BRPI0903984A2 - método de tratamento seqüencial de resìduos do setor sucroenergético com produção de biomassa de microalgas e produção de combustìveis renováveis - Google Patents

Abstract

MéTODO DE TRATAMENTO SEQüENCIAL DE RESìDUOS DO SETOR SUCROENERGéTICO COM PRODUçãO DE BIOMASSA DE MICROALGAS E PRODUçãO DE COMBUSTìVEIS RENOVáVEIS. A presente invenção refere-se a um novo método sequencial para tratamento de resíduos e subprodutos do setor sucroenergético, mais particularmente a um novo método seqúencial que envolve etapas para o tratamento da vinhaça, palha e bagaço via métodos físico-químicos, biodigestão e/ou combinados e sua utilização subsequente para o cultivo de microalgas e produção de combustíveis renováveis, capaz de reduzir o potencial poluidor da vinhaça, reduzir a emissão de C02 e demais gases causadores do efeito estufa, permitir a obtenção de biomassa de microalgas e aproveitá-la para a produção de etanol, assim como para alimentação animal e humana, ou então aproveitar o óleo obtido a partir da sua biomassa para obtenção de biodiesel e sua biomassa integral para produzir biogás e biometano.

Description

MÉTODO DE TRATAMENTO SEQÜENCIAL DE RESÍDUOS DOSETOR SUCROENERGÉTICO COM PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGASE PRODUÇÃO DE COMBUSTÍVEIS RENOVÁVEIS

A presente invenção refere-se a um novo métodoseqüencial para tratamento de resíduos e subprodutos do setorsucroenergético, mais particularmente a um novo métodoseqüencial que envolve etapas para o tratamento da vinhaça,palha e bagaço via métodos físico-químicos, biodigestão e/oucombinados e sua utilização subseqüente para o cultivo demicroalgas e produção de combustíveis renováveis.

É de conhecimento do homem da técnica que otratamento dos resíduos e subprodutos do setorsucroenergético e o cultivo de microalgas possibilitam aredução da carga poluidora orgânica e inorgânica dos mesmos eprodução de biogás, entretanto, como soluções independentes.

A biomassa obtida com o cultivo de microalgas podeter sua fração lipídica utilizada para a produção debiocombustiveis e suas frações não-lipídicas utilizadas paraalimentação animal ou humana e/ou fermentação em etanol.

Ocorre que vários processos atualmente existentespara a redução da carga poluidora da vinhaça, tais comocoagulação, decantação, biodigestão, concentração e outros,contidos no estado da técnica, têm encontrado dificuldades emsua aplicação como solução independente, principalmente emfunção de questões relacionadas às baixas eficiências e altoscustos de implantação e operacional. Faz-se necessária aintegração destas técnicas com outras soluções tecnológicasque possibilitem uma redução mais substancial do potencialpoluidor da vinhaça (compostos orgânicos e inorgânicos), demodo a tornar estas práticas viáveis do ponto de vistaeconômico e aumentar a sustentabilidade da cadeia de produçãodo etanol.

Um dos aspectos negativos referentes aos processospara cultivo de microalgas em regime fotoautotrófico emtanques abertos ou em fotobiorreatores resume-se nestesprocessos ainda não encontrarem aplicação econômica paraprodução de biodiesel e outros compostos de menor valoragregado. 0 cultivo de microalgas em regime heterotrófico vemsendo alvo de estudos recentes, principalmente porproporcionar altas taxas de crescimento celular e produção debiomassa, em comparação com regimes fotoautotróficos. 0cultivo fotoautotrófico em tanques abertos, por um lado, tema vantagem de custo de implantação mais baixo quandocomparado com sistemas fechados, entretanto apresentaproblemas com controle das variáveis (temperatura, pH) ebaixos rendimentos, sobrevivência dos organismos, taxas · decrescimento e conteúdo de .lipídeos, taxa de absorção dedióxido de carbono, penetração de luz, sazonalidade,separação da biomassa, além de aspectos de biossegurança,como no caso de espécies modificadas geneticamente. 0 cultivoem biorreatores heterotróficos, por sua vez, permite um maiorcontrole sobre as condições químicas e físicas e maioresrendimentos por volume de cultivo, porém com maiores custosde implantação e engenharia, uma vez que metodologias deescalonamento expressas pela configuração e material deconstrução são pouco desenvolvidas. Faz-se necessária aidentificação de um sistema de cultivo que consiga aliaraltas produtividades de biomassa com altos teores delipídeos, para permitir a exploração econômica de microalgascomo fonte de óleo para a produção de biodiesel.

