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Biodigestão anaeróbia termofílica de vinhaça em sistemas combinados do tipo acidogênico-metanogênico para potencialização da recuperação de bioenergia em biorrefinarias de cana-de-açúcar de primeira geração

Processo: 12/15606-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2013
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2017
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
Pesquisador responsável:Marcelo Zaiat
Beneficiário:Lucas Tadeu Fuess
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos, SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:09/15984-0 - Produção de bioenergia no tratamento de águas residuárias e adequação ambiental dos efluentes e resíduos gerados, AP.TEM
Assunto(s):Bio-hidrogênio   Biorrefinarias   Vinhaça   Digestão anaeróbia   Biogás

Resumo

As dificuldades associadas à comercialização e à utilização de combustíveis fósseis verificadas nas últimas décadas resultaram no desenvolvimento de fontes energéticas alternativas, tendo em vista uma demanda cada vez maior por energia, especialmente no setor automotivo. Dentre as fontes alternativas, destaca-se a indústria de biocombustíveis, especialmente aquela associada à produção de etanol. A produção de etanol baseia-se na fermentação de açúcares presentes em materiais de origem biológica (p.ex. cana-de-açúcar, milho, etc.) e na destilação da mistura alcoólica gerada no processo fermentativo. A vinhaça caracteriza-se como a principal água residuária resultante deste processo, apresentando elevadas concentrações de matéria orgânica, bem como características ácidas e corrosivas. Atualmente praticamente todo o volume de vinhaça gerado nas destilarias brasileiras é direcionado à fertirrigação das lavouras, devido ao seu caráter fertilizante. Contudo, o potencial poluente da vinhaça caracteriza sua disposição no solo como problemática, tendo em vista prováveis impactos negativos no solo e nos recursos hídricos no caso da aplicação de dosagens excessivas. Dentre as tecnologias de tratamento disponíveis, destaca-se a digestão anaeróbia, processo que permite associar a redução do potencial poluente dos efluentes à geração de energia por meio do biogás liberado na conversão da matéria orgânica. Desta forma, neste trabalho pretende-se estudar aspectos da adequação ambiental e do reaproveitamento energético da vinhaça a partir da digestão anaeróbia. O objetivo principal da pesquisa compreende analisar a viabilidade das possíveis rotas tecnológicas para o reaproveitamento energético do biogás gerado a partir da digestão anaeróbia, baseando-se nos processos relacionados ao enriquecimento de gás de síntese em uma biorrefinaria. Pretende-se avaliar a estabilidade e a produção (rendimento) de hidrogênio e de metano em reatores anaeróbios operados em série, respectivamente acidogênico (leito fixo empacotado) e metanogênico (leito fixo empacotado e ordenado), aplicados ao tratamento de vinhaça, em escala de bancada. Os valores de produção/rendimento obtidos serão posteriormente inseridos no fluxograma da biorrefinaria, buscando-se analisar o melhor cenário para o reaproveitamento do biogás (metano e hidrogênio ou apenas metano). Além disso, avaliar-se-á a diversidade microbiana nos reatores anaeróbios e o potencial energético, isto é, a capacidade de recuperação de energia do biogás gerado nos reatores. Nesta última etapa, utilizar-se-á como comparação o consumo energético associado às etapas da produção do etanol.

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre a bolsa:
Estudos apoiados pela FAPESP ganham Prêmio Capes de Tese 2018  
Estudos apoiados pela FAPESP ganham Prêmio Tese Destaque USP  

Publicações científicas (7)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
FUESS, LUCAS TADEU; GARCIA, MARCELO LOUREIRO; ZAIAT, MARCELO. Seasonal characterization of sugarcane vinasse: Assessing environmental impacts from fertirrigation and the bioenergy recovery potential through biodigestion. Science of The Total Environment, v. 634, p. 29-40, SEP 1 2018. Citações Web of Science: 2.
FUESS, LUCAS TADEU; KLEIN, BRUNO COLLING; CHAGAS, MATEUS FERREIRA; ALVES FERREIRA REZENDE, MYLENE CRISTINA; GARCIA, MARCELO LOUREIRO; BONOMI, ANTONIO; ZAIAT, MARCELO. Diversifying the technological strategies for recovering bioenergy from the two-phase anaerobic digestion of sugarcane vinasse: An integrated techno-economic and environmental approach. RENEWABLE ENERGY, v. 122, p. 674-687, JUL 2018. Citações Web of Science: 6.
FUESS, LUCAS TADEU; ZAIAT, MARCELO. Economics of anaerobic digestion for processing sugarcane vinasse: Applying sensitivity analysis to increase process profitability in diversified biogas applications. PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION, v. 115, n. SI, p. 27-37, APR 2018. Citações Web of Science: 0.
FUESS, LUCAS TADEU; NUNES FERRAZ, JR., ANTONIO DJALMA; MACHADO, CARLA BOTELHO; ZAIAT, MARCELO. Temporal dynamics and metabolic correlation between lactate-producing and hydrogen-producing bacteria in sugarcane vinasse dark fermentation: The key role of lactate. Bioresource Technology, v. 247, p. 426-433, JAN 2018. Citações Web of Science: 4.
MAZINE KIYUNA, LUMA SAYURI; FUESS, LUCAS TADEU; ZAIAT, MARCELO. Unraveling the influence of the COD/sulfate ratio on organic matter removal and methane production from the biodigestion of sugarcane vinasse. Bioresource Technology, v. 232, p. 103-112, MAY 2017. Citações Web of Science: 12.
FUESS, LUCAS TADEU; MAZINE KIYUNA, LUMA SAYURI; NUNES FERRAZ JUNIOR, ANTONIO DJALMA; PERSINOTI, GABRIELA FELIX; SQUINA, FABIO MARCIO; GARCIA, MARCELO LOUREIRO; ZAIAT, MARCELO. Thermophilic two-phase anaerobic digestion using an innovative fixed-bed reactor for enhanced organic matter removal and bioenergy recovery from sugarcane vinasse. APPLIED ENERGY, v. 189, p. 480-491, MAR 1 2017. Citações Web of Science: 28.
FUESS, LUCAS TADEU; DE ARAUJO JUNIOR, MOACIR MESSIAS; GARCIA, MARCELO LOUREIRO; ZAIAT, MARCELO. Designing full-scale biodigestion plants for the treatment of vinasse in sugarcane biorefineries: How phase separation and alkalinization impact biogas and electricity production costs?. CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH & DESIGN, v. 119, p. 209-220, MAR 2017. Citações Web of Science: 10.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

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