Ciências Agrárias
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Resultados da Pesquisa
Item Estudo das externalidades do biogás na matriz energética do Brasil(Universidade Federal de Viçosa, 2023-11-30) Castro, Pedro Henrique Gonçalves Rigueira Pinheiro; Oliveira Filho, Delly; http://lattes.cnpq.br/3145838198398257A agropecuária brasileira está entre as maiores do mundo, com destaque na produção de proteínas e de grãos. Para o tratamento dos resíduos orgânicos oriundos dessa enorme produção agropecuária é necessário adequar as técnicas produtivas brasileiras para o atendimento também da legislação ambiental. Nesse sentido, a digestão anaeróbia é atualmen te uma das opções mais consolidadas no Brasil e apresenta oportunidades diante de outras técnicas, como a compostagem e a produção de biogás. Este biocombustível pode ser purificado a biometano ou permitir a geração de hidrogênio verde, o que pode promover diversas oportunidades ao planejamento energético brasileiro. Essas oportunidades ou impactos decorrentes da utilização de fontes renováveis de energia podem ser internalizadas em análises econômicas mais aprofundadas que englobam também externalidades en volvidas. Na literatura, apesar de reconhecidas, as externalidades do biogás são pouco exploradas, em especial com relação à quantificação econômica. Nesta pesquisa foi proposta uma metodologia para quantificação de uma série de externalidades relacionadas à geração de energia elétrica por meio da queima do biogás. O valor econômico do conjunto de externalidades do biogás pode superar, em alguns casos, o valor da energia elétrica gerada por esse combustível. Avaliou -se também, comparativamente, o valor das externalidades da geração de energia elétrica por meio do biogás e de sistemas fotovoltaicos, demonstrando que as externalidades do biogás superam o valor econômico das de sistemas fotovoltaicos. Essas valiosas constatações reforçam a importância do aprimoramento das políticas públicas brasileiras de incentivo às fontes renováveis e do planejamento energético como um todo. Atualmente, no Brasil, incentiva-se igualmente a geração distribuída de energia de fontes renováveis, por meio de uma única tarifa net metering. Como forma de impulsionar o crescimento da produção de biogás no país, avaliaram-se, por meio de simulação, a produção mais automatizada de biogás e aspectos econômicos da implementação de sistemas de aquecimento com revolvimento e diferentes espessuras de isolamento em biodigestores do tipo lagoa coberta. Os resultados dessa simulação indicaram que em um biodigestor instalado na Zona da Mata mineira, na latitude de 20° 34’ 07,2’’ S, foi possível aumentar a produção de biogás em até cerca de 12%. Concluiu-se que, em climas mais frios do que o do local estudado, a viabilidade econômica dos sistemas simulados pode ser cerca de até 10 vezes maior. Tendo em vista as externalidades ambientais positivas do biogás e a pequena exploração do seu potencial de produção, avaliaram-se rotas e o potencial de produção dos seus derivados biometano e, ou, hidrogênio verde a partir de resíduos orgânicos da pecuária, produção vegetal e saneamento urbano. Essa avaliação apontou que o potencial brasileiro seria suficiente para substituir mais da metade da demanda dos combustíveis não renováveis do setor de transportes do país, que atualmente é o de maior demanda energética. Assim, nesta pesquisa foram evidenciados aspectos do planejamento energético como forma de permitir ao Brasil aumentar a renovabilidade energética em sua matriz, por meio do uso mais intensivo do biogás ou de seus derivados biometano e, ou, hidrogênio verde. Palavras-chave: Biodigestão. Energia renovável. Planejamento energético. Hidrogênio verde. Automação.Item Co-digestão de biomassa residual de microalga com água residuária do processamento do café(Universidade Federal de Viçosa, 2022-06-21) Nascimento, Larissa Almeida; Rosa, André Pereira; http://lattes.cnpq.br/8263069791813353A co-digestão de microalgas brutas, bem como os resíduos e matérias-primas ricas em carbono aparenta ser interessante para melhoria do processo de digestão. Nesse sentido, este trabalho objetivou o estudo da co-digestão da ARC e a biomassa de Scenedesmus obliquus bruta (MB), rompida (MR) e após a extração de proteínas (MPE). Para isso, também foram feitas a caracterização dos substratos, bem como a análise sinérgica e cinética. A ARC apresentou 92% da demanda química de oxigênio (DQO) na sua forma dissolvida e pH de 4,2. Por outro lado, as biomassas detinham pH de cerca de 9,5. Para MB, 3,9% da DQO estava na forma solúvel, sendo que o rompimento permitiu um aumento de 15% do teor DQO solúvel em MR. MPE apresentou menores valores de matéria orgânica em forma de DQO, uma vez que o processo de extração de proteína removeu também outros compostos, além de proteína. A maior produção acumulada de CH 4 foi para a mono-digestão de ARC de 