Um dos principais problemas dos cultivosfotoautotróficos do estado da técnica, seja em tanques elagoas ou fotobiorreatores, é a concentração final debiomassa microalgal por volume de substrato de cultivo, queraramente ultrapassa 5 gramas de biomassa (matéria seca) porlitro, muito em função da dificuldade de difusão de luzdentro dos tanques, lagoas ou fotobiorreatores. A luz, nãoalcançando as células, dificulta o crescimento populacionalque se estabiliza e tende a decrescer. Em sistemasheterotróficos a concentração pode atingir valores superioresa 5 gramas de biomassa por litro atingindo até 3 0 gramas porlitro, pela não necessidade de penetração de luz.

Além das desvantagens citadas acima, a utilizaçãodo CO2 oriundo da fermentação alcoólica, conforme propostopor FEINBERG et al. (1990) é uma solução técnica que permiteo cultivo de microalgas em usinas produtoras de açúcar eetanol somente durante o período de safra, impactandonegativamente o resultado econômico dos possíveisempreendimentos de exploração de cultivo de microalgas juntoa estas unidades. Faz-se necessária uma solução tecnológicaque permita a implantação de empreendimentos de cultivo demicroalgas durante todo o ano, possibilitando a diluição deinvestimento nestas unidades.

Como outra desvantagem apresentada pelo estado datécnica, a utilização do biogás composto por uma mistura degases gerado na biodigestão da vinhaça e outros resíduos dosetor sucroenergético, composto basicamente por metano (CH4)e dióxido de carbono (CO2) como combustível encontra algunsobstáculos técnicos e econômicos. Do ponto de vista técnicohá impacto negativo da presença do CO2 limitando o podercalorífico do gás, o que em muitos casos necessita dealterações nos equipamentos de combustão, podendo afetar astrocas térmicas internas à câmara de combustão, redução dairradiação e alterações na convecção pelas menorestemperaturas de chama. Do ponto de vista econômico, gasespobres de baixo poder calorífico têm maiores custos dearmazenamento e distribuição (PCI 5.500 kJ/Nm3, quandocomparado com 8.600 kJ/Nm3 do GN, por exemplo), o que ostorna com rendimento operacional menos atrativoeconomicamente para utilização em equipamentos dimensionadospara uso de gases combustíveis como GLP (gás liqüefeito depetróleo) e GN (gás natural). Faz-se necessária uma soluçãotécnica que permita a valorização do biogás, principalmenteatravés do enriquecimento do teor de metano na mistura.

0 etanol produzido a partir do processo defermentação alcoólica do caldo de cana-de-açúcar é atualmenteum dos principais biocombustiveis renováveis disponíveis nomundo e o interesse pela sua produção vem crescendointernacionalmente. De forma simultânea, cresce a preocupaçãocom a sustentabilidade desta cadeia de produção, uma vez queenvolve o uso da terra e conseqüente competição com aprodução de alimentos; além de o processo produtivo gerarresíduos e subprodutos sólidos, líquidos e gasosos.

Dentre os resíduos e subprodutos não gasosos doprocesso produtivo referido, destaca-se a vinhaça, um líquidomarrom escuro e de odor desagradável gerado na destilação doetanol, com alto potencial poluidor dos cursos de águasuperficiais e de lençóis freáticos subterrâneos, a qualpossui as principais características:

a) Produzido na razão entre 10:1 e 15:1 emrelação ao volume de etanol produzido;

b) pH entre 3,5 a 5,0 e alta corrosividade;

c) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)entre 7.000 e 75.000 mg/L02;

d) Demanda Química de Oxigênio (DQO) entre7.500 e 100.000 mg/K20 e

e) Teor de potássio (K) entre 800 e 3.500mg/L K2O.

Além do subproduto citado acima, o processamento dacana-de-açúcar gera outros subprodutos de importância: palha,torta de filtro e o bagaço resultante da moagem dos colmosdas plantas. 0 bagaço e palha tem destino na queima emcaldeiras geradoras de calor para os processos industriais eseu excedente é utilizado para a co-geração de energiaelétrica; já a torta de filtro é utilizada como fertilizante.

