Processo biológico de purificação de biogás através do cultivo de microalgas
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Data
2021-06
Autores
Orientador
Konrad, Odorico
Banca
Jahno, Vanusca Dalosto
Hoehne, Lucélia
Fröder, Hans
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ISSN
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Editor
Resumo
O biogás é uma fonte de energia limpa, renovável e de baixo custo com grande potencial a ser explorado, principalmente em regiões com intensa atividade agropecuária, como Vale do Taquari. Além disso, a ampliação da utilização do biogás vai ao encontro às metas do Objetivo do Desenvolvimento Sustentável de número 7 da Agenda 2030. O biogás é produzido através da digestão anaeróbica de biomassa e tem como principais componentes: CH4, CO2, N2, H2O, O2 e H2S. A presença do dióxido de carbono (CO2) acarreta a diminuição do poder calorífico do biogás, elevando os custos de compressão e transporte, logo, é desejável a sua remoção, assim como a do sulfídrico (H2S), que causa corrosão nas estruturas de armazenagem, transporte e em geradores. Processos como absorção físico-química, separação por membrana e pressure-swing adsorption (PSA) são tradicionalmente utilizados para realizar a remoção destes componentes, porém, necessitam de quantidade considerável de energia, materiais auxiliares e químicos, além de gerarem resíduos e efluentes que necessitam de tratamento. Pesquisas recentes vêm demonstrando o potencial da utilização de microalgas para realizar a filtragem do biogás. O cultivo de microalgas é um processo biológico, capaz de realizar a captura do CO2 e do H2S do biogás e possui impacto ambiental e custo menores do que os processos citados anteriormente. Este trabalho teve como objetivo verificar a viabilidade técnica da utilização de microalgas para a purificação do biogás. Para isso, foi projetado e executado um protótipo de reator de cultivo de microalgas, onde foi filtrado biogás. O sistema construído foi um fotobiorreator de 2 estágios, composto por um tanque de cultivo e uma coluna de transferência de massa, onde o biogás entra em contato com o meio de cultivo. As análises mostraram que o protótipo construído removeu em média 16,98% de CO2 do biogás. Em relação ao H2S foi removido em média 85,48% para baixas concentrações e 39,5% para altas. Os níveis de O2 não passaram de 0,05%. O sistema de purificação biológica se mostrou viável e futuros estudos podem aumentar a sua capacidade de remoção e de cultivo de microalgas.
Biogas is a clean, renewable, and low-cost energy source with great potential to be explored, principally in regions with intense agriculture activity, like Vale do Taquari. Besides, the increasing of biogas use contributes to the objectives of Sustainable Development Goals number 7 from the 2030 Agenda. Biogas is produced by anaerobic digestion of biomass and its main components are: CH4, CO2, N2, H2O, O2 e H2S. The presence of carbon dioxide (CO2) results in the reduction of the calorific power of the biogas, elevating the costs of compression, transportation, and storage, thus, its removal is desirable, just like sulfidric acid (H2S), that causes corrosion on metallic structure of storage, transportation and generators. Currently process like physical-chemical absorption, membrane separation and pressure-swing adsorption are used, but they can have high energy demand or generate effluents. Recent studies show the potential of microalgae cultivation for biogas upgrade. Microalgae cultivation is a biological process that can capture CO2 and H2S from biogas and has lower environmental impacts and costs than the traditional methods. This study was aimed to verify the technical viability of biogas upgrading via microalgae cultivation. It was projected and built a 2-stage system, with a tank photo-bioreactor and a mass-transferred column, where the CO2 and H2S present in biogas is transferred to the microalgae culture. Analysis showed that the system was able to reduce 16,98% of the CO2 from biogas. It also removed 85,5% of the H2S for low concentrations and 39,5% for high concentrations. The O2 levels did not exceed 0,05%. The results shows that the system built can upgrade biogas and has satisfactory efficiency in H2S removal but need further improvements in the CO2 removal.
Biogas is a clean, renewable, and low-cost energy source with great potential to be explored, principally in regions with intense agriculture activity, like Vale do Taquari. Besides, the increasing of biogas use contributes to the objectives of Sustainable Development Goals number 7 from the 2030 Agenda. Biogas is produced by anaerobic digestion of biomass and its main components are: CH4, CO2, N2, H2O, O2 e H2S. The presence of carbon dioxide (CO2) results in the reduction of the calorific power of the biogas, elevating the costs of compression, transportation, and storage, thus, its removal is desirable, just like sulfidric acid (H2S), that causes corrosion on metallic structure of storage, transportation and generators. Currently process like physical-chemical absorption, membrane separation and pressure-swing adsorption are used, but they can have high energy demand or generate effluents. Recent studies show the potential of microalgae cultivation for biogas upgrade. Microalgae cultivation is a biological process that can capture CO2 and H2S from biogas and has lower environmental impacts and costs than the traditional methods. This study was aimed to verify the technical viability of biogas upgrading via microalgae cultivation. It was projected and built a 2-stage system, with a tank photo-bioreactor and a mass-transferred column, where the CO2 and H2S present in biogas is transferred to the microalgae culture. Analysis showed that the system was able to reduce 16,98% of the CO2 from biogas. It also removed 85,5% of the H2S for low concentrations and 39,5% for high concentrations. The O2 levels did not exceed 0,05%. The results shows that the system built can upgrade biogas and has satisfactory efficiency in H2S removal but need further improvements in the CO2 removal.
Descrição
Palavras-chave
Biogás; Energias Renováveis; Microalgas; Purificação de Biogás; Biogas; Purification; Microalgae; Renewable Energy
Citação
JUNGES, Estevan Luiz. Processo biológico de purificação de biogás através do cultivo de microalgas. 2021. Dissertação (Mestrado) – Curso de Ambiente e Desenvolvimento, Universidade do Vale do Taquari - Univates, Lajeado, 30 jul. 2021. Disponível em: http://hdl.handle.net/10737/3167.