Aspectos técnicos, econômicos e ambientais da valorização energética de resíduos municipais: uso de syngas e biodiesel para a geração de energia elétrica
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Data
2024-02-19
Autores
Orientador
José Luz Silveira 
Coorientador
Celso Eduardo Tuna
Pós-graduação
Engenharia - FEG 33004080027P6
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Neste trabalho de doutorado, são apresentadas análises técnica, econômica e ambiental da valorização energética de resíduos como papel, plástico e óleo de fritura usado através de processos de produção de gás de síntese (syngas) e biodiesel e seu uso em motor de combustão interna para geração de energia. São apresentados resultados de experimentos de co-gaseificação de uma mistura entre resíduos sólidos urbanos (RSU) e pellets de biomassa para a produção do syngas que alimenta um motor de combustão interna operando com biodiesel, produzido através da transesterificação de óleo de fritura usado. A configuração experimental é composta por uma bancada de teste de motor acoplada a um gaseificador de leito fixo, alimentado com pellets de eucalipto e RSU na proporção em massa de 85:15, respectivamente. Os parâmetros de controle dos experimentos em relação ao motor são rotação, torque, temperatura dos gases de escape e consumo específico de combustível. Os parâmetros da gaseificação como temperaturas de oxidação e redução, pressões no filtro, silo de alimentação e reator, bem como o volume de alcatrões e carvão produzidos durante o processo de gaseificação também são apresentados. Foram realizadas análises das propriedades físicas e químicas das matérias-primas e combustíveis, bem como a cromatografia do syngas produzido. Uma Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) foi realizada com o objetivo de complementar a análise ambiental, e para o sistema de fronteira proposto, foram calculados fatores de emissões dos combustíveis e as emissões diretas e indiretas da proposta. O retorno do investimento de uma planta sugerida para uma estação de transbordo de resíduos é analisado em função de taxas de juros anuais aplicáveis, custos de investimento e manutenção da planta e custo da biomassa e da coleta e transporte de resíduos. O syngas produzido a partir da co-gaseificação de pellets de biomassa e de RSU na proporção em massa de 85:15, respectivamente, apresentou poder calorífico inferior de 6 MJ/m³ e 15% de H2 em volume.
Resumo (inglês)
This doctoral work presents technical, economic, and environmental analyses of the energy valorization of waste materials such as paper, plastic, and used frying oil through processes of syngas and biodiesel production, along with their utilization in internal combustion engines for power generation. Results from experiments on co-gasification of a mixture of municipal solid waste (MSW) and biomass pellets for syngas production, which powers an internal combustion engine operating with biodiesel produced through the transesterification of used frying oil, are provided. The experimental setup comprises an engine test bench coupled with a fixed-bed gasifier, fed with eucalyptus pellets and MSW in a mass ratio of 85:15, respectively. Control
parameters for the experiments concerning the engine include rotation, torque, exhaust gas temperature, and specific fuel consumption. Gasification parameters such as oxidation and reduction temperatures, pressures in the filter, feeding silo, and reactor, as well as the volume of tars and char produced during the gasification process, are also presented. Analyses of the physical and chemical properties of raw materials and fuels, as well as chromatography of the produced syngas, were conducted. A Life Cycle Assessment (LCA) was performed to complement the environmental analysis, and emissions factors for the fuels and direct and indirect emissions of the proposed system were calculated within the proposed boundary. The
return on investment of a suggested plant for a waste transfer station is analyzed based on applicable annual interest rates, investment and plant maintenance costs, biomass cost, and waste collection and transportation costs. The syngas produced from the co-gasification of biomass pellets and MSW in a mass ratio of 85:15, respectively, exhibited a lower heating value of 6 MJ/m³ and 15% volume of H2.
Descrição
Idioma
Português
Como citar
CAMPOS, Victor Arruda Ferraz. Aspectos técnicos, econômicos e ambientais da valorização energética de resíduos municipais: uso de syngas e biodiesel para a geração de energia elétrica. 108f. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia) - Faculdade de Engenharia e Ciências Universidade Estadual Paulista Júlio de
Mesquita Filho, Guaratinguetá, 2024.