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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Policies worldwide are increasingly incentivizing and pressuring countries to use renewable sources of energy. Brazil was a pioneer in the production of bioethanol and is one of the main producers of biodiesel. Due to the expanding production of biodiesel in Brazil, large quantities of crude glycerol are generated as a byproduct, while the high cost of its purification means that it is discarded by small and medium sized producers. Given the environmental impacts of such disposal, as well as the energy potential of glycerol (since it is carbon-rich), an attractive application of crude glycerol is in the generation of biomethane by means of anaerobic co-digestion, involving the decomposition of the organic matter in two or more substrates by bacteria and archaea, in the absence of oxygen. Co-digestion enables balancing of the availabilities of nutrients, so that biogas production is optimized. Like glycerol, sugarcane molasses has widespread availability, as a byproduct of sugar crystallization, and contains nitrogen, potassium, calcium, and other elements at concentrations that enable it to be considered as a complementary substrate for use in co-digestion processes. Computational simulations using artificial neural networks and fuzzy logic offer a way to rapidly predict the production of biogas in different scenarios. Therefore, the objective of this work was to evaluate the potential of these artificial intelligence techniques in the production of biomethane from the anaerobic co-digestion of glycerol and sugarcane molasses. Firstly, experimental data reported in the literature were used, where mixtures had a composition of distillery water in the range from 95 to 100%, and a concentration of glycerol and sugarcane molasses from 0 to 5%. A reactor model was implemented using Scilab, with Monod kinetics involving two substrates and an intermediate (M2SI model), in order to generate a database for subsequent fitting and evaluation of neural and fuzzy models. The neural network package of Matlab was used, with evaluation of the effect of the number of neurons in the networks and the distribution of data used for the training, validation, and testing sets. The Matlab package includes the multilayer perceptron artificial neural network framework and the Levenberg-Marquardt backpropagation algorithm (for training). Fuzzy modeling was applied using the Takagi-Sugeno approach available in the ANFIS package of Matlab. A Gaussian membership function and a hybrid algorithm were used for the training. The biomethane production results simulated by M2SI showed very satisfactory predictions for 8 scenarios, which were used in neural network modeling, firstly employing a “generic” network applicable to all 8 scenarios. A very good fit was obtained (R² > 0.99). The minimum quantity of neurons in the hidden layer was 14, with a small error between the intended output value and the output variable simulated by the neural network. Excellent performance was also observed for specific artificial neural networks (one for each condition). The kinetic parameters of the M2SI model for the 8 different conditions were also mapped using an artificial neural network, as a function of the organic material composition. In this case, due to the relatively low volume of data, test data were not allocated, with 90% and 10% being used for training and validation, respectively. A fit with R² > 0.99 was obtained using 25 neurons. In the case of the fuzzy logic, RMSE of 18.88 mL of methane was obtained with 216 rules, which was a value lower than 0.5% of the order of magnitude of the accumulated methane. It could be concluded from the results that fuzzy logic and artificial neural networks offer excellent ability to predict methane production, as well as to parameterize the M2SI kinetic model (using neural networks). Cada vez mais as políticas mundiais incentivam e pressionam os países a utilizarem fontes de energias renováveis. O Brasil foi pioneiro na produção de bioetanol e está entre um dos grandes produtores de biodiesel. Em consequência da crescente produção de biodiesel no Brasil, uma grande quantidade de glicerol bruto é gerada como subproduto. Contudo, seu custo elevado de purificação faz com que pequenos e médios produtores o descartem. Levando em consideração os impactos ambientais do descarte, bem como o seu potencial energético (rico em carbono), torna-se interessante a aplicação do glicerol bruto na geração de biometano a partir da co-digestão anaeróbia. A co-digestão anaeróbia é a decomposição da matéria orgânica de dois ou mais substratos, na ausência de oxigênio, por bactérias e arqueas. A co-digestão é uma forma de balancear a disponibilidade de nutrientes e otimizar a produção de biogás. Assim como o glicerol, o melaço de cana-de-açúcar possui grande disponibilidade. Ele é um subproduto obtido da cristalização do açúcar e apresenta concentrações de nitrogênio, potássio, cálcio, dentre outros elementos, que o qualificam como um substrato complementar para o processo de co-digestão. Neste contexto, as simulações computacionais utilizando redes neurais artificiais e lógica fuzzy surgem como alternativa para prever a produção de biogás em diferentes cenários de maneira rápida. Assim, o objetivo da pesquisa é avaliar o potencial da inteligência computacional na produção de biometano a partir da co-digestão anaeróbia de glicerol e melaço de cana-de-açúcar utilizando redes neurais artificiais e lógica fuzzy. Primeiramente, foram considerados dados experimentais da literatura com uma composição de água de destilaria variando de 100 a 95% e concentração de glicerol e melaço de cana-de-açúcar de 0 a 5%, tendo-se implementado no Scilab o respectivo modelo de reator com cinética de Monod de