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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Environmental impacts assessment of thermochemical routes for integral use of biomass at a sugarcane biorefinery : Avaliação de impactos ambientais de rotas termoquímicas para aproveitamento integral da biomassa na biorrefinaria de cana-de-açúcar
Title Alternative: Avaliação de impactos ambientais de rotas termoquímicas para aproveitamento integral da biomassa na biorrefinaria de cana-de-açúcar
Author: Silva, Ricardo Justino da, 1986-
Advisor: Maciel Filho, Rubens, 1958-
Abstract: Resumo: As biorrefinarias têm sido consideradas uma alternativa extremamente importante para o desenvolvimento sustentável e para o desenvolvimento de uma `economia verde¿ baseada em recursos locais e renováveis. A biomassa é um recurso renovável com o potencial de reduzir a dependência dos recursos fósseis e uma viável fonte alternativa capaz de substituir os principais combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural). No caso do Brasil, as biorrefinarias de cana-de-açúcar ocupam uma posição de destaque neste cenário, com a produção de energia (térmica e elétrica), açúcar e etanol combustível com potenciais excedentes de biomassa para produção de bioprodutos e/ou bioenergia. A biomassa de cana-de-açúcar pode ser convertida em diversos bioprodutos através de rotas químicas, bioquímicas e termoquímicas. Neste sentido, esta dissertação de mestrado contribui com a avaliação dos impactos ambientais (berço-ao-portão) da produção de energia térmica, eletricidade, biocombustíveis líquidos e produtos químicos através de rotas termoquímicas de conversão da biomassa integradas a uma biorrefinaria de cana-de-açúcar de primeira geração otimizada com destilaria de etanol anexa (dois milhões de toneladas de cana processada na safra) a partir da utilização integral da biomassa lignocelulósica disponível. As rotas termoquímicas de conversão da biomassa avaliadas são: sistemas de cogeração (ciclo Rankine) para produção de calor e potência (CHP) usando turbina a vapor de condensação-extração (CEST) ou usando turbina a vapor de contra pressão-extração (BPEST); gaseificação direta da biomassa integrada a um motor de combustão interna operando em ciclo combinado (BIG-ICE/CC); gaseificação direta da biomassa integrada a uma turbina a gás operando em ciclo combinado (BIG-GT/CC); produção de metanol a partir da biomassa pela gaseificação direta da biomassa integrada a um processo de síntese de metanol a baixa pressão (Biomass-to-Methanol); produção de uma de álcoois pela gaseificação direta da biomassa integrada a um processo de síntese de álcoois misturados (Biomass-to-Mixed alcohol). Cenários com diferentes possibilidades de integração energética (térmica e elétrica) entre as tecnologias são avaliados (preservando ou não o tradicional sistema de CHP/BPEST), bem como a possibilidade/necessidade de um sistema upstream de co-captura de CO2/H2S presente no gás de síntese. A avaliação de impactos ambientais está baseada na metodologia de Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) (ISO14040:2006 e ISO14044:2006) de acordo com o escopo da Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC) e foi desenvolvida utilizando-se o modelo World midpoint ReCiPe no software SimaPro®7.3.3 com uma abordagem de alocação econômica para avaliar o inventário do ciclo de vida obtido a partir de modelos do CanaSoft spreadsheet e balanços de massa e energia da plataforma de simulação AspenPlus®v.8.4. Os indicadores de impactos ambientais obtidos para os principais bioprodutos em geral mostram vantagens sobre os correspondentes produtos derivados de recursos fósseis (caso Brasil) em termos de: mudanças climáticas; depleção da camada de ozônio; radiação ionizante; ecotoxicidade marinha; transformação de área natural; ocupação de área urbana; depleção dos minerais/metal; depleção dos recursos fósseis; e mostram desvantagens em termos de: ocupação de área agrícola; formação de material particulado; acidificação terrestre; ecotoxicidade terrestre, formação de oxidante fotoquímico; eutrofização da água doce; ecotoxicidade da água doce; eutrofização marinha; toxicidade humana; e depleção da água

Abstract: Biorefineries have been considered an extremely important alternative to sustainable development and for developing of a `green economy¿ based on local and renewable resources. Biomass is a renewable resource with the potential to reduce dependence on fossil resources and a viable alternative able to replace the main fossil fuels (coal, oil and natural gas). In the case of Brazil, the sugarcane biorefineries take up a prominent position in this scenario, with the production of energy (thermal and electrical), sugar and fuel ethanol with potentials surplus biomass for bio-based products and/or bioenergy production. The biomass of sugarcane can be converted into various bio-based products by chemical, biochemical and thermochemical routes. In this sense, this Master¿s thesis contributes with the assessment of environmental impacts (cradle-to-gate system boundary) of the production of thermal energy, electricity, liquid biofuels and chemicals via thermochemical conversion routes of biomass at an optimized first generation sugarcane biorefinery with annexed ethanol distillery (two million tonnes of processed cane on season) from the integral use of the available lignocellulosic biomass. Thermochemical routes to biomass conversion evaluated are: Cogeneration systems (Rankine cycle) for heat and power production (CHP) using condensing-extraction steam turbine (CEST) system or back-pressure extraction steam turbine (BPEST) system; biomass integrated direct gasification with internal combustion engine in combined cycle (BIG-ICE/CC) system; biomass integrated direct gasification with gas turbine in combined cycle (BIG-GT/CC) system; biomass to methanol production by biomass integrated direct gasification and low-pressure methanol synthesis process (Biomass-to-Methanol); biomass to mixed alcohol production by biomass integrated direct gasification and mixed alcohol synthesis process (Biomass-to-Mixed alcohol). Scenarios with different energy integration possibilities (thermal and electrical) between technologies were evaluated (keeping/not keeping the traditional CHP/BPEST system), well as the possibility/necessity of an upstream co-capture of CO2/H2S from the synthesis gas. Environmental impacts assessment is based on the Life Cycle Assessment (LCA) methodology (ISO14040:2006 and ISO14044:2006) under the scope of the Virtual Sugarcane Biorefinery (VSB) (CTBE, Brazil) computational simulation platform and performed using the World midpoint ReCiPe model in SimaPro®7.3.3 (PRé Consultants, Netherlands) software with an economic allocation approach for evaluate the life cycle inventory (LCI) obtained from CanaSoft (CTBE, Brazil) spreadsheet models and mass and energy balances obtained from Aspen Plus®v.8.4 (AspenTech, USA) simulation platform. The environmental impacts indicators obtained for the main bio-based products in general show advantages over the corresponding products derived from fossil resources (Brazil case) in terms of: climate change; ozone depletion; ionizing radiation; marine ecotoxicity; natural land transformation; urban land occupation; mineral/metal depletion; fossil depletion; and show disadvantages in terms of: agricultural land occupation; particulate matter formation; terrestrial acidification; terrestrial ecotoxicity; photochemical oxidant formation; freshwater eutrophication; freshwater ecotoxicity; marine eutrophication; human toxicity; and water depletion
Subject: Avaliação do ciclo de vida
Biomassa
Termoquímica
Biomassa - Gaseificação
Gaseificação
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: SILVA, Ricardo Justino da. Environmental impacts assessment of thermochemical routes for integral use of biomass at a sugarcane biorefinery: Avaliação de impactos ambientais de rotas termoquímicas para aproveitamento integral da biomassa na biorrefinaria de cana-de-açúcar. 2015. 1 recurso online (808 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/333219. Acesso em: 10 Jun. 2020.
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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