Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Remor, Paula Verônica
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Medianeira
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25465
Resumo: Sugarcane is the most traded crop in the world and Brazil is the largest global producer. Sugarcane processing generates about 28% of waste in the form of bagasse (SB) with only 50% being used to generate energy from burning in the industries themselves. BC is a lignocellulosic substrate that, if pretreated, can be easily converted into biogas from anaerobic digestion. However, the application of pretreatments on a full scale is limited due to the lack of optimal parameters (chemical concentration and pretreatment time). This study evaluated the alkaline pretreatmentof SBon the Biochemical Methane Potential (BMP) and estimated ideal operational conditions for pretreatment. The SBwas pretreated with NaOH and KOH solutions with different concentrations between 1% and 10% (w/v) and contact times between 1 h and 12 h. The BMP for SBwith and without pretreatment was evaluated in batch mode with 125 mL bottles and an inoculum/substrate ratio of 3. The estimate of optimal pretreatment conditions was obtained through empirical statistical modeling. After generating the models, validation of predicted and observed values were performed. BMP for SBwithout pretreatment varied between 297-306 LNCH4kg VS-1and pretreatment with KOH and NaOH resulted in production values 19% and 20% higher. The optimum operating conditions were 7.7% and 8.3% for NaOH and KOH and contact time of about 12 h, being similar for both solutions. The statistical design indicated that concentrations between 4% and 10% NaOH and 6% and 10% KOH with the optimized contact time result in statistically similar BMP. The validation of the mathematical model indicated a satisfactory adjustment of the results predicted and observed with errors of only 4.5% for the NaOH model and 5.2% for the KOH. In this sense, the optimization of the pretreatment conditions allows a betterfull-scale processapplication because it allows the use of smaller quantities of chemical products and increased methane production.
id UTFPR-12_92cc2a3eb320a91dcadfa2be19a1a024
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/25465
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalinoAnaerobic digestion of sugarcane bagasse: optimization of alkaline pretreatment operational parametersMetanoIndústria açucareira - SubprodutosBagaço de cana - IndústriaMethaneSugar - Manufacture and refining - By-productsBagasse industryCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTALEngenharia/Tecnologia/GestãoSugarcane is the most traded crop in the world and Brazil is the largest global producer. Sugarcane processing generates about 28% of waste in the form of bagasse (SB) with only 50% being used to generate energy from burning in the industries themselves. BC is a lignocellulosic substrate that, if pretreated, can be easily converted into biogas from anaerobic digestion. However, the application of pretreatments on a full scale is limited due to the lack of optimal parameters (chemical concentration and pretreatment time). This study evaluated the alkaline pretreatmentof SBon the Biochemical Methane Potential (BMP) and estimated ideal operational conditions for pretreatment. The SBwas pretreated with NaOH and KOH solutions with different concentrations between 1% and 10% (w/v) and contact times between 1 h and 12 h. The BMP for SBwith and without pretreatment was evaluated in batch mode with 125 mL bottles and an inoculum/substrate ratio of 3. The estimate of optimal pretreatment conditions was obtained through empirical statistical modeling. After generating the models, validation of predicted and observed values were performed. BMP for SBwithout pretreatment varied between 297-306 LNCH4kg VS-1and pretreatment with KOH and NaOH resulted in production values 19% and 20% higher. The optimum operating conditions were 7.7% and 8.3% for NaOH and KOH and contact time of about 12 h, being similar for both solutions. The statistical design indicated that concentrations between 4% and 10% NaOH and 6% and 10% KOH with the optimized contact time result in statistically similar BMP. The validation of the mathematical model indicated a satisfactory adjustment of the results predicted and observed with errors of only 4.5% for the NaOH model and 5.2% for the KOH. In this sense, the optimization of the pretreatment conditions allows a betterfull-scale processapplication because it allows the use of smaller quantities of chemical products and increased methane production.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)A cana-de-açúcar é a cultura mais comercializada no mundo e o Brasil o maior produtor global. O processamento da cana gera cerca 28% de resíduo na forma de bagaço (BC)sendo que apenas 50% é utilizado para a geração de energia a partir da queima nas próprias indústrias. O BC é um substrato lignocelulósico que se pré-tratado pode ser facilmente convertido em biogás a partir da digestão anaeróbia.Contudo, a aplicação de pré-tratamentos em escala real é limitada devido à falta de parâmetros ótimos (concentração química e tempo de pré-tratamento). Este estudo avaliou o pré-tratamento alcalino do BC no potencial bioquímico de metano (PBM)e estimou condições operacionais ideais de pré-tratamento. O BC foi pré-tratado com soluções de NaOH e KOH com diferentes concentrações entre 1% e 10%(m/v)e tempos de contato entre1h e12 h.O PBM do BC com e sem pré-tratamento foi avaliado em regime de batelada com garrafas de 125 mL e relação inóculo/substrato de 3. A estimativa das condições ótimas de pré-tratamento foram obtidas por meio de modelagem estatística empírica.Após a geração dos modelos, foi realizada validação dos valores preditos e observados.O PBM do BC sem pré-tratamento variou entre 297-306 LNCH4kg SV-1e o pré-tratamento com KOH e NaOH resultou em valores de produção até 19% e 20% superiores. As condições operacionais ótimas foram de 7,7% e 8,3%para NaOH e KOHe tempo de contato de cerca de 12 h,sendo semelhantes para as duas soluções. O delineamento estatístico indicou que concentrações entre 4% e 10% de NaOH e 6% e 10% de KOH com o tempo de contato otimizado resultam em PBM estatisticamente semelhantes.A validação do modelo matemático indicou um ajuste