Biodigestão anaeróbica da vinhaça : abordagem do modelo ADM1 em usinas sucroalcooleiras do Centro-Oeste

Abstract

A produção de etanol no Brasil aumenta a cada ano e, por consequência a de vinhaça segue o mesmo comportamento, uma vez que a cada litro de etanol produzido, 12 litros de vinhaça também são produzidos em conjunto. Estima-se que no Brasil, em 2019, foram produzidos 34 milhões de m3 de etanol, gerando assim, 408 milhões de m3 de vinhaça de cana-de-açúcar. Esta produção de vinhaça, em sua maioria, é aplicada nos solos das próprias plantações de cana-de-açúcar como um fertilizante, porém este tipo de descarte causa danos tanto ao solo quanto a atmosfera, produzindo gases do efeito estufa (CH4 e N2O) capazes de aumentar em 21 vezes o potencial poluidor da usina. Uma das opções à fertirrigação vem ganhando forças devido ao caráter renovável, que é a biodigestão anaeróbica. Neste processo, os compostos orgânicos são transformados em metano e dióxido de carbono (biogás) a partir de bactérias degradadoras. Este processo exige cargas altas de matéria orgânica para que seja possível a produção do biogás, e visto que a vinhaça possui essa característica, o processo se torna aplicável. Porém, as indústrias sucroalcooleiras reportam dificuldades para alinharem sua produção à tecnologia pela escassez de informações sobre produções de biogás encontradas na literatura. Assim, a aplicação de modelos matemáticos permutaria a troca entre informação e impulsionamento para grandes usinas instalarem complexos produtores de biogás anexados à produção de etanol, aumentando a capacidade produtiva de energia renovável e evitando as emissões causadas pela prática de fertirrigação. Desta forma, buscou-se mostrar a aplicabilidade de modelagem matemática para estimar o potencial de produção de biogás de usinas da região Centro-Oeste. O modelo escolhido foi o ADM1, criado pelo grupo de estudos da IWA. Esta escolha foi feita pelo fato do modelo apresentar equacionamento completo de todas as fases da biodigestão anaeróbica, além de ser consolidado e testado em outros trabalhos. O modelo foi implementado na plataforma de simulação Matlab e validado por dois outros trabalhos, um em estado estacionário e outro em estado dinâmico. Após a validação, o modelo foi utilizado para simular a biodigestão da vinhaça e apresentou resultados satisfatórios. O modelo estimou uma produção volumétrica de 0,452 Nm3 CH4 m −3 d −1 e fração 0,75 de CH4 no biogás. A produção específica alcançada também apresentou semelhança a outros trabalhos, com valor de 0,372 Nm3 biogás kgDQO−1

, assim como a eficiência de

remoção (72,06%). Com estes resultados, foi possível estimar a produção de biogás do Centro- Oeste (1.321,5 milhões de m3 de biogás) e estimar uma redução de até 123% dos gases de efeito estufa liberados pela fertirrigação quando essa aplicação é substituída por geração de energia elétrica com o biogás produzido.