Aproveitamento energético de subprodutos das indústrias de etanol e biodiesel para a produção de metano e hidrogênio em sistema de duas etapas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Souza, Lucas Monteiro Galotti de, 1994-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641765
Resumo: Orientador: Bruna de Souza Moraes
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spelling Aproveitamento energético de subprodutos das indústrias de etanol e biodiesel para a produção de metano e hidrogênio em sistema de duas etapasEnergy use of by-products from ethanol and biodiesel industries for the production of hydrogen and methane in a two-stage systemCodigestãoVinhaçaTorta de filtroGlicerinaEntressafraAnálise energéticaAvaliação econômicaCodigestionGlycerinOffseasonEnergy analysisEconomic evaluationFilter cakeVinasseOrientador: Bruna de Souza MoraesDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Indústrias de etanol e biodiesel se destacam não só pela produção de biocombustíveis, mas também pela geração de biomassa residual. Através da digestão anaeróbia (DA), é possível produzir hidrogênio (H2) e metano (CH4) a partir de subprodutos das referidas indústrias. O objetivo deste trabalho é valorar a vinhaça, a torta de filtro (TF), e a glicerina, através da co-digestão anaeróbia (co-DA), para produção de H2 e CH4 em sistema de duas etapas. Três experimentos em batelada em escala laboratorial foram feitos: os ensaios preliminares, para investigar as proporções dos três substratos que alcancem os melhores rendimentos de biogás; os ensaios de concentração ótima de glicerina, para identificar as concentrações ótimas do substrato para obter os melhores rendimentos de biogás; e o Potencial Bioquímico de Hidrogênio (PBH) e Metano (PBM), para comparar a mono-digestão anaeróbia (mono-DA) e a co-DA em termos produção absoluta, rendimento e velocidade de produção de biogás, H¬¬¬2 e CH4. Com base nos resultados do PBH e PBM, foi feito um estudo energético e econômico para avaliar a possibilidade de produção e aplicação do biogás em um cenário real em uma usina de etanol. Os ensaios preliminares indicaram que elevadas concentrações de substrato (acima de 10 g SV L-1) apresentam efeito inibitório para produção de biogás, e que o balanceamento de proporções de vinhaça e TF são benéficas para o processo. Os ensaios de concentração ótima de glicerina mostraram que concentrações acima de 30 g L-1 não resultam em aumento da produção de CH4. O PBH e o PBM mostraram que a co-DA traz melhorias em diversos parâmetros operacionais, como rendimento e velocidade de produção de biogás, e também apontou vantagens do uso da glicerina para produção de H2. A co-DA de vinhaça e glicerina resultou em 257,15 mL CH4 g SV-1 e 64,31 mL H2 g SV-1. A avaliação energética indicou que, dentro do cenário proposto, é possível alcançar produção de 20 mil Nm3 de biogás por dia e substituir 30% do diesel utilizado por máquinas agrícolas, considerando uma usina com capacidade de processamento de 3 Mt de cana ano-1 (2,27 Nm3 t cana-1 em um ano). A avaliação econômica mostrou que é possível, a partir de investimento inicial de R$ 17,5 milhões, obter receita anual de R$ 9 milhões com biogás, com tempo de payback de 4,5 anosAbstract: Ethanol and biodiesel industries stand out not only to produce biofuels, but also for the generation of residual biomass. Through anaerobic digestion (AD), it is possible to produce hydrogen (H2) and methane (CH4) from by-products of these industries. The goal of this work is to value vinasse, filter cake (FC), and glycerin, through anaerobic co-digestion (co-AD), to produce H2 and CH4 in a two-stage system. Three batch experiments on a laboratory scale were carried out: preliminary tests, to investigate the proportions of the three substrates that achieve the best biogas yields; the tests of optimum concentration of glycerin, to identify the optimum concentrations of the substrate to obtain the best biogas yields; and the Biochemical Hydrogen (BHP) and Methane (BMP) Potential, to compare anaerobic mono-digestion (mono-AD) and co-AD in terms of absolute production, yield and velocity of biogas, H2 and CH4 production,. Based on the results of BHP and BMP, an energetic and economic study was carried out to evaluate the possibility of producing and applying biogas in a real scenario in an ethanol plant. Preliminary tests indicated that high substrate concentrations (above 10 g VS L-1) have an inhibitory effect on biogas production, and that the balance of vinasse and FC proportions are beneficial for the process. The tests of optimum concentration of glycerin showed that concentrations above 30 g L-1 do not result in an increase in CH4 production. BHP and BMP showed that co-AD brings improvements in several operational parameters, such as yield and speed of biogas production, and pointed out advantages of using glycerin for H2 production. The co-AD of vinasse and glycerin resulted in 257,15 ml CH4 g VS-1 and 64,31 ml H2 g VS-1. The energy evaluation indicated that, within the proposed scenario, it is possible to achieve production of 20 thousand Nm3 of biogas per day and replace 30% of the diesel used by agricultural machinery, considering a plant with a processing capacity of 3 million tons of sugarcane per year (6,7 Nm3 1000 t cana-1). The economic evaluation showed that it is possible, from an initial investment of R$ 17,5 million, to obtain annual revenue of R$ 9 million with biogas, with a payback time of 4,5 yearsMestradoPlanejamento de Sistemas EnergéticosMestre em Planejamento de Sistemas EnergéticosCAPES88882.435417/2019-01[s.n.]Moraes, Bruna de Souza, 1983-Seabra, Joaquim Eugênio AbelMockaitis, GustavoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Planejamento de Sistemas EnergéticosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSouza, Lucas Monteiro Galotti de, 1994-20212020-11-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (276 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641765SOUZA, Lucas Monteiro Galotti de. Aproveitamento energético de subprodutos das indústrias de etanol e biodiesel para a produção de metano e hidrogênio em sistema de duas etapas. 2021. 1 recurso online (276 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641765. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1165794Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-09-20T16:37:29Zoai::1165794Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-09-20T16:37:29Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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