Navegando por Autor "Rodrigues, Fábio de Ávila"
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Item Avaliação técnica e econômica da produção de biogás, energia e etanol celulósico em uma biorrefinaria virtual integrada alimentada com casca de café.(2022) Faria, Marina Victal; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Rodrigues, Fábio de Ávila; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Rodrigues, Fábio de Ávila; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Herrera Adarme, Oscar FernandoUma alternativa para garantir a segurança energética mundial diante do aumento da demanda por energia e a eminente escassez das reservas de petróleo, e ainda reduzir a emissão de gases de efeito estufa, é a utilização dos biocombustíveis. O etanol, o biodiesel e o biometano apresentam-se como alternativas promissoras para o setor de transporte, devido à compatibilidade com os motores já existentes, principalmente quando são produzidos utilizando matérias-primas que não competem com alimentos, como mesmo rejeitos agrícolas e industriais. Todos os anos no Brasil são geradas aproximadamente 3 milhões de toneladas de casca de café (CC), um resíduo lignocelulósico que com potencial para produção de etanol de segunda geração (2G) devido à grande quantidade de carboidratos que constitui esta biomassa. Neste trabalho, avaliou-se a produção de etanol 2G e biogás produzido em uma biorrefinaria de casca de café a partir da simulação do processo no software SuperPro Desinger v.12, considerando três distintas condições de pré-tratamento PTH, variando-se o tempo, a temperatura e a severidade. Os resultados das análises nos permitiram atestar a viabilidade técnica do processo. Contudo, embora haja tecnologia suficiente para que sejam produzidos industrialmente biogás e etanol celulósico, utilizando a casca de café como matéria-prima, este empreendimento não se mostrou economicamente viável, independente da condição de PTH empregada. Este resultado se deu principalmente devido aos elevados custos de produção e o baixo preço de venda do principal produto, o etanol. O menor custo de produção atingido variou em torno de 7,50 USD. Contudo, biorrefinarias de produtos de maior valor agregado podem se mostrar economicamente viáveis, sendo um destino mais nobre às cascas de café.Item Is anaerobic co-digestion the missing link to integrate sugarcane biorefinery?(2022) Herrera Adarme, Oscar Fernando; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Rodrigues, Fábio de Ávila; Aquino, Sergio Francisco deThis study evaluated the potential of energy generation from anaerobic co-digestion (AcD) of vinasse and hemicelluloses hydrolysate within the context of an integrated 1G-2G sugarcane biorefinery as a mean to ensure its technical, economic and environmental feasibility. Environmental impact indexes for 2G ethanol and biogas production process, such as carbon footprint, which varied from 12.3 to 50.02 g CO2/MJ and reduction of greenhouse gas (GHG) emissions (from 42.7 to 85.9%), were obtained in all scenarios. Economic indicators showed the unviability of 1G-2G sugarcane mill integration adopting AcD of wastes, considering technologies for 2G ethanol production in view of their high capital and operational costs (pretreatment). However, by fixing the experimental methane yield at 0.245 Nm3 kg COD−1 r which has been obtained for two-stage anaerobic systems and by considering the use of 50% of bagasse surplus for biogas production, it was possible to achieve internal rate of return (IRR), return on investment (ROI) and payback period of 21.8%, 59.50% and 10.55 years respectively. Moreover, when experimental methane yield is increased in 10% in such scenario, it was possible to achieve internal rate of return (IRR), return on investment (ROI) and payback period of 26%,89.05% and 5.36 years, respectively.Item Kinetic study of the conversion of glucose to 5-hydroxymethylfurfural using niobium phosphate.