Recuperação energética do biogás gerado a partir de água residuária de fecularias de mandioca: uma análise de viabilidade técnico-econômica e ambiental
Data
2023-04-28
Autores
Taiatele Junior, Ivan
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Resumo
Verifica-se atualmente uma lacuna entre os extensivos estudos relacionados às iniciativas de recuperação do biogás a partir da água residuária de fecularias de mandioca (ARFM) e a sua efetiva implantação no setor da agroindústria. Neste sentido, o presente trabalho objetivou realizar uma análise técnico-econômica e ambiental deste cenário, por meio de modelagem e simulação do processo de digestão anaeróbia da ARFM e de geração de bioenergia em escala industrial, utilizando-se o simulador comercial Aspen Plus®, com base em dados da literatura e informações levantadas junto às fecularias paranaenses. Os questionários revelaram que o setor agroindustrial de fécula de mandioca no Paraná é heterogêneo em relação ao porte, características produtivas e operacionais, com produção de biogás com teor de metano variando entre 53-65% (abaixo da faixa observada nos estudos em escala laboratorial, 66,1-81,0%) e com aplicação exclusiva do biogás na geração de energia térmica em todas as fecularias participantes, indicando que há potencial para otimizar os recursos energéticos. Os principais resultados do modelo proposto para a simulação da digestão anaeróbia (remoção de matéria orgânica = 95,16%; teor de metano = 59,5%mol; rendimento de metano = 0,43 LCH4 gDQOremovida-1; e rendimento de biogás = 0,86 LBIOGÁS gDQOremovida-1) apresentaram-se dentro da faixa observada na literatura. Esses resultados se aproximam mais dos valores obtidos nos estudos em escala piloto e nas simulações em escala industrial, ou mesmo das informações reportadas pelas próprias fecularias, o que aponta para um bom ajuste do modelo proposto em simular a digestão anaeróbia de ARFM e estimar a produção de biogás e metano em escala industrial. As eficiências de conversão de bioenergia e as produtividades de bioenergia por volume de biogás alcançadas para as estratégias de geração de energia térmica (ET = 70,1%; 4,22 kWh m-3BIOGÁS), de geração de eletricidade (EE = 27,7%; 1,67 kWh m-3BIOGÁS) e de cogeração de energias elétrica e térmica (EET = 61,8%; 3,73 kWh m-3BIOGÁS) foram, em geral, menores que os valores reportados na literatura, mas o contrário ocorreu para as produtividades de bioenergia por volume de efluente (ET = 68,73 kWh m-3ARFM; EE = 27,21 kWh m-3ARFM; EET = 60,55 kWh m-3ARFM), as quais superaram a maioria dos resultados para simulações similares usando ARFM ou vinhaça de indústria sucroenergética. No desempenho ambiental, mensurado pelas emissões evitadas de carbono (ET = 1.005,6 kgCO2eq h-1; EE = 539,3 kgCO2eq h-1; EET = 649,6 kgCO2eq h-1), destaca-se a relevância da eletricidade, que contribuiu mais para o acúmulo de créditos de carbono por unidade energética do que a energia térmica. A etapa de aquecimento da ARFM foi responsável por 85,0-98,6% do custo total com utilidades, sendo o gargalo da planta em termos de OPEX. A turbina a gás é o módulo com implantação mais cara (USD 2,32 mi), representando 57,2%-64,5% dos custos de projeto de toda a planta quando das estratégias EE e EET. A estratégia EE gera mais receitas (242,19 USD h-1) que as demais estratégias (EET = 199,98 USD h-1; ET = 86,44 USD h-1) pois a eletricidade é mais rentável que o ar quente e o crédito de carbono. A bioenergia custa menos quando gerada por meio da estratégia ET (USD 61,34 MWh-1), seguida pelas estratégias EET (USD 88,74 MWh-1) e EE (USD 213,12 MWh-1). Dessa forma, foi possível elaborar um modelo robusto, capaz de simular a digestão anaeróbia da ARFM e estimar a produção de biogás de forma conjunta com a geração de bioenergia, com cenário técnica e ambientalmente viável. Entretanto, para alcançar viabilidade econômica (TR < 20 anos) em qualquer das estratégias, seriam necessários acréscimos expressivos nos valores de ar quente (440-480%), eletricidade (110-230%) e crédito de carbono (1520-2500%)
Descrição
Palavras-chave
Resíduos agroindustriais, Digestão anaeróbia, Metano, Bioenergia, Modelagem e simulação de processos, Aspen plus, Fécula de mandioca, Biogás