Aproveitamento energético do glicerol: análise das propostas de queima direta e emprego em células à combustível no contexto da planta piloto de biodiesel do IFBA – campus Paulo Afonso

Glycerol as energy source: an analysis of direct burning and use in fuel cells in the context of the biodiesel pilot plant of IFBA – campus Paulo Afonso

Autores

  • Paula Normanda dos Anjos Vicente
  • Fabiano Almeida Nascimento
  • Ricardo Augusto Nink

DOI:

https://doi.org/10.34188/bjaerv6n4-011

Palavras-chave:

Propanotriol, combustão, hidrogênio

Resumo

O biodiesel é um biocombustível oriundo de fontes renováveis de oleaginosas, constituindo-se uma alternativa menos poluente que o diesel (combustível fóssil derivado do petróleo). Durante a produção de biodiesel o principal resíduo gerado é o glicerol, substância que, quando descartada incorretamente, polui o meio ambiente. Diante da nova legislação, que impôs um incremento de 5% de biodiesel ao diesel comum, o Brasil produz atualmente 2,6 bilhões de litros de biodiesel por ano, resultando em cerca de 260 mil toneladas de glicerol residual, volume este muito superior à sua atual demanda. O consumo desse volume extra de glicerol é fundamental para viabilizar economicamente o aumento da produção do biodiesel que quando incrementando com maiores volumes ao diesel decrescem as taxas de importação desse combustível elevando assim o ganho econômico. Esta pesquisa consistiu numa análise de duas alternativas energéticas resultantes do aproveitamento do glicerol e voltadas para a transformação da energia química em energia elétrica. As tecnologias ora tratadas foram analisadas sob a ótica da eficiência energética, exequibilidade técnica/tecnológica, viabilidade econômica e desempenho ambiental. A queima direta se mostrou como a forma de aproveitamento energético com um melhor desempenho do que a conversão em hidrogênios para uso em células a combustível. Os resultados desse estudo podem embasar a construção de propostas de aproveitamento energético da glicerina e, consequentemente, de desenvolvimento sustentável para usinas-piloto de biodiesel com fins didáticos.

Referências

KENAR, JA. Glycerol as a platform chemical: sweet opportunities on the horizon? Lipid Technol. 2007 Nov;19(11): 249-253, doi:10.1002/lite.200700079

Pagliaro M, Kimura H, Rossi M, Della Pina, C. From glycerol to value-added products. Angew. Chem. Int. Ed. 2007 May;46: 4434-4440, doi:10.1002/anie.200604694

Zhou CH, Beltramini JN, Fan YX, Lu GQ. Chemoselective catalytic conversion of glycerol as a biorenewable source to valuable commodity chemicals. Chem. Soc. Rev. 2008;37(3): 527-549, doi: 10.1039/B707343G

Beatriz A, Araújo YJK, Lima DP. Glicerol: um breve histórico e aplicação em sínteses estereosseletivas. Quim. Nov. 2011 Jan;34(2): 306-319, doi: 10.1590/S0100-40422011000200025.

Wang ZX, Zhuge J, Fang H, Prior BA. Glycerol production by microbial fermentation: A review. Biotech. Adv. 2001 Jun;19: 201-223, doi:10.1016/S0734-9750(01)00060-

Mota CJA, da Silva CXA, Gonçalves VLC. Gliceroquímica: novos produtos e processos a partir da glicerina de produção do biodiesel. Quim. Nov. 2009 Mar;32(3): 639-648, doi:10.1590/S0100-40422009000300008

Bueno TP, Silva JD. Obtenção e aproveitamento do gicerol durante a produção de biodiesel em um aparato experimental de escalada de bancada a partir de óleos de girassol e soja descartados. RMAS 2012 Jun;1(1): 61–72, doi:10.22292/mas.v1i1.61

Vasconcelos Y. Resíduos bem vindos. Pesquisa Fapesp 2012 Jun;196: 58-63.

Behr A, Eilting J, Irawadi K, Leschinskia J, Lindnera F. Improved utilisation of renewable resources: new important derivatives of glycerol. Green Chem. 2008 Jan;10(6): 13-30, doi:10.1039/B710561D

Milli BB, Gripa DC, Simonelli G. Aplicações alternativas da glicerina oriunda do biodiesel. Encic. Biosf. 2011 May;7(12): 1-9.

Sant’Anna CS, Vaz VHS, Carvalho JBR, Lopes DFC, da Silva GF. Viabilidade de usina de briquete de casca de coco e glicerina em Sergipe. Scientia Plena 2012 Jun;8(5): 1-6.