dois substratos com um intermediário (M2SI) visando à geração de um banco de dados para posterior ajuste e avaliação de modelos neurais e fuzzy. Foi utilizado o pacote Neural Network do Matlab e avaliado o efeito da quantidade de neurônios das redes e da distribuição dos dados para treinamento, validação e teste. O pacote do Matlab conta com a estrutura de rede neural artificial Multilayer Perceptron e do algoritmo Levenberg-Marquardt – backpropagation (para treinamento). Em seguida, foi aplicada a modelagem fuzzy utilizando a abordagem Takagi-Sugeno do pacote ANFIS do Matlab. Selecionou-se a função de pertinência do tipo gaussiana e um algoritmo híbrido para o treinamento. Os resultados de produção de biometano simulados pelo M2SI mostraram predições muito satisfatórias para 8 cenários, os quais foram utilizados na modelagem neural, inicialmente de uma rede “genérica” (abrangendo todos os 8 diferentes cenários de produção de biometano). Foi observado um ajuste muito bom (R²> 0,99). A quantidade mínima de neurônios na camada escondida com um erro pequeno entre o valor de saída pretendido e a variável de saída simulada pela rede neural foi de 14 neurônios. Além disso, foi também constatada a ótima adesão de rede neurais artificiais específicas (uma para cada condição). Também foram mapeados por rede neural artificial os parâmetros cinéticos do M2SI das 8 diferentes condições, em função da composição do material orgânico. Neste caso específico, como o volume de dados era relativamente baixo, não foi alocado dado em teste, tendo sido distribuídos 90% para treinamento e 10% para validação. Dessa forma, foi alcançado um ajuste com R²>0,99. Para a lógica fuzzy encontrou-se um RMSE de 18,88 mL de metano no cumprimento de 216 regras – valor menor que 0,5% da ordem de grandeza de metano acumulado. Conclui-se, com os resultados preliminares, que a lógica fuzzy e as redes neurais artificiais têm grande capacidade de fornecer uma boa projeção de produção de metano e, adicionalmente, a parametrização para o modelo cinético M2SI (por redes neurais). 133915/2020-4

The increasing use of fossil fuels and the growing demand for energy in recent decades have led to a major problem of greenhouse gas emissions and the causes of climate change. Therefore, efforts must be made to reduce carbon emissions from various sectors, including the transportation sector, which is one of the largest contributors to emissions. In addition to ethanol, gaseous fuels such as biogas and biomethane are also on the rise, as they can be produced by processing biomass and are therefore renewable. Experiments were performed to compeare the performance of biomethane , ethanol and gasoline in a single cylinder research engine with spark ignition and fuel injection at the intake port under different load conditions: 3 bar, 6 bar and 9 bar IMEP, at two differen t compression ratios: 11.6:1 and 14.3:1 and engine speed of 1800 rpm on a dynamometer. Due to similar properties and better availability, CNG was used to simulate biomethane operation. The results show that CNG has the lowest specific fuel consumption at all load conditions, outperforming gasoline and ethanol. combustion phase can also be adjusted The to the ideal condition with CNG, burning half of the fuel mass at about 8° after top dead center. At a compression ratio of 11.6:1 and a load of 9 bar IMEP, the efficiency of the gaseous fuel was about 34%, that of gasoline was 33%, and that of ethanol was 36%, while at a compression ratio of 14.3:1 with the same load, the efficiency with CNG increased to about 35%, while gasoline remained at about 33% and ethanol increased to about 37%. The gaseous fuel with a compression ratio of 11.6:1 at a load of 9 bar IMEP had the lowest NOx emission levels, which were about 13 g/kWh, while these emissions were 15 g/kWh for ethanol and 19 g/kWh for gasoline. O aumento da utilização de combustíveis fósseis e a crescente demanda energética nas últimas décadas geraram um grande problema de emissões de gases de efeito estufa e causadores de mudanças climáticas. Portanto, são necessários esforços para reduzir as emissões de carbono de diversos setores, dentre os quais o setor dos transportes, um dos grandes emissores. Além do etanol, combustíveis gasosos como biogás e biometano estão ganhando espaço devido ao grande potencial de serem obtidos por meio do processamento de biomassa e, portanto, serem renováveis. Com o objetivo de comparar o desempenho de operação do biometano, do etanol e da gasolina em um motor monocilindro de pesquisas de ignição por centelha com injeção de combustível na porta de admissão em diferentes condições de carga: 3 bar, 6 bar e 9 bar de IMEP, em duas diferentes razões de compressão: 11,6:1 e 14,3:1 e velocidade de motor de 1800 rpm em bancada dinamométrica. Devido a maior facilidade de aquisição e às propriedades semelhantes, foi utilizado gás natural veicular, simulando a operação com biometano nos ensaios. Os resultados mostraram que o GNV apresentou o menor consumo específico de combustível indicado para todas as cargas, superando a gasolina e o etanol. A fase de combustão também pôde ser ajustada, com GNV, para a condição ideal, com metade da massa de combustível queimada em cerca de 8° após ponto morto superior. Na razão de compressão de 11,6:1 e carga de 9 bar de IMEP o combustível gasoso apresentou eficiência indicada torno de 34%, a gasolina de 33% e o etanol de 36%, enquanto em razão de compressão 14,3:1 na mesma carga a eficiência com GNV aumentou para em torno de 35%, enquanto a gasolina permaneceu em torno de 33% e o etanol aumentou para em torno de 37%. O combustível gasoso em razão de compressão 11,6:1 em carga de 9 bar de IMEP apresentou os menores valores emissões de NOx que foram em torno de 13 g/kWh, enquanto com etanol estas emissões foram de 15 g/kWh e com gasolina de 19 g/kWh.

