Dissertations / Theses on the topic 'Biometano'

Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-11T16:42:42Z No. of bitstreams: 1 tese michele andrade.pdf: 1217322 bytes, checksum: af575d05b25bcdac4413ce40a26e11b5 (MD5)
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Microalgas e cianobactérias vem ganhando destaque nas áreas de alimentos, energia e proteção ao meio ambiente. A Spirulina é uma cianobactéria que consome CO2 através da fotossíntese e sua biomassa pode ser utilizada para alimentação e produção de biocombustíveis. A digestão anaeróbia da biomassa da microalga produz metano e o efluente líquido do processo contém carbono dissolvido, que é o principal componente dos custos de produção da Spirulina. O objetivo deste trabalho foi estudar a produção de metano a partir de biomassa de Spirulina através da digestão anaeróbia e o crescimento e composição da microalga no efluente da produção de metano. Spirulina foi cultivada em condições ambientais do extremo sul do Brasil, a biomassa produzida foi utilizada para a produção de biometano em concentrações crescentes (3,2; 5,4 e 7,2 g.L-1) na alimentação do biorreator anaeróbio. Foram estudados os efeitos do aumento na concentração de Spirulina na alimentação do biorreator anaeróbio para 20 e 50 g.L-1 e da agitação contínua ou intermitente na produção de biometano. Como o efluente continha carbono em concentração inferior (3,8 g.L-1 NaHCO3) aos meios de cultivo de Spirulina, foi estudado o efeito da concentração da fonte de carbono (NaHCO3 2,8 a 100 g.L-1) no crescimento da microalga. A seguir foi estudado o crescimento e a composição da biomassa em meio com efluente da produção de biometano e a capacidade do efluente ser usado como fonte de carbono e nitrogênio para a microalga. Spirulina LEB-18 cresceu nas condições ambientais do sul do Brasil com produtividade de 6,63 g.m-2.d-1. A digestão anaeróbia da biomassa produzida quando alimentada ao biorreator anaeróbio em até 7,2 g.L-1 ocorreu dentro de limites adequados (pH 7,15–7,21 e N-NH4 388,27–669,44 mg.L-1) ao bioprocesso anaeróbio, atingindo decomposição de 77 % da biomassa, conversão de Spirulina em biometano (YCH4/Sp) de 0,31 g.g-1 e 77,7 % de CH4 no gás. A agitação contínua reduziu YCH4/Sp em 22,6 % comparada à agitação intermitente. A alimentação com 20 e 50 g.L-1 de Spirulina reduziu YCH4/Sp a 0,17 e 0,02 g.g-1 respectivamente. No bioprocesso anaeróbio 49,7 % do carbono da Spirulina produzida foram transformados em CH4 e recuperados 83,2 % do poder calorífico da biomassa como biometano. A concentração da fonte de carbono em que ocorreram as maiores Xmáx (0,75 g.L-1), Pmáx (0,145 g.L-1.d-1) e μmáx (0,254 d-1) foi menor (2,8 g.L-1 NaHCO3) que a dos meios típicos de cultivo de Spirulina. O aumento na concentração de NaHCO3 no meio de cultivo aumentou as perdas de carbono para a atmosfera, que atingiram 38,7 % em meio com NaHCO3 50 g.L-1 . Spirulina LEB-18 cresceu em até 40 % de efluente em substituição ao meio Zarrouk. O efluente foi usado como fonte de carbono para o crescimento da Spirulina com µmáx 0,06 d-1 maior do que o valor obtido no meio Zarrouk. O crescimento usando efluente como fonte de nitrogênio foi idêntico àquele em meio Zarrouk. O teor de proteínas (66,08 %) na biomassa cultivada em efluente como fonte de carbono e nitrogênio foi o maior entre os ensaios realizados.
Microalgae and cyanobacteria had been gaining prominence in issues as food, energy and environmental protection. Spirulina is a cyanobacteria that use CO2 through photosynthesis and its biomass can be used as feed and to biofuel production. Anaerobic digestion of microalgal biomass produces biomethane and the liquid effluent from the bioprocess contains inorganic dissolved carbon, that is the major cost component in biomass production. The aim of this work was to investigate the methane production from Spirulina biomass by anaerobic digestion and the microalgal growth and composition using the effluent from biomethane production. Spirulina was cultured under environmental climate in the Southern of Brazil, the produced biomass was used to biomethane production with increasing concentrations (3.2; 5.4 and 7.2 g.L-1) in the feed of anaerobic reactor. We assessed the effects of increased Spirulina concentration in feed of anaerobic reactor to 20 and 50 g.L-1 and the effects of continuous or intermittent mixing on biomethane production. Once the effluent from biomethane production had carbon concentration (3.8 g.L-1 NaHCO3) lower than the culture medium for Spirulina, we assessed the effect of carbon source concentration (from 2.8 to 100 g.L-1) on microalga growth. Next we assessed the biomass growth and composition in medium with effluent from biomethane production and the potential of effluent to be used as carbon and nitrogen source to the microalga. Spirulina grew under environmental climate of Southern Brazil at 6.63 g.m-2.d-1. Anaerobic digestion of biomass when feed to the anaerobic bioreactor up to 7.2 g.L-1 was carried out between suitable limits (pH 7.15–7.21 and N-NH4 388.27–669.44 mg.L-1) to anaerobic bioprocess, reaching biomass decomposition of 77 %, and biomethane yield from Spirulina (YCH4/Sp) of 0.31 g.g-1 and 77.7 % of CH4 in the gas. Continuous mixing decreased YCH4/Sp in 22.6 % comparing to the intermittent mixing. The feed with 20 and 50 g.L-1 of Spirulina fall YCH4/Sp to 0.17 and 0.02 g.g-1 respectively. Through the anaerobic bioprocess 49.7 % of carbon from produced Spirulina was converted in CH4 and 83.2 % of biomass energy was recovered as biomethane. The carbon concentration that result in better Xmax (0.75 g.L-1), Pmax (0.145 g.L-1.d-1) and μmax (0.254 d -1) were lower than (2.8 g.L-1 NaHCO3) carbon concentration in the medium usual to Spirulina. Increasing the carbon concentration in culture medium increased the loss of carbon to atmosphere, up to 38.7 % in medium with NaHCO3 50 g.L-1 . Spirulina LEB-18 grew in medium with up to 40 % of effluent replacing Zarrouk. The effluent of biomethane production was used as carbon source to the growth of Spirulina LEB-18, with µmax 0.06 d-1 higher than the growth in Zarrouk medium. Growth using nitrogen from effluent was equal to the growth in Zarrouk medium. Protein content (66.08 %) of the biomass grew in effluent as carbon and nitrogen sources was the higher between all composition of medium tested.

Orientador: Prof. Dr. Reynaldo Palacios Bereche
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016.
A produção de biometano a partir dos resíduos sólidos orgânicos urbanos (RSOU) e resíduos sólidos orgânicos agrossilvopastoris se apresenta como uma alternativa de grande interesse, uma vez que contribui com a diversificação da matriz energética do país e também no fomento ao desenvolvimento da Geração Distribuída baseada na biomassa, ao mesmo tempo em que se promove a inserção de tecnologias para eficiência energética na indústria. Não obstante, a introdução da vinhaça, produto do setor canavieiro, também se mostra como uma alternativa interessante para a produção de biometano. Assim, o presente trabalho tem como objetivo principal avaliar a produção e utilização do biometano a partir do biogás produzido em biodigestores anaeróbios considerando como substratos RSOU, Silagem de milho em co-digestão com dejetos de suínos e vinhaça. Para este fim foi feita uma revisão técnica detalhada das tecnologias de purificação de biogás. Além disso, foram utilizados os simuladores Aspen Plus ® e Aspen Adsim ® como ferramentas de análise para o estudo das tecnologias de purificação do biogás. Por outro lado, dois estudos de caso foram realizados com a finalidade de verificar a viabilidade energética e econômica. O primeiro estudo é referido à produção de eletricidade a partir do biometano, utilizando como sistema de cogeração motores de combustão interna. O segundo estudo é referido à produção de biometano comprimido. Os resultados mostraram que seria adequado utilizar a tecnologia de lavagem química para o processo de purificação do biogás, já que oferece uma melhor eficiência energética e um menor consumo energético na remoção de CO2 em relação aos processos de purificação de lavagem com água e PSA. Por outro lado, quando utiliza-se a co-digestão de silagem de milho com dejetos de suínos a planta mostrou um melhor desempenho na produção de biogás. Quanto à aplicação do biometano, encontra-se um melhor aproveitamento energético na produção de biometano comprimido quando comparado à produção de eletricidade, já que a produção excedente de calor nos motogeradores não encontra lucro econômico devido ás condições tropicais do país. Conclui-se assim que seria recomendável investir em uma planta produtora de biometano comprimido utilizando silagem de milho com dejetos de suínos como substratos para produzir biogás, devido a que este estudo de caso apresenta um VPL significativamente maior quando comparada a uma planta produtora de energia elétrica.
The biomethane production from Organic Municipal Solid Waste (OMSW) and energy crops are presented as alternatives of great interest as they contribute to the diversification of the energy matrix of the country and also in fostering the development of Distributed Generation based on biomass at the same time as they promote the integration of technologies for energy efficiency in industry. However, the vinasse, a sugarcane industry product, seems an interesting alternative for the production of biomethane. Thus, the aims of this study are evaluation of the production of biomethane from substrates like OMSW, corn silage in co-digestion with pig manure and vinasse. To this end a detailed technical review of biogas purification technologies was made. Moreover, the simulator Aspen Plus ® and Aspen Adsim ® as analytical tools for the study of the technological biogas purification were used. Two case studies were conducted in order to verify the energy and economic viability. The first study analyses the production of electricity from the cogeneration using biomethane system of internal combustion engines. The second study is about the production of compressed biomethane. The results showed that it would be appropriate to use the chemical scrubbing technology for biogas purification process, as it provides better energy efficiency and lower energy consumption in the removal of CO2 in relation to water scrubbing purification processes and PSA. On the other hand, when was used the co-digestion of corn silage with pig manure, the plant showed better performance in the production of biogas. For the application of biomethane, is better use in compressed biomethane production that for the electricity production, since the excess heat in the engine is not economic profit due to tropical conditions of the country. It is therefore concluded that it would be advisable to invest in a production plant of compressed biomethane using corn silage with pig manure as substrates to produce biogas, due to which this case study presents a significantly higher NPV compared to a production plant for electricity.

