Tesis
Biodigestão anaeróbica da vinhaça : abordagem do modelo ADM1 em usinas sucroalcooleiras do Centro-Oeste
Fecha
2020-12-24Registro en:
SANTOS, Raflem Christian Matos dos. Biodigestão anaeróbica da vinhaça: abordagem do modelo ADM1 em usinas sucroalcooleiras do Centro-Oeste. 2020. xv, 80 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Autor
Santos, Raflem Christian Matos dos
Institución
Resumen
A produção de etanol no Brasil aumenta a cada ano e, por consequência a de vinhaça segue o
mesmo comportamento, uma vez que a cada litro de etanol produzido, 12 litros de vinhaça
também são produzidos em conjunto. Estima-se que no Brasil, em 2019, foram produzidos 34
milhões de m3 de etanol, gerando assim, 408 milhões de m3 de vinhaça de cana-de-açúcar.
Esta produção de vinhaça, em sua maioria, é aplicada nos solos das próprias plantações de
cana-de-açúcar como um fertilizante, porém este tipo de descarte causa danos tanto ao solo
quanto a atmosfera, produzindo gases do efeito estufa (CH4 e N2O) capazes de aumentar em
21 vezes o potencial poluidor da usina. Uma das opções à fertirrigação vem ganhando forças
devido ao caráter renovável, que é a biodigestão anaeróbica. Neste processo, os compostos
orgânicos são transformados em metano e dióxido de carbono (biogás) a partir de bactérias
degradadoras. Este processo exige cargas altas de matéria orgânica para que seja possível a
produção do biogás, e visto que a vinhaça possui essa característica, o processo se torna
aplicável. Porém, as indústrias sucroalcooleiras reportam dificuldades para alinharem sua
produção à tecnologia pela escassez de informações sobre produções de biogás encontradas
na literatura. Assim, a aplicação de modelos matemáticos permutaria a troca entre informação
e impulsionamento para grandes usinas instalarem complexos produtores de biogás anexados
à produção de etanol, aumentando a capacidade produtiva de energia renovável e evitando as
emissões causadas pela prática de fertirrigação. Desta forma, buscou-se mostrar a
aplicabilidade de modelagem matemática para estimar o potencial de produção de biogás de
usinas da região Centro-Oeste. O modelo escolhido foi o ADM1, criado pelo grupo de estudos
da IWA. Esta escolha foi feita pelo fato do modelo apresentar equacionamento completo de
todas as fases da biodigestão anaeróbica, além de ser consolidado e testado em outros
trabalhos. O modelo foi implementado na plataforma de simulação Matlab e validado por dois
outros trabalhos, um em estado estacionário e outro em estado dinâmico. Após a validação, o
modelo foi utilizado para simular a biodigestão da vinhaça e apresentou resultados
satisfatórios. O modelo estimou uma produção volumétrica de 0,452 Nm3 CH4 m
−3
d
−1
e fração
0,75 de CH4 no biogás. A produção específica alcançada também apresentou semelhança a
outros trabalhos, com valor de 0,372 Nm3 biogás kgDQO−1
, assim como a eficiência de
remoção (72,06%). Com estes resultados, foi possível estimar a produção de biogás do Centro-
Oeste (1.321,5 milhões de m3 de biogás) e estimar uma redução de até 123% dos gases de
efeito estufa liberados pela fertirrigação quando essa aplicação é substituída por geração de
energia elétrica com o biogás produzido.