Arechederra RL, Treu BL, Minteer SD. Development of glycerol/O-2 biofuel cell. J. Pow. Sour. 2007 Nov;173(1): 156-161, doi:10.1016/j.jpowsour.2007.08.012

Arechederra RL, Minteer SD. Complete oxidation of glycerol in an enzymatic biofuel cell. Fuel Cells 2009 Feb;1: 63–69, doi: 10.1002/fuce.200800029

Metzger B. Glycerol combustion [master’s thesis]. North Carolina (USA): North Carolina State University, Mechanical Engineering, 2007 Aug.

Vieira SP, Moreira TSV, Nink RA. Cultivo de fontes amiláceas e produção de bioetanol: uma análise do território de identidade Itaparica. BJAER 2023 Apr;6(2): 951-961, doi: 10.34188/bjaerv6n2-002

Alves JCS. Medidas da emissão de poluentes e da eficiência na combustão assistida do glicerol residual de biodiesel [dissertation]. [Fortaleza – CE]: Universidade Estadual do Ceará; 2010 Nov.

Maturana CAY. Estudo da combustão direta da glicerina bruta e loira como alternativa de aproveitamento energético sustentável [master’s thesis]. São Carlos (Brazil): Universidade de São Paulo, Departamento de Engenharia Mecânica; 2011 Nov.

Albarelli JQ, Santos DT, Holanda MR. Energetic and economic evaluation of waste glycerol cogeneration in Brazil. Braz. J. Chem. Eng. 2011 Oct;28(4): 691-698, doi: 10.1590/S0104-66322011000400014

Brady S, Kawai Tam Coauthors, Leung G, Salam CR. Zero waste biodiesel: using glycerin and biomass to create renewable energy. Undergrad. Res. J. 2009; 5-11.

Chaiyomporn K, Chavalparit O. Fuel pellets production from biodiesel waste. EnvironmentAsia 2010 Jan;3(1): 103-110, doi:10.14456/ea.2010.14

Somesh MU, Usha NM. Production of zero waste biodiesel by utilizing by-products glycerin and biomass. IJERT 2020 Sep;09(09): 520-522, doi:10.17577/IJERTV9IS090230

Striugas N, Šlančiauskas A, Makarevičienė V, Gumbytė M, Janulis P. Processing of the glycerol fraction from biodiesel production plants to provide new fuels for heat generation. Energetika 2008 Jan;54(3): 5-12.

Cavalcante Junior FS. Um estudo comparativo das eficiências e emissões de poluentes gerados na combustão assistida do glicerol bruto e glicerina [dissertation]. [Fortaleza (CE)]: Universidade Estadual do Ceará; 2012 Apr.

Moreira JS. Estudo experimental da combustão do GLP e glicerol residual derivado da produção de biodiesel em meios porosos radiantes [dissertation]. [Fortaleza (CE)]: Universidade Estadual do Ceará; 2012 May.

Bohon MD, Metzger BA, Linak WP, King CJ, Roberts WL. Glycerol combustion and emissions. Proc. Combust. Inst. 2011 Jan;33(2): 2717-24, doi:10.1016/j.proci.2010.06.154

Nascimento FA, Vicente PNA, Nink RA. Glicerol residual da usina piloto de biodiesel do IFBA - campus Paulo Afonso: análise do aproveitamento energético mediante conversão em biogás e etanol. E.T.C. 2016;14: p. 43-56.

Adhikari S, Fernando SD, Haryanto A. Hydrogen production from glycerol: an update. Ener. Conv. Manag. 2009 Oct;50(10): 2600-2604, doi: 10.1016/j.enconman.2009.06.011.

Avasthi KS, Reddy RN, Patel S. Challenges in the production of hydrogen from glycerol - a biodiesel byproduct via steam reforming process. Proc. Eng. 2013:51: 423 – 429, doi: 10.1016/j.proeng.2013.01.059

Rossi CCRS, Alonso CG, Antunes OAC, Guirardello R, Cardozo-Filho L. Thermodynamic analysis of steam reforming of ethanol and glycerine for hydrogen production. Hidrog. Ener. 2009;34(1): 323-332, doi:10.1016/j.ijhydene.2008.09.071

Vaidya PD, Rodrigues AE. Glycerol reforming for hydrogen production: a review. Chem. Eng. & Tech. 2009 Sep;32(10): 1463-1469, doi: 0.1002/ceat.200900120

Pompeo F, Santori GF, Nichio NN. Hydrogen production by glycerol steam reforming with Pt/SiO2 and Ni/SiO2 catalysts. Catal. Today 2011 Aug;172)1): 183-188, doi: 10.1016/j.cattod.2011.05.001

Wang C, Dou B, Chen H, Song Y, Xu Y, Du X, Zhang L, Luo T, Tan C. Renewable hydrogen production from steam reforming of glycerol by Ni–Cu–Al, Ni–Cu–Mg, Ni–Mg catalysts. Int. Jour. Hyd. Ener. 2013 Mar;38(9): 3562-3571, doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.01.042.