Os sistemas de produção e utilização do biogás podem envolver externalidades positivas como o tratamento de resíduos, a produção de biofertilizante e a redução de emissões de gases de efeito estufa. Além disso, possibilitam o desenvolvimento do potencial energético desta fonte renovável, que pode ser aproveitada por meio da geração de energia elétrica ou pela produção de biometano, combustível obtido pela purificação do biogás, e que é similar ao gás natural. Nesse contexto, o objetivo desta dissertação é detalhar estas estratégias e compará-las para o caso brasileiro. Busca-se identificar o uso mais desejável do biogás no contexto do setor energético nacional, considerando as características da fonte e sua relação com a situação atual e as perspectivas dos mercados de eletricidade e gás. Para isso, inicialmente é realizada uma revisão das tecnologias de aproveitamento do biogás e são discutidas as vantagens de se identificar um uso que possa se tornar prioritário, capaz de reunir em si os incentivos para a expansão dessa fonte na matriz energética. Argumenta-se que o desenvolvimento de uma indústria local e de projetos bem-sucedidos, necessários ao fortalecimento do biogás no Brasil, podem ser alcançados por meio da criação de mecanismos de fomento específicos para uma estratégia, que sejam claros e de longo prazo. Em seguida, a evolução desse setor na Alemanha e na Suécia é avaliada, observando-se que políticas de direcionamento da utilização do biogás conduziram o mercado, tendo como consequência sistemas voltados, respectivamente, à geração de energia elétrica e à produção de biometano para uso veicular. Baseada na definição de política energética, a comparação entre a produção de eletricidade e de biometano a partir do biogás no Brasil é apresentada segundo os critérios: segurança no abastecimento, preço da energia, balança entre importações e exportações, infraestrutura, e aspectos ambientais. As conclusões apontam para o biometano como um uso promissor da energia do biogás no país em termos da redução de importações e em projetos de grande escala próximos à infraestrutura de gás natural, mas com barreiras a serem superadas principalmente quanto a competitividade em plantas menores e distantes dos gasodutos. A produção de energia elétrica, por outro lado, tem incentivos e mecanismos de comercialização estabelecidos e pode ser competitiva principalmente se exploradas suas características de energia firme e flexibilidade, mesmo em um contexto de concorrentes renováveis de grande potencial e em crescimento.
Biogas production systems may involve positive externalities such as waste treatment, biofertilizer production and the reduction of greenhouse gases emissions. Besides, they enable the use of its renewable energy potential, which can generate electricity or produce biomethane. Biomethane is obtained from biogas upgrading and it is similar to natural gas. This study details these strategies and compare them for the Brazilian case, with the aim of identifying if there is one optimal solution for biogas utilization within the context of the national energy sector, by analyzing the characteristics of biogas and its correlation with the status and the perspectives of the electricity and gas markets in the country. First, the advantages of selecting one alternative of biogas utilization to be the focus of policy instruments and to guide the development of the biogas sector are discussed. It is argued that the development of a local industry and successful projects, required to expand the biogas sector in Brazil, could benefit from technology-specific incentives, designed as clear and long-term mechanisms. The evolution of biogas systems in Germany and Sweden are investigated, and it is observed that the policies implemented in these countries have guided biogas utilization, respectively, to electricity generation and to biomethane use as vehicle fuel. Then, based on the definition of energy policy, five criteria are selected to evaluate and compare electricity and biomethane production from biogas in Brazil: security of supply, energy price, balance of trade, infrastructure, and environmental aspects. It can be concluded that, although biomethane can have a positive impact reducing natural gas imports especially in large-scale projects close to pipeline infrastructure, it also has many barriers to overcome, including its adaptation to small-scale units and the limitation of infrastructure. Electricity generation is a more established alternative that can be feasible if its capacity to provide baseload and flexibility are properly evaluated, even facing the competition of other renewable technologies with low-cost and large potential in the country.

A exploração energética do biogás é dominada desde tempos remotos, e tem contribuído, mesmo que em pequena escala, para a diversificação das matrizes energéticas de muitos países, a partir da premissa da expansão no uso das energias renováveis. Mais recentemente, a necessidade de aprimoramento da gestão de resíduos e questões como a segurança no suprimento energético e mudanças climáticas impulsionaram o refinamento de técnicas de purificação de biogás, com o objetivo de produzir o biometano, potencial substituto do gás natural de origem fóssil. É de interesse desta pesquisa a purificação de biogás de aterros e sua utilização como combustível veicular e injeção em gasodutos, uma vez que o recente desenvolvimento de projetos no Brasil se dá a espelho do que ocorre em países desenvolvidos, apesar de os setores de saneamento e energia brasileiros apresentarem características distintas. O estágio de desenvolvimento atual da exploração do biometano na Alemanha, Reino Unido e Suécia foi identificado através de revisão de literatura e análise documental. O resultado foi confrontado com o contexto atual, perspectivas atuais e futuras para este recurso no Brasil, considerando em especial, a Política Nacional de Resíduos Sólidos, os planos de desenvolvimento do setor energético nacional, e políticas estaduais do Rio de Janeiro e São Paulo, que tratam especificamente da promoção do uso do biogás. As condicionantes verificadas em nível nacional e regional foram então classificadas enquanto barreiras e oportunidades para a exploração do biometano obtido a partir de gás de aterros. Como resultado, a pesquisa identificou que a implantação de mecanismos de incentivo e a definição dos usos finais selecionados em função da infraestrutura disponível foram indutores do desenvolvimento deste recurso nos países selecionados. A verificação do cenário atual de desenvolvimento do biometano de gás de aterros no Brasil demonstra que, apesar de não apresentar potencial energético significativo e a regulação em vigor limitar suas aplicações, seu desenvolvimento pode ser uma alternativa para, em última análise, contribuir para a melhoria das condições sanitárias vigentes no país.
Biogas as an energy source has been explored since ancient times, and has contributed, if only to a small degree, to diversify the energy mix of many countries, based on the increased use of renewable energy. Recently, the need to improve waste management and issues such as power supply safety and climate change, have driven the development of biogas purification techniques to produce biomethane, a potential substitute for fossil-based natural gas. The focus of this research is the purification of landfill biogas, its use as a fuel for vehicles and injecting it into gas pipelines, since the recent development of projects in Brazil reflect those in developed countries, even though the Brazilian sanitation and energy sectors present distinct characteristics. The current development stage of biomethane investigations in Germany, United Kingdom and Sweden, were analyzed by reviewing literature and examining documents. The result was compared with the actual situation of this resource in Brazil, as well as current and future perspectives based mainly on the National Solid Waste Policy, the development plans for the national energy sector and state policies for Rio de Janeiro and São Paulo that specifically deal with promoting the use of biogas. National and regional constraints were verified and classified in relation to challenges and opportunities for use of biomethane obtained from landfill gas. As a result, the research revealed that the implementation of incentive mechanisms and the definition of selected end uses based on the available infrastructure are drivers for the development of this resource in the selected countries. Analysis of the current scenario of biomethane development from landfill gas in Brazil demonstrates that, even though it does not present a significant energy potential and current regulations limit its applications, its development could be an alternative, at least, to help improve the prevailing sanitary conditions of the country.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-08-31T17:58:43Z No. of bitstreams: 2 Michael Feroldi.pdf: 1564105 bytes, checksum: b0057f88efcba9ac5541c4aa3b057f63 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
The transition from fossil sources of energy for renewables in the vehicular sector has been reality in recent years and in this sense the biogas and biomethane present significant potential for use in motor vehicles. Due to several technical issues inherent in methane storage are currently employed LNG (liquefied natural gas) and CNG (compressed natural gas) technologies, which spend high amounts of energy, cylinders and heavy duty equipment for safety reasons, which makes these more expensive technologies. On the other hand, in recent years the adsorption technology with porous materials (GNA) has been studied because it employs smaller amounts of energy and also cylinders built with lighter and cheap materials. In this sense, the present work aims to evaluate the performance of activated carbon in different granulometries (A=3-5 mm, B=2 mm and C= 1-1,5 mm) in storage of methane at 10 bar using factorial planning 2², evaluating also the input parameters of a storage system prototype (flow and temperature), built for the present work. The activated carbon samples in the three granulometries were characterized by N2 fisisorption technique for the determination of texture characteristics, Helium gas pycnometry for quantification of particle density and, scanning electron microscopy and infrared spectroscopy for observation of the morphological and indication of functional surface groups. Under the conditions employed in this study, it was observed the increased ability of adsorption of carbons with a decrease in temperature in all granulometries of carbon with the variation of the input flow to the coals A and B in the range evaluated. With the present study it was possible to triple the storage capacity filled cylinder (activated carbon A = V V-1 39.41) when compared with the empty cylinder (13.14 V V-1), and still submit desorption near 100% (60 ºC and 30 min), proving the efficacy of reuse of adsorbents in cyclic tests.
A transição das fontes fósseis de energia para as renováveis no setor veicular tem sido realidade nos últimos anos e, neste sentido o biogás e o biometano apresentam potencial expressivo para utilização em veículos automotores. Devido a diversas questões técnicas inerentes ao armazenamento do metano, atualmente são empregadas as tecnologias GNL (gás natural liquefeito) e GNC (gás natural comprimido), que despendem altas quantidades de energia, cilindros e equipamentos resistentes, por questões de segurança, o que torna estas tecnologias com custos elevados. Por outro lado, nos últimos anos a tecnologia de adsorção com materiais porosos (GNA) vem sendo estudada, pois emprega menores quantidades de energia e também cilindros construídos com materiais mais leves e baratos. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho de carvões ativados em três granulometrias (A=3-5 mm, B=2 mm e C= 1-1,5 mm) no armazenamento de metano a 10 bar, utilizando planejamento fatorial 2², avaliando também parâmetros de entrada de um sistema de armazenamento protótipo (vazão e temperatura), construído para condução do presente trabalho. As amostras de carvão ativado nas três granulometrias foram caracterizadas pelas técnicas de fisissorção de N2, para determinação das características texturais, picnometria de gás Hélio, para quantificação da densidade das partículas e, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho para observação da estrutura morfológica e indicação de grupos funcionais de superfície. Nas condições empregadas neste estudo, foi observado o aumento da capacidade de adsorção dos carvões com a diminuição da temperatura em todas as granulometrias do carvão e com a variação da vazão de entrada para os carvões A e B no intervalo avaliado. Com o presente estudo foi possível triplicar a capacidade de armazenamento do cilindro preenchido (carvão A = 39,41 V V-1) quando comparado com o cilindro vazio (13,14 V V-1) e, ainda, apresentarem dessorção próxima a 100% (60 ºC e 30 min), comprovando o reuso dos adsorventes em ensaios cíclicos.