El compromís polític de la Unió Europea d'assolir la neutralitat climàtica i una economia circular ha promogut en els darrers anys la producció i ús d'energies renovables. Entre aquestes destaca el biogàs, una barreja de gasos, amb una composició propera al 60% en metà i 40% en diòxid de carboni, que es produeix a partir de la degradació anaeròbica de residus orgànics i es pot purificar per obtenir biometà, un gas amb alt contingut en metà i potencial per ser un substitut del gas natural. Aquest projecte consisteix en el disseny i l'anàlisi econòmica d'un procés de purificació de biogàs mitjançant absorció química en una columna de rebliment aleatori. El disseny, basat en balanços de matèria i complementat amb una simulació a Aspen Hysys, s'ha realitzat per a un corrent de biogàs que es purifica amb una dissolució aquosa de monoetanolamina al 30% en pes. Partint d'un cabal de biogàs estimat com una base de càlcul representativa de les produccions de diverses plantes europees s'aconsegueix una producció horària elevada d'un biometà d'alta puresa que s'injecta a la xarxa de gas. Els resultats de l'avaluació econòmica realitzada fan atractiva la inversió en aquest projecte per la seva rendibilitat econòmica; a més, la instal·lació projectada té un valor estratègic en el marc de la política ambiental europea indicada a l’inici. El compromiso político de la Unión Europea de alcanzar la neutralidad climática y lograr una economía circular ha promovido en los últimos años la producción y uso de energías renovables. Entre estas destaca el biogás, una mezcla de gases, con una composición cercana al 60% en metano y 40% en dióxido de carbono, que se produce a partir de la degradación anaeróbica de residuos orgánicos y puede purificarse para obtener biometano, un gas con alto contenido en metano con potencial para ser un sustituto del gas natural. Este proyecto consiste en el diseño y análisis económico de un proceso de purificación de biogás mediante absorción química en una columna de relleno aleatorio. El diseño, basado en balances de materia y complementado con una simulación en Aspen Hysys, se ha realizado para una corriente de biogás que se purifica con una disolución acuosa de monoetanolamina al 30% en peso. Partiendo de un caudal de biogás estimado como una base de cálculo representativa de las producciones de varias plantas europeas, se consigue una elevada producción horaria de un biometano de alta pureza que se inyecta en la red de gas. Los resultados de la evaluación económica realizada hacen atractiva la inversión en este proyecto por su rentabilidad económica; además, la instalación proyectada tiene un valor estratégico en el marco de la política ambiental europea indicada al inicio. The political commitment of the European Union to reach climate neutrality and a circular economy has promoted the production and use of renewable energies in recent years. Among these, biogas stands out as a mixture of gases, with an approximate composition of 60% methane and 40% carbon dioxide, which is produced from the anaerobic degradation of organic waste and can be purified to obtain biomethane, a gas with high methane content and potential to be a substitute for natural gas. This project consists in the design and economic analysis of a biogas purification process by chemical absorption in a random packed column. The design, based on material balances and complemented by a simulation in Aspen Hysys, has been carried out for a biogas stream that is purified with an aqueous solution of monoethanolamine at 30% wt.. Starting from an estimated biogas flow as a representative of the productions of several European plants, a high hourly production of a high-purity biomethane is achieved, which is injected into the gas network. The results of the economic evaluation carried out make investment in this project attractive due to its economic profitability; In addition, the projected installation has a strategic value within the framework of the European environmental policy indicated at the beginning. Objectius de Desenvolupament Sostenible::7 - Energia Assequible i No Contaminant Objectius de Desenvolupament Sostenible::13 - Acció per al Clima Objectius de Desenvolupament Sostenible::12 - Producció i Consum Responsables

La industria moderna de los biocombustibles es relativamente reciente, y los volúmenes consumidos no se han vuelto significativos hasta 1990. Las políticas vinculadas con el desarrollo de los biocombustibles desempeñan aún un papel de relevancia en los mercados. Durante los últimos dos años y especial luego de la invasión a Ucrania en particular el biogás y biometano ha estado en los titulares de muchos países europeos frente a la necesidad de independizar el suministro energético del gas procedente de Rusia. En la reciente misión a Europa por parte del proyecto Dibicoo se ha podido constatar tanto los avances tecnológicos para la obtención e inyección del biometano como a sus precios de entrega que oscilan entre 1 y 1,5 euros el metro cúbico. La revisión del progreso de la investigación global en los últimos 10 años muestra un aumento de ~ 90% en la industria del biogás (120 GW en 2019 en comparación con 65 GW en 2010). Europa (por ejemplo, en 2017) contribuyó a más del 70% de la generación mundial de biogás, lo que representa 64 TWh. El último documento de la Asociación Mundial del Biogas33, que estudia el potencial de esta tecnología para 2030, estima que cada año se producen más de 105 mil millones de toneladas de residuos con el potencial de ser tratados anaeróbicamente aprovechando la energía y reduciendo las emisiones de metano. Con la tecnología disponible en la actualidad, el estudio plantea la posibilidad de lograr una reducción del 10 % en las emisiones globales para 2030 y, al mismo tiempo, mejorar la seguridad energética y alimentaria y crear millones de nuevos empleos verdes en todo el mundo. Instituto de Ingeniería Rural Fil: Hilbert, Jorge Antonio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Ingeniería Rural; Argentina Fil: Luciano Caratori. Fundación Torcuato Di Tella; Argentina

With the growth of the population and the increase in demand for energy, the need arises for the development of alternative sources of generation. Biomethane obtained from biogas purification, which can be extracted from the decomposition of municipal solid waste, present in abundant quantities in many Brazilian cities, has emerged as an interesting alternative to complement the use of gases for combustion. Since the main fuel used today is natural gas, of fossil origin and with negative environmental impacts in its extraction, this article promotes an analysis of the energy and environmental viability of the use of biomethane for injection in the natural gas network, the computational tools. The results obtained indicate that the gas emissions from the combustion of natural gas and biomethane are practically equivalent and the difference in the flame temperature values between the fuels is around 7.1%. Thus, the insertion of biomethane in the natural gas network, besides not implying the increase of environmental impacts also does not promote significant losses in the energetic characteristics of the mixture. Con el crecimiento de la población y el aumento de la demanda de energía surge la necesidad del desarrollo de fuentes alternativas de generación. El biometano obtenido de la purificación de biogás, que puede ser extraído de la descomposición de los residuos sólidos urbanos, presentes en cantidades abundantes en muchas ciudades brasileñas, se ha convertido en una alternativa interesante para complementar el uso de gases para combustión. Dado que el principal combustible utilizado en la actualidad es el gas natural, de origen fósil y con impactos ambientales negativos en su extracción, este artículo promueve un análisis de la viabilidad energética y ambiental del uso de biometano inyectable en la red de gas natural, las herramientas computacionales. Los resultados obtenidos indican que las emisiones de gases de la combustión de gas natural y biometano son prácticamente equivalentes y la diferencia en los valores de temperatura de llama entre los combustibles se sitúa en torno al 7,1%. Así, la inserción de biometano en la red de gas natural, además de no implicar el aumento de los impactos ambientales, tampoco promueve pérdidas significativas en las características energéticas de la mezcla. Com o crescimento da população e o aumento da demanda por energia surge a necessidade de desenvolvimento de fontes alternativas energia. O biometano, obtido a partir da purificação do biogás, que pode ser retirado da decomposição resíduos sólidos urbanos, presente em quantidades abundantes em muitas cidades brasileiras, tem se despontado como uma interessante alternativa a fim de complementar a utilização combustíveis gasosos, visto que o principal combustível utilizado atualmente é o gás natural, de origem fóssil e com impactos ambientais negativos em sua extração. Este trabalho promove a análise da viabilidade energética e ambiental da utilização do biometano para a injeção na rede de gás de natural, a partir de ferramentas de simulações computacionais. Os resultados obtidos, indicam que as emissões dos gases da combustão do gás natural e do biometano são praticamente equivalentes e, a diferença nos valores de temperatura de chama entre os combustíveis é de cerca de 7,1%. Assim, a inserção do biometano na rede de gás natural, além de não implicar no aumento de impactos ambientais também não promove perdas significativas nas características energéticas da mistura.

