Recovery of methane dissolved in the effluent of a novel upflow anaerobic hybrid reactor (UAHB) submitted to temperature variation.

Recent studies point out losses of 30-40% of the produced methane in the effluent of anaerobic reactors treating sewage, reducing the renewable energy potential and the environmental footprint. A novel bench-scale upflow anaerobic hybrid (UAHB) reactor combining a sludge blanket at the bottom and a filter media at the top, both with three-phase separators, was proposed to evaluate the recovery of dissolved methane. UAHB was operated with volumetric organic loading rate of 1.24 kg COD m-3 d-1 and hydraulic retention time of 8 h for 218 days to evaluate the influence of temperature (18°C, 23°C, and 28°C) in the methane dissolved in the effluent and collected from three-phase separators. Chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS) removals efficiencies remained constant during the operation and equal to 90 and 95%, respectively, related to the activity of biomass retained in the filter media. Temperature increase influenced more the methane production in the sludge blanket rather than in the upper bed. The volume of recovered methane increased about 20% with the installation of the support media and the upper three-phase separator (3PHS). The loss of methane dissolved in the effluent was strongly influenced by the temperature, and higher with the decrease of this parameter. Non-statistically significant correlations were observed between the temperature and the methane production in the upper bed (p-value = 0.0943) and total (p-value = 0.0930). Thus, it can be concluded that the evaluated temperatures did not influence the global efficiency and the total methane yield of the UAHB reactor.

Characterization of Mixed Pellets Made from Rubberwood (Hevea brasiliensis) and Refuse-Derived Fuel (RDF) Waste as Pellet Fuel.

The objective of this study was to investigate the production and properties of mixed pellets made from rubberwood (Hevea brasiliensis Muell. Arg) and refuse-derived fuel (RDF) waste with no added binder. Three different conditions of mixed pellets were developed to compare their chemical and physical properties to rubberwood pellets. The produced samples were subjected to both ultimate and proximate analyses. The contents of C, H, N, S, and Cl significantly increased with the increasing amount of refuse-derived fuel in the samples, resulting in reduction of the volatile matter. The mechanical durability of the pellet samples ranged between an average value of 98 and 99%. Mixed pellets containing 50% of rubberwood and 50% of refuse-derived fuel have improved heating values by 22.21% compared to rubberwood pellets. Moreover, mixed pellets having 50% of wood and 50% of refuse-derived fuel had the highest density and the highest energy compared to the other samples. Based on the findings of this study, it appears that the manufactured mixed pellets have the potential to be used as high-energy fuel.

Aproveitamento energético dos resíduos de cascas de coco verde para produção de briquetes / Energetic improvement of waste of green coconut shells to briquettes production

RESUMO A casca de coco verde é considerada um resíduo de complexa degradação, podendo ser também foco de proliferação de doenças. Com base nessa premissa e com a necessidade de se estudarem novas fontes renováveis de energia, a utilização de resíduos de casca de coco verde como fonte energética apresenta aspectos benéficos, desde que seja viável econômica e tecnicamente. Assim, este artigo visa avaliar o potencial energético da casca do coco verde por meio da produção de briquetes. Foram realizadas análises das características físico-químicas dos briquetes e da biomassa in natura. Como resultados, foram encontrados poder calorífico de 13,6 MJ/kg para biomassa in natura; já para os briquetes, com aglutinantes água e amido, os valores foram de 15,6 e 11,7 MJ/kg, respectivamente. O poder calorífico da biomassa in natura não resultou valores inferiores quando comparados com a literatura de referência, porém sua umidade e teor de cinzas se apresentaram bastante elevados. Para os briquetes produzidos, esses valores se reduzem e o poder calorífico é considerado alto e eficiente para fins de geração de calor. Dessa forma, verifica-se o potencial de utilização dos resíduos da casca como alternativa energética, além das vantagens socioeconômicas e ambientais.

ABSTRACT A green coconut shell is considered a residue of complex degradation, and can also be a focus of proliferation of diseases. Based on this premise, it is necessary to study new renewable sources of energy, the use of residues of green coconut shell as an energy source has beneficial aspects, since economically and technically viable. Thus, this article aims to evaluate the energy potential of the green coconut shell through the briquettes production. Analyzes of the physic-chemical characteristics of the briquettes and of the in natura biomass were carried out. As a result, a calorific value of 13.6 MJ/kg was found for in natura biomass, for the briquettes, with binder water and starch, presented calorific value of 15.6 and 11.7 MJ/kg, respectively. The calorific value in the in natura biomass did not result in much lower values compared to the reference literature; however, its humidity and ash content were quite high. For the briquettes produced, these values are reduced and the calorific value is considered high and efficient if it is treated for purposes of heat generation. Thus, the potential for using bark residues as an alternative energy is verified, in addition to the socioeconomic and environmental advantages.

