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Mémoire de Maîtrise
DOI
Document
Auteur
Nom complet
Caio Luca Joppert
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2019
Directeur
Jury
Santos, Marilin Mariano dos (Président)
Camacho, José Luis Pires
Cortez, Luis Augusto Barbosa
Matai, Patricia Helena Lara dos Santos
Titre en portugais
Análise da substituição energética de bagaço de cana-de-açúcar por biogás produzido a partir de resíduos de usinas de açúcar e álcool para produção de etanol 2G
Mots-clés en portugais
bagaço
biogás
deslocamento energético
etanol 2G
vinhaça
Resumé en portugais
No Brasil, o setor de açúcar e álcool se destaca na produção de energia renovável, tal como biocombustíveis (etanol) e bioeletricidade. No entanto, associada à produção de bioenergia existe a geração de resíduos, dentre os quais se destacam o bagaço e palha de cana, a vinhaça e a torta de filtro. Enquanto o bagaço é queimado em ciclos de cogeração nas usinas, a palha é deixada no campo e a vinhaça e a torta de filtro são utilizadas para fertirrigação. Para as usinas de açúcar e álcool, aumentar a produção de energia renovável envolve a produção de etanol lignocelulósico (etanol 2G), que pode ser produzido a partir do bagaço de cana. No entanto, o uso do bagaço para geração de etanol 2G pode gerar um desequilíbrio na matriz energética da usina, pois os ciclos de cogeração ficariam sem combustível. Desta forma, este trabalho objetivou estudar o uso de biogás produzido a partir de vinhaça e torta de filtro como substitutos do bagaço de cana deslocado para produção de etanol 2G. Para tal, foram estudados 20 cenários envolvendo diferentes ciclos de geração de potência, diferentes consumos de palha e aplicação ou não da codigestão da vinhaça e torta de filtro, a fim de se determinar a porcentagem de bagaço que pode ser deslocado sem afetar o balanço energético da usina. Considerou-se também a influência do RenovaBio (Política Nacional de Biocombustíveis) nos resultados econômicos. Os cenários foram avaliados levando-se em consideração critérios de desempenho técnicos, ambientais e econômicos e classificados utilizando a metodologia da Matriz de Decisão. Os resultados mostram que o cenário com ciclo Rankine a alta pressão, com consumo de 50% da palha deixada no campo e uso de codigestão apresenta os melhores resultados e que, para uma típica usina média brasileira (moagem de 2 milhões de toneladas por ano), todos os 20 cenários analisados apresentaram viabilidade técnica, mas nenhum apresentou viabilidade econômica. Análises de sensibilidade realizadas variando capacidade e moagem, custo de produção do etanol 2G e preço de venda de Créditos de Biocombustíveis (CBio) revelam que 4 dentre os 20 cenários podem ter viabilidade econômica se for considerada a venda de CBios, o que mostra a importância que o RenovaBio terá para viabilizar empreendimentos envolvendo etanol 2G, bem como deixa evidentes as contribuições que um maior consumo de palha e a aplicação da codigestão de vinhaça e torta de filtro podem trazer para beneficiar a geração de energia nas usinas sucroalcooleiras brasileiras.
Titre en anglais
Analysis of the energetic shift of sugarcane bagasse using biogas produced from ethanol and sugar mills residues to produce 2G ethanol
Mots-clés en anglais
2G ethanol
bagasse
biogas
energetic shift
vinasse
Resumé en anglais
In Brazil, the ethanol and sugar sector stands out in the production of renewable energy, such as biofuel (bioethanol) and bioelectricity. However, residues are generated in association to the production of bioenergy, amongst which sugarcane bagasse, sugarcane straw, vinasse and filter cake can be highlighted. While bagasse is burned in cogeneration cycles in the plants, straw is left on the sugarcane plantation and vinasse and filter cake are used for fertigation. In order to enhance the yield of renewable energy on ethanol and sugar plants, the production of second generation ethanol (2G ethanol) using sugarcane bagasse may be considered. Nonetheless, using bagasse to produce 2G ethanol could result in an imbalance on the energetic matrix of the plant, since the cogeneration cycle would lack some of its fuel. Thus, this studys objective was to investigate the use of biogas produced from vinasse and filter cake as substitutes for sugarcane bagasse that could be displaced to 2G ethanol production. For such, 20 scenarios were studied, considering different power generation cycles, different rates of straw consumption and the use or not of vinasse and filter cake co-digestion, aiming to assess the fraction of available bagasse that could be displaced without affecting the energy balance of the plant. Additionally, the influence of RenovaBio (National Policy of Biofuels) on the economic performance of the scenarios. The scenarios were evaluated considering technical, environmental and economic criteria and were classified using the decision matrix methodology. Results show that scenario using the Rankine cycle at a high pressure, with the consumption of 50% of the straw left on the plantation, associated to the use of co-digestion presents the best results. Furthermore, for the typical Brazilian ethanol and sugar plant, (which processes 2 million tons of sugarcane per year), all scenarios presented technical feasibility, but none of them have presented economic viability. Sensitivity analysis varying milling capacity, cost of 2G ethanol production and selling price of CBios revealed that 4 out of the 20 scenarios present economic viability if the sale of Biofuel Credits (CBios) is considered, which shows the importance RenovaBio will have in making investments in 2G ethanol feasible. The sensitivity analysis also makes it clear that greater consumption of straw and co-digestion of vinasse and filter cake could bring positive contributions to the energy generation in ethanol and sugar plants in Brazil.
 
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Date de Publication
2019-10-15
 
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