Análise técnica e econômica para implantação de um sistema de produção de biohidrogênio utilizando bioeletricidade de biogás de vinhaça - Lescano, Germán Darío Picón. [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Este trabalho apresenta um estudo da implementação de um sistema, composto por um eletrolisador conectado a um conjunto gerador de bioeletricidade que opera com biogás de vinhaça, para a produção de biohidrogênio. Dados sobre a produção total de etanol em todas as regiões do Brasil foram coletadas, para estudar o estado com o maior potencial de geração de vinhaça, sendo que no final duas usinas no estado de São Paulo foram escolhidas. Um estudo da possibilidade de obter biogás da produção de vinhaça das usinas foi feito e posteriormente, foi analisada a viabilidade de implementar o sistema de geração de biohidrogênio em suas instalações. Em seguida, foram realizadas análises de aplicações da análise energética para estimar o potencial da produção de bioeletricidade e biohidrogênio junto com a eficiência geral do processo, o que permitiu a construção de um Diagrama de Sankey para todos os casos de estudo; também, foi determinado o custo de produção de bioeletricidade por meio de um conjunto motor/gerador e o custo de produção de biohidrogênio por meio da eletrólise utilizando a eletricidade obtida do conjunto motor/gerador usando biogás de vinhaça da indústria de açúcar/álcool do Brasil, como função do período de retorno, período equivalente de utilização e taxa de juros anual. Como conclusão, são demonstrados o nível de eficiência e os custos de produzir um vetor energético como o biohidrogênio, utilizando um resíduo comum, como é a vinhaça da indústria de produção de açúcar e etanol. Também é demostrado a viabilidade do sistema para ser implementado em qualquer usina de açúcar ou etanol, porque que é autossustentável, produzindo a própria energia que alimenta o eletrolisador que gerará o biohidrogênio.

This work focuses on studying the implementation of a system, composed of an electrolyzer connected to a bioelectricity generator set operating with vinasse biogas, to produce biohydrogen. Data on total ethanol production in all regions of Brazil were collected to study the state with the greatest potential for vinasse generation, selecting two plants in the state of São Paulo. A study of the possibility of obtaining biogas from the vinasse production of the plants was conducted, and subsequently, the feasibility of implementing the biohydrogen generation system at their facilities was analyzed. The following analyses were then performed: application of energy analysis for biohydrogen production and energy efficiency of the process, which allowed the construction of a Sankey Diagram for both case studies; also, the cost of electricity production through the generator set and the cost of biohydrogen production through electrolysis using electricity obtained from the generator set using vinasse biogas from the sugar/alcohol industry in Brazil were determined as a function of the payback period, equivalent utilization period, and annual interest rate. In conclusion, the level of efficiency and attractive costs of producing an energy source like biohydrogen using a common waste, such as sugar and ethanol production vinasse, are demonstrated. The viability of the system to be implemented in any sugar or ethanol plant is also demonstrated because it is self-sustaining, producing the energy that powers the electrolyzer that generates the biohydrogen.
Technical and economic analysis for implementation of a biohydrogen production system using bioelectricity from vinasse biogas
Keywords: Hidrogênio como combustivel; Biogás; Eletrólise; Análise energética; Análise econômica; Biohydrogen; Bioelectricity; Electrolysis; Energetic Analysis; Economic Analysis