Produção de açúcar e etanol de primeira e segunda geração

Abstract

oportunidade única de aprendizagem, sempre elevando o grau de exigência, permitindo que esta tese superasse as minhas expectativas. Agradeço também aos professores pela amizade e apoio em todos os momentos.À minha família e amigos pelo apoio incondicional e incentivo em todos os desafios enfrentados. Em especial ao meu marido, pelas longas horas de conversa e "consultorias" acadêmicas, e ao meu filho, por ter mudado minha visão de mundo no meio deste trabalho. Ao Convênio Unicamp-Shell Brasil Petróleo Ltda. pelo apoio financeiro concedido. viii ix "Quando a gente acha que tem todas as respostas, vem a vida e muda todas as perguntas ..." Luis Fernando Veríssimo x xi RESUMO Nesta tese, utilizou-se o simulador comercial Aspen Plus ® para simular o processo de produção conjunta de açúcar, etanol e eletricidade em uma usina convencional e a produção de etanol e eletricidade em uma destilaria autônoma. A integração dos processos e diferentes usos para o bagaço excedente foram estudados. Foram avaliadas modificações nos processos convencionais para aumentar a produção de eletricidade e a produção de etanol de segunda geração, utilizando como matéria prima o bagaço ou fração fina do bagaço composta por células de parênquima (fração-P). Os casos estudados também foram avaliados economicamente e quanto à captação de água, propondo alternativas para minimização desta. Os resultados indicaram que a integração energética dos processos convencionais minimizou a quantidade de vapor necessária, disponibilizando uma maior quantidade de bagaço para outros usos. O uso do bagaço excedente, em conjunto com a palha, como combustível em um sistema de cogeração com a instalação de uma turbina de condensação, permitiu o aumento da eletricidade disponível em 244%, quando utilizada a maior quantidade de palha admitida para o caso estudado para a destilaria autônoma. Os casos que estudaram a fração-P apresentaram maior produção de energia elétrica e produção de etanol/t material lignocelulósico do que os casos de segunda geração a partir do bagaço. Todos os casos apresentaram captação de água superior à permitida no Estadode São Paulo, 1 m 3 /t de cana de açúcar, sendo desta forma considerada a concentração da vinhaça e o aproveitamento, após tratamento, da água de lavagem do material pré-tratado, para os casos de segunda geração. A análise econômica mostrou que é possível aumentar a lucratividade dos processos convencionais, a longo prazo, com modificações no sistema de cogeração resultando em pouca alteração no tempo de retorno do investimento. O uso da fração-P para produção de etanol de segunda geração, tendo como pré-tratamento LHW e utilizando custo baixo para as enzimas, se apresentou igualmente atrativo, do ponto de vista econômico, ao melhor caso estudado de modificações no sistema de cogeração. Menores tempo de retorno, rentabilidade do investimento e lucratividade, a longo prazo, foram encontrados para os casos que consideraram a produção conjunta de açúcar e etanol. A viabilidade econômica dos processos de segunda geração aprese...

Simultaneous Optimization and Integration of Multiple Process Heat Cascade and Site Utility Selection for the Design of a New Generation of Sugarcane Biorefinery

“…bought r ≤ avail r ∀r ∈ LRA (8) sold r ≤ demand r ∀r ∈ LRB (9) As the superstructure enables the selection of utilities simultaneously with total site heat integration, the consumption of a thermal utility (element contained in UT) by a process (element contained in PU) cannot be defined as a parameter, as it can vary depending on the scale of the process and whether it is energetically integrated with other processes. Therefore, for a pu element, Equation ( 4) is rewritten as Equation (10), where massUtility pu,ut is the value of the mass flow of utility ut consumed by the pu process. massUtility pu,ut − cons pu,r = 0 ∀pu ∈ PU, ∀r ∈ UT (10)…”

“…For each liter of bioethanol, 10 to 15 L of vinasse are produced [9]. To achieve a concentration of 99.3% by mass for bioethanol, the hydrated bioethanol undergoes a dehydration process in which excess water is removed using a solvent such as monoethylene glycol (MEG) or cyclohexane [10].…”

“…The excess electricity produced by these plants is then sold to the power grid. According to Albarelli [10], improvements in energy integration of the process with investments in heat recovery technology can make a large amount of bagasse available as feedstock for other processes, such as gasification integrated with methanol production. According to Fuess et al [11], the integration of new processes, in addition to increasing energy efficiency, Entropy 2024, 26, 501 3 of 26 would diversify the products obtained, improving the biorefinery nature of the sugarcane industry.…”

Pré-tratamento de bagaço de cana com CO2 supercrítico visando hidrólise enzimática

“…Atualmente, o bagaço de cana das usinas sucroalcooleiras é utilizado para a produção de energia elétrica a partir de sistemas de cogeração. O bagaço é utilizado como combustível de queima nas caldeiras para a produção de vapor, em seguida este vapor é direcionado para uma turbina produzindo trabalho e então convertido em energia elétrica (ALBARELLI, 2013).…”

Avaliação de sustentabilidade econômica de biorrefinarias integradas 1G2G com coprodução de xilana e lignossulfonato

“…O caldo extraído é tratado e, quando necessário, concentrado, para que seja feito o preparo do mosto. Feito isso, o mosto é enviado ao processo de fermentação e o fermentado resultante é destilado e desidratado obtendose o etanol anidro como produto final (ALBARELLI, 2013;CORREA et al, 2017).…”