00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18537
Tipo: Dissertação
Título: Produção de biohitano a partir da vinhaça e melaço de cana-de-açúcar via digestão anaeróbica em dois estágios
Autor(es): Xavier, Manoel das Virgens Souza
Primeiro Orientador: Amorim, Eduardo Lucena Cavalcante de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Gois, Georgia Nayane Silva Belo
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Manoel Mariano Neto da
metadata.dc.contributor.referee2: Novais, Luciano Farias de
Resumo: A busca por fontes de energia alternativas e sustentáveis tem se intensificado, sobretudo no contexto da transição energética e da necessidade de reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. Entre essas alternativas, destaca-se o biohitano, uma mistura biológica de hidrogênio (H₂) e metano (CH₄) gerada a partir da digestão anaeróbia de resíduos orgânicos. Sua combustão resulta, principalmente, na emissão de vapor de água, além de apresentar um elevado conteúdo energético superior ao dos combustíveis fósseis. Ademais, sua produção a partir de substratos renováveis, como resíduos industriais e domésticos ricos em carboidratos, torna-se uma solução promissora para a geração de energia limpa. Nesse cenário, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a produção de biohitano em reatores anaeróbios de leito fluidificado (RALFs), utilizando a co-digestão de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar como substrato. Esses resíduos agroindustriais, oriundos do processamento da cana-de-açúcar, possuem elevadas concentrações de carbono, favorecendo a digestão anaeróbia e a conversão da matéria orgânica em biogás. O melaço, subproduto rico em matéria orgânica, é amplamente empregado na produção de biogás por processos biológicos, enquanto a vinhaça, resultante da fabricação de etanol, também se destaca como fonte potencial para a produção de biohitano. Assim, a integração desses resíduos em sistemas anaeróbios constitui uma alternativa viável e ambientalmente sustentável para a geração de energia renovável. Para a realização do estudo, foram operados dois RALFs sob aumento progressivo da carga orgânica volumétrica (COV), com tempos de detenção hidráulica (TDH) variando entre 6 h, 4 h e 2 h para o reator acidogênico enquanto o metanogênico foi mantido constante com TDH fixo de 16 h. Os reatores apresentavam volumes total e útil de 1,2 L e 0,9 L, respectivamente. Utilizou-se lodo oriundo de reator UASB utilizado no tratamento de esgoto sanitário como inóculo e argila expandida triturada (diâmetro entre 2,8 – 3,35 mm) foi empregada como material suporte para a aderência microbiana. O primeiro reator foi operado por 102 dias e o segundo por 51 dias, sendo avaliadas proporções de alimentação com 50% de vinhaça e 50% de melaço, mantendo-se a concentração de DQO afluente fixa em 25 g.L⁻¹. Os resultados indicaram que a produção de hidrogênio foi significativamente influenciada pelo tempo de detenção hidráulica, atingindo seu maior rendimento médio na terceira fase experimental. Observou-se um aumento expressivo da produção volumétrica de hidrogênio de 0,20 L.h⁻¹.L⁻¹ (TDH de 6 h) para 8,90 L.h⁻¹.L⁻¹ (TDH de 2 h), com um incremento do rendimento de 0,74 mol H₂.mol⁻¹ de glicose para 1,12 mol H₂.mol⁻¹ de glicose no TDH de 2h. Quanto à produção de metano, os resultados mostraramrendimento médio de 1,22 ± 0,64 L CH₄/g DQO e produção volumétrica de 1,9 ± 4,6 L CH₄/L.Durante a operação do reator acidogênico, foi observada em todas as fases a presença dos ácidos acético (HAc) e etanol (EtOH), com concentrações relativas de HAc variando entre 74,2 ± 73,0% no TDH de 6 h, entre 70,2 ± 54,8 % no TDH de 4 h e 68,7 ± 64, 4 % no TDH de 2 h. Já nas concentrações de EtOH oscilaram entre 25,8 ± 11,5 % no TDH 6 h, entre 29,8 ± 9,6% no TDH 4 h e 31,3 ± 11,8 % no TDH 2 h. Os dados evidenciam o potencial da co-digestão de vinhaça e melaço em duas fases para geração de biohitano, configurando uma alternativa viável e sustentável para produção de energia renovável.