Obtaining bioproducts by slow pyrolysis of coffee and cocoa husks as suitable candidates for being used as soil amendment and source of energy / Obtención de bioproductos por pirólisis lenta de cascarillas de café y cacao para su posible uso como fuentes de energía y fertilizantes / Obtenção de bioprodutos por pirólise lenta de cascas de café e cacau para possível uso como fontes de energia e fertilizantes

Abstract The agricultural economic policy of Cuba pretends to triplicate the crops of coffee and cocoa by 2021, a measure which will bring about both an increase in biomass waste and the need to find a proper method for its disposal. Slow pyrolysis process can transform lignocellulosic waste into added value products as biochar, bio-oil and gas. The present research evaluated the yield and the theoretical potential energy of co-products (bio-char, bio-oil, and gas) from coffee and cocoa seed husks using the pyrolysis process as a source of friendly and renewable energy. Results indicated that coffee husks are more suitable for the production of gas with a yield of 40.4%, while cocoa seed husks are better suited for the production of bio-oil, with a yield of 37.4%. For 2021 the theoretical energy potential estimated is 8291 MWh, equivalent to 716000 kg for the coffee husks, and 1384 MWh equivalent to 121000 kg for the cocoa seed husks. The bio-char characterization indicated high contents of carbon, calcium, potassium, nitrogen, and oxygen, which makes it a suitable candidate for being used as a soil amendment. The conversion of coffee and cocoa seed husks into added value products through slow pyrolysis process will help clean the environment, decrease the greenhouse effect, and will aid farmers in the rural populations by providing them with an additional source of income.

Resumen La política económica agrícola de Cuba pretende triplicar los cultivos de café y cacao para el año 2021, lo cual implica un aumento de residuos de biomasa y la necesidad de encontrar un uso adecuado para su eliminación. El proceso de pirólisis lenta permite convertir los residuos lignocelulósicos en productos de valor agregado como bio-carbón, bio-combustible y gas. En este trabajo se evaluó el rendimiento y el potencial energético teórico de estos co-productos como fuente de energía renovable. Las cascaras de café son más adecuadas para la producción de gas con un rendimiento del 40,4%, mientras que las de semilla de cacao para bio-combustible, con un rendimiento del 37,4%. Para el 2021, el potencial energético teórico estimado es de 8291 MWh, equivalente a 716000 kg para las cascaras de café; y de 1384 MWh equivalente a 121000 kg para las semillas de cacao. La caracterización del bio-carbón indicó altos contenidos de carbono, calcio, potasio, nitrógeno y oxígeno, lo que los convierte en un candidato adecuado para su uso como fertilizante del suelo. La conversión de estas biomasas en productos de valor agregado a través del proceso de pirólisis lenta contribuirá a mantener un ambiente limpio, reducir el efecto invernadero y ayudará a generar un ingreso adicional a los agricultores de las poblaciones rurales.

Resumo A política económica agrícola de Cuba visa triplicar as safras de café e cacau até 2021, o que significa um aumento nos resíduos de biomassa e a necessidade de encontrar usos adequados para sua eliminação. O processo de pirólise lenta permite converter lixo lignocelulósico em produtos de alto valor agregado, como bio-carvão, biocombustível e gás. No presente trabalho, avaliou-se o desempenho e o potencial energético teórico de co-produtos (bio-carvão, biocombustível e gás) do processo de pirólise lenta de casca de café e de cascas de sementes de cacau como fonte de energia renovável. As cascas de café são mais adequadas para a produção de gás com rendimento de 40,4%, enquanto que as cascas de sementes de cacau para biocombustível, com rendimento de 37,4%. Até 2021, o potencial energético teórico calculado é de 8291 MWh equivalente a 716000 kg para cascas de café e 1384 MWh equivalente a 121000 kg para cascas de sementes de cacau. A caracterização de bio-carvão indicou altos teores de carbono, cálcio, potássio, nitrogénio e compostos oxigenados, o que os torna candidatos ideais para uso como fertilizantes do solo. A conversão da casca do café e a casca das sementes de cacau em produtos de maior valor agregado, através do processo de pirólise lenta, ajudará a manter o um ambiente limpo, reduzirá o efeito estufa e contribuirá com renda adicional para os agricultores das populações rurais.

