Uso de cálculo estequiométrico para evaluar la producción de biogás obtenido a partir de aguas residuales de café

Autores/as

  • Eveline Oliveira Malaquias Universidade Federal do Espírito Santo, CEUNES - Centro Universitário Norte do Espírito Santo.
  • Antônio Augusto Martins Pereira Junior Instituto Militar de Engenharia, IME, Brasil.
  • Pedro Henrique Poubel Mendonça da Silveira Instituto Militar de Engenharia, IME, Brasil.
  • Leandra Altoé Universidade Federal do Espírito Santo, CEUNES - Centro Universitário Norte do Espírito Santo. https://orcid.org/0000-0002-4456-6888
  • Cláudia Rodrigues Teles Universidade Federal do Espírito Santo, CEUNES - Centro Universitário Norte do Espírito Santo.

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v7i2.34548

Palabras clave:

Fuentes de energía renovable, biomasa, biogás, cultivo de cafe, Residuos agrícolas

Resumen

La agroindustria se destaca por su participación en la economía brasileña y por la importante generación de empleo y renta. En este sector, la actividad cafetalera es de gran importancia, siendo Brasil el mayor productor y exportador mundial de este grano. Sin embargo, su cultivo genera una gran cantidad de residuos que, si no se tratan adecuadamente, pueden ser altamente nocivos al provocar impactos y desequilibrios en el medio ambiente. Cuando el café se procesa húmedo, se genera un efluente con un alto contenido orgánico, llamado agua residual de café (ARC). El objetivo fue analizar el potencial de producción de biogás a partir de ARC en una propiedad rural en Minas Gerais. Se consideraron muestras tratadas en húmedo, recolectadas en una finca productora de café arábica, ubicada en Conselheiro Pena - Minas Gerais. Las muestras se sometieron a análisis físico-químico y luego se evaluó mediante cálculo estequiométrico la producción de metano, que compone el biogás. Se encontró que la cantidad de metano generado no fue suficiente para justificar el uso energético del ARC para el predio rural estudiado. Una alternativa sería la codigestión para aumentar la carga orgánica y, en consecuencia, el potencial de generación de energía.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

Eveline Oliveira Malaquias, Universidade Federal do Espírito Santo, CEUNES - Centro Universitário Norte do Espírito Santo.

Graduado en Ingeniería de Producción en la Universidad Federal de Espirito Santo. Pasante en Dersalis Brasil Tecnologia e Inovações em Saúde Ltda, actuando en el área Financiera y de Gobierno Corporativo. Salida en el Programa de Educación Tutorial - PET ProdBio, bajo la coordinación de la Prof. Marielce de Cássia Ribeiro Tosta.

Antônio Augusto Martins Pereira Junior, Instituto Militar de Engenharia, IME, Brasil.

Estudiante de maestría en Ciencias de los Materiales en el Instituto Militar de Ingeniería (IME). Tiene un título en Ingeniería de Petróleo de la Universidad Federal de Espirito Santo y capacitación adicional en Ingeniería Mecánica y Energética de la École nationale supérieure d'ingénieurs en informatique, automatique, mécanique, energétique et électronique (ENSIAME) de la Université de Valenciennes, Francia. . Posee un bachillerato en Edificación del Centro Federal de Educación Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG. Durante el período académico participó en proyectos de investigación, extensión y emprendimiento, entre los que destacan: Energy Junior, Programa Shell Iniciativa Joven (Edital Energia 2018) y Premio Ecología 2015. Tiene experiencia en el área de fabricación de equipos nucleares con énfasis en generadores de vapor (EDF, Francia); Mantenimiento e implementación de emprendimientos industriales (Vallourec & Mannesmann Tubes do Brasil); Construcciones sostenibles con énfasis en biotejados y tecnologías sociales para zonas de vulnerabilidad (CEFET-MG). Además, tiene un curso de técnicas constructivas en Lycée Martin Nadaud - Saint Pierre des Corps, Francia.

Pedro Henrique Poubel Mendonça da Silveira, Instituto Militar de Engenharia, IME, Brasil.

Maestría en Ciencia de Materiales del Instituto Militar de Engenharia (2020), Licenciatura en Ingeniería Mecánica del Centro Universitário Anhanguera de Niterói (2017). Actualmente cursando un Doctorado en Ciencia de Materiales en el Instituto Militar de Ingeniería, actuando en el campo de la investigación de materiales cerámicos, con énfasis en el procesamiento y caracterización de materiales cerámicos avanzados a base de alúmina.

Leandra Altoé, Universidade Federal do Espírito Santo, CEUNES - Centro Universitário Norte do Espírito Santo.

