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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-12022020-094526
Document
Auteur
Nom complet
Fernando Henrique Cardoso
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2019
Directeur
Jury
Kulay, Luiz Alexandre (Président)
Martins, Gilberto
Matai, Patricia Helena Lara dos Santos
Titre en portugais
Desempenho ambiental e energético da gaseificação de biomassa de cana-de-açúcar como rota alternativa de produção de amônia.
Mots-clés en portugais
Amônia
Biomassa
Ciclo de vida (Avaliação)
Energia de biomassa
Gaseificação
Resumé en portugais
Em virtude do impacto ambiental que a produção de amônia é responsável, a saber, cerca de 1,0% das emissões de Gases de Efeito Estufa do planeta e ser demandante de 1,2% da demanda global de energia primária, o presente estudo se objetiva a avaliar o desempenho ambiental e energético da produção desse insumo a partir de fontes alternativas renováveis de grande disponibilidade no Estado de São Paulo, quais sejam, palha e bagaço da cana-de-açúcar. Para tanto, considera-se um sistema composto por uma planta de síntese de amônia, por oxidação parcial, acoplada a uma usina autônoma de etanol sem exportação de energia elétrica. Sendo a modelagem e a simulação computacional desenvolvidas no software Aspen Plus?. O estudo ainda conta com a comparação do desempenho ambiental e energético do gás de síntese produzido a partir de duas biomassas, por diferentes reatores de gaseificação, a saber, leito fluidizado circulante e fluxo arrastado, sob a influência de agentes gaseificantes, como ar e vapor de água, havendo, portanto, oito diferentes cenários de estudo. Sendo o gás de síntese usado para a produção de amônia. Para a Avaliação de Ciclo de Vida, se estabeleceu como Fluxo de Referência (FR) o processamento de 1,0 kg de amônia com teor de 100%w/w de NH3. Para tanto, adotou-se, para representar o desempenho energético, o indicador de Demanda de Energia Primária, gerado a partir do método Cumulative Energy Demand (CED) - v 1.11, já para representar o desempenho ambiental, adotou-se o indicador Mudanças Climáticas, que fora concebido a partir do método proposto pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (2013). Como resultado, o cenário, cuja produção de amônia é proveniente de syngas de gaseificador de Fluxo Arrastado de bagaço com ar, obteve o melhor desempenho ambiental e energético, produzindo 2,34 kg CO2eq/FR e demandando 85,5 MJ/FR, respectivamente. Já o cenário com pior desempenho, se refere ao gás de síntese proveniente da gaseificação em Leito Fluidizado Circulante de palha a vapor, produzindo 12,5 kg CO2eq/FR e demandando 264 MJ/FR. Já pela análise com indicador único, pode-se concluir que em termos de procedência do syngas, o desempenho ambiental e energético é indiferente ao tipo de biomassa de cana associada a qualquer um dos dois gaseificadores, desde que o fluido gaseificante seja o ar.
Titre en anglais
Environmental and energy performance of sugarcane biomass gasification as an alternative ammonia production route.
Mots-clés en anglais
Ammonia
Biomass energy
Biomass gasification
Life cycle assessment
Resumé en anglais
As a result of the environmental impact that ammonia production is responsible for, that is approximately 1.0% of global greenhouse gas emissions and 1.2% of global primary energy demand, this study aims to evaluate the environmental and energy performance of the production of this feedstock from widely available renewable alternative sources in the state of São Paulo, sugarcane straw and bagasse. Hence, a system consisting of a partial oxidation ammonia synthesis plant coupled to an autonomous ethanol plant without electricity export is considered. Thus, the modeling and the computer simulation are developed in the Aspen Plus® software. The study also compares the environmental and energy performance of the synthesis of the gas produced by two biomasses using different gasifiers such as circulating fluidized bed and entrained flow gasifier, under the influence of gasifying agents, such as air and steam, therefore there are eight different study scenarios. So, the synthesis gas is then used for ammonia production, and the environmental and energy performance is analyzed in each of the proposed scenarios. For the Life Cycle Assessment Analysis, it was established as Reference Flow (RF) the processing of 1.0 kg of ammonia with 100% %w/w NH3 content. For this purpose, the Energy Performance Demand was adopted to represent the Energy Performance Indicator, generated from the Cumulative Energy Demand (CED) method - v 1.11; to represent the environmental performance, the indicator adopted was the Climate Change, which was designed using the method proposed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (2013). As a result, the scenario, whose ammonia production is derived from the gasification of bagasse with air in Entrained Flow gasifier, achieved the best environmental and energy performance, producing 2.34 kg CO2eq/RF and requiring 85.5 MJ/RF, respectively. The worst performing scenario refers to the synthesis of syngas from gasification in Circulating Fluidized Bed of straw with steam, producing 12.5 kg CO2eq/RF and demanding 264 MJ/RF. From the single indicator analysis, it can be concluded that in terms of syngas origin, the environmental and energy performance would be indifferent to the type of sugarcane biomass associated with either gasifier, since the gasifying agent is air.
 
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Date de Publication
2020-02-12
 
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