Necessidades de P&D na área industrial de Vinhaça
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Necessidades de P&D na Área Industrial em Vinhaça
Tatiane de Jesus Silva
Rodrigo Thiago Passos Silva
Universidade Federal do ABC
Tecnologia de Produção de Etanol
29 de março de 2012
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Vinhaça
• Vinhaça (vinhoto): resíduo líquido proveniente da destilação do caldo de cana, para obtenção de álcool.
• Para cada litro de álcool são produzidos 10 a 15 litros de vinhaça.
• Alta demanda bioquímica de oxigênio (DBO)
• Rica em potássio e enxofre. – Quantidades consideráveis: Fósforo, nitrogênio,
cálcio, magnésio.
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Vinhoto na produção de Etanol
Evolução da produção de álcool e vinhaça ao longo das safras
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Problemática
Evolução da produção de álcool e vinhaça ao longo das safras
• Elevado poder de poluição (cem vezes mais que o esgoto doméstico)
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O que fazer com a vinhaça?
• Jogar no rio
– Morte de peixes e proibição em 1967
• Áreas de sacrifício
– 20% do gerado
• Aplicação no solo de cana
– Fertirrigação
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Vinhaça como fertilizante
• Melhora a produtividade da cana
– Aumenta disponibilidade de nutrientes
– Melhora atividade biológica
– Aumenta retenção de água
– Promove maior número de pequenos animais
• Representa economia
• Mais ganhos ambientais que prejuízos
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Vinhaça como fertilizante
• Cuidado em solos arenosos e com lençol freático
– Portaria da Cetesb determina doses máximas a serem utilizadas
• Não é um fertilizante completo, deve ser complementado com nitrogênio
• Dose aplicada é recomendada por meio da análise do solo para K e do teor da vinhaça
– Quantidade determinada por equação da Cetesb
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Necessidades de P&D para reduzir o volume de vinhaça
• Amenizar impactos ambientais e econômicos pela grande produção de vinhaça
• Alguns avanços foram conquistados...
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Uso da refrigeração de temperatura na fermentação
• Temperatura influencia na tolerância das leveduras ao álcool
– Maior temperatura, menor tolerância
– Menor temperatura, maior tolerância (desejável)
• Aumenta a produção de etanol e diminui a de vinhaça
• Deve estar entre 12 ºC e 28 ºC
• Resfriamento das dornas com água do rio
– Pouco eficiente nas regiões mais quentes e no verão
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Uso da refrigeração de temperatura na fermentação
• Sistema de refrigeração
– Alto custo energético
• Empresa Thermax em associação com a Procknor: sistema de resfriamento de dornas
– Pode utilizar várias fontes de calor para acionamento: vinhaça, vapor com temperatura abaixo de 100ºC
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Sistema de Fermentação com extração contínua através do vácuo
• Emprego de vácuo para extrair o etanol assim que ele é produzido.
• Solução de teor alcoólico de 50 ºGL • Fermentação a 5% de etanol, pouco inibitório às
leveduras • Utilização de evaporador tipo flash
– Aquecimento – Funciona com diferença de pressão (despressurização
rápida) – Etanol e água evaporam, sobre o caldo (equilíbrio) – Caldo retorna ao fermentador
• Emprego de energia na bomba a vácuo
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Instrumentação do sistema
Tanque Flash (acima) e bomba de vácuo (direita)
ATALA, D. Montagem, instrumentação, controle e desenvolvimento experimental de um processo fermentativo extrativo de produção de etanol. 2004.
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Revista Pesquisa FAPESP 186. Ago/2011
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• Desenvolvido pela Algae
• Vinhaça é meio de cultivo para microalgas
• Microalgas se multiplicam
– Necessita de CO2, que pode ser obtido da usina
• Óleo é extraído da biomassa
• Centrifugação: separa biomassa e lipídeos
• Secador e extração
• Lipídeo passa por transesterificação
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• Pesquisas para determinar espécie que produz biomassa com lipídeos
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Métodos de tratamento da vinhaça - Biodigestão
• Biodigestão anaeróbica : eficiente no tratamento de efluentes líquidos com baixo teor de sólidos
• Vantagens:
- menor consumo de energia;
-redução do lodo (bactérias);
-taxas maiores de matéria orgânica
-metano: combustível
-efluente do tratamento da vinhaça: fertilizante
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UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor)
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Métodos de tratamento da vinhaça – Combustão ou incineração
• Vantagem: – Eliminação definitiva do potencial poluidor da
vinhaça
– Recuperação do potássio (sal) e aplicação em fertilizantes
– Custo reduzido do transporte
• Desvantagem – Poder calorífico baixo ( devido à grande quantidade
de água) – Para aumentar o poder calorífico, vinhaça deve apresentar teor
de sólidos de 60%
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Métodos de queima para vinhaça
• Atomização: Queima de combustíveis líquidos
- Boa atomização e combustão comprometida devido à grande quantidade sólidos
- Efluentes pastosos requerem contato térmico muito eficiente para a queima da vinhaça
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Concentração da vinhaça
• Retirada da água
– Evaporação por meio de adição de calor
• Osmose reversa: Aplicação de pressão mecânica superior à pressão osmótica.
-Custo elevado
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Perspectivas para P&D
• Necessidade de desenvolver uma tecnologia de disposição in situ para a vinhaça.
• Sugestão de pesquisas: – Resfriamento de dornas de destilação
– Combustão da vinhaça
– Remoção do potássio
– Integração energética da concentração com a destilação
– Produção de proteína animal
– Biodigestão
– Determinação do custo do biogás
– Etc.