Es Ingeniero Agrónomo y Ambiental de la Universidad Federal de Viçosa (2010), Magíster en Ingeniería Agrícola de la Universidad Federal de Viçosa (2012) y Doctor en Ingeniería Agrícola de la Universidad Federal de Viçosa (2016), con periodo sándwich y convenio de copropiedad con la Universidad de Valladolid - España (2016), para el programa de doctorado en Ciencias e Ingeniería Agroalimentaria y de Biosistemas (2016). Actualmente es profesora del Departamento de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Federal de Espírito Santo, Campus São Mateus. Tiene experiencia en las áreas de Mecánica de Sólidos, Energías Renovables y Eficiencia Energética.

Cláudia Rodrigues Teles, Universidade Federal do Espírito Santo, CEUNES - Centro Universitário Norte do Espírito Santo.

Es Ingeniero Forestal por la UFLA-MG (1995), Magíster en Ingeniería Ambiental (1999), Doctor en Ingeniería Eléctrica (2007) y Postdoctorado en Ingeniería Civil (2018) por la UFES. Profesor adjunto del Curso de Ingeniería de Producción de la Universidad Federal de Espírito Santo (São Mateus-ES). Tiene experiencia en las áreas de Ciencia de Materiales y Control de la Contaminación, trabajando principalmente en los siguientes temas: Desarrollo de Nuevos Materiales con Aprovechamiento de Residuos. Otros temas de interés de investigación: Uso de Biomasa para la Generación de Energía, Análisis del Ciclo de Vida del Producto (LCA), Modelado Matemático de Bioprocesos.

Citas

ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica (2019). Retrospectiva ANEEL - 2019. 2019. Recuperado em 16 agosto, 2020 de: https://www.aneel.gov.br/publicacoes.

APHA - American Public Health Association (2012). Standard methods for the examination of water and wastewater. Recuperado em 20 julho, 2020 de: http://www.just.edu.jo/CoursesAndLabs/ENVIRONMENTAL%20ANALYTICAL%20CHEMISTRY_CHEM734/chem%20734.doc.

Bilotta, P., Ross B. Z. L. (2016). Estimativa de geração de energia e emissão evitada de gás de efeito estufa na recuperação de biogás produzido em estação de tratamento de esgotos. Engenharia Sanitária e Ambiental, 21(2), 275-282. https://doi.org/10.1590/s1413-41522016141477

Bonilla, V. A. (2014). Aproveitamento dos resíduos do processamento semi-seco do café para a produção de compostos de valor agregado (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG, Brasil.

CEPEA - Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada (2019). PIB Agro CEPEA-USP/CNA. Recuperado em 25 agosto, 2020 de: https://www.cepea.esalq.usp.br/br/pib-do-agronegocio-brasileiro.aspx.

CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (2006). Manual do Usuário do Programa de Computador Biogás [Apostila]. São Paulo: CETESB.

Corro, G., Paniagua, L., Pal, U., Bañuelos, F., Rosas, M. (2013). Generation of biogas from coffee-pulp and cow-dung co-digestion: Infrared studies of postcombustion emissions. Energy Conversion and Management, 74, 471–481, 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2013.07.017

Cruz-Salomon, A., Ríos-Valdovinos, E., Pola-Albores, F., Meza-Gordillo, R. (2017). Anaerobic treatment of agro-industrial wastewaters for COD removal in expanded granular sludge bed bioreactor. Biofuel Research Journal, 4(4), 715-720. https://doi.org/10.18331/BRJ2017.4.4.3.

Demirel, B. (2014). Major pathway of methane formation from energy crops in agricultural biogas digesters. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 44(3), 199-222. https://doi.org/ 10.1080/10643389.2012.710452

Eichler, P., Santos, F., Toledo, M., Zerbin, P., Schmitz, G., Alves, C., Ries, L., Gomes, F. (2015). Biomethanol production via gasification of lignocellulosic biomass. Química Nova, 38(6), 828-835. https://doi.org/ 10.5935/0100-4042.20150088.

ELETROBRÁS - Centrais Elétricas Brasileiras. Eficiência Energética no Uso de Vapor (2005). [Manual]. Rio de Janeiro: ELETROBRÁS.

EPE – Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2020 - Ano Base 2019 (2020). [Relatório]. Rio de Janeiro: EPE 2020.

Fernandes, A. (2016). Água residuária de laticínio em co-digestão com dejetos de bovinos leiteiros (Dissertação de Mestrado). Faculdade de Ciências Agronômicas - UNESP, Botucatu, SP, Brasil.

Ferrarez, A. H., Oliveira Filho, D., Gracia, L. M. N., Martinez, J. M., Lopes, R. P., da Silva Júnior, A. G., de Souza, N. S. (2015). Potencial de geração de eletricidade com codigestão de resíduos agropecuários na região da Zona da Mata, Minas Gerais, Brasil. Revista Gestão & Sustentabilidade Ambiental, 4, 302-316.

Garcia, A. L. H., Matzenbacher, C. A., Santo, M. S., Prado, L., Picada, J. N., Premoli, S., Corrêa, D., Niekraszewicz, L., Dias, J. F., Grivicich, I., Silva, J. (2017). Genotoxicity induced by water and sediment samples from a river under the influence of brewery effluent. Chemosphere, 169, 239-248. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.11.081.

