APROVEITAMENTO DA VINHAÇA RESIDUAL DA PRODUÇÃO DO ETANOL PARA GERAÇÃO DE BIOGÁS

Autores

  • Marina Marques da Silva Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos, 6.627, Belo Horizonte - MG, 31270-901.
  • Rômulo Maziero Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo- IFES.
  • Leandro Soares de Oliveira Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos, 6.627, Belo Horizonte - MG, 31270-901.
  • Juan Carlos Campos Rubio Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos, 6.627, Belo Horizonte - MG, 31270-901.

Resumo

Este trabalho tem por objetivo apresentar uma revisão de literatura sobre a vinhaça residual da produção de etanol com potencial na geração de biogás. Os resultados indicam que é crescente a busca por alternativas de novas tecnologias aplicadas a vinhaça, dentre as quais destaca-se a biodigestão para geração de biogás, que pode ser usado para fins de eletricidade ou com finalidade térmica para geração de vapor que será consumido no processo. A biodigestão da vinhaça resulta em dois subprodutos, sendo o biogás e a água residuária. As principais aplicações do biogás na indústria estão relacionadas com a geração de energia a partir de turbina a gás conjugada com gerador elétrico ou até mesmo queima do gás em caldeira, com finalidade de geração de vapor para utilização em outros processos dentro da indústria. Já a água residual, pode ser utilizada em outros processos na indústria, como: lavagem da cana, água de embebição, limpeza e até mesmo o uso em caldeiras, o que dependerá da qualidade final desse efluente. Estudos demonstram a viabilidade técnica econômica do aproveitamento da vinhaça para geração de biogás e ainda evidenciam a redução das emissões de metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) da vinhaça, via digestão anaeróbica. Conclui-se que, apesar das opções de aproveitamento, deve-se atentar para a permanência das propriedades altamente poluidoras da vinhaça, ao aproveitá-la, evita-se a disposição em rios e lagos próximos as indústrias produtoras de etanol, no entanto, o fato das alternativas de tecnologia não reduzirem o potencial poluidor, mostra-se como oportunidade para estudos relacionados a este tema.

Biografia do Autor

  • Marina Marques da Silva, Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos, 6.627, Belo Horizonte - MG, 31270-901.
    Possui graduação em Engenharia de Produção - Faculdades Integradas Pitágoras (2014) e mestrado em Ciências Técnicas Nucleares pela Universidade Federal de Minas Gerais (2017). Atualmente é doutoranda em Engenharia Mecânica na Universidade Federal de Minas Gerais. Tem experiência na área de Engenharia de Produção, com ênfase em Engenharia Mecânica, atuando principalmente nos seguintes temas: termodinâmica, análise energética, análise exergética, análise emergética, produtividade, otimização e biocombustíveis.
  • Rômulo Maziero, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo- IFES.
    Possui mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais (Área de Concentração: Propriedades Físicas e Químicas dos Materiais) pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Materiais - PROPEMM do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES (2015), graduação em Engenharia Industrial Madeireira pela Universidade Federal do Espírito Santo - UFES (2013), Técnico em Mecânica com ênfase em Manutenção pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo - CEFET-ES, atual IFES (2005) e Profissionalizante em Mecânica de Manutenção pela Fundação Educacional Dr. Hildo Garcia - FEDHG, atual Centro Estadual de Educação Técnica Talmo Luiz Silva - CEET Talmo Luiz Silva (2003). Membro do grupo de pesquisa do IFES - Campus São Mateus: Materiais e Processos de Fabricação Mecânica - MPFM. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica, com ênfase em Materiais Não-Metálicos, atuando principalmente no processamento de polímeros e compósitos a base de partículas e fibras naturais, especificamente: extrusão de polímeros, injeção de polímeros, moldagem por compressão, compósitos plástico-madeira e materiais compósitos poliméricos.
  • Leandro Soares de Oliveira, Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos, 6.627, Belo Horizonte - MG, 31270-901.
    Graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal de Minas Gerais (1988), mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Minas Gerais (1991) e doutorado em Agricultural And Biological Engineering - Purdue University (1995). Atualmente é Professor Titular do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais. Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UFMG no período de novembro de 2011 à dezembro de 2015. Consultor ad-hoc da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, dos periódicos Computers and Chemical Engineering, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Journal of Food Science, Fuel, Journal of Hazardous Materials, Bioresource Technology, Revista Brasileira de Armazenamento e consultor ad-hoc da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais. Tem experiência de pesquisa e trabalho nas áreas de Ciência e Tecnologia de Alimentos, de biocombustíveis líquidos e de biofilmes e materiais compósitos, com ênfase em Aproveitamento de resíduos agro-alimentares, atuando principalmente nos seguintes temas: café, processos de adsorção, biodiesel e modelagem e simulação de processos.
  • Juan Carlos Campos Rubio, Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos, 6.627, Belo Horizonte - MG, 31270-901.
    Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Maria (1988), mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1992) e doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade de São Paulo (2000). Atualmente é professor associado da Universidade Federal de Minas Gerais, e faz parte do corpo editorial da International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems (IJMMS), do Journal of Modern Manufacturing Technology (JMMT) e do International Journal of Composite Materials. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica e de Produção, com ênfase em Processos de Fabricação e Automação, atuando principalmente nos seguintes temas: engenharia de precisão, projeto, automação, usinagem e máquinas-ferramenta CNC.

