Produção de biogás a partir de vinhaça 1° e 2° geração e licor de pentoses em sistemas de 1 e 2 fases

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Brenno Vinícius de Medeiros, 1990
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/20.500.12733/1640228
Resumo: Orientador: Bruna de Souza Moraes
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Este problema se estende à vinhaça de 2ª geração (2G) juntamente com o licor de pentoses, efluentes provenientes da produção de etanol através do material lignocelulósico (bagaço e palha da cana de açúcar), que devido a suas características de elevada carga orgânica e pouco valor nutricional, não são interessantes à fertirrigação. Uma alternativa para esse problema é o seu tratamento por meio da co-digestão anaeróbia (co-DA), aproveitando energeticamente o alto teor de material orgânico que resultaria em maior produção de biogás. O objetivo deste trabalho foi avaliar o aproveitamento energético de resíduos no contexto de biorrefinarias de cana-de-açúcar integradas 1G2G por meio da produção de biogás a partir da co-DA de vinhaça 1G, vinhaça 2G e licor de pentoses, empregados em reatores anaeróbios de lodo fluidizado (RALF), comparando os sistemas de 1 e 2 fases. Foram investigados os principais parâmetros operacionais e aspectos fundamentais do processo biológico. Os resultados de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) mostraram que a mistura dos 3 co-substratos atingiu maior produção de metano (CH4) em comparação aos substratos isolados (568,2 NL CH4 gSVT-1), pelo menos 12,7% e 15,4% maior que o licor de pentoses e vinhaça 1G, respectivamente, não havendo diferença significativa entre o PBM da co-DA e da vinhaça 2G. A mistura de co-substratos apresentou a maior digestibilidade dentre eles (> 96%). Quando os substratos foram utilizados em excesso, altas concentrações de licor de pentoses causaram efeito inibitório à co-DA possivelmente devido à presença de alguns compostos furânicos (> 0,3 g L-1) e enxofre (> 2 g L-1). Em relação à operação de reatores, o sistema de 2 fases foi mais eficiente na produção de CH4 a partir da co-DA de vinhaça 1G, vinhaça 2G e licor de pentoses, resultando em 22,7% maior remoção de matéria orgânica e 18,2% maior rendimento de CH4 em comparação com o sistema de 1 fase. O sistema de 2 fases também exigiu menor demanda de alcalinizante e teve maior resiliência aos aumentos de Carga Organica Volumetrica (COV), atingindo a COVmáx de 20 gDQO L-1d-1 (0,2778 NL CH4 g DQOremovida-1 e TDH de 36,7h). Em termos energéticos, o sistema de 2 fases inserido numa usina hipotética (12,9 milhões ton de cana safra-1) teria capacidade instalada de 10,5MJ, apenas contabilizando a energia do biogás proveniente do reator metanogênico, podendo esta energia ser comercializada na rede tendo em vista a autossuficiência energética das usinasAbstract: In Brazil, the most common process for obtaining ethanol is from sugarcane, with generation of large volumes of residues. The main one is vinasse of 1st generation (1G), which is usually used for fertigation. However, organic matter should be stabilized so that environmental impacts are avoided. This problem extends to vinasse of 2nd generation (2G) together with pentoses liquor, effluents from the production of ethanol using lignocellulosic material (sugarcane bagasse and straw), which due to its high organic load characteristics and low nutritional value, are not interesting to fertigation. An alternative to this problem is their treatment by anaerobic co-digestion (CO-DA), energetically taking advantage of the high value of organic material, which would result in greater biogas production. The objective of this work was to evaluate the energy use of residues in the context of integrated 1G2G sugarcane biorefineries by the biogas production from the co-DA of 1G vinasse, 2G vinasse and pentoses liquor, in Anaerobic Packed Bed Reactors (APBR), comparing the 1 and 2 phase systems. The main operating parameters and fundamental aspects of the biological process were investigated. The Biochemical Methane Potential (BMP) results showed that the mixture of the 3 co-substrates reached a higher CH4 production (568,2 NL CH4 gVS-1) compared to isolated substrates, at least 12.7% and 15.4% higher than the pentose liquor and 1G vinasse, respectively, with no significant difference between the BMP of co-DA and vinasse 2G. The co-substrate mixture showed the highest digestibility among them (> 96%). When the substrates were used in excess, high concentrations of pentoses liquor caused an inhibitory effect on co-digestion due to the presence of some furanic compounds (> 0.3 g L-1) and sulfur (> 2 g L-1). Regarding the reactors operation, the 2-phase system was more efficient for the CH4 production from the co-digestion of 1G vinasse, 2G vinasse and pentoses liquor, resulting in 22.7% greater removal of organic matter and 18.2% higher CH4 yield compared to the 1-phase system. The 2-phase system also demanded less demand for alkalinizers and had greater resilience to increases in Organic Load Rate (OLR), reaching OLR of 20 gDQO L-1d-1 (0,2778 NL CH4 g DQOremoved-1 and TDH of 36,7h). In terms of energy, the 2-phase system inserted in a hypothetical plant (12,9 milions tons of sugarcane season-1) would have an installed capacity of 10.5MJ, only counting the biogas energy from the methanogenic reactor, and this energy could be traded on the grid in view of the plants' energy self-sufficiencyMestradoPlanejamento de Sistemas EnergéticosMestre em Engenharia MecânicaFAPESP2016/16438-3FAEPEX2131/18[s.n.]Moraes, Bruna de Souza, 1983-Silva, Ariovaldo José daMartins, GilbertoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASLima, Brenno Vinícius de Medeiros, 199020202020-08-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (165 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640228LIMA, Brenno Vinícius de Medeiros. Produção de biogás a partir de vinhaça 1° e 2° geração e licor de pentoses em sistemas de 1 e 2 fases. 2020. 1 recurso online (165 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640228. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1157957Requisitos 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/openAccess2021-02-01T14:44:48Zoai::1157957Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-02-01T14:44:48Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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