Avaliação de rotas tecnológicas para o aproveitamento energético do bagaço de cana-de-açúcar.
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Date
2018
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Abstract
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.
Description
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
Keywords
Biorrefinaria lignocelulósica, Ozonixação, Biogás, Sustentabilidade energética
Citation
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.