O Brasil apresenta potencial subaproveitado para geração de biogás e biometano. O biogás pode ser utilizado para geração de energia elétrica, para aquecimento ou quando purificado em níveis adequados à legislação, dando origem ao biometano, como combustível para abastecimento veicular. A substituição de combustíveis fósseis por este tipo de combustível reduz consideravelmente as emissões de gases de efeito estufa (GEEs). Pesquisas científicas nesta área são essenciais para o desenvolvimento e ampliação do uso deste combustível no País frente as contribuições do seu uso para a qualidade ambiental e para o retardamento do aquecimento global e das mudanças climáticas, além da necessidade econômica de encontrar fontes substitutas para fontes não renováveis. O uso de biogás para geração de eletricidade é uma prática mais difundida no Brasil, entretanto, o uso do biometano como combustível veicular é uma prática mais recente e, portanto, menos estudada. Este trabalho propôs analisar a viabilidade econômica do uso de biometano produzido a partir dos consórcios de aterros sanitários existentes na Região Sudeste do Brasil, considerando o seu uso para abastecimento veicular. Foram analisadas 508 cidades distribuídas em 50 consórcios de aterros sanitários dos Estados de São Paulo, Minas Gerais, Espírito Santo e Rio de Janeiro. A viabilidade econômica foi verificada utilizando o Valor Presente Líquido (VPL) e a Taxa Interna de Retorno (TIR). Para fins de comparação, foram utilizadas duas formas distintas de cálculo para a precificação da venda do biometano; a primeira delas considerou a venda direta aos postos de abastecimento, enquanto que a segunda, considerou a venda por contrato aos mercados não térmicos. Para a primeira metodologia de precificação, dos 50 consórcios estudados, 6 não apresentaram viabilidade econômica para a comercialização de biometano veicular. Os consórcios com capacidade instalada inferior a 5.500 m³/dia foram àqueles inviáveis economicamente. A relação entre capacidade instalada e VPL encontrada foi de ordem linear, ou seja, quanto maior a capacidade instalada maior é o VPL dos projetos. Entretanto, a TIR dos projetos, a partir de um CAPEX (Capital Expenditure) de R$ 20 milhões se mantém constante, cerca de 35%, independente do aumento do CAPEX Já para a segunda metodologia de precificação, 14 dos consórcios não apresentaram viabilidade econômica para este fim, a TIR para esta precificação, se manteve constante a partir de um CAPEX de R$ 30 milhões cerca de 20%. Verificou-se também a redução de GEEs com a substituição do volume de biometano produzido pelos consórcios de aterros, ao longo dos 20 anos adotados neste trabalho, por óleo diesel; evita-se a emissão de 29,14 trilhões de toneladas de CO2eq. Brazil has an underused potential for the generation of biogas and biomethane. Biogas can be used to generate electricity, for heating or, when purified at legislation’s appropriate levels giving rise to biomethane, as a fuel for vehicle supply. Replacing fossil fuels with this type of fuel considerably reduces greenhouse gas (GHG) emissions. Scientific research in this area are essential for the development and expansion of the utilization of this fuel in the country in face of the contributions it brings to environmental quality and to the delay of global warming and climate change, adding also the economic need to find substitute sources for the non-renewable ones. The use of biogas for electricity generation is a more widespread practice in Brazil, however, the use of biomethane as vehicular fuel is a more recent practice and, therefore, less studied. This research proposed to analyze the economic viability of the use of biomethane produced from consortia of existing sanitary landfills in the Southeast Region of Brazil, considering its use as vehicular fuel. A total of 508 cities distributed in 50 consortia of sanitary landfills in the States of São Paulo, Minas Gerais, Espírito Santo and Rio de Janeiro were analyzed. The economic viability was verified using the Net Present Value (NPV) and the Internal Rate of Return (IRR). For comparison purposes, two different forms of calculation were used for the pricing of biomethane sales: the first one considered direct sales to gas stations, while the second considered contract sales to non-thermal markets. For the first pricing methodology, of the 50 consortia studied, seven did not present economic viability for the commercialization of vehicular biomethane. Consortia with an installed capacity of less than 5,500 m³/day were those economically unviable. The relationship between the installed capacity and NPV found is of the linear type, that is, the greater the installed capacity is, the greater the NPV of the projects. However, the IRR of the projects, starting from a CAPEX (Capital Expenditure) of R$ 20 million, remains constant, around 35%, regardless of the increase in CAPEX As for the second pricing methodology, 14 of the consortia did not show economic viability for this purpose, the IRR for this pricing remained constant from a CAPEX of R$ 30 million, around 20%. There was also a reduction in GHG, over the 20 years adopted in this research, with the replacement of the volume of biomethane produced by the landfill consortia for diesel oil: the emission of 29.14 trillion tons of CO2eq is avoided.