0 resíduo gasoso oriundo do processamento da cana-de-açúcar e produção de etanol compõem-se basicamente dedióxido de carbono (CO2) com elevado teor de pureza (>98%) eo resíduo gasoso oriundo da queima de palha e bagaço comconseqüente geração de energia elétrica compõe-se de gásmisto de N2, CO2 e outros componentes (incluindo NOx e SOx) .

0 CO2 é gerado no processo de fermentação alcoólicapara produção de etanol na proporção de 0,8 8 gramas por 0,92gramas de etanol produzido, considerando rendimentoestequiométrico.

Paralelamente à indústria do etanol, a expansão daprodução de biodiesel a partir de matérias primas oleaginosascomo soja, girassol e outras culturas agrícolas encontraforte dificuldade em função de sua inviabilidade econômica econcorrência com o uso da terra para a produção de alimentos.Simultaneamente à demanda por biocombustiveis renováveis cadavez em maior escala, há a procura por fontes de óleo combaixo custo de produção, que não concorram com a produção dealimentos e com processos produtivos ambientalmentesustentáveis.

Algumas espécies de microalgas apresentam altaconcentração de pigmentos, entre eles cita-se a clorofila,essencial para a fotossíntese. Outras duas classes depigmentos envolvidas na captação de energia luminosa são oscarotenóides e as ficolibinas. Os carotenóides são pigmentoslipossolúveis de cor vermelha, alaranjada ou. amarela,encontrados em associação com a clorofila a. A terceiraclasse de pigmentos acessórios são as ficolibinas, aficocianina, pigmento azul. presente nas microalgas e aficoeritrina de cor vermelha, às vezes ausente. Além dessespigmentos esses microrganismos possuem um sistemaintracitoplasmático altamente desenvolvido, indicando afotossíntese como rota metabólica preferencial.

A principal característica da fotossíntese,originalmente elucidada para algas verdes e plantassuperiores, pode também se aplicar para as microalgasentretanto há aspectos que são particulares para algumasmicroalgas. A característica espectral da absorção da luz nasmicroalgas é diferente dos outros organismos fotossintéticos,já que altas taxas de atividade fotossintética são medidasnão somente na região espectral entre 665-680 nm decomprimento de onda, õndê a luz é melhor absorvida pelaclorofila, mas também em torno de 62Onm a 56 0nm, onde aficocianina e ficoeritrina, respectivamente absorvem luzefetivamente. Isto mostra que a luz absorvida pelasficobiliproteínas é usada por estas microalgas tãoeficientemente quanto à luz absorvida pela clorofila, o quesugere a elevada capacidade fotossintética destesmicrorganismos.

O CO2 é um dos componentes básicos no metabolismodas microalgas quando do crescimento no regimefotoautotrófico, e o seu consumo durante o ciclo decrescimento e fixação deste na biomassa e meio de cultivo nãoé insignificante. Desta maneira, o cultivo de microalgastambém é considerado como um potencial método de seqüestro eredução dos gases de efeito estufa (GEE), quando implantadojunto às fontes que emitem estes gases diretamente naatmosfera (como por exemplo, indústrias e usinastermoelétricas à base de combustíveis fósseis). Nestes casos,há sempre uma dificuldade inerente á captura do CO2 devido asua baixa concentração nos gases de exaustão, elevadatemperatura, existência de gases tóxicos provenientes daqueima e vapor de água.A transformação de usinas de produção de etanol emverdadeiras biorrefinarias produtoras de energia e produtosquímicos está em curso, assim como a busca de novas fontes deóleo para a produção de biodiesel. A nova invenção descritanesta solicitação insere-se justamente neste contexto.

Com base no estado da técnica e visando solucionaros problemas acima mencionados, foi desenvolvido um novométodo seqüencial para tratamento de resíduos e subprodutosdo setor sucroenergético, mais particularmente a um novométodo seqüencial que envolve etapas para o tratamento davinhaça, palha, torta de filtro e bagaço via métodos físico-químicos, biodigestão e/ou combinados, capaz de reduzir opotencial poluidor da vinhaça, reduzir a emissão de CO2 edemais gases causadores do efeito estufa, permitir a obtençãode biomassa de microalgas e aproveitá-la para a produção deetanol, assim como para alimentação animal e humana, ou entãoaproveitar o óleo obtido a partir da sua biomassa paraobtenção de biodiesel e sua biomassa integral para produzirbiogás e biometano.

