Avaliação técnico-econômica e ambiental do uso de biogás produzido a partir de vinhaça em biorrefinarias de cana-de-açúcar

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: ELIHIMAS, Diego Rafael Mágero
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
dARK ID: ark:/64986/001300000c10j
Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/43702
Resumo: A crescente necessidade global por energia limpa tem aumentado a procura por biocombustíveis. No Brasil, o etanol oriundo da cana-de-açúcar é o principal biocombustível produzido e comercializado. Durante a produção do etanol, gera-se uma grande quantidade de vinhaça, um resíduo líquido da destilação do etanol com elevado conteúdo orgânico que normalmente é aplicado no solo, mas que pode ser convertido a biogás através da digestão anaeróbia. Sendo assim, neste trabalho, foram avaliados cinco cenários em uma biorrefinaria de cana-de-açúcar de primeira geração. O Cenário 1 considera a vinhaça destinada para o solo, enquanto que os demais cenários avaliam quatro aplicações do biogás produzido a partir da vinhaça, são elas: produção de eletricidade a partir do biogás (Cenário 2), substituição do diesel das operações agrícolas por biometano (Cenário 3), comercialização de biometano para injeção na rede de gás natural (Cenário 4) e geração de eletricidade a partir do biometano (Cenário 5). Os fluxogramas e os modelos correspondentes a cada um dos cenários foram construídos no simulador Aspen Plus. Com os dados dos balanços de matéria e de energia calculados no Aspen Plus, a avaliação integrada econômico-ambiental foi realizada na plataforma computacional Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC) do Laboratório Nacional de Biorrenováveis, resultando em indicadores ambientais e econômicos, tais como taxa interna de retorno (TIR), valor presente líquido, tempo de retorno e nota de eficiência energética e ambiental. Os indicadores econômicos foram estimados através da construção do fluxo de caixa a nota ambiental foi calculada através da análise do ciclo de vida. Os resultados obtidos permitiram concluir que todos os cenários com aplicação de biogás avaliados foram economicamente viáveis, uma vez que tiveram valores de TIR maiores do que a taxa mínima de atratividade (TMA). Como referência, o Cenário 1 teve uma TIR de 19,8% e uma nota de eficiência energético-ambiental de 67,2 gCO2eq/MJ. Dentre os cenários com produção de biocombustível a partir da vinhaça, o Cenário 3 apresentou a melhor TIR (18,2%) e a maior nota de eficiência energético-ambiental do etanol (69,7 gCO2eq/MJ). Por outro lado, o Cenário 5 resultou nos indicadores econômicos e ambientais mais baixos, com uma nota de eficiência energético- ambiental de 66,5 gCO2eq/MJ e uma TIR de 16,9%. Também se verificou que, de acordo com o cenário, uma redução de 15% a 19% nos preços dos produtos (etanol, eletricidade, enxofre e biometano), ainda manteria os investimentos viáveis, alcançando a TMA.
