Desenvolvimento de um método de secagem de bagaço econômico e confiável para aumentar a eficiência de caldeiras e a geração de energia em usinas de etanol

• Processo: 26/03415-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2026
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Jean-Christophe Bonhivers
• Beneficiário: Jean-Christophe Bonhivers
• Vinculado ao auxílio: 24/04707-6 - Desenvolvimento de um método de secagem de bagaço econômico e confiável para aumentar a eficiência de caldeiras e a geração de energia em usinas de etanol, AP.PIPE
• Assunto(s): Bioenergia Bagaço de cana-de-açúcar Eficiência energética Secagem Usinas Etanol Geração de energia Setor sucroenergético
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bagaço | bioenergia | caldeira | Eficiência Energética | Geração de vapor e eletricidade | Usina de etanol | Bioenergia

Resumo

O aumento da secura do bagaço de cana-de-açúcar utilizado na alimentação das caldeiras em usinas de etanol resulta em maior eficiência térmica da caldeira, aumento na geração de energia elétrica e maior lucratividade. Nossa análise indica que elevar a secura do bagaço de 50% para 80% pode gerar um incremento na receita de aproximadamente USD 5 milhões por ano em uma usina típica de etanol à base de cana-de-açúcar, considerando a venda de eletricidade a um preço de USD 50/MWh. A secagem do bagaço também é muito importante para a produção de hidrogênio por gaseificação. No entanto, a maioria das usinas de etanol não realiza a secagem do bagaço que alimenta a caldeira, devido a problemas de operacionalidade e confiabilidade dos secadores, além do desgaste acelerado dos equipamentos e dos riscos associados de incêndio. Esses problemas podem ser explicados pelas características do bagaço e pelos métodos de secagem utilizados atualmente. A distribuição granulométrica do bagaço é muito grande e seu conteúdo de ar é alto. Partículas menores, cuja área específica é maior, secam mais rapidamente e podem iniciar incêndios à medida que sua temperatura aumenta. Os secadores atualmente utilizados operam com contato direto entre partículas de bagaço - de tamanhos bastante variados - e gases de combustão provenientes das caldeiras, a aproximadamente 300°C. Esses gases contêm uma elevada proporção de oxigênio, além de compostos ácidos, fuligem, cinzas e outras partículas em suspensão. Cinética de secagem heterogênea, contato direto com gases de combustão em alta temperatura e presença de compostos indesejáveis causam problemas operacionais. Os princípios desta proposta baseiam-se no fracionamento do bagaço de acordo com seu tamanho de partícula e no contato direto entre o bagaço e o dióxido de carbono na saída da fermentação. Frações de menor tamanho podem ser secas em atmosfera de CO2 a temperaturas mais baixas e tempos de retenção mais curtos. Pensamos que usar o dióxido de carbono para secar o bagaço dará bons resultados graças à alta pureza deste gás na saída das torres de lavagem, às suas propriedades psicrométricas, à inibição de combustão e à maior polaridade interna das moléculas de dióxido de carbono. A maior polaridade das moléculas de CO2 deve ter o efeito de reduzir a tensão superficial da água no bagaço úmido e, assim, facilitar a secagem. De acordo com nossa revisão de literatura, o efeito positivo do dióxido de carbono na secagem do bagaço nunca foi objeto de pesquisa. O objetivo geral do projeto é desenvolver um secador de bagaço seguro e eficiente para aumentar a produção de eletricidade e a lucratividade das usinas de etanol. Os objetivos da Fase I são: (1) avaliar as restrições físico-químicas e técnicas, (2) fazer um design preliminar do sistema de fracionamento e secagem com CO2 e identificar modificações necessárias no processo de produção, e (3) estimar a lucratividade. A avaliação das restrições físico-químicas e técnicas inclui o fracionamento granulométrico do bagaço e o estudo da cinética de secagem do bagaço com dióxido de carbono. Essa avaliação possibilitirá avançar para a próxima etapa, o design preliminar de um sistema de fracionamento granulométrico adequado à secagem, a determinação das condições de secagem eficiente e das características do secador, a identificação das modificações a serem feitas no processo e na rede de trocadores de calor e a análise energética global da usina (site-wide energy analysis). Esses dados nos permitem avançar para a etapa final, a análise de lucratividade. O projeto resultará em diversos pedidos de patente. Nossa equipe é composta por pesquisadores e engenheiros com experiência em produção de etanol e análise energética, vinculados à Faculdade de Engenharia Química da Unicamp e à Quimergia Inovação LTDA - empresa com ampla experiência prática no setor sucroalcooleiro e com foco na aplicação dos resultados diretamente na indústria (www.quimergia.com). (AU)