Referências

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS – ANA. Manual de Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética. (2009). 294 p. Agência Nacional de Águas, Federação das Indústrias do Estado de São Paulo, União da Indústria da Cana-de-açúcar, Centro de Tecnologia Canavieira, Brasília - DF, 2009.

ALBERS, M. Tratamento da Vinhaça: Concentração e outros. In: Workshop Tecnológico sobre Vinhaça. Projeto Políticas Públicas FAPESP. v. 10, n. 10, p. 2007.

AMORIM, E. L.; SADER, L. T.; SILVA, E. L. Effect of substrate concentration on dark fermentation hydrogen production using an anaerobic fluidized bed reactor. Appl Biochem Biotechnol, v. 166, n. 5, p. 1248-1263, 2012.

BERNAL, A. P.; SANTOS, I. F. S.; SILVA, A. P. M.; BARROS, R. M.; RIBEIRO, E. M. Vinasse biogas for energy generation in Brazil: An assessment of economic feasibility, energy potential and avoided CO2 emissions. Journal of Cleaner Production, v. 151, 260-271, 2017.

CALEGARI, R. P. Produção de biogás a partir de vinhaça concentrada. 2017. Dissertação (Mestrado em Microbiologia Agrícola) – Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2017. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-09082017-153551/>. Acesso em: 10 de out. 2017.

CANDIDO, C.; LOMBARDI, A. T. Growth of Chlorella vulgaris in treated conventional and biodigested vinasses. Journal of Applied Phycology, v. 29, n. 1, p. 45-53, 2017.

CHRISTOFOLETTI, C. A.; ESCHER, J. P.; CORREIA, J. E.; MARINHO, J. F. U.; FONTANELLI, C. S. Sugarcane vinasse: environmental implications of its use. Waste Management, v. 33, n. 12, p. 2752-2761, 2013.

CORTES-RODRÍGUEZ, E. F.; FUKUSHIMA, N. A.; PALACIOS-BERECHE, R.; ENSINAS, A. V.; NEBRA, S. A. Vinasse concentration and juice evaporation system integrated to the conventional ethanol production process from sugarcane – Heat integration and impacts in cogeneration system. Renewable Energy, v. 115, p. 474-488, 2018.

CORTEZ, L. A. B.; SILVA, A.; LUCAS JUNIOR, J.; JORDAN, R. A.; CASTRO, L. R. Biodigestao de Effluentes. In: L.A.B. Cortez, E.s Lora (Eds.), Biomass para Energia, Editoria da UNICAMP, Campinas, 2007, p. 493-529.

CRUZ, L. F. L. S.; DUARTE, C. G.; MALHEIROS, T. F.; PIRES, E. C. Análise da viabilidade técnica, econômica e ambiental das atuais formas de aproveitamento da vinhaça: fertirrigação, concentração e biodigestão. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, n. 29, p. 111-127, 2013.

ELIA NETO, A. Estado da arte da vinhaça. In: ÚNICA (União da Indústria da Cana de Açúcar), 2º Workshop “Resíduos urbanos e agrícolas: energia, reciclagem de nutrientes e produção de fertilizantes”, Campinas - SP, 2016. Disponível em: http://unica.com.br/download.php?idSecao=17&id=21743421. Acesso em: 01 set. 2017.

