Análise técnico-econômica-ambiental da produção integrada de etanol e biodiesel no contexto brasileiro
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20171 |
Resumo: | The Greenhouse Gas (GHG) emissions must be reduced, it is a global emergency. Biofuels, such as ethanol and biodiesel, are indispensables parts of the brazilian renewable energy matrix, and has an essential place when thinking about the replacement of fossil fuels and the transition to a low carbon energy matrix. Brazil has a tactical position in this scene, due to its production volume of sugar cane and vegetable oils. The ethanol’s agro-industrial park is already well funded in the country. Meanwhile, biodiesel is still expanding at the national scenario. Biodiesel produced by enzymatic catalysis represents less environment impact, however its high production cost has been making its industrial implementation impractical. Hereupon, this thesis proposes to rate the biodiesel’s production’s enzymatic route, using as reference to compare the alkaline catalysis route. Different routes of enzymatic biodiesel’s production, distinguished techniques of segregation of this biofuel, its integrated production in a soy biorefinery and the process’ expansion to a integrated soy and sugar cane biorefinery are the discussed points. It was analyzed the separation of the biodiesel through washing it with hot water after caustic polish and by distillation. The Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR) were chosen as economic metrics, and the Global-Warming Potential (GWP), as environmental metric. The results imply that the enzymatic biodiesel division shows better economic development while using biodiesel washing, but the distillation represented less environmental impact. The frying oil biodiesel had bigger IRR (38 %), and the smallest GWP (4,05 CO2eq/kg). The cultivated soybean oil transesterification the alkaline catalyze has NPV 4,5 times higher and GWP 4,4 % superior than the transesterification by Eversa® Transform 2.0 in free form and with four reuses of enzyme. On the low environmental impact production research, it was pretended the enzymatic biodiesel production integration, catalyzed by lipase free Eversa and with four reuses of enzyme, integrated to the oil extraction and the ethanol production in a soy and sugar cane combined biorefinery. To reduce the time of simulation processing of this case, the process was performed by Kriging universal metamodels, estimating the NPV and the GWP of biorefinery. The soy biorefinery and sugar cane showed economic viability with NPV of US$ 50 millions and some reduction on the CO2eq emissions, as much as to ethanol as to biodiesel. The application strategy was efficient, enabling the analyzes’ realization on tractable dimension systems. |
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Alves, Ediane de SáFurlan, Felipe Fernandohttp://lattes.cnpq.br/4136352953168873Giordano, Roberto de Camposhttp://lattes.cnpq.br/0834668419587001http://lattes.cnpq.br/77470824098764962024-07-19T14:07:18Z2024-07-19T14:07:18Z2023-03-31ALVES, Ediane de Sá. Análise técnico-econômica-ambiental da produção integrada de etanol e biodiesel no contexto brasileiro. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20171.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20171The Greenhouse Gas (GHG) emissions must be reduced, it is a global emergency. Biofuels, such as ethanol and biodiesel, are indispensables parts of the brazilian renewable energy matrix, and has an essential place when thinking about the replacement of fossil fuels and the transition to a low carbon energy matrix. Brazil has a tactical position in this scene, due to its production volume of sugar cane and vegetable oils. The ethanol’s agro-industrial park is already well funded in the country. Meanwhile, biodiesel is still expanding at the national scenario. Biodiesel produced by enzymatic catalysis represents less environment impact, however its high production cost has been making its industrial implementation impractical. Hereupon, this thesis proposes to rate the biodiesel’s production’s enzymatic route, using as reference to compare the alkaline catalysis route. Different routes of enzymatic biodiesel’s production, distinguished techniques of segregation of this biofuel, its integrated production in a soy biorefinery and the process’ expansion to a integrated soy and sugar cane biorefinery are the discussed points. It was analyzed the separation of the biodiesel through washing it with hot water after caustic polish and by distillation. The Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR) were chosen as economic metrics, and the Global-Warming Potential (GWP), as environmental metric. The results imply that the enzymatic biodiesel division shows better economic development while using biodiesel washing, but the distillation represented less environmental impact. The frying oil biodiesel had bigger IRR (38 %), and the smallest GWP (4,05 CO2eq/kg). The cultivated soybean oil transesterification the alkaline catalyze has NPV 4,5 times higher and GWP 4,4 % superior than the transesterification by Eversa® Transform 2.0 in free form and with four reuses of enzyme. On the low environmental impact production research, it was pretended the enzymatic biodiesel production integration, catalyzed by lipase free Eversa and with four reuses of enzyme, integrated to the oil extraction and the ethanol production in a soy and sugar cane combined biorefinery. To reduce the time of simulation processing of this case, the process was performed by Kriging universal metamodels, estimating the NPV and the GWP of