3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de...

3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios

Utilização de Resíduos Urbanos e Rurais como Fonte de Energia

Título: Oportunidades do biogás da vinhaça

Palestrante: Eng. José Marcos Grÿschek

São Paulo, 24 de novembro de 2011

Centro Nacional de Referência em Biomassa

Av. Professor Luciano Gualberto, 1.289 - Cidade Universitária, 05508-010 - São Paulo, SP, Brasilhttp://cenbio.iee.usp.br e-mail: [email protected] twitter: @cenbio_usp

Empresa/Instituição: Brasmetano Ind. Com. Ltda

PatrocínioRealização

Cana

Limpeza

Moagem Extração

Caldo

Tratamento do caldo

Fermentação anaeróbia do

mosto

Destilação do vinho

Vinhaça

Bagaço

Caldeira geração de vapor

Turbina a vapor Geração de energia (ciclo

Rankini)

Vapor

Segue alimentando o processo produtivo

Excesso para a exportação

Etanol

Leveduras

Águas servidas

Fluxograma Simplificado da obtenção de etanol, vinhaça e efluentes industriais.

Conceito

• É subproduto da produção do etanol;

• A cada litro de etanol são gerados de 11 a 15

litros de vinhaça;

• Atualmente destina-se a fertirrigação com taxa

de aplicação, segundo a concentração de

potássio;

• Apresenta elevado potencial poluidor.


• A aplicação da vinhaça segue normas estritas baseadas na concentração de potássio no solo.

( Conforme Norma CETESB P4.231/06)


A poluição em energia

A carga poluidora potencial da vinhaça varia de acordo com a composição do caldo (mosto) em fermentação: entre 15000 a 65000mg/L em DQO.

A produção de etanol no Brasil gera uma carga poluidora anual, através de vinhaça, equivalente à poluição gerada pelo esgoto sanitário da população mundial por 15 dias.

Esta poluição convertida em energia atraves dp biogás gerariam uma potência elétrica anual de 800MW, ou potência na safra de 1.100MW.

Isto equivale à potência anual gerada pela hidrelétrica de Três Irmãos em Pereira Barreto ou a hidrelétrica de Porto Primavera no período de safra do etanol.


Características da vinhaça


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Fonte: DIAS, 2007.

O que é Biogás?

• É uma mistura de pelo menos dois gases obtida da

biodigestão da matéria orgânica em condições anaeróbias

(sem a presença do ar);

• O gás carbônico: 17 a 85%;

• O gás metano (combustível): 85 a 17%;

• Outros gases: 1% (entre eles o gás sulfídrico – corrosivo).


Etapas da fermentação anaeróbia


Matéria Orgânica DigestívelMatéria Orgânica Digestível

DespolimerizaçãoDespolimerização

AcidificaçãoAcidificação

H+ + CO2H+ + CO2

CH4 + CO2 + H2OCH4 + CO2 + H2O

Etapa de acidificação (bactérias acidificantes))

Etapa de metanização (bactérias metanogênicas))

Ácidos VoláteisAcético Fórmico Propionico

Ácidos VoláteisAcético Fórmico Propionico

Inibidores do Processo Anaeróbio


Infecção de dornas

A infecção de dornas de fermentação por bactérias, competem com as leveduras pelo açúcar. Isso compromete o rendimento da fermentação.

O uso de antibióticos tem sido a medida adotada pelas usinas para controlar esse evento.


Em sua maioria, resistentes à temperatura de destilação (termoestáveis), afetam a atividade metanogênica.

Quando lançados como adubo no campo, ensejam a mutação de microrganismos naturais pela sobrevivência (seletividade).

Consequencias imprevisíveis à segurança sanitária da própria humanidade, com a geração de microrganismos resistentes.


Produtos utilizados no controle de infecção das dornas de fermentação que interferem no processo de produção do etanol


Fonte: Brasmetano, 2008.

Produto Classificação Temperatura de Decomposição

Kamoran Termoestável 120�C

Spectran 100E Termoestável 110�C

HJ Gold Termoestável 120�C

Kamoran WP Termoestável 110�C

Kamoran HJ Termoestável 110�C

Busan 978 Termoestável 120�C

Busan 989 Termoestável 110�C

AB 1030 Termoestável 120�C

SM 3 Termoestável 120�C

Kamoran Termoestável 110�C

HJ Gold Termoestável 110�C

Corstan Termoestável 110�C

PVPOX 40 Termolábel 65�C

Spectran 100E Termolábel 50�C

Lúpulo Beta Ácido 45% Termolábel 55�C

Alternativas aos antibióticos para o controle de infecção das dornas de fermentação

• Ozônio (atualmente inviável);

• Raio gama (atualmente inviável);

• Raio ultra violeta (atualmente inviável);

• Pasteurização do mosto (caldo) recuperando o calor da vinhaça;

• Leveduras modificadas para combater infecção, porém competitivas com as demais

para o desdobramento do açúcar;

• Antibióticos termolábeis;

• Produtos que atuam como antibióticos e não interferem nos processos biológicos de

gaseificação ou na contaminação do solo;

• Uma combinação das varias opções.