Trata a presente invenção de um novo método apartir da integração seqüencial de etapas englobando técnicase sistemas de tratamento de líquido como vinhaça e/ou água delavagem, resíduos sólidos e/ou semi-sólidos como bagaço e/oupalha via biodigestão e/ou tratamento físico-químicocompreendido por operações de filtração, centrifugação,floculação, coagulação e decantação ou quaisquer combinaçõesdas mesmas.

Uma vantagem da presente patente de invenção é ocultivo de microalgas em regime heterotrófico, incluindodiversos gêneros e espécies de microalgas em biorreatoresheterotróficos sem a presença de energia luminosa e comconsumo de carbono de fontes orgânicas ou emfotobiorreatores ou tanques com a presença de energialuminosa e ocorrência de fotossíntese ou mixotróficos,utilizando-se os resíduos mencionados.

Outra vantagem da presente invenção refere-se ãutilização neste processo seqüencial de resíduos gasososadvindos não só da produção de etanol como dos resíduosgasosos emitidos pela queima de biomassa para co-geração deenergia.

Uma outra vantagem da presente patente deinvenção é a purificação do biogás produzido pelabiodigestão da vinhaça e/ou da biomassa microalgal eaumento do teor de metano no mesmo, através da biofiltraçãoutilizando-se as estruturas de cultivo e biomassa dasmicroalgas.

Para melhor entendimento será detalhada a seguir afigura esquemática de uma realização particular da invenção,sendo algumas mudanças permitidas, pois a figura tem apenas afinalidade de apresentar didaticamente as aplicaçõespreferidas, cuja abrangência de proteção está determinadapelo escopo das reivindicações anexas.

A invenção será descrita a seguir com base naFigura 1: Fluxograma das etapas do processo, desde a colheitada cana-de-açúcar até o tratamento da vinhaça, cultivo dasmicroalgas e produção de bicombustível.

O conceito básico da invenção é o encadeamento dosprocessos individuais, conforme analisado abaixo:

A colheita da cana-de-açúcar (1) no campo, tantomanual como mecânica, trata de separar os colmos da cana (2)da palha da planta (3) . A palha (3) ou é descartada no campoou é trazida parcialmente para a usina onde pode ser agregadaao bagaço (4) com objetivo de queima nas caldeiras (5) paragerar energia para o processo industrial (6) de produção deetanol (16) e co-geração de. energia elétrica (7) . A queima(5) desta biomassa - somente bagaço (4), ou bagaço (4) somadoa palha (3) - gera um resíduo gasoso composto (8), contendonão só CO2, mas também SOx (< 3 0 mg/m3) e NOx (entre 200 e 500mg/m3) . Importante ressaltar que o gás residual (8) da queimade biomassa contém também significativo conteúdo de CO (200 a1500 ppm).

Na usina, os colmos da cana (2) são lavados (8)para separação de impurezas, gerando colmos de cana limpos(9) e água residual de lavagem (10). Os colmos de cana limpos(9) passam por processo de moagem e peneiramento (11) paraextração de um caldo (12), deixando como subproduto o bagaço(4) , material celulósico que é encaminhado para queima emcaldeiras (5) gerando energia para o processo industrial (6)e para co-geração de energia elétrica (7) e a torta de filtro(54) .

O caldo (12) obtido pela moagem e peneiramento (11)dos colmos limpos (9) de cana-de-açúcar, é adicionado de umasuspensão da levedura Saccharomyces cerevisiae (13),tornando-se então o mosto fermentescível (14) que sofrerá afermentação alcoólica (15) . 0 processo de fermentaçãoalcoólica (15), que tem como objetivo principal a produção deetanol (16) , produz também outros subprodutos como um gásrico em CO2 (17) (com concentração acima de 98% de pureza) ea vinhaça in-natura (18) .

A vinhaça in-natura (18) , o gás rico em CO2 (17)oriundo da fermentação alcoólica (15) e o gás composto porCO2, NOx e SOx (8) oriundo do processo de queima de biomassanas caldeiras (5), a palha (3) e o bagaço (4) são os insumosbásicos para as etapas subseqüentes do processo.