Producción Científica, The global quest for sustainability in industrial activities and waste management has recently boosted biogas production worldwide. However, the rapid decrease in the levelized cost of electricity of renewable energies will soon entail electricity prices from biogas much higher than those from solar or wind power. In this context, the upgrading of biogas into biomethane represents an alternative to on-site biogas combustion. Membrane separation technology is rapidly dominating the biogas upgrading market and displacing scrubbing and adsorption technologies driven by the recent breakthroughs in material science. Similarly, biogas biorefineries have recently emerged as an innovative platform for biogas valorization capable of biotransforming methane into added value products. The limited number of bioproducts naturally synthesized by methanotrophs can be boosted via metabolic engineering of methanotrophs, while novel bioreactor configurations capable of supporting a cost-effective methane mass transfer from the gas phase to the methanotrophic broth are currently under investigation to facilitate the full scale implementation of biogas biorefineries., Junta de Castilla y Leon - FEDER (program CLU 2017–09, CL-EI-2021–07 and UIC 315), European Commission-H2020-MSCA-IF-2019 project UP-GRAD (894515), Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (project IJC2019–040495-I)

RESUMEN: En el presente trabajo se lleva a cabo un estudio de viabilidad para la implantación de una planta de biogás con el objetivo de inyectar el biometano obtenido a la red de gas natural, la materia prima utilizada para la generación de biogás será purines de ganado vacuno y residuos agrícolas, en este caso maíz y pasto ensilados. Se ha escogido una localización en la cual tengamos fuentes de materia prima cercanas y, además, la localización de un gasoducto cercano al que poder inyectar el gas generado tras el proceso. En el presente proyecto se ha realizado un estudio sobre las características del biogás, las distintas tecnologías para producirlos, y la situación a nivel nacional y mundial del biogás. Se espera que la planta de biogás cuente con el apoyo de la sociedad y de las autoridades debido a los beneficios que aportará a la zona en la cual se localice el proyecto, ya que mejorará la calidad de vida de los vecinos y dará salida a los residuos generados por ganaderos y agricultores que, de otra forma, no serían reutilizados. Se estima que la planta, que cuenta con dos digestores de unos 3000 m3 cada uno, genere una cantidad de 5.781 m3 de biometano al día, el cual contará ya con las características necesarias para ser inyectado a la red de gas natural tras haber pasado el proceso de upgrading. Además, se generarán 82 m3/día de digestato, el cual también proporcionará un beneficio económico con su venta, y ha de ser tenido en cuenta para los estudios de viabilidad económica. La inversión inicial para llevar a cabo el proyecto asciende a la cantidad de CINCO MILLONES TRESCIENTOS CUARENTA Y CINCO MIL EUROS (5.345.000 €). En el estudio de viabilidad se tiene en cuenta una ayuda en la inversión inicial por parte del gobierno del 35%, debido a que el proyecto se encuentra dentro de los marcos europeos asociados a la gestión de residuos, obtención de energía de origen renovable, y transporte o distribución de fertilizantes procedentes de materia orgánica. ABSTRACT: In this project, is carried out a feasibility study for the implementation of a biogas plant with the aim of injecting the biomethane obtained to the natural gas grid, the raw material used for the generation of biogas will be cattle slurry and agricultural residues, in this case corn and grass silage. The chosen location has sources of raw material nearby, as well as the location of a gas pipeline where we can inject the generated gas after the process. In this project, a study has been carried out on the characteristics of biogas, the different technologies to produce them, and the national and global situation of biogas. The biogas plant is expected to have the support of society and the authorities due to the benefits it will bring to the area in which the project is located, it will improve the quality of life of the residents and will make use of waste generated by ranchers and farmers that would not otherwise be reused. It is estimated that the plant, which has two digesters of about 3,000 m3 each one, will generate a quantity of 5,781 m3 of biomethane per day, which will already have the necessary characteristics to be injected into the natural gas network after having passed the upgrade process. In addition, 82 m3/day of digestate will be generated, which will also provide an economic benefit with its sale, and must be taken into account for economic feasibility studies. The initial investment to carry out the project amounts to FIVE MILLION THREE HUNDRED AND FORTY-FIVE THOUSAND EUROS (€ 5,345,000). In the feasibility study, an initial investment aid from the government of 35% is taken into account, because the project is within the European frameworks associated with waste management, obtaining energy from renewable sources, and transport or distribution of fertilizers from organic matter. Grado en Ingeniería de los Recursos Energéticos

Producción Científica, This work aimed at integrating the anaerobic digestion of food waste (FW) with photosynthetic biogas upgrading at pilot scale in order to obtain a high quality biomethane and a nutrient-laden algal biomass as the main byproducts from FW treatment. The performance of a 100 L anaerobic digester treating food waste integrated via raw biogas and digestate injection with a 1.2 m2 outdoors high-rate algal pond (HRAP) was evaluated. Biogas production in the digester averaged 790 ± 89 mL g VSin-1 (68 ± 8 L d-1) (35 °C, 1 bar) at a loading rate of 0.86 g VS L-1 d-1 and a steady state chemical oxygen demand removal efficiency of 83 ± 7%. The biogas produced (60% CH4 / 39% CO2) was upgraded in a 2.5 L absorption column interconnected with the HRAP via culture broth recirculation at a liquid to biogas ratio of 2, resulting in a maximum CO2 removal efficiency of 90% and a maximum CH4 content of 93.9%. The HRAP, supplied with the centrifuged liquid digestate supplemented with synthetic wastewater (5.0 ± 1.1 L d-1, Total nitrogen (TN) = 793 ± 110 mg N L-1, P-PO43- = 39 ± 19 mg P L-1), supported TN and total phosphorus maximum removal efficiencies of 100% in both cases. Pseudoanabaena sp. and Chlorella vulgaris were identified as the dominant species., Junta de Castilla y León - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (projects CLU 2017-09, CL-EI-2021-07 and UIC 315), Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (grant FJC 2018-038402-I)

