Codigestão anaeróbia de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar para produção de h2

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dc.contributor.advisor-co1Amorim, Eduardo Lucena Cavalcante de
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-7349-9055
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5647462671079561
dc.contributor.advisor1Almeida, Renata Maria Rosas Garcia
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1331-8619
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3745446778086537
dc.contributor.referee1Silva, Carlos Eduardo de Farias
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0395823528382046
dc.contributor.referee2Meili, Lucas
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3802018064427795
dc.contributor.referee3Coelho, Dayana de Gusmão
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-5170-3449
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1255714800013638
dc.contributor.referee4Peiter , Fernanda Santana
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0958176908010538
dc.creatorChaves, Taciana Carneiro
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-3729-5872
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7447318096096217
dc.date.accessioned2026-06-10T11:39:18Z
dc.date.available2026-06-10T11:39:18Z
dc.date.issued2023-10-23
dc.description.abstractIndustrial residues abundant in carbohydrates, lipids, and proteins are currently gaining prominence as alternative sources of renewable energy. Wastes from the sugar and alcohol agroindustry, such as vinasse and sugarcane molasses, are rich in organic matter and, therefore, when subjected to the anaerobic digestion process, can be converted into hydrogen, organic acids, and methane. Maintaining control of specific operational parameters enables the inhibition of methane formation and favors H2 and acid production. In this context, the objective of this study was to use the co-fermentation of vinasse and molasses to produce hydrogen. To this end, the first phase of the work (F1) consisted of the experimental planning of the Simplex Lattice mixture with batch tests to evaluate the synergistic and antagonistic effects of vinasse (V) and molasses (M). The purpose of this step was to find the percentage composition of the substrates (100% vinasse: V100/M0 = R1, 75% vinasse + 25% molasses: V75/M25 = R2, 50% vinasse + 50% molasses: V50/M50 = R3, 25% vinasse + 75% molasses: V25/M75 = R4, 100% molasses: V0/M100 = R5) that would result in maximum H2 production besides using the highest possible percentage of vinasse, given the significative environmental impact of this final residue from the sugar and alcohol industry. From the best condition verified in F1, the second phase (F2), also in batch reactors, tested the influence of the initial concentration regarding chemical oxygen demand (COD 6 and 9 g/L), temperature (T between 35 and 45 °C) and initial pH (5.5 and 6.5) based on a full factorial design (23). The study evaluated two response variables: the volumetric production rate (VHPRCODapl) and the volumetric hydrogen yield (VHYCODapl). Results obtained in F1 showed that using vinasse at 75% or more caused instability in H2 production. The maximum values of 595.63 mL- 2/g-CODapl and 50.63 mL-H2/(g-CODapl.d) occurred in the V50/M50 condition, which, according to the Tukey test, were statistically similar to those observed at V25/M75 and V0/M100. Vinasse and molasses interacted synergistically in the mixtures. Highly significant (p ≤ 0.05) quadratic models with good fits were obtained for yield (R2 = 0.98) and H2 production rate (R2 = 0.92). In F2, with the initial composition of the feed fixed at 50% of each substrate, maximum values of VHYCODapl (1.56 L-H2/g-CODapl) and VHPRDQOapl (54.98 mL-H2/g-CODapl/d) were recorded in the condition of lower temperature and higher COD and pH. pH was the factor that exerted the greatest influence with a positive effect on the response variables, while temperature revealed a negatively influential effect. The effect of COD was negligible concerning VHY and VHPR. The linear models obtained were significant and well adjusted (with R2 coefficients above 0.9), relating the factors COD, pH, and temperature.