A primeira operação subseqüente do processo dainvenção propriamente dita refere-se aos tratamentos que serealizam sobre a vinhaça in-natura (18). A vinhaça (18) podeter a sua composição química, inclusive alteração de seu pH,ajustada (19) através da adição de compostos químicos enutrientes (20) na forma liquida e sólida e/ou ser diluída emqualquer concentração em água (21) e/ou água residuaria delavagem (10) gerada no processo de lavagem (8) dos colmos (2)da cana-de-açúcar. A vinhaça ajustada (22) obtida segue entãopara as etapas subseqüentes do processo, podendo serdirecionada diretamente aos biorreatores heterotróficos decultivo (30), tanques e lagoas de cultivo fotoautotrófico /mixotrófico (31) ou fotobiorreatores de cultivofotoautotrófico / mixotrófico (32); passar por processo deseparação físico-químico (23), ou passar por processo debiodigestão (24) . Neste último caso, com ou sem a adição debagaço (4) e palha (3).

No caso da opção de realização de um tratamentofísico-químico (23) , o resultado obtido é a separação davinhaça ajustada (22) em uma fase adensada (25) que sedecanta e uma fase líquida sobrenadante (26) . 0 processofísico-químico (23) permite a redução entre 10 e 90% da DQOdo sobrenadante e o arraste da matéria orgânica para a faseadensada (25) restante. A fase adensada (25) obtida pode serdirecionada para mistura no sistema de biodigestão deresíduos (24) ; a fase líquida (26) obtida pode serdirecionada para aplicação no campo (pois já nesta etapa temDQO reduzida) (27) ou aos biorreatores heterotróficos (30),tanques e lagoas (31) ou fotobiorreatores (32) de cultivo demicroalgas.

No caso da opção de realização do processo debiodigestão (24), são obtidos os seguintes produtos: uma faseadensada considerada como biofertilizante (28), uma fasegasosa composta de uma mistura de gases metano (CH4) edióxido de carbono (CO2), denominada de biogás (29) e umafase líquida (26) . A fase líquida (26) pode ser destinada àdistribuição no campo (27), biorreatores heterotróficos (30),tanques e lagoas (31) ou fotobiorreatores (32) de cultivo demicroalgas. O processo de biodigestão anaeróbia (19) érealizado por uma comunidade microbiana com a participação dediversas espécies de bactérias obedecendo à seqüênciametabólica: hidrólise, acidogênese, acetogênese e ametanogênese. Neste processo de biodigestão (19), váriosfatores influenciam na eficiência do processo e tempo deresidência para sua efetivação, são eles: temperatura, oprocesso pode ser conduzido em condições psicrofílicas (menorque 25°C), mesofílicas (25 a 45°C) e termofílicas (maior que45°C), pH (ideal entre 7 e 8), composição orgânica einorgânica dos produtos (admite-se nitrogênio amoniacal quedeve estar abaixo de 3000 mg/l) , teores de macro e micronutrientes. A eficiência de despoluição da vinhaça através dabiodigestão é significativa, com eficiências de redução deDBO entre 3 0 e 85%, redução de sulfatos de acima de 3 00 paraabaixo de 100 mg/L indicam a estabilização deste líquido.

O biogás (29) produzido pode ser utilizadodiretamente como combustível para a queima (5) e geração deenergia (6) para o processo e co-geração de energia (7) , ouser direcionado aos fotobiorreatores (32) de cultivo demicroalgas para purificação em biometano (35).

A vinhaça ajustada (22) ou os produtos obtidosatravés dos processos descritos anteriormente como tratamentofísico-químico (23) ou biodigestão (24) ou mistura dos mesmossão os possíveis constituintes do meio de cultura para ocultivo de microalgas. A principal vantagem da utilizaçãodestes subprodutos é a diminuição da necessidade deformulação de meios de cultivo para as microalgas através daadição de nutrientes obtidos a partir de fontes fósseis, comofertilizantes minerais e produtos químicos.

Na etapa de cultivo em biorreatores heterotróficos(30), tanques e lagoas (31) ou fotobiorreatores (32) ,microalgas são inoculadas nos meios de cultivo acimareferidos e sua população multiplica-se exponencialmente,produzindo biomassa microalgal a ser utilizadaposteriormente.