(2022) Jesus Junior, Maurino Magno de; Fernandes, Sergio Antonio; Borges, Emílio; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Rodrigues, Fábio de ÁvilaThe present study seeks to propose a robust reaction network to determine the kinetic parameters of the glucose to HMF conversion reaction, via fructose as intermediary, in aqueous medium using niobium phosphate (PNb). The catalytic activity of PNb was evaluated in a reaction mixture consisting of a 2% (m/m) glucose solution, glucose/PNb ratio of 3:1, between temperatures 125 °C and 145 °C, for 180 min. The selectivity for HMF reaches a maximum of 80.4 ± 0.2% at 125 °C for 15 min. The catalyst was characterized before and after catalytic tests, leaching and reuse. The Holfield neural network model was used to estimate the kinetic parameters based on a system of differential equations obtained by the mathematical modeling of the proposed reaction network. The agreement between the concentration values of the compounds predicted by the model with the experimental results was satisfactory.Item Obtenção de biogás a partir da co-digestão anaeróbia de resíduos do processo de produção de bioetanol de primeira e segunda geração.(2020) Herrera Adarme, Oscar Fernando; Aquino, Sergio Francisco de; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Aquino, Sergio Francisco de; Zaiat, Marcelo; Rodrigues, Fábio de Ávila; Silva, Silvana de Queiroz; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Gurgel, Leandro Vinícius AlvesNeste trabalho foi avaliada a co-digestão anaeróbia (AcD) dos subprodutos da biorefinaria da cana-de-açúcar, especificamente, hidrolisado hemicelulósico (HH) (obtido pelo pré-tratamento hidrotérmico do bagaço da cana (SB)), vinhaça (gerada durante o processo de produção de etanol de primeira geração), extrato de levedura (YE) (que pode ser obtidos a partir de leveduras descartadas) e cinzas volantes de bagaço de cana (SBFA), usando experimentos de potencial bioquímico de metano (PBM). As melhores condições experimentais da AcD em batelada (proporção de mistura de 25-75% de HH-vinhaça; 1,0 g L-1 YE; 15 g L-1 SBFA e 100-0% de HH-vinhaça, 1,5 g L-1 YE; 45 g L-1 SBFA) levaram à produção de 0,279 e 0,267 Nm3 de CH4 por kg de demanda química de oxigênio (DQO) removida com um excedente de energia de 0,43 e 0,34 MJ kg SB-1, respectivamente. Realizaram-se experimentos de adsorção utilizando SBFA mostrando que é possível adsorver até 61,71 e 58,21 mg g-1 de 5-hidroximetil-2- furfuraldeído e 2-furfuraldeído, reduzindo assim a toxicidade do substrato e melhorando a produção de biogás durante a AcD dos subprodutos mencionados. Posteriormente, dois sistemas anaeróbios mesofílicos alimentados continuamente com a mistura de HH e vinhaça e inoculados com SBFA e YE foram utilizados para validar os dados obtidos em batelada. Um novo reator anaeróbio de leito estruturado de estágio único (nSBR) foi comparado com um sistema acidogênico-metanogênico de dois estágios, formado por um reator acidogênico de leito estruturado (ASTBR) seguido por um reator metanogênico UASB. A carga orgânica (OLR) (de 0,9 a 10,8 g COD L-1 d-1) aplicada em estes sistemas foi atingida pela fixação do tempo de retenção hidráulica (HRT) nos reatores (17,5 h em nSBR; 6 h no ASTBR e 19,9 h no UASB) e a alteração da concentração de DQO da alimentação por meio de diluição. Os resultados mostraram a viabilidade do uso de um sistema de dois estágios (ASTBR / UASB) no tratamento de uma mistura HH-vinhaça, levando a uma remoção global de DQO superior a 80% e um rendimento de metano de 0,245 Nm3 CH4 kg de COD-1r. Por sua vez, o sistema de estágio único (nSBR) levou a 65% da remoção da DQO e 0,205 Nm3 CH4 kg de COD-1r de rendimento de metano. Análises da comunidade microbiana do lodo coletado dos reatores anaeróbios em diferentes condições operacionais mostraram mudanças estruturais e relacionais entre as comunidades microbianas dominantes, pertencentes aos gêneros Clostridium, 8 Bacteroides, Desulfovibrio, Lactobacillus, Lactococcus, Longilinea, Methanosaeta, Pleomorphomonas e Syntrophus, e as condições cinéticas, hidrodinâmicas e de performance dos sistemas anaeróbios. Ambos sistemas, único (nSBR) e duplo (ASTBRUASB) estagio, exibiram estabilidade a longo prazo de operação (240 