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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2017.tde-16102017-172109
Document
Author
Full name
Paulo Henrique da Silva Pereira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Calijuri, Maria do Carmo (President)
Ometto, Aldo Roberto
Santos, André Cordeiro Alves dos
Title in Portuguese
Dimensionamento e avaliação do ciclo de vida (ACV) da produção de biodiesel por microalgas cultivadas em vinhaça em uma usina sucroalcooleira
Keywords in Portuguese
Bioenergia
Energia renovável
Etanol
Gestão do ciclo de vida
Abstract in Portuguese
As microalgas, nos últimos anos, veem sendo utilizadas em pesquisas para produção de energias renováveis, entre elas, o biodiesel. Esse é um biocombustível formado através de reação química entre um mol de triglicerídeo e três mols de um álcool, sendo metanol ou etanol os mais utilizados. As tecnologias de produção são as mais diversas, porém, algumas etapas são essenciais, como o sistema de cultivo, colheita, secagem, extração do óleo e o processo de conversão química. A presente pesquisa consiste no desenvolvimento de um sistema produtivo para o biodiesel, utilizando dados literários, com óleo de microalgas do gênero Chlorella cultivadas em vinhaça, em um processo posterior a produção de etanol. Para isso, foram desenvolvidos dois sistemas de produção, onde alterou-se o sistema de cultivo (lagoas de alta taxa e fotobiorreator), e foram dimensionados um sistema de tratamento preliminar na vinhaça, a unidade de extração do óleo por liquefação hidrotérmica e a unidade de conversão. Os dados necessários para o dimensionamento foram obtidos em literatura, seguindo as orientações de normas e manuais técnicos. Com os insumos de entrada e saída em cada processo, foram realizados estudos de avaliação do ciclo de vida (ACV), para determinar os potenciais impactos ambientais, e assim, comparar os dois sistemas de produção e avaliar sua viabilidade para produzir biodiesel em grande escala. Os estudos de ACV foram realizados de acordo com as normas técnicas da série ISO 14.040, com as representantes nacionais ABNT NBR ISO 14.040 e ABNT NBR ISO 14.044. Como unidade funcional, foi adotado 1 kg de biodiesel, analisado a influência dos critérios de alocação (massa, econômico, cut-off e massa, cut-off e econômico), utilizando o EDIP 1997 e USEtox para a quantificação dos potenciais de impactos. Os resultados indicam que o sistema com fotobiorreator apresentou maior produtividade de biomassa, e consequentemente, maior produção de biodiesel (foram produzidos 50,76 kg/h de óleo em fotobiorreator e 27,57 kg/h de óleo em lagoas de alta taxa). No entanto, o tratamento utilizado para a vinhaça não foi adequado, consumindo grande quantidade de coagulante com um gasto de R$ 11.067.840,00 por dia. Do ponto de vista energético, ocorreu maior consumo de energia para produção da unidade funcional, em relação a energia fornecida pela mesma, sendo até 60 vezes maior. Do ponto de vista ambiental, o sistema que utilizou o fotobiorreator para o cultivo, apresentou redução em todas as categorias de potenciais impactos ambientais, em média 45%, em relação ao sistema de lagoas de alta taxa. Contudo, os valores emitidos, comparado com outros sistemas pesquisados, obteve maiores contribuições de impacto para a unidade funcional, com amplitude de até 1632 vezes, na categoria de aquecimento global. Os critérios de alocação apresentaram grande influência nos resultados, contudo recomendações estabelecem que processos de alocação sejam realizados, primeiramente, através de relações físicas.
Title in English
Sizing and Life Cycle Assessment (LCA) and of the biodiesel production from macroalgae growing in vinasse in a sugar-alcahol plant
Keywords in English
Bioenergy
Ethanol
Life cycle management
Renewable energy
Abstract in English
Microalgae, in recent years, have been used in researches for the production of renewable energy, such as, biodiesel. Biodiesel is a product of the chemical reaction between one mole of triglyceride and three moles of an alcohol, e.g. methanol or ethanol. The biodiesel production technologies are diverse, however, some steps are essential, such as cropping system, harvesting, drying, oil extraction and the chemical conversion process. The present research aimed the development of a production system of biodiesel, using the oil derived from microalgae growing in vinasse, in a process after ethanol production. Two production systems were developed, where the cultivation system (raceways ponds and photobioreactors) was altered, and a preliminary treatment system was designed for the vinasse, oil extraction unit (hydrothermal liquefaction), and conversion unit. The necessary data for the scaling were obtained in literature, following the guidelines of standards and technical manuals. Considering the inputs and outputs of each processes, life cycle assessment (LCA) studies were conducted to determine potential environmental impacts, compared two production systems and evaluated their characteristics to produce biodiesel on a large scale. The LCA studies were carried out according to the technical standards of the ISO 14,040 series, with the national representatives ABNT NBR ISO 14,040 and ABNT NBR ISO 14,044. As a functional unit, 1 kg of biodiesel was used, analyzing the influence of the allocation criteria (mass, economic, cut-off and mass, cut-off and economic) using EDIP 1997 and USEtox for the quantification of impact potentials. From the results, the photobioreactor system showed higher biomass productivity and, consequently, higher biodiesel production than raceways ponds (50.76 kg/h of oil in photobioreactor and 27.57 kg/h of oil were produced in raceways). However, the treatment used for vinasse was not adequate, consuming a large amount of coagulant costing R$ 11,067,840.00 per day. From the energetic point view, there was higher energy consumption for the production of the functional unit, in relation to the energy supplied by the unit (up to 60 times greater). From the environmental point view, the system with photobioreactor for cultivation, presented a reduction in all categories of potential environmental impacts, on average 45%, in relation to the raceways system. However, the pollutant loads emitted, compared to other systems surveyed, showed greater impact contributions to the functional unit reaching up to 1632 times, in the global warming category. The allocation criteria had great influence on the results, however, the recommendations that establish that allocation processes are carried out, mainly, through physical relations.
 
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Publishing Date
2017-10-18
 
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