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Doutor em Energia e Sustentabilidade. A geração de resíduos tem acompanhado o aumento do consumo energético, independentemente do tipo de fontes de energia utilizada. Esses resíduos, principalmente os orgânicos, se não tratados adequadamente, podem causar problemas ambientais. Contudo, há um sistema de tratamento que possibilita tanto a redução da carga orgânica como o uso energético desses resíduos. Trata-se da digestão anaeróbia, que resulta na produção de dois produtos, o biogás e o digestato. O biogás é um gás que possui em sua composição o metano e o dióxido de carbono, além de traços de outros gases como sulfeto de hidrogênio e oxigênio e também umidade. Por conter metano, o biogás acaba tendo um potencial energético, sendo possível a geração de energia elétrica, térmica e biometano. Diante da possiblidade do aproveitamento energético de resíduos orgânicos, verificou-se a oportunidade do uso dos resíduos que são gerados no processo da fabricação das cervejas e que podem ser matérias-primas para produção de biogás, e, consequentemente, ter sua utilização para geração de energia, retornando-a para indústria, como forma de calor, eletricidade, combustível veicular ou na produção de insumos, como o dióxido de carbono, por exemplo. Desta forma, por meio do ensaio de potencial metanogênico bioquímico (PBM), que apresenta o potencial teórico para produção de biogás e metano de um determinado material, trabalhou-se com amostras de bagaço de malte e efluentes líquidos da cervejaria, além da mistura dessas duas amostras para avaliação do potencial energético. Dentre as amostras analisadas, a amostra de bagaço de malte (BM-C) demonstrou capacidade de produção aproximada de 141 m3 de biogás e 75 m3 de metano para cada tonelada de substrato. Tais resultados proporcionam potenciais enérgico de 340 kWh t-1 de substrato para energia elétrica, 728 kWh t-1 de substrato para energia térmica, 88 m3 t-1 de substrato de biometano e 32 m3CO2 t-1 de substrato que podem ser recuperados pelo processo de purificação do biometano. Baseando-se nesses resultados, foi possível aplicá-los em uma unidade industrial real, que fabrica a cerveja e que, atualmente, não faz uso energético dos resíduos. Observou-se também que a aplicação do conceito de digestão anaeróbia e uso energético do biogás, auxilia no atendimento de várias questões sociais, ambientais e econômicas que estão descritas nos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Organização das Nações Unidas (ONU). Por fim, podemos concluir que os resíduos que foram avaliados possuem potencial para produção de biogás e metano e que devem ser aproveitados energeticamente, assegurando uma energia mais sustentável, redução nos usos de fontes fosseis e auxiliando na descarbonização.

The region of Coffee Valley, in the state of Rio de Janeiro, has a large part of the land devoted to agriculture and the municipality of Vassouras, as one of the cities that comprise it, has approximately 62% of the area devoted to this practice. The large volume of animal waste and vegetable straw in these rural regions has potential as a raw material for energy generation and can also contribute to the production of organic fertilizers. Rural residues converted into gases and/or organic fertilizers can be used by local agriculture itself, contributing to sustainable development. This work aimed to evaluate the technical feasibility of biomethane production using rural substrates as raw material. For this analysis, the process simulator (SuperPro Designer®) was used. The simulation considered an anaerobic digester with a capacity of 6 tons and feeding 112.5 kg/d of organic material, with 90 kg of dry manure and 22.5 kg of vegetable straw. Data from enzymatic reactions that occur in the anaerobic digestion process were adjusted in the simulator and corresponded to the steps of hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis. After the simulation performed, the technical feasibility of biogas production was verified, with approximately 90 m3 of biogas being generated per day. La región de Vale do Café, en el estado de Río de Janeiro, tiene una gran parte de la tierra dedicada a la agricultura y el municipio de Vassouras, como una de las ciudades que lo componen, tiene aproximadamente el 62% del área dedicada a esta práctica. El gran volumen de desechos animales y paja vegetal en estas regiones rurales tiene potencial como materia prima para la generación de energía y también puede contribuir a la producción de fertilizantes orgánicos. Los residuos rurales convertidos en gases y / o fertilizantes orgánicos pueden ser utilizados por la propia agricultura local, contribuyendo al desarrollo sostenible. Este trabajo tuvo como objetivo evaluar la viabilidad técnica de la producción de biometano utilizando sustratos rurales como materia prima. Para este análisis se utilizó el simulador de procesos (SuperPro Designer®). La simulación consideró un digestor anaeróbico con capacidad de 6 toneladas y alimentando 112,5 kg / d de materia orgánica, con 90 kg de estiércol seco y 22,5 kg de paja vegetal. Los datos de las reacciones enzimáticas que ocurren en el proceso de digestión anaeróbica se ajustaron en el simulador y correspondieron a los pasos de hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Luego de la simulación realizada, se verificó la factibilidad técnica de la producción de biogás, generando aproximadamente 90 m3 de biogás por día. A região do Vale do Café, no estado do Rio de Janeiro, apresenta grande parte do solo voltado à agropecuária e o Município de Vassouras, como uma das cidades que a compõem, possui aproximadamente 62% da área destinada a esta prática. O grande volume de dejetos de animais e palhas de vegetais nestas regiões rurais apresentam potencial como matéria prima para geração de energia e podem contribuir também para a produção de fertilizantes orgânicos. Os resíduos rurais convertidos em gases e/ou fertilizantes orgânicos podem ser designados ao uso da própria agricultura local, colaborando para o desenvolvimento sustentável. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade técnica da produção de biometano utilizando como matéria prima substratos rurais. Para esta análise foi utilizado o simulador de processos (SuperPro Designer®). Na simulação considerou-se um digestor anaeróbio com capacidade de 6 toneladas e alimentação de 112,5 kg/d de material orgânico, sendo 90 kg de esterco seco e 22,5 kg de palha de vegetal. Os dados das reações enzimáticas que ocorrem no processo de digestão anaeróbia foram ajustados no simulador e corresponderam as etapas de hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Após a simulação realizada verificou-se a viabilidade técnica da produção de biogás, sendo gerado aproximadamente 90 m3 de biogás por dia.