343,3 mL CH4 g SV-1 . Na co- digestão, as produções acumuladas de metano variaram entre 269,6 a 116,4 mL CH4 g SV-1 (65 a 75% do biogás). O rendimento de metano decresceu à medida que a quantidade de microalgas (MB, MR e MPE) presente na mistura aumentou. Por outro lado, a adição de microalgas proporcionou uma melhora na relação AI/AP em comparação com os testes de mono-digestão. O efeito sinérgico foi observado apenas evidenciado nos tratamentos ARC:MB (50:50) e (25:75). As digestões de microalgas atingiram os menores rendimentos: 18,2 mL CH4 g SV-1 para MB, 70,6 para MR e 39,6 para MPE, porém com biogás com teores de metano de 90%. No estudo cinético da digestão anaeróbia (DA), verificou-se um melhor ajuste dos resultados observados com o modelo tipo Cone. Além disso, na co-digestão com MPE não se observou efeito expressivo sobre o coeficiente cinético k h , com resultado de 1,0 e 1,3 vezes superior que a mono-digestão da ARC e MPE, respectivamente. Nos ensaios de co-digestão da ARC com MB e MR, os resultados de k h foram superiores, em média, 1,2 e 2,7 vezes à mono-digestão da ARC e microalgas, respectivamente. As condições alcalinas promoveram um enriquecimento do biogás. Além disso, as análises sugerem que a co-digestão contribui para a alcalinidade da DA da ARC e o aumento da biodegradabilidade das microalgas. Por outro lado, o efeito dos processamentos das microalgas foi menos evidente quando aplicadas como co-substrato do que na mono-digestão. Palavra-chave: Extração de proteínas. Biodegradabilidade. Efluente do café.Item Co-digestão anaeróbia de dejetos de suínos e de galinhas poedeiras para geração de biogás e biofertilizante(Universidade Federal de Viçosa, 2022-02-23) Pereira, Flávia Elaine de Andrade; Rosa, André Pereira; http://lattes.cnpq.br/0996206887358397Neste trabalho objetivou-se avaliar a produção de biogás a partir da co-digestão de dejeto de suínos (DS) e de galinhas poedeiras (DGP) sob diferentes condições de temperatura (psicrofílica x mesofílica). Os estudos foram conduzidos em escala laboratorial em reatores anaeróbios em sistema de batelada onde foram estudadas três misturas, em proporções (% massa/massa) de 25/75, 50/50 e 75/25 de DS/DGP. Cada tratamento foi avaliado nas temperaturas de 18 e 36°C, em quadruplicata. A produção de biogás a partir de sólidos voláteis (SV), sólidos totais (ST) e DQO removidas foi maior a 36°C para todas as proporções em comparação com a condição psicrofílica (18°C). Dentre as proporções, as maiores produções volumétricas foram verificadas na proporção de 25/75 (DS/DGP): 0,49 e 0,86 m 3 biogás kg -1 DQO aplicada , para 18°C e 36°C, respectivamente. O digestato proveniente da proporção que se sobressaiu em relação à maior produção de biogás foi avaliado quanto a seu poder nutricional no crescimento da cultura de Brachiaria brizantha cv. Marandu em comparação com a adubação química. A massa seca das plantas apresentou diferença significativa entre os tratamentos estudados. O biofertilizante proveniente da degradação à temperatura de 18°C proporcionou uma produção 19,75% maior de massa verde quando comparada a adubação química. De modo geral, o acúmulo de macronutrientes nas plantas seguiu o acúmulo de matéria seca. Em ambos biofertilizantes estudados a ordem decrescente do acúmulo de macronutrientes na parte aérea das plantas foi K > N > P > Ca > Mg. Conclui-se que a co-digestão de dejetos de suínos e de galinha poedeira é uma proposta interessante em termos de manejo, recuperação energética do biogás bem como a utilização do digestato na adubação de pastagens como biofertilizante. Palavras-chave: Brachiaria brizantha. Mesofílico. Pastagens. Pscicrofílico.Item Implicações do aquecimento de efluentes de suinocultura na eficiência energética e termodinâmica em biodigestores modelo lagoa coberta(Universidade Federal de Viçosa, 2021-12-08) Maradini, Priscila da Silva; Rosa, André Pereira; http://lattes.cnpq.br/5565516021477853Os biodigestores modelo lagoa coberta são amplamente utilizados no Brasil para o tratamento de efluentes agroindustriais devido ao baixo custo e à simplicidade de operação. Entretanto, em condições naturais, esses reatores operam em temperaturas abaixo do ideal, comprometendo a eficiência do sistema e a produção de biogás. Assim, o uso de fontes externas para aquecimento do efluente pode potencializar o funcionamento do biodigestor, com destaque para a energia solar, por ser esta proveniente de uma fonte de aquecimento perene. Neste trabalho teve-se como objetivo avaliar o uso de energia solar como fonte de aquecimento de efluentes de suinocultura em biodigestores modelo lagoa coberta e as implicações nas trocas térmicas, produção de metano e autossuficiência energética em granjas de suinocultura. O estudo foi realizado a partir de dados de uma estação de tratamento localizada em uma granja em Teixeiras (Minas Gerais - Brasil). A modelagem matemática (programa