Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10073
Título: Avaliação de rotas tecnológicas para o aproveitamento energético do bagaço de cana-de-açúcar.
Autor(es): Lima, Diego Roberto Sousa
Orientador(es): Aquino, Sergio Francisco de
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Palavras-chave: Biorrefinaria lignocelulósica
Ozonixação
Biogás
Sustentabilidade energética
Data do documento: 2018
Membros da banca: Aquino, Sergio Francisco de
Zaiat, Marcelo
Santos, Alexandre Soares dos
Silva, Silvana de Queiroz
Santiago, Aníbal da Fonseca
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Referência: LIMA, Diego Roberto Sousa. Avaliação de rotas tecnológicas para o aproveitamento energético do bagaço de cana-de-açúcar. 2018. 275 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Resumo: Inserido no contexto de biorrefinaria lignocelulósica, o presente trabalho avalia o potencial energético e econômico do bagaço de cana-de-açúcar oriundo do tradicional processo de produção de etanol 1G e açúcar. Para tanto, o bagaço de cana residual foi pré-tratado com ozônio visando à produção de etanol 2G, integrada com o aproveitamento energético dos principais resíduos desse processo (bagaço de cana residual da etapa de hidrólise enzimática e extrato alcalino do pré-tratamento). Para tanto, foram estudadas possibilidades de maximização da produção de etanol 2G a partir do bagaço de cana ozonizado e de biogás a partir dos principais resíduos desse processo. No tocante ao biogás, foram testadas adaptações no inóculo anaeróbio, melhorias na relação C/N e co-digestão com biomassa algal; além de processos de digestão anaeróbia em um (DA-1E) e em dois estágios (DA-2E). Para a produção de etanol 2G otimizou-se, por meio de planejamento experimental, o pré-tratamento do bagaço de cana com ozônio seguido (O3 + EA) ou não (O3) de extração alcalina considerando três variáveis respostas (deslignificação, eficiência de hidrólise enzimática e produção teórica de etanol 2G). Para cada pré-tratamento otimizado (O3 e O3 + EA) foram realizados ensaios fermentativos visando à produção experimental de etanol 2G. Os resultados experimentais obtidos mostram que a maximização da produção de biogás foi alcançada melhorando a relação C/N pela fortificação do inóculo anaeróbio (UASB) com estrume bovino (UASB-FBM). Alimentado com bagaço bruto tal inóculo produziu 143 NLCH4/kgSVbagaço (aumento de 67 %), durante 100 dias de monitoramento. A co-digestão do bagaço de cana com biomassa algal favoreceu ainda mais (aumento de 99%) a produção de biogás (195 NLCH4/kgSVbagaço). Já em relação à produção de etanol 2G, o pré-tratamento do bagaço com apenas ozônio (sem EA), sob condições brandas (7,5 mgO3/gB), resultou na maior produção de etanol 2G (30 mLetanol/kgB), correspondendo a uma receita de 17 USD/tB com a sua venda. Para esse pré-tratamento (O3), o aproveitamento da energia elétrica gerada, via sistema CHP, a partir do aproveitamento dos resíduos da produção de etanol não gerou lucro, mas cobriu os gastos energéticos do pré-tratamento sem geração de energia elétrica excedente. A ozonização do bagaço seguida da etapa de extração alcalina (O3 + EA) propiciou as maiores produções de etanol 2G (66 mL/kgB), que foram alcançadas utilizando-se condições mais severas de ozonização (97,5 mgO3/gB). Além de acarretar em maior produção de etanol 2G, a etapa de EA favoreceu o aproveitamento energético dos resíduos gerados (líquidos e sólidos), o que permitiu cobrir os custos do pré-tratamento. Apesar da condição severa do pré-tratamento O3 + EA levar a um elevado consumo de energia, a venda do etanol gerado proporcionou um saldo de 37 USD/tB. Por fim, as condições brandas do pré-tratamento (O3 + EA) permitiram a sustentabilidade do processo, pela geração, via CHP, de energia elétrica excedente (~30MW/safra) que tem potencial para abastecer uma população de aproximadamente 320.000 habitantes durante a safra.
Resumo em outra língua: In the context of lignocellulosic biorefinery, the present study evaluates the energy and economic potential of sugarcane bagasse (SB) from the classical process of 1G ethanol and sugar production. For this, the residual SB was pretreated with ozone to produce ethanol 2G, integrated with the energetic use of the main residues of this process (residual sugarcane bagasse from the enzymatic hydrolysis step and alkaline extract from the SB pretreatment). For this purpose, it was studied possibilities of maximizing the production of 2G ethanol from ozonized bagasse and biogas from the main residues of this process. Correlation of biogas, adaptations in the anaerobic inoculum, improvements in the C/N ratio and co-digestion with algal biomass were all tested; in addition, anaerobic digestion processes were performed in one (DA-1E) and in two stages (DA-2E). To produce etanol 2G, the SB pretreatment with ozone followed (O3 + AE) or not (O3) by alkaline extraction (AE) was optimized by means of experimental design considering three response variables (delignification, enzymatic hydrolysis efficiency and theoretical production of ethanol 2G). For each optimized pretreatment (O3 and O3 + AE), fermentation tests were carried out aiming at the experimental production of ethanol 2G. The results showed that the maximization of biogas production was achieved by improving the C/N ratio via fortification of the anaerobic inoculum (UASB) with fresh bovine manure (UASB-FBM). This inoculum produced 143 NLCH4/kgVSbagasse (67% increase) during 100 days of sugarcane bagasse incubation; whereas the co-digestion of sugarcane bagasse with algal biomass was greater (99%), producing 195 NLCH4/kgVSbagasse. Considering the production of ethanol 2G, pretreatment of bagasse with only ozone (without AE), under mild conditions (7.5 mgO3/gbagasse), resulted in higher ethanol 2G production (30 mL/kgbagasse), corresponding to an income of 17 USD/tbagasse with its sale. For this pretreatment, the utilization of the electric energy generated, by CHP system, from the use of the waste from the ethanol production did not generate profit, but covered the energy expenses of the pretreatment. The ozonation of the bagasse followed by the alkaline extraction stage (O3 + AE) provided the highest yields of 2G ethanol (66 mL/kgbagasse) which was obtained using more severe ozonation conditions (97.5 mgO3/gbagasse). Besides the increased production of ethanol 2G, AE favored the energy utilization of the waste generated (liquid and solid), which allowed to cover the costs of the pretreatment. Despite the severe condition of the O3 + AE pretreatment result in high energy consumption, sales of ethanol generated an overbalance of 37 USD/tbagasse. Finally, the mild pretreatment conditions (O3 + AE) allowed the process sustainability via CHP system which generates an electricity surplus (~ 30MW/crop) capable to supply a population of approximately 320,000 inhabitants during the sugarcane harvest.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10073
Licença: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 27/07/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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