Biodigestão anaeróbica da vinhaça : abordagem do modelo ADM1 em usinas sucroalcooleiras do Centro-Oeste

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Raflem Christian Matos dos
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/39789
Resumo: Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, Brasília, 2020.
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spelling Biodigestão anaeróbica da vinhaça : abordagem do modelo ADM1 em usinas sucroalcooleiras do Centro-OesteBiodigestãoVinhaçaBiogásCana-de-açúcarDissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, Brasília, 2020.A produção de etanol no Brasil aumenta a cada ano e, por consequência a de vinhaça segue o mesmo comportamento, uma vez que a cada litro de etanol produzido, 12 litros de vinhaça também são produzidos em conjunto. Estima-se que no Brasil, em 2019, foram produzidos 34 milhões de m3 de etanol, gerando assim, 408 milhões de m3 de vinhaça de cana-de-açúcar. Esta produção de vinhaça, em sua maioria, é aplicada nos solos das próprias plantações de cana-de-açúcar como um fertilizante, porém este tipo de descarte causa danos tanto ao solo quanto a atmosfera, produzindo gases do efeito estufa (CH4 e N2O) capazes de aumentar em 21 vezes o potencial poluidor da usina. Uma das opções à fertirrigação vem ganhando forças devido ao caráter renovável, que é a biodigestão anaeróbica. Neste processo, os compostos orgânicos são transformados em metano e dióxido de carbono (biogás) a partir de bactérias degradadoras. Este processo exige cargas altas de matéria orgânica para que seja possível a produção do biogás, e visto que a vinhaça possui essa característica, o processo se torna aplicável. Porém, as indústrias sucroalcooleiras reportam dificuldades para alinharem sua produção à tecnologia pela escassez de informações sobre produções de biogás encontradas na literatura. Assim, a aplicação de modelos matemáticos permutaria a troca entre informação e impulsionamento para grandes usinas instalarem complexos produtores de biogás anexados à produção de etanol, aumentando a capacidade produtiva de energia renovável e evitando as emissões causadas pela prática de fertirrigação. Desta forma, buscou-se mostrar a aplicabilidade de modelagem matemática para estimar o potencial de produção de biogás de usinas da região Centro-Oeste. O modelo escolhido foi o ADM1, criado pelo grupo de estudos da IWA. Esta escolha foi feita pelo fato do modelo apresentar equacionamento completo de todas as fases da biodigestão anaeróbica, além de ser consolidado e testado em outros trabalhos. O modelo foi implementado na plataforma de simulação Matlab e validado por dois outros trabalhos, um em estado estacionário e outro em estado dinâmico. Após a validação, o modelo foi utilizado para simular a biodigestão da vinhaça e apresentou resultados satisfatórios. O modelo estimou uma produção volumétrica de 0,452 Nm3 CH4 m −3 d −1 e fração 0,75 de CH4 no biogás. A produção específica alcançada também apresentou semelhança a outros trabalhos, com valor de 0,372 Nm3 biogás kgDQO−1 , assim como a eficiência de remoção (72,06%). Com estes resultados, foi possível estimar a produção de biogás do Centro- Oeste (1.321,5 milhões de m3 de biogás) e estimar uma redução de até 123% dos gases de efeito estufa liberados pela fertirrigação quando essa aplicação é substituída por geração de energia elétrica com o biogás produzido.The production of ethanol in Brazil increases every year and, consequently, the production of vinasse follows the same behavior, since each liter of ethanol produces 12 liters of vinasse. It is estimated that in Brazil, in 2019, 34 million m3 of ethanol were produced, thus this generated 408 million m3 of sugarcane vinasse. The vinasse production is mostly applied to the soil in sugar cane plants as a fertilizer, but this type of disposal causes damage to both the soil and the atmosphere, producing greenhouse gases with (CH4 and N2O) which can increase by 21 times the polluting potential of the plant. One of the fertigation options has been gaining strength due to the renewable character, which is anaerobic biodigestion. In this process, organic compounds are transformed into methane and carbon dioxide (biogas) from degrading bacteria. This process requires high loads of organic matter to make biogas production possible, and since vinasse has this resource, it becomes applicable for this purpose. However, sugar and alcohol industries report difficulties in aligning themselves with biogas production because there is little information on biogas production which can be found in the literature. Thus, the application of mathematical models would allow the exchange between information and impetus for large plants to install complex biogas producers attached to the production of ethanol, increasing the productive capacity of renewable energy and avoiding emissions caused by the practice of fertigation. In this way, the mathematical modeling application was done to estimate the biogas potential production for plants in the Midwest region. The model chosen was the ADM1, created by the IWA study group. This model was chosen because it shows all anaerobic biodigestion process, in addition to being consolidated and tested in other studies. The model was implemented on the Matlab simulation platform and validated by two other studies, one in the steady state and the other in the dynamic state. After validation, the model was used to simulate biodigestion of vinasse and it presented satisfactory results. The model estimated a volumetric production of 0.452 Nm3 CH4 m −3 d −1 and the fraction of 0.75 CH4 in biogas. The specific production achieved also showed similarity with other works, with a value of 0.372 Nm3 biogas kgCOD−1 as well as the removal efficiency (72.06%). With these results, it was possible to estimate the biogas production in the Midwest (1,321.5 million m3 of biogas) and calculate a reduction of up to 123% in greenhouse gases released by fertigation when this application is replaced by energy production with the biogas produced.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasSiqueira, Mario Benjamim BaptistaSantos, Raflem Christian Matos dos2020-12-24T12:42:15Z2020-12-24T12:42:15Z2020-12-242020-07-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSANTOS, Raflem Christian Matos dos. Biodigestão anaeróbica da vinhaça: abordagem do modelo ADM1 em usinas sucroalcooleiras do Centro-Oeste. 2020. xv, 80 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://repositorio.unb.br/handle/10482/39789A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-08T21:37:08Zoai:repositorio.unb.br:10482/39789Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-08T21:37:08Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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