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Obtenção de biogás a partir da co-digestão anaeróbia de resíduos do processo de produção de bioetanol de primeira e segunda geração.
Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/650598
Registro completo de metadados
| Metadados | Descrição | Idioma |
|---|---|---|
| Autor(es): dc.contributor | Aquino, Sergio Francisco de | - |
| Autor(es): dc.contributor | Baeta, Bruno Eduardo Lobo | - |
| Autor(es): dc.contributor | Aquino, Sergio Francisco de | - |
| Autor(es): dc.contributor | Zaiat, Marcelo | - |
| Autor(es): dc.contributor | Rodrigues, Fábio de Ávila | - |
| Autor(es): dc.contributor | Silva, Silvana de Queiroz | - |
| Autor(es): dc.contributor | Baeta, Bruno Eduardo Lobo | - |
| Autor(es): dc.contributor | Gurgel, Leandro Vinícius Alves | - |
| Autor(es): dc.creator | Herrera Adarme, Oscar Fernando | - |
| Data de aceite: dc.date.accessioned | 2022-02-21T19:58:48Z | - |
| Data de disponibilização: dc.date.available | 2022-02-21T19:58:48Z | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2021-05-05 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2021-05-05 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2019 | - |
| Fonte completa do material: dc.identifier | http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13224 | - |
| Fonte: dc.identifier.uri | http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/650598 | - |
| Descrição: dc.description | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto. | - |
| Descrição: dc.description | Neste trabalho foi avaliada a co-digestão anaeróbia (AcD) dos subprodutos da biorefinaria da cana-de-açúcar, especificamente, hidrolisado hemicelulósico (HH) (obtido pelo pré-tratamento hidrotérmico do bagaço da cana (SB)), vinhaça (gerada durante o processo de produção de etanol de primeira geração), extrato de levedura (YE) (que pode ser obtidos a partir de leveduras descartadas) e cinzas volantes de bagaço de cana (SBFA), usando experimentos de potencial bioquímico de metano (PBM). As melhores condições experimentais da AcD em batelada (proporção de mistura de 25-75% de HH-vinhaça; 1,0 g L-1 YE; 15 g L-1 SBFA e 100-0% de HH-vinhaça, 1,5 g L-1 YE; 45 g L-1 SBFA) levaram à produção de 0,279 e 0,267 Nm3 de CH4 por kg de demanda química de oxigênio (DQO) removida com um excedente de energia de 0,43 e 0,34 MJ kg SB-1, respectivamente. Realizaram-se experimentos de adsorção utilizando SBFA mostrando que é possível adsorver até 61,71 e 58,21 mg g-1 de 5-hidroximetil-2- furfuraldeído e 2-furfuraldeído, reduzindo assim a toxicidade do substrato e melhorando a produção de biogás durante a AcD dos subprodutos mencionados. Posteriormente, dois sistemas anaeróbios mesofílicos alimentados continuamente com a mistura de HH e vinhaça e inoculados com SBFA e YE foram utilizados para validar os dados obtidos em batelada. Um novo reator anaeróbio de leito estruturado de estágio único (nSBR) foi comparado com um sistema acidogênico-metanogênico de dois estágios, formado por um reator acidogênico de leito estruturado (ASTBR) seguido por um reator metanogênico UASB. A carga orgânica (OLR) (de 0,9 a 10,8 g COD L-1 d-1) aplicada em estes sistemas foi atingida pela fixação do tempo de retenção hidráulica (HRT) nos reatores (17,5 h em nSBR; 6 h no ASTBR e 19,9 h no UASB) e a alteração da concentração de DQO da alimentação por meio de diluição. Os resultados mostraram a viabilidade do uso de um sistema de dois estágios (ASTBR / UASB) no tratamento de uma mistura HH-vinhaça, levando a uma remoção global de DQO superior a 80% e um rendimento de metano de 0,245 Nm3 CH4 kg de COD-1r. Por sua vez, o sistema de estágio único (nSBR) levou a 65% da remoção da DQO e 0,205 Nm3 CH4 kg de COD-1r de rendimento de metano. Análises da comunidade microbiana do lodo coletado dos reatores anaeróbios em diferentes condições operacionais mostraram mudanças estruturais e relacionais entre as comunidades microbianas dominantes, pertencentes aos gêneros Clostridium, 8 Bacteroides, Desulfovibrio, Lactobacillus, Lactococcus, Longilinea, Methanosaeta, Pleomorphomonas e Syntrophus, e as condições cinéticas, hidrodinâmicas e de performance dos sistemas anaeróbios. Ambos sistemas, único (nSBR) e duplo (ASTBRUASB) estagio, exibiram estabilidade a longo prazo de operação (240 dias) com baixo acúmulo de AGV (média de 550 mgL-1 no nSBR e 625 mgL-1 no UASB). Finalmente, para cenários que consideram uma biorrefinaria de cana-de-açúcar integrada, uma avaliação técnico-econômica e ambiental foi realizada mostrando que o rendimento de metano é o parâmetro mais sensível. O melhor cenário mostrou, que usando um sistema anaeróbio de dois estágios para o substrato estudado e considerando o uso de 50% do excedente do bagaço para a produção de etanol, foi possível atingir uma taxa interna de retorno (TIR), um retorno sobre o investimento (ROI) e um período de payback de 26%, 89,05% e 5,36 anos, respectivamente. Indicadores de impacto ambiental como pegada de carbono, que variou de 12,3 a 50,02 g CO2/MJ e % de redução de emissões (de 42,7 a 85,9%) para etanol 2G e processo de produção de biogás foram obtidos em todos os cenários. Assim, os resultados evidenciaram a importância do investimento em P&D e da implementação de Políticas de Biocombustíveis, principalmente para produção de etanol 2G (bagaço disponível), e também para a co-digestão anaeróbia de subprodutos buscando atingir objetivos de economia circular e viabilidade global da bioferinaria de cana de açúcar integrada. | - |
