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

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.

Vinhoto na produção de Etanol

Evolução da produção de álcool e vinhaça ao longo das safras

Problemática

Evolução da produção de álcool e vinhaça ao longo das safras

• Elevado poder de poluição (cem vezes mais que o esgoto doméstico)

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

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

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

Necessidades de P&D para reduzir o volume de vinhaça

• Amenizar impactos ambientais e econômicos pela grande produção de vinhaça

• Alguns avanços foram conquistados...

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

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

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

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.

Revista Pesquisa FAPESP 186. Ago/2011

• 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

• Pesquisas para determinar espécie que produz biomassa com lipídeos

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

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor)

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%

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

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

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.