Valorização de cascas de laranja através de reatores anaeróbios mesofílicos de fases separadas para produção de biogás

Orientadores: Tânia Forster-Carneiro, Bruna Moraes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: O Brasil é líder mundial na produção de suco de laranja. O processamento industrial gera cerca de 50% dos resíduos, que podem ser processados para obter biogás, no entanto, a maioria deles não são reutilizados e pelo contrário são levados ao aterro sanitário. Com o objetivo de analisar quais são os processos biotecnológicos que podem gerar valor agregado nos resíduos e avaliar a situação atual do uso da casca de laranja para gerar biocombustíveis, uma análise bibliométrica da produção científica global de resíduos agroindustriais de laranja para produzir bioenergia por digestão anaeróbia e outras tecnologias foi realizada no presente estudo. O trabalho compreendeu o período de 1900 a 2019 e um total de 161 documentos foram selecionados. Os resultados mostram trabalhos reportando diferentes pré-tratamentos para obter o melhor rendimento de biogás em diversos tipos de digestão anaeróbia e outras tecnologias como fermentação para produção de etanol. Essas pesquisas foram feitas principalmente na Espanha, China e Estados Unidos. Assim, foram avaliadas as tendências da digestão anaeróbia dos resíduos agroindustriais da laranja, propondo uma solução para esses resíduos e subsidiando futuras tomadas de decisão nesse campo da ciência. Por outro lado, na parte experimental, o objetivo foi realizar uma digestão anaeróbia mesofílica em reatores do tipo fases separadas visando à obtenção de biogás e avaliar por meio de cálculos energéticos sua aplicação na indústria cítrica. Os resultados mostram que o biogás foi obtido em um sistema de 46 dias em escala de laboratório. A digestão em duas fases resultou em aumento da concentração de metano (60% em comparação com 48%) e volume (em 18%) em relação à digestão anaeróbia em uma fase (controle). As reduções na carga orgânica e na demanda química de oxigênio mostraram melhorias semelhantes e a imagem em microscopia eletrônica de barrido (SEM) dos sólidos dos reatores sugeriu uma quebra mais eficaz do digerido após a segunda fase do reator de duas fases em comparação com o controle. A quebra de compostos inibitórios, incluindo o D-limoneno, no reator acidogênico é uma explicação potencial do desempenho aprimorado. Em relação à energia, para o Estado de São Paulo, os resíduos anuais da indústria cítrica podem gerar 97,51x103 MWh / ano, que podem ser usados nas próprias instalações da indústria ou vendidos para a rede de energia. A mitigação potencial de gases de efeito estufa quando for usada para substituir a energia elétrica da matriz energética brasileira foi estimada em 9,04x103tCO2eq / ano Abstract: Brazil is the world leader in orange juice production. Industrial processing generates about 50% of waste, which can be processed to obtain biogas; however, most of them are not reused and otherwise are taken to the landfill. In order to analyze which are the biotechnological processes that can generate added value in the residues and to evaluate the current situation of the use of orange peel to generate biofuels, a bibliometric analysis of the global scientific production of agro-industrial residues of orange to produce bioenergy by anaerobic digestion and other technologies was carried out in the present study. The work covered the period from 1900 to 2019 and a total of 161 documents were selected.The results show studies reporting different pretreatments to obtain the best biogas yield in different types of anaerobic digestion and other technologies as ethanol production by the fermentation of some orange peel sugars. These researches were done mainly in Spain, China and the United States. Thus, the trends of anaerobic digestion of orange agro-industrial residues were evaluated and possible solutions for these residues and future decision-making in this field of science were shown. On the other hand, in the experimental part, the objective was to perform an anaerobic mesophilic digestion in two stage anaerobic reactors in order to obtain biogas and to evaluate by energy calculations its application in the citrus industry. The results showed that the biogas was obtained in a 46-day laboratory scale system. Two-stage digestion resulted in increased methane concentration (60% compared to 48%) and volume (by 18%) compared to anaerobic digestion in one-stage (control). The reductions in organic load and chemical oxygen demand showed similar improvements and the Scanning Electron Microscope (SEM) image of digesters effluent suggested a more effective break in the feed after the second phase of the two-stage reactor compared to the control. The breakdown of inhibitory compounds, including D-limonene, in the acidogenic reactor is a potential explanation for the improved performance. In relation to energy, for São Paulo State, The potential electric power was estimated as 97.51x103 MWh / year, which can be used in the industry's own facilities or sold to the power grid. The potential greenhouse gas mitigation when used to replace the electric energy of the Brazilian energy matrix was estimated at 9.04x103tCO2eq / year Mestrado Engenharia de Alimentos Mestra em Engenharia de Alimentos CNPQ 132608/2018-9 FAPESP 2018/05999-0; 2018/14938-4 CAPES 001