Cana

Limpeza

Moagem Extração

Caldo

Tratamento do caldo

Fermentação anaeróbia do

mosto

Destilação do vinho

VinhaçaEfluentes

Bagaço

Caldeira geração de vapor

Turbina a vapor Geração de energia

(ciclo Rankini)

Vapor

Segue alimentando o processo produtivo

Excesso para a exportação

Etanol

Leveduras

Fermentação anaeróbia Abasteciment

o da frota diesel (Diesel

gás)

Fluxograma Simplificado da Aplicação da Vinhaça e Efluentes Industriais.

Termelétrica a Biogás com

motor (Ciclo Otto)

Fermentação anaeróbia

Reuso Fertirrigação da lavoura

SeparaçãoBIOMETANO

CO2 e outros gases


Veículo Canavieiro Bicombustível com Biometano


Unidade Móvel de Abastecimento para Biometano

Termelétrica a Biogás


USINA

Unidade de Padronizaçãoda vinhaça

Unidade de Padronizaçãodos Efluentes

Água de Reuso Unidades

AnaeróbiasUnidade

Anaeróbia

Unidade de correçãode pH

Unidade deNutrição

Excesso de Lododa Unidade Anaeróbia

Unidade de Desaguamento doExcesso de Lodo

Biogás

Queima do biogáse obtenção de

Créditos de Carbono

Unidade de Polimento Aeróbio

Fertirrigação da lavoura

Corpo Receptor

Concentraçãoda vinhaça

tratada

Demais EfluentesVinhaça

Geração de EnergiaTérmica

Geraçãode Diesel

Geração de EnergiaElétrica

Segue adicionado àTorta de Filtro

FLUXOGRAMA STILLAX - BRASMETANO

Água de Reuso

Unidade de Polimento Aeróbio

Unidade deClarificação

Corpo Receptor

Lodo aeróbio

Lodo aeróbio

Etapas do Processamento da Vinhaça no Stillax


Após tratamento anaeróbio

Vinhaça Após polimento

aeróbio

Após tratamento

físico-químico

Após tratamento físico com

ultra filtração

MAQUETE VIRTUAL DO SISTEMA

STILLAX



1ª fase – Terraplanagem

Escavação das Unidades

3º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios2ª fase – Impermeabilização


3ª fase – cívil e mecânico

Construção das base de concreto e montagem dos equipamentos

3ª fase – cívil e mecânico

Construção das base de concreto e montagem dos equipamentos


Unidade de Polimento Intermediário Aeróbio ACAS

Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para os Demais Efluentes Industriais

Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para a Vinhaça

Unidade de Recepção e Padronização da Vinhaça

Unidade de Recepção e Padronização dos demais Efluentes

Unidade de Polimento Intermediário Aeróbio ACAS

Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para os Demais Efluentes Industriais

Unidade de Clarificação CLEANMAX

Unidades Anaeróbias Herméticas (Reatores) – RECS para a Vinhaça

Unidade de Recepção e Padronização da Vinhaça

Unidade de Recepção e Padronização dos demais Efluentes


Estado: SPFone:

2.1 Extensão da safra ................................................... 231 Dias de safra2.2 Cana ......................................................................... 3.800.000 Ton / safra ano2.3 Álcool .................................................................................152.000.000

OU,50% 50%

2.4 Açúcar .......................................................... 50% % Produção Açúcar2.6 Vinhaça ........................................................ 1.976.000 m³ / safra ano2.7 1.580.800 m³ dos demais efluentes industriais / safra ano2.8 DQO .............................................................. 34.000 mg / litro

3.1 33.312.067 m³/ safra ano ###########3.2 7.838.133 m³/ safra ano 26.346.667 3.3 BIOGÁS total 41.150.200 m³/ safra ano3.4 41.150.200 litros/ safra ano3.5 126.978 t / safra ano3.6 1.375.296 m³/ safra ano3.7 Energia elétrica gerada a partir do BIOGÁS:

3.7.1 14,84 MW 3.7.2 8,91 MW3.8 Energia térmica recuperável a partir da termoelétrica:

3.8.1 Com motores a BIOGÁS 24.108 Mcal / h . safra3.8.2 Com o BIOGÁS na caldeira 28.502 Mcal / h . safra3.9 17.145.917 litros / safra anoÓleo diesel equivalente em BIOGÁS

BIOGÁS a partir dos demais efluentes

Álcool equivalente em BIOGÁSBagaço equivalente em BIOGÁSÁgua para reuso

Energia elétrica com motores a BIOGÁS (Ciclo Otto)Energia elétrica com vapor (Ciclo Rankini), com BIOGÁS

2. PERFIL DA PRODUÇÃO

<---- Litros de álcool / safra ano ---->

<--------- % Produção Álcool --------->

Demais efluentes industriais ..................

