Produção de metano a partir de substratos das biorrefinarias de etanol e biodiesel

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Danilo Herculano da, 1992-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/15156
Resumo: Orientador: Bruna de Souza Moraes
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O método utilizado foi o ensaio de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) da vinhaça (VIN) com os co-substratos torta de filtro (TFI), bagaço (BAG), palha (PAL) e glicerina bruta (GBR), em condições de mono digestão anaeróbia (DA) e co-digestão anaeróbia (coDA) em temperatura termofílica (55 ºC). Verificou-se que a combinação adequada dos substratos em proporções volumétricas (v/v), com base nas análises estatísticas do Delineamento Experimental de Misturas (DEM) e da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) juntamente com o PBM, resultou em maiores valores de CH4. As características físico-químicas dos substratos mostraram diversidade de micronutrientes favoráveis para a coDA, solucionando a falta de elementos químicos e promovendo um equilíbrio de nutrientes. Os resultados indicaram que as respostas obtidas durante o ensaio de PBM influenciam diretamente na resposta final (NmL CH4 gSV-1). Deste modo, é importante considerar todas as variáveis em conjunto, como modelagem cinética e efeito sinérgico, a fim de otimizar o processo anaeróbio. Essa abordagem conjunta mostrou ganhos energéticos significativos e apresentou um intervalo de confiança relevante para estratégias alimentares em uma simulação de operação em escala industrial da planta de biometano. Entre os substratos avaliados, a glicerina bruta se destacou devido ao seu alto teor orgânico biodegradável, superior aos demais. Com base na análise energética e econômica, o cenário III apresentou os melhores resultados durante a safra e entressafra. Esse cenário atingiu uma eficiência energética 171% superior à DA da VIN. O cenário III exigiu um menor investimento de capital por unidade de capacidade instalada (R$/MW), no valor de R$ 12,4 milhões de reais por MW, e gerou uma receita anual de R$ 67 milhões de reais, o que representa +70% em relação ao cenário de referência. Conclui-se que este projeto, apresenta viabilidade econômica e energética para a inclusão de uma planta de biometano anexa à usina de etanol de cana, oferecendo um modelo de negócio inovador para o setor de biocombustíveis. Essa proposta reflete a busca por uma geração mais limpa de energia e inovação tecnológica por meio da integração das biorrefinarias, incentivando a transição energética no paísAbstract: The objective of the thesis was to propose the inclusion of a biomethane plant attached to the sugarcane ethanol mill, taking into consideration the local and national context, to enable a sustainable business model for CH4 generation throughout the year. The method used was the assay of Biochemical Methane Potential (BMP) of vinasse (VIN) with co-substrates such as filter cake (TFI), bagasse (BAG), straw (PAL), and crude glycerin (GBR), under conditions of anaerobic mono-digestion (DA) and co-digestion (coDA) at thermophilic temperature (55 ºC). It was found that the appropriate combination of substrates in volumetric proportions (v/v), based on statistical analyses using the Experimental Mixture Design (DEM) and Response Surface Methodology (RSM) along with BMP, resulted in higher CH4 values. The physicochemical characteristics of the substrates showed a diversity of micronutrients favorable for coDA, addressing the lack of chemical elements and promoting nutrient balance. The results indicated that the responses obtained during the BMP assay directly influence the final response (NmL CH4 gSV-1). Therefore, it is important to consider all variables together, such as kinetic modeling and synergistic effects, in order to optimize the anaerobic process. This combined approach showed significant energy gains and presented a relevant confidence interval for feeding strategies in a industrial-scale biogas plant operation simulation. Among the evaluated substrates, crude glycerin stood out due to its higher biodegradable organic content compared to the others. Based on the energy and economic analysis, scenario III showed the best results during the harvest and off-season. This scenario achieved an energy efficiency 171% higher than the DA of VIN. Scenario III required a lower capital investment per unit of installed capacity (R$/MW), amounting to R$ 12.4 million per MW, and generated annual revenue of R$ 67 million, representing +70% compared to the reference scenario. It is concluded that this project presents economic and energy viability for the inclusion of a biogas plant attached to the sugarcane ethanol mill, offering an innovative business model for the biofuel sector. This proposal reflects the pursuit of cleaner energy generation and technological innovation through the integration of biorefineries, encouraging energy transition in the countryDoutoradoPlanejamento de Sistemas EnergéticosDoutor em Planejamento de Sistemas EnergéticosCAPES001[s.n.]Moraes, Bruna de Souza, 1983-Cavaliero, Carla Kazue NakaoBajay, Sérgio ValdirMariani, Leidiane FerronatoRodriguez, Renata PiacentiniUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Planejamento de Sistemas EnergéticosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSilva, Danilo Herculano da, 1992-20232023-06-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (267 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/15156SILVA, Danilo Herculano da. Produção de metano a partir de substratos das biorrefinarias de etanol e biodiesel. 2023. 1 recurso online (267 p.) 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