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Tipo do documento: Tese
Title: Pré-tratamento alcalino da cama de bovinocultura leiteira para produção de biogás
Other Titles: Pretreatment of dairy cattle litter for biogas production
Autor: Müller, Ricardo 
Primeiro orientador: Vilas Boas, Marcio Antonio
Primeiro coorientador: Costa, Monica Sarolli Silva de Mendonça
Primeiro membro da banca: Vilas Boas, Marcio Antonio
Segundo membro da banca: Pinheiro, Breno Carneiro
Terceiro membro da banca: Frigo, Jiam Pires
Quarto membro da banca: Coelho, Silvia Renata Machado
Quinto membro da banca: Remor, Marcelo Bevilacqua
Resumo: A sustentabilidade energética é prioridade estratégica de muitos países desenvolvidos e em desenvolvimento, principalmente com investimentos em energias renováveis. Neste cenário, o biogás tem se destacado, pois promove o crescimento e o fortalecimento da cadeia produtiva da agropecuária. Contudo, algumas biomassas, apesar do potencial de produção de biogás, necessitam de pré-tratamento, que tem por finalidade converter compostos orgânicos mais complexos em simples. Este processo pode quebrar a estrutura lignocelulósica de substratos como: palha de milho, casca de arroz, gramíneas, camas de avicultura, bovinocultura, entre outros, para que a celulose e a hemicelulose possam ser degradadas via digestão anaeróbia. Nesse sentido, este trabalho buscou resolver um desafio de mercado declarado pelo CIBiogás, que é viabilizar o uso da cama de bovinocultura como biomassa para produção de biogás em reatores anaeróbios. Portanto, este trabalho teve o objetivo de viabilizar a produção de biogás da cama de bovinocultura de leite (CB) por meio do pré-tratamento combinado, físico e químico alcalino. A CB foi coletada em um sistema de peneiramento de uma das unidades de demonstração do CIBiogás, a Fazenda Starmilk. As amostras foram secas a 50 °C e parte triturada em um moinho de facas, para reduzir sua granulometria e consequentemente o comprimento das fibras. Em seguida, a CB foi submetida a uma hidrólise alcalina, na qual a dose de NaOH variou de 2 a 7% e o tempo de exposição foi de 24 h, sob temperatura ambiente. Para caracterizar a eficiência do prétratamento quanto a degradação das fibras e na produção de biogás, foram avaliados os seguintes parâmetros: produção de biogás; teor de metano; teor de lignina, celulose e hemicelulose; carbono total (C); macro e micro nutrientes; demanda química de oxigênio (DQO); sólidos totais (ST); sólidos voláteis (SV) e sólidos fixos (SF). A análise dos dados foi realizada por meio dos métodos estatísticos de: análise de componentes principais, ANOVA e teste de Tukey. O tratamento que recebeu 3% de NaOH (CBH3%) obteve a maior produção de biogás (771 mL.biogás/kg.SV) e demonstrou viabilidade econômica, com um Payback de 1,4 anos. Quando a dose de NaOH chegou a 7% houve aumento significativo na degradação de lignina (7,6%); contudo, as doses acima de 3% de NaOH apresentaram produção de biogás insatisfatória, entre 342 e 502 mL.biogás/kg.SV. Pode-se concluir com este trabalho que o pré-tratamento combinado físico e químico alcalino com 3% de NaOH pode ser uma opção viável para a produção de biogás da CB em escala real, atendendo a uma necessidade de mercado.
Abstract: Energy sustainability is a strategic priority for many developed and developing countries, especially with investments in renewable energy. In this scenario, biogas has been standing out, as it promotes the growth and strengthening of the agricultural production chain. However, some biomasses, despite their potential for biogas production, require pretreatment, which is the process to convert more complex organic compounds into simpler organic compounds. This process can break the lignocellulosic structure of substrates such as corn straw, rice husks, grasses, poultry, cattle litter, among others, so that cellulose and hemicellulose can be degraded via anaerobic digestion. Thus, this work sought to solve a market challenge declared by CIBiogás, which is to enable the use of beef cattle bed (litter) as biomass for biogas production in anaerobic reactors. Therefore, this study aimed to enable the production of biogas from the dairy cattle (CB) litter using combined physical and alkaline chemical pretreatments. The CB was collected in a screening system from one of the CIBiogás Demonstration Units at Starmilk Farm. The samples were dried at 50 °C and part of it was ground using a knife mill to reduce its grain size and, consequently, the fiber length. Then, the CB was subjected to alkaline hydrolysis, in which the NaOH dose ranged from 2 to 7% and the exposure time was 24 h at room temperature. To characterize the pretreatment efficiency regarding fiber degradation and biogas production, the following parameters were evaluated: biogas production; methane content; lignin, cellulose and hemicellulose content; total carbon (C); macro and micro nutrients; chemical oxygen demand (COD); total solids (ST); volatile solids (SV); fixed solids (SF). Data analysis was performed using the following statistical methods: principal component analysis, ANOVA, and Tukey test. The treatment that received 3% NaOH (CBH3%) yielded the highest biogas production (771 mL.biogas / kg.SV) and demonstrated economic viability, with a Payback of 1.4 years. When the NaOH dose reached 7% there was a significant increase in lignin degradation (7.6%); however, doses above 3% NaOH showed unsatisfactory biogas production, ranging from 342 to 502 mL.biogas / kg.SV. It can be concluded from this work that the combined physical and chemical alkaline pretreatment with 3% of NaOH could be a viable option for full scale CB biogas production, meeting market needs.
Keywords: Digestão anaeróbia
Hidrólise alcalina
Metano
Biomassa lignocelulósicas
Anaerobic digestion
Alkaline hydrolysis
Methane
Lignocellulosic biomass
CNPq areas: CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Campun: Cascavel
Citation: Muller, Ricardo. Pré-tratamento alcalino da cama de bovinocultura leiteira para produção de biogás. 2019. 64 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel - PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/5074
Issue Date: 4-Dec-2019
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL)

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