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Durante a produção do etanol, gera-se uma grande quantidade de vinhaça, um resíduo líquido da destilação do etanol com elevado conteúdo orgânico que normalmente é aplicado no solo, mas que pode ser convertido a biogás através da digestão anaeróbia. Sendo assim, neste trabalho, foram avaliados cinco cenários em uma biorrefinaria de cana-de-açúcar de primeira geração. O Cenário 1 considera a vinhaça destinada para o solo, enquanto que os demais cenários avaliam quatro aplicações do biogás produzido a partir da vinhaça, são elas: produção de eletricidade a partir do biogás (Cenário 2), substituição do diesel das operações agrícolas por biometano (Cenário 3), comercialização de biometano para injeção na rede de gás natural (Cenário 4) e geração de eletricidade a partir do biometano (Cenário 5). Os fluxogramas e os modelos correspondentes a cada um dos cenários foram construídos no simulador Aspen Plus. Com os dados dos balanços de matéria e de energia calculados no Aspen Plus, a avaliação integrada econômico-ambiental foi realizada na plataforma computacional Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC) do Laboratório Nacional de Biorrenováveis, resultando em indicadores ambientais e econômicos, tais como taxa interna de retorno (TIR), valor presente líquido, tempo de retorno e nota de eficiência energética e ambiental. Os indicadores econômicos foram estimados através da construção do fluxo de caixa a nota ambiental foi calculada através da análise do ciclo de vida. Os resultados obtidos permitiram concluir que todos os cenários com aplicação de biogás avaliados foram economicamente viáveis, uma vez que tiveram valores de TIR maiores do que a taxa mínima de atratividade (TMA). Como referência, o Cenário 1 teve uma TIR de 19,8% e uma nota de eficiência energético-ambiental de 67,2 gCO2eq/MJ. Dentre os cenários com produção de biocombustível a partir da vinhaça, o Cenário 3 apresentou a melhor TIR (18,2%) e a maior nota de eficiência energético-ambiental do etanol (69,7 gCO2eq/MJ). Por outro lado, o Cenário 5 resultou nos indicadores econômicos e ambientais mais baixos, com uma nota de eficiência energético- ambiental de 66,5 gCO2eq/MJ e uma TIR de 16,9%. Também se verificou que, de acordo com o cenário, uma redução de 15% a 19% nos preços dos produtos (etanol, eletricidade, enxofre e biometano), ainda manteria os investimentos viáveis, alcançando a TMA.CNPqThe global need for clean energy has increased the demand for biofuels. In Brazil, ethanol from sugarcane is the main biofuel produced and marketed. During ethanol production, a large amount of vinasse is generated. Vinasse is a liquid residue from ethanol distillation with a high organic content that is normally applied to the soil, but which could be converted to biogas through anaerobic digestion. In this work, five scenarios in a first-generation sugarcane biorefinery were evaluated. Scenario 1 represents the biorefinery that uses vinasse in the soil while the others evaluate four applications for the biogas produced from vinasse, such as: electricity production from biogas (Scenario 2), replacement of diesel for biomethane in agricultural operations (Scenario 3), commercialization of biomethane for injection into the natural gas grid (Scenario 4) and electricity generation from biomethane (Scenario 5). The flowcharts and models corresponding to each of the scenarios were built in the Aspen Plus simulator. From material and energy balance data calculated in Aspen Plus, economic- environmental assessment of the different scenarios was carried out with the help of the Brazilian Biorenewables National Laboratory's computational platform named Virtual Sugarcane Biorefinery (VSB), resulting in environmental and economic indicators, such as internal rate of return (IRR), net present value, payback time and environmental efficiency score. The economic parameters were estimated through the construction of the cash flow. On the other hand, the environmental score was calculated through life cycle analysis. The results calculated in the economic-environmental evaluations allowed us to conclude that all the scenarios with the application of biogas were economically viable since they had IRR values greater than the minimum acceptable rate of return (MARR). As a reference, Scenario 1 had an IRR of 19.8% and an energy-environmental efficiency score of 67.2 gCO2eq/MJ. Among the scenarios with biofuel production from vinasse, Scenario 3 presented the best IRR (18.2%) and the highest ethanol-energy efficiency score of 69.7 gCO2eq/MJ. On the other hand, Scenario 5 resulted in the lowest economic and environmental indicators, with an energy-environmental efficiency rating of 66.5 gCO2eq/MJ and an IRR of 16.9%. It was also found that a reduction from 15% to 19% in the product prices (ethanol, electricity, sulfur and biomethane), according to each scenario, would still maintain the investments viable, i.e., reaching the MARR.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia QuimicaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia QuímicaVinhaçaBiogásBiometanoBiodigestãoBiorrefinariaCana-de-açúcarAvaliação técnico-econômica e ambiental do uso de biogás produzido a partir de vinhaça em biorrefinarias de cana-de-açúcarinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Diego Rafael Mágero Elihimas.pdfDISSERTAÇÃO Diego Rafael Mágero Elihimas.pdfapplication/pdf1595863https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/43702/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Diego%20Rafael%20M%c3%a1gero%20Elihimas.pdf242d3d0f466cf0119945fe0c77cbfc77MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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