A purificação fotossintética usando culturas de microalgas tem surgido como uma tecnologia eficiente para a remoção de gás carbônico do biogás. Nesse método, as microalgas capturam o CO2 via fotossíntese e liberam O2 para o meio de cultura, que é utilizado por bactérias oxidantes de enxofre para a oxidação de H2S em sulfatos. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a purificação do biogás por processo fotossintético de microalgas. Para isso, foi desenvolvido um protótipo de purificador em escala piloto. A configuração experimental constou de um sistema de dois estágios, constituído um por fotobiorreator de cultivo de microalgas interligado a uma coluna de absorção. A circulação do líquido foi descendente, retornando para o fotobiorreator pela parte inferior da coluna. O biogás foi injetado na coluna de absorção em regime de contrafluxo ao líquido. As análises foram realizadas com foco nos gases CO2, CH4 e O2, presentes no biogás afluente e efluente à coluna de absorção. No biogás bruto, a concentração de CO2 estava em torno de 32%; o CH4 variou de 63,08% a 64,32 %; e O2 de 0,17% a 0,71%. Após a purificação, o biogás apresentava concentrações de CO2 variando de 9,15% a 18,46%; CH4 de 71,4% a 76,2%; e de O2 entre 1,24% a 3,26%. Eficiências de remoção de CO2 de 42,46% a 72,02% foram registradas no biogás purificado. Os resultados mostraram que o protótipo utilizando o processo biológico com microalgas mostrou-se satisfatório e promissor para a purificação do biogás. Photosynthetic purification using microalgae cultures has emerged as an efficient technology for the removal of carbon dioxide from biogas. In this method, microlagoons capture CO2 via photosynthesis and release O2 into the culture medium, which is used by sulfur-oxidizing bacteria to oxidize H2S to sulfates. The objective of this research was to evaluate the purification of biogas by the photosynthetic process of microalgae. For this, a prototype of a pilot scale purifier was developed. The experimental setup consisted of a two-stage system, one consisting of a microalgae culture photobioreactor connected to an absorption column. The liquid was circulated in a descending manner, returning to the photobioreactor at the bottom of the column. The biogas was injected into the absorption column in a counterflow regime to the liquid. The analyzes were carried out focusing on the gases CO2, CH4 and O2, present in the influent and effluent biogas to the absorption column. In raw biogas, the CO2 concentration was around 32%; CH4 ranged from 63.08% to 64.32%; and O2 from 0.17% to 0.71%. The purified biogas had CO2 concentrations ranging from 9.15% to 18.46%; CH4 from 71.4% to 76.2%; and O2 between 1.24% to 3.26%. CO2 removal efficiencies of 42.46% to 72.02% were recorded in the purified biogas. The results showed that the proposed prototype using the biological process with microalgae proved to be satisfactory and promising for the purification of biogas. La purificación fotosintética utilizando cultivos de microalgas se ha convertido en una tecnología eficiente para la eliminación de dióxido de carbono del biogás. En este método, las microlagunas capturan CO2 a través de la fotosíntesis y liberan O2 en el medio de cultivo, que es utilizado por bacterias oxidantes de azufre para oxidar H2S a sulfatos. El objetivo de esta investigación fue evaluar la purificación de biogás por el proceso fotosintético de microalgas. Para ello se desarrolló un prototipo de purificador a escala piloto. La configuración experimental consistió en un sistema de dos etapas, una de las cuales consistía en un fotobiorreactor de cultivo de microalgas conectado a una columna de absorción. El líquido se hizo circular de forma descendente, retornando al fotobiorreactor por el fondo de la columna. El biogás se inyectó en la columna de absorción en régimen de contracorriente al líquido. Los análisis se realizaron enfocándose en los gases CO2, CH4 y O2, presentes en el biogás afluente y efluente a la columna de absorción. En el biogás crudo, la concentración de CO2 rondaba el 32%; CH4 osciló entre 63,08 % y 64,32 %; y O2 de 0,17% a 0,71%. El biogás purificado tenía concentraciones de CO2 que oscilaban entre 9,15 % y 18,46 %; CH4 del 71,4% al 76,2%; y O2 entre 1,24% a 3,26%. Se registraron eficiencias de eliminación de CO2 del 42,46 % al 72,02 % en el biogás purificado. Los resultados mostraron que el prototipo propuesto utilizando el proceso biológico con microalgas demostró ser satisfactorio y prometedor para la purificación de biogás.