Estimativa do potencial de recuperação energética de resíduos sólidos urbanos usando modelos matemáticos de biodigestão anaeróbia e incineração / Estimation of municipal solid waste energy recovery potential using mathematical models of anaerobic biodigestion and incineration

RESUMO Atualmente, um dos grandes problemas enfrentados pelos gestores de resíduos sólidos urbanos (RSU) é a disposição final dos resíduos gerados por sua população. As disposições de resíduos devem ser feitas em espaços e sob condições adequados de modo a minimizar os impactos socioeconômicos e ambientais. Nesse contexto, este artigo teve por objetivo estimar o potencial de recuperação energética de RSU usando modelos de simulação matemática para a biodigestão anaeróbia e a incineração. Como objeto de estudo, foram considerados os resíduos dispostos no aterro sanitário de Caieiras, localizado no município de Caieiras (SP). Para avaliação da biodigestão anaeróbia, foram analisados modelos matemáticos que permitem estimar a produção de metano em função dos diversos fatores que interferem no processo (concentração de acetato e de micro-organismos, variação do pH, entre outros). No caso da incineração, foram considerados modelos matemáticos empíricos (baseados nas análises imediata, gravimétrica e elementar) para estimar o poder calorífico inferior dos RSU. De acordo com os resultados obtidos, para a biodigestão anaeróbia seria possível obter potência média de 38,8 MW. Caso a incineração fosse adotada como método de tratamento dos RSU, seria possível obter potência elétrica média de 214 MW (considerando a incineração de 100% dos resíduos). Com base nas simulações realizadas para a biodigestão anaeróbia e a incineração como possíveis métodos de destinação dos RSU, conclui-se que o processo de incineração apresenta potencial de geração de eletricidade aproximadamente cinco vezes maior do que a conversão energética da biodigestão anaeróbia.

ABSTRACT Currently, one of the major problems faced by managers of solid urban waste is the final disposal of the waste generated by their population. Waste disposals should be done in spaces and/or under appropriate conditions, in order to minimize socioeconomic and environmental impacts. In this context, this article aims at estimating the energy recovery potential of urban solid waste using mathematical simulation models for anaerobic biodigestion and incineration. As object of study, the waste disposed in Caieiras landfill, located in the city of Caieiras/SP, was considered. To evaluate the anaerobic digestion, mathematical models were used to estimate methane production as function of the various factors that influence the process (acetate and microorganisms concentration, pH variation among others). In the case of incineration, empirical mathematical models (based on immediate, gravimetric and elementary analysis) were used to estimate the lower heating value of urban solid waste. According to the results obtained, it would be possible to obtain an average power of 38.8 MW for anaerobic digestion. If the incineration method was adopted, it would be possible to obtain an average electrical power of 214 MW (considering the total incineration of the waste). Based on the simulations carried out for anaerobic biodigestion and incineration as possible methods of municipal solid waste disposal, it is concluded that the incineration process of municipal solid waste presents a greater potential of electricity generation, approximately five times higher than the energy conversion potential of anaerobic digestion.

Integration of Renewable Energy Sources to Operate in Microgrids in Rural Zones in Brazil

Abstract In a world where technology is even more essential, quality and reliability of electrical system are fundamental. In Brazil, country where most of the energy is produced thought power plants, the existing distribution network is overwhelmed and the needs for the consolidation of distributed generation is growing. Wind and Solar power generation from biomass and another renewable sources are one alternative to power plants, which requires large areas and massive investment. The renewable energy sources mentioned may be assembled in a way to generate reliable energy to properties far from the cities, such as rural zones, where often energy from power plants doesn't gets to. Distributed generation allows quick development of Brazilian farming and guarantees to the farmer independence from the energy dealerships. Microgrids assembled with renewable sources are one sustainable option and benefits Brazilian economy and society.

Quantification of agricultural and forestry waste biomass to production of compacts for power generation / Biomassa residual agrícola e florestal na produção de compactados para geração de energia

The objective of this study was to quantify and locate regionally in the State of Santa Catarina the agricultural and forestry waste biomass with potential for densification for energy production. The study involved data from annual agricultural and forestry production from the year 2012. A value called technical coefficient, found in the literature, was used to determine the amount of agricultural (from temporary and perennial crops) and forest residues generated for each culture. Two standards were used for the discussion of the data: the amount of waste generated and the geographical location. The maize crop generated the biggest amount of waste in 2012, followed by forestry, upland rice and soybeans. The Southern, the Western and the Mountains are the mesoregions that produced the most waste in 2012. Residues from forestry, maize, rice and soybeans are those with the greatest potential in terms of quantity and geographical location for densification for energy production.(AU)