satisfatório dos resultados preditos e observados com erros de apenas 4,5% para o modelo de NaOH e de 5,2% para o KOH. Neste sentido, a otimização das condições de pré-tratamento possibilita melhor aplicação do processo em escala real pois permite ouso de menores quantidades de produtos químicos e o aumento da produção de metano.Universidade Tecnológica Federal do ParanáMedianeiraBrasilPrograma de Pós-Graduação em Tecnologias AmbientaisUTFPREdwiges, Thiagohttps://orcid.org/0000-0002-6691-8100http://lattes.cnpq.br/7643832070860943Frare, Laercio Mantovanihttps://orcid.org/0000-0002-6367-0023http://lattes.cnpq.br/7676033878331606Kunz, Airtonhttps://orcid.org/0000-0002-6818-6580http://lattes.cnpq.br/0003350901000829Eyng, Eduardohttps://orcid.org/0000-0001-5190-3339http://lattes.cnpq.br/1101075438495044Edwiges, Thiagohttps://orcid.org/0000-0002-6691-8100http://lattes.cnpq.br/7643832070860943Remor, Paula Verônica2021-07-04T21:15:57Z2021-07-04T21:15:57Z2020-11-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfREMOR, Paula Verônica. Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino. 2020. Dissertação (Mestrado em Tecnologias Ambientais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2020.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25465porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2021-07-05T06:03:41Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/25465Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2021-07-05T06:03:41Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
Anaerobic digestion of sugarcane bagasse: optimization of alkaline pretreatment operational parameters
title Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
spellingShingle Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
Remor, Paula Verônica
Metano
Indústria açucareira - Subprodutos
Bagaço de cana - Indústria
Methane
Sugar - Manufacture and refining - By-products
Bagasse industry
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
Engenharia/Tecnologia/Gestão
title_short Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
title_full Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
title_fullStr Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
title_full_unstemmed Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
title_sort Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino
author Remor, Paula Verônica
author_facet Remor, Paula Verônica
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Edwiges, Thiago
https://orcid.org/0000-0002-6691-8100
http://lattes.cnpq.br/7643832070860943
Frare, Laercio Mantovani
https://orcid.org/0000-0002-6367-0023
http://lattes.cnpq.br/7676033878331606
Kunz, Airton
https://orcid.org/0000-0002-6818-6580
http://lattes.cnpq.br/0003350901000829
Eyng, Eduardo
https://orcid.org/0000-0001-5190-3339
http://lattes.cnpq.br/1101075438495044
Edwiges, Thiago
https://orcid.org/0000-0002-6691-8100
http://lattes.cnpq.br/7643832070860943
dc.contributor.author.fl_str_mv Remor, Paula Verônica
dc.subject.por.fl_str_mv Metano
Indústria açucareira - Subprodutos
Bagaço de cana - Indústria
Methane
Sugar - Manufacture and refining - By-products
Bagasse industry
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
Engenharia/Tecnologia/Gestão
topic Metano
Indústria açucareira - Subprodutos
Bagaço de cana - Indústria
Methane
Sugar - Manufacture and refining - By-products
Bagasse industry
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
Engenharia/Tecnologia/Gestão
description Sugarcane is the most traded crop in the world and Brazil is the largest global producer. Sugarcane processing generates about 28% of waste in the form of bagasse (SB) with only 50% being used to generate energy from burning in the industries themselves. BC is a lignocellulosic substrate that, if pretreated, can be easily converted into biogas from anaerobic digestion. However, the application of pretreatments on a full scale is limited due to the lack of optimal parameters (chemical concentration and pretreatment time). This study evaluated the alkaline pretreatmentof SBon the Biochemical Methane Potential (BMP) and estimated ideal operational conditions for pretreatment. The SBwas pretreated with NaOH and KOH solutions with different concentrations between 1% and 10% (w/v) and contact times between 1 h and 12 h. The BMP for SBwith and without pretreatment was evaluated in batch mode with 125 mL bottles and an inoculum/substrate ratio of 3. The estimate of optimal pretreatment conditions was obtained through empirical statistical modeling. After generating the models, validation of predicted and observed values were performed. BMP for SBwithout pretreatment varied between 297-306 LNCH4kg VS-1and pretreatment with KOH and NaOH resulted in production values 19% and 20% higher. The optimum operating conditions were 7.7% and 8.3% for NaOH and KOH and contact time of about 12 h, being similar for both solutions. The statistical design indicated that concentrations between 4% and 10% NaOH and 6% and 10% KOH with the optimized contact time result in statistically similar BMP. The validation of the mathematical model indicated a satisfactory adjustment of the results predicted and observed with errors of only 4.5% for the NaOH model and 5.2% for the KOH. In this sense, the optimization of the pretreatment conditions allows a betterfull-scale processapplication because it allows the use of smaller quantities of chemical products and increased methane production.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020-11-26
2021-07-04T21:15:57Z
2021-07-04T21:15:57Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv REMOR, Paula Verônica. Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino. 2020. Dissertação (Mestrado em Tecnologias Ambientais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2020.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25465
identifier_str_mv REMOR, Paula Verônica. Digestão anaeróbia de bagaço de cana-de-açúcar: otimização de parâmetros operacionais de pré-tratamento alcalino. 2020. Dissertação (Mestrado em Tecnologias Ambientais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2020.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25465
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Medianeira
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Medianeira
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498240897613824