UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Avaliação técnica e ambiental da gaseificação do combustível derivado de resíduos sólidos urbanos
Autor(es): MARQUES, Tais Eliane
Primeiro Orientador: RENÓ, Maria Luiza Grillo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: MAYA, Diego Maurício Yepes
Resumo: Considerando a importância do estudo dos atuais sistemas de gestão ambiental de resíduos sólidos urbanos (RSU) e dos efeitos das diferentes estratégias de gerenciamento dos mesmos para o meio ambiente, este trabalho se propõe a realizar uma avalição técnica e ambiental do processo de geração de eletricidade por gaseificação do combustível derivado de resíduos (CDR) em uma planta piloto, instalada no município de Itajubá, Estado de Minas Gerais. Para a simulação do processo de gaseificação do combustível de referência (briquetes de CDR) foram considerados dois cenários, sendo o primeiro cenário utilizando o ar 21% O2 - 79% N2 como agente de gaseificação e o segundo cenário considerando uma mistura de ar enriquecido com oxigênio 60% O2 - 40% N2. Os resultados da gaseificação do CDR utilizando ar e razão de equivalência (RE) que corresponde ao valor da relação ar combustível real utilizado durante o processo, dividido pela relação ar combustível estequiométrico de 0,20 a 0,30 indicaram um valor máximo de PCI igual a 5,8 MJ/Nm³ obtido com uma RE=0,30. Não foram considerados outros intervalos devido às especificações requeridas para a composição do gás. Já para a gaseificação com mistura de ar enriquecido com oxigênio obteve-se um PCI de 8MJ/Nm³ para RE=0,30. Para a validação da qualidade do gás para a produção de energia elétrica foram utilizadas duas tecnologias, um conjunto gaseificador integrado a uma Microturbina a Gás (CGMTG) e posteriormente uma nova análise foi efetuada em uma nova configuração utilizando gaseificador e Motor de Combustão Interna Alternativo (CGMCIA). O CGMCIA apresentou maior potência elétrica (101,4 kW) para RE=0,30 com ar enriquecido com oxigênio como agente de gaseificação. Para o CGMTG a potência máxima produzida foi 79,6 kW para a RE=0,30. Para a avaliação dos cenários gaseificação e produção de eletricidade sob o ponto de vista ambiental foi utilizada a metodologia de Avaliação de Ciclo de vida (ACV) com emprego do software SimaPro para a avaliação dos impactos ambientais do sistema energético. Para a avaliação dos impactos ambientais utilizou-se o método de avalição de impacto ReCiPe presente na base de dados do SimaPro. Os impactos ambientais determinados pelo método ReCiPe Midpoint indicaram que as emissões de poluentes decorrentes da queima de combustível fóssil na etapa de transporte por veículos de carga pesada e o consumo de eletricidade para acionamento de equipamentos na etapa de pré-tratamento de RSU são os maiores contribuintes dos impactos ambientais, principalmente para as categorias de impacto Toxicidade humana, Ecotoxicidade marinha e de água doce e Esgotamento de combustíveis fósseis. A etapa de produção de energia elétrica considerando os dois acionadores apresentou impactos ambientais positivos para todas as categorias de impacto analisadas. Os resultados obtidos da ACV apontaram que para o estudo de caso estabelecido, a tecnologia integrada gaseificação e Motor de Combustão Interna Alternativo (cenário CGMCIA) apresentou melhor desempenho ambiental e operacional para a produção de eletricidade a partir da utilização de gás de gaseificação originado de CDR e poderia ser uma opção viável para o gerenciamento adequado dos resíduos e o seu aproveitamento energético nos pequenos municípios brasileiros.
Abstract: Considering the importance of studying the current environmental solid waste management systems (MSW) and the effects of different management strategies for the environment, this work aims to carry out a technical and environmental assessment of the electricity generation process from gasification of fuel derived from waste (RDF) in a pilot plant installed in the municipality of Itajubá, State of Minas Gerais. For the simulation of the gasification process of the reference fuel (RDF briquettes) two scenarios were considered, the first scenario using air 21% O2 - 79% N2 as a gasification agent and the second scenario considering a mixture of air enriched with oxygen 60% O2 - 40% N2. The results of RDF gasification using air and equivalence ratio (ER) which corresponds to the value of the actual fuel air ratio used during the process, divided by the stoichiometric fuel air ratio from 0.20 to 0.30 indicated a maximum value of LHV equal to 5.8 MJ / Nm³ for air obtained with an ER = 0.30. For gasification with a mixture of air enriched with oxygen, an LHV of 8MJ / Nm³ was obtained for ER = 0.30. No other ranges were considered due to the specifications required for the gas composition. In order to assess the scenario of alternative electricity generation with the produced gas, a gasifier set integrated with a Gas Microturbine (SGGM) was analyzed. Subsequently, a new analysis was carried out in a new configuration using gasifier and alternative internal combustion engine (SGAICE). SGAICE showed greater electrical power (101, 4 kW) for ER = 0.30 with air enriched with oxygen as a gasification agent. For SGGM the maximum power produced was 79.6 kW for the RE = 0.30. To assess the gasification and electricity production scenarios from the environmental point of view, the Life Cycle Assessment (LCA) methodology was used with the use of the SimaPro software to assess the environmental impacts of the energy system. For the assessment of environmental impacts, the ReCiPe impact assessment method used in the SimaPro database was used. The environmental impacts determined by the ReCiPe midpoint method indicated that the pollutant emissions resulting from the burning of fossil fuel in the transport stage by heavy cargo vehicles and the consumption of electricity to drive equipment in the MSW pretreatment stage are the major contributors of environmental impacts, mainly for the impact categories Human toxicity, marine and freshwater ecotoxicity and depletion of fossil fuels. The stage of production of electric energy considering the two drivers presented positive environmental impacts for all the impact categories analyzed. The results obtained from the LCA pointed out that for the established case study, the integrated gasification technology and Alternative Internal Combustion Engine (SGAICE scenario) presented better environmental and operational performance for the production of electricity from the use of gasification gas originating from RDF and it could be a viable option for the proper management of waste and its energy use in small Brazilian municipalities.
Palavras-chave: Combustível derivado de resíduos
Gaseificação
Avaliação de ciclo de vida
Gás de gaseificação
Aproveitamento energético
Waste-to-Energy – WtE
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA TÉRMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2265
Data do documento: 16-Dez-2020
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