Os biorreatores heterotróficos (30) efotobiorreatores (32) podem apresentar uma variedade deconfigurações, compreendendo reatores de mistura perfeitaaerados e agitados mecanicamente, reatores de coluna debolhas, reatores do tipo airlift e reatores de fluxopistonado (tubulares). 0 que caracteriza a diferença entre osbiorreatores heterotróficos (30) e fotobiorreatores (32) é omaterial construtivo, que permite a passagem de luz nosbiorreatores heterotróficos (30) e não permite nosfotobiorreatores (32). Em condições de cultivo heterotróficoas taxas de crescimento celular são mais elevadas (situando-se entre 0,25 e 5,00 gramas de biomassa seca por litro demeio de cultivo por dia) o que representa um beneficioadicional quando o alvo é a obtenção de elevadas quantidadesde biomassa. 0 regime de crescimento heterotrófico dispensa anecessidade de injeção de CO2 gasoso, uma vez que a fonte decarbono é a matéria orgânica presente no meio de cultivo. Avantagem adicional deste regime é o consumo de matériaorgânica, o que o torna especialmente interessante nadespoluição de resíduos.

No cultivo em biorreatores heterotróficos (30) nãohá necessidade de injeção de CO2 de qualquer origem, emfunção do mecanismo heterotrófico, com consumo de carbonoexistente no meio de cultivo. Entretanto, no cultivo emtanques e lagoas (31) e fotobiorreatores (32) há necessidadede fornecimento de carbono, que pode ser originário do gásrico em CO2 ajustado (36), obtido a partir de gás rico em CO2gerado na fermentação alcoólica (17) diluído (40) em qualquerconcentração com ar (38) e/ou misturas padrão de gasesindustriais (39), ou do gás composto ajustado (37), obtido apartir do gás composto (8) gerado pela queima (5) de palha(3) e/ou bagaço (4) diluído (41) em qualquer concentração comar (38) e/ou misturas padrão de gases industriais (39) . 0 CO2necessário pode ainda ser originário de fornecimento de ambosos gás rico em CO2 ajustado (36) e gás composto ajustado(37) .

A biomassa microalgal obtida nos biorreatoresheterotróficos (3 0), tanques e lagoas (31) oufotobiorreatores (32), juntamente com o meio de cultura e semsofrer processo de separação de componentes ou filtragem étransferida para biodigestores (33), podendo ocorrer somentecorreção de características da mistura, como pH ou adição decomponentes químicos (20) para causar equilíbrio do meio efacilitação do processo de biodigestão. Esta mistura podeainda conter vinhaça ajustada (22) ou também a fase semi-sólida (25) gerada no processo de tratamento físico-químico.0 processo de biodigestão desta mistura (33), analogamente aodescrito anteriormente tem o objetivo de obtenção de biogás(34) de maneira maximizada, que pode na seqüência ser enviadopara queima (5) , produzindo energia para o processoindustrial (6) ou co-geração de energia elétrica (7), ou podepassar por fotobiorreatores (32) e ser purificado embiometano (35). A principal vantagem desta via é a eliminaçãoda fase de separação da biomassa de microalgas do meio decultivo, que pode ter custos elevados. A biodigestão dabiomassa microalgal tem rendimentos superiores à biodigestãosomente da vinhaça e outros resíduos do setorsucroenergético, em função da presença de óleo com alto teorpoder calorífico nas células microalgais.

Pela outra via - separação de componentes - abiomassa microalgal obtida nos biorreatores heterotróficos(30) , tanques e lagoas (31) ou fotobiorreatores (32) podeseguir pela rota de separação de seus componentes, através deuma etapa de separação das fases sólida / líquida (42) (porsistemas de centrifugação, filtro-prensa ou esteiras). Avinhaça com DQO reduzida (fase líquida) obtida (43) tem umaDemanda Química de Oxigênio (DQO) reduzida em relação àvinhaça in natura (18) .

A biomassa de microalgas (44) obtida pode passarpor processo químico de extração de óleo (45), gerando óleode microalgas (46) e biomassa rica em carboidratos (47) ouproteínas (48) .

0 óleo de microalgas (46) obtido pode passar porprocesso de transformação de triglicerídeos e seus derivadosem êsteres (49) gerando como produto final o biodiesel (50) .

A biomassa rica em carboidratos (47) pode serfermentada (51) produzindo etanol (52).

