Orientadores: Rubens Maciel Filho, Antonio Bonomi

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A busca por sustentabilidade em processos industriais tem levado a uma mudança visando à utilização de fontes renováveis para geração de energia em substituição aos combustíveis fósseis, de modo a modificar a matriz energética global. Dentro deste escopo, o presente trabalho avaliou a...

Resumo: A busca por sustentabilidade em processos industriais tem levado a uma mudança visando à utilização de fontes renováveis para geração de energia em substituição aos combustíveis fósseis, de modo a modificar a matriz energética global. Dentro deste escopo, o presente trabalho avaliou a viabilidade técnico-econômica e os impactos ambientais resultantes da integração entre plantas de microalgas em larga escala e usinas de cana-de-açúcar em um verdadeiro conceito de biorrefinaria. A integração de processos foi baseada em: (1) utilização de CO2 produzido durante a fermentação e de CO2 contido em biogás para crescimento fotoautotrófico de microalgas; (2) emprego de vinhaça como fonte de carbono para o crescimento heterotrófico de microalgas; e (3) uso de vetores energéticos da usina de cana-de-açúcar para permitir a produção e o processamento da biomassa de microalgas, como energia elétrica e vapor de processo. Diversas configurações foram avaliadas através de modelagem e simulação com o software comercial Aspen Plus® (AspenTech) e com planilhas eletrônicas, utilizando dados obtidos da literatura científica. A avaliação indicou que o aumento do período de operação de uma usina de cana-de-açúcar de 200 para 330 dias representa um passo importante para aumentar o retorno financeiro de biorrefinarias dado os menores investimentos fixos envolvidos. Em relação à produção de microalgas, o alto consumo de insumos, como energia elétrica e químicos, deve ser enfrentado em escala piloto e industrial de modo a melhorar a viabilidade de tais projetos. Os resultados também apontam para o impacto positivo da incorporação da biodigestão de vinhaça para produção de biogás (e sua purificação a biometano) sobre o desempenho ambiental da produção de etanol. Finalmente, a influência da atual Política Nacional de Biocombustíveis (RenovaBio) sobre usinas de cana-de-açúcar e biorrefinarias integradas foi avaliada. Dado o baixo impacto em aquecimento global dos biocombustíveis produzidos nas biorrefinarias integradas (bioetanol e biodiesel, de acordo com o cenário), plantas combinadas de microalgas e cana-de-açúcar serão capazes de mitigar mais emissões de CO2 que usinas convencionais - e, dessa forma, poderão aumentar a sua receita através da comercialização de uma maior quantidade de créditos de descarbonização no mercado brasileiro

Abstract: The search for industrial processes with higher sustainability performance has led to a change towards the utilization of renewable sources for energy generation in substitution of fossil fuels, with the intention of modifying the global energy matrix. Under this scope, the present work...

Abstract: The search for industrial processes with higher sustainability performance has led to a change towards the utilization of renewable sources for energy generation in substitution of fossil fuels, with the intention of modifying the global energy matrix. Under this scope, the present work evaluated the techno-economic feasibility and the environmental impacts of the integration between large-scale microalgae facilities and sugarcane mills into a true biorefinery concept. Process integration was based on: (1) the utilization of CO2 produced during ethanol fermentation and that contained in biogas for the photoautotrophic growth of microalgae; (2) the employment of vinasse as the carbon source for the heterotrophic growth of microalgae; and (3) the use of energy vectors from the sugarcane mill to enable the production and processing of the microalgae biomass, such as electric energy and process steam. Several configurations were assessed via modeling and simulation with the commercial software Aspen Plus® (AspenTech) and electronic spreadsheets with data obtained from the scientific literature. The assessment indicates that increasing the operation period of a sugarcane mill from 200 to 330 days represents an important step towards increasing the economic return of biorefineries in view of the lower capital expenditures involved. Regarding microalgae production, the high intensity in terms of inputs, such as electric energy and chemicals, must be tackled to improve the overall feasibility of such projects. The results point out to a positive impact due to the addition of AD of vinasse for biogas production (and sequential upgrading to biomethane) on the environmental performance of anhydrous ethanol production. Finally, the influence of the National Biofuel Program (RenovaBio) over sugarcane mills and over integrated sugarcane-microalgae biorefineries was assessed. In view of the low climate change impact associated to biofuels produced in integrated biorefineries (ethanol and biodiesel, according to the assessed scenario), combined microalgae-sugarcane plants will be able to mitigate a larger amount of CO2 emissions than conventional sugarcane mills - and, therefore, will be able to increase the revenues through the commercialization of larger quantities of decarbonization credits in the Brazilian market

Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF