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Title: Aproveitamento energético a partir da digestão anaeróbia de hidrolisado hemicelulósico gerado pelo pré-tratamento por auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar considerando o contexto da biorrefinaria.
Authors: Baeta, Bruno Eduardo Lobo
metadata.dc.contributor.advisor: Aquino, Sergio Francisco de
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Keywords: Cana-de-açúcar - derivados
Resíduos como combustível
Digestão anaeróbia
Issue Date: 2016
metadata.dc.contributor.referee: Aquino, Sergio Francisco de
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Zait, Marcelo
Rocha, George Jackson Moraes
Silva, Silvana de Queiroz
Leão, Versiane Albis
Citation: BAÊTA, Bruno Eduardo Lobo. Aproveitamento energético a partir da digestão anaeróbia de hidrolisado hemicelulósico gerado pelo pré-tratamento por auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar considerando o contexto da biorrefinaria. 2016. 159 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.
Abstract: Este trabalho teve como principal objetivo otimizar a partir de um planejamento experimental as variáveis operacionais temperatura (T), tempo (t) e razão sólido-líquido (RSL) para a auto-hidrólise (AH) do bagaço de cana-de-açúcar (BC), visando produzir um hidrolisado hemicelulósico (HH) com características propícias para digestão anaeróbia (DA) e produção bioquímica de metano (PBM). Os resultados indicaram que os HH gerados em condições severas de AH com maior solubilização de hemiceluloses e com maiores teores de açúcares, C5-C6, não foram os mais adequados para produção de metano. Provavelmente isto tenha ocorrido pelo acúmulo de compostos tóxicos e/ou recalcitrantes (furanos e fragmentos de lignina). Condições mais moderadas (170°C, 35 min e RSL = 0,33 g BC.mL H2O-1) geraram um HH com maior PBM (0,79 Nm3 CH4. kg COT-1), o que foi confirmado pela ferramenta estatística de desejabilidade. O HH obtido a partir da condição DC2 gerada pelo modelo de desejabilidade (178,2°C, 43,6 min e RSL = 0,24 g BC .ml H2O-1) apresentou as menores concentrações de compostos tóxicos, o que culminou com menor acúmulo de ácidos graxos voláteis (AGVs) e maiores PBM (1,56 Nm3 CH4. g COT-1) durante a DA. O modelo de Gompertz foi usado para ajustar os dados de produção de CH4 durante a DA. O melhor HH apresentou uma taxa máxima de produção de metano (RCH4) de 2,6 mmol CH4.d-1. Além disso, a digestão anaeróbia foi realizada em dois estágios (acidogênico-metanogênico, DA-2S), em reatores descontínuos, no qual o estágio acidogênico atuou como uma fase prévia de hidrólise e biodetoxificação. Isto permitiu a utilização de condições mais severas de pré-tratamento do BC por AH, T = 178,6°C e t = 55 min (DC3) e T = 182,9°C e t = 40,71 min (DC4), que, resultaram em maior extração de hemiceluloses do BC (DC3 = 77,40% e DC4 = 73,90%), o que consequentemente melhorou o balanço energético líquido do processo proposto gerando uma energia livre de 3,15 MJ.kg BC-1 a partir da combustão do biogás gerado na digestão anaeróbia em dois estágios do hidrolisado hemicelulósico.
metadata.dc.description.abstracten: This study aimed to optimize through design of experiments, the process variables (temperature ‒ T, time ‒ t and solid‒to‒liquid ratio ‒ SLR) for sugarcane bagasse (Himmelsbach et al.) autohydrolysis (AH) to obtain hemicellulose hydrolyzates (HH) prone to anaerobic digestion (AD) and biochemical methane production (BMP). The results indicated that severe AH conditions, which lead to maximum hemicelluloses dissolution and sugar content in the HH, were not the best for BMP, probably due to the accumulation of toxic/recalcitrant compounds (furans and lignin). Mild AH conditions (170oC, 35min and SLR=0.33) led to the highest BMP (0.79 Nm3.kgTOC‒1), which was confirmed by the desirability tool. HH produced by AH carried out at the desired condition DC2 (178.6oC, 43.6 min and SLR=0.24) showed the lowest accumulation of inhibitory compounds and volatile fatty acids (VFA) and highest BMP (1.56 Nm3.kgTOC‒1). The modified Gompertz model best fit the experimental data and led to a maximum methane production rate (R) of 2.6 mmol CH4.d‒1 in the best condition. In additional, the anaerobic digestion was carried out in a two-stage (acidogenic-methanogenic) batch system where the acidogenic phase worked as a hydrolysis and biodetoxification step. This allowed the utilization of more severe AH pretreatment conditions, i.e. T = 178.6°C and t = 55 min (DC3) and T = 182.9°C and t = 40.71 min (DC4). Such severe conditions resulted in higher extraction of hemicelluloses from SB (DC1 = 68.07%, DC2 = 48.99%, DC3 = 77.40% and DC4 = 73.90%), which consequently improved the net energy balance of the proposed process generating a net energy of 3.15 MJ.kg BC-1 from anaerobic digestion in two-stage of hemicellulose hydrolysate.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/7124
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor, 19/10/2016, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta.
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