dias) com baixo acúmulo de AGV (média de 550 mgL-1 no nSBR e 625 mgL-1 no UASB). Finalmente, para cenários que consideram uma biorrefinaria de cana-de-açúcar integrada, uma avaliação técnico-econômica e ambiental foi realizada mostrando que o rendimento de metano é o parâmetro mais sensível. O melhor cenário mostrou, que usando um sistema anaeróbio de dois estágios para o substrato estudado e considerando o uso de 50% do excedente do bagaço para a produção de etanol, foi possível atingir uma taxa interna de retorno (TIR), um retorno sobre o investimento (ROI) e um período de payback de 26%, 89,05% e 5,36 anos, respectivamente. Indicadores de impacto ambiental como pegada de carbono, que variou de 12,3 a 50,02 g CO2/MJ e % de redução de emissões (de 42,7 a 85,9%) para etanol 2G e processo de produção de biogás foram obtidos em todos os cenários. Assim, os resultados evidenciaram a importância do investimento em P&D e da implementação de Políticas de Biocombustíveis, principalmente para produção de etanol 2G (bagaço disponível), e também para a co-digestão anaeróbia de subprodutos buscando atingir objetivos de economia circular e viabilidade global da bioferinaria de cana de açúcar integrada.Item Produção de ácidos graxos voláteis (AGVs) biobaseados a partir da digestão anaeróbia do bagaço de oliva pré-tratado hidrotermicamente.(2020) Fonseca, Yasmim Arantes da; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Rodrigues, Fábio de Ávila; Aquino, Sergio Francisco deUm resíduo lignocelulósico produzido em grande quantidade no Brasil é o bagaço de oliva gerado durante a extração do azeite. Estima-se que para cada tonelada de azeitona processada sejam gerados 800 kg do resíduo. Com o intuito de inserir a indústria do azeite nos propósitos da economia circular biobaseada, o presente trabalho investigou a produção de ácidos graxos voláteis (AGVs) a partir da fermentação do bagaço de oliva pré-tratado hidrotermicamente. Nessa perspectiva, as condições experimentais do pré-tratamento hidrotérmico (PTH) do bagaço de oliva foram definidas por meio do planejamento experimental Doehlert, cujas variáveis independentes avaliadas foram temperatura (80 a 200 ºC) e tempo (30 a 100 min). Três condições de PTH (C1: 125ºC, 53min; C2: 161ºC, 62min; C3: 191ºC, 83min) foram selecionadas por meio da ferramenta desejabilidade do programa Statistica® para produzir substratos para a fermentação acidogênica em fase líquida (DA- L), semissólida (DA-Ss) e sólida (DA-S). Logo, a fração sólida (FS), a fração líquida (FL) e a mistura do bagaço bruto (B) pré-tratado foram avaliadas como substratos potenciais para acidificação durante a digestão anaeróbia (DA). O PTH melhorou a eficiência de acidificação (EA) em todos os sistemas de DA estudados, sendo que a C2 da DA-L apresentou 64,87% de EA. Em todos os cenários avaliados, o ácido acético foi o ácido predominante. Os compostos fenólicos, que apresentaram toxicidade a uma concentração maior que 6,34 g L - 1 para a DA-L, mudaram a rota metabólica dos microrganismos, aumentando a produção de ácidos graxos voláteis (AGVs) de cadeia longa nos sistemas em DA-L e DA-S. Além disso, o tipo de sistema de digestão anaeróbia e a severidade do PTH tiveram grande influência no perfil e na concentração dos AGVs produzidos, assim como na comunidade microbiana predominante. Os filos Proteobacteria e Firmicutes foram os mais representativos na DA acidogênica dos substratos oriundos do bagaço de oliva, com as espécies Enterobacter cloacae e Enterobacter hormaechei dominando a DA-L e DA- Ss. De qualquer forma, a C2 da DA-Ss gerou a combinação de concentração (19770 mg L-1 ) e perfil dos AGVs com maior rentabilidade econômica potencial(131$/ton). A otimização dos parâmetros do bioprocesso para essa condição foi realizada por uma matriz Doehlert que teve como variáveis independentes o pH (5-9) e a relação alimento/microrganismo (A/M) (0,5– 3 g SV g SV - 1 ). A função de desejabilidade foi aplicada e apontou que as maiores concentrações de AGVs com o maior percentual de ácidos de cadeia longa podem ser alcançados na condição pH=8 e relação A/M=3.