Durante la gestión de un vertedero se generan gases producto de la descomposición de la materia orgánica presente en los residuos. Este gas de vertedero está compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono, ambos gases de efecto invernadero (GEI). El metano puede utilizarse como combustible para le generación de calor y electricidad, sin embargo, para cumplir con los requisitos exigidos y poder ser incorporado a la red de distribución de gas naturaldebe ser sometido a un proceso de purificación (upgrading).Durante el proceso de purificación se genera gran cantidad de dióxido de carbono debido su elevada concentración en el gas de vertedero (aproximadamente un 33%). En la actualidad, con políticas cada vez más restrictivas respecto a los límites de emisión, una correcta gestión de las emisiones de GEI es fundamental.En este trabajo se estudian lasdiferentes alternativas para la valorización del dióxido de carbono generado en el proceso de upgrading de biometano, incluyendo los procesos más prometedores, así como las características más relevantes de cada uno de estos procesos.Seleccionada la mejor alternativa, se llevará a cabo un estudio técnico para su implantación y se evaluarán tanto las condiciones de proceso como el coste de la propia instalación. During the management of a landfill, some gases are generated as a product of the decomposition of the organic matter present in the waste. The landfill gas consists mainly of methane and carbon dioxide, both greenhouse gases (GHGs). Methane can be used as fuel source for heat and electricity generation. However, to meet the quality requirements for the incorporation into the natural gas distribution network, it must be subjected to a purification process (upgrading). A large amount of carbon dioxide is generated during the purification process due to its high concentration in landfill gas (approximately 33% in volume). These days, with the increasingly restrictive GHG emissions policies, a proper management of these gases has become crucial.This work explores different alternatives for the recovery of carbon dioxide generated in the biomethane upgrading step, including the most promising processes and their most relevant characteristics. After selecting the best alternative, a technical study will be caried out for its implementation and both the operating conditions and the cost of the project will be provided. Zabortegi bat kudeatzean, hondakinetan dagoen materia organikoaren deskonposizioaren ondoriozko gasak sortzen dira. Zabortegiko gas hori batez ere metanoz eta karbono dioxidoz osatuta dago, biak berotegi-efektuko gasak (BEG). Metanoa, beroa eta elektrizitatea sortzeko erregai gisa erabil daiteke; hala ere, eskatutako baldintzak betetzeko eta gas naturala banatzeko sarean sartu ahal izateko, arazketa-prozesu bat egin behar zaio (upgrading).Purifikazio-prozesuan zehar karbono dioxido asko sortzen da, zabortegiko gasean dagoen konposatu honen kontzentrazio handiaren ondorioz (% 33 inguru). Gaur egun, emisio-mugekiko politika gero eta murriztaileagoa denez, BEG isuriak behar bezala kudeatzea funtsezkoa da.Lan honetan, biometanoaren upgrading prozesuan sortutako karbono dioxidoa balorizatzeko aukerak aztertzen dira, etorkizun handieneko prozesuak eta prozesu horietako bakoitzaren ezaugarri garrantzitsuenak barne. Aukerarik onena hautatu ondoren, azterketa tekniko bat egingo da hura ezartzeko, eta prozesuaren baldintzak eta instalazioaren kostuak ebaluatuko dira.

Este estudo surge no âmbito da dissertação de Engenharia em Energias Renováveis e teve por objetivo avaliar o potencial energético gerado a partir do hidrogénio obtido por via de fermentação escura (FE), nas instalações da Estação de Tratamento e Valorização Orgânica (ETVO) da Valorsul. Foram simulados três cenários de produção de energia com base ems resultados experimentais de trabalhos, realizados na FCT NOVA, com o propósito de otimizar os processos de Digestão Anaeróbia (DA) e FE a partir do hidrolisado da Fração Orgânica dos Resíduos Sólidos Urbanos (FORSU) proveniente da Valorsul. O primeiro cenário (C1) descreve a aplicação do biogás obtido na DA em motores de cogeração em que se obteve uma produção anual de 21,3 GWh de energia elétrica, para um volume de hidrolisado de FORSU à entrada do processo biológico de 25 785 t. O valor publicado pela própria Valorsul para a mesma quantidade de resíduos foi de 9,2 GWh. O segundo cenário (C2) contempla a adaptação do tanque de hidrólise para a realização de FE a montante dos biorreatores de DA, de onde resulta, para a mesma quantidade de FORSU, a geração de 373 MWh de eletricidade por contributo do bioH2 e 41,9 GWh de eletricidade por contributo do CH4. A produção de energia no C2 é conseguida através da aplicação da mistura de biogás enriquecido (bioH2 e CH4) nos motores de cogeração a biogás da ETVO. No terceiro cenário (C3) é avaliado o potencial de produção para o mesmo volume de gases obtido em C3, mas com a aplicação do bioH2 numa célula de combustível do tipo PEM (1,7 kWh.m-3𝐻2) de onde se obteve uma produção de energia elétrica de 700 MWh. Foram estimadas as quantidades de CO2 produzido nos três cenários com 12 937 t, 11 802 t e 10 075 t para C1, C2 e C3, respetivamente.

Este estudio pretende dar a conocer las posibilidades que ofrecen el biogás y el biometano para conseguir los objetivos de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y descarbonización de la economía. Para ello se analizará la situación actual en el sector de biogás, las técnicas empleadas para transformar el biogás en un gas rico en metano y se aplicará al centro de tratamiento de residuos de alicante, con el objetivo de destinar la producción actual de biogás procedente del digestor anaerobio a la producción de biometano y su posterior canalización para una inyección en la red de gas natural. Finalmente se realizará un análisis económico para la evaluación de viabilidad económica de un futuro proyecto basado en este estudio.