Abstract: The search for alternative and sustainable energy sources has intensified, especially in the context of the energy transition and the need to reduce dependence on fossil fuels. Among these alternatives, biohythane stands out, a biological mixture of hydrogen (H₂) and methane (CH₄) generated through the anaerobic digestion of organic waste. Its combustion mainly results in the emission of water vapor, in addition to presenting a higher energy content compared to fossil fuels. Moreover, its production from renewable substrates, such as industrial and domestic waste rich in carbohydrates, becomes a promising solution for clean energy generation. In this scenario, the present research aimed to evaluate the production of biohythane in anaerobic fluidized bed reactors (AFBRs), using the co-digestion of vinasse and sugarcane molasses as substrate. These agro-industrial residues, originating from sugarcane processing, have high carbon concentrations, favoring anaerobic digestion and the conversion of organic matter into biogas. Molasses, a byproduct rich in organic matter, is widely used in biogas production by biological processes, while vinasse, resulting from ethanol production, also stands out as a potential source for biohythane generation. Thus, the integration of these residues in anaerobic systems constitutes a viable and environmentally sustainable alternative for renewable energy generation. For the study, two AFBRs were operated under progressive increase of the organic loading rate (OLR), with hydraulic retention times (HRT) varying between 6 h, 4 h, and 2 h for the acidogenic reactor while the methanogenic reactor was maintained constant with fixed HRT of 16 h. The reactors had total and useful volumes of 1.2 L and 0.9 L, respectively. Sludge from a UASB reactor used in domestic sewage treatment was used as inoculum and crushed expanded clay (diameter between 2.8 – 3.35 mm) was employed as support material for microbial adhesion. The first reactor was operated for 102 days and the second for 51 days, with feed proportions of 50% vinasse and 50% molasses, maintaining the influent COD concentration fixed at 25 g.L⁻¹. The results indicated that hydrogen production was significantly influenced by the hydraulic retention time, reaching its highest average yield in the third experimental phase. A significant increase in volumetric hydrogen production was observed from 0.20 L.h⁻¹.L⁻¹ (HRT of 6 h) to 8.90 L.h⁻¹.L⁻¹ (HRT of 2 h), with an increase in yield from 0.74 mol H₂.mol⁻¹ glucose to 1.12 mol H₂.mol⁻¹ glucose at HRT of 2 h. As for methane production, the results showed an average yield of 1.22 ± 0.64 L CH₄/g COD and volumetric production of 1.9 ± 4.6 L CH₄/L. During the operation of the acidogenic reactor, the presence of acetic acid (HAc) and ethanol (EtOH) was observed in all phases, with relative HAc concentrations varying between 74.2 ± 73.0% at HRT of 6 h, between 70.2 ± 54.8% at HRT of 4 h and 68.7 ± 64.4% at HRT of 2 h. As for EtOH concentrations, they ranged between 25.8 ± 11.5% at HRT 6 h, between 29.8 ± 9.6% at HRT 4 h and 31.3 ± 11.8% at HRT 2 h. The data highlight the potential of co-digestion of vinasse and molasses in two phases for biohythane generation, constituting a viable and sustainable alternative for renewable energy production.
Palavras-chave: Co-digestão
Reatores anaeróbios de leito fluidizado
Produção de hidrogênio. Produção de metano
Resíduos agroindustriais
Co-digestion
Anaerobic fluidized bed reactors
Hydrogen production
Methane production
Agro-industrial waste
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento
Citação: XAVIER, Manoel das Virgens Souza. Produção de biohitano a partir da vinhaça e melaço de cana-de-açúcar via digestão anaeróbica em dois estágios. 2026. 86 f. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos e Saneamento) – Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18537
Data do documento: 24-abr-2025
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC



Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.