Integration of vinasse biogas in the energy matrix of Ribeirão Preto, State of São Paulo

A vinhaça é o principal subproduto da produção de etanol. As destilarias geram de 7 a 15 litros de vinhaça por litro de etanol de cana. Na safra 2018/2019, o Brasil produziu 33 milhões de m3 de etanol e, como consequência, foram gerados aproximadamente 400 milhões de m3 de vinhaça. Esse efluente das destilarias possui quantidades importantes de carga orgânica (DQO e DBO) e atualmente é utilizado in natura (sem tratamento) na fertirrigação das lavouras de cana-de-açúcar. Consequentemente, a vinhaça é uma fonte potencial de emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE) e de outros impactos no solo e nos corpos de água. Nesse cenário, a tecnologia de biodigestão anaeróbia da vinhaça surge como uma possível solução, uma vez que diminui o potencial poluidor deste resíduo orgânico e possibilita a geração de biogás. A escolha dos usos finais do biogás impacta a viabilidade econômica e no desempenho ambiental da tecnologia de biodigestão. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar as possibilidades de integração do biogás de vinhaça na matriz energética de Ribeirão Preto, região com importante produção bioenergética no Estado de São Paulo. Por meio de uma análise multicritério, utilizando indicadores ambientais e econômicos, este trabalho analisa qual é o melhor uso final do biogás produzido. Para isso, foram comparadas cinco rotas tecnológicas de produção e de uso de biogás a partir da vinhaça: 1. Combustão conjunta do biogás com bagaço para cogeração de eletricidade e de energia térmica destinada à concentração da vinhaça; 2. Produção de energia elétrica com motor ciclo Otto; 3. Uso veicular na frota da usina; 4. Injeção de biometano na rede de gás natural; e 5. Substituição de combustíveis na matriz energética local. A partir dos resultados obtidos, chegou-se à conclusão de que, nas condições das usinas de Ribeirão Preto, a opção que se mostra mais favorável, econômica e tecnicamente, é a substituição do diesel por biometano na frota de transporte de cana-de-açúcar e a venda do excedente como Gás Natural Veicular (GNV) nos centros urbanos dos municípios da região. Com relação às questões ambientais, a substituição do diesel também é a opção mais vantajosa, tanto pela redução das emissões atmosféricas com impactos globais (GEE), como pela diminuição emissões de poluentes com impactos locais (NOx, SOx e MP). Essa última vantagem é maximizada quando o consumo do biometano como GNV tem lugar nos centros urbanos e, em especial, em cidades com qualidade do ar degradada, como é o caso de Ribeirão Preto, a qual se encontra saturada de MP e O3.Vinasse is the main byproduct of ethanol production from sugarcane. Distilleries produce between 7 and 15 liters of vinasse per liter of sugarcane ethanol. Brazil produced 33 million m3 of ethanol in the 2018/2019 harvest and, as a consequence, approximately 400 million m3 of vinasse. This distilleries\' effluent has significant amounts of organic matter (COD and BOD) and it\'s currently used in natura (without treatment) in the fertirrigation of sugarcane fields. Therefore, vinasse is a potential source of Greenhouse Gases (GHG) emissions besides other impacts on soil and water bodies. In that scenario, the anaerobic biodigestion technology of vinasse emerges as a possible solution, since it reduces the polluting potencial of this organic residue and enables biogas production. The choice of biogas end uses impacts the economic viability and environmental performance of biodigestion technology. Thus, the purpose of this work was to assess possibilities of integration of vinasse biogas in the energy matrix of Ribeirão Preto, a region with an important bioenergy production in the State of São Paulo. By means of a multicriteria analysis, using environmental and economic indicators, this work analises the best final use of the biogas produced. To this end, this work compared five technological routes of production and vinasse biogas uses: 1. Co-combustion of biogas with bagasse for cogeneration of electricity and thermal energy intended to vinasse concentration; 2. Electric power generation with Otto motor cycle; 3. Vehicular use in the mill\'s fleet; 4. Biomethane injection into the natural gas network; and 5. Replacement of fuels in the local energy matrix. From the results obtained, it was concluded that, under the conditions of the Ribeirão Preto mills, the most favorable option, economically and technically, is the replacement of diesel by biomethane in the transport fleet of sugarcane and the sale of the surplus as vehicular natural gas (VNG) in urban centers of the municipalities of the region. Regarding to environmental issues, The replacement of diesel is also the most advantageous option, both by reducing atmospheric emissions with global impacts (GHG) and by reducing emissions of pollutants with local impacts (NOx, SOx and MPs). This last advantage is maximized when the consumption of biomethane as VNG takes place in urban centers and especially in cities with degraded air quality, such as Ribeirão Preto, which is saturated with MP and O3