Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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dc.creatorHUMANEZ, Jesus Manuel Humanez-
dc.date.issued2025-05-27-
dc.identifier.citationHUMANEZ, Jesus Manuel Humanez. Avaliação do desempenho ambiental e energético da produção de hidrogênio a partir de resíduos sólidos urbanos (MSW-to-H2). 2025. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4315-
dc.description.abstractThe search for alternatives for the management of Municipal Solid Waste (MSW), given its continuous increase, coexists with ambitious goals for the supply and use of energy with better environmental performance. In the latter case, hydrogen (H2) stands out due to its high energy density and the various ways it can be produced and used. In this context, this work explores, through Life Cycle Assessment (LCA), the energy and environmental performance of four possible routes for hydrogen production from MSW (MSW-to-H2). The routes considered were: I) water electrolysis with electricity obtained from landfill biogas; II) steam reforming of biogas from landfill; III) electrolysis with electricity obtained from MSW incineration; and IV) gasification of RDF (Refuse-Derived Fuel) obtained from MSW. Conventional hydrogen production, by Steam Methane Reforming (SMR), was used as a baseline. The life cycle inventories, which covered from the transport and management of MSW to H₂ production, were adjusted for Brazilian conditions, assuming the MSW management of the Betim (Minas Gerais) landfill. Energy performance was estimated by the ratio between hydrogen production and the direct energy input throughout the life cycle. The environmental performance of the MSW-based routes considered the final disposal of MSW in a landfill as a counterfactual scenario. For this purpose, using the Recipe Midpoint (H) method, the following impact categories were considered for obtaining 1.0 kgH2: climate change, terrestrial acidification, particulate matter formation, photochemical oxidant formation, human toxicity, terrestrial ecotoxicity, and freshwater ecotoxicity. Route IV showed the highest energy efficiency (33.51%, 22.09 kgH₂/tMSW), standing out from the lowest efficiency presented by Route I (4.92%, 3.24 kgH₂/tMSW). In terms of environmental performance, none of the routes excelled in all the categories analyzed. The baseline route showed inferior performance in only two categories: climate change (11,60 kgCO2eq/kgH2, or 0,61%-2,19% higher than the MSW-based routes) and freshwater ecotoxicity (13,00 g1,4-DBeq/kgH2, or 0,21%-1,92% higher than the MSW-based routes). Even so, Route III was the best in the climate change category, with a result of -14.40 kgCO₂eq/kgH₂; the main contributor is the avoided emissions from the counterfactual scenario, which are mainly CH4 and, compared to CO2 emissions, have a higher characterization factor in this category.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Itajubápt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectHidrogêniopt_BR
dc.subjectResíduos sólidos urbanospt_BR
dc.subjectAnálise energéticapt_BR
dc.subjectAnálise de ciclo vidapt_BR
dc.titleAvaliação do desempenho ambiental e energético da produção de hidrogênio a partir de resíduos sólidos urbanos (MSW-to-H2)pt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.date.available2025-11-06-
dc.date.available2025-11-06T14:18:24Z-
dc.date.accessioned2025-11-06T14:18:24Z-
dc.contributor.advisor1CAPAZ, Rafael Silva-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9447786439023437pt_BR
dc.description.resumoA busca por alternativas para o gerenciamento dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), frente ao seu aumento contínuo, coexiste com as metas ambiciosas de oferta e uso de energia com melhor desempenho ambiental. Neste último caso, o hidrogênio (H2) se destaca devido à sua alta densidade energética e às diversas formas de produção e uso. Neste contexto, este trabalho explora, a partir da Análise do Ciclo de Vida (ACV), o desempenho energético e ambiental de quatro possíveis rotas de produção de hidrogênio a partir de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) (MSW-to-H2). As rotas consideradas foram: I) eletrólise de água com eletricidade obtida de biogás de aterro sanitário; II) reforma a vapor de biogás proveniente de aterro sanitário; III) eletrólise com eletricidade obtida da incineração de RSU; e IV) gaseificação de CDR (Combustíveis Derivados de Resíduos), obtido de RSU. A produção convencional de hidrogênio, ou seja, pela Reforma a Vapor de Metano (Steam Methane Reforming-SMR) foi usada como baseline. Os inventários de ciclo de vida, que abrangeram desde o transporte e gerenciamento dos RSU até a produção de H₂, foram ajustados para condições brasileiras, assumindo a gestão de RSU do aterro sanitário de Betim (Minas Gerais). O desempenho energético foi estimado pela relação entre a produção de hidrogênio e o aporte direto de energia ao longo do ciclo de vida. O desempenho ambiental das rotas baseadas em RSU, considerou a disposição final de RSU em aterro sanitário como cenário contrafactual. Para tal, a partir do método Recipe Midpoint (H), foram consideradas as seguintes categorias de impacto para a obtenção de 1,0 kgH2: mudanças climáticas, acidificação terrestre, material particulado, formação de oxidantes fotoquímicos, toxicidade humana, ecotoxicidade terrestre e ecotoxicidade de água doce. A Rota IV apresentou-se com maior eficiência energética (33,51%, 22,09 kgH₂/tRSU) distando-se da menor eficiência apresentada pela Rota I (4,92%, 3,24 kgH₂/tRSU). Em termos de desempenho ambiental, nenhuma das rotas se sobressaiu em todas as categorias analisadas. A rota baseline apresentou desempenho inferior apenas em duas categorias: mudanças climáticas (11,60 kgCO2eq/kgH2, ou 0,61-2,19% maior que as rotas baseadas em RSU) e ecotoxicidade de água doce (13,00 g1,4-DBeq/ kgH2, ou 0,21%-1,92% maior que as rotas baseadas em RSU). Ainda assim, a Rota III foi a melhor na categoria de mudanças climáticas, com um resultado de -14,40 kgCO₂eq/kgH₂ o principal contribuinte são as emissões evitadas do cenário contrafactual, as quais são principalmente de CH4 e em comparação com as emissões de CO2 tem maior fator de caracterização nesta categoria.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentIEM - Instituto de Engenharia Mecânicapt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energiapt_BR
dc.publisher.initialsUNIFEIpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIApt_BR
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