dc.description.resumoA utilização de resíduos industriais contendo carboidratos, lipídeos e proteínas em abundância representa uma fonte alternativa de energia renovável que vem ganhando destaque na atualidade. Os resíduos da agroindústria sucroalcooleira, a exemplo da vinhaça e do melaço de cana-de-açúcar, são ricos em matéria orgânica e, portanto, quando submetidos ao processo de digestão anaeróbia podem ser convertidos em hidrogênio, ácidos orgânicos e metano. Mantendo-se o controle de parâmetros operacionais específicos é possível inibir a formação de metano e favorecer a produção apenas de H2 e/ou ácidos. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi utilizar a cofermentação de vinhaça e melaço visando a produção de hidrogênio. Para isto, numa primeira fase (F1), baseado no planejamento experimental de mistura Simplex Lattice foram realizados testes em batelada para avaliar os efeitos sinérgicos e/ou antagônicos da vinhaça (V) e do melaço (M) em busca da melhor composição percentual dos substratos (100% de vinhaça: V100/M0 = R1, 75% de vinhaça + 25% de melaço: V75/M25 = R2, 50% de vinhaça + 50% de melaço: V50/M50 = R3, 25% de vinhaça + 75% de melaço: V25/M75 = R4 e 100% de melaço: V0/M100 = R5) que resultasse na máxima produção de H2 e que utilizasse a maior porcentagem possível de vinhaça, por ser este o substrato que na indústria sucroalcoooleira é o resíduo final do processo e de grande impacto ambiental. A partir da melhor condição verificada em F1, foi implementada uma segunda fase (F2), também em reatores batelada. Foram testadas a influência da concentração inicial em termos de demanda química de oxigênio (DQO 6 e 9 g/L), a temperatura (T entre 35 e 45 °C) e o pH inicial (5,5 e 6,5) com base num planejamento fatorial completo (23). O estudo avaliou duas variáveis resposta: a taxa de produção volumétrica (VHPRDQOapl) e o rendimento volumétrico de hidrogênio (VHYDQOapl). Em F1, os resultados mostraram que o uso de vinhaça em 75% ou mais causou instabilidade na produção de H2. Foram obtidos os valores máximos de 595,63 mL-H2/g-DQOapl e 50,63 mL-H2/(g-DQOapl.d), ambos verificados na condição V50/M50, que, de acordo com o teste de Tukey, foram resultados estatisticamente semelhantes aos observados em V25/M75 e V0/M100. A vinhaça e o melaço interagiram sinergicamente nas misturas. Modelos quadráticos altamente significativos (p ≤ 0,05) e com bons ajustes foram obtidos para o rendimento (R2 = 0,98) e a taxa de produção de H2 (R2 = 0,92). Em F2, com a composição inicial da alimentação fixa em 50% de cada substrato, foram registrados os valores máximos de VHYDQOapl (1,56 L-H2/g-DQOapl) e VHPRDQOapl (54,98 mL-H2/g-DQOapl/d) na condição de menor temperatura e maiores DQO e pH. O pH foi o fator mais influente e de efeito positivo sobre as variáveis respostas. A temperatura revelou efeito influente negativo. O efeito da DQO foi de influência desprezível em relação a VHY e VHPR. Foram obtidos modelos lineares significativos e bem ajustados para relacionar os fatores DQO, pH e T com cada resposta, todos com R2 > 0,9.
dc.identifier.citationChaves, Taciana Carneiro. Codigestão anaeróbia de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar para produção de h2 / Taciana Carneiro Chaves. – 2023. 119 f. : il. color. Orientadora: Renata Maria Rosas Garcia Almeida. Coorientador: Eduardo Lucena Cavalcante de Amorim. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Alagoas. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Maceió, 2023. Bibliografia: f. 93-108. Apêndices: f. 109-119. 1. Codisgestão anaeróbia . 2.Vinhaça. 3. Melaço de cana-de-açúcar. 4. Biohidrogênio. I. Título.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ifal.edu.br/handle/123456789/3085
dc.language.isopt
dc.publisherINSTITUTO FEDERAL DE ALAGOAS - Ifal
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentCampus Maceió
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectFermentação escura
dc.subjectCosubstrato
dc.subjectBiohidrogênio
dc.subjectPlanejamento simplex lattice
dc.subjectPlanejamento fatorial completo
dc.subjectCodisgestão anaeróbia
dc.subjectVinhaça
dc.subjectMelaço de cana-de-açúcar
dc.subjectDark fermentation
dc.subjectCosubstrate
dc.subjectSimplex lattice planning
dc.subjectFull factorial design
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.titleCodigestão anaeróbia de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar para produção de h2
dc.typeTese

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