Jang, H., Ocon, J., Lee, S., Lee, J. K., Lee, J. L. (2015). Direct power generation from waste coffee grounds in a biomass fuel cell. Journal of Power Sources, 296, 433-439. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.07.059

Kamran, M., Fazal, M. R., Mudassar, M. (2020). Towards empowerment of the renewable energy sector in Pakistan for sustainable energy evolution: SWOT analysis. Renewable Energy, 146, 543-558. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.165

MAPA - Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (2019). Café Brasil. Recuperado em 25 agosto, 2020 de: http://antigo.agricultura.gov.br/assuntos/politica-agricola/cafe.

Mata-Alvarez, J., Dosta, J., Romero-Güiza, M. S., Fonoll, X., Peces, M., Astals, S. (2014). A critical review on anaerobic co-digestion achievements between 2010 and 2013. Renewable and sustainable energy reviews, 36, 412-427.

Meneses-Jácome, A., Diaz-Chavez, R., Velásquez-Arredondo, H., Cárdenas-Chávez, D., Parra, R., Ruiz-Colorado, A. (2016). Sustainable Energy from agro-industrial wastewaters in Latin-America. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 56, 1249-1262. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.036.

Mohammadi, A., Mehrpooya, M. (2018) A comprehensive review on coupling different types of electrolyzer to renewable energy sources. Energy, 158, 632-655. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.06.073.

Nogueira, R. G. S. (2013). Inclusão de cana-de-açúcar triturada em biodigestores abastecidos com dejetos de bovinos de corte confinado (Dissertação de Mestrado). Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Botucatu, SP, Brasil.

Novita, E. (2016). Biodegradability Simulation of Coffee Wastewater Using Instant Coffee. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 9, 217–229. https://doi: 10.1016/j.aaspro.2016.02.138

ONU - Organização das Nações Unidas (2012). Divisão de População, Seção de Estimativas e Projeções Populacionais. Recuperado em 10 agosto, 2020 de: https://nacoesunidas.org/novo-estudo-da-onu-indica-que-mundo-tera-11-bilhoes-de-habitantes-em-2100/.

ONU - Organização das Nações Unidas (2015). Transforming Our World: the 2030 Agenda for Sustainable Development. Recuperado em 10 agosto, 2020 de: https://www.un.org/ga/search/view_doc.asp?symbol=A/RES/70/1&Lang=E.

Pin, B. V. R. (2018). Aproveitamento energético do biogás da digestão anaeróbia da água residuária do café no Sul de Minas Gerais (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, MG, Brasil.

Pinto, A. B. (2001). Avaliação de gramíneas forrageiras com uso de águas residuárias da lavagem de frutos do cafeeiro em rampas de tratamento (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, Brasil.

Saath, K. C. O., Fachinello, A. L. (2018). Crescimento da demanda mundial de alimentos e restrições do fator terra no Brasil. Revista de Economia e Sociologia Rural, 56(2), 195-212. https://doi.org/10.1590/1234-56781806-94790560201.

Sagula, A. L. (2012). Biodigestão anaeróbia de cama de frango em co-digestão com caldo de cana-de-açúcar (Dissertação de Mestrado). Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, SP, Brasil.

Tran, V. S., Ngo, H. H., Guo, W., Zhang, J., Liang, S., Ton-That, C. (2015). Typical low cost biosorbents for adsorptive removal of specific organic pollutants from water. Bioresource technology, 182, 353-363. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.02.003.

Veeresh, G.S.; Kumar, P.; Mehrotra, I. (2005). Treatment of phenol and cresol in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) process: a review. Water Research, 39, 154-70, 2005. 10.1016/j.watres.2004.07.028

Xiao, S., Hu, S., Zhang, Y., Zhao, X., Pan, W. (2017). Influence of sewage treatment plant effluent discharge into multipurpose river on its water quality: A quantitative health risk assessment of Cryptosporidium and Giardia. Environmental Pollution, 233, 797-805. 10.1016/j.envpol.2017.11.010.

Zhang, Q., Hu, J., Lee, D. J. (2016). Biogas from anaerobic digestion processes: Research updates. Renewable Energy, 98, 108-119

Descargas

Publicado

2021-05-03

Cómo citar

Malaquias, E. O., Pereira Junior, A. A. M., Silveira, P. H. P. M. da, Altoé, L., & Teles, C. R. (2021). Uso de cálculo estequiométrico para evaluar la producción de biogás obtenido a partir de aguas residuales de café. Brazilian Journal of Production Engineering, 7(2), 48–58. https://doi.org/10.47456/bjpe.v7i2.34548

Número

Vol. 7 Núm. 2 (2021): Número Regular (Abril - Junho)

Sección

ENERGIA

Licencia

Derechos de autor 2021 Brazilian Journal of Production Engineering - BJPE

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.

Atribuição 4.0 internacional CC BY 4.0 Deed