A biomassa rica em proteínas (48) pode serutilizada na alimentação humana ou animal.

As etapas subseqüentes referem-se especificamente àpurificação do biogás (29) produzido pela biodigestãoanaeróbia (24) da carga orgânica existente na vinhaça (22) esubprodutos da cana-de-açúcar ou ao biogás (34) produzidopela biodigestão anaeróbia (33) da biomassa microalgal e meiode cultura. Em ambos os casos, o biogás (29, 34) é compostode aproximadamente 55-65% de CH4 e 35-45% de CO2 e pode serutilizado diretamente para queima em caldeiras (5) parageração de vapor para processo e/ou energia elétrica (6, 7).Entretanto o biogás (29,34) tem um poder caloríficoaproximadamente 4 0% menor do que o biometano (35) , e o seutransporte é encarecido em função da presença deaproximadamente 4 0% de CO2, que não tem valor calorífico paraqueima.

0 processo de purificação do biogás (29,34) com oobjetivo de aumentar a concentração do metano existente,baseia-se na remoção do CO2 existente no fluxo gasoso peloconsumo no cultivo das microalgas em regime fotoautotrófico.0 presente processo prevê a distribuição do biogás dentro dosfotobiorreatores (32) de cultivo de microalgas através dedifusores de cerâmica, metálicos e/ou plásticos tanto o CH4como o CO2 serão solubilizados em quantidades definidas pelacaracterística da coluna líquida existente, entretanto o CO2estará disponível para sua captura e consumo pelasmicroalgas, enquanto o metano (34), não consumido,permanecendo, automaticamente saturado na coluna líquida.

Todo o excesso de CH4 e CO2 atravessa a coluna líquida sendorecapturados seqüencialmente. A repetição do processo desolubilização e consumo permitirá o aumento gradativo daconcentração do CH4 existente, gerando a qualidade final degás com teor de metano acima de 90%, sendo denominadobiometano (35). 0 biometano pode ser encaminhado para queima(5) e subseqüente geração de vapor/eletricidade (6,7) ouenvasado sob pressão como gás natural comprimido (GNC) (53)para processos industriais.

Claims (26)

1. MÉTODO DE TRATAMENTO SEQÜENCIAL DE RESÍDUOS DOSETOR SUCROENERGÉTICO COM PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS,caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:a) Ajuste de composição da vinhaça in-natura (18)com ou sem adição de compostos químicos (20) ediluição em água (21) e/ou água residuária (10)de lavagem de cana-de-açúcar;b) Tratamento físico-químico (23) da vinhaçaajustada (22), com separação das fases líquida(26) e adensada (25);c) Utilização da rase líquida (26) cora© substratopara cultura de microalgas em regimeheterotrófico em biorreatores heterotróficos(30), sem presença de luz ou injeção de CO2;d) Separação da biomassa de microalgas (42) eextração de óleo (45) a partir da biomassa (44)de microalgas.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a fase líquida (26) obtida éutilizada como substrato para cultura de microalgas em regimeheterotrófico em lagoas ou tanques (31).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a cultura de microalgas podeocorrer alternativamente em regime fotoautotrófico em tanquese/ou fotobiorreatores (31,32).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a cultura de microalgas podeocorrer alternativamente em regime mixotrófico (31,32).

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a fase adensada (25) obtidapode alternativamente seguir para biodigestão (24) paraprodução de biofertilizante (28), biogás (29) e uma faselíquida (26).

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a fase líquida obtida após abiodigestão pode servir como substrato para cultura demicroalgas em regime heterotrófico (30), fotoautotrófico(31,32) ou mixotrófico (30,31).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a biomassa de microalgasobtida em qualquer um dos regimes de cultura (30,31,32) podeseguir alternativamente para biodigestão anaeróbia (33), comprodução de biogás (34).

8. MExGDG, dê acordo cõiFi a reiV3.ndicsçã.o 1,caracterizado pelo fato de que o biogás (34) obtido pelabiodigestão da biomassa microalgal (33) é purificado emfotobiorreatores de microalgas (32) para produção debiometano (35).

