Tratamento eletroquímico de efluentes orgânicos integrado à produção de hidrogênio verde: Uma avaliação de viabilidade econômica

dc.contributor.advisor1Ruotolo, Luís Augusto Martins
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6167735734348703
dc.contributor.authorArnosti, Gabriel Speranza
dc.date.accessioned2025-04-04T13:56:46Z
dc.date.issued2025-02-17
dc.description.abstractElectrochemical oxidation is a promising technology for the treatment of organic effluents that are recalcitrant to biological treatment, utilizing electric energy to completely oxidize organic pollutants in wastewater, converting them into carbon dioxide at the anode of an electrolytic cell. The cell uses a boron-doped diamond (BDD) anode due to its high capacity to oxidize organic compounds, and a stainless steel cathode, separated by a membrane that ensures the production of pure hydrogen. The hydrogen produced using renewable energy in electrolysis is classified as green, and its commercialization reduces treatment expenses, making the process economically viable and environmentally beneficial without using chemicals to reduce the Chemical Oxygen Demand (COD) of the effluent. This study analyzes the economic feasibility of this process, whose batch model includes an electrochemical reactor and complementary equipment. Kinetic modeling, already consolidated in the literature with excellent agreement between experimental data and predicted values, is applied to analyze different initial COD values and current densities, evaluating the efficiency of electrochemical treatment and hydrogen production. The analysis highlights the financial benefits of the treatment and its contribution to sustainable practices in green hydrogen production. Through the Cost-Benefit Index (CBI), the ratio of profit from gas commercialization to electricity cost, the most economically attractive condition was defined. A CBI of 0.63 was obtained for a current density of 100 A m⁻², this value being independent of the analyzed initial COD values. The impact of the process's operational and capital expenses was evaluated to identify the ideal economic condition, concluding with the financial analysis of the investment in terms of Payback and Net Present Value (NPV). It was found that low current densities maximize cost recovery, as they result in lower OPEX for the process and allow for higher profit margins. In this scenario, despite significantly higher CAPEX due to the increased anodic area requirement, it was estimated that with a high-profit margin, the payback was 3 years and the NPV for an 8-year period reached US$ 1,041,127, suggesting the economic feasibility and attractiveness of the investment.eng
dc.description.resumoA oxidação eletroquímica é uma tecnologia promissora para o tratamento de efluentes orgânicos recalcitrantes ao tratamento biológico, utilizando energia elétrica para oxidar completamente poluentes orgânicos em águas residuais, convertendo-os em dióxido de carbono no ânodo de uma célula eletrolítica. A célula utiliza um ânodo de diamante dopado com boro (DDB) devido à sua alta capacidade de oxidar compostos orgânicos, e um cátodo de aço inoxidável, separados por uma membrana que assegura a produção de hidrogênio puro. O hidrogênio produzido com o uso de energia renovável na eletrólise é classificado como verde, e sua comercialização reduz as despesas do tratamento, tornando o processo economicamente viável e ecologicamente benéfico, sem utilizar produtos químicos para a redução da Demanda Química de Oxigênio (DQO) do efluente. Este trabalho analisa a viabilidade econômica desse processo, cujo modelo em batelada inclui um reator eletroquímico e equipamentos complementares. Aplica-se a modelagem cinética já consolidada na literatura, com excelente concordância entre dados experimentais e valores previstos, para promover a análise de distintos valores de DQO inicial e densidades de corrente, avaliando a eficiência do tratamento eletroquímico e a produção de hidrogênio. A análise destaca os benefícios financeiros do tratamento e a contribuição para práticas sustentáveis na produção de hidrogênio verde. Através do Índice de Custo-Benefício (ICB), razão entre o lucro obtido com a comercialização do gás e o custo com energia elétrica, definiu-se a condição mais economicamente atrativa. Obteve-se um ICB de 0,63 para a densidade de corrente de 100 A m⁻², sendo este valor independente dos valores de DQO₀ analisados. Avaliou-se o impacto das despesas operacionais e de capital do processo com o objetivo de identificar a condição econômica ideal, concluindo com a análise financeira do investimento em termos de Payback e Valor Presente Líquido (VPL). Constatou-se que densidades de corrente pequenas maximizam a recuperação dos custos, uma vez que resultam em menor OPEX ao processo e possibilitam a aplicação de margens de lucro mais altas. Nesse cenário, apesar do CAPEX ser significativamente mais elevado devido ao maior requerimento de área anódica, estimou-se que, com uma margem de lucro elevada, o payback foi de 3 anos e o VPL para um período de 8 anos atingiu US$ 1.041.127, sugerindo a viabilidade econômica e a atratividade do investimento.
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationARNOSTI, Gabriel Speranza. Tratamento eletroquímico de efluentes orgânicos integrado à produção de hidrogênio verde: Uma avaliação de viabilidade econômica. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21796.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/21796
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Química - EQ
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectOxidação eletroquímica
dc.subjectEfluentes orgânicos
dc.subjectHidrogênio verde
dc.subjectAnálise econômica
dc.subjectDemanda química de oxigênio
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.titleTratamento eletroquímico de efluentes orgânicos integrado à produção de hidrogênio verde: Uma avaliação de viabilidade econômica
dc.title.alternativeElectrochemical treatment of organic wastewater integrated with green hydrogen production: An economic feasibility assessmenteng
dc.typeTCC

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