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dc.contributor.authorLongati, Andreza Aparecida
dc.date.accessioned2019-01-24T14:13:39Z
dc.date.available2019-01-24T14:13:39Z
dc.date.issued2018-12-06
dc.identifier.citationLONGATI, Andreza Aparecida. Implementação de unidade de processo para geração de energia empregando vinhaça e integração na biorrefinaria de produção de etanol. 2018. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10856.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10856
dc.description.abstractThe biofuels production is a promising alternative for decreasing fossil fuels dependency globally. Great efforts have been made in the search for energy optimization of the biofuel production process, in order to improve its sustainability and productivity. In Brazilian biorefineries sugar, ethanol, and electricity are produced from sugarcane. However, a considerable fraction of the energy from sugarcane (as organic matter) remains in vinasse. The anaerobic digestion (AD) of vinasse is a promising alternative, since it allows the recovery of energy (as biogas) while promote the reduction of its polluting organic load. In this context, the aim of this work was to evaluate different scenarios for the use of the biogas produced from vinasse in the AD of sugarcane vinasse. Also the biorefinery concept in the sugar-energy sector is introduced. First, it was used the Retro-Techno Economic Analysis (RTEA) approach. It consists of choosing the most important variables of the process and finding their threshold values and the correlation between them. The methodology was able to identify the main variables that affect the process global economic performance: enzyme load in the cellulose hydrolysis reactor, cellulose-to-glucose, and xylose-to-ethanol yields. Windows of feasible operation are the graphical output of the methodology, outlining regions to be further explored experimentally. Then, the biogas production from the vinasse in AD plants was investigated. Single- and two-phase AD systems were evaluated using technical, economic, and environmental aspects. It was assessed the use of biogas as a source of energy for the cogeneration system and as an energy source in an bagasse industrial dryer. The results showed that the AD system with two-phase presented higher biogas production for both biorefineries, 1G and 1G2G, resulting in higher eletricity production in both cases. In addition, in the 1G2G processes, the surplus energy provided by the use of biogas allowed more bagasse to be diverted to the 2G ethanol production, increasing the process productivity. The methodology identified the main variables that affect the process global economic performance of the AD plants: hidraulic retention time, conversion and the CH4 fraction in the biogas for the AD plants with single-phase. For AD plants with two-phase system the variables were: hidraulic retention time of the reactors (acidogenic and methanogenic) and biogas yield. The use of the biogas as an energy source of the bagasse dryer presented economic positive results in wide ranges of variation. In the environmental assessment, the use of biogas showed a smooth decrease in the environmental impacts compared to the conventional process and the 1G2G process presented the better results for most of environmental impacts categories compared to the 1G process. The results indicate that the use of biogas is a promising technology. Its production and use is responsible for improving the productivity and environmental impacts of the plant.eng
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectEtanol 1G e 1G2Gpor
dc.subjectBiorrefinariapor
dc.subjectBiogáspor
dc.subjectDigestão Anaeróbiapor
dc.subjectModelagem e Simulaçãopor
dc.subjectAnálise técnica-economica e ambientalpor
dc.subject1G and 2G Ethanolpor
dc.subjectBiorefineryeng
dc.subjectBiogaseng
dc.subjectAnaerobic digestioneng
dc.subjectModeling and simulationeng
dc.subjectTechno-economical and environmental analysiseng
dc.subjectRetro-techno-economic analysis (RTEA)eng
dc.titleImplementação de unidade de processo para geração de energia empregando vinhaça e integração na biorrefinaria de produção de etanolpor
dc.title.alternativeImplementation of a process unit for energy generation from vinasse and integration in a ethanol production biorefineryeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Cruz, Antonio José Gonçalves da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028por
dc.contributor.advisor-co1Furlan, Felipe Fernando
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4136352953168873por
dc.description.resumoA produção de biocombustíveis apresenta-se como uma eficiente alternativa para superar as limitações econômico-ambientais características à comercialização e utilização de combustíveis não-renováveis. Nas biorrefinarias brasileiras açúcar, etanol e energia elétrica são produzidos a partir da cana-de-açúcar. Contudo, uma parcela da energia proveniente da cana-de-açúcar permanece remanescente na vinhaça (como matéria orgânica). A digestão anaeróbia (DA) da vinhaça é uma alternativa promissora, pois possibilita a recuperação de energia (na forma de biogás) ao mesmo tempo em que reduz a carga orgânica deste efluente. Nesse contexto, o objetivo desta tese foi avaliar de forma técnica, econômica e ambiental diferentes cenários para o aproveitamento das correntes de biogás produzidas na digestão anaeróbia da vinhaça de cana-de-açúcar e também a inserção do conceito de biorefinaria (1G e 1G2G) no setor sucroenergético. Primeiramente, empregou-se para a análise técnico-econômica da biorrefinaria 1G2G a ferramenta denominada Análise Técnico-Econômica Reversa (ATER). Essa é uma técnica pela qual metas gerais para as variáveis-chave do processo são obtidas como um feedback para as equipes de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D). A metodologia identificou as principais variáveis que afetam o desempenho econômico global do processo de produção de etanol 1G2G: carga enzimática no reator de hidrólise da celulose, conversão de celulose a glicose e de xilose a etanol e também gerou janelas viáveis de operação do processo. Em seguida, foi investigado a produção de biogás a partir da vinhaça em plantas de DA. Foram avaliados os sistemas DA de única fase e de duas fases. Aspectos técnicos, econômicos e ambientais do uso do biogás como fonte de energia para o sistema de cogeração e como fonte de energia em um secador industrial (usado para reduzir a umidade do bagaço e da fração sólida não hidrolisada que alimentam a caldeira) foram investigados. Os resultados mostraram que o sistema de DA com separação de fases apresentou maior poder calorífico do biogás para os cenários que produzem etanol 1G e 1G2G, resultando em maior geração de energia elétrica em ambos casos. Além disso, nos processos 1G2G, o excedente de energia proporcionado pela uso do biogás permitiu que maior quantidade de bagaço fosse desviado para a produção de etanol 2G, elevando a produtividade do processo. As variáveis que apresentaram maior impacto na avaliação econômica dos reatores de DA foram determinadas a partir da técnica ATER: o tempo de residência, a conversão e a fração de CH4 do biogás para os casos em que a DA foi realizada em fase única. Para os casos em que a DA foi realizada em sistema com separação de fases, as variáveis foram: os tempos de residência dos reatores (acidogênicos e metanogênicos) e o rendimento de biogás. Na avaliação econômica, o biogás quando usado como fonte de energia de um secador industrial de bagaço apresentou resultados positivos em amplas faixas de variação, enquanto a queima do biogás em caldeira se demonstrou viável apenas para processos 1G2G. Na avaliação ambiental, a biodigestão da vinhaça e o uso do biogás reduziram os impactos ambientais e os cenários de produção de etanol 1G2G exibiram melhores resultados que o cenário consolidado 1G.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 2015/11468-9por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/9459400761222720por


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