biorefinery. The soy biorefinery and sugar cane showed economic viability with NPV of US$ 50 millions and some reduction on the CO2eq emissions, as much as to ethanol as to biodiesel. The application strategy was efficient, enabling the analyzes’ realization on tractable dimension systems.A redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE) é uma questão urgente e global. Biocombustíveis, como o etanol e o biodiesel, são parte imprescindíveis da matriz energética renovável brasileira e têm papel importante na substituição dos combustíveis fósseis e na transição para uma matriz energética de baixo carbono. O Brasil é estratégico nesse cenário devido ao volume de sua produção de cana-de-açúcar e de óleos vegetais. O parque agroindustrial do etanol já é bem consolidado no país. Paralelamente, o biodiesel está em expansão no cenário nacional. O biodiesel produzido via catálise enzimática apresenta menor impacto ambiental, porém seu elevado custo de produção tem inviabilizado a sua implementação industrial. Neste contexto, esta tese se propõe a avaliar a rota enzimática de produção de biodiesel, tendo como referência para comparação a rota de catálise alcalina. Rotas distintas de produção do biodiesel etílico enzimático, diferentes técnicas de separação deste biocombustível, sua produção integrada em uma biorrefinaria de soja e a expansão do processo até uma biorrefinaria integrada de soja e cana-de-açúcar são pontos abordados. Foi analisada a separação do biodiesel via lavagem com água quente após polimento cáustico e via destilação. O Valor Presente Líquido (VPL) e Taxa Interna de Retorno (TIR) foram escolhidos como métricas econômicas, e o Potencial de Aquecimento Global (GWP) como métrica ambiental. Os resultados indicam que a separação do biodiesel enzimático tem um melhor desempenho econômico usando a lavagem do biodiesel, porém a destilação apresentou menor impacto ambiental. O biodiesel de óleo de fritura obteve a maior TRI (38 %) e o menor GWP (4,05 CO2eq /kg). Para a transesterificação do óleo de soja refinado a catálise alcalina apresenta VPL 4,5 vezes maior e um GWP 4,4 % superior que a transesterificação via Eversa® Transform 2.0 na forma livre e com sete reuso da enzima. Na busca da produção de um biodiesel de baixo impacto ambiental, simulou-se a integração da produção de biodiesel enzimático, catalisada pela lipase Eversa livre e com sete reuso da enzima, integrada à extração de óleo e produção de etanol em uma biorrefinaria conjugada de soja e cana-de-açúcar. A fim de reduzir o tempo de processamento da simulação desse caso, os processos foram representados por meta-modelos do tipo Kriging universal, estimando-se o VPL e GWP da biorrefinaria. A biorrefinaria de soja e cana-de-açúcar apresentou viabilidade econômica com VPL de US$ 50 milhões e uma redução nas emissões de CO2eq, tanto para o etanol como para o biodiesel. A estratégia de utilização dos meta-modelos foi eficiente, viabilizando a realização das análises em sistemas de dimensões tratáveis.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)142095/2019-2porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBiodieselBiorrefinariaAvaliação do ciclo de vidaAnálise técnica-econômicaLipaseMeta-modelosIntegração de processosBiorefineryLife cycle analysisTechno-economic analysisMeta-modelsProcess integrationENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAAnálise técnico-econômica-ambiental da produção integrada de etanol e biodiesel no contexto brasileiroTechno-economic-environmental analysis of integrated ethanol and biodiesel production in the brazilian contextinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTese Ediane -ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA-AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE ETANOL E BIODIESEL NO CONTEXTO BRASILEIRO.pdf.txtTese Ediane -ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA-AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE ETANOL E BIODIESEL NO CONTEXTO BRASILEIRO.pdf.txtExtracted texttext/plain103370https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d5436408-654b-4a1b-a2c0-27638d91ed9e/downloadf96758b6d64f96aa9e04ae33ff6ef72aMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTese Ediane -ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA-AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE ETANOL E BIODIESEL NO CONTEXTO BRASILEIRO.pdf.jpgTese Ediane -ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA-AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE ETANOL E BIODIESEL NO CONTEXTO BRASILEIRO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3897https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1238083f-e121-4cdf-98db-56b08e2c611a/downloada3fb384a4859b41ad118f208d0e0fc47MD54falseAnonymousREADORIGINALTese Ediane -ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA-AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE ETANOL E BIODIESEL NO CONTEXTO BRASILEIRO.pdfTese Ediane -ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA-AMBIENTAL DA PRODUÇÃO INTEGRADA DE ETANOL E BIODIESEL NO CONTEXTO BRASILEIRO.pdfapplication/pdf2202566https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c5969894-e032-412d-bfc5-6bd3b3165ee5/download43678721f9509f5d5ca97df8eb3e77a9MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2ba8ba4a-8994-4dc6-907a-3e4346fa43f6/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/201712025-02-06 02:41:54.517http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20171https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:41:54Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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