FERRAZ JÚNIOR, A. D. N.; KOYAMA, M. H.; ARAÚJO JÚNIOR, M. M.; ZAIAT, M. Thermophilic anaerobic digestion of raw sugarcane vinasse. Renewable Energy, v. 89, 245-252, 2016.

FREIRE, W. J.; CORTEZ, L. A. B. Vinhaça de cana-de-açúcar. Campinas: Livraria e Editora Agropecuária, Série Engenharia Agrícola, 203 p., 2000.

FUESS, L. T.; KIYUNA, L. S. M.; FERRAZ JÚNIOR, A. D. N.; PERSINOTI, G. F.; SQUINA, F. M.; GARCIA, M. L.; ZAIAT, M. 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, 2017.

GRANATO, E. F. Geração de energia através da biodigestão anaeróbica de vinhaça. 2003. Dissertação (Mestrado em Engenharia Industrial) – Universidade Estadual Paulista, Bauru, 2003.

LEME, R. M.; SEABRA, J. E. A. Technical-economic assessment of different biogas upgrading routes from vinasse anaerobic digestion in the Brazilian bioethanol industry. Energy, v. 119, p.754-766, 2017.

MOORE, C. C. S.; NOGUEIRA, A. R.; KULAY, L. Environmental and energy assessment of the substitution of chemical fertilizers for industrial wastes of ethanol production in sugarcane cultivation in Brazil. The International Journal of Life Cycle Assessment, v. 22, n. 4, p. 628-643, 2017.

MORAES, B. S.; PETERSEN, S. O.; ZAIAT, M.; SOMMER, S. G.; TRIOLO, J. M. Reduction in greenhouse gas emissions from vinasse through anaerobic digestion, Applied Energy, v. 189, p. 21-30, 2017.

MORAES, B. S.; ZAIAT, M.; BONOMI, A. Anaerobic digestion of vinasse from sugarcane ethanol production in Brazil: Challenges and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 44, p. 888-903, 2015.

NOGUEIRA, C. E. C.; SOUZA, S. N. M.; MICUANSKI, V. C.; AZEVEDO, R. L. Exploring possibilities of energy insertion from vinasse biogas in the energy matrix of Paraná State, Brazil. Renewableand Sustainable Energy Reviews, v. 48, p. 300-305, 2015.

PAZUCH, F. A.; NOGUEIRA, C. E. C.; SOUZA, S. N. M.; MICUANSKI, V. C. FRIEDRICH, L.; LENZ, A. M. Economic evaluation of the replacement of sugar cane bagasse by vinasse, as a source of energy in a power plant in the state of Paraná, Brazil. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 76, p. 34-42, 2017.

REIS, C. M.; CAROSIA, M. F.; SAKAMOTO, I. K.; VARESCHE, M. B. A.; SILVA, E. L. Evaluation of hydrogen and methane production from sugarcane vinasse in an anaerobic fluidized bed reactor. International Journal of Hydrogen Energy, v. 40, n. 27, p.8498-8509, 2015.

REZENDE, J. O. Vinhaça: outra grande ameaça ao meio ambiente. 1983. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal da Bahia, Cruz das Almas, 1983.

SANTOS, S. C.; ROSA, P. R. F.; SAKAMOTO, I. K.; VARESCHE, M. B. A.; SILVA, E. L. Hydrogen production from diluted and raw sugarcane vinasse under thermophilic anaerobic conditions. International Journal of Hydrogen Energy, v. 39, n. 18, p. 9599-9610, 2014.

SINDHU, R.; GNANSOUNOU, E.; BINOD, P.; PANDEY, B. Bioconversion of sugarcane crop residue for value added products – An overview. Renewable Energy, v. 98, p. 203-215, 2016.

SHIDA, G.M.; SADER, L. T.; AMORIM, E. L. C.; SAKAMOTO, I. K.; MAINTINGUER, S. I.; SAAVEDRA, N. K; VARESCHE, M. B. A.; SILVA, E. L. Performance and composition of bacterial communities in anaerobic fluidized bed reactors for hydrogen production: effects of organic loading rate and alkalinity. International Journal of Hydrogen Energy, v. 37, n. 22, p. 16925-16934, 2012.

Downloads

Publicado

2019-08-05

Edição

v. 12 n. 2 (2019): RETEC - Revista de Tecnologias

Seção

Artigos