcane and forestry residues. The hydrothermal liquefaction of lignocellulosic residues was evaluated as a specific case since this technology is not approved for the aviation industry yet, and it does not reach the commercial scale
Subject: Biocombustíveis
Avaliação do ciclo de vida
Viabilidade econômica
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: CAPAZ, Rafael Silva. Alternative aviation fuels in Brazil: environmental performance and economic feasibility = Combustíveis alternativos de aviação no Brasil: performance ambiental e viabilidade econômica. 2021. 1 recurso online (287 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica em cocutela com: Delft University Technology, Campinas, SP.
Date Issue: 2021
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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