Sistema de captura de CO2 em caldeiras de biomassa para a produção de precipitado de carbonato de cálcio (PCC): Uma revisão sistemática e análise teórica

dc.contributor.advisor1Yamaji, Fabio Minoru
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4787449634914831
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-0908-8163
dc.contributor.authorSaura, Marcelo
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/4695627219392940
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0002-4575-6752
dc.date.accessioned2025-04-01T16:36:38Z
dc.date.issued2025-02-28
dc.description.abstractThe growing concern with greenhouse gas emissions has driven research into viable technologies for capturing and utilizing these gases, particularly CO2. This work is structured into three chapters. The first presents a literature review of CO2 capture and reuse technologies, including absorption, adsorption, SARC, membranes, and oxycombustion, applied to thermal energy generation systems using renewable fuel sources. It emphasizes economic feasibility and carbon footprint reduction in PCC production for the paper industry. The second chapter covers a bibliometric and systematic review that helped identify scientific trends and technological advancements in CO2 capture, as well as evaluate the economic and operational feasibility of the SARC system for reducing carbon footprints in the industrial sector. A total of 6,228 documents were analyzed from the Web of Science platform (1997–2023), using the terms “CO2 capture,” “Captura de CO2,” “Flue gas,” and “Gases de combustão,” from which 362 articles were selected for systematic review. It was observed that 52.68% of global publications occurred between 2018 and 2023, while 43.03% of Brazilian studies were published between 2021 and 2023. The most relevant fields included engineering, fuels and energy, and chemistry, with emphasis on technologies such as chemical absorption, adsorption, membranes, oxy-combustion, and the SARC system, which stands out for its lower steam demand and ease of integration into existing industrial facilities. The third chapter presents a theoretical scenario for CO2 capture and utilization in the production of PCC in a pulp and paper mill, using the SARC system as the capture technology. For this, three operational PCC production scenarios were simulated using ASPEN Plus V.14 and Vulcano 2.5: current PCC production from non-renewable CO2 sources, PCC production using simulated data from CO₂ generation by a hypothetical biomass boiler without a capture system, and PCC production using CO2 captured by the SARC system. Although the capture system efficiency was initially estimated at 80%, bottlenecks in the PCC plant’s hydrators reduced this efficiency to 27.2%. Even so, the simulation predicts a theoretical daily PCC production increase from 301.4 to 701.4 tons, representing a 204% increase in contribution margin. Moreover, replacing cellulose with PCC in paper production demonstrated additional economic potential, estimated at approximately R$ 3.02 million per month for each 1% increase in PCC content, provided that paper quality is not compromised. These findings provide a foundation for developing more efficient and sustainable approaches in the industrial sector, although the observed limitations, especially those related to adsorbents highlight the need for further research.eng
dc.description.resumoA crescente preocupação com as emissões de gases de efeito estufa tem impulsionado pesquisas sobre tecnologias viáveis para a captura e aplicação dos gases de efeito estufa, em especial para o CO2. Este trabalho está estruturado em três capítulos, sendo que o primeiro, uma revisão bibliográfica, das tecnologias de captura e reutilização de CO2, incluindo absorção, adsorção, SARC, membranas e oxi‐combustão, em sistemas geradores de energia térmica com fontes de combustíveis renováveis, enfatizando viabilidade econômica e redução da pegada de carbono na produção de PCC para a indústria de papel. O segundo capítulo aborda-se uma revisão bibliométrica e sistemática que permitiu identificar tendências científicas e avanços tecnológicos na captura de CO2, bem como avaliar a viabilidade econômica e operacional do sistema SARC para reduzir a pegada de carbono no setor industrial. Foram analisados 6.228 documentos, extraídos da plataforma Web of Science (período de 1997 a 2023), utilizando os termos “CO2 capture”, “Captura de CO2”, “Flue gas” e “Gases de combustão”, dos quais 362 artigos foram selecionados para a revisão sistemática. Observou-se que 52,68% das publicações globais ocorreram entre 2018 e 2023, enquanto 43,03% dos estudos brasileiros foram publicados entre 2021 e 2023. As áreas mais relevantes englobaram engenharia, combustíveis e energia, e química, com ênfase em tecnologias como absorção química, adsorção, membranas, oxi-combustão e o sistema SARC, o qual se destaca pela menor demanda por vapor e facilidade de integração à indústrias já em operação. No terceiro capítulo, foi desenvolvido um cenário teórico de captura e utilização de CO2 para a produção de PCC em uma indústria de celulose e papel, empregando o sistema SARC como tecnologia de captura. Para isso, três cenários operacionais de produção de PCC foram simulados com os softwares ASPEN Plus V.14 e Vulcano 2.5: a produção atual de PCC de fontes não renováveis de CO2, a produção de PCC utilizando os dados simulados da geração de CO2 proveniente de uma caldeira hipotética de biomassa sem sistema de captura, e a produção de PCC com CO2 capturado pelo sistema SARC. Embora a eficiência do sistema de captura tenha sido estimada em 80%, gargalos nos hidratadores da planta de PCC foram encontrados, reduzindo essa eficiência para 27,2%. Mesmo assim, a simulação prevê um aumento na produção teórica diária de PCC, passando de 301,4 para 701,4 toneladas, o que representa um acréscimo de 204% na margem de contribuição. Além disso, a substituição de celulose por PCC na produção de papel apresentou um potencial econômico adicional, estimado em aproximadamente R$ 3,02 milhões por mês para cada aumento de 1% no teor de PCC, desde que a qualidade do papel não seja comprometida. Esses achados fornecem subsídios para o desenvolvimento de abordagens mais eficientes e sustentáveis no setor industrial, embora as limitações observadas, especialmente relacionadas aos adsorventes, indiquem a necessidade de investigações futuras.por
dc.identifier.citationSAURA, Marcelo. Sistema de captura de CO2 em caldeiras de biomassa para a produção de precipitado de carbonato de cálcio (PCC): Uma revisão sistemática e análise teórica. 2025. Dissertação (Mestrado em Planejamento e Uso de Recursos Renováveis) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21736.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/21736
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus Sorocaba
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Planejamento e Uso de Recursos Renováveis - PPGPUR-So
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectCaptura de CO2por
dc.subjectAspen pluspor
dc.subjectSistema SARCpor
dc.subjectRedução de emissõespor
dc.subjectGases de combustãopor
dc.subjectCO2 captureeng
dc.subjectAspen pluseng
dc.subjectSARC systemeng
dc.subjectEmission reductioneng
dc.subjectFlue gaseseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::ENERGIA DE BIOMASSA FLORESTAL
dc.titleSistema de captura de CO2 em caldeiras de biomassa para a produção de precipitado de carbonato de cálcio (PCC): Uma revisão sistemática e análise teóricapor
dc.title.alternativeCO₂ Capture System in Biomass Boilers for the Production of Precipitated Calcium Carbonate (PCC): A Systematic Review and Theoretical Analysiseng
dc.typeDissertação

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