Energy plus) foi utilizada como ferramenta para simular o sistema de aquecimento e o biodigestor, a fim de obter a nova temperatura de operação do sistema e comparar as trocas térmicas que ocorrem nos ambientes interno e externo ao biodigestor com efluente aquecido e com efluente sem aquecimento. O aquecimento de efluentes decorrente da recuperação de energia solar se apresentou como uma alternativa para potencializar a produção de metano, principalmente para o período frio devido à maior amplitude térmica. O aumento do número de painéis solares não implicou em contribuições mais expressivas na produção de metano e energia, uma vez que quando o sistema atingiu a temperatura de 30°C, 68,9% e 78,6% da demanda energética da granja pode ser suprida, nos respectivos períodos quente e frio, representando o melhor custo-benefício para o aumento da sustentabilidade energética da suinocultura. A temperatura de 30° C foi alcançada com o cálculo de 3 e 13 painéis solares nos períodos quente e frio, respectivamente. Os resultados obtidos no estudo das trocas térmicas atestaram que a radiação solar é a fonte primária de aquecimento dos reatores anaeróbios e que a elevada inércia térmica do solo contribui com a pequena variação da temperatura da biomassa ao longo do dia, mesmo no cenário com o efluente aquecido. As trocas térmicas que ocorrem entre o ambiente externo e o biogás e entre o biogás e a biomassa apresentaram as mesmas relações e valores para os cenários sem e com aquecimento, com diferenças apenas entre os períodos quente e frio. No cenário com aquecimento, mesmo após as trocas térmicas com o biogás e com o solo, a temperatura da biomassa é capaz de atingir e estabilizar em 30°C, em ambos os períodos quente e frio. Os resultados desse trabalho são de grande relevância para otimizar a operação de biodigestores modelo lagoa coberta e o fluxo de energia dentro e fora dos reatores e, assim, contribuir para uma maior sustentabilidade energética dos sistemas agroindustriais de tratamento de efluentes. Palavras-chave: Aquecimento de efluentes. Energy plus. Meios de transferência de calor. Modelagem matemática. Produção de biogás.Item Modelagem da produção de metano e do balanço energético em biodigestores modelo lagoa coberta(Universidade Federal de Viçosa, 2020-02-27) Lopes, Juciara Oliveira; Rosa, André Pereira; http://lattes.cnpq.br/0249384469574508Os biodigestores modelo lagoa coberta (BLC) tem sido amplamente empregado no Brasil, especialmente no tratamento dos efluentes de suinocultura. Entretanto há necessidade de parâmetros de projeto mais apropriados à realidade brasileira. Assim, neste estudo propôs-se a avaliação e o aprimoramento de modelos de estimativas de produção de metano e simulação de balanços energéticos, em BLC, para auxílio na projeção destes. Para isso, foram avaliados quatro modelos matemáticos para a estimativa de biogás já consolidados na literatura sendo eles, modelo de Chen-Hashimoto (CHEN, 1983), CETESB (2006), Conversão de DQO (CHERNICHARO, 2016) e IPCC (2006), com proposição de ajustes em casos cabíveis de aprimoramento. Foram avaliados, ainda, dois modelos de simulação do balanço energético em BLC no software EnergyPlus, com uma e duas zonas térmicas. Para aplicação e simulação dos modelos, foram utilizados dados obtidos por meio de monitoramento de BLC em escala plena instalados em uma granja suinícola em Teixeiras - MG. Os coeficientes e dados adicionais foram selecionados na literatura disponível. A média mensal dos resultados dos modelos matemáticos foi comparada com a produção monitorada na granja (P real ), por meio do teste T para um nível de significância de 5%. O erro médio (BIAS) foi utilizado para termos comparativos da qualidade dos modelos matemáticos. Os modelos de simulação do balanço energéticos foram avaliados pelos indicadores de desempenho Raiz do erro quadrático médio (REQM) e Raiz do erro quadrático médio relativo (REQMR). O modelo do IPCC e de Chen-Hashimoto foram iguais estatísticamente a P real (405,0 m 3CH4 d -1 ), já o modelo da CETESB e de Conversão de DQO necessitaram de ajustes, encontrando melhor desempenho qualitativo do modelo da CETESB após ajustes, com BIAS de 12,2 m 3CH4 d -1 . Quanto à simulação de balanço energético, o modelo de simulação com duas zonas térmicas, de modo geral, apresentou melhor desempenho e fidedignidade as temperaturas do biogás e biomassa residente em biodigestores modelo lagoa coberta, especialmente no período de inverno (REQM de 1,9 ° C e 4,2 ° C e REQMR de 9,0% e 24,6%, para biomassa e biogás, respectivamente). Os resultados deste trabalho possibilitaram o aprimoramento de estimativas da produção de biogás e de modelos de simulação das temperaturas e ganhos energéticos em biodigestores modelo lagoa coberta, fornecendo informações concisas para auxílio na projeção de biodigestores. Palavras-chave: Biogás. Dejetos suínos. Digestão anaeróbia. Modelos.