Submitted by FERNANDA DA SILVA VON PORSTER (fdsvporster@univates.br) on 2014-09-22T18:04:01Z No. of bitstreams: 3 license_text: 22113 bytes, checksum: 449be06104264f68e4c3e35147dfb393 (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) 2014FábioFernandesKoch.pdf: 2968286 bytes, checksum: 0b433f58e486f92bd6b8d79f9e2ced7a (MD5)
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A contínua produção de resíduos orgânicos e a crescente demanda de energia figuram entre os principais problemas ambientais da sociedade moderna. Neste contexto, fontes renováveis de energia apresentam-se como alternativa aos combustíveis fósseis, como o caso do biometano. O presente estudo objetivou a viabilidade técnica quanto à obtenção de biometano através da purificação de biogás em meio aquoso desenvolvido pelo Consórcio Verde Brasil. Avaliou-se as condições operacionais do sistema de purificação de biogás quanto aos parâmetros de temperatura e pressão, as propriedades físico-químicas como o poder calorífico superior (PSC), índice de Wobbe, e densidade, bem como a determinação da concentração de CH4, CO2, O2, N2, H2S, além de outros gases pesados e compostos de enxofre, bem como o enquadramento do biometano quanto aos parâmetros legais vigentes. A avaliação foi realizada através o estudo de caso do projeto realizado pelo Consórcio Verde Brasil em quatro momentos distintos de amostragem. As técnicas de determinação empregadas foram a análise via cromatografia em fase gasosa e o emprego de analisador portátil junto a unidade experimental. Amostras de biometano expressaram a concentração de gás metano entre 96,41 a 98,56%, demonstrando que o processo de purificação proporcionou elevação da concentração em média de 18,0%. Destaca-se que o processo de purificação proporcionou redução de 99,60% da concentração de CO2, o que impactou diretamente na elevação de 18,16% do PSC, atingindo valores de 36,17 MJ/Nm3, além de elevar em 28,54% o índice de Wobbe e de proporcionar a redução da densidade do biometano. A eficiência do processo de dessulfurização pode ser evidenciada com base nos resultados que expressaram ausência de gás sulfídrico e demais compostos de enxofre. Condições ideais do sistema foram obtidas com temperatura da água de lavagem a 9,0 °C e pressão de 10,5 bar. Os resultados obtidos demonstram conformidade de enquadramento parcial perante a Portaria N° 16 de 2008 da ANP para os parâmetros de PSC, índice de Wobbe, concentração de metano, gases inertes, gás carbônico e gás sulfídrico. No entanto, a concentração de oxigênio para as amostras analisadas expressaram resultado acima do tolerado, não permitindo o atendimento aos requisitos vigentes.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-04-20T00:42:45Z No. of bitstreams: 1 Rayana_Samek_2017.pdf: 1859214 bytes, checksum: ca95c97be3dd9adcb68213c4a99c233f (MD5)
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Parque Tecnológico de Itaipú
The several increase of solid waste production by humanity has become a worldwide concern. Nevertheless, with the appropriate solid waste management the possibility of biogas generation arise, recovered as an energy source then can be applied as even as fuel. The use of biogas as a vehicle fuel is a reality in Brazil and in the world, bearing in mind the initiatives and actions of this nature were already impleaded and practiced. Within this scenario, the current project aimed to evaluate the biomethane potential production in the city Foz do Iguassu, state of Paraná, for usage in urban transport: Buses and cabs. To that end, the biogas, which was produced in the city’s landfill, was quantified, also was its potential for methane emission and generation, the estimate of the waste flux according to the number of citizens and the fuel consumption of the bus and taxi fleets. Due to these data, was sought the potential of replacing diesel vehicles (buses) and gasoline (taxis) by biomethane fuelled-vehicles and the economic viability involved in this process. It is concluded that the landfill has capacity for the bus fleets (50% for 17 years) and for taxis (100% for 19 years) and that the production cost of the biomethane in Foz do Iguassu is low. On the other hand, the vehicles conversion to the use of biomethane is expensive. Therefore, the result obtained was the following situation: the conversion of buses is more costly than cabs, and it is initially recommended that the taxi fleet turn to the use of biomethane as fuel, which one will react in a positive cash flow and a shorter return investment time, demonstrating the feasibility and economy of this process.
O aumento acelerado da produção de resíduos sólidos pela humanidade tem sido alvo de preocupação mundial. Porém, com o gerenciamento adequado destes resíduos, torna-se possível a geração do biogás, recuperado como fonte energética e podendo inclusive ser utilizado como combustível. A utilização do biogás como combustível veicular é uma realidade no Brasil e no mundo tendo em vista as iniciativas desta natureza que já estão sendo implantadas e praticadas. Dentro deste cenário, o presente estudo se propôs a avaliar o potencial do biometano produzido na cidade de Foz do Iguaçu, estado do Paraná, para o uso em transporte urbano de passageiros: ônibus e taxis. Para isso, obteve-se a quantificação do biogás gerado no aterro da cidade, seu potencial de geração e emissão de metano, a estimativa do fluxo de resíduos conforme número de habitantes e consumo combustível das frotas de ônibus e taxis. A partir do levantamento destes dados, buscou-se o potencial de substituição de veículos a diesel (ônibus) e a gasolina (taxis) por veículos movidos a biometano e a viabilidade econômica envolvida neste processo. Conclui-se que o aterro possui capacidade de fornecimento para as frotas de ônibus (50% por 17 anos) e de taxis (100% por 19 anos) e que o custo de produção do biometano em Foz do Iguaçu é baixo. Por outro lado, a conversão dos veículos para o uso do biometano é onerosa. Obteve-se a seguinte situação: a conversão dos ônibus é mais custosa que dos taxis, sendo recomendável incialmente que a frota de taxis seja convertida para o uso do biometano como combustível, o que acarretará em um fluxo de caixa positivo e menor tempo de retorno do investimento, indicando a viabilidade e a economia deste processo.