O objetivo deste trabalho foi quantificar e localizar regionalmente, no Estado de Santa Catarina, a biomassa residual florestal e agrícola com potencial para o uso na produção de compactados para geração de energia. O estudo envolveu dados da produção anual agrícola e florestal do ano de 2012. Para determinar a quantidade de resíduos agrícolas (culturas temporárias e perenes) ou florestais (silvicultura) gerada por cada cultura, foi utilizado um valor denominado coeficiente técnico encontrado na literatura. Foram abordados dois critérios para discussão dos dados: quantidade de resíduos gerada e sua localização geográfica. A cultura de milho foi a que gerou a maior quantidade de resíduos em 2012, seguida da silvicultura, cultura de arroz e de soja. As mesorregiões Oeste Catarinense, Norte Catarinense e Serrana foram as que mais geraram resíduos em 2012. Os resíduos da silvicultura e culturas de milho, arroz e soja são os que possuem maior potencial em termos de quantidade e localização para produção de compactados para a geração de energia.(AU)

Quantification of agricultural and forestry waste biomass to production of compacts for power generation / Biomassa residual agrícola e florestal na produção de compactados para geração de energia

The objective of this study was to quantify and locate regionally in the State of Santa Catarina the agricultural and forestry waste biomass with potential for densification for energy production. The study involved data from annual agricultural and forestry production from the year 2012. A value called technical coefficient, found in the literature, was used to determine the amount of agricultural (from temporary and perennial crops) and forest residues generated for each culture. Two standards were used for the discussion of the data: the amount of waste generated and the geographical location. The maize crop generated the biggest amount of waste in 2012, followed by forestry, upland rice and soybeans. The Southern, the Western and the Mountains are the mesoregions that produced the most waste in 2012. Residues from forestry, maize, rice and soybeans are those with the greatest potential in terms of quantity and geographical location for densification for energy production.

O objetivo deste trabalho foi quantificar e localizar regionalmente, no Estado de Santa Catarina, a biomassa residual florestal e agrícola com potencial para o uso na produção de compactados para geração de energia. O estudo envolveu dados da produção anual agrícola e florestal do ano de 2012. Para determinar a quantidade de resíduos agrícolas (culturas temporárias e perenes) ou florestais (silvicultura) gerada por cada cultura, foi utilizado um valor denominado coeficiente técnico encontrado na literatura. Foram abordados dois critérios para discussão dos dados: quantidade de resíduos gerada e sua localização geográfica. A cultura de milho foi a que gerou a maior quantidade de resíduos em 2012, seguida da silvicultura, cultura de arroz e de soja. As mesorregiões Oeste Catarinense, Norte Catarinense e Serrana foram as que mais geraram resíduos em 2012. Os resíduos da silvicultura e culturas de milho, arroz e soja são os que possuem maior potencial em termos de quantidade e localização para produção de compactados para a geração de energia.

Production and characterization of bamboo pellets / Produção e caracterização de pellets de bambu

Agroforestry biomass is a great energy alternative, with potential to produce pellets and briquettes. The objective of this study was to assess the potential of using the biomass of bamboo species to produce pellets. Mature culms of the species Bambusa vulgaris var. Vitatta, Dendrocalamus asper and Bambusa tuldoides were used, in addition to wood discs of 6 year-old hybrids of E. urophylla x E. grandis for comparative purposes. Biomass was characterized by the bulk density, proximate analysis, calorific value and energy density. Pellets were characterized (moisture content, length, diameter, durability, bulk, apparent and energy density) after production. All the characteristics of bamboo and eucalyptus pellets met the quality specifications required in international product marketing standards, except for the ash levels. The species Bambusa vulgaris var. vitatta, Dendrocalamus asper and Bambusa tuldoides had energy characteristics that indicate its potential for being used as an energy source in the form of pellets.

A biomassa agroflorestal é uma ótima alternativa energética, com potencial para produzir pellets e briquetes. O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial de uso da biomassa de espécies de bambu para produzir pelotas. Colmos maduros da espécie Bambusa vulgaris var. Vitatta, Dendrocalamus asper e Bambusa tuldoides foram utilizado, além de discos de madeira de híbridos de E. urophylla x E. grandis de 6 anos para fins comparativos. A biomassa foi caracterizado pela densidade a granel, análise aproximada, valor calorífico e densidade de energia. Pellets foram caracterizados (teor de umidade, comprimento, diâmetro, durabilidade, volume, aparente e densidade de energia) após a produção. Todas as características de pelotas de bambu e eucalipto atendem às especificações de qualidade exigidas pelas normas internacionais de comercialização de produtos, com exceção dos níveis de cinza. As espécies Bambusa vulgaris var. vitatta, Dendrocalamus asper e Bambusa tuldoides tinham características energéticas que indicam o seu potencial para ser utilizado como fonte de energia na forma de pellets.