Avaliação de sustentabilidade econômica de biorrefinarias integradas 1G2G com coprodução de xilana e lignossulfonato

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Vasconcelos, Marcelo Holanda
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Análise Econômica; Biorefinery; Biorrefinaria; Cana-de-açúcar; Economic analysis; Lignossulfonato; Lignosulfonate; Sugarcane; Xilana; Xylan
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-07122023-144448/

As biorrefinarias surgem como matrizes industriais de processos sustentáveis com objetivo de empregar fontes renováveis na geração de bioprodutos. Essa abordagem renovável, no entanto, precisa ser atraente economicamente para que efetivamente substitua os processos não-renováveis. Assim, o presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a sustentabilidade econômica de cenários de biorrefinarias integradas de produção de etanol 1G, etanol 2G e eletricidade, com a coprodução, individual e simultânea, de xilana e lignossulfonato, empregando cana-de-açúcar como matéria-prima. Para isso, foram definidos setes cenários, que incluíram a produção de etanol 1G e sua integração com a produção de etanol 2G, com subsequente integração da coprodução dos bioproduto, xilana e lignossulfonatos, tanto individualmente quanto simultaneamente. Para os cenários com produção de xilana, dois métodos de extração foram considerados, um por via biológica (enzimática) e outro por via química (hidróxido de sódio). Foram realizadas as simulações dos cenários com auxílio do software Aspen Plus®, obtendo-se os dados de balanço de massa e energia e, subsequentemente, sendo realizada a avaliação de sustentabilidade econômica. Para as xilanas, foi calculado o preço mínimo de venda (PMV) por meio de uma análise incremental. O rendimento da produção de etanol anidro e eletricidade excedente variaram de 81,1 a 105,87 L/TC e de 83 a 189,2 kWh/TC, respectivamente. Já a xilana e o lignossulfonatos tiveram rendimentos de 8,1 a 98,3 kg/TC e de 8,5 a 15,6 kg/TC, respectivamente. A coprodução individual de xilana na biorrefinaria 1G2G apresentou redução de 2,17% e 17,5% no rendimento de etanol e um aumento de 0% e 39,5% no excedente de eletricidade nas formas de extração enzimática e química, respectivamente. A fração de bagaço queimado foi largamente maior quando se empregou a via química para produção de xilana, resultado do maior consumo energético. A coprodução de lignossulfonatos na biorrefinaria 1G2G teve comportamento similar. Entretanto, os cenários com coprodução simultânea de xilana e lignossulfonatos apresentaram maiores vantagens sobre os cenários isolados. Com relação aos custos com investimento, a produção de xilana por via enzimática foi quase 4,5 vezes maior em comparação ao cenário da xilana obtida por via química. No cenário em que a taxa interna de retorno (TIR) correspondeu a 12% ao ano (valor presente líquido (VPL)=0), o PMV da xilana foi de R$0,35 e R$4,38 para a produção por via enzimática e química, respectivamente. Para a coprodução de lignossulfonato, alcançou-se uma TIR anual de 13,22%, acompanhada de um VPL de aproximadamente R$92 milhões. Entretanto, melhores perspectivas econômicas foram alcançadas quando houve a coprodução simultânea dos bioprodutos, ao observar reduções de 77% e 14% no PMV para as xilanas por via enzimática e química, respectivamente. Ficou notória a contribuição da coprodução de xilana e lignossulfonatos em biorrefinarias com produção integrada de etanol 1G2G, tendo como pré-tratamento da biomassa o método de sulfito alcalino. Melhor desempenho econômico pode ser alcançado integrando coprodutos de maior valor agregado, o que também resulta no fomento da bioeconomia. Ademais, as análises permitiram a identificação dos gargalos tecnológicos, bem como a definição de metas operacionais a serem solucionadas em trabalhos de pesquisa.