Capes; CNPq
A geração de energia renovável desafia as empresas a envolver um processo em cadeia, no qual, todos os elos são corresponsáveis pela geração de novos produtos, processos, e pelo consumo e produção responsável, protegendo o meio ambiente e melhorando a vida das pessoas com que mantém interações. A presente pesquisa objetivou propor uma abordagem teórica do processo de geração de biometano a partir de resíduos agroindustriais. Para a realização da abordagem teórica, foi construído um Portfólio Bibliográfico e adotadas técnicas de revisões sistemáticas de literatura, para assegurar que estudos recentes e relevantes sobre o tema da pesquisa fossem capturados. A abordagem teórica foi dividida em três principais fases, sendo que a primeira fase do processo de geração de biometano incluiu a escolha, o pré-tratamento e o transporte do material orgânico até o biodigestor. A segunda fase do processo incluiu decisões como, a escolha do modelo do biodigestor e a utilização final do biofertilizante e do biogás gerado. Por fim, a terceira fase do processo de geração de biometano incluiu decisões como, a escolha da tecnologia a ser utilizada para o processo de purificação, e o uso final do biometano. O processo de geração de biometano a partir de resíduos agroindustriais, é um tema de poucas publicações no Brasil. O uso do biometano em países como Alemanha, Reino Unido e Suécia, está em um estágio consideravelmente avançado em relação a legislação e tecnologias, comparado ao Brasil. Desta forma, a proposta formulada neste estudo, auxilia acadêmicos, pesquisadores e gestores na área, na compreensão do processo como um todo e na tomada de decisões sustentáveis.
Renewable energy generation challenges companies to engage in a chain process in which all links are co-responsible for the generation of new products, processes and responsible consumption and production, protecting the environment and improving the lives of people with whom Interactions. The present research aimed to propose a theoretical approach of the biomethane generation process from agroindustrial waste. For the accomplishment of the theoretical approach, a Bibliographic Portfolio was constructed and techniques of systematic literature reviews were adopted to ensure that recent and relevant studies on the research topic were captured. The theoretical approach was divided into three main phases, and the first phase of the biomethane generation process included the selection, pretreatment and transport of the organic material to the biodigester. The second phase of the process included decisions such as the choice of biodigester model and the final use of biofertilizer and biogas generated. Finally, the third phase of the biomethane generation process included decisions such as the choice of technology to be used for the purification process and the final use of biomethane. The process of generating biomethane from agro-industrial waste is a subject of few publications in Brazil. The use of biomethane in countries such as Germany, the United Kingdom and Sweden is at a considerably advanced stage compared to legislation and technologies compared to Brazil. Thus, the proposal of this study assists academics, researchers and managers, in understanding the process as a whole and in making sustainable decisions.

L'opera preliminarmente in una accurata analisi della configurazione e delle interrelazioni dei sistemi energetici presenti nello stabilimento produttivo Caviro Enomondo. Successivamente è svolto un approfondimento del quadro normativo relativo all’incentivazione delle fonti energetiche rinnovabili non fotovoltaiche e delle sue recenti evoluzioni, andando ad identificare tutte le possibili vie di sviluppo per impianti di produzione di biogas promosse a livello nazionale e che possono potenzialmente trovare applicazione nell’impianto in esame; questo studio è effettuato con particolare attenzione alla opportunità di effettuare un upgrading di tale impianto per realizzare ad una raffinazione totale o parziale del biogas a biometano. A seguito dell’identificazione della tipologia di prodotto e/o di processo che offre le migliori prospettive per una implementazione industriale e delle caratteristiche chimico-fisiche che questo deve rispecchiare, si prosegue quindi individuando lo schema impiantistico ottimale per adeguare l’attuale sistema di produzione al nuovo target. A seguire, approfondendo lo studio delle varie tecnologie disponibili ad oggi allo stato dell’arte, si identificano quelle maggiormente promettenti, mettendone in evidenza peculiarità positive e negative di ciascuna e giungendo alla identificazione della combinazione ottimale in termini di economicità, capacità produttiva, sicurezza ed impatto ambientale. Una volta individuate le caratteristiche di massima dell’impianto si procede ad un dimensionamento più accurato dello stesso andandone a valutare anche entità dei costi di investimento e di gestione. Attraverso l’instaurazione di contatti con ditte specializzate operanti nel settore industriale di riferimento, si giunge all’individuazione specifica dei modelli dei macchinari ed impianti richiesti. Il progetto si sviluppa successivamente andando a valutare le possibili modalità di utilizzo del prodotto finale che offrono maggiori prospettive di valorizzazione per l’azienda, identificando le varie soluzioni e gli interventi necessari per ciascuna di essa. La parte successiva dell’elaborato consiste in un confronto, in termini di valutazioni economiche, sull’opportunità di ognuna delle soluzioni prospettate, tenendo in considerazione i costi di investimento, di esercizio, i ricavi, e la componente incentivante. Si va infine a concludere il progetto proponendo una road-map per la realizzazione della soluzione che si evidenzia come la più promettente, con crono-programma degli interventi da eseguire, e aspettative di sviluppo a medio-lungo termine dell’investimento.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-11T15:00:41Z No. of bitstreams: 2 Comissionamento e Produ+º+úo de Biog+ís a partir de v+írios Res+¡duos.pdf: 3080059 bytes, checksum: e78f28e94a078bd5f41cde199f70da34 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-03-11T15:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Comissionamento e Produ+º+úo de Biog+ís a partir de v+írios Res+¡duos.pdf: 3080059 bytes, checksum: e78f28e94a078bd5f41cde199f70da34 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-09-14
CAPES
A preocupação ambiental é tema recorrente nas últimas décadas não só por ambientalistas, como também pelos setores industriais e empresariais. Diante dessa preocupação são tomadas medidas de preservação do meio ambiente. As fontes de energias renováveis têm sido o alvo de pesquisa por vários estudiosos, bem como de diversas indústrias pela necessidade da preservação do meio ambiente como também para manter o conforto conquistado pelo desenvolvimento tecnológico. Dessas destaca-se a produção de biodiesel, o qual no Brasil desde 2010 é obrigatório à adição de 5% de biodiesel no óleo diesel convencional consumido no país (Resolução n° 06/2009, da ANP), com produção de 2,4 bilhões de litros em 2011. A produção do biodiesel gera como resíduo a glicerina denominada bruta ou residual que não está apropriado para sua utilização em setores industriais convencionais. Para cada 1 L de biodiesel produzido são gerados 100 mL dessa glicerina, que constitui um produto de tratamento oneroso e que se encontra em excesso nas usinas de biodiesel, constituindo um considerável passivo ambiental. Por outro lado, os abatedouros de bovinos, por exemplo, geram uma carga orgânica elevada uma vez que a relação de dejetos/animal abatido é em média 15 kg, o que causa alto impacto ambiental, notadamente aos recursos hídricos, sendo fundamental o aproveitamento desse material para a geração de biogás. Somado a esse tipo de indústria, nas atividades industriais, agroindustriais, pecuárias, rede hoteleira, restaurantes industriais, pousadas, residências, a geração de resíduos mostra-se bastante expressiva, podendo ser tão impactantes quanto aqueles de matadouros ou glicerina residual se mal administrados. Uma das alternativas para utilização consciente desses resíduos é a obtenção de energia limpa e renovável como a produção de biogás, gás combustível oriundo da digestão microbiana anaeróbia de resíduos orgânicos. Contudo, a depender da matéria orgânica, o biogás pode apresentar um poder calorífico variável devido à concentração de metano. A composição média do biogás apresenta 44-65% de metano, 44-55% de dióxido de carbono e 1% de mistura de outros gases. Por isso, o objetivo deste trabalho foi de estudar a produção biogás em seus diversos parâmetros: composições variáveis de resíduos orgânicos, como a glicerina bruta oriunda do biodiesel, resíduos de matadouros; sais nutrientes, temperatura, comissionamento de biodigestores e purificação do biogás. Como resultado, projetou-se um biodigestor com capacidade para 6.000 L de resíduo acoplado a um gasômetro móvel que está sendo testado em uma pousada praieira. Além disso, foram feitos testes de purificação química do biogás, obtendo-se 97% de metano, ou seja, o biometano.