9. MÉTODO DE TRATAMENTO SEQÜENCIAL DE RESÍDUOS DOSETOR SUCROENERGÉTICO COM PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS,caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:a) Ajuste de composição da vinhaça in-natura (18)com ou sem adição de compostos químicos (20) ediluição em água (21) e/ou água residuária (10)de lavagem de cana-de-açúcar;b) Utilização da vinhaça ajustada (22) como meiode cultivo de microalgas em regime heterotróficoem biorreatores heterotróficos (30) , sem presençade luz ou injeção de CO2;c) Separação da biomassa de microalgas (42) eextração de óleo (45) a partir da biomassa (44)de microalgas.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a vinhaça (22) é utilizadacomo substrato para cultura de microalgas em regimeheterotrófico em lagoas ou tanques (31).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a cultura de microalgas comvinhaça (22) como substrato pode ser ocorrer alternativamenteem regime fotoautotrófico em tanques e/ou fotobiorreatores(31,32).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a cultura de microalgas comvinhaça (22) como substrato pode ocorrer alternativamente emregime mixotrófico (31,32).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a vinhaça (22) pode serdirecionada para biodigestão anaeróbia (33) para produção debiogás (34) juntamente com a biomassa microalgal produzida em-30,31,32.

14. MÉTODO de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a biomassa de microalgasobtida em qualquer um dos regimes de cultura (30,31,32) podeseguir alternativamente para biodigestão anaeróbia (33), comprodução de biogás (34)

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o biogás (34) obtido pelabiodigestão da biomassa microalgal (33) é purificado emfotobiorreatores de microalgas (32) para produção debiometano (35).

16. MÉTODO DE TRATAMENTO SEQÜENCIAL DE RESÍDUOS DOSETOR SUCROENERGÉTICO COM PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS,caracterizado por compreender as seguintes etapas:a) Ajuste de composição da vinhaça in-natura (18)com ou sem adição de compostos químicos (20) ediluição em água (21) e/ou água residuária (10) delavagem de cana-de-açúcar;b) Biodigestão da vinhaça (22) obtida na produçãode etanol (16), com conseqüente produção de biogás(29) e uma fase liquida (26);c) Utilização da fase líquida (26) como substratopara cultura de microalgas em regime heterotróficoem biorreatores heterotróficos (30), sem presençade luz ou inj eção de CO2 ;d) Separação da biomassa de microalgas (42) eextração de óleo (45) a partir da biomassa (44) demicroalgas.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a fase líquida (26) obtida éutilizada como substrato para cultura de microalgas em -regimeheterotrófico em lagoas ou tanques (31).

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a cultura de microalgas podeocorrer alternativamente em regime fotoautotrófico em tanquese/o fotobiorreatores (31,32).

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a cultura de microalgas podeocorrer alternativamente em regime mixotrófico (31,32).

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a biomassa de microalgasobtida em qualquer um dos regimes de cultura (30,31,32) podeseguir alternativamente para biodigestão anaeróbia (33), comprodução de biogás (34).

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado pelo fato de que o biogás (34) obtido pelabiodigestão da biomassa microalgal (33) é purificado emfotobiorreatores de microalgas (32) para produção debiometano (35).

22. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 9 e-16, caracterizado pelo fato de que a biomassa microalgal ricaem carboidratos é utilizada para produção de etanol.

23. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 9 e-16, caracterizado pelo fato de que a biomassa microalgal ricaem proteínas é utilizada na alimentação animal ou humana.

24. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 9 e-16, caracterizado pelo fato de que o biogás (29) obtido pelabiodigestão (24) da vinhaça (22) com ou sem adição de palha(3) e bagaço (4) e após passar ou não por tratamento físico-químico (23) é purificado em fotobiorreatores de microalgas(32) para produção de biometano (35).

25. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 9 e-16, caracterizado pelo fato de que o gás composto (8) geradona queima (5) de bagaço (4) e/ou palha (3) e gás rice em CG2gerado na fermentação alcoólica (15) tenham sua composiçãoajustada através de diluição (40,41) com ar (38) e/oumisturas gasosas padrão primária (39).

26. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 9 e-16, caracterizado pelo fato de que o gás composto ajustado(37) produzido a partir de diluição (41) do gás composto (8)gerado na queima (5) de bagaço (4) e/ou palha (3) sejainjetado nos fotobiorreatores (32) e/ou tanques (31) decultivos de microalgas, com ou sem misturas ao gás rico emCO2 ajustado (36), oriundo de diluição (40) do gás rico emCO2 (17) gerado na fermentação alcoólica (15).