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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Análise técnico e ambiental da digestão anaeróbia de resíduos orgânicos : Technical and environmental analysis of anaerobic digestion of organic residues
Title Alternative: Technical and environmental analysis of anaerobic digestion of organic residues
Author: Ferreira, Samuel Fontenelle, 1990-
Advisor: Forster-Carneiro, Tânia, 1971-
Abstract: Resumo: Diversos estudos mostram que os resíduos provenientes da indústria de celulose e papel e das principais culturas agrícolas (cana de açúcar, açaí, laranja, soja, milho, dentre outras) têm um alto potencial para a produção de biocombustíveis. O Brasil possui grandes fontes de biomassa para aplicação de tecnologias renováveis de conversão que podem agregar valor à cadeia de suprimentos alimentícia e se alinhar ao desenvolvimento de uma bioeconomia. O objetivo deste trabalho foi analisar o impacto técnico-econômico e ambiental da valorização de resíduos orgânicos por meio da digestão anaeróbia. Além disso, estudou-se o potencial de geração de energia do biogás e rotas tecnológicas para a gestão de resíduos no conceito de economia circular. Os resultados obtidos no estudo de adoção de reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) pela indústria de celulose mostraram, por meio de uma análise financeira, que o investimento necessário para uma plataforma de biorrefinaria seria devolvido em 6,4 anos com um alto retorno sobre o investimento e poderia evitar 1,06 × 105 CO2eq toneladas, contribuindo efetivamente para a descarbonização da economia do Brasil. O estudo de avaliação de quatro categorias de impactos ambientais (acidificação, eutrofização, oxidação fotoquímica e mudanças climáticas) ao substituir o uso de um combustível fóssil tradicional por biometano mostraram que a substituição do óleo Diesel em veículos pesados foi benéfica em todas as categorias de impacto, a substituição de gás liquefeito de petróleo em fornos a gás impactou positivamente apenas as mudanças climáticas e a substituição de gasolina-C em veículos leves foi desvantajosa. A análise de contribuição mostrou que a queima do combustível foi o processo mais relevante para todas as categorias de impacto e forneceu dados para uma análise mais aprofundada do ciclo de vida completo do biometano, em uma abordagem do poço à roda completo. O estudo da gestão de resíduos da indústria brasileira açaí mostrou uma nova rota tecnológica para a esses resíduos, visando a valorização por meio da bioenergia, com base no conceito de economia circular. A partir de 1 tonelada de açaí alimentada na unidade de processamento, produz-se 1,2 tonelada de resíduos sólidos e efluentes e o processo industrial completo exige 25 kWh por tonelada de polpa de açaí produzida. Esses resíduos quando tratados em reatores anaeróbios podem produzir 2,77 m3 de biogás e a energia gerada poderia ser reciclada e aproveitada no processo, no qual, cerca de 61% da necessidade de eletricidade externa pode ser reposta a partir do biogás produzido, estabelecendo uma economia energética circular para o setor e contribuir para a descarbonização. Conclui-se que a implementação de reatores anaeróbios para o tratamento de resíduos orgânicos poderia apoiar a transição para uma economia circular, com benefícios ambientais, sociais e econômicos para o desenvolvimento sustentável.

Abstract: Several studies showed that residues from paper and pulp and several agricultural cultures (sugarcane, açaí, orange, soybean, corn, etc.) have a high potential for producing biofuels. Brazil has several sources of biomass for application in renewable conversion technologies that can add value to the food supply chain and align with the development of a bioeconomy. The main objective of this work was to analyze the technical-economic and environmental impacts of the valorization of organic wastes through anaerobic digestion. Besides that, it studied the potential for energy generation from biogas e technological routes for waste management within the concept of a circular economy. The results obtained in the study about the adoption of UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactors by the pulp and paper industry showed, using financial analysis, that the needed investment to build a biorefinery platform would be returned in 6.4 years, with a high return on investment and could avoid 1.06 × 105 CO2eq metric tons, effectively contributing to the decarbonization of Brazilian economy. The study about the assessment of four environmental impact categories (acidification, eutrophication, photochemical oxidation and climate change) when replacing a standard fossil fuel by biomethane showed that the replacement of Diesel oil in heavy-duty vehicles was beneficial in all impact categories, the replacement of liquefied petroleum gas had a positive impact only in climate change and the replacement of gasoline-C was disadvantageous. The contribution analysis showed that the burning of fossil fuel was the most relevant process to all impact categories and supplied data for deeper life cycle assessment of the full biomethane life cycle, with a full well-to-wheel approach. The study assessing the management of wastes in the açaí industry presented a new technological route for these residues, aiming for the valorization using bioenergy, within the concept of a circular economy. From one ton of açaí fed in the processing facility, 1.2 tons of liquid and solid wastes are produced and the whole industrial process demands 25 kWh per ton of açaí pulp produced. These residues, when treated in anaerobic reactors, can produce 2.77 m³ of biogas, and the energy generated could be recycled and used in the process, which can have 61% of its external electricity needs can be replaced by the biogas produced, stablishing an energetic circular economy for the sector and contributing the decarbonization. It can be concluded that the implementation of anaerobic reactors for the treatment of organic residues can underpin the transition to a circular economy, with environmental, social, and economic benefits for the sustainable development.
Subject: Industria de celulose
Reator UASB
Biogás
Mitigação de gases de efeito estufa
Avaliação do ciclo de vida
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: FERREIRA, Samuel Fontenelle. Análise técnico e ambiental da digestão anaeróbia de resíduos orgânicos : Technical and environmental analysis of anaerobic digestion of organic residues. 2021. 1 recurso online ( 153 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2021
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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