Análise Termodinâmica da produção de Biobutanol em uma BIorefinaria brasileira.

Abstract

Os biocombustíveis continuarão sendo o mecanismo de redução sustentável do consumo dos combustíveis fósseis na matriz energética mundial, mantendo o crescimento com a inserção de novas fontes de energia renovável. Como parte fundamental do mercado dos biocombustíveis encontra-se o desenvolvimento das tecnologias dos chamados “biocombustíveis avançados” que utilizam a biomassa como matéria-prima, que permitirá uma produção mais eficiente e 50% menos de GEE emitidos. Os biocombustíveis avançados ainda em etapa não comercial, estão sendo produzidos em plantas piloto a fim de ultrapassar as barreiras técnicas e comerciais. Estes biocombustíveis poderiam alcançar uma capacidade instalada de 16 bilhões de litros nos próximos anos. O objetivo desta dissertação é realizar uma análise termodinâmica da integração do processo de produção de biobutanol utilizando o bagaço como matéria-prima dentro de uma destilaria autônoma convencional. Trabalhos anteriores têm analisado a produção de biobutanol através da fermentação de uma parte do melaço de cana-de-açúcar produzido numa usina sucroalcooleira. Um dos focos dos trabalhos foi a viabilidade econômica do uso do biobutanol como biocombustível e como matéria-prima na indústria química no Brasil. Quanto ao consumo energético, foram simuladas as alternativas de recuperação dos solventes por destilação devido aos altos consumos energéticos nesta etapa do processo. O presente trabalho propõe uma comparação energética entre dos cenários, o primeiro uma destilaria convencional para produção de bioetanol e o segundo a mesma destilaria com integração do processo de produção de biobutanol. Cada um dos cenários contará com o sistema de cogeração como subministro de energia dos processos. A proposta inclui uma simulação de cada processo no software Hysys 6.0 a fim de fazer o balanço de massa e energia. Na simulação foram consideradas as etapas detalhadas da produção de bioetanol anidro através do caldo nas condições atuais nas destilarias, assim como com as etapas pelo tratamento do bagaço, fermentação e separação do biobutanol. Para avaliar a comparação energética dos cenários serão utilizados quatro indicadores, i) consumo e disposição das matérias-primas disponíveis, bagaço, palha, e torta de lignina, ii) consumo e produção de eletricidade iii) eficiência global e iv) produtividade energética líquida. Estes indicadores vão permitir determinar o impacto da diversificação dos produtos na utilização de cana-de-açúcar como matéria-prima na biorefinaria. A análise confirmou o alto consumo térmico de 54,7 MJ/L, pelo tratamento do bagaço e purificação do biobutanol, intensivo consumo de água (2,25 m³/tc) na lavagem do substrato pré-tratado e o processo de hidrólise enzimática. A integração dos processos e a diversificação dos produtos levaram a um aumento na eficiência de aproveitamento para 58% da energia primária da cana-de-açúcar, um potencial de eletricidade gerada em torno de 146 kWh/tc e uma produtividade energética líquida de 248 GJ por cada hectare de cana-de-açúcar cultivada.