Aplicação dos conceitos de uma biorrefinaria a uma indústria de lacticínios: produção de energia renovável, projeto industrial e análise financeira

Abstract

The pursuit of sustainability integrates the United Nations' Agenda 2030 with its Sustainable Development Goals (SDGs). Therefore, wastewater reuse and the circularity of the economy are of extreme importance. For dairy industries, this can be achieved through biorefinery concepts. This involves the biological treatment of cheese whey, its main residue, while producing organic acids and biohydrogen. Thus, this work aimed to study the feasibility of the industrial project of a plant for H2 and carboxylic acids production by the dark fermentation of cheese whey. The experimental assays in an anaerobic reactor with biofilm, operated in sequential fed-batch mode, resulted in a yield of 19,8 molH2·kgCODremoved-1, which was used for scale-up. The industrial-scale project indicated the need for three reactors of 138 m3 each to meet the treatment demand of a medium-sized dairy, which generates 9.336 L·day -1 of this waste. The necessary investment for this project was approximately US$ 2.5 million and has a payback of 7 years. The net present value and internal rate of return at the end of 25 years are US$ 5.4 million and 22.5%, respectively. The main contributor to the project’s financial viability was the carbon credits obtained from the 40,618 tonCO2eq·year-1 reduction enabled by the proposed solution. These credits were calculated by the process life cycle analysis. Furthermore, a Monte Carlo simulation was performed with the study of 10,000 scenarios, varying key factors of the financial analysis. This showed that investment risk is 4.64%. As a result, it can be affirmed, that the project is viable, attractive, and a suitable way to promote sustainability in the dairy industry.

A busca por sustentabilidade integra a Agenda 2030 das Nações Unidas com os seus Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. Por isso, o reaproveitamento de resíduos e a circularidade da economia são de extrema importância. Para as indústrias de lacticínios, isso pode ser feito com a aplicação dos conceitos de biorrefinaria, realizando o tratamento biológico do soro do leite, seu principal resíduo, enquanto produz ácidos orgânicos e bio-hidrogênio. Sendo assim, esse trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade do projeto industrial de uma planta de produção de H2 e ácidos carboxílicos a partir de soro de leite por fermentação escura. Os ensaios experimentais em reator anaeróbio com biofilme, operado em bateladas alimentadas sequenciais, indicaram um rendimento para o processo de 19,8 molH2kgDQOremovida-1, o qual foi utilizado para a ampliação de escala. O projeto em escala industrial indicou a necessidade de três reatores de 138 m3 cada para atender à demanda de tratamento de um lacticínio de porte médio, que gera 9.336 Ldia-1 de resíduo. O investimento desse projeto foi calculado em aproximadamente US$ 2,5 milhões, e possui um "Payback" de 7 anos. O valor presente líquido e taxa interna de retorno, ao final de 25 anos, são de US$ 5,4 milhões e 22,5 %, respectivamente. O principal contribuinte da viabilidade financeira do projeto foram os créditos de carbono obtidos com a redução de 40.618 tonCO2eqano-1 possibilitada pela solução proposta, que foram calculados por avaliação do ciclo de vida do processo. Além disso, foi realizada uma simulação de Monte Carlo com o estudo de 10.000 cenários, variando fatores chaves da análise financeira, que mostrou que o risco do investimento é de apenas 4,64 %. É possível afirmar, portanto, que o projeto é viável, atrativo e uma forma adequada para promover a sustentabilidade nas indústrias de lacticínios.