Made available in DSpace on 2018-08-01T23:59:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11198_Dissertação final Juçara de Jesus Monteiro de Galiza- PPGDS-07.pdf: 5759242 bytes, checksum: 5d7c3fd96631d09eaa4603dbd35c3a91 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31
A utilização de biogás proveniente de digestão anaeróbia de resíduos sólidos urbanos apresenta-se como uma importante opção para diversificar a matriz energética brasileira, além de contribuir para reduzir o impacto dos resíduos sólidos no meio ambiente. Assim, este estudo objetiva estimar a capacidade de oferta de biogás proveniente dos aterros sanitários do estado do Espírito Santo a fim de avaliar seu potencial energético para geração de energia elétrica. Analisa, também, as possibilidades regulatórias de comercialização e uso desse recurso no Brasil, especialmente no Espírito Santo e em suas macrorregiões. No que diz respeito à metodologia, emprega, em sua fase quantitativa, a coleta de informações em aterros sanitários em operação e a projeção de geração de resíduos para o Espírito Santo para inserção em modelo matemático denominado LandGEM, recomendado pela United States Environmental Protection Agency para previsão do potencial de geração de biogás. Em sua fase qualitativa de análises regulatórias de comercialização de energia a partir do biogás, utiliza pesquisa documental e bibliográfica. Realiza também entrevistas com representantes do setor energético e de usinas termoelétricas que operam com o biogás de resíduos sólidos urbanos no Brasil. Os resultados indicam que a energia disponível para abastecimento no período de 2016 a 2035 é de aproximadamente 3,17 x 109 kWh (média anual de 158.687MWh/ano capaz de atender até 88.160 residências). A análise regulatória constata que esse potencial também encontra viabilidade para aplicação em caráter experimental e industrial, assim como para uso dedicado e para combustível veicular em frotas cativas. Constata também que, atualmente, o marco regulatório nacional inviabiliza a utilização desse recurso para injeção na rede de gás natural.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoRovianBertinatto.pdf: 1926860 bytes, checksum: c7c01fd0d065212573f2db62e9ff5a6f (MD5) Previous issue date: 2014-02-14
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
The implementation of digesters for waste material treatment in rural properties, as well as the use of the biogas that is generated on the making of mechanical energy, has increased and alongside with it the necessity of understanding the influence of this fuel in internal combustion engines. This study aims to analyze the filtered biogas influence on contaminating and degrading the lubricating oil and the engine. Lubricating oil samples were collected on every 75 hours of engine operation, and, after they had been correlated among themselves and with new oil samples, it was possible to determine the elements that contaminate and degrade the engine after hours of engine working. Therefore, it was possible to notice that the hydrogen sulphide influences the lubricating oil and engine performance. Among the metals it was possible to identify that the copper concentration exceeded the maximum recommended levels, and the elevation of its concentration was related to the elevation of lead and tin, mainly after 375 Hm. As for the additives, the magnesium variation levels affected the lubricant perfomance. By monitoring the quality of the lubricant is possible to increase the oil change interval in 50%, which results in a 33.3% save regardomg the lubricant cost every worked hour
A crescente implantação de biodigestores para tratamento de resíduos nas propriedades rurais, e a utilização do biogás gerado na produção de energia mecânica, trouxe a necessidade de se conhecer a influência da utilização deste combustível nos motores de combustão interna. Este trabalho teve como objetivo analisar a influência da utilização do biogás filtrado na contaminação e degradação do óleo lubrificante, desgaste e corrosão do motor. Amostras de óleo lubrificante foram coletadas a cada 75 horas de funcionamento do motor, e após correlacionadas dentre elas e com a amostra de óleo novo, determinando os elementos presentes no biogás que contribuem para a contaminação e degradação do óleo lubrificante, como também o desempenho do lubrificante no decorrer das horas trabalhadas e o desgaste do motor. Os resultados demostram que o gás sulfídrico influencia no desempenho do óleo lubrificante e no desgaste do motor. Dentre os metais foi identificado que a concentração de cobre excedeu o máximo recomendado pela literatura, e a elevação da sua concentração teve relação com a elevação de chumbo e estanho, principalmente após as 375 hM. Em relação aos aditivos, foi a variação das concentrações de magnésio que impactou no desempenho do lubrificante. Através do monitoramento da qualidade do lubrificante é possível estender o intervalo de troca de óleo do motor do presente estudo em 50%, resultando em uma economia de 33,3% no custo do lubrificante por hora trabalhada.

In questo elaborato vengono analizzate le caratteristiche del biometano ricavato da residui organici e le tecnologie di produzione dal biogas, attraverso una ricerca svolta in Brasile. Sono illustrati i vantaggi ambientali ed economici del biometano impiegato come combustibile per veicoli, analizzando il progetto di una azienda italo-brasiliana, in cui il biometano, prodotto dai residui dell’industria della canna da zucchero nello stato di San Paolo, viene utilizzato come sostituto al diesel. Inoltre con l'analisi e la rielaborazione di dati raccolti sul posto, è stato condotto lo studio di cinque sistemi di upgrading impiegati dalla stessa azienda, al fine di capire quale fosse il più vantaggioso in funzione dell'efficienza di purificazione, dei costi e dell'impatto ambientale. E' stato svolto infine un confronto fra Italia e Brasile con la descrizione dello sviluppo delle tecnologie di upgrading e dello stato dell'arte del biometano.

Il progetto sperimentale è articolato in 4 fasi: - approntamento di un sistema di calcolo della concentrazione cellulare tramite misurazioni spettrofotometriche - scelta della microalga idonea tramite test preliminari - test di crescita con la specie scelta a varie diluizioni di digestato - verifica del bioupgrade del biogas in sistema simulativo

Ad oggi il riutilizzo degli oli da cucina esausti (WCO) è prevalentemente indirizzato alla produzione di biodiesel dato che i tempi di digestione anaerobica della componente lipidica sono molto più lunghi di quanto non possano essere i processi chimici di transferificazione per la produzione di biodiesel. Nel presente elaborato si è, tuttavia, cercato di valorizzare i WCO per la produzione di biogas e nello specifico biometano andando a valutare la validità o meno di un approccio diverso da tradizionali sistemi di digestione anaerobica. Si è studiato nello specifico una tipologia di sistema anaerobico con funzionamento simile all’più comune Air-lift a cui si è dato il nome di Gas-lift in cui a determinare la miscelazione è lo stesso biogas generato dalla digestione anaerobica che avviene all’interno del reattore. Questo sistema è stato messo a confronto con un altro sistema già noto nell’ambito della digestione anerobica ovvero un Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) di dimensioni più ridotte ma con le stesse proporzioni di WCO, terreno d’idratazione (HM) e inoculo (Rhodococcus opacus). Si sono svolte tre sperimentazioni differenti due delle quali realizzate in condizioni batch e una terza ed ultima fase realizzata in semi-continuo mediante il prelievo/immissione di un certo quantitativo HM e immissione di nuovo WCO. Il sistema Gas-lift così realizzato ha i duplice scopo di avvicinare la componente batterica anaerobica all’unica fonte di carbonio disponibile, ovvero il WCO, che in quanto costituito da lipidi crea una situazione bifasica separata dalla soluzione e al contempo di favorire la miscelazione della fase liquida. Si sono effettuate durante il periodo di studio analisi relative alla quantità e alla composizione del biogas prodotto e analisi di Chemical Oxygen Demand (COD), N-NH4 e acidi grassi volatili (VFAs) al fine di avere un inquadramento generale dei processi di degradazione in corso all’interno di entrambi i sistemi anaerobici.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-08-31T14:56:49Z No. of bitstreams: 2 Victor Bruno Canever.pdf: 1482142 bytes, checksum: 5ea5ec70f5f38d4308c87bc5ea3bf8d2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
Made available in DSpace on 2017-08-31T14:56:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Victor Bruno Canever.pdf: 1482142 bytes, checksum: 5ea5ec70f5f38d4308c87bc5ea3bf8d2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-10
Biogas from anaerobic digestion for energy production proposal has being increasing globally in recent years. Biogas from anaerobic digestion is seen as a good alternative for the production of electric power, heat and fuels. And an almost unanimous goal, worldwide speaking is the research for processes that upgrade biogas into bio methane. The majority of biogas produced in Brazil is used in rural areas as heat source, using in direct combustion or to produce off-grid electric power, and the lack of filtration processes could damage the equipment where the pure biogas are being used. This work studied CO2 and H2S removal from biogas produced from swine`s manure, using a low-cost, and low pressure, water scrubber prototype. It was used three water based solutions as filtering element: pure water, iron sulphate III in water solution at 4,0 g/l (or 0,01mol/l) and sodium carbonate in water solution at 10,0 g/ l (or 0.094 mol/l). Upgrading around 40 % on CO2 and 70 % on H2S were achieved using pure water, upgrading around 30 % on CO2 and 75 % on H2S were achieved using iron sulphate III in water solution and an upgrade around 55 % on CO2 and 99 % on H2S were achieved using sodium carbonate in a water solution. The upgrade process efficiency is highly time dependent and a good upgrade results, during the time, were achieved using sodium carbonate in a water solution.
O uso de digestores anaeróbios para a produção de gás combustível tem aumentado mundialmente nos últimos anos. O biogás via digestão anaeróbia é visto como uma boa alternativa para a produção de energia elétrica, calor e combustíveis. Um objetivo quase unânime a nível mundial, é a busca por processos que transformem o biogás em biometano. A maior parte do biogás produzido no país é destinado ao uso rural, na queima direta ou no uso para a produção de energia elétrica off-grid e a ausência de processos de filtragem danificam ao longo do tempo os equipamentos em que o biogás in natura é utilizado. Esse trabalho estudou a remoção de CO2 e H2S do biogás proveniente de dejetos suínos, utilizando um protótipo de baixo custo de lavador de gás de baixa pressão. Foram utilizadas três soluções em água como elemento filtrante, água pura, sulfato de ferro III diluído em água a uma concentração de 4,0 g/l (ou 0,01mol/l) e carbonato de sódio diluído em água a 10,0 g/ l (ou 0.094 mol/l). Remoções na ordem de 40 % para o CO2 e 70 % para o H2S foram alcançadas com água pura, remoções na ordem de 30 % para o CO2 e 75 % para o H2S foram alcançadas com sulfato de ferro III diluído em água e remoções na ordem de 55 % para o CO2 e 99 % para o H2S foram alcançadas com carbonato de sódio diluído em água. Os resultados são altamente dependentes do tempo e, remoções de grandes quantidades de impurezas ao longo do tempo foram alcançadas com o carbonato de sódio.

