Orientadores: Adriano Pinto Mariano, Luisa Fernanda Ríos Pinto

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A influência de altas emissões de gases do efeito estufa sobre as mudanças climáticas já é um consenso na comunidade científica. À vista disso, acordos e políticas públicas para a mitigação dessas emissões vêm sendo estabelecidos globalmente, sobretudo no que diz respeito ao setor...

Resumo: A influência de altas emissões de gases do efeito estufa sobre as mudanças climáticas já é um consenso na comunidade científica. À vista disso, acordos e políticas públicas para a mitigação dessas emissões vêm sendo estabelecidos globalmente, sobretudo no que diz respeito ao setor energético. No Brasil, a indústria canavieira tem importante papel nesse percurso. É diante desse contexto que este trabalho buscou estudar a viabilidade técnica e econômica da integração de um processo de microalgas a uma destilaria convencional de etanol de cana-de-açúcar, com o auxílio de simulações em planilhas eletrônicas. Para essa integração, a vinhaça da destilaria é submetida à biodigestão anaeróbia, produzindo biogás. Em seguida, a vinhaça biodigerida e o dióxido de carbono emitido pela destilaria são utilizados no crescimento de microalgas; cuja biomassa alimenta a produção de lipídios, ração animal e butanol (via fermentação ABE). Foi avaliado (i) se a produção do butanol é vantajosa, observando se a produção apenas de lipídios e ração traria maior benefício econômico; e (ii) se algum dos cenários propostos é competitivo. Para todos os cenários foi calculado o preço mínimo de venda (PMV) dos lipídios que tornaria o processo viável, além de observar condições que possam minimizar o PMV. O PMV foi também comparado com os preços de venda de lipídios equivalentes no mercado para analisar a competitividade dos lipídios. Foi concluído que a produção de butanol via fermentação ABE não é vantajosa no processo proposto, uma vez que a presença dessa rota aumenta o PMV dos lipídios. Quanto à competitividade, o único cenário próximo de ser competitivo (cenário SC) foi o que considerou a extração dos lipídios via extração com CO2 supercrítico (sem a produção subsequente de butanol), o qual alcançou um PMV de 14,15 USD galão-1. Contudo, para tal, a manutenção de uma alta produtividade é necessária (cerca de 200 kg ha-1 dia-1). Possíveis formas de reduzir esse PMV incluem redução do custo da aquisição de tanques de crescimento; concessão de subsídios ou mecanismos de mercado (p. ex. comercialização de créditos de carbono); e o direcionamento do cultivo de microalgas para a produção de uma biomassa de alto teor lipídico (>55%) e baixo teor de carboidratos (<15%). Apenas atingindo a biomassa ideal é possível reduzir o PMV para 6,82–7,50 USD galão-1

Abstract: The influence of high greenhouse gas emissions on climate change is already a scientific consensus. Consequently, agreements and public policies for the mitigation of such emissions have been globally stablished, especially when it comes to the energy sector. In Brazil, the sugarcane...

Abstract: The influence of high greenhouse gas emissions on climate change is already a scientific consensus. Consequently, agreements and public policies for the mitigation of such emissions have been globally stablished, especially when it comes to the energy sector. In Brazil, the sugarcane industry plays an important role to address this issue. It is in this context that this work aimed to study the technical and economic viability of the integration of an microalgae process to a conventional sugarcane ethanol distillery, with the aid of spreadsheet simulations. In this integration, vinasse from the distillery undergoes anaerobic digestion, where biogas is produced. Next, biodigested vinasse and carbon dioxide (from distillery) are used for microalgae growth, of which biomass is used for producing lipids, animal feed and butanol (via ABE fermentation). We analyzed (i) if butanol production is advantageous, observing if producing only lipids and animal feed would bring more economic benefit; and (ii) if any of the proposed scenarios is competitive. For all scenarios, the minimum price (MSP) for lipids needed to be sold to make the process viable, besides observing which conditions could minimize MSP. Such MSP was also compared with the selling prices of equivalent lipids in the market to analyze the microalgae-based lipid competitiveness. It was concluded that butanol production by ABE fermentation is not advantageous in the proposed process, since adding this route increases lipid MSP. With respect to competitiveness, the only scenario near to be competitive was the one which considered lipid extraction with supercritical CO2 (without subsequent butanol production), which reached an MSP of 14.15 USD gallon-1. Nevertheless, to do so, keeping a high productivity (200 kg ha-1 day-1) is necessary. Possible ways to decrease MSP are lowering the cost of microalgae growth ponds, the granting of subsidies or market mechanisms (e.g., carbon credit market), and targeting a microalgae biomass with high lipid content (>55%) and low carbohydrate content (<15%). By only reaching the ideal biomass composition it is possible to lower MSP to 6.82–7.50 USD gallon-1

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