Biodigestão anaeróbia termofílica de vinhaça em sistemas combinados do tipo acidogênico-metanogênico para potencialização da recuperação de bioenergia em biorrefinarias de cana-de-açúcar de primeira geração

Abstract

2017AUTORIZO A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE. Fuess, Lucas Tadeu F955bBiodigestão anaeróbia termofílica de vinhaça em sistemas combinados do tipo acidogênico-metanogênico para potencialização da recuperação de bioenergia em biorrefinarias de cana-de-açúcar de primeira geração / Lucas Tadeu Fuess; orientador Marcelo Zaiat; coorientador Marcelo Loureiro Garcia. São Carlos, 2017.Tese (Doutorado) -Programa de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica e Saneamento e Área de Concentração em Hidráulica e Saneamento --Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 2017.1. Biorrefinaria de cana-de-açúcar. 2. Gerenciamento de vinhaça. 3. Biodigestão anaeróbia. 4. ASTBR. 5. Recuperação de bioenergia. 6. Produção de biohidrogênio. 7. Avaliação tecnológica. I. Título.À Isabella, meu grande amor.Aos meus pais, Fernando e Sônia, meus pilares.Dedico. AGRADECIMENTOSA Deus, pela dádiva da vida, por me inserir em um terno seio familiar e, sobretudo, por me fortalecer para buscar meus sonhos.A minha "pequena grande" família: Sônia, Fernando, Isabella, Spike e Kiara. Aos meus pais, Fernando e Sônia, pelo apoio incondicional, investimento desmedido, carinho e confiança depositada em mim. A minha mulher, Isabella, pelo amor, companheirismo e inúmeras aventuras compartilhadas, mas, sobretudo, por aguentar minhas incontáveis manias e meu lado workaholic. As minhas crianças de quatro patas, Spike e Kiara, por me fazerem entender o significado do amor sincero a cada chegada em casa. Simplesmente obrigado por estarem presentes em minha vida.Aos mestres "Marcelos". Ao Garcia, o Marcelinho ou MG, pela valiosa contribuição em minha iniciação na ciência, pelas orientações competentes desde a IC e pela amizade construída em quase uma década de conversas com o mesmo fim: "tinha mais alguma coisa para falar, mas não lembro agora...". Ao Zaiat, o chefe, pela confiança em meu trabalho, pela tranquilidade e paciência na orientação e pelo exemplo de competência e humanidade. E tudo isso acompanhado com uma (grande) dose de zoeira. Seu Marcelo, trabalhar em seu grupo é viciante, quem está dentro não quer sair. Obrigado por tudo! Aos "Panquecudos": Leandro (rei das metodologias e pai mais fresco do LPB), Carol Gil (tia da cinética... ôôô!), Carla (profa. Helena), Rachel (técnica do íons), Priscila (também técnica do íons... couve-flor!), Tiago Palladino (rei da biomol), Eduardo (fazendeiro de MG e "zen" paciência), Natália (mamãe do ano) e Fabrício (marombeiro que só). Um grupo que transcendeu as afinidades científico-filosóficas para partilhar os ensinamentos adquiridos com os amigos de quatro patas. Obrigado por fazerem meu cotidiano mais alegre, pelas valorosas contribuições e discussões científicas, por aceitarem as intermináveis brincadeiras e, sobretudo, pela amizade construída à base de um esforço desmedido para "fazer ciência". E viva o nosso lema: The zoeira never ends... Aos irmãozinhos cientistas, também crias d...

Reator anaeróbio alimentado com vinhaça de cana-de-açúcar: avaliação dos efeitos causados pela interrupção na alimentação e estratégias para mitigação

“…Sua produção, a partir de culturas agrícolas tem atraído o interesse no mundo todo, devido à crescente demanda por recursos energéticos não renováveis e a variabilidade dos preços de gás natural e do petróleo (PANT e ADHOLEYA, 2007), além da poluição ambiental por eles causada (PACHECO, 2011). O seu uso como fonte alternativa de energia, do ponto de vista sustentável, apresenta vantagens como a redução de emissão de gases de efeito estufa em cerca de 12,7 milhões de toneladas de carbono equivalente ou redução em 70% de emissão de dióxido de carbono na atmosfera (VIEIRA et al, 2007;CONAB, 2014), minimizando assim as consequências danosas do efeito estufa (GOES et al,2008).…”

“…O complexo sucroalcooleiro brasileiro é considerado o mais moderno e competitivo do mundo (GOES et al,2008), tornando o Brasil o maior produtor da cultura de cana-de-açúcar, açúcar e etanol. Embora mais da metade da produção de cana-de-açúcar esteja concentrada no estado de São Paulo, a cultura é cultivada em todas as regiões do país.…”

Efeitos da recirculação em reatores anaeróbios compartimentados no tratamento de vinhaça

“…Fonte: Fuess (2017) Diversos compostos, como a amônia (NIE et al, 2015), sulfeto (YU et al, 2015), et al, 2016), ácidos voláteis (LI et al, 2015) A segunda equação (Equação 4) mostra que a velocidade de crescimento dos microrganismos é também proporcional à concentração dos mesmos e depende da concentração de substrato, na forma: …”

Bioprodução de hidrogênio e metabólitos solúveis em reatores anaeróbios de leito granular expandido mesofílicos e cultura mista utilizando vinhaça de cana-de-açúcar como substrato orgânico

“…Também há a contribuição não quantificada no presente estudo de materiais resultantes da lise celular no processo fermentativo, como moléculas de DNA, lipoproteínas, etc., além da fração solúvel de substâncias poliméricas extracelulares (SPE) (FUESS et al, 2017). Espera-se uma produção maior de SPE em sistemas acidogênicos em detrimentos aos metanogênicos, sendo nos metanogênicos em torno de 25% da DQO afluente transformada em SPE, de acordo com Aquino e Stuckey (2006).…”

“…A vinhaça, principal resíduo da produção do etanol devido à sua grande geração por litro de álcool produzido (10 a 15 litros por litro de álcool, podendo chegar a até 20 litros) e ao seu alto potencial poluidor (CORTEZ et al, 1992;VAN HAANDEL, 2003), contribui com a emissão de GEE durante seu armazenamento, transporte e aplicação no solo através da fertirrigação, processo mais utilizado para disposição final no Brasil. Outros impactos dessa prática podem ser destacados, como a deterioração das características físico-químicas do solo e de corpos d´água superficiais e subterrâneos após sucessivas ou inadequadas aplicações considerando a composição da vinhaça, rica em matéria orgânica, nutrientes e sais (sulfato, cloretos e nitratos) FUESS;GARCIA, 2014).…”