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Title: Produção de metano e hidrogênio com hidrolisados gerados no tratamento oxidativo do bagaço de cana-de-açúcar.
Authors: Herrera Adarme, Oscar Fernando
metadata.dc.contributor.advisor: Aquino, Sergio Francisco de
Keywords: Ozonização
Bagaço de cana
Biomassa vegetal
Digestão anaeróbia
Issue Date: 2015
metadata.dc.contributor.referee: Mounteer, Ann Honor Mounteer
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Citation: ADARME, Oscar Fernando Herrera. Produção de metano e hidrogênio com hidrolisados gerados no tratamento oxidativo do bagaço de cana-de-açúcar. 2016.108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.
Abstract: Atualmente, a principal fonte de energia utilizada na grande maioria das atividades industriais é o petróleo e o gás natural, cujas quantidades e disponibilidade estão sujeitas a diferentes fatores como econômicos, ambientais e políticos. Neste sentido, o processamento de recursos renováveis, como a biomassa, é uma alternativa estratégica e sustentável para a produção de energia e combustíveis. Uma fonte de matéria prima renovável (biomassa) para conversão em biocombustível e biogás são os resíduos lignocelulósicos como o bagaço de cana. Tais materiais possuem, em suas composições, teores consideráveis de compostos poliméricos como celulose, hemiceluloses e lignina, os quais podem liberar compostos fermentescíveis para produção de energia mediante o uso de técnicas de pré-tratamento. Em geral os métodos de pré-tratamento de biomassas lignocelulósicas podem ser divididos em físicos, químicos e biológicos e seu objetivo principal é fracionar o material lignocelulósico. No presente estudo, foi avaliada a efetividade de utilização de ozônio, em diferentes valores de pH para permitir a oxidação molecular e radicalar, no pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar visando à obtenção de hidrolisados fermentescíveis para produção de biogás (CH4 e H2) mediante digestão anaeróbia. As variáveis estudadas no pré-tratamento foram pH, tempo de reação (min), carga de ozônio (mg/min) e razão solido-liquido - RSL (g/mL). Os resultados mostraram que é possível remover 45,2 % da lignina e 48,3 % de hemiceluloses usando ozônio (8 mg/min) em pH 11, por 15 min, na razão RSL de 0,075 g/mL.Os hidrolisados obtidos foram caraterizados em função do teor de açúcares, carbono orgânico total, lignina solúvel, furanos e alguns outros compostos presentes identificados por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. A Avaliação do potencial bioquímico de metano (PBM) e hidrogênio (PBH) dos hidrolisados obtidos, mostrou que é possível produzir 2,6 Nm3 CH4 e 0,2 Nm3 de H2 por kg de COD nas melhores condições. Finalmente, foi realizada uma análise energética dos pré-tratamentos, mostrando um gasto significativamente alto relacionado à produção de ozônio. No entanto, ao se considerar o uso da fração sólida pré-tratada para produção de etanol 2G, o investimento energético no pré-tratamento é compensado, garantindo assim a viabilidade do processo integrado de produção de combustíveis de 1ª e 2ª geração.
metadata.dc.description.abstracten: Currently, the major sources of energy consumed by industrial activities include petroleum and natural gas, whose amounts and availability are both subject to economic, environmental and political factors. With this in mind, the use of renewable resources such as lignocellulosic biomass, serves as an alternative and sustainable strategy for the production of energy and fuels. Sugarcane bagasse can be considered as a good primary source of renewable energy for its conversion into biofuels and biogas. This agroindustrial material is rich in polymeric content such as cellulose, hemicellulose and lignin. After undergoing biomass pretreatments, these polymers may then liberate fermentable sugars for the production of energy. These pretreatments are generally divided into the following groups: physical, chemical and biological, all with the objective of fractionating lignocellulosic material. In the present study, the efficiency of ozone, in differents pH values to assess molecular and radicalar oxidation, was evaluated for the pretreatment of sugarcane bagasse with the objective of obtaining fermentable hydrolysates for the production of biogas (CH4 e H2) via anaerobic digestion. The variables studied included pH, reaction time (min), ozone mass flow (mg/min), and solid-to-liquid ratio - SLR (g/mL). The results show that it is possible to remove 45.2% of lignin and 48.3% of hemicelluloses with the use of ozone (8 mg/min) at pH 11 for 15 min, employing a SLR of 0.075 g/mL . The hydrolysates obtained were characterized by the following contents: sugars, total organic carbon, soluble lignin, furans, and other components identified by gas chromatography and mass spectrometry. The evaluation of biochemical potential of methane (BPM) and hydrogen (BPH) of the resulting hydrolysates show that it was possible to produce 2.6 Nm3 of CH4 and 0.2 Nm3 of H2 per kg of TOC in the best conditions. Lastly, an energetic balance of the pretreatments were made, showing that significantly high energy is needed for ozone production. Therefore, considering the use of the pretreated solid fraction for the production of 2G ethanol, the energetic investment made in the pretreatment is compensed for, guaranteeing the viability of the integrated process for the production of 1G and 2G fuels.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6986
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 13/09/2016 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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