L’emanazione del Decreto 5 dicembre 2013, ha inaugurato una nuova stagione per il settore energetico italiano, dando vita anche in Italia, in linea con gli altri paesi europei, alla possibilità di valorizzare il biogas, prodotto a seguito di un processo di digestione anaerobica, come biometano, un gas con maggiore contenuto energetico che a seguito di opportuni trattamenti, può essere paragonabile al gas naturale. Il lavoro svolto pertanto si pone come obiettivo quello di individuare gli elementi peculiari che potrebbero favorire lo sviluppo e la crescita del biometano nel contesto italiano.

Le problematiche ambientali e la necessità di nuove forme di energie sempre più “green” stanno spingendo l’Unione Europea e di conseguenza l’Italia a ricercare nuove soluzioni a tali problemi. L’attenzione è rivolta alle fonti di energia rinnovabili, in quanto rappresentano una valida alternativa alle fonti di origine fossile. È stata presa in analisi una di queste fonti energetiche, il biometano ottenuto dall’upgrading del biogas generato da digestione anaerobica. Il substrato di partenza sottoposto a digestione anaerobica è rappresentato da rifiuti speciali non pericolosi ad alto contenuto organico, della discarica di Herambiente Spa situata in SS 309 km 2,6 Ravenna. Tra i possibili utilizzi del biometano vi è lo sfruttamento di quest’ultimo nel settore dell’autotrazione, come fonte alternativa al metano di origine fossile. La tesi mira a valutare la convenienza economica dell’ottenimento del biometano, attraverso la formulazione di più ipotesi nelle quali vengono considerate, o meno, le incentivazioni previste dal D.M. 5/12/2013. Con l’utilizzo di un tool specifico, sono state analizzate le diverse voci di costo relative alle tecnologie di upgrading necessarie per l’ottenimento di un biometano con caratteristiche che rispettino gli standard imposti dall’Unione Europea. Ipotizzando le varie possibili entrate economiche previste per ogni ipotesi studiata, è stato possibile ottenere il valore attuale netto (VAN). Infine il VAN ha permesso di confrontare le diverse ipotesi proposte e di analizzare la convenienza economica dell’upgrading del biogas da discarica, caratterizzato da un alto contenuto di azoto. I risultati mostrano che è necessaria un’implementazione del sistema di incentivazione che favorisca lo sviluppo di tale settore.

O Brasil é considerado pioneiro e um dos principais produtores e consumidores de bioenergia e biocombustíveis (biodiesel e etanol) no mundo. Assim, a necessidade de aproveitamento dos coprodutos bem como dos resíduos oriundos desses processos de produção se faz necessário. Uma forma de aproveitamento de coprodutos e resíduos é a utilização dos mesmos para o processo de digestão anaeróbica, e assim produzir biogás. O trabalho teve como objetivo produzir biogás utilizando glicerina da indústria do biodiesel como fonte de carbono, vinhaça do processamento da cana de açúcar na indústria do álcool combustível como fonte de nutrientes e um outro efluente de fecularia como fonte de microrganismos para digestão anaeróbica. Utilizou-se o delineamento de misturas com auxílio do software Statistica® 7.0 contemplando diferentes percentuais das matérias-primas na digestão anaeróbica que foi conduzido durante 15 dias em temperatura controlada a 35°C com pH neutralizado utilizando solução de NaOH 0,1M. O processo de digestão anaeróbico contribuiu para a diminuição da demanda química de oxigênio (DQO), sólidos totais e sólidos totais voláteis nos biorreatores analisados. O maior volume de biogás produzido foi de 283 mL após 15 dias de incubação no biorreator contendo a mistura de 93,3% do efluente de fecularia, 3,3% de glicerina e 3,3% de vinhaça, onde foi detectado elevado percentual de gás metano (74%) com os demais gases produzidos em mistura no biogás. Foi observado que houve baixo volume de H2S no biogás onde havia pouco ou nenhum percentual de vinhaça e glicerina nos biorreatores. Através da otimização multiresposta do processo, obteve-se uma mistura contendo 95% de efluente de fecularia, 1,25% de glicerina e 3,75% de vinhaça para os pontos ótimos de todas as variáveis analisadas. Com isso conclui-se que a produção de biogás a partir de coprodutos industriais apresentou resultados satisfatórios além de ser uma alternativa eficiente para tratamento de efluentes.
Brazil is considerate a pioneer and one of the main producers and consumers of bioenergy and biofuel (biodiesel and ethanol) in the world. Thus, the necessity of utilization of coproducts and residues from these production processes becomes really necessary. One of the ways to use coproducts and residues is to use them for anaerobic digestion process, and then produce biogas. The aim of this study was to produce biogas using glycerin from biodiesel industry as carbon source, sugarcane vinasse from the process of sugarcane in the alcohol fuel industry as nutrient source and cassava wastewater as mainly source of microorganism to anaerobic digestion. It was used a mixture design from Statistica® 7.0 software contemplating different percentages of raw material in the anaerobic digestion that was carried out for 15 days at controlled temperature of 35 °C and pH neutralized using 0,1M NaOH solution. The anaerobic process contributed to decrease chemical oxygen demand (COD), total solids and volatile solids in the bioreactors analyzed. The greater biogas yield was 283 mL after 15 days of incubation, it was performed from the biomass which the initial composition was 93.33% cassava wastewater; 3.33% of glycerin and 3.33% of sugarcane vinasse, where it was detected high yield of methane (74%) in the mix with the other gases in the biogas. It was observed that there was low H2S volume in the biogas where it has small percentage of sugarcane vinasse and glycerin in the bioreactors. From the optimization of the process, it was obtained a mixture containing 95% cassava wastewater, 1.25% glycerin and 3.75% sugarcane vinasse for all optimum points from the variable analyzed. Hence, the biogas production from industrial coproducts showed satisfactory results, besides being an efficient alternative to treat effluents.

A presente pesquisa teve como proposta avaliar o reator anaeróbio, operado de forma descontínua ou descontínua alimentada, contendo biomassa imobilizada em suporte inerte e com recirculação da fase líquida (AnSBBR) aplicado à produção de biohidrogênio a partir da codigestão de glicerina (efluente da produção de biodiesel) e soro de leite (efluente da produção de laticínios). A estabilidade, os índices de desempenho (referentes à produtividade e rendimento molar do hidrogênio) e o fator de conversão (entre biogás produzido e matéria orgânica consumida) foram analisados em função da composição afluente (porcentagem de cada substrato alimentado ao sistema), da variação da carga orgânica, do tempo de enchimento e da temperatura (20, 25, 30 e 35ºC). Os ensaios foram realizados em diferentes proporções dos substratos utilizando-se variadas cargas orgânicas volumétricas (10,3; 17,1 e 24,0 gDQO.L-1.d-1), as quais foram modificadas em função: (i) da concentração afluente (3, 5 e 7 gDQO.L-1) e (ii) do tempo de ciclo (4, 3 e 2 h, ou seja, 6, 8 e 12 ciclos diários). Também foram realizados ensaios para a produção de biometano a partir da codigestão proposta nesta pesquisa (com COAV de 7,6 gDQO.L-1.d-1) em diferentes proporções de mistura. Para a produção de biometano, a condição com 75% de soro e 25% de glicerina (base DQO) obteve os melhores resultados: produtividade molar de 101,8 molCH4.m-3.d-1 e rendimento por carga aplicada de 13,3 molCH4.kgDQO-1; o que representa um aumento de produtividade de cerca de 9% e 30% quando comparado com a digestão anaeróbia de soro e glicerina puros, respectivamente. A produção de metano no melhor ensaio aconteceu predominantemente pela rota hidrogenotrófica. Para a produção de biohidrogênio, a maior produtividade e rendimento do reator foram obtidas no ensaio operado com razão de mistura de 75% soro e 25% glicerina, com 7 gDQO.L-1 de concentração afluente, tempo de ciclo de 3 h e tempo de enchimento de 1,5 h (modo batelada alimentada - COAV de 23,9 kgDQO.m-3.d-1), a 30°C: foi obtida uma produtividade molar de 129,0 molH2.m-3.d-1 e rendimento de 5,4 molH2.kgDQO-1. Esses resultados representam um aumento de produtividade de 145% em relação a mono-digestão do soro na condição inicial, o que indica o benefício significativo da adição de glicerina ao afluente, provavelmente devido à sua capacidade tamponante, e a otimização das condições operacionais. A adição de glicerina e o aumento da COAV balancearam as rotas de produção de hidrogênio, sendo produzido de forma mais equilibrada pelas vias do ácido acético, butírico e valérico. A caracterização do consórcio microbiano desse ensaio indicou que a comunidade microbiana presente no AnSBBR foi dominada por Ethanoligenens e Megasphaera.
The current research evaluated an anaerobic reactor, operated in batch or fed-batch mode, containing immobilized biomass in inert support and with recirculation of the liquid phase (AnSBBR), applied to the production of biohydrogen co-digesting glycerin (effluent from biodiesel production process) and whey (effluent from dairy industry). Stability, performance (regarding productivity and molar hydrogen yield) and conversion factor (between biogas produced and organic matter consumed) were analyzed according to the percentage of each substrate fed to the system, organic loading rate, filling time and temperature (20, 25, 30 and 35ºC). Assays were carried out using different substrates proportions and organic loading rates (10.3; 17.1 and 24.0 gCOD.L-1.d-1), which have been modified in function of: (i) influent concentration (3, 5 and 7 gCOD.L-1) and (ii) cycle length (4, 3 and 2 h, i.e. 6, 8 and 12 cycles daily). Assays were also carried out aiming for biomethane production using the proposed co-digestion (with AVOL of 7.6 gDQO.L-1.d-1) with different proportions of substrate mixture. For biomethane production, the assay conducted with 75% whey and 25% glycerin (COD basis) obtained the best results: molar productivity of 101.8 molCH4.m-3.d-1 and yield per applied load of 13.3 molCH4. kgCOD-1; which is an increase in productivity of about 9% and 30% when compared with the anaerobic mono-digestion of whey and glycerin, respectively. Methane production in this assay came mainly from the hydrogenotrophic route. For biohydrogen production, the highest productivity and yield were achieved in the assay operated with 75% whey and 25% glycerin, with 7 gCOD.L-1 of influent concentration, 3 h of cycle time and filling time of 1.5 h (fed batch mode - AVOL of 23.9 kgCOD.m-3.d-1), at 30°C: a molar productivity of 129.0 molH2.m-3.d-1 and yield of 5.4 molH2.kgCOD-1 were obtained. These results represent a productivity increase of 145% in relation to whey mono-digestion at its initial condition, which indicates the significant benefit of glycerin addition to the influent, probably due to its buffering capacity, and improvement of operational conditions. The addition of glycerin and the increase in AVOL balanced the hydrogen production routes, since hydrogen was produced similarly by the acetic, butyric and valeric acid routes. The characterization of the microbial consortium of this assay indicated that the microbial community present in the AnSBBR was dominated by Ethanoligenens and Megasphaera.