Valliyappan T, Bakhshi NN, Dalai AK. Pyrolysis of glycerol for the production of hydrogen or syn gas. Biores. Tech. 2008 Jul;99(10): 4476-4483, doi: 10.1016/j.biortech.2007.08.069.

Byrd AD, Pant KK, Gupta RB. Hydrogen production from glycerol by reforming in supercritical water over Ru/Al2O3 catalyst. Fuel 2008 Oct:87(13-14): 2956-2960, doi: 10.1016/j.fuel.2008.04.024

Costa JB, Rossi DM, De Souza EA, Samios D, Bregalda F, Peralba MCR, Flores SH, Ayub MA. The optimization of biohydrogen production by bacteria using residual glycerol from biodiesel synthesis. J. Envir. Sci. Health (Part A) 2011 Oct;46(13): 1461-1468, doi: 10.1080/10934529.2011.609036

Ito T, Nakashimada Y, Senba K, Matsui T, Nishio N. Hydrogen and ethanol production from glycerol-containing wastes discharged after biodiesel manufacturing process. J Biosci Bioeng. 2005 Sep;100(3):260-5. doi: 10.1263/jbb.100.26

Jitrwung R, Verrett J, Yargeau V. Optimization of selected salts concentration for improved biohydrogen production from biodiesel-based glycerol using Enterobacter aerogenes. Renew. Ener., 2013 Feb;50: 222-226, doi: 10.1016/j.renene.2012.06.049

Sabourin-Provost G, Hallenbeck PC. High yield conversion of a crude glycerol fraction from biodiesel production to hydrogen by photofermentation. Bioresour Technol. 2009 Jul;100(14):3513-7. doi: 10.1016/j.biortech.2009.03.027

Biebl H. Fermentation of glycerol by Clostridium pasteurianum--batch and continuous culture studies. J Ind Microbiol Biotechnol. 2001 Jul;27(1):18-26. doi: 10.1038/sj.jim.7000155

Liu F, Fang B. Optimization of bio-hydrogen production from biodiesel wastes by Klebsiella pneumoniae. Biotechnol J. 2007 Mar;2(3):374-80. doi: 10.1002/biot.200600102.

Gonzalez R, Murarka A, Dharmadi Y, Yazdani SS. A new model for the anaerobic fermentation of glycerol in enteric bacteria: trunk and auxiliary pathways in Escherichia coli. Metab Eng. 2008 Sep;10(5):234-45. doi: 10.1016/j.ymben.2008.05.001

Jitrwung R, Yargeau V. Optimization of media composition for the production of biohydrogen from waste glycerol. Int. J. Hydrog. Ener. 2011 Aug;36(16): 9602-9611, doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.05.092

Minteer SD, Liaw BY, Cooney M. Enzyme-based biofuel cells. Curr. Op. Biotech. 2007 Jun;18(3): 228–234, doi: 10.1016/j.copbio.2007.03.007

Aldabó R. Célula a combustível a hidrogênio: fonte de energia da nova era. São Paulo - SP: Artliber; 2004.

Braga JMF, Seidl P, Longo WP. Análise da viabilidade econômica da integração de sistemas de célula a combustível nas plantas de cloro-soda para utilização do hidrogênio gerado no processo. Engevista 2009;11(1): 8-23.

Cândido AS, Eguiluze KIB, Banda GRS. Desenvolvimento de catalisadores para oxidação do glicerol. Cad. Grad. UNIT 2013;1(2):45-60.

Nascimento FA, Vicente PNA, Nink RA. Glicerol residual da usina piloto de biodiesel do IFBA – campus Paulo Afonso: análise do aproveitamento energético mediante conversão em biogás e etanol. Rev. E.T.C. 2016 Jun;14: 1-14.

Downloads

Publicado

2023-10-20

Como Citar

Vicente, P. N. dos A., Nascimento, F. A., & Nink, R. A. (2023). Aproveitamento energético do glicerol: análise das propostas de queima direta e emprego em células à combustível no contexto da planta piloto de biodiesel do IFBA – campus Paulo Afonso: Glycerol as energy source: an analysis of direct burning and use in fuel cells in the context of the biodiesel pilot plant of IFBA – campus Paulo Afonso. Brazilian Journal of Animal and Environmental Research, 6(4), 3208–3223. https://doi.org/10.34188/bjaerv6n4-011

Edição

Seção

Artigos originais