| Descrição: dc.description | In this thesis anaerobic co-digestion (AcD) of sugarcane biorefinery byproducts, i.e. hemicelluloses hydrolysate (HH) (obtained by hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse), vinasse (generated during 1G ethanol production process), yeast extract (YE) (which can be obtained from spent/excess yeast) and sugarcane bagasse fly ashes (SBFA), was optimized by means of biochemical methane potential (BMP) experiments. The best experimental conditions of AcD (25-75% HH-to-vinasse mixture ratio; 1.0 g L-1 YE; 15 g L-1 SBFA and 100-0% HH-to-vinasse; 1.5 g L-1 YE; 45 g L-1 SBFA) led to the production of 0.279 and 0.267 Nm3 of CH4 per kg of chemical oxygen demand (COD) removed with an energy surplus of 0.43 and 0.34 MJ kg SB-1, respectively. Adsorption experiments using SBFA were carried out and showed this residue could adsorb up to 61.71 and 58.21 mg g-1 of 5-hydroxymethyl-2-furfuraldehyde and 2-furfuraldehyde, thereby reducing toxicity and improving biogas production during AcD of the aforementioned byproducts. Subsequently, two mesophilic anaerobic systems fed continuously with the mixture of HH and vinasse and inoculated with SBFA and YE were used in order to validate batch data. A single stage novel structured bed anaerobic reactor (nSBR) was compared with a two-stage acidogenic-methanogenic system formed by an acidogenic structured-bed reactor (ASTBR) followed by an UASB methanogenic reactor. The organic loading rate (OLR) (from 0.9 to 10.8 g COD L-1 d-1) applied to these systems was attained by fixing the hydraulic retention time (HRT) in the reactors (17.5 h in nSBR; 6 h in the ASTBR and 19.9 h in the UASB) and changing the influent COD concentration by means of dilution. The results showed the feasibility of applying the two-stage system (ASTBR/UASB) to treat a HH-vinasse mixture, leading to a global COD removal higher than 80% and methane yield of 0.245 Nm3 CH4 kg CODr-1. In its turn, the single stage (nSBR) system led to 65% of COD removal and 0.205 Nm3 CH4 kg CODr-1 of methane yield. Microbial community analyses of sludge collected from the single (nSBR) and twostage system (SBR/UASB) at different operational conditions revealed structural changes and the relation among the main genus found (Clostridium, Bacteroides, Desulfovibrio, Lactobacillus, Lactococcus, Longilinea, Methanosaeta, Pleomorphomonas and Syntrophus) with processes performance, kinetic and hydrodynamic parameters. Both systems (single nSBR and ASTBR-UASB) exhibited a stable long-term operation (240 days) with low VFA accumulation (average of 550 mg/L at nSBR and 625 mg/L at UASB). Finally, for scenarios that consider an integrated sugarcane biorefinery, technical-economic and environmental assessment was realized showing that methane yield is the most sensitive parameter. The better scenario showed, that using a two-stage anaerobic system for byproducts and considering the use of 50% of bagasse surplus for ethanol production, was possible achieve the internal rate of return (IRR), return on investment (ROI), and payback period of 26%,89.05% and 5.36 years respectively. Environmental impact indexes such as carbon footprint, which varied from 12.3 to 50.02 g CO2 /MJ and % of emission reduction (from 42.7 to 85.9 %) for 2G ethanol and biogas production process was obtained in all scenarios. Thus, the results evidenced the importance of investment in R&D and the implementation of Biofuel Policies especially in 2G ethanol production (available bagasse) but also in the anaerobic co-digestion of byproducts for attain its global feasibility. | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Idioma: dc.language | en | - |
| Direitos: dc.rights | aberto | - |
| Direitos: dc.rights | Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 20/04/2021 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 a adaptação. | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Digestão anaeróbia | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Bagaço de cana - cinzas | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Biogás | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Cana de açúcar - biorrefinaria | - |
| Título: dc.title | Obtenção de biogás a partir da co-digestão anaeróbia de resíduos do processo de produção de bioetanol de primeira e segunda geração. | - |
| Título: dc.title | Biogas production by anaerobic co-digestion using byproducts of first- and second-generation bioethanol production process. | - |
| Tipo de arquivo: dc.type | livro digital | - |
| Aparece nas coleções: | Repositório Institucional - UFOP | |
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