Studio dell'avvento di nuove realtà produttive energetiche da fonti rinnovabili nel settore del gas naturale. Il settore analizzato risulta quello relativo all'allacciamento di impianti di produzione di biometano alla rete del gas naturale. La finalità è la valutazione degli effetti della generazione distribuita di biometano nel futuro sistema del gas naturale (Smart Grid Gas) in termini di progettazione e conduzione del sistema nel suo complesso.

L’interesse per il recupero energetico e la produzione di energia da fonti rinnovabili ha portato ad un’evoluzione della normativa (Comunitaria ed Italiana) nei confronti della produzione di biogas ( Decreto Biometano DM 6 luglio 2012). Questo prevede un sistema incentivi per la produzione di biometano attraverso l’uso di sottoprodotti/rifiuti/coltivazioni dedicate non alimentari. Il presente lavoro di tesi ha l’obbiettivo di valutare il potere metanigeno di coltivazioni dedicate di piante erbacee annuali (in dettaglio Loiessa) mediante test di biometanazione, confrontare le prestazioni di codigestione anaerobica di reflui vinicoli e liquame e con l'implementazione di una nuova biomassa (Loiessa), verificare l’impatto a livello di emissioni dato dallo spandimento di digestato sulla stessa coltivazione della specie in esame. L’attività svolta ha previsto analisi chimiche di caratterizzazione (azoto totale,fosforo e COD) delle matrici in ingresso e degli effluenti, il monitoraggio dei principali parametri di stabilità del processo anaerobico (pH,alcalinità,acidi grassi volatili,ammoniaca e COD solubile,produzione e composizione del biogas). Sono stati fatti bilanci di massa e calcolate le rese di produzione di biogas. La produzione specifica di biogas (SGP) derivante dall'integrazione dei diversi substrati è il risultato più interessante (SGP medio reflui e liquame: 0,18 ed SGP medio con Loiessa: 0,29) e consente una stima di produzione in un possibile impianto a scala reale.

Esse trabalho avaliou a aplicação do reator anaeróbio operado em batelada e batelada alimentada sequenciais com agitação mecânica e biomassa imobilizada (AnSBBR) à produção de biometano pelo tratamento de vinhaça. As variáveis de interesse foram a carga orgânica volumétrica aplicada, a estratégia de alimentação e a temperatura. O volume de meio líquido do reator foi de 3 L e o volume tratado de 1 L por ciclo, com residual de 2 L. O tempo de ciclo foi de 8 h, com tempos de enchimento de 10 min para batelada e 240 min para batelada alimentada. Após a Condição Preliminar, realizaram-se as Condições 01 a 08 em batelada (30°C), a Condição 09 em batelada alimentada (30°C) e a Condição 10 em batelada (45°C). Para o aumento da carga orgânica de 1,0 até 10,0 gDQO.L-1.d-1 houve aumento na produtividade de metano, sendo o máximo valor molar atingido de 123,4 molCH4.m-3.d-1 e volumétrico de 2767 mL-CNTPCH4.L-1.d-1. Quanto ao rendimento entre metano produzido e matéria orgânica consumida, o valor máximo foi de 13,8 mmolCH4.gDQO-1 (88% do teórico), com carga orgânica de 7,50 gDQO.L-1.d-1. Para batelada alimentada, o rendimento e a produtividade foram menores (PrM = 102,5 molCH4.m-3.d-1, PrV = 2296,9 mL-CNTPCH4.L-1.d-1 e YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gDQO-1, 76% do rendimento teórico), como também a 45°C (PrM = 35 molCH4.m-3.d-1 e YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gDQO-1). Os parâmetros do modelo cinético de primeira ordem, de modo geral, apresentaram tendência de aumento com a carga e, para batelada alimentada, os valores foram próximos à batelada. A distribuição de ácidos voláteis nas condições em batelada e batelada alimentada foi principalmente entre ácidos acético, propiônico e butírico e a 45°C predominou o ácido propiônico. A vinhaça mostrou potencial de aproveitamento energético até a carga de 10,0 gDQO.L-1.d-1 e concentração de 10000 mgDQO.L-1, valor próximo de um terço da concentração in natura.
This study assessed the feasibility of an anaerobic sequencing batch and fed-batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation treating vinasse for biomethane production. Applied volumetric organic load, feed strategy and temperature were the variables of interest. The liquid medium in the reactor was 3 L, and the treated volume was 1 L per cicle, with a residual of 2 L. Time cycle length was 8 h, with feeding time of 10 min for batch and 240 min for fed-batch. After the Preliminary Condition, Conditions 01 to 08 in batch (30°C), Condition 09 in fed-batch (30°C) and Condition 10 in batch (45°C) were carried. For the increase of organic load from 1,0 to 10,0 gCOD.L-1.d-1 a rise in methane productivity was observed. Maximum reached molar productivity was 123,4 molCH4.m-3.d-1, being 2767 mL-STPCH4.L-1.d-1 in volume. In regard to the yield of produced methane by consumed organic matter, the maximum was 13,8 mmolCH4.gCOD-1 (88% of the theoretical value), with applied volumetric organic load of 7,50 gCOD.L-1.d-1. Methane yield and productivity were lower in fed-batch than in batch operation (MPr = 102,5 molCH4.m-3.d-1, VPr = 2296,9 mL-STPCH4.L-1.d-1 and YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gCOD-1, 76% of the theoretical), as well as for 45°C (MPr = 35 molCH4.m-3.d-1 and YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gCOD-1). In general, parameters of the kinetic first-order model presented a tendency of increase with organic load and, for the fed-batch operation, values were similar to batch. The volatile acids distribution in batch and fed-batch conditions were mainly of acetic, propionic and butiric acids and for the temperature of 45°C propionic acid prevail. Vinasse showed to have an energy profit potential for applied organic loads until 10,0 gDQO.L-1.d-1 and concentration until 10000 mgCOD.L-1, which is approximately one third of the in natura concentration.