3. OS PRODUTOS DA VINHAÇA E DEMAIS EFLUENTES, ATRAVÉS DO STILLAX *(NOTA1)BIOGÁS a partir da vinhaça

STILLAX: A VINHAÇA COMO SOLUÇÃO

1. IDENTIFICAÇÃOEmpresa: SIMULAÇÃO-USINA SANTA CRUZ

Contato:


4.1 até 90%4.2 Diesel economizado pela usina até 70%4.3 99,70% *(NOTA2)4.4 Energia elétrica: oferta aumentada em até 20%4.5 Créditos de carbono poderão ser obtidos dependendo da análise correspondente.4.6 Consumo de energia pelo STILLAX para obtenção do BIOGÁS Não Há

5.1 Pré-Requisitos:5.1.1 Preço do litro do diesel, sem ICMS ............................................................ 1,71R$

5.1.2 Distribuição de consumo de óleo diesel por tonelada de cana:PRODUÇÃO .............................................. 0,10 5,56%COLHEITA .................................................. 0,10 5,56%TRANSPORTE DA CANA ........................ 0,70 38,89%TRANSPORTE DA VINHAÇA .................. 0,80 44,44%OUTROS .................................................... 0,10 5,56%

TOTAL 1,80 100,00%Entre com a quantidade de litros de diesel desejada por tonelada 0,70

5.1.3 Preço de venda do MWH no mercado livre ............................................... 110,00R$

5.2 Óleo Diesel a substituir:5.2.1 Por tonelada de cana ...........................................................................................................0,70 litros / t de cana5.2.2 1.862.000 litros / safra ano5.2.3 Litros por dia ...................................................................................................... 9.310 litros / dia5.2.4 22.344 m³ / dia

5.35.3.1 Para motores a BIOGÁS 12,98 MW / hora5.3.2 Para vapor em caldeira 7,79 MW / hora

5. REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA INVESTIMENTOS *(NOTA1)

Energia elétrica a partir do biogás:

Economia de água pela usina

Biogás em diesel .............................................................................................

4. BENEFÍCIOS DIRETOS OFERECIDOS PELO STILLAX *(NOTA 1)

Poluição dos efluentes, reduzida em até

Total de litros por safra ano ..........................................................................


Prazo Médio de Retorno (em safra):

�Para uso de 100% do biogás na caldeira para geração da energia 4,0

�Para óleo diesel (com geração de biogás, com posto de abastecimento

e com conversão da frota) 3,0

�Para biogás + diesel + energia elétrica 3,5

5.45.4.1 Para energia elétrica .................................................................................. 87,46%5.4.2 Para substituir óleo diesel .......................................................................................................................12,54%

NOTA 1: Todos os valores acima são estimados. Para valores reais, faz-se indispensável aanálise detalhada do perfil da produção da Usina através do Programa de Gerenciamento de Passivos da Produção - PGPP.

NOTA 2: Valor considerado para lançamento em corpo receptor, não incluso nos investimentos acima.

NOTA 3: O STILLAX proporciona a implantação de maneira totalmente modular, o que permite a realização parcelada dos investimentos.

Distribuição do uso do biogás:

Os benefícios no processamento da vinhaça para a obtenção do biogás

• Aprimora a qualidade da vinhaça como adubo na redução da acidez e formas assimiláveis dos nutrientes;

• Redução em até 97% do risco ambiental no armazenamento e transporte da vinhaça;

• Bioindicador da qualidade da vinhaça através do rendimento da fermentação quanto à presença de biocidas, os quais atingem a microflora e microfauna do solo;


Os benefícios no processamento da vinhaça para a obtenção do biogás

• Obtenção de energia na forma de biogás para a geração de energia elétrica (Ciclo Rankini ou Ciclo Otto);

• Obtenção de energia na forma de biometano para a substituição de até 70% de óleo diesel utilizado pela frota;

• A integração e controle dos processos com ganhos de produtividade e redução de custos e a consolidação da sustentabilidade do ciclo de produção.


OBRIGADO !

Eng. José Marcos GrÿschekContato: [email protected]


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