Considerando l'elevato grado di inquinamento del pianeta e la forte dipendenza delle attività antropiche dai combustibili fossili, stanno avendo notevole sviluppo e incentivazione gli impianti per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. In particolare, la digestione anaerobica è in grande diffusione in Italia. Lo studio in oggetto si prefigge l'obiettivo di determinare, mediante analisi di Life Cycle Assessment (LCA), i carichi ambientali di un impianto di digestione anaerobica, e della sua filiera, per valutarne l'effettiva ecosostenibilità. L'analisi considera anche gli impatti evitati grazie all'immissione in rete dell'energia elettrica prodotta e all'utilizzo del digestato in sostituzione dell'urea. Lo studio analizza sei categorie d'impatto: Global warming potential (GWP), Abiotic depletion potential (ADP), Acidification potential (AP), Eutrophication potential (EP), Ozone layer depletion potential (ODP) e Photochemical oxidant formation potential (POFP). I valori assoluti degli impatti sono stati oggetto anche di normalizzazione per stabilire la loro magnitudo. Inoltre, è stata effettuata un'analisi di sensitività per investigare le variazioni degli impatti ambientali in base alla sostituzione di differenti tecnologie per la produzione di energia elettrica: mix elettrico italiano, carbone e idroelettrico. Infine, sono stati analizzati due scenari alternativi all'impianto in esame che ipotizzano la sua conversione ad impianto per l'upgrading del biogas a biometano. I risultati mostrano, per lo scenario di riferimento (produzione di biogas), un guadagno, in termini ambientali, per il GWP, l'ADP e il POFP a causa dei notevoli impatti causati dalla produzione di energia elettrica da mix italiano che la filiera esaminata va a sostituire. I risultati evidenziano anche quanto gli impatti ambientali varino in base alla tipologia di alimentazione del digestore anaerobica: colture dedicate o biomasse di scarto. I due scenari alternativi, invece, mostrano un aumento degli impatti, rispetto allo scenario di riferimento, causati soprattutto dagli ulteriori consumi energetici di cui necessitano sia i processi di purificazione del biogas in biometano sia i processi legati alla digestione anaerobica che, nel caso dello scenario di riferimento, sono autoalimentati. L'eventuale conversione dell'attuale funzione dell'impianto deve essere fatta tenendo anche in considerazione i benefici funzionali ed economici apportati dalla produzione del biometano rispetto a quella del biogas.

Nell’ultimo decennio la produzione e l’utilizzo del biogas ottenuto dalla co-digestione anerobica di reflui zootecnici e biomasse agricole ha registrato un notevole incremento sul territorio nazionale, specialmente nelle regioni settentrionali. Nel mercato europeo l’Italia con circa 1200 impianti e 1000MW di potenza installata è soltanto seconda dopo la Germania. Il DM del 6 luglio 2012 incentiva la sostenibilità del processo anaerobico mediante la sostituzione di biomasse per uso alimentare con colture energetiche “no-food”, premiando l’immissione in rete o l’utilizzo per autotrazione del biometano prodotto, secondo il Decreto Biometano n°295/2013. La presente tesi ha lo scopo di verificare l’efficienza energetica e la sostenibilità ambientale della filiera del biogas nel comparto agro-zootecnico analizzandone sperimentalmente due aspetti: 1) la fattibilità della sostituzione del silomais con colture alternative come elencate nel DM e 2) l'impatto ambientale del digestato come ammendante agricolo. In merito al primo aspetto, sono state analizzate in termini chimico-fisici e di produzione di biogas (BMP) alcune colture elencate nel decreto ministeriale; Miscanthus x giganteus si è contraddistinto con una produzione specifica di 0,48 LCH4/gVS, maggiore rispetto ad Arundo donax (0.32 LCH4/gVS) e a Topinambur (Heliantus tuberosus) con e senza micorrize (0.19 e 0.30 LCH4/gVS rispettivamente). Successivamente, al fine di valutare le rese di processo del Miscantus, è stato simulato su scala laboratorio un impianto in piena scala alimentato con deiezioni bovine e silomais, sostituendo gradualmente il silomais con il miscantus. L’obbiettivo generale è quello di proporre una soluzione efficiente dal punto di vista energetico ed economico, risolvendo inoltre le problematiche di carattere etico e sociale. La produzione specifica media ottenuta sostituendo Miscanthus nel reattore lab-scale è simile a quella dell’impianto full scale con Silomais. L’utilizzo di Miscanthus consente di aumentare la redditività aziendale grazie ai maggiori incentivi rilasciati dalla normativa (un aumento di 20 €/MWh), inoltre si ha una riduzione dei costi di gestione solitamente legati alla coltivazione di energy crops tradizionali, essendo una coltura dalle ridotte esigenze idriche e di concimi, capace di crescere in terreni marginali e che consente più tagli della biomassa durante l’anno. Il secondo aspetto trattato si inserisce all’interno del progetto “Valdige”, diretto dal dipartimento DAFNAE dell’Università di Padova, finalizzato alla valorizzazione del digestato in agricoltura. Nel progetto vengono quantificate le emissioni di CO2 dai suoli durante e dopo lo spandimento di digestato in relazione alla tessitura e alle precedenti lavorazioni subìte dal terreno. E’ stata quindi valutata la conservazione della fertilità dei terreni a seguito dell'applicazione agronomica del digestato, sostituendo così i fertilizzanti chimici, e verificati gli effetti su differenti colture energetiche (food e no-food) in termini di produzione di biomassa e caratteristiche morfologiche. Le misure effettuate con camera statica hanno evidenziato maggiori emissioni di CO2 nei primi giorni dopo lo spandimento (7245.4 mg/m2 h) rispetto a quelli seguenti (458.3 mg/m2 h) in relazione al notevole apporto di sostanza organica. Questo effetto però è compensato da un aumento della fertilità del suolo e dal mancato uso di fertilizzanti chimici, il cui processo produttivo comporta considerevoli emissioni di gas serra.

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CAPES
O biogás é um biocombustível oriundo da decomposição de substratos orgânicos biodegradáveis. A energia resultante do biogás é muito importante, uma vez que é uma fonte alternativa ao gás natural, reduzindo-se os impactos ambientais associados as emissões excessivas de gás carbônico na atmosfera. Em geral, a composição do biogás varia de 40-75% de CH₄, 15-60% (v.v⁻¹) de CO₂ e impurezas. Em virtude do alto teor de CH₄, é possível enriquecer esse biocombustível removendo-se o gás carbônico e, por conseguinte, elevando-se o percentual volumétrico de CH₄. O enriquecimento do conteúdo de CH₄ produz o biometano, substituto renovável do gás natural. A separação entre CH₄/CO₂ do biogás é plausível através da adsorção sob variação de pressão (PSA, Pressure Swing Adsorption). Um importante fator dessa tecnologia é o adsorvente e dentre vários materiais em uso há o carvão ativado (AC). O AC tem boas características texturiais, baixo custo e é de produção simples, no entanto outros adsorventes apresentam capacidades adsortivas de gás carbônico superiores ao AC. Considerando que o CO₂ tem característica ácida, impregnou-se o AC em soluções de hidróxido de K, Ca e Mg a 1,0M e Na a 1,0 e 0,1M, separadamente para melhorar a capacidade de adsorção de CO₂ do carvão ativado puro. A pesquisa consistiu em comparar as características dos carvões modificados, as capacidades dinâmicas de CO₂ e avaliar a dinâmica de adsorção de gás carbônico na coluna com o carvão de melhor desempenho adsortivo de CO₂. O sistema consistiu em coluna adsorvedora com 28mm de diâmetro e 187mm de altura que operou a temperatura, pressão e vazão de mistura gasosa semelhante ao biogás de 0,1MPa, 297 K e 0,0033L.s⁻¹, nessa ordem. Os resultados das caracterizações demonstram que a impregnação alcalina reduziu as propriedades texturiais dos carvões ativados. A dinâmica de adsorção exibe a retenção de CO₂ e a difusão de CH₄ por entre o leito para todos os carvões. As análises das capacidades de adsorção de CO₂ exibem a seguinte ordem crescente dos AC em relação à carga de CO₂, a pressões parciais de CO₂ maiores que 0,04MPa: AC-Mg(OH)₂(1,0M)Biogas is a biofuel produced from the anaerobic decomposition of organic matter. Energy from biogas is very important once it is an alternative to fossil fuel energy and it is renewable, which reduces environmental impacts relative to extreme emissions of carbon dioxide to the atmosphere. In general, biogas composition consists of 40-75% (v.v⁻¹) of CH₄, 15-60% (v.v⁻¹) of CO₂ and impurities. In virtue of its high methane load, it is possible to enhance biogas by the removal or reduction of its carbon dioxide and, hence, increase its volumetric percentage of methane to 95% or more. This methane enrichment results in the production of biomethane that is a renewable natural gas. Biogas methane/carbon dioxide separation is plausible by Pressure Swing Adsorption (PSA). An important factor to this technology is the type of adsorbent used and among many materials is the activated carbon (AC). ACs have good textural characteristics, they are inexpensive, and of simple production, however other adsorbents have higher carbon dioxide adsorption capacity. Due to the carbon dioxide acid characteristic, AC was submitted to impregnation with hydroxide solutions of K, Ca, Mg 1.0M and sodium hydroxide at 0.1 and 1.0M solutions, separately in order to improve unmodified AC CO₂ adsorption capacity. The research objective consisted in comparing the AC characteristics, assessing the carbon dioxide dynamic capacity and evaluate the adsorption dynamics while using a packed bed column adsorber. The adsorption system consists of a packed-bed column with 28mm of diameter and 187 mm in height, which operated at pressure, temperature and in-gas flow similar to biogas of 0.1MPa, 297K and 0.0033L.s⁻¹, respectively. The characterization results demonstrated that alkaline impregnation of the AC reduced the textural properties of the AC. The adsorption studies exhibited the capture of carbon dioxide and the diffusion of methane gas through the packed bed for all the AC. The evaluation of the carbon dioxide capacity of each AC suggests the following increasing order of the AC regarding the load of CO₂, at partial pressures superior to